Tudo o Que Você Precisa Saber Sobre a Seção de Áudio da Placa-mãe
04/12/2013 às 18h08min por Gabriel Torres em Áudio

Introdução

Atualmente todas as placas-mães 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 em profundidade 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-mães 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-mães 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 computador.

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 “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 sobre ele em mais profundidade mais tarde.

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 de linha (“line in”) em digital – por exemplo, quando você conecta um toca-fitas ou um toca-discos em seu computador para converter músicas antigas em arquivos MP3 – é chamado conversão analógico/digital (A/D ou ADC).

Conectores Externos

Em qualquer placa de som – incluindo aquelas integradas nas placas-mães – você pode encontrar dois tipos de conector: 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 às caixas acústicas (ou seja, “caixas de som analógicas”). Essa é a forma mais barata e fácil de conectar caixas de som ao PC..

Existem atualmente dois padrões de conexão digital: HDMI (High-Definition Multimedia Interface ou Interface Multimídia de Alta Definição) e SPDIF (Sony/Phillips Digital Interconnect Format ou Formato de Interconexão Digital Sony/Phillips; às vezes grafado S/PDIF). A conexão SPDIF, por sua vez, pode ser encontrada em dois tipos, coaxial (usando um conector RCA mono) ou óptica (usando um conector chamado Toslink).

A conexão digital permite a você conectar sua placa de som a receivers de home theater e caixas de som digitais (você deverá usar equipamento que tenha conector no mesmo padrão usado na placa-mãe: HDMI, SPDIF coaxial ou SPDIF óptico). 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.

É possível, ainda, a conexão de dispositivos de áudio tais como headsets, microfones, fones de ouvido e caixas de som digitais ao computador através da porta USB. Neste caso, a conexão é digital e o áudio não é gerado pela seção de áudio da placa-mãe. O processo de conversão analógico/digital e digital/analógico fica inteiramente por conta do dispositivo, e a qualidade da seção de áudio da placa-mãe não influenciará em nada na qualidade de áudio do dispositivo. Em outras palavras, se você tiver um headset USB de baixa qualidade, a qualidade de áudio será ruim mesmo que a sua placa-mãe traga uma seção de áudio topo de linha.

Em resumo, a qualidade da seção de áudio da placa-mãe só influencia conexões analógicas, aquelas feitas através dos conectores de 3,5 mm coloridos localizados no painel traseiro da placa.

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-mães e, por causa, disso 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 estiver usando tiver suporte a ele. E, em terceiro lugar, com a conexão digital você precisa apenas de um cabo para conectar seu computador 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, do cabo e de um conjunto de caixas de som é muito maior do que o custo de um conjunto de caixas de som analógicas para PCs), 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.

Nas Figuras 1 e 2 você pode ver os tipos de conectores encontrados no painel traseiro de uma placa-mãe que podem ser usados para conexões de áudio. Note que nem todas as placas-mãe trazem todos os conectores possíveis. Por exemplo, a placa-mãe da Figura 1 não traz conector HDMI, enquanto que a placa-mãe da Figura 2 não traz conector SPDIF coaxial.

Exemplo de conectores de áudio
Figura 1: Exemplo de conectores de áudio

Exemplo de conectores de áudio
Figura 2: Exemplo de conectores de áudio

Conectores Analógicos

O número de conectores analógicos existente varia de acordo com a placa-mãe. Esses conectores podem ser “compartilhados” ou “independentes”..

Em teoria, deve haver um conector para cada par de caixas de som a ser instalado, mais um conector para entrada de microfone (“mic in”) e um conector para entrada de linha (“line in”). Por exemplo, se a sua placa-mãe tiver seis canais de áudio, ela deverá idealmente trazer cinco conectores (três para as seis caixas acústicas, um para microfone e outro para entrada de linha). Esses conectores seriam, portanto, “independentes”.

A fim de reduzir custos, placas-mãe podem compartilhar os conectores de microfone e/ou de entrada de linha com os conectores de saída de áudio. Por exemplo, é possível construir uma placa-mãe com áudio de seis canais com apenas três conectores. Neste caso, dois dos conectores terão dupla função e você terá de trocar manualmente plugues quando quiser usar a entrade de microfone ou a entrada de linha.

Portanto, nem sempre é possível saber quantos canais de áudio a placa-mãe suporta apenas olhando para os conectores do painel traseiro, visto que um mesmo conector pode eventualmente ter duas funções.

Na tabela abaixo listamos as configurações possíveis.

Número de Conectores

Configuração

Três

Dois canais independentes ou quatro canais compartilhados ou seis canais compartilhados

Quatro

Quatro canais independentes

Cinco

Seis canais independentes ou oito canais compartilhados

Seis

Oito canais independentes

A propósito: “canais” significa “saídas individuais para caixas de som”, e 5.1 e seis são sinônimos, assim como 7.1 e oito também são sinônimos; essas são formas diferentes de dizer a mesma coisa.

O código de cores usado pelos conectores analógicos é o seguinte:

Conectores Analógicos
Figura 3:
Conectores analógicos

Conectores Internos

Além dos conectores externos, isto é, que ficam acessíveis do lado de fora do computador, placas-mãe também trazem conectores internos. Normalmente dois tipos estão disponíveis: um conector para os plugues de entrada de microfone e saída para fones de ouvido do painel frontal do gabinete, e uma saída SPDIF adicional, que pode ser usada para adicionar, através de um adaptador, a saída SPDIF coaxial em uma placa-mãe que não traga esse conector ou então para fazer com que o áudio gerado pelo computador esteja disponível no conector HDMI da placas de vídeo mais antigas (essa conexão é feita através de um cabo apropriado e atualmente essa conexão não é mais necessária; clique aqui para saber mais)..

Existem dois padrões de pinagem para os conectores do painel frontal do gabinete, AC’97 ou Intel HD Audio, sendo que os dois são incompatíveis. Normalmente os gabinetes vêm com dois conectores, um de cada tipo, e todas as placas-mãe atuais seguem o padrão Intel HD Audio. Explicaremos as diferenças técnicas entre os dois padrões na próxima página. O conector em si tem o mesmo aspecto físico para os dois padrões.

Conectores Internos
Figura 4:
Conectores internos

O sinal de áudio enviado ao conector interno pode ser o mesmo que está sendo enviado às caixas de som frontais ou pode ser diferente, caso o codec de áudio suporte uma configuração chamada “8+2”.

A Interface de Áudio

Tecnicamente falando, existem duas maneiras de integrar o áudio na placa-mãe: usando um controlador de áudio externo (mais caro) ou usando a interface de áudio disponível no chipset da placa-mãe (mais barato, sendo a solução mais habitual)..

No caso mais habitual, usa-se 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) e há uma interface digital que liga o chipset a um chip chamado codec, que é responsável por converter o sinal digital em analógico e vice-versa, sobre o qual falaremos na próxima página.

Existem duas interfaces de áudio que podem ser usadas, chamadas “AC-Link” (ou “AC’97”) e “Intel HD Audio”, que são incompatíveis entre si. Ambas utilizam comunicação em série.

A interface AC-Link usa cinco fios e um clock de 12.288 kHz, onde são transmitidos quadros de 256 bits de comprimento. Com isso, cada quadro é transmitido a 48 kHz (12.288 kHz / 256 bits). Cada quadro é subdividido em 13 campos (“slots”), sendo o primeiro de 16 bits e os demais de 20 bits. Dessa forma, temos que o AC-Link suporta no máximo uma resolução de 20 bits com taxa de amostragem de 48 kHz. Porém, até quatro campos podem ser combinados para aumentar a qualidade do áudio, podendo aumentar a taxa de amostragem para 192 kHz em estéreo, ainda com resolução de 20 bits. A interface AC-Link suporta, no máximo, seis canais de áudio.

Já a interface Intel HD Audio usa cinco fios comuns e um fio para cada codec a ser ligado ao controlador de áudio.  Essa interface suporta taxas de amostragem de até 192 kHz, resolução de até 32 bits e até 16 canais de áudio. Na prática, porém, os valores suportados dependerão do codec e normalmente usa-se uma resolução máxima de 24 bits e oito canais de áudio. Essa interface também utiliza um clock de 12.288 kHz e quadros de 256 bits, porém a maneira com que os quadros são divididos varia.

Na Figura 5, você pode ver parte do diagrama em blocos do chipset Z87 da Intel. Como esse diagrama era muito grande, nós estamos mostrando apenas a parte que interessa para nossa explicação: a interface de áudio (Intel High Definition Audio). O que queremos mostrar aqui é que a interface de áudio é muito simples, oferecendo apenas alguns pinos, que são conectados no codec de áudio localizado na placa-mãe.

Diagrama em blocos do chipset Intel Z87
Figura 5: Diagrama em blocos do chipset Z87

Codec de Áudio

Tanto chipsets quanto controladores de áudio dedicados 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 analógicas, 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, um toca-discos ou um videocassete ao computador para converter músicas ou filmes analógicos em arquivo digital de computador, como MP3, CD, DVD, etc.)..

Fisicamente falando, o codec de áudio é um chip muito pequeno, normalmente localizado na borda traseira da placa-mãe, perto dos slots de expansão. Ver Figura 6.

Os dois fabricantes mais conhecidos deste chip são 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”. Em nosso tutorial “Tabela Comparativa dos Codecs de Áudio”, você pode ver todos os fabricantes e todos os modelos de codec disponíveis para computadores pessoais.

Exemplo de codec de áudio
Figura 6: Exemplo de codec de áudio

Na Figura 7 nós mostramos um pequeno diagrama explicando a relação entre o chipset, o codec e os conectores de áudio encontrados na placa-mãe.

Como o áudio on-board funciona
Figura 7: 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 primariamente da qualidade do codec usado na placa-mãe (na próxima página falaremos de outros fatores que contribuem para a qualidade de áudio). 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 consequentemente a qualidade do áudio on-board de uma placa-mãe) e os valores mais comuns para cada parâmetro. Quanto maior o número, melhor..

Você pode obter os valores usados pelo codec usado em sua placa-mãe no tutorial “Tabela Comparativa dos Codecs de Áudio”.

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-mães muito antigas ou em placas-mães 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 filmes quando o narrador ou personagem está falando, o som sairá desta caixa) e um canal subwoofer – também chamado LFE (Low Frequency Effects, Efeitos de Baixa Frequência) –, que é responsável por criar uma experiência mais realista reforçando sons de baixa frequência (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 laterais. Este é o mesmo padrão usado por filmes em alta definição, como aqueles em Blu-Ray.

E, finalmente, a mais nova adição é o áudio de dez 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 consequentemente 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), onde os usuários podem conversar entre si através de fones de ouvido e microfones, e você rapidamente verá os benefícios desse 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 quiser ler esse tutorial, basta saber que, quanto maiores esses números, melhor é a qualidade de áudio.

E, por fim, 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, esse é o parâmetro no qual o usuário médio deveria prestar mais atenção.

Lembre-se que estamos falando aqui do ruído produzido pelo codec, não do ruído que já está embutido na fonte de áudio. Esse 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). Esse é o ruído do qual estamos falando. Claro que você não quer uma placa-mãe que insira ruído em seu som.

A relação sinal/ruído é medida em decibéis (dB) e quanto maior o seu valor, 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. 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 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 disso, você ouvirá ruído em seu trabalho. 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 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 isso.

Outros Detalhes

Há outros pequenos detalhes no circuito de áudio da placa-mãe que influenciam na qualidade do áudio, como o uso de capacitores de qualidade superior (por exemplo, japoneses específicos para áudio), que aumentam a vida útil da placa-mãe e diminuem o nível de ruído..

Outro pequeno detalhe é o uso de uma chapa metálica em volta do codec, de modo a bloquear interferências eletromagnéticas e, com isso, aumentar a qualidade do áudio. Repare a presença da chapa com o título “Purity Sound” na Figura 8.

Blindagem eletromagnética
Figura 8: Blindagem eletromagnética

Algumas placas-mãe topo de linha estão vindo com a seção de áudio eletricamente isolada do restante da placa-mãe, também para diminuir a interferência eletromagnética. Apesar de a seção de áudio continuar fisicamente na placa, você pode ver ao seu redor que há um “espaço em branco” entre a seção de áudio e o restante da placa. Ver Figura 9.

Circuito de áudio fisicamente separado
Figura 9: Circuito de áudio isolado do restante da placa

E, por fim, outro pequeno detalhe que alguns fabricantes estão adicionando é um circuito amplificador topo de linha para o conector interno da placa-mãe (isto é, para os fones de ouvido). Algumas placas inclusive vêm com esse circuito em um soquete, permitindo que o usuário substitua um circuito integrado por outro.

Originalmente em http://www.clubedohardware.com.br/artigos/Tudo-o-Que-Voce-Precisa-Saber-Sobre-a-Secao-de-Audio-da-Placa-mae/546

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