Audio

PC audio

La sezione audio del PC, inizialmente, era costituita da un piccolo altoparlante, gestito da uno dei chip periferici della CPU.
Attraverso questa via si possono generare suoni base per accompagnare il funzionamento dei programmi e produrre i segnali acustici pensati come appoggio alle varie funzioni del sistema o come indicazioni diagnostiche.

In un secondo momento, sopratutto per azione della Creative, sono state sviluppate schede da inserire sul bus di espansine, prima ISA e poi PCI, per una gestione più complessa dell' audio. Si sono così  rese disponibili schede audio di molti produttori, dalle più semplici alle più complesse, previste per impieghi professionali e per trattamento audio di alta qualità; schede in grado di gestire più codifiche, come Dolby,  mixare più linee di ingresso e comandare più linee di uscita per ottenere effetti di suono tridimensionale con il massimo del realismo.
Attualmente, però,  nella maggioranza dei casi, la gestione hardware dell' audio è supportata direttamente dalle risorse della scheda madre, che ha a bordo chip specializzati, compatibili con le specifiche AC'97.
Così praticamente tutti i PC hanno la possibilità di trattare molteplici sorgenti audio, registrare parlato e musica, riconoscere il parlato, suonare brani da CD audio e da file codificati, accompagnare con il sonoro "3D" i filmati e i giochi. 
A partire da Windows 98, nella task bar in basso sul desktop, appare nell' angolo a destra l' icona di un altoparlante che, clickata, da accesso al pannello di controllo del dispositivo audio on board.

In ogni caso, il vecchio, glorioso e miserrimo altoparlante continua ad esistere, anche solo per i segnali audio base e i diagnostici durante la fase di POST. 

L' altoparlante del PC

L'interfaccia audio

Da un punto di vista hardware, l'  interfaccia audio è abbastanza consolidata, almeno nelle sue linee generali : standard come AC'97 ne hanno definito i contorni in modo sufficiente ad ottenere una ragionevole uniformità di prodotto.
All' Utente sono accessibili comunemente tre prese :
- ingresso microfonico, mono
- ingresso linea, stereo
- uscita audio, stereo

Per semplificare (forse...) la vita agli utilizzatori, lo standard AC'97 prevede un diverso colore per ogni presa disponibile sul retro del PC. E anche le tre prese audio sono identificate da diversi colori. 
Sfortunatamente non sempre le spine da inserire hanno i colori corrispondenti, per cui ...
Comunque, l' immagine qui sotto riporta un tipico set di connettori ATX colorati secondo PC99.

Si nota all' estrema destra la sezione audio, su supporto di colore giallo, sormontata dalla porta game, in cui sono presenti sempre :
Ingresso microfono (MIC)    = presa colore Rosso
Ingresso linea (Line in)          = presa colore Blu
Uscita linea (Line Out/SPK)  = presa colore Verde

I colori sono uno standard, la disposizione fisica no, per cui l' insieme delle tre prese può anche avere un' altro aspetto, ad esempio possono essere poste in linea verticale e non orizzontale o a L o come altro sarà  venuto in mente al progettista.
Inoltre alcune schede dispongono di audio a più canali e i relativi colori di identificazione dovranno essere verificati sulla documentazione del prodotto. 
Da osservare che alcune schede madri non dispongono di sezione audio integrata per cui, desiderando questa funzione, sarà necessario aggiungere una scheda sul bus.

Uscita audio, stereo

Il connettore più usato è certamente quello dell' uscita (colore verde), normalmente collegato alle casse stereofoniche.
Il livello del segnale sonoro dovrebbe essere tipicamente di 2Vpp max., su una impedenza bassa (da 30 a 400 ohm), in modo da poter essere collegato alle normali apparecchiature audio commerciali o a casse attive, ovvero dotate di amplificatore interno. Per cui la linea di uscita potrà andare tanto alla coppia di casse tipiche del PC quanto versi gli ingressi di mixer, impianti Hi-Fi, registratori, TV, ecc.
I dati riportati non sono, però, una costante e possono capitare sezioni audio con un livello di uscita più basso. Comunque solitamente è possibile adattare le cose agendo sui controlli di volume. Vale sempre la pena di dare una occhiata ai manuali dei prodotti, sopratutto quando questi si discostano più o meno dallo standard. 
Da considerare che solitamente le risorse on board sulla scheda madre non possono pilotare direttamente altoparlanti o cuffie a bassa impedenza e sono, invece, previste per il collegamento con successivi apparati dotati di amplificazione propria.  Sotto questo aspetto, l' uscita delle schede audio ha solitamente un livello molto maggiore di quello dei chip on board. Ad esempio, alcune soluzioni su scheda hanno una uscita pensata per casse o cuffie, che fornisce tipicamente 100mW su 8 ohm; altre dispongono di un drive diretto per una coppia di altoparlanti stereo, in grado di produrre 2W o più su un carico standard di da 8 a 32 ohm. In questo caso si possono collegare direttamente altoparlanti non amplificati o cuffie , cosa generalmente non possibile con l' uscita delle schede madri. 

I connettori

I connettori utilizzati per i segnali audio nel PC sono di due tipi : mono e stereo, ma entrambi utilizzano lo stesso modello meccanico : le uscite audio standardizzate per il formato ATX e gran parte delle schede audio utilizzano il tipo jack da 3.5mm.
Jack è il nome dato dagli americani a questo tipo di connettore cilindrico, inseribile a scatto in una parte femmina dotata di contatti elastici; la forma particolare della punta consente ai contatti di trattenere la spina volante, ma anche di poterla estrarre con un minimo sforzo. Solitamente spine e prese sono realizzate in metallo cromato, ma nel campo Hi-Fi sono comuni i tipi placcati in oro, che dovrebbero garantire un migliore contatto (in quanto l' oro non è soggetto ad ossidazione, che ridurrebbe la qualità della connessione). Il corpo è di solito in plastica nera, ma può  anche avere diverso colore (ad esempio per accoppiarsi con il set di PC'99) oppure è in metallo.
Esistono jack da 2 a più vie; nel caso del PC viene usato il tipo a tre vie, due per i segnali e una per la schermatura/massa comune. 

Nell' immagine a lato un tipico connettore jack stereo. Lo  standard prevede le seguenti connessioni : 1 - audio stereo canale destro (R- Right) 2 - audio stereo canale sinistro (L-Left) 3 - massa comune/schermo (GND)

Questo connettore è impiegato sia per l' ingresso, sia per l' uscita. Il cavo utilizzato è del tipo schermato (a due poli più schermo). Usualmente i cavi segnale hanno colore rosso e bianco.

Spesso il rapporto segnale/rumore (SNR Signal Noise Ratio) delle uscite audio PC non è ottimale, in quanto risente della presenza di una grande quantità di rumore elettrico alle più svariate frequenze generato dalle transazioni sui vari bus, sui cavi delle periferiche, sui sistemi di alimentazione integrati, ecc. e a questo problema è molto difficile porre rimedio.
Comunque, la maggior parte dei costruttori ha abbastanza cura della sezione audio e cerca di isolarla quanto possibile, ad esempio separandone l' alimentazione da quella del PC,con l' introduzione di un piccolo regolatore lineare, per disporre di una tensione filtrata e quanto più possibile priva di rumore ad uso esclusivo dei chip audio.

Ingresso audio, stereo

Ricalca la situazione precedente per quanto riguarda i connettori e la disposizione dei contatti.
L' ingresso  standard è progettato per ricevere segnali audio da 500mV a 2V, per operare con sorgenti generiche come CD e DVD player (livello di segnale tipico -10dB), nastri e simili.  L' impedenza di ingresso è abbastanza alta, tipicamente da 10 a 47 kohm e consente una connessione diretta con le uscite di sorgenti audio commerciali, come impianti Hi-Fi, registratori, giradischi  e televisori. Schede audio più o meno complesse o soluzioni audio professionali dispongono di una gamma di ingressi più ampia. Esistono, poi, cavi ed adattatori che permettono la più ampia varietà di interconnessioni.

Ingresso microfonico, mono

Perchè monofonico ? perchè si tratta di un add-on pensato per un PERSONAL computer e non per una sala di registrazione; per cui il microfono è inteso come ausilio per registrare la voce, per comunicare su linea telefonica o via Internet, per il riconoscimento del parlato e simili, tutti impieghi in cui la presenza di un segnale stereofonico non avrebbe senso.
Lo stesso tipo di connettore già visto prima si utilizza anche per l' ingresso microfonico.

Le tre vie del connettore sono usate come segue : 1 - ingresso segnale microfono (Mic) 2 - tensione bias microfono 3 - massa comune/schermo (GND)

Il cavo di collegamento è anche qui obbligatoriamente un cavo schermato; è abbastanza comune la presenza di fili di colore rosso (bias) e bianco (segnale), ma non è uno standard e va verificato.
Si è scelta questa soluzione per collegare microfoni miniaturizzati del tipo a elettrete o similari, dotati di un certo grado di amplificazione, ma che richiedono una alimentazione.  Questi microfoni possono essere molto miniaturizzati e possono essere realizzati in versioni molto economiche (anche se, ovviamente come tutte le cose, dove si vogliono prestazioni e qualità, queste saranno pagate aumento dei costi).
Il circuito tipico è il seguente :

Lo standard PC99 fissa le specifiche tipiche per l' interfaccia microfonica, ottimizzandola per i modelli a elettrete a tre fili, solitamente molto economici, ma anche non di eccelsa qualità, almeno nei modelli più correnti. E' possibile, comunque, collegare anche microfoni dinamici a due fili con i poli 1 e 2 collegati assieme (la componente continua della tensione di bias è bloccata dal condensatore di ingresso dell' amplificatore. 
L' impedenza minima di ingresso dovrebbe essere da 4 kohm a 10 kOhm. Le tensioni di ingresso sono previste in un range da 10 a 100mV . La tensione di bias che alimenta l' elettrete dovrebbe variare da un massimo di 5V+10% a un minimo di 2V con un carico di 0.8mA, dove l' impedenza tipica è 2kohm.
Come già indicato, l' accoppiamento di ingresso del preamplificatore è in alternata e la banda passante dovrebbe essere compresa tra 60 Hz e 15 kHz (3dB). Molto spesso, però, le schede audio hanno parametri differenti; in generale, i prodotti più  anziani o economici hanno basse sensibilità o sono previste esclusivamente per l'  uso di altrettanto economici microfoni a elettrete, mentre prodotti più professionali dispongono di ingressi sensbili, con guadagno regolabile.
In ogni caso, prima di collegare microfoni diversi dallo standard PC conviene documentarsi sulle caratteristiche della scheda usata, in quanto spesso i microfoni professionali sono del tipo dinamico e non amano la presenza della corrente continua fornita dal bias e possono anche esserne danneggiati. 

Da notare che le interfacce audio del PC non sono previste per una registrazione audio professionale da microfoni. Ad esempio, gli ingressi possono essere pensati per il parlato e quindi presentare una banda passante limitata . Oppure il rapporto segnale/rumore può  essere tale da disturbare le fonti di segnale a livello più basso o presentare ronzii o fruscii nelle uscite.
In sostanza, se si desidera usare il PC per lavori audio di alta qualità, è opportuno considerare l' acquisto di schede audio di altrettanta buona qualità ,o meglio, professionali, con microfoni dotati di preamplificatori esterni collegati alla linea di input e non a quella micro, sopratutto se si deve registrare con un sistema di microfoni stereofonico.
In questo caso non è più possibile utilizzare alla presa Microfono, ma bisogna ricorrere all'  ingresso stereo Line, eventualmente con un opportuno adattatore.

[continua]