Zvuková karta

Zvuková karta je rozšiřující karta počítače pro vstup a výstup zvukového signálu, ovládaná softwarově.

Typická zvuková karta obsahuje zvukový čip, který provádí digitálně-analogový převod nahraného nebo vygenerovaného digitálního záznamu. Tento signál je přiveden na výstup zvukové karty (většinou 3,5mm jack-sluchátkový).

Zvuková karta také má „line in“ konektor, do kterého je možné připojit kazetový přehrávač nebo podobný zdroj zvukového signálu. Zvuková karta tento signál digitalizuje a uloží (pomocí příslušného počítačového programu) na úložiště dat. Digitalizace se provádí pomocí vzorkování. V každém časovém intervalu se zjistí a zaznamená aktuální stav signálu neboli vzorek. Čím kratší je interval mezi vzorkováním, tím vyšší je vzorkovací frekvence, tím více vzorků bude pořízeno a tím bude výsledný záznam kvalitnější. Druhý faktor, který určuje kvalitu digitálního signálu, je počet použitých úrovní v každém ze vzorků. Nejčastěji používané vzorkovací frekvence: 11025 Hz (telefonní kvalita), 22050 Hz (rádio kvalita), 44100 Hz (CD kvalita), 48000 Hz, 96000 Hz. Počet bitů na jeden vzorek je většinou 8, 16 nebo 24.

Třetí konektor, který většina zvukových karet má, se používá k přímému připojení mikrofonu. Signál z něj je možné také nahrávat na úložiště dat nebo ho jinak zpracovat (např. software na rozpoznávání hlasu nebo VoIP).

Většina zvukových karet má také MIDI a GamePort konektor. Konektor MIDI slouží k připojení např. elektronického klávesového nástroje nebo jiného zdroje digitálního MIDI signálu. Pokud nahráváme z MIDI, tak nemusíme provádět vzorkování. Do počítače se uloží informace o tom, který nástroj hraje, výška tónu, délka tónu, dynamika úhozu na klávesu, atd. Rozhraní GamePort slouží k připojení joysticku nebo jiného herního zařízení.

Starší zvukové karty také měly IDE rozhraní. To sloužilo k připojení CD-ROM mechaniky, ale v dnešní době již nemá opodstatnění, protože moderní počítače jsou vybaveny EIDE, SATA nebo SCSI rozhraním, které umožňuje připojit více zařízení. Pokud je v počítači zvuková karta i CD-ROM mechanika, mohou se propojit pomocí tzv. audio kabelu, ten je však v dnešní době již zbytečný, jelikož většina zvukových přehrávačů se obejde bez něj. Toto spojení umožňuje přenášet analogový nebo digitální zvukový signál z CD-ROM mechaniky do zvukové karty a tak je možné poslouchat hudební CD ze stejných reproduktorů jako zvuk z počítače.

Historie

V době, kdy vznikaly první osobní počítače, nikoho ani nenapadlo nějak je spojovat se zvukem nebo hudbou. Tyto počítače primárně sloužily k zrychlení a ulehčení práce člověka a ne k zábavě. Mnozí se na počítač dívali pouze jako na "počítací stroj".

První pokusy o zvukový výstup z počítače byly realizovány většinou pomocí telefonního sluchátka nebo podobného zařízení s příslušným jednoduchým obvodem. Příkladem je počítač Sinclair ZX Spectrum nebo tzv. PC speaker PC-kompatibilních počítačů.

Následovalo období, kdy součástí desky uvnitř počítače byl speciální čip, který se staral výhradně o zvuk a jehož výstup byl veden do televizoru, monitoru nebo externího zesilovače. Příkladem jsou počítače Sinclair ZX Spectrum 128, Commodore 64 nebo Commodore Amiga.

O zvukové kartě se mluví od chvíle, kdy se obvody a čipy, které se starají o zvuk, začaly umisťovat na samostatný plošný spoj, tzv. kartu, která se zasouvá do základní desky (motherboardu) počítače.

Jeden z prvních výrobců zvukových karet pro IBM PC byl AdLib, který vyráběl zvukové karty založené na zvukovém čipu Yamaha YM3812, neboli OPL2. Toto byl v podstatě standard, až do doby než Creative Labs vyrobila zvukovou kartu Sound Blaster, která měla čip YM3812 a zvukový koprocesor (pravděpodobně Intel mikrokontrolér), který Creative nazýval „DSP“, což byl první procesor na digitální signál. Několik roků uplynulo, než Creative vytvořil kartu, která uměla zároveň nahrávat a také přehrávat zvuk. Díky Sound Blasteru, první levné CD-ROM mechanice a vývoji video technologie začala nová éra počítačových multimédií. Uživatel si mohl spustit hudební CD, nahrávat dialogy do počítačových her nebo přehrávat filmy (zatím pouze krátké klipy a ve velmi špatné kvalitě, nesrovnatelné s moderním digitálním videem).

Starší zvukové karty neuměly nahrávat a přehrávat současně. Většina dnešních zvukových karet je plně duplexní.

Určitým "protimluvem" jsou tzv. integrované zvukové karty, které jsou např. z důvodu úspory místa nebo peněz přímo součástí základní desky. První karty tohoto typu se objevily koncem 90. let 20. století. Jedná se většinou o čip Intel AC97. Někteří výrobci využili levný ACR slot. Většina z nich umožňuje pouze 16-bitový zvuk a max. frekvenci 48000 Hz - v podstatě něco málo přes normu klasického zvukového kompaktního disku CD (44,1 kHz frekvence vzorků / 16 bitová hloubka), ale objevují se i takzvané HD (high definitions - vysoké rozlišení) zvukové čipy na základních deskách např. Intel HDA zvládající až 24 bitů a frekvenci vzorkování do 192 kHz ve stereu, resp. 96kHz u vícekanálového zvuku.

Standardy zvukové karty

Název Rok Přesnost Frekvence Kanály
PC Speaker 1981 6 bitů   1 pulzně šířková modulace
PCjr 1984 16 nastavení hlasitosti 122 Hz - 125 kHz 3 tóny čtvercové vlny; 1 bílý šum
Tandy* 1984 16 nastavení hlasitosti / 6 bitů 122 Hz - 125 kHz 3 tóny čtvercové vlny; 1 bílý šum;  1 pulzně šířková modulace
MPU-401 1984     MIDI
Covox 1987 8 bitů   1 D/A převodník
AdLib 1987 64 nastavení hlasitosti ≈49,3716 kHz 6-hlasý FM syntetizér, 5 bicích nástrojů
Roland MT-32 1987 16 bitů 32 kHz 8 melodických kanálů, 1 rytmický kanál
Sound Blaster 1989 8 bitů 22 kHz 1 D/A převodník, 11-hlasý FM syntetizér
Roland Sound Canvas 1991 16 bitů 32 kHz 24 hlasů
Gravis Ultrasound 1992 16 bitů 44,1 kHz 16 stereo kanálů
AC97 1997 20 bitů 96 kHz 6 nezávislých audio výstupů
Environmental Audio Extensions (EAX) 2001     8 simultánních 3D hlasů
Intel High Definition Audio 2004 32 bitů 192 kHz až 15 nezávislých audio výstupů

* Tandy 1000 a PCjr používali stejný zvukový čip, ale Tandy 1000 využíval Audio IN pin, zatímco PCjr nikoliv. Toto dovolovalo tandy vytvářet zvuk speakeru a zárověň SN74689.

Barevné označení vstupů a výstupů zvukové karty

Barevné označení vstupů a výstupů zvukové karty u většiny zvukových karet vyrobených po roce 1999 odpovídá standardu PC 99 firmy Microsoft pro barevné označení externích konektorů.

Barva Funkce Konektor
   Pink Analogový mikrofonní vstup 3,5 mm minijack
  Light blue Analogový vstup 3,5 mm minijack 
  Lime green Analogový výstup pro hlavní stereo signál (přední reporoduktory nebo sluchátka) 3,5 mm minijack 
  Orange Analogový výstup pro střední reproduktor a subwoofer 3,5 mm minijack 
  Black Analogový výstup pro zadní reproduktory 3,5 mm minijack 
  Silver/Gray Analogový výstup pro boční reproduktory 3,5 mm minijack 
  Orange Digitální výstup (koaxiální S/PDIF) RCA konektor (cinch)
  Black Digitální výstup (optický S/PDIF) TOSLINK
  Gold Game port / MIDI 15-pin D female

Profesionální zvukové karty

Profesionální zvukové karty jsou speciální zvukové karty optimalizované pro nízkoodezvové multikanálové zvukové nahrávání a přehrávání, na úrovni výsledků získaných ve studiu. Jejich ovladače obvykle následují Audio Stream Input Output (ASIO) protokol pro práci s profesionální zvukovou technikou a hudebním softwarem, ačkoliv ASIO ovladače jsou dostupné i pro úroveň karet pro běžné spotřebitele.

Profesionální zvukové karty jsou běžně popisovány jako „zvuková rozhraní“ a někdy jsou v provedení pro montáž (rack jednotek) využívající USB, FireWire nebo optického rozhraní, k poskytnutí dostatečného přenosu datových toků. Důraz těchto produktů je v základu kladen na použití většího množství vstupních a výstupních konektorů, přímou hardwarovou podporu pro více vstupně-výstupních zvukových kanálů a vysokou vzorkovací frekvenci. Role těchto karet a jejich zamýšlené užití je pro specializované vícekanálové nahrávání zvuku a zvukové úpravy v reálném čase, které nejsou limitovány, jako je tomu u běžných uživatelských zvukových karet.

Na druhou stranu, určité vlastnosti konzumních zvukových karet, jako například podpora pro Environmental Audio Extensions (EAX), optimalizace pro hardwarovou akceleraci v počítačových hrách nebo prostorové efekty v reálném čase jsou vedlejší, neexistující, a někdy i nechtěné u profesionálních karet, a jako zvuková rozhraní proto nejsou pro běžné uživatele doporučené.

Typická „uživatelská“ zvuková karta je určena pro domácnosti, kanceláře a pro zábavné účely s důrazem na přehrávání a běžné užívání, než na zajišťování potřeb pro profesionály. Reakcí na toto Steinberg (výrobci zvukového a sekvenčního softwaru, Cubase and Nuendo) vyvinuli protokol, který specifikuje zacházení s více zvukovými vstupy a výstupy.

Obecně, zvukové karty pro běžné uživatele obsahují některá omezení a komplikace, která mohou být nepřijatelná pro zvukové profesionály. Jeden z moderních zvukových účelů je zprostředkovávat AD/DA převodník z analogového do digitálního signálu. Nicméně, v profesionálních užitích jsou zde potřeby pro vylepšené nahrávání a konverzi zvuku.

Jedna z omezení konzumních zvukových karet je poměrně velká vzorkovací odezva; to je čas, který je potřeba, aby AD převodník dokončil konverzi zvukového vzorku a přesunul jej do hlavní paměti v počítači.

Uživatelské zvukové karty jsou taktéž limitovány v efektivnosti vzorkovací frekvence a bitové hloubky, kterou dokáží zvládnout a mají menší množství méně přizpůsobivých vstupních kanálů: profesionální nahrávání ve studiu typicky požaduje více než dva kanály, které běžné uživatelské karty poskytují a více dostupných konektorů, na rozdíl od náhodných druhů vnitřních a někdy i vnějších konektorů, která jsou u běžných uživatelských zvukových karet.

Neobvyklé využití zvukové karty

Běžný počítač se zvukovou kartou a vhodným software lze použít jako digitální osciloskop a spektrální analyzátor. Vstupní signály se přivádí přes mikrofonní nebo linkový vstup. Je-li karta stereofonní, jsou k dispozici pro měření současně dva kanály. Z principu zvukové karty plyne omezení, kterým je vstupní kmitočtový rozsah cca 20 Hz až 20 kHz. Pro základní nízkofrekvenční měření nebo pro výukové demonstrační účely však vyhoví.

 

TV karta

Televizní karta (zkráceně také TV karta) je zařízení umožňující sledování televizního signálu na monitoru počítače.

Umístěna je nejčastěji do slotu PCI pro PC nebo do PCMCIA v případě notebooků, řidčeji se vyskytují jako externí zařízení, která se připojují do USB. Toto zařízení slouží k příjmu Analogového TV vysílání, Digitálního pozemního vysílání DVB-T i DVB-T2, Digitálního Satelitního vysílání DVB-S i DVB-S2, tak i digitálního kabelového vysílání DVB-C i DVB-C2, Analogový tuner pomalu přestává být součástí televizních karet.

Často mají karty vstupy pro S-Video nebo pro kompozitní video.

Výhodou je u většiny modelů možnost zaznamenávání videa do souboru, který je možné dále v počítači zpracovávat. TV karta je počítačová komponenta, která je schopná přijímat televizní signál do počítače. Většina TV karet funguje jako klasická televize a ještě je možnost záznamu na pevný disk. Možnost propojení s PC je přes PCI, PCI Express nebo je možné je připojit jako externí USB zařízení. Nyní je výroba zaměřena spíše na USB zařízení. Navíc některé karty pracovaly jako grafické tak i jako TV karty, např. série ATI All-In-Wonder. Karta obsahuje přijímač, tuner, demodulátor a analogo-digitální převodník pro analogovou televizi. Některé karty mají omezenou radiovou frekvenci a video formáty podle země, kde se prodává. Nicméně mnoho TV karet v počítačích používá DSP, což znamená, že hardware je stejný a pro jiný formát obrazu, nebo jiné frekvence u tuneru stačí upgrade firmware. Dnes už mají TV karty programové vybavení, že jsou schopny dekódovat různé video formáty, bez nutnosti upgrade firmwaru. Mnoho TV karet může pracovat i jako FM radio díky tomu, že v Severní Americe mají televizní signál ve stejném frekvenčním pásmu, jako je pásmo FM.

Existují i karty s možností příjmu digitálního rozhlasového vysílání DAB a DAB+

V dnešní době jsou k mání čtyři druhy TV karet:

  • Analogové karty pro příjem analogové TV. Levnější modely, které posílají na výstup nezpracovaná data a silně zatěžují kódováním další zařízení, nejvíce CPU. Dražší modely zakódují signál do formátu MPEG a zmenší se tak zatížení CPU. Mnoho karet má také analogový vstup (composite video, nebo [S-video]) a mnoho z nich je také opatřeno radiovým přijímačem.
  • Digitální karty pro příjem digitální TV, včetně satelitního příjmu TV. Digitální TV je vysílána jako tok MPEG, takže není třeba signál kódovat; místo toho musí vybrat správné PIDy z nabízených toků dat, k čemuž není třeba takového výpočetního výkonu.
  • Hybridní karty pro příjem jak analogového tak digitálního signálu. Je tvořen jedním tunerem, a může pracovat jako analogový, nebo jako digitální. Přepnutí mezi analogovým a digitálním příjmem dat nesmí být za běhu.
  • Combo karty mají jak digitální tak analogový tuner na jedné kartě. Je to podobné jako u hybridních karet ale tunery jsou fyzicky 2 a není třeba pro změnu přepínat. Na analogovém tuneru se můžeme dívat na TV a na digitálním lze při tom ukládat video na disk.

Jako analogové karty, tak i hybridní nebo combo karty mohou operace ohledně kódování udělat samy nebo to nechat na CPU. V posledních letech se díky oblibě začínají více prodávat USB tunery, které díky velikosti a schopnosti přijímání analogového i digitálního signálu jsou hojně využívané u notebooků.

 

Střihová karta

Střihové, zachytávací karty tzv. "Grabbery", jsou karty které nemají tuner ale mají vstup CVBS (kompozitní video) nebo S-Video slouží především k digitalizaci analogových materiálů (kazety apod.), speciální karty mohou mít jen HDMI nebo podobný vstup i výstup, taková karta je určena pro záznam videa přímo z výstupu grafické karty tato karta se zapojí mezi grafickou kartu a monitor.

 

Rádio karta

Rádio karta je určena pro příjem analogového rádia v pásmu FM. Tento typ karty nebyl tak rozšířen, jako třeba TV karta. Mohlo se jednat např. o SF16-FMR2 od výrobce MediaForte, karta byla do 8-bitového ISA slotu a měla vstup na FM anténu, výstup na reproduktory nebo sluchátka a některé modely mohly mít i interní analogový výstup propojitelný přímo se zvukovou kartou (jako u prvních CD-ROMů). Bylo možné zakoupit i zvukovou kartu, která měla integrované FM rádio, jako např. MediaForte Vibra 16 FM Radio. Celkově nebyl příliš velký výběr na trhu a dlouho se karty neudržely, obzvlášť s příchodem internetu a rozšíření internetových rádií ztratily smysl.