Kvalitní zvuk pro počítač v centru veškerých multimédií

Zatímco dříve byla otázka ozvučení PC častým tématem článků i diskusí mezi

uživateli, dnes o ní uvažuje jen malé procento z nich převážně počítačových

hráčů a amatérských či profesionálních hudebníků. Do dalšího kola se však tato

debata dostává díky rozšiřujícím se možnostem použití počítače např. v roli

domácího kina nebo obecně jakožto centrální jednotky pro systémy multimediální

zábavy. S tím totiž přicházejí zcela nové nároky na možnosti i kvalitu

zpracování zvuku v PC.

Hlavní příčinou toho, že se, coby běžní uživatelé, o zvuk na PC příliš

nezajímáme, je všudypřítomný zvukový kodek či jiné integrované řešení, jež se v

posledních několika letech stalo naprostou samozřejmostí dnes již prakticky

nenaleznete nové PC, které by nebylo schopno přehrát obstojně pár skladeb ve

formátu MP3. Jenže zatímco dřív bylo téma PC zvuku spojeno se samotnou

schopností osobního počítače zvukovou informaci v přijatelné kvalitě přehrát či

zaznamenat, dnes se možnosti a způsoby využití osobních počítačů posunují o

několik kroků dál.

Z PC se pomalu, ale jistě stává centrum multimediální zábavy, na jehož pevném

disku může být umístěna vaše kompletní diskografie, pár dílů nejoblíbenějšího

televizního seriálu či několik aktuálních her prostě vše, po čem vaše srdce

touží. PC může stejně tak sloužit jako poloprofesionální nástroj pro

zrestaurování starých gramofonových nahrávek či magnetofonových pásek, můžete k

němu snadno připojit MIDI klávesy, nainstalovat sekvencery, editory a další

programy pro amatérské či profesionální zpracování zvuku i komponování.



K čemu 96 kHz?

Obecně se soudí, že lidské ucho dokáže vnímat zvuky v rozmezí od 15 do 20 000

Hz individuální dispozice jsou ale pochopitelně odlišné. Přes tento fakt soudí

mnozí hudebníci a příznivci kvalitního zvuku, že maximum frekvenčního rozsahu

pro záznam na zvukovém CD (to bylo světu představeno počátkem osmdesátých let),

tedy 22 kHz, kvalitu zvukového záznamu výrazně omezuje. Jejich slova ostatně

potvrzují mnohé poslechové testy, v nichž byly nahrávky ve formátech DVD Audio

či SACD hodnoceny jako subjektivně lepší než jejich verze na klasickém zvukovém

CD. Existují sice různé teorie, které se tento jev snaží vysvětlit, nejčastěji

je ovšem přijímán názor, že vyšší frekvence (zaznamenané na DVD-A či SACD)

ovlivňují to, jak při poslechu vnímáme frekvence nižší, pro naše ucho skutečně

slyšitelné. Koneckonců i vyšší (ovšem stále slyšitelné) frekvence v rozmezí cca

10–20 kHz jsou pro nás spíše doplňující informací, někdy označovanou jako tzv.

„hudební šum“ mezi typické příklady těchto zvuků patří rezonance rtů na

dechových nástrojích a vyšší frekvence, jež jsou rezonancí (dozvukem) zvuků o

nižší frekvenci (k rezonanci obvykle dochází na násobku původní frekvence).

Tyto rezonance pochopitelně existují i nad hranicí slyšitelnou lidskému uchu a

pravděpodobně ovlivňují vnímání nižších kmitočtů. Digitální nahrávka je

pochopitelně omezena vzorkovací frekvencí ta je vždy dvojnásobkem maximální

zaznamenané zvukové frekvence (vzorkovací frekvencí 44 kHz tedy lze zaznamenat

zvuk o maximálním kmitočtu 22 kHz), veškerá zvuková informace nad tímto

„stropem“ je samozřejmě ze záznamu vypuštěna. Nahrávky s vyšším rozlišením

(například 96 kHz či současné maximum 192 kHz) mají pomyslný „strop“ mnohem

výše, a mohou tak obsahovat větší množství „doplňujících“ kmitočtů.



Vzorkování a ASIO

Když už je řeč o rozlišení digitální nahrávky, bylo by asi dobré vysvětlit ve

stručnosti její princip. Digitální záznam se totiž provádí tzv. vzorkováním

tedy vytvářením „vzorků“ z analogové křivky, která reprezentuje zvukový signál.

Čím více vzorků za vteřinu je vytvořeno, tím kvalitnější nahrávka (vyšší

frekvence a dynamický rozsah) vznikne. Obecně platí, že pro získání určité

frekvence je třeba vzorkovat s dvojnásobným rozlišením v režimu 16 bitů/44 kHz

vzniká nahrávka s maximální frekvencí 22 kHz (zvuky nad 22 kHz tedy budou

vypuštěny) a dynamickým rozsahem 96 dB (na každý bit roste dynamický rozsah o 6

dB).

Při zpracování (digitalizaci) signálu na PC vzniká problém s prodlevami, které

způsobuje operační systém díky nejrůznějším bufferům a zpožděnému přístupu k

hardwaru přestože se jedná o hodnoty v řádu stovek milisekund, pro kvalitní

zpracování zvuku (zejména nahráváte-li z různých zdrojů nebo máte propojeno

několik zařízení) je půl až tři čtvrtě vteřiny doslova věčnost. Společnost

Steinberg proto koncem devadesátých let vyvinula standard ASIO (Audio Stream

Input Output) ovladačů, které umožňují, aby software pracoval přímo se zvukovým

hardwarem, bez interakce (zásahů) operačního systému prodlevy v synchronizaci

tak lze snížit více než desetinásobně. Novější ASIO 2.0 umožňuje, aby s jediným

zařízením pracovalo několik aplikací to usnadňuje například průběžný monitoring

nahrávání a další paralelní zpracování signálu. Pokud chcete zvukovou kartu

využívat k pokročilejšímu zpracování zvuku, zejména digitalizaci či zpracování

několika zdrojů zvuku současně, rozhodně si ASIO kompatibilitu ověřte běžná

bývá zejména u poloprofesionálních karet (Terratec, Audiotrak), nejnovější

karty Creative (Audigy, Audigy 2) ji nabízejí také a podle neoficiálních

informací bylo možné zprovoznit podporu ASIO i na starších kartách Live!.



Zvuk v kanceláři

Zvukový kodek (nejčastěji odpovídající standardu AC97) je dnes, jak jsme již

zmínili, součástí prakticky každého PC. Za vlastním kodekem se sice může

skrývat odlišný hardware, obecně lze ale říci, že kvalita drtivé většiny

zvukových řešení integrovaných v základních deskách stolních a přenosných

počítačů je pro připojení k hi-fi soupravě naprosto nedostačující. To ale

neznamená, že bychom měli jako uživatelé integrovaný zvuk zcela odvrhnout.

Kvalitnější sluchátka či reproduktory sice záhy odhalí slabiny ve kvalitě zvuku

a často i špatné odrušení (mezi populární „testy“ patří nastavení hlasitosti na

maximum a následné spuštění programu Scandisk zvukový výstup totiž bývá

činností disku či řadiče až příliš často rušen, to ovšem platí i pro některé

samostatné zvukové karty), pro poslech hudby při práci či ozvučení běžného

pracovního PC ale integrovaný zvukový kodek obvykle zcela dostačuje. Bylo by

jistě nespravedlivé opomenout některé výjimky na poli integrovaného zvuku,

které svojí kvalitou běžná řešení přece jen převyšují např. základní desky s

čipsetem nVidia nForce či nForce2, které na-bízejí kvalitní šestikanálový zvuk.



Zvuk pro domácí kino

Současné PC má ideální předpoklady stát se centrální jednotkou domácího kina.

Postavit a používat všestranné multimediální PC, které by vedle hudby a filmů v

DVD, VCD či DivX formátu zvládalo i televizní vysílání, timeshifting či příjem

digitálního satelitu, je sice prozatím úkol pro zkušené uživatele, první

systémy založené na architektuře PC, určené pro trh spotřební elektroniky, se

ale na trhu objeví pravděpodobně ještě letos. Pokud si chcete postavit vlastní

domácí kino, jehož součástí (či pilířem) bude počítač, musíte pochopitelně

sáhnout mj. i po kvalitní zvukové kartě. Co vše by zvuková karta v takovém

případě měla zvládat? Klíčová je pochopitelně podpora prostorového zvuku

minimálně je tedy nutné, aby karta disponovala analogovým výstupem 5.1 a

možností dekódovat signál AC3 či DTS v softwarovém DVD přehrávači. Většina

moderních karet disponuje naštěstí i digitálním vstupem (S/PDIF) v takovém

případě můžete připojit externí zesilovač s DD či DD/DTS dekodérem pro domácí

kino. Ovladače karty ovšem musejí (ve spolupráci se softwarovým DVD

přehrávačem) umožnit „předání“ kódované zvukové stopy z DVD na digitální výstup

zvukové karty. Zvuk z PC her a aplikací navíc v takovém případě může být pouze

ve formátu stereo či DPL, protože prakticky žádná současná zvuková karta

neumožňuje kódování signálu AC3 v reálném čase (jedinou výjimkou jsou některé

verze již zmiňovaných čipsetů nForce). Moderní zvukové karty nabízejí ale

pochopitelně mnohem víc poslední modely Creative Audigy 2, Terratec DMX či

Hercules GameSurround mají sedmirespektive osmikanálové výstupy, podporu

formátů Dolby Digital EX a přehrávání či dokonce záznam se vzorkovací frekvencí

96 kHz. Naprostou špičku pro příznivce kvalitního prostorového zvuku pak

představují zařízení s certifikací THX mezi zvukovými kartami ji má prozatím

pouze Creative Audigy 2.



Zvuk pro příznivce hi-fi

Zatímco u domácího kina jsou karty umožňující vzorkovat a přehrávat s

rozlišením 96 kHz spíše luxusem, pro uživatele, kteří chtějí PC jako doplněk

skutečné hi-fi sestavy, budou spíše standardem. Dlužno ovšem podotknout, že

většina skalních příznivců hi-fi nebude pravděpodobně zcela spokojena ani s tím

nejlépe ozvučeným PC počítač je totiž hlučný sám o sobě (ventilátory, disky), a

pro hi-fi nadšence je tak spíše pracovním nástrojem (nahrávání, editace,

restaurování starých nahrávek či archivace) než ideálním poslechovým zdrojem.

Mezi funkce, které by zvuková karta v takovém případě měla podporovat, patří

vedle špičkové kvality zvuku zejména vyšší vzorkovací frekvence (96 kHz pro

záznam, 96 či 192 kHz pro přehrávání), podpora ASIO (ideálně verze 2.0) a různé

typy vstupů a výstupů (analogové, digitální koaxiální i optické). Značnou roli

může v tomto případě hrát i kvalita přiloženého softwaru je totiž

pravděpodobné, že některé z aplikací pro práci se zvukem využijete. Mnohé ze

zvukových karet určených pro náročnější uživatele disponují speciálními

break-out boxy, tedy externími či interními krabičkami, které nabízejí široké

možnosti připojení či podporu dálkového ovládání. Podpora prostorového zvuku je

v tomto případě spíše doplňkem dnes ale nenaleznete mnoho karet, které by 5.1

výstupem nedisponovaly. Mezi značky, které by neměly ujít vaší pozornosti,

patří i v tomto případě Creative a Terratec, firmou, která se do značné míry

specializuje na tuto oblast, je tchajwanský Audiotrak.



Zvuk pro hráče

Příznivci PC her patří z hlediska výrobců zvukových karet již tradičně mezi

nejvěrnější zákazníky i proto byla drtivá většina inovací v posledních několika

letech zaměřena právě na technologie související s dynamickým 3D zvukem. Od

poloviny devadesátých let tak vzniklo hned několik standardů pro prostorový

zvuk, zejména nejstarší A3D zavedený společností Aureal, jeho nástupce A3D 2.0,

DirectSound 3D coby součást rozhraní Direct-X a konečně standardy EAX

(1, 2, AdvancedHD) vytvořené společnostmi Creative a Microsoft. Většina dnes

prodávaných zvukových karet je kompatibilní s DS3D, A3D a EAX verze 1 a 2 to je

ostatně, spolu s analogovým výstupem 5.1, minimum, které byste od zvukové karty

určené pro hraní měli požadovat. O stupínek výše je standard EAX Advanced HD,

který ale podporují pouze zvukové karty řady Creative Audigy. Technologicky

velmi vyspělý systém A3D 2.0 bohužel prakticky zanikl. Přestože je nabídka

zvukových karet pro hráče poměrně bohatá, dominuje této oblasti především firma

Creative se svou řadou karet Sound Blaster Live! a novějšími modely Audigy,

významný podíl patří též kartám GameSurround a GameTheatre společnosti Hercules.



Jak funguje 3D zvuk

Existují pochopitelně různé způsoby, jak vytvořit prostorový zvuk, nebo alespoň

navodit odpovídající dojem. Sofistikovanější a pokročilejší technika

„wavetracing“, prosazovaná v minulosti společností Aureal Semiconductor

(především v herní oblasti), se do značné míry podobá zobrazení 3D grafiky.

Systém Aureal 2.0 fungoval na principu počítání zvukových odrazů. Pro tento

výpočet tedy bylo nutné vytvořit „zvukové“ prostředí odpovídající prostředí

hernímu, v němž se pak počítaly vlastnosti jednotlivých zvuků podle místa

jejich vzniku a cesty (odrazy, tlumení apod.) směrem k uživateli. Výhodou

takového systému je téměř absolutní realističnost zvuky se mění zcela dynamicky

a velmi detailně v závislosti na vaší poloze v herním světě. Nevýhodou je

pochopitelně obrovská výpočetní náročnost (jediný zvukový čip, který mohl

výpočty zpracovat, byl právě AU8830 Aureal Vortex2), ale i poměrně složité

programování.

Se zcela odlišným přístupem přišly společnosti Creative a Microsoft při

definici sady příkazů (API) EAX, která je nadstavbou základního DirectSound 3D

(DS 3D definuje pouze umístění zdroje zvuku vůči hráči). EAX (Enviromental

Audio Extensions) jednoduše moduluje zvuky podle typu prostředí, ve kterém se

hráč nachází. Filozofie EAX je založena na skutečnosti, že zvuky, které v

reálném světě slyšíme se skládají ze zvuku původního a z jeho nejrůznějších

odrazů, deformací či utlumení způsobených prostředím. Ve zcela nejjednodušším

případě tedy vše funguje tak, že původní zvuk je doplněn ozvěnou či jiným,

předem definovaným efektem. Nevýhodou tohoto přístupu je, že prostorová

modulace je do značné míry neměnná vzhledem ke zdroji zvuku (protože je řízena

pozicí hráče a nikoliv pozicí zdroje), pouze s ohledem na vzdálenost se mění

poměr wet/dry zvuku, tedy poměr zvuku doplněného efekty a původního zvuku. S

příchodem EAX 2.0 přibyly některé nové funkce, které jej přiblížily možnostem

A3D 2.0, například přechodné utlumení zvuku překážkami či stěnami

(occlusion/obstruction) v závislosti na pozici uživatele. Nové EAX HD pak

přináší možnost modulovat zvuky až podle čtyř různých prostředí současně a

poprvé také umožňuje plynulý přechod mezi jednotlivými prostředími. Dnes již

téměř zapomenutý A3D 2.0 je sice se svými 60 současně počítanými zvukovými

vlnami stále technologickou špičkou, v praxi se mu ovšem EAX HD bez problémů

vyrovná. Diskuse o výhodách A3D 2.0 ovšem nemá valného smyslu, neboť Aureal

Semiconductor ukončil svou činnost již dvěma lety a jeho aktiva odkoupila firma

Creative. Tím byl ukončen vývoj ovladačů pro karty Aureal a též další práce na

technologii A3D.



Vstupy a výstupy zvukových karet

Jack 3,5 mm: Klasický „jack“ je nejběžnějším typem vstupu a výstupu ve světě

PC. Konektory tohoto typu se používají pro klasické stereo, čtyřkanálový zvuk

(dva konektory pro přední a zadní pár) či 5.1 výstup (tři konektory přední,

zadní, střed/subwoofer) i pro digitální výstup (pak se většinou zapojuje

redukce na klasický S/Pdif cinch konektor).

Jack 8 mm: U zvukových karet s breakout boxy (Live Platinum, GameTheatre XP,

Terratec DMX) se velký jack používá pro analogové vstupy a výstupy (sluchátka,

mikrofon, line in/out).

S/Pdif (cinch): Klasické „kolíky“ typu cinch jsou na PC jen výjimečně použity

pro analogový stereo výstup. Častěji se používají jako konektory S/Pdif

(Sony/Philips digital interface digitální koaxiální vstup a výstup). Výhodou

S/Pdif je levnější a flexibilnější kabeláž (teoreticky si ji můžete vyrobit

sami) než v případě optického propojení.

Toslink: Optické digitální propojení je důležité zejména pro přístroje MiniDisc

bývá integrováno na některých zvukových kartách či breakout boxech. Nevýhodou

jsou stále poměrně drahé optické kabely. Toslink i S/Pdif rozhraní mohou

přenášet všechny typy signálů od stereo až po Dolby Digital EX či DTS ES.

Digital DIN: Rozhraní, které používá hlavně společnost Creative pro digitální

propojení vicekánálových reproduktorů a zvukových karet. Konektor se připojuje

přes redukci na digitální „jack“ zvukových karet Live! a Audigy. Tento standard

podporují především vybrané modely počítačových reprosoustav (převážně opět z

produkce Creative).

MIDI (DIN5, mini DIN5): Možnost propojení s MIDI zařízeními (převážně klávesy),

dříve běžná u drtivé většiny zvukových karet (pomocí redukce instalované na

gameport) je dnes obvyklá pouze u dražších karet, které mají MIDI rozhraní

instalováno v breakout boxu. Pokud si chcete vyzkoušet tvorbu hudby, pak je

MIDI spolu s jednoduššími klávesami (stačí speciální počítačové, které

neobsahují syntezátor) prakticky nutností.