[Filippo1974]

PARTE II: STORIA DELLE SCHEDE AUDIO


Ora che sappiamo cosa vuol dire frequenza di campionamento e bit per campione, possiamo anche apprezzare alcune specifiche dei sistemi di riproduzione dell'audio digitale. Il più celebre di tutti è sicuramente il CD audio: in esso i suoni vengono campionati con una frequenza di 44,1 kHz e utilizzando 16 bit per campione. Il risultato è che un suono in un CD audio può avere componenti fino a circa 20 kHz (soglia che grossomodo coincide con il limite percepibile dall'orecchio umano medio), ma la risoluzione non è sulla carta sufficiente a garantire che il rumore di quantizzazione non verrà mai percepito. Se abbiamo un impianto di amplificazione di alta qualità, e alziamo per bene il volume, potremo forse sentire il rumore di quantizzazione quando l'intensità del suono vero e proprio è molto bassa (un classico test è quello della musica classica, che in molti punti può utilizzare un'intensità molto tenue degli strumenti).

Ma vediamo specificamente come è cresciuto e maturato il mondo dell'audio nel PC, dagli albori fino ai giorni nostri.

In principio era il famigerato PC Speaker, ovvero un rudimentale generatore di segnali audio elementari (le cosiddette onde quadre) collegato ad un piccolo speaker direttamente sulla scheda madre. Grazie a questo marchingegno, incredibilmente ancora oggi presente nelle motherboard per compatibilità (e come strumento diagnostico), il PC è in grado di emettere i classici "beep", ma nulla più, almeno ufficialmente. Esistevano infatti applicazioni (soprattutto giochi) che, in assenza di soluzioni audio più raffinate, riuscivano a far fare dei veri e propri miracoli al PC Speaker, consentendogli addirittura, seppur con una qualità chiaramente pietosa, di suonare vere e proprie canzoni. Qualche geniale smanettone era perfino riuscito a rendere disponibili emulatori Soundblaster per Windows 3.x, che utilizzavano il PC Speaker per produrre i suoni emulati.

Con il proliferare dei giochi per PC, la raffinatezza dell'audio sui computer è andata rapidamente crescendo, fino alle odierne soluzioni con audio multicanale ed estensioni ambientali.

La prima scheda audio ad incontrare una certa popolarità fu la AdLib. Prodotta a partire dal 1987, adottava un chip audio Yamaha grazie al quale era in grado di suonare fino a 9 voci simultanee. I suoni riproducibili da ciascuna di queste voci erano ottenuti tramite una tecnica definita "Sintesi FM", che permetteva di creare artificialmente suoni caratterizzati da spettri vagamente simili a quelli dei classici strumenti musicali, ottenendo così timbri somiglianti a quelli dei veri strumenti, anche se rimaneva chiaramente percepibile la natura artificiale dei suoni. Questa scheda audio non supportava la codifica PCM descritta in precedenza. La scheda AdLib vide poi qualche anno dopo l'uscita di una versione migliorata, l'AdLib Gold, che permetteva consistenti miglioramenti: le voci riproducibili con la sintesi FM raddoppiavano, passando da 9 a 18, ma soprattutto era finalmente disponibile una (rudimentale) capacità di riproduzione PCM a 12 bit per campione (frequenza di campionamento non nota, forse 11 kHz?), solamente monofonica (niente stereo). Purtroppo, la AdLib Gold arrivava troppo tardi sul mercato, perché da qualche tempo c'era già un prodotto che stava rapidamente riscuotendo un enorme successo: la Soundblaster.

La prima Soundblaster nasceva nel 1987, essenzialmente come un clone della prima AdLib (erano infatti contemporanee). La Soundblaster offriva totale compatibilità software con la AdLib, ma in più aveva il supporto PCM (frequenza di campionamento a 11 kHz e 8 bit per campione in registrazione, fino a 22 kHz e 8 bit per campione in riproduzione, solamente in monofonia), una porta MIDI (per controllare strumenti musicali esterni dotati anch'essi di una porta MIDI) e una porta Joystick. Poiché il prezzo di vendita era paragonabile a quello della AdLib ma le funzionalità erano molte di più, chiaramente la Soundblaster spazzò in fretta la AdLib fuori dal mercato. E, come detto, la AdLib Gold sarebbe arrivata troppo tardi per contrastare il dilagante successo della Soundblaster.

Con la Soundblaster Pro, uscita nel 1991, si migliorava il supporto PCM: fino a 22 kHz di frequenza di campionamento in registrazione (solo mono), mentre in riproduzione erano supportati 22 kHz (stereo) o 44,1 kHz (mono), sempre con 8 bit per campione. Come la AdLib e la stessa Soundblaster, la SB Pro supportava la Sintesi FM, con le stesse capacità della AdLib Gold. Infine, la scheda contemplava anche un controller integrato Matsushita-Panasonic per collegarvi un lettore CD-ROM (purché dotato dell'interfaccia Matsushita, che presto sarebbe scomparsa, soppiantata dall'emergente ATAPI). Da notare che nel tempo sarebbero nate anche varianti della SB Pro con controller ATAPI.

La Soundblaster 16 vide la luce nel 1992 e introduceva per la prima volta il supporto alla codifica PCM con 16 bit per campione (da cui il nome della scheda), utilizzabile sia in registrazione che in riproduzione, assieme ad una frequenza di campionamento di 44,1 kHz valida in ambo i casi. Per il resto, le caratteristiche erano le stesse della Soundblaster Pro. Come opzione, era possibile installare un modulo che permetteva la cosiddetta Sintesi Wavetable: rispetto alla Sintesi FM delle precedenti Soundblaster, i timbri degli strumenti erano finalmente ricavati da suoni convertiti dall'analogico con codifica PCM, e il realismo della musica così prodotta era decisamente superiore. Veniva anche in questo caso proposta l'interfaccia Matsushita-Panasonic per i lettori CD-ROM MKE.

Con le successive Soundblaster AWE32 (1994) e AWE64 (1996), la sintesi Wavetable diveniva di serie, con 32 voci simultanee (64 voci nella AWE64, di cui 32 direttamente supportate in hardware come nella AWE32, e ulteriori 32 emulate in software tramite il driver). Per il resto, era sempre presente il supporto alla codifica PCM, con le stesse capacità della Soundblaster 16.

La rivoluzione sarebbe tuttavia arrivata nel 1997 con l'arrivo dei chip audio Vortex di Aureal Semiconductors. L'innovazione di questi prodotti consisteva nel supporto del cosiddetto audio posizionale, tramite una tecnologia proprietaria Aureal denominata A3D. Non solo il Vortex era in grado di ricreare, nei limiti del possibile, un ambiente sonoro tridimensionale anche con sole due casse a disposizione (mentre per avere una vera riproduzione dell'audio posizionale erano richieste quattro casse), ma poteva anche attingere ai dati di una scena 3D per poter calcolare in tempo reale la propagazione dei suoni nell'ambiente rappresentato da quella scena. Grazie a questa funzione, un gioco 3D poteva ricreare il comportamento del suono in un ambiente, dando all'utente una sensazione di immersione impossibile altrimenti.

Nel 1998 la Creative cercò di controbattere l'innovazione di Aureal con le nuove Soundblaster Live!, caratterizzate dal supporto ad una tecnologia proprietaria di suono posizionale/ambientale, denominata EAX (Environmental Audio eXtensions), che doveva competere con A3D. La prima versione delle EAX, la 1.0, rispetto alla tecnologia Aureal era inferiore (le riflessioni del suono, a differenza della tecnologia A3D, non erano basate sulla reale forma dell'ambiente tridimensionale, bensì erano un semplice effetto di riverbero), ma nel giro di poco tempo Aureal sarebbe andata incontro a difficoltà finanziarie e sarebbe quindi stata rilevata da Creative, che avrebbe inglobato le caratteristiche di A3D nelle successive versioni delle EAX.

Attualmente le EAX sono strutturate come una estensione al componente DirectSound3D, che è parte delle librerie DirectX. Le versioni più recenti delle EAX (dalla 3.0 in poi) non sono di pubblico dominio, e come tali sono supportate solamente dalle schede Soundblaster. Le revisioni più "anziane" delle EAX, invece (quindi fino alla 2.0 inclusa), sono invece state rese pubbliche da Creative, e gli altri produttori di schede audio hanno potuto così includerne il supporto nei propri modelli (attualmente, praticamente qualunque soluzione audio anche non Creative, sia in forma di scheda dedicata che di audio on-board, supporta le EAX 2.0).

Concludiamo questo excursus con un breve cenno all'immediato futuro: con l'arrivo di Windows Vista, l'architettura dell'audio nel mondo Windows ha subìto un brusco cambiamento (di fatto, è stata riprogettata da zero): la conseguenza più importante è la cessazione della possibilità di accelerare le funzioni audio in hardware, comprese le estensioni proprietarie (quindi le EAX) alle DirectX. Su Windows Vista, l'unico modo di sfruttare un'eventuale accelerazione hardware per l'audio è sfruttare OpenAL, una libreria pubblicamente disponibile con supporto sia al mondo Windows che Mac e UNIX/Linux per l'implementazione dei sottosistemi audio di giochi e applicazioni in genere. Creative ha già percorso questa via, non solo favorendo il supporto dell'audio OpenAL nei giochi di nuova generazione, ma soprattutto dando vita al progetto "ALchemy", un software per Windows Vista in grado di convertire le vecchie funzioni DirectSound e DirectSound3D nelle equivalenti OpenAL per poter così continuare ad avere il supporto hardware disponibile.

Nella terza parte di questa guida parleremo un po' delle soluzioni audio on-board, una rarità (quasi un lusso) fino a qualche anno fa, ma comunissime ai giorni nostri (praticamente non esiste più una motherboard che non offra un minimo di audio on-board).