כל המידע הדרוש לבחירת ממשק כרטיס הקול הנכון עבורכם
קרא לפי פרקים:
1. פרק ראשון
עקרונות הפעולה עליהם מושתתים ממשקי קול
אופן החיבור - USB או PCIe או FireWire או ThunderBolt
מנהלי התקן (Driver)
2. פרק שני
Latency (עכבה)
חיבורים, מחברים ומונחים בתחום
כרטיסי קול עם DSP
3. פרק שלישי
הבחירה הנכונה עבורי
המעוניינים בהעשרה נוספת.. היסטוריה
בין אם אתם יוצרים של מוזיקה אלקטרונית המבוססת על כלים וירטואליים באופן מלא, ובין אם אתם מקליטים תזמורת פילהרמונית או להקת רוק, האמצעי העיקרי להשגת המטרה הוא ממשק הקול שלכם, או בעגה הישנה – כרטיס הקול שלכם. ( “כרטיס” משום שבתחילת הדרך, כולם היו כרטיסי הרחבה פנימיים המותקנים על לוח האם של המחשב).
החשיבות והמרכזיות של כרטיס הקול נובעת בשל הפתרונות בהם הוא מצייד אותנו המשתמשים. למוזיקאי האלקטרוני העובד עם מחשב שולחני, איכויות הנגינה וההמרה הנם ראשונים במעלה. ואילו למוזיקאי הנדרש להופיע עם מחשב ישנם פרמטרים אחרים חשובים לא פחות: ניידות, מקור צריכת החשמל, מספר יציאות גדול דיו בכדי להפריד “קליק” (מטרונום) ליציאה נפרדת למתופף או DJ הנזקק ליציאה נפרדת לאזניות, על מנת להאזין לשיר הבא ברצף ולסנכרן אותו לפני שהוא משלב אותו במיקס שלו.
לטכנאי שמקליט הופעה, ישנם גם פרמטרים אחרים, כגון: מספר כניסות גבוה, סוגי החיבורים על גבי הכרטיס והאופן בו יתחבר למחשב..
אז על מנת לבחור נכון, נשתדל לצייד אתכם בכל הידע הנדרש בתחום וננסה לעזור לכם להבין כיצד לנתח את הצרכים שלכם, ואז לבדוק איזה הוא הממשק הנכון עבורכם.
1. ראשית, הסבר טכני על אופן עקרונות הפעולה עליהם מושתתים ממשקי קול דיגיטליים (ספרתיים)
בשוק כיום קיימים לא מעט יצרנים בתחום ולכל אחד מהם יש מגוון דגמים ומגוון פתרונות לכל צורך.
מן הסתם, אתם שומעים נתונים כמו: 24Bit , 192kHz , DSP, ThunderBolt, USB או 16Bit, כניסות / יציאות, דרייברים, לייטנסי, מיקסר פנימי ועוד ועוד… בואו נעשה קצת סדר.
תפקידו של ממשק הקול וכיצד הוא עושה זאת.
התפקיד הקלאסי של ממשקי הקול הוא לאפשר הקלטת צליל פנימה אל המחשב והשמעה החוצה מהמחשב.
ישנם כרטיסי קול שיודעים לעשות עוד דברים, אך על כך בהמשך.
כיצד זה מתבצע?
בעיקר באמצעות שתי דרכי פעולה עיקריות, התוויית תדר דגימה ורזולוציית תיאור העוצמה.
זוכרים את המשחק בו מחברים נקודות ע״י קו על מנת לקבל תמונה? באופן מאוד דומה רכיב ההמרה שעל גבי כרטיס הקול מייצר נקודות במרווחי זמן קבועים, מקנה להם ערך לתאור עוצמה ואח״כ בתהליך של אינטרפולציה מחבר בניהן.
תדר דגימה
על מנת שהמחשב “יבין” צליל אנלוגי, על הצליל להימדד במרווחים קבועים, כדי להפיק ערך שלם שניתן לתאר אותו בשפה הבינרית של המחשב. המדידה הזו נקראת “דגימה” (Sampling), והמרווחים הקבועים בהם נערכת הדגימה נקבעים ע"י תדר דגימה. או במילים אחרות המהירות הקבועה בשניה, בה מתרחשות פעולות הדגימה.
על מנת שתתקבל “תמונה” מדויקת של גל הקול האנלוגי אותו מנסים לדגום, יש לדגום אותו מספר רב של פעמים בשניה – יותר מכפול מהתדר המקסימלי אותו רוצים לדגום, לדוגמה: סטנדרט תדר הדגימה באיכות של CD הנו 44.1kHz שהם 44,100 פעמים בשניה.
בעת ביצוע הדגימה, יש גם למדוד את עוצמת הדגימה, אחרת הציור שיתקבל יהיה קו ישר במקום הקו המתאר את גל הקול כפי שהיה במציאות.
רזולוציית תיאור העוצמה
עוד גורם הכרחי בתהליך הנו הטווח של מספרים שלמים שניתן להציב לכל דגימה אשר יתארו את העוצמה של הדגימה. ערך זה מוגדר כ- bit. ביט הנה אחת מהספרות, או 0 או 1, במשפט הבינרי. כלומר, 16bit הנו משפט בינרי המורכב מ- 16 ספרות של 0 או 1. לדוגמה: 1000,0110,0000,0001 או 0001,1111,0000,1100.
כאשר כל האפשרויות המתקבלות בשפה הבינרית, מייצגות ערכים שבין 0 ל- 65,536. (2 בחזקת 16. 2 הספרות האפשריות בשפה הבינרית בחזקת 16 הספרות במשפט הבינרי). כל ערך מתוך ה- 65,536 מייצג נתון עוצמה.
לפיכך ב- 16bit ניתן לתאר עוצמה בדרוג שבין 0 ל-65,536.
כאשר אנו קובעים עבודה ברזולוציה של 24bit אז כמות האפשרויות לתאר עוצמה מזנקת למעל 16 מליון ושבע מאות אלף. הרבה יותר מדוייק!
ברגע שהמחשב קידד את הצליל האנלוגי וייצר קובץ המתאר אותו בערכים ספרתיים, ניתן לערוך עליו מניפולציות רבות כפי שאנו מכירים אותן.
תהליך הנגינה מהמחשב הנו תהליך הפוך בו ממשק הקול הופך קובץ בינרי לצליל אנלוגי ע"י שחזור הקו של גל הקול האנלוגי (מתח חשמלי) המזין את המגבר והרמקולים שלכם.
בכל אחד משני המקרים ישנה פעולת המרה. או מאנלוג לדיגיטל (ADC) או מדיגיטל לאנלוג (DAC). האיכות או הדיוק של תהליך ההמרה הנה נגזרת שברובה (אך לא לבדה) מוכתבת ע"י איכות הרכיבים האלקטרוניים, של ממשק הקול.
כאשר מעבירים אודיו דיגיטלי בין שני מכשירים דיגיטליים או בין כרטיס קול וממיר, יש לוודא שהם מסונכרנים ועובדים על אותה מהירות שעון שהיא כאמור תדר הדגימה. מאחר ואם לא, הם ינגנו בפיטץ’ שונה ומהירות נגינתם תשתנה. ממש כפי שמאיצים בטייפ סלילים באופן לא טבעי.
ניתן לסכם שמדובר במדע של שערוך ושחזור קווי המתאר של גל הקול האנלוגי, באמצעות הצמדת ערכים מספריים של עוצמה על פני זמן. ככל שהדיוק רב יותר, השחזור נאמן למקור יותר.
כמו בכל טכניקה של פתרון מסוים, גם לטכניקה הזו של קידוד, ישנם חסרונות ויתרונות.
אחד הגורמים המשפעים ביותר על מהלך הדגימה הנו שעון הדגימה. הדיוק בו כל שניה הופכת ל- 44 אלף ומאה חלקיקים, שלכל אחד מהם מוצמד ערך המתאר שעור עוצמה הוא קריטי. לכל סטייה מיניאטורית של השעון יש השלכות הרסניות על איכות ההקלטה. הסטייה והעיוות של השעון הדיגיטלי נמדדת בערכי מיקרו שניות ונקראת Jitter. יצרני כרטיסי קול שהשיגו תוצאות מעולות בתחום, מפרסמים את הנתון על גבי מארזי המוצרים שלהן.
יצרניות כרטיסי הקול הטובות והאיכותיות ביותר השקיעו המון זמן וכסף בפיתוח ויישום של שעונים דיגיטליים יציבים שמהווים דוגמה ומופת בתחום, ואף רשמו על כך פטנטים. ישנם כאלה המייצרים מוצרים נלווים לכרטיסי קול שכל מהותם היא השעון הדיגיטלי שישלוט בכרטיס הקול שלכם על מנת להשיג שיפור באיכות ההמרה.
גורם נוסף המשפיע על איכויות ההמרה, תופעת ההתקפלות (Aliasing). בשל שיטת הקידוד הנ"ל בה יש קצב דגימה קבוע, איכות תיאור קו גל-הקול משתנה בהתאם לתדר אותו דוגמים. ככל שהתדר עולה, כך שחזורו נפגם כיוון שיש פחות דגימות לתאר אותו.
לכל אלו, יש כמובן את איכות המעגל האלקטרוני שסובב ועוטף את רכיב ההמרה. יצרן שהשקיע ברכיבים איכותיים ושקטים, במנגנונים שמונעים תופעות התקפלות ועוד מני מפגעים דיגיטליים, ישיג תוצאות המרה טובות משמעותית מאחרים. אלו בד"כ נתונים מעט ערטילאיים שקשה למדוד אותן. ברוב המקרים, מותגים ידועים כאיכותיים בתחום ומוצרים יקרים יחסית, רומזים על ההשקעה של היצרן בפתרונות הללו – הם גם מתגאים ומציגים את הנתונים באינטרנט ועל גבי אריזות המוצרים. כמובן שיש לקחת בחשבון את כמות המאפיינים הנלווים בשקלול המחיר. וכאשר משווים, יש להשוות מוצרים בעלי מאפיינים דומים, כמו: כמות כניסות ויציאות למשל, נתון שמייקר את כרטיס הקול.
2. אופן החיבור - USB או PCIe או FireWire או ThunderBolt
על מנת שנוכל ליהנות מכל הטוב של העולם הדיגיטלי הנוגע לצליל, עלינו לחבר את ממשק הקול אל המחשב. כל ממשק קול תוכנן ע"י היצרן להתחבר אל המחשב באופן שונה, שנועד להוות פתרון נכון לתקופה או למטרה. כעת נבחן את האפשרויות השונות.
ברוב המקרים היצרנים בוחרים את שיטת הממשק אל המחשב ע"פ הצרכים של כרטיס הקול וע"פ פופולריות החיבור.
ניתן לומר שסטטיסטית 90% מכרטיסי הקול המקצועיים בעולם כיום הינם בחיבור USB2.0 שהנו החיבור הנפוץ ביותר בעולם. יש לזכור שגם אילו מחשבכם מצויד רק ב-USB3, קיימת תאימות מלאה ל- USB2.0.
USB
האפיק הטורי הפופולרי ביותר להעברת נתונים אל ומהמחשב, שאומץ בחום ע"י מיקרוסופט ואינטל.
USB 1.1 של תחילת הדרך היה די עלוב ובלתי מספק וניפק קצב העברת נתונים של 12 מגהביט לשניה
USB 2.0 היה מהיר מעט יותר מ- Firewire וניפק קצב של 480 מגהביט לשניה
USB 3.0 מעביר במהירות של כ- 5000 מגהביט לשניה (625 מגה בייט לשניה).
USB 3.1 הכפיל את מהירות תעבורת הנתונים לכ- 10,000 מגהביט לשניה ( 1250 מגה בייט לשניה).
כאמור החיבור הנפוץ ביותר לכרטיסי קול.
כל עוד מדובר בממשקי קול בעלי כמות כניסות ויציאות מועטות יחסית, קצב העברת הנתונים מספק בהחלט ואין צורך ביותר מכך. זו גם הסיבה בגללה אין כמעט כרטיסי קול העובדים ב- USB3. החסרון סובב בעיקר את פרוטוקול התקשורת אשר המחשב עוסק בפענוחו. לעומת פרוטוקולים אחרים העושים שימוש בבקר ייעודי ובכך מקצרים זמני עכבה ומעיקים פחות על המחשב, דוגמת: FireWire , ThunderBolt
חיבור FIreWire הידוע גם כ- IEEE-1394
אפיק טורי לתעבורת נתונים. הנתונים מועברים ביט לאחר ביט (בטור) על גבי זוג קווים. היתרון בכך הוא היכולת להשתמש יחסית בכבלים ארוכים בין כרטיס הקול למחשב.
התמיכה בחיבור זה הופסקה ע"י יצרניות המחשבים ולא ניתן לרכוש מחשב חדש המצוייד עמו. עדיין ניתן למצוא כרטיסי PCIe ל Firewire אך זהו ממשק שהולך ונעלם.
את המחליף שלו פיתחו Intel ו- Apple והוא נקרא Thunderbolt ( קראו בהמשך).
ה- FireWire העביר נתונים בקצב של 400 מגהביט לשניה.
בגרסתו המהירה ה- Firewire 800 העביר בקצב כפול את הנתונים – 800 מגהביט לשניה
חסרונו הבולט של החיבור היה חוסר היכולת לנתק או לחבר “על חם” את ציוד הקצה (בעודו דולק). רבים טעו כשחשבו שזהו מעשה “בטוח” ושרפו את בקר ה- Firewire במקרה הטוב, ובמקרה הרע את כרטיס הקול שלהם.
יתרונו היה ביכולת לשרשר מכשירים ואף לאפשר להם תקשורת עצמאית בניהם.
Thunderbolt
האפיק הטורי העדכני והמהיר ביותר (חיצוני למחשב), פרי פיתוח של אינטל ואפל.
החיבור מאפשר קריאה וכתיבה של מידע בו-זמנית, תומך במהירויות גבוהות ואף מאפשר לשרשר רכיבים. בעקרון הייעוד של אפיק חיבור זה הוא להעברת וידאו באיכויות גבוהות עם שאיפה לאיכויות 4K, המצריך תעבורת נתונים גבוהה ביותר.
גרסאות Thunderbolt 1 ו- Thunderbolt 2 הינן זהות ברמה הפיזית. החיבורים זהים והכבלים זהים. אולם הגרסה השנייה מאפשרת קיבוץ שני הערוצים לכדי אחד וע"י כך הכפלת קצב העברת הנתונים עד ל- 20 ג’יגה ביט לשניה ( 2.5 ג’יגה בייט לשניה).
הגרסה העכשווית הינה Thunderbolt 3. גרסה זו פותחה ע"י אינטל ונעשה בה שימוש בכבל שונה מגרסאות 1-2. הכבל הינו כבל זהה ל- USB-C. מבחינת קצב העברת הנתונים מדובר שוב בהכפלה לכדי 5 ג’יגה בייט לשניה. גרסה זו מאפשרת לחבר שני צגי 4K סימולטנית.
כמובן שכרטיסי קול המתחברים באמצעות Thunderbolt נהנים מתעבורת נתונים מהירה ביותר ובשל כך אנו המשתמשים נהנים מיציבות מערכת והיכולת לרדת לרמת עכבה נמוכה מאוד אשר אינה מעיקה באופן יחסי על המחשב. החסרון הנו במיעוט מחשבי ה- PC המגיעים עם תמיכה בחיבור זה בשלב זה, והצורך בהתאמת לוחות אם מסויימים בעלי תמיכה בו. בעלי מקינטוש נהנים אוטומטית מתמיכה בו מאחר והם מצויידים באופן עקבי בממשק זה.
חיבור PCIe או PCI Express
היסטורית, אפיק ה־PCI החליף את אפיק ה־ISA בתפקיד האפיק התקני במחשבים אישיים.
אפיק ה־PCI מאפשר קביעת תצורה דינמית של ההתקן ההיקפי. בזמן אתחול המחשב, ה־BIOS של כרטיס ה־PCI וה־BIOS של לוח האם מתקשרים ומסדירים את המשאבים שכרטיס ה־PCI מבקש.
במקור PCI הנו חיבור פרללי (מקבילי) של מספר גבוה של קווי תעבורת נתונים המעבירים את המידע הדיגיטלי (bits) סימולטנית. שער ה- PCI הנו חלק מהאופן בו לוח האם של המחשב עובד ובכך יתרונו. הוא מציע חיבור ישיר אל עורקי המידע של לוח האם, מבלי לעבור שינוי, המרה, או כל בקר זה או אחר. שקעי ה PCI הינם בדמות חריצי הרחבה שונים המולחמים על לוח האם ומשמשים בין היתר למעבדי תצוגה, וידאו וקול שונים.
PCIe הוא מימוש חדש של אפיק PCI, אשר משתמש באותם עקרונות תכנות, אך מתבסס על מערכת תקשורת טורית מהירה הרבה יותר העושה זאת באמצעות 32 קווים ישירים.
כאמור, עם השנים השתכלל והוחלף ה-PCI ב- PCI-X ולאחריו הגיע ה- PCIe בגרסתו הרביעית של זמננו (2017).
שיעור התעבורה של ה PCI הראשון היה 133 מגהבייט לשניה
ואילו שיעור תעבורת הנתונים של PCIe יכול לנוע בין 32 ל - 63 ג’יגהביט לשניה!
מן הסתם זהו החיבור האידאלי אם חושבים רק על מהירויות תעבורת נתונים, אך יש חסרונות רבים אחרים, דוגמת: רעש עבודה סביבתי גבוה הפוגם באיכויות הדגימה, חיבוריות לא נוחה.. יש לנבור בתחתית המחשב ומאחוריו בעקבות הכבלים, חסרונם של קדם מגברים על גבי הכרטיס, חסרון היכולת לבצע פעולות כמו שליטת ווליום באמצעות כפתור או יצירת באלנס עבודה בניטור זמן אמת בין הפלייבק של התוכנה לבין האות שנכנס בכרטיס הקול.
לסיכום
הרוב המוחלט של כרטיסי הקול בעולם הנו כרטיסים חיצוניים למחשב. מתוכם, הרוב עושים שימוש ב- USB2.0 כאשר היתר עושים שימוש ב- Thunderbolt ו/או USB-C.
מדוע? משום שרוב ממשקי הקול הנפוצים הנם בעלי 2 כניסות ו- 2-4 יציאות. לשם כך אין צורך ממשי בחיבוריות בעלת קצב העברת נתונים גבוה. ישנם גם ממשקי קול בעלי 8 כניסות ויציאות הפועלים על Port של USB2, אולם כאן לעיתים הבעיות צצות כאשר רוצים לעבוד בזמני עכבה (Latency) נמוכים מאוד.
כרטיסי קול פנימיים באמצעות PCIe נהנים ממהירויות גבוהות וגישה מקצרת לעורקי לוח האם אך כאמור סובלים מפונקציונליות נחותה. ניתן למצוא אותם בפתרונות כוללים כאשר הם מאפשרים חיבוריות דיגיטלית לממירים חיצוניים למשל, ואז בא יתרונם לידי ביטויי.
3. מנהלי התקן (Driver)
דרייבר (Driver) או בעברית מנהל התקן, הנו תוכנה קטנה האחראית על הקשר של מערכת ההפעלה והתוכנות שלכם עם ממשק הקול שלכם. ללא מנהל התקן, מערכת ההפעלה שלכם אינה יודעת על קיומו של כרטיס הקול. מאפייני מנהל ההתקן מכתיבים בין היתר כיצד ניתן להשתמש בכרטיס הקול ומאפשרים ניהול של מערך הכניסות והיציאות שלו באמצעות מיקסר וירטואלי או ישירות באמצעות תוכנת ה- DAW שלכם.
מנהלי התקן סטנדרטיים
יש מספר מנהלי התקנים סטנדרטיים בתחום האודיו המאפשרים ביצועים גבוהים בין תוכנת ה- DAW שלכם וכרטיס הקול. ה- ASIO של Steinberg הינו מנהל התקן שרוב כרטיסי הקול המקצועיים בעולם תומכים בו. הוא מאפשר שני יתרונות ברורים. האחד, עקיפה של ליבת מערכת ההפעלה ובכך קיצור זמני העברת חבילות המידע. השני, הוא ריבוי כמות הערוצים אל התוכנה וממנה ופעולה סימולטנית שלהם.
איכות מנהלי ההתקנים.
האופן בו מנהל ההתקן מתוכנת, הממשק הגרפי שמציג את מאפייני הכרטיס והכי חשוב יציבות ותאימות למערכות הפעלה. כל אלו הנם פרי של איכות התכנות של מנהל ההתקן. החשיבות היא קריטית. רבים מכרטיסי הקול האיכותיים אינם נראים יפים ואולי אינם מרשימים, אולם הדרייברים שלהם הם תענוג תכנותי. כזה שאינו מעיק על מערכת ההפעלה, מקצר זמני עכבה, נראה טוב, פונקציונלי ובעיקר אי של יציבות.
המשך לקרוא – פרק 2
