Por Gabriel Torres e Cássio Lima em 07 de fevereiro de 2008
Introdução
Atualmente todas as placas-mãe têm uma placa de som integrada (recurso este conhecido por vários nomes, como áudio on-board, som on-board, áudio integrado ou som integrado). Neste tutorial explicaremos como o áudio on-board é produzido, permitindo a você entender o que é um codec e qual a sua importância na qualidade do áudio.
Algumas placas-mãe muito topo de linha não vêm com a seção de áudio integrada na placa-mãe, mas com uma placa de som avulsa que é instalada em um slot PCI Express x1 ou em um conector especial na placa-mãe. Esta opção é usada apenas porque algumas placas-mãe topo de linha já têm muitos conectores no painel traseiro e os conectores de áudio simplesmente não caberiam lá, e, portanto, a solução é o uso de uma placa de som avulsa, que faz com que os conectores fiquem disponíveis em um dos slots do gabinete do micro.
O áudio pode estar disponível em dois formatos diferentes: analógico e digital. Os computadores são dispositivos digitais, o que significa que eles produzem e manipulam apenas áudio no formato digital. O problema, no entanto, é que no mundo real o áudio é uma entidade analógica. Caixas acústicas esperam um sinal analógico para que possam reproduzir os sons; você não pode enviar um sinal de áudio digital para as caixas acústicas – as chamadas “caixas de som digitais” são na verdade caixas analógicas com um conversor digital/analógico (conversor D/A ou DAC) embutido responsável por converter o sinal digital enviado pelo computador em sinal analógico. Nas placas-mãe existe um chip chamado codec (abreviação de codificador/decodificador) que é responsável pela conversão de sinais de áudio digital em analógico e vice-versa. Este componente é muito importante já que ele define a qualidade do áudio da placa de som e nós falaremos mais sobre ele adiante.
O processo de converter o sinal digital enviado pelo computador em sinal analógico, de modo que você possa ouvir o som em suas caixas acústicas – por exemplo, quando você toca um arquivo MP3 ou quando você roda um arquivo de vídeo – é chamado conversão digital/analógico (D/A ou DAC). O processo inverso, isto é, a conversão de sinais de áudio analógico enviados para o computador através de um microfone ou através da entrada “line in” em digital – por exemplo, quando você conecta um toca-fitas ou um toca-discos em seu micro para converter músicas antigas em arquivos MP3 – é chamado conversão analógico/digital (A/D ou ADC).
Em qualquer placa de som – incluindo aquelas integradas nas placas-mãe – você pode encontrar dois tipos de conectores: analógico e digital. Os conectores analógicos (normalmente conectores de 3,5 mm, conhecidos no Brasil como “P2”) permitem que você conecte a sua placa de som diretamente as caixas acústicas (ou seja, “caixas de som analógicas”). Esta é a forma mais barata e fácil de conectar caixas de som ao micro.
A conexão digital, também conhecida como SPDIF (Sony/Philips Digital Interconnect Format ou Formato de Interconexão Digital Sony/Philips), pode ser encontrada em dois tipos, coaxial (usando um conector RCA mono) ou óptica (usando um conector chamado Toslink). Esta conexão permite a você conectar sua placa de som em receivers de home theater e caixas de som digital. Como já explicamos, caixas de som são dispositivos analógicos. Os receivers de home theater e caixas de som digital têm um conversor digital/analógico integrado que converte o sinal digital recebido em analógico e então envia o sinal para as caixas de som.
A conexão digital oferece algumas vantagens se comparada à conexão analógica. Primeiro, normalmente os receivers de home theater e caixas de som digital utilizam um codec de melhor qualidade do que o usado em placas-mãe e por causa disto a qualidade de áudio é melhor (menor nível de ruído, principalmente). Segundo, os receivers de home theater e caixas de som digital podem oferecer recursos não encontrados em caixas analógicas, como Dolby Pro Logic, que simula som surround quando a fonte de som original é apenas estéreo (ou seja, apenas dois canais) – usando caixas de som analógicas você só tem este tipo de recurso se o software que você estiver usando tiver suporte a ele. E em terceiro lugar, com a conexão digital você precisa apenas de um cabo para conectar seu micro ao receiver ou às caixas de som digital, enquanto que com a conexão analógica você precisa de um cabo para cada par de caixas de som (em um sistema 5.1 você precisará de três cabos, por exemplo).
A desvantagem da conexão digital é o preço, já que os componentes envolvidos na conexão digital são mais caros (o custo de um receiver de home theater e de um conjunto de caixas de som é muito maior do que o custo de um conjunto de caixas de som analógicas para seu micro), pelo fato de usarem um codec mais caro e também o custo dos decodificadores para vários recursos adicionais, como o Dolby Pro Logic que comentamos anteriormente.
Na Figura 1 você pode ver os conectores encontrados no painel traseiro de uma placa-mãe (ASUS P5K-E), os conectores de áudio digital (Figura 2) e analógico (Figura 3).
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Figura 1: Conectores encontrados no painel traseiro de uma placa-mãe (ASUS P5K-E).
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Figura 2: Conectores de áudio digital (coaxial em cima, óptico embaixo).
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Figura 3: Conectores de áudio analógico.
O número de conectores analógicos que você encontrará em sua placa-mãe dependerá de quantos canais de áudio sua placa-mãe tiver (2, 4, 6 ou 8) – a propósito, “canais” significa “saídas individuais para caixas de som”, e 5.1 e 6 são sinônimos, assim como 7.1 e 8 também são sinônimos; essas são formas diferentes de dizer a mesma coisa. No melhor caso (oito canais – também chamado formato 7.1) você terá seis conectores como mostrado na Figura 3. O código de cores usado pelos conectores de áudio analógicos é o seguinte:
- Rosa: Entrada para microfone (Mic in)
- Azul: Entrada de linha (Line in)
- Verde: Saída para caixas de som frontais (Front speakers out)
- Preto (ou azul escuro em algumas placas antigas): Saída para caixas de som traseiras (Rear speakers out)
- Laranja: Saída para caixa Central/subwoofer (Center/subwoofer out)
- Cinza: Saída para caixas de som intermediárias (Middle speakers out)
Em placas-mãe com apenas dois canais de áudio você encontrará apenas os conectores rosa, azul e verde. Em algumas placas-mãe com quatro ou seis canais você não encontrará os conectores preto e laranja. Neste caso o conector azul é usado tanto para entrada de linha quanto para saída para caixas de som traseiras, e o conector rosa é usado tanto para a entrada do microfone (mic in) quanto para as saídas central/subwoofer. Claro que esta configuração não é a ideal, já que toda vez em que você quiser usar qualquer um desses conectores para outra função (por exemplo, conectar um microfone para conversar no Skype) você terá que remover manualmente um plugue (o plugue da caixa de som) e instalar outro plugue (o plugue do microfone) e trocá-los novamente depois (após ter terminado de usar o Skype).
Além disso, algumas placas-mãe com oito canais de áudio não oferecem o conector cinza, permitindo que apenas caixas de som analógicas 5.1 sejam conectadas diretamente na placa-mãe. Neste caso se você quiser usar todos os oito canais você precisará conectar sua placa-mãe a um receiver de home theater 7.1 ou caixas de som digital usando a conexão SPDIF (ou seja, digital).
O Chip Ponte Sul
Tecnicamente falando existem duas maneiras de integrar o áudio na placa-mãe. A maneira mais comum é usar o processador da máquina para processar o áudio, técnica chamada HSP (Host Signal Processing ou Processamento de Sinais no Hospedeiro – neste caso “hospedeiro” é o processador da máquina), com o chip ponte sul do chipset oferecendo o circuito de interface necessário com o mundo externo. A segunda maneira – que atualmente é encontrada apenas em algumas placas-mãe topo de linha – é usar um controlador dedicado para controlar e processar o áudio e dessa forma não utiliza o processador do micro para esta tarefa.
Mas tanto o chip ponte sul quanto os controladores dedicados não são capazes de trabalhar com áudio analógico, apenas com áudio digital, necessitando de um chip externo – o codec – para realizar a interface entre o chip e os conectores analógicos.
O chip ponte sul – também é chamado ICH ou Hub Controlador de Entrada e Saída pela Intel – controla a maioria das portas de periféricos localizadas na placa-mãe, como as portas USB e as conexões PCI Express x1. Ele é um chip grande e normalmente está localizado afastado do processador da placa-mãe, normalmente com um dissipador de calor passivo instalado. O chip grande perto do processador é o chip ponte norte.
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Figura 4: Localização do chip ponte sul na placa-mãe.
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Figura 5: Chip ponte sul com o dissipador de calor passivo.
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Figura 6: Chip ponte sul sem o dissipador de calor passivo.
Na Figura 7 você pode ver parte do diagrama em blocos de um chip ponte sul. Como este diagrama era muito grande, nós estamos mostrando apenas a parte que nos interessa para nossa explicação: a interface de áudio (“Intel High Definition Audio” na Figura 7). Este diagrama em blocos é de um chip ponte sul Intel ICH9, usado por vários chipsets como o P965 e o P35 (e mostrado nas figuras acima).
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Figura 7: Diagrama em blocos de um chip ponte sul.
Como você pode ver a interface de áudio é muito simples, oferecendo apenas alguns pinos, que são conectados no codec de áudio localizado na placa-mãe.
O Codec de Áudio
O chip ponte sul ou o controlador de áudio não podem trabalhar com áudio analógico. Eles precisam de um pequeno chip chamado codec de áudio (abreviação de codificador/decodificador) para fazer as devidas conversões digital/analógico (D/A ou DAC) e analógico/digital (A/D ou ADC). A conversão de digital para analógico é feita quando o computador envia sons para as caixas de som, enquanto que a conversão de analógico para digital é feita quando você envia para o computador sinais de áudio a partir de uma fonte de áudio analógica externa (por exemplo, quanto você conecta um toca-fitas ou um toca-discos ao micro para converter músicas em MP3 ou CD).
Fisicamente falando o codec de áudio é um chip muito pequeno que mede 7 mm2 e normalmente está localizado na borda traseira da placa-mãe (veja na Figura 8). Os dois fabricantes mais conhecidos deste chip é a Realtek (RTC) – chips fabricados por esta empresa começam com as letras ALC – e a Analog Devices (ADI, também conhecida como “SoundMax”) – chips fabricados por esta empresa começam com as letras AD. Nas Figuras 9 e 10 nós mostramos exemplos de codecs desses dois fabricantes.
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Figura 8: Localização do codec de áudio na placa-mãe.
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Figura 9: Codec Realtek ALC888S.
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Figura 10: Codec Analog Devices AD1988B.
Na Figura 11 nós mostramos um pequeno diagrama explicando a relação entre o chip ponte sul, o codec e os conectores de áudio encontrados na placa-mãe.
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Figura 11: Como o áudio on-board funciona.
Qualidade do Áudio
Como o codec é o responsável pelas conversões digital/analógico e analógico/digital, a qualidade do áudio analógico depende exclusivamente da qualidade do codec usado na placa-mãe. Existem vários parâmetros que podem ser usados para julgar a qualidade de um codec de áudio. Abaixo nós listamos os principais parâmetros que você deve usar para comparar codecs (e conseqüentemente a qualidade do áudio on-board de uma placa-mãe) e os valores mais comuns para cada parâmetro. Quanto maior o número, melhor.
- Canais: 2, 4, 6 (5.1), 8 (7.1) ou 10 (8+2).
- Resolução: 16 bits, 18 bits, 20 bits ou 24 bits.
- Taxa de amostragem: 44,1 KHz, 48 KHz, 96 KHz ou 192 KHz.
- Relação sinal/ruído (SNR): 80 até acima de 100 dB.
É importante notar que vários codecs oferecem um valor para suas entradas diferente do valor oferecido por suas saídas – por exemplo, oferecendo uma taxa de amostragem de até 192 KHz para suas saídas, mas apenas até 96 KHz para suas entradas (como é o caso do codec Realtek ALC888S mostrado na Figura 8). Isto acontece porque enquanto todos os usuários usam a saída de áudio da placa-mãe e podem julgar a qualidade de áudio ouvindo o áudio produzido pelo micro, apenas alguns poucos usuários usam a entrada “line in” da placa-mãe (vários usuários usam a entrada “mic in” para aplicações como Skype, mas como esta entrada é usada apenas para voz humana, a qualidade não precisa ser a melhor). Baseado neste fato os fabricantes de codecs oferecem codecs baratos com baixas especificações para suas entradas, que são escolhidos pelos fabricantes da placa-mãe de modo a reduzir custos. Todavia você encontrará codecs com alta qualidade para suas entradas em algumas placas-mãe topo de linha (e muito caras).
A propósito, no datasheet (documento técnico) do codec ou página contendo as especificações técnicas no site do fabricante as saídas são normalmente referenciadas como “DAC” e as entradas são normalmente referenciadas como “ADC”. Isto ajudará você a descobrir as especificações de um dado codec.
Vamos agora explicar em detalhe cada item da lista acima.
O número de canais é a quantidade de saídas de som independentes que a placa de som possui. Antigamente as placas de som tinham somente dois canais – esquerdo e direito, isto é, som estéreo. Então veio o som surround básico com quatro canais, com duas caixas (esquerda e direita) na frente e duas caixas (esquerda e direita) atrás. Atualmente essas duas opções são encontradas apenas ou em placas-mãe muito antigas ou em placas-mãe muito simples.
O número mínimo de canais que você encontrará atualmente é seis, também conhecido como 5.1. Este é o mesmo padrão de áudio usado pelos DVDs. Aqui nós temos duas caixas frontais, duas caixas traseiras, uma caixa central (principalmente usada para voz; por exemplo, em canais de notícias ou em filme quando o narrador ou personagem está falando o som sairá desta caixa) e uma canal subwoofer – também chamado LFE (Low Frequency Effects, Efeitos de Baixa Freqüência) –, que é responsável por criar uma experiência mais realista reforçando sons de baixa freqüência (graves).
O áudio de oito canais, também chamado 7.1, oferece as mesmas especificações do áudio 5.1, mas com a adição de duas caixas entre a caixa frontal e a caixa traseira, uma em cada lado (esquerda e direita). Essas caixas também são conhecidas como caixas intermediárias. Este é o mesmo padrão usado por discos de alta definição, ou seja, HD-DVD e Blu-Ray.
E finalmente a mais nova adição é o áudio de 10 canais, que é um nome inapropriado, já que ele não adiciona mais dois canais ao sistema surround, mas oferece dois canais independentes (esquerdo e direito) para os fones de ouvido. Este sistema é melhor descrito como 8+2. Em todos os outros sistemas o conector para fones de ouvido localizado no painel frontal do gabinete é conectado em paralelo com a saída de linha (caixas frontais) e conseqüentemente oferece o mesmo som que é enviado para as caixas frontais. No sistema 8+2 o conector para fones de ouvido frontal é independente das caixas de som frontais e programas podem enviar um sinal de áudio diferente para os fones de ouvido enquanto estiver tocando outro som nas caixas frontais. Pense em jogos que usam tecnologia de voz sobre IP (VoIP) como o Battlefield, onde os usuários podem conversar entre sim através de fones de ouvido e microfones, e você rapidamente verá os benefícios deste sistema: usuários não ouvirão no fones de ouvido os sons do jogo como explosões e tiros, apenas as conversas com outros usuários, enquanto mantém os sons dos jogos tocando ao mesmo tempo em todas as caixas.
A resolução ou taxa de amostragem são dois parâmetros que tomariam muito tempo para explicarmos exatamente o que são. Nós já escrevemos um tutorial chamado Como Conversores Analógico/Digital Funcionam onde explicamos esses parâmetros em detalhes. Se você não quer ler este tutorial basta saber que quanto maior esses números, melhor é a qualidade de áudio.
E finalmente nós temos a relação sinal/ruído, também chamada SNR (Signal-to-Noise Ratio), que mede o nível de ruído produzido pelo codec. Em nossa opinião este é o parâmetro que o usuário médio deveria prestar atenção.
Lembre-se que o que estamos falando aqui é o ruído produzido pelo codec, não o ruído que já está embutido na fonte de áudio. Este parâmetro não tem nada a ver com o ruído que já está dentro de um arquivo de vídeo ou um arquivo MP3 que você tenha.
Para entender o que estamos falando, faça uma experiência simples. Em casa, encontre um aparelho de som que ainda tenha um toca-fitas. Coloque uma fita para tocar, pressione a tecla “pause” e aumente o volume. Você ouvirá muito ruído (tecnicamente chamado ruído branco) que está sendo produzido pelo toca fitas e não está dentro da fita que você está tocando (já que ela está parada). Este é o ruído que estamos falando. Claro que você não quer uma placa-mãe que insira ruído em seu som.
A relação sinal/ruído é medida em uma unidade chamada decibel (dB). Quanto maior este número, melhor. Idealmente você deveria ter uma placa-mãe com um codec que tenha uma relação sinal/ruído de pelo menos 100 dB para a melhor qualidade de áudio possível. Codecs mais simples oferecem uma relação sinal/ruído de 96 dB ou 97 dB, que é “quase lá” e oferecerá uma qualidade de áudio muito boa para o usuário comum.
O problema, no entanto, é a relação sinal/ruído para as entradas de áudio. A relação sinal/ruído divulgada pelo fabricante da placa-mãe ou do codec é para as saídas analógicas do codec. Como explicamos os fabricantes de placas-mãe normalmente escolhem um codec com especificações de entrada mais baixas do que as especificações de saída.
Se você planeja trabalhar com captura e edição de áudio analógico – converter fitas VHS para DVD, converter fitas e LPs para MP3 ou CD e tarefas similares – então você deve comprar uma placa-mãe (ou uma placa de som avulsa) que use um codec que ofereça uma relação sinal/ruído de pelo menos 95 dB em sua entrada. Abaixo disto você ouvirá ruído em seu trabalho, o que é ruim já que sujará seu nome perante aos seus clientes. Infelizmente codecs simples oferecem uma relação sinal/ruído de entrada de 90 dB ou de até mesmo 85 dB, o que é um valor muito ruim. Claro que você apenas precisa se preocupar com esta questão se você for trabalhar com captura e edição de áudio analógico. Se este não é o seu caso – como não é o caso da maioria dos usuários – você não deve se preocupar com isto.
Agora que você conhece as especificações básicas de um codec você será capaz de comparar a qualidade de áudio de diferentes codecs (e de placas-mãe) disponíveis no mercado.Para facilitar compilamos uma série de tabelas contendo as especificações básicas dos principais codecs de áudio encontrados no mercado.Originalmente em http://www.clubedohardware.com.br/artigos/546
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