رابط های صوتی یا کارت صدا

رابط صوتی که کارت صوت هم نامیده می شود، ابزاری است که برای دریافت و ارسال سیگنال های الکتریکی صوتی به داخل و خارج کامپیوتر به کار می رود. نام کارت صوتی مربوط به زمانی است که رابط صوتی بر روی مدار چاپی که در یکی از شکاف های گسترش کامپیوتر نصب می شد، ساخته می گردید. امروزه از این روش کمتر استفاده می گردد؛ زیرا مدارها و اتصالات مورد نیاز معمولا بیشتر از آن است که روی یک کارت جای گیرد. از طرف دیگر محیط داخل کامپیوتر، پر از نویز و تداخل دیجیتالی است که برای رسیدن به کیفیت بالای مورد نظر امروزی، مشکل ساز می شود. بنا بر این بیشتر سازندگان یا کارت صدایی را به تمامی در جعبه ای محصور می کنند که توسط USB یا FireWire به کامپیوتر متصل می گردد و یا بخش عمده را درون جعبه قرار داده و به کمک یک کارت کوچک ویژه که در کامپیوتر نصب می شود، آن را به کامپیوتر مرتبط می نمایند. البته برخی از رابط های ارزان و یا بسیار خاص هنوز ممکن است صرفا روی یک کارت ساخته شده باشند. رابط USB 1.0 بسیار کُند است و فقط برای ارتباط دو کانال صدا مناسب است. به همین دلیل سازندگان برای ارتباط چند کاناله به سراغ رابط FireWire رفتند.
مشکل FireWire این است که چیپ کنترلر آن تاثیر مهمی در برقراری ارتباط دارد و برخی از سخت افزارها با برخی از کنترلرها ناسازگارند. عموما کنترلر با چیپست تکزاس اینسترومنت بهترین انتخاب است، ولی یافتن آن آسان نیست. رابط USB 2 این مشکل را ندارد و کانکتور آن در همه ی کامپیوتر ها موجود است، ولی تا همین اواخر مورد علاقه ی سازندگان نبود. اکنون قرار است FireWire حذف شده و Thunderbolt جایگزین گردد، ولی Thunderbolt رابط گرانقیمتی است و هنوز فراگیر نشده است. بنابراین USB 2 در حال حاضر بهترین گزینه به نظر می رسد که هم سرعت مناسب و هم حضور فراگیر و هم بهای ارزانی دارد. صحبت از USB 3 هم هست، ولی اکنون کمتر سخت افزاری برای آن ساخته شده است.
کارت صدا معمولا دارای تعدادی ورودی و خروجی آنالوگ صوتی است. ابزارهای بهتر، ورودی و خروجی های دیجیتال نیز دارند. پاره ای هم فقط دارای ورودی و خروجی های دیجیتال هستند. تعداد ورودی و خروجی ها هم متغیر است. برخی از ورودی ها ممکن است دارای پیش تقویت کننده ی میکروفن باشند تا بتوان به کمک آنها مستقیما با میکروفن، ضبط کرد. ورودی مستقیم ساز (DI) که برای اتصال گیتار و باس الکتریک به کار می رود هم در برخی از رابط ها موجود است. هر چه تعداد ورودی ها و خروجی ها بیشتر باشد، بهای ابزار هم بیشتر خواهد بود. پس بهتر است که به تعداد مورد نیاز توجه شود تا خرید مناسبی صورت گیرد. پرداخت بهای اضافی برای چیزی که مورد نیاز نیست، برای کسی جذاب نخواهد بود. برخی از رابط ها دارای اتصالات MIDI هم هستند که کار ارتباط با سینتی سایزر و دیگر دستگاه های دارای MIDI را آسان می کند.
اکنون تقریبا تمامی کارت صداها 24 بیتی هستند، ولی فرکانس نمونه برداری بین استاندارد (44.1 و 48 کیلو هرتز) و دو برابر ( 88.2 و 96 کیلو هرتز) و چهار برابر (176.4 و 192 کیلو هرتز) متغیر است. برخی از متخصصین معتقدند که به فرکانس های بالاتر از 96 کیلو هرتز نیاز نیست و این ابزارهای 192 کیلو هرتزی در عمل ضعیف تر از 96 کیلو هرتز کار می کنند، اما این موضوع محل اختلاف است.
ورودی های آنالوگ صوتی متداول، عبارتند از ورودی میکروفن، ورودی DI و ورودی خط (LINE) که برای ارتباط ابزارهای صوتی و کیبوردها و افکت پروسسورها به کار می رود. خروجی های آنالوگ هم عبارت اند از خروجی خط (LINE) و خروجی هدفون. ورودی ها و خروجی های دیجیتال بر روی فرمت ها و کانکتورهای مختلف موجود است. فرمت SPDIF که بر روی کانکتور RCA وجود دارد از همه متداول تر است؛ البته به صورت اپتیکال هم گاهی ساخته می شود. فرمت AES/EBU در ابزارهای گران تر استودیویی کاربرد دارد که بر روی کانکتور XLR (مانند کانکتور میکروفن) قرار دارد. فرمت چند (8) کاناله ی ADAT فقط بر روی کانکتور اپتیکال موجود است و فرمت های دیگر مانند TDIF کانکتورهای خاص خود را دارند. فرمت MADI در ابزارهای استودیویی و برودکست خاص کاربرد دارد. رابط های بهتر، دارای ورودی و خروجی همزمانی Word Clock نیز هستند.
کیفیت صوتی رابط های صوتی بسیار متغیر است و برخی صدای بسیار بهتری دارند. یک سازنده ممکن است روی پیش تقویت کننده ی میکروفون تاکید کند و دیگری ممکن است تمرکز را بر کیفیت مبدل آنالوگ – دیجیتال بگذارد. حتی برای صرفه جویی و پایین نگاه داشتن بها، سازنده ای ممکن است کیفیت ورودی را بهتر از خروجی و یا بالعکس در نظر بگیرد؛ چون کیفیت بالای هر دو، بها را افزایش می دهد. اگر قرار است از رابط صوتی فقط برای ضبط استفاده شود و یا فقط درون کامپیوتر میکس گردد، کیفیت خروجی ها اهمیت کمتری خواهد داشت. اگر از خروجی آنالوگ برای پردازش بیشتر استفاده می شود، آنگاه کیفیت خروجی هم مهم خواهد شد. البته کیفیت خروجی همواره برای شنود مهم است، ولی اگر این کیفیت بهتر، بسیار مد نظر باشد، اصولا باید از ابزار رده بالاتری استفاده گردد.
مشخصاتی که سازنده برای کارت صدا ارائه می دهد، در انتخاب ابزار اهمیت دارد، ولی تمام ماجرا را بیان نمی کند. یکی از مهمترین این مشخصات، نسبت سیگنال به نویز است که بر حسب دسی بل بیان می شود و باید برای هر بیت به اندازه ی 6 دسی بل افزایش یابد. با این حساب مبدل 24 بیت باید (6×24) 144 دسی بل نسبت سیگنال به نویز داشته باشد. چنین کیفیتی از نظر الکترونیک اکنون قابل حصول نیست و بهترین مبدل ها کیفیتی در حد 120 دسی بل یعنی معادل مبدل های 20 بیتی دارند، ولی بیشتر مبدل ها نسبتی بین 100 تا 118 دسی بل خواهند داشت. البته این نسبت به تنهایی کافی نیست، زیرا نوع نویز زمینه هم بسیار مهم است و مبدلی که نویز زمینه ی یکنواخت تر دارد، کیفیت بهتری نسبت به مبدل دیگری با همان نسبت سیگنال به نویز ولی با نویز زمینه ی کمتر یکنواخت، خواهد داشت.
پارامتر مهم دیگر مقدار ژیتر (JITTER) است. ژیتر نشانگر پایداری مبنای زمانی یا همان مولد فرکانس نمونه برداری می باشد. کوچکترین تغییر در مقدار فرکانس نمونه برداری، تاثیر مهمی در کیفیت ضبط و پخش صدا خواهد داشت. اندازه ی ژیتر که بر حسب نانو یا پیکو ثانیه بیان می شود، اندازه ی این تغییرات را نشان می دهد و هر چه کمتر باشد بهتر است. البته کمتر سازنده ای این پارامتر را ارائه می دهد. ژیتر پدیده ناخواسته ای در صدای دیجیتال است که از عدم پایداری در “مبنای زمانی نمونه برداری” (Sampling Clock) حاصل می شود، که نتیجه آن کاهش کیفیت صدا و پرسپکتیو، از دست رفتن جزئیات صدا و عمق و اندازه صحنه مجازی خواهد بود. ژیترها به دو دسته اصلی تقسیم می شوند؛ ژیترنمونه برداری (Sampling Jitter) و ژیتر رابط دیجیتالی (Digital Interface Jitter). مبدل های آنالوگ به دیجیتال به این شکل کار می کنند که دامنه سیگنال آنالوگ ورودی، در زمان های مساوی و دقیق (که توسط فرکانس نمونه برداری مشخص می شود) اندازه گیری شده و مقدار آن ثبت می شود که این مقدار معادل دیجیتال سیگنال در آن لحظه مشخص است. هنگام تبدیل مجدد این داده های دیجیتال به سیگنال آنالوگ (برای مثال هنگام پخش توسط بلندگوها)، داده ها باید در زمان صحیح به معادل آنالوگ تبدیل شوند. یک مبنای زمانی (Sampling Clock) دقیق، زمان نمونه برداری اولیه و یا زمان تبدیل مجدد را مشخص می کند که توسط یک موج مربعی با فرکانس کاملا ثابت حاصل می شود. اگر این فرکانس کاملا ثابت نباشد، (که نیست؛ زیرا تولید موج مربعی با فرکانس کاملا ثابت بسیار مشکل است.) نمونه برداری یا تبدیل مجدد، در زمان نادرست و با مقدار نادرست انجام خواهد شد. حاصل این عدم ثبات، ژیتر است.
مقدار واپیچش (Distortion) و اندازه ی حداکثر ولتاژ ورودی و خروجی هم از دیگر مشخصات مهم یک کارت صدا هستند.
کیفیت فیلترهای دیجیتال و میکسر داخلی رابط صوتی و همچنین نرم افزار راه انداز کارت صدا (Driver) هم در نتیجه ی صوتی، تاثیر قابل ملاحظه ای دارند. صدا برای تبدیل به دیجیتال و پردازش و تبدیل مجدد به آنالوگ از طبقات دیجیتالی عبور می کند که تاخیر ایجاد می کنند. با کوچک انتخاب کردن اندازه ی بافر (Buffer Size)، تاخیر کم شده ولی به کامپیوتر فشار می آید و متناسب با حجم پردازش، حداقلی برای اندازه ی بافر مشخص می شود که به توان کامپیوتر و کیفیت رابط صوتی و نرم افزار آن بستگی دارد. در سیستم بهتر، اندازه ی بافر کوچکتر، قابل حصول است. امکانات میکسر و نرم افزار داخلی کارت صدا هم نکته ی مهم دیگری است که توانایی آن را نشان می دهد.
در خرید کارت صدا، کیفیت ساخت هم باید در نظر گرفته شود. جنس بدنه و کنترل ها و نشانگرها، کیفیت مدارهای آنالوگ و بالانس بودن پورت هایشان، کیفیت و تعداد تقویت کننده های هدفون، جنس و نوع اتصالات و منبع تغذیه ی رابط هم کاملا مهمند که باید در نظر گرفته شوند.
برخی از رابط های صوتی دارای پردازشگر سخت افزاری (DSP) داخلی هستند که امکان استفاده از افکت های همزمان (Realtime) با کیفیت خوب را فراهم می کند. این نوع رابط ها می توانند هنگام ضبط مفید واقع شوند و نیاز به پردازشگرهای سخت افزاری مجزا را کاهش دهند. پردازشگرهای صرفا نرم افزاری همواره مقداری تاخیر ایجاد می کنند. برخی از مدل ها امکان استفاده از پردازشگر را هنگام میکس فراهم می کنند که آنها هم امروزه کم کم بیشتر مورد توجه قرار می گیرند.