Abbildung 1: Einsatz einer Soundkarte in ihrem Arbeitsumfeld und unsere Artikel hierzu

In diesem Text wollen wir Euch erklären, was eine Soundkarte ist. In der oberen Abbildung haben wir mal visuell alle Artikel gesammelt, welche zum Verständnis einer Soundkarte von Nöten sind — wer also im großen Stil nachvollziehen möchte, wie eine Soundkarte funktioniert, dem sei Nahe gelegt diese zu studieren.

Folgende Inhalte behandelt der Artikel:

Prinzipielle Funktionsweise einer Soundkarte

Abbildung 2: Prinzipielle Funktionsweise einer Soundkarte eine Manipulation der Samples kann intern per DSP oder extern in der CPU des Computers erfolgen.

Abbildung 2 zeigt die rudimentäre Funktionsweise einer Soundkarte, egal welcher Bauart. Über den Input (Mic- /Line-Eingang) gelangt ein analoges Audiosignal, eine Wechselspannung, in die Soundkarte. Handelt es sich um ein Mikrofonsignal muss dieses noch per Preamp verstärkt werden. Ein Line-Signal (z.B. aus dem Keyboard) ist bereits laut genug und würde bei Verstärkung Clippen. Anschließend wird die Spannung per AD-Wandlung in ein binäres Signal umgewandelt. Jene Samples können nun intern in der Soundkarte mittels ihres Digitalen Signal Prozessors bearbeitet werden (Es könnte hier zum Beispiel ein Hall beigefügt werden). Soll die Bearbeitung mittels des CPU erfolgen, so werden die Samples an diesen mit einer bestimmten Sample Buffer Size (SBS)per Datenbus (z.B. PCI) weitergereicht. Bei guten Soundkarten lässt sich die Sample Buffer Size einstellen, hierbei muss ein Kompromiss aus zwei verschiedenen Fakten gefunden werden:

  1. Wird die SBS zu groß gewählt kommt es zu Latenzen, da Änderungen am Audiomaterial erst später in den nächsten Buffer kommen (bei kleiner Buffersize ist quasi die Frequenz der Bearbeitung höher).
  2. Wird die SBS zu klein gewählt kommt es zwar zu geringen Latenzen, es kann jedoch sein, dass der Computer mit dem Schreiben (bei der Audiowiedergabe) bzw. mit dem Lesen (bei der Audioaufnahme) der Samples nicht hinterherkommt — es entstehen plötzliche Momente der Stille welche sich auf Grund von drastischen Audiosprüngen als Plops oder Knackser bemerkbar machen.

Über den Kontrollbus einer Soundkarte lässt sich zum Einen ein interner Mixer direkt ansteuern (falls dieser vorhanden ist), zum anderen lassen sich per MIDI Schnittstelle Befehle an eine Digital Audio Workstation geben.

Die Samplingrate einer Soundkarte gibt an, wie oft die AD-Wandler ein analoges Signal pro Sekunde abtasten können. Eine hohe Samplingrate macht unter Umständen bei der Audiobearbeitung Sinn, siehe hierfür unseren Artikel A/D-Wandler und D/A-Wandler.

Die Bauart einer Soundkarte beschreibt, ob es sich um eine interne oder externe Soundkarte handelt. Im folgenden wird zunächst die externe und dann die interne Soundkarte berschrieben.

Externe Soundkarten

Externe Soundkarten erfreuen sich besonderer Beliebtheit, da sie a) auch einem Notebook jegliche Audiofunktionalität verleihen können ohne auf dessen bescheidene Platzverhältnisse(Stichwort PCMCIA) beschränkt zu sein und b) das Problem interner Soundkarten von elektromagnetischen Feldern umgeben zu sein(Stichwort Brummen) durch örtliche Verlagerung lösen.

Aufbau

Die prinzipielle Funktionsweisen interner und externer Soundkarten unterscheiden sich nicht, externe Soundkarten werden jedoch per FireWire oder USB am PC / Notebook angeschlossen. Hierdurch können auch Notebooks ohne PCMCIA mit den Funktionen einer guten Audiokarte ausgestattet werden.

Eingänge und Ausgänge

Meist beinhaltet eine externe Soundkarte folgende Eingänge:

  • Mic-In (durch einen Preamp ist es so möglich, einen geringen Pegel auf Line-Niveau zu verstärken) — meist als XLR-Eingang
  • Line-In: Hier kann z.B. ein Keyboard angeschlossen werden, welches über einen Pegel verfügt der nichtmehr verstärkt werden muss (Line-Pegel) — meist als Klinken-Eingang
  • Instrumenten-In: Hier kann z.B. das Klinke-Kabel einer Gitarre angeschlossen werden. Wie beim Mikrofon ist der Pegel hier noch sehr niedrig, er muss verstärkt werden.
  • Digitale/Optischer Eingänge:  Per S/PDIF (Sony/Philips Digital Interface) können Daten auch digital bzw. optisch übertragen werden: So kommt es zu keinerlei Signalveränderung durch AD- bzw. DA-Wandlung und Preamps.

Zum anderen gibt es symmetrische Monitorausgänge, welche eine Brummfreie Audiowiedergabe garantieren. Auch S/PDIF gibt es als Ausgangsvariante, hierdurch können an andere digitale Geräte Samples ohne Qualitätsverlust weitergegeben werden. In teuren Soundkarten gibt es meist mehrere Ausgänge um verschiedene Abhörmonitore anschließen zu können, um so einen möglichst neutralen Mix vollführen zu können.

Busse und Interfaces

Im folgenden seien die wichtigsten Busse und Interfaces externer Soundkarten beschrieben. Dies sind im wesentlichen FireWire und USB, wobei USB vor allem im Consumer-Bereich einen größeren Markt bedient.

IEEE 1394 (FireWire)

IEEE 1394 (auch i.LINK oder FireWire) ist ein Bus für serielle Datenübertragung. 1394 ist hierbei die offizielle Bezeichnung, FireWire eine Marke von Apple und i.Link eine Marke von Sony. FireWire hat sich im alltäglichen Sprachgebrauch durchgesetzt. Eingesetzt wird FireWire vor allem im Bereich der Ton- und Videotechnik, teils aber auch im PC Consumer Bereich zum Anschluss externer Geräte.

Der Vorteil von FireWire gegenüber USB liegt unter anderem in seiner hohen Ausgangsspannung (8 bis 33 Volt) bzw. seines hohen Ausgangsstroms (1,5 Ampere): Festplatten haben z.B. oft hohe Einschaltströme, sodass USB-Festplatten hierfür oft zwei USB-Anschlüsse benötigen.

Universal Serial Bus (USB)

USB ist ein serieller Bus, welcher zur Verbindung von Computern mit externen Geräten dient. Die Spannungsversorgung eines Geräts per USB kann durch eine 5v Spannung bedient werden. Die USB Version 3.0 bietet einen Hochgeschwindigkeits-Übertragungsmodus mit einer Datenrate von 5Gbit/s. Auf Grund der sehr hohen Verbreitung verwenden die meisten externen Soundkarten per USB betrieben.

Interne Soundkarten

Der komponenten-modulare Aufbau von Personal Computern ermöglicht es, Hardware wie eine Grafikkarte oder eben eine Soundkarte frei zu wählen. Das Motherboard benötigt lediglich einen Schnittstelle über welche ebenfalls die Soundkarte verfügt — ist auf dem Computer dann noch der richtige Treiber vorhanden, so steht dem Hörvergnügen nichts mehr im Weg.

Aufbau

Den Prinzipiellen Aufbau einer Soundkarte veranschaulicht Abbildung 2. Bei internen Soundkarten muss zwischen Onboard Soundkarten (Auf dem Motherboard verbaute Soundkarten) und Soundkarten welche über eine spezielle Schnittstelle (siehe Busse und Interfaces) verbunden sind unterschieden werden.

Eingänge und Ausgänge

Tabelle 1 zeigt die Farben der Ein- und Ausgänge einer Soundkarte und deren zugehörige Funktionen. Bis auf die (eher selten anzutreffende) MIDI-Buchse handelt es sich bei allen Steckern um 3,5mm Klinkenstecker. Professionelle Soundkarten können um diverse Anschlüsse erweitert sein, meist als Kabelbündel welches zum Beispiel zu einer Patchbay geführt werden kann. Auch optische Ein- und Ausgänge sind hier möglich jedoch nicht die Regel.

 

Tabelle 1: Ein- und Ausgänge einer handelsüblichen Soundkarte

1 Ausgang für Tiefbass-Lautsprecher (subwoofer)
2 Stereo-Line-Out für Rücklautsprecher (rear speakers)
3 Stereo-Line-Out für Kopfhörer und Front-Lautsprecher
4 Mono-Mikrofon Eingang
5 Stereo-Line-in / Stereo-Aux Eingang
6 Stereo-Ausgang für Seitenlautsprecher (side speakers)
Spezial-Ausgang für „Right-to-left-Speaker”
8 Ausgang für Sourround-Side-Channels
7 Game port / MIDI (15 pin D)

Busse und Interfaces

Im folgenden seien die wichtigsten Busse und Interfaces interner Soundkarten vorgestellt. Der IEEE 1284 Standart findet hierbei heutzutage kaum noch Anwendung.

PCI (Peripheral Component Interconnect)

PCI ist ein Bussystem zum Verbinden von Hardware mit dem Chipsatz eines Prozessors. Der sogenannte PCI Conventional Standart findet breite Verwendung in den meisten PCs. Die Netzwerkkarte, Grafikkarten, Kartenleser und eben die Soundkarte können so über PCI mti dem Prozessor verbunden werden. Es exisitieren drei verschiedene PCI Standarts:

  1. Konventioneller PCI  (133 bis 533 MByte/s)
  2. PCI Extended (PCI-X) (533, 800 oder 1067 MByte/s)
  3. PCI Express (PCI-E) (bis zu 31,51 GByte/s)

PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Asscociation)

PCMCIA ist ein Standart für Erweiterungskarten mobiler Computer. Sie sind Hot-Plug fähig, außerdem liegen für die Treiberkonfiguration alle nötigen Informationen auf der Card Infomation Structuree (CIS) vor.  Es muss also kein Neustart vollführt werden bevor jene Karten eingesetzt werden können. Nicht jeder Laptop verfügt heutzutage über einen PCMCIA Anschluss, sodass im Notebook-Bereich heute vor allem externe Soundkarten(USB oder FireWire) verwendet werden.

IEEE 1284-Standart

Der IEEE 1284 Standart ist vor allem vom guten alten Druckerkabel bekannt — allgemein definiert der Standart eine paralllele Schnittstelle zur bidirektionalen Übertragung von Daten zwischen PCs und anderen Geräten wie Laufwerken, Scannern und Druckern. Er wird zunehmend von USB und FireWire verdrängt und ist heute auch bei Soundkarten nicht mehr anzutreffen.