Helikaart

Helikaart Sound Blaster Live! Value

Helikaart on arvuti laienduskaart, mille ülesandeks on väljastada ja vastu võtta helisignaale, järgides arvutiprogrammide juhiseid. Helisignaalide väljastamisel kõrvaklappidesse või kõlaritesse tekitatakse õhuvõnked, mida inimese kõrv tajub helina. Helikaarte kasutatakse nüüdisajal näiteks arvutimängudele helikomponendi lisamiseks või digitaalse muusika loomiseks. Helikaart võib olla emaplaadile integreeritud või eraldi lisakaardina, mis ühendatakse tavaliselt emaplaadi PCI, PCI Express või (vanemate helikaartide puhul) ISA siiniga.

Põhilised komponendid

8 kanaliga digitaal-analoogmuundur Cirrus Logic CS4382

• Igal helikaardil peab olema digitaal-analoogmuundur, mille abil muudetakse digitaalsed andmed analoogsignaaliks. Tekkinud analoogsignaal saadetakse seejärel näiteks kõrvaklappidesse või helivõimendisse TRS konnektori või mõne muu standardse ühenduse abil.
• Samuti on enamikul helikaartidel olemas analoog-digitaalmuundur, mis muudab sissetuleva helisignaali diskreetsignaaliks, võttes väikeste ajavahemike (tuhandeid kordi sekundis) tagant analoog-helisignaalist hetkväärtusi (sample). Saadud hetkväärtused viiakse digitaalsele kujule ning salvestatakse arvuti mällu, kus neid hiljem vajadusel muudetakse.
• Digisignaaliprotsessor (DSP) on spetsiaalne mikroprotsessor, mis tegeleb helisignaalide töötlemisega. DSP on helikaardi oluline komponent, sest see vähendab keskprotsessori koormust ning kiirendab oluliselt heliga seotud multimeediarakenduste tööd. DSP kasutab keerulisi algoritme, mille abil saab tekitada heliefekte (näiteks kajaefekt).
• Süntesaator võimaldab helikaardil helisid genereerida. Helikaardil võib olla kas FM-süntesaator (Frequency Modulation synthesizer) või lainetabelisüntesaator (Wavetable synthesizer). FM-süntesaator tekitab heli puhtelektrooniliselt, lainetabelisüntesaator aga kasutab heli loomiseks reaalsete muusikainstrumentide salvestatud helinäidiseid. Uuemad helikaardid kasutavad enamasti lainetabelisüntesaatorit, kuna sellega tekitatud heli kõlab võrreldes FM-süntesaatoriga tõepärasemalt.

Ühenduspesad

Enamikul helikaartidel on olemas Line in ühenduspesa, mida kasutatakse kassetimängijast või mõnest sarnasest heliallikast stereoheli salvestamiseks. Tavaline on ka mikrofoni ühenduspesa olemasolu, mis salvestab monoheli. Kõikidel helikaartidel on vähemalt üks väljundpesa. Enamasti on selleks Line out, millega ühendatakse kõlarid või väline võimendi. Samuti sobib see kõrvaklappide ühendamiseks. Helikaardil võib olla ka muid ühenduspesi, näiteks ruumilise heli (surround sound) jaoks.

Helikaartide ühenduspesad ja neile vastavad pistikud on enamasti kodeeritud värvkoodiga, mida soovitab Microsofti ja Inteli loodud PC 99 spetsifikatsioon. See muudab pistiku õige pesaga ühendamise lihtsamaks. Allolevas tabelis on välja toodud iga värvuse tähendus:

Värvus		Funktsioon
	Roosa	Mikrofoni sisend (mono)
	Helesinine	Stereoheli sisend
	Roheline	Stereoheli väljund (kõrvaklapid või esikõlarid)
	Must	Väljund tagumiste kõlarite jaoks
	Oranž	Väljund keskkõlari ja bassi (subwoofer) jaoks
	Kuldne/hall	Game port / MIDI

Tüüpilised parameetrid

Helikaarti iseloomustavad mitmed näitajad:

• Bitisügavus (bit depth) – digiteeritud heli kodeerimisbittide arv. Mida suurem on bitisügavus, seda täpsemini saab analoog-helisignaali hetkväärtusi digitaalsel kujul esindada ning seda kvaliteetsem on taasesitatud või salvestatud heli. Helikaartide bitisügavus on vahemikus 8–32 bitti. Tänapäeval on enamik helikaarte vähemalt 16-bitised.
• Heli diskreetimissagedus (sampling rate) – mida suurem on diskreetimissagedus, seda loomutruum on digitaalse heli esitus. CD-kvaliteediga heli saamiseks peaks helikaart võimaldama vähemalt 44,1 kHz diskreetimissagedust.
• Süntesaatori tüüp ja polüfoonilisus – polüfoonilisus näitab, mitut häält oskab süntesaator samaaegselt mängida.
• Helikanalite arv – stereoheli jaoks piisab 2 helikanali olemasolust, kuid näiteks 7.1 ruumilise heli saavutamiseks on vaja 8 kanalit.
• Digitaalsignaaliprotsessori (DSP) olemasolu
• MIDI liidese olemasolu ja ühilduvus MIDI üldtingimustega (General MIDI)
• Signaali-müra suhe (Signal-to-noise ratio ehk SNR) – väljendatakse detsibellides (dB), iseloomustab helisignaali puhtust. Mida suurem on signaali-müra suhe, seda puhtam ja kvaliteetsem on heli.
• Pooldupleks/täisdupleks – kui helikaart toetab täisdupleksit, on võimalik sisend- ja väljundkanaleid samaaegselt kasutada, pooldupleksi korral see võimalus puudub.

IBM-i PC-tüüpi arvutite helikaartide ajalugu

AdLib Music Synthesizer Card, üks esimesi helikaarte

Enne helikaartide kasutuselevõttu oli IBM-ühilduvatel arvutitel heli tekitamiseks üks üsna primitiivne kõlar (PC Speaker), mis oskas ainult piiksuda ning mille helivaljust ei saanud reguleerida. PC Speakerit kasutati peamiselt arvuti veaolukordade teatamiseks, kuid hiljem ka mitmetes arvutimängudes.

Helikaartide laialdasem levik algas umbes aastast 1987, mil Kanada firma AdLib tõi turule oma helikaardi AdLib Music Synthesizer Card (või lihtsalt AdLib). See oli esimene helikaart, mis saavutas arvutimängude arendajate hulgas laialdase populaarsuse. AdLib kasutas Yamaha sagedusmodulatsiooniga süntesaatorit YM3812 (tuntud ka kui OPL2), mis oskas samaaegselt mängida kuni 11 erinevat häält. Sellest ajast peale kujunes FM-süntees kõikide helikaartide baastehnoloogiaks (kuni lainetabelitehnoloogia ilmumiseni).

Helinäide sellest, kuidas kõlab YM3812 süntesaatori tekitatud muusika

AdLib oli populaarseim helikaart kuni 1989. aastani, mil turule ilmus Creative Labsi Sound Blaster 1.0. Sound Blaster 1.0 kasutas samuti OPL2 süntesaatorit, kuid erinevalt AdLibist võimaldas ta ka digitaalse heli esitamist ja salvestamist. Samuti oli tal pesa juhtkangi ühendamiseks. Kuna Sound Blaster oli odavam, kuid samas tehniliselt täiuslikum kui AdLib, tõusis ta kiiresti turuliidriks. Sound Blasteri seeria helikaardid olid populaarsed ka edaspidi.

1992. aastal tõi firma Advanced Gravis Computer Technology turule helikaardi Gravis Ultrasound (GUS), mis kasutas esimesena lainetabeli tehnoloogiat. Sellel oli sisseehitatud 256 kB muutmälu helinäidiste hoidmiseks.

1990. aastate lõpu poole hakati eraldiseisvate helikaartide asemel laialdaselt kasutama emaplaadile integreeritud kodek-kiipe (ühendatud digitaal-analoogmuundur ja analoog-digitaalmuundur). Paljud kodekid kasutasid Inteli audiokodeki 97 (AC ’97) spetsifikatsiooni, mis toetab kuni 96 kHz diskreetimissagedust ja 20-bitist bitisügavust.

2004. aastal hakkas AC ’97 spetsifikatsiooni asendama Intel High Definition Audio, mis toetab kuni 192 kHz diskreetimissagedust ja 32-bitist bitisügavust.

Heliseadmed, mis pole laienduskaardid

USB-helikaart Creative Soundblaster Live

USB-helikaardid

USB-helikaardid on peamiselt välisseadmed, mis ühendatakse arvutiga USB-pesa kaudu.

Mõnikord räägitakse neist kui heliliidestest, mitte helikaartidest. Selline määratlus on aga eksitav, sest mõistet "heliliides" kasutatakse ka arvuti helikaardi ja välise seadme (näiteks helipesa) vahelise liidese kirjeldamisel. Seega USB-heliliides kirjeldab seadet, mis lubab helikaardiga, kuid ilma standardse helipesata arvuti ühendada välise seadmega, kasutades USB-pesa.

Peamised tootjad

• Creative Labs
• Realtek
• C-Media
• M-Audio
• Turtle Beach

Vaata ka

• MIDI

Välislingid

• http://xyz.ee/Sound/Helikaardid/helikaardid.html
• http://www.pctechguide.com/44SoundCards.htm
• http://computer.howstuffworks.com/sound-card.htm
• http://www.crossfire-designs.de/index.php?lang=en&what=articles&name=showarticle.htm&article=soundcards