Tonkarte

PCI-Soundkarte, höherwertige Ausführung mit integrierter Firewire-Schnittstelle

Eine Soundkarte (auch Audiokarte, engl. Sound Card), im eigenen Gehäuse auch Audio-Interface, ist Teil der Hardware eines Computersystems und verarbeitet analoge und digitale Audiosignale.

Der Anschluss erfolgt heute (2009) intern über den PCI- bzw. PCI-Express-Bus oder extern über die USB-Schnittstelle, PCMCIA- oder ExpressCard-Steckplatz, im professionellen Bereich auch über FireWire. Ältere Soundkarten werden über den ISA-Bus angeschlossen. Einige Soundkarten lagern das Anschlussfeld in ein Frontmodul (5,25″-Einschub) oder ein externes Gehäuse aus, die sogenannte „Breakout Box“.

Zu den Aufgaben einer Soundkarte gehört die Aufzeichnung, die Synthese, Mischung, Bearbeitung und die Wiedergabe von Tonsignalen.

Geschichte

Erste Soundkarten tauchten ab 1983 für den Apple II auf dem Markt auf (z. B. Mockingboard), waren aber noch Nischenprodukte, die nur von relativ wenigen Spielen unterstützt wurden. Es waren reine Synthesekarten, das Abspielen von Samples war wegen der kleinen Speicher jener Zeit noch nicht sinnvoll realisierbar. Im PC-Bereich wurden sie ab ca. 1989/90 populär, als sich mit den AdLib- und Soundblaster-Karten erstmals ein über den simplen Systemlautsprecher hinausgehender Standard entwickelte.

Holten die ersten Modelle noch die bereits Jahre zuvor im Heimcomputer-Bereich vollzogene Entwicklung im PC-Bereich nach, so gingen die klanglichen Fähigkeiten der PC-Soundkarten bereits mit Erscheinen der Roland LAPC-I, die allerdings auch etwa 1000 DM kostete, über die der Heimcomputer hinaus. Das war ein wesentlicher Faktor beim Zusammenbruch des Heimcomputer-Marktes und der Übernahme der Marktposition „Spielcomputer“ durch die vorher fast nur als Bürorechner dienenden PCs.

Die ISA-Soundkarten der ersten Generation weisen als Kuriosität zusätzliche Anschlüsse für CD-ROM-Laufwerke auf, die ebenfalls in dieser Zeit aufkamen. Neben Anschlüssen für proprietäre CD-ROM-Laufwerke, meist „Sony“, „Mitsumi“ und „Panasonic“ ist oft auch ein IDE-Anschluss (secondary IDE, IRQ 15, IO-base 0x170) vorhanden, was in damals moderneren PCs, die bereits mit zwei IDE-Anschlüssen ausgestattet sind, oft zu Problemen führt, da nun die Ressourcen für den zweiten IDE-Anschluss doppelt belegt werden. Spätere ISA-Soundkarten verzichten auf diese Anschlüsse, sind dafür aber bereits Plug&Play-fähig. Lediglich ein Anschluss zur analogen Übertragung von Audiosignalen vom CD-ROM-Laufwerk zur Soundkarte ist noch vorhanden.

Waren zuerst die meisten Soundkarten mehr oder weniger direkte Nachbauten einiger weniger verbreiteter Modelle, so änderte sich das nach der Einführung von Microsoft Windows 95. Da Windows-basierte Spiele nicht mehr direkt die Hardware der Soundkarte ansprechen mussten, wie zuvor die MS-DOS-basierten Spiele, sondern das über normierte Treiber geschah, waren dem Hardwareaufbau der Karten kaum noch Grenzen gesetzt.

Es gibt wesentlich mehr unterschiedliche Soundkarten als Sound-Chipsätze am Markt. Viele hochwertige Soundkarten von unterschiedlichen Herstellern benutzen zum Beispiel den Chipsatz envy24, der seit Ende der 1990er Jahre weitgehend unverändert hergestellt wird.

Seit dem Jahr 2000 wurden die grundlegenden Audiofunktionen in den meisten Hauptplatinen integriert, so dass gesonderte (dedizierte) Soundkarten nur noch bei höheren Ansprüchen an Qualität bzw. Funktionalität verwendet wurden. Inzwischen werden sogar HD-Audiocodecs - wie z. B. der ALC888 und der ALC889 des IC-Herstellers Realtek - für die sog. „Onboard-Sound“-Lösungen verwendet. Wenn man von Creatives X-Fi-Serie und ein paar wenigen anderen Modellen weiterer Hersteller absieht, dann sind diese Chips leistungsfähiger als die meisten altbekannten Soundkarten und vor allem als ältere Soundcodecs. Den Schwachpunkt bei der Tonausgabe am Computer stellen heute eher die Lautsprecher dar.

Computer werden zunehmend auch für professionelle Musikproduktionen eingesetzt. Rechenleistung und Arbeitsspeicher genügen seit Ende der 1990er Jahre für die Signalverarbeitung in vergleichsweise billigen Computern. Die Kombination aus handelsüblichem PC und hochwertiger Soundkarte bzw. -chipsatz hat seitdem die vorher üblichen spezialisierten Geräte für Aufnahme und Schnitt von Audio im Studio weitgehend verdrängt. Um eine der Studioproduktion angemessene Signalqualität zu erzielen, werden oft Sound-Interfaces verwendet, die nicht direkt in den Computer eingebaut sind. Sie werden meist über ein FireWire-Kabel oder über eine spezielle PCI-Karte mit Breakout-Kabel an den Rechner angeschlossen. Durch die Entkopplung der Audiosignale vom restlichen PC und dessen Störsignalen wird eine Tonqualität erreicht, die auch professionellen Ansprüchen gerecht wird. Für Musikproduktion eignen sich sowohl IBM-kompatible PCs als auch Apple-Macintosh-Computer. Letztere gelten als besonders für Audioverarbeitung optimiert. Für den professionellen Einsatz gedachte Sound-"Karten" lassen sich meist sowohl mit Macs als auch mit PCs verwenden.

Die Hersteller bieten sowohl für einfache als auch professionelle Soundkarten Treibersoftware für Microsoft Windows und Mac OS X an. Freie Projekte entwickeln Treiber, mit denen sich mittlerweile viele professionelle und die meisten einfachen Soundkarten auch mit Linux nutzen lassen, wobei in einigen Fällen nicht alle Funktionen der Soundkarte genutzt werden können.

XT-Soundkarte	Legacy-ISA-Soundkarte mit Anschlüssen für proprietäre CD-ROM-Laufwerke	ISA-PnP-Soundkarte, einfache Ausführung	ISA-PnP-Soundkarte, höherwertige Ausführung
PCI-Soundkarte, einfache Ausführung	externe USB-Soundkarte	PC-Card-Soundkarte	HD Audio Soundchip für OnBoard-Lösungen

Aufbau

Basis einer Audiosignal-Verarbeitung im PC ist ein A/D-Wandler, der analoge Audiosignale am Eingang digitalisiert, und ein D/A-Wandler, der digitale Audiosignale am Ausgang in analoge Audiosignale umwandelt. A/D- und D/A-Wandler sind oft gemeinsam auf demselben Chip integriert.

Ein- und Ausgänge

Ein- und Ausgänge existieren in unterschiedlichen Ausführungen: Analog, digital oder via MIDI.

Analog

Es gibt analoge Ein-/Ausgänge in Form von Klinkensteckern oder Cinchbuchsen. Bei modernen Karten, wie auch auf ATX-Hauptplatinen mit integriertem Soundchip oder bei den Audiobuchsen an der Frontseite moderner Computer, sind diese Steckbuchsen zusätzlich zu einem in der Regel eingeprägten Symbol nach internationalem Standard farblich gekennzeichnet.

farbcodierte Anschlüsse an einer modernen Soundkarte

Farbe		Funktion
	rosa	Eingang für Mikrophon (mono).
	blau	Line-In / Eingang für AUX (stereo).
	grün	Line-Out / Ausgang für Kopfhörer- oder (Front-)Lautsprecher (stereo)
	schwarz	Ausgang für Rücklautsprecher [engl. rear speakers] (stereo)
	silber	Ausgang für Seitenlautsprecher [engl. side speakers] (stereo)
	orange	Ausgang für Center- und Tiefbass-Lautsprecher [engl. center speaker, subwoofer]

Digital

Soundkarten können auch digitale Ein-/Ausgänge in optischer oder koaxialer Form im S/P-DIF-Format oder im AES/EBU-Format als XLR-Stecker besitzen.

Farbe		Funktion
	orange	S/P-DIF-Ausgang

MIDI und Gameport

Manche Soundkarten enthalten auch einen Gameport, meist mit Midi-Trio auf derselben Buchse. Die Datenübertragung über den Gameport funktioniert bei Verwendung als Gamecontroller (z. B. Joysticks oder Gamepads) analog, bei Verwendung als MIDI-Anschluss digital. Früher war dieser Gameport auf fast allen Soundkarten vorhanden, bei den meisten modernen Soundkarten wird darauf verzichtet, da neuere Gamecontroller in der Regel über die USB-Schnittstelle an den Computer angeschlossen werden und Windows Vista den Gameport nicht mehr unterstützt.

USB und Firewire

Sehr gute Tonqualität ermöglichen die meisten externen Audiointerfaces, die meist via USB, bei besonders hochwertigen Geräten auch via FireWire mit dem Computer verbunden werden. Geräte dieser Art bieten oft auch hochwertige Mikrofonvorverstärker, einen Hardwaremixer und teilweise mehr als acht parallel nutzbare Audioeingänge sowie meist einen S/P-DIF-Anschluss für die Synchronisation mit einer weiteren Soundkarte.

Anschlusserweiterungen

Frontmodul einer modernen Soundkarte

Dem begrenzten Platz auf einem Slotblech wird bei manchen Modellen mit zusätzlichen Kabelpeitschen (einem speziellen Kabel mit vielen Anschlussmöglichkeiten, das den Joystick-Port belegt) oder einer „Breakout Box“ (einem Zusatzmodul in Form eines Einschubs für einen 5,25″-Schacht oder eines externen Gehäuses) begegnet.

Manchmal wird auch eine zusätzliche Slotblende verwendet, die im Gehäuseinneren mittels eines Kabels mit Anschlüssen auf der Soundkarte verbunden wird.

Klassifizierung

Qualitativ unterscheiden sich Wandlerkarten durch die mögliche Bit-Auflösung (Wortbreite, 8 Bit, 16 Bit oder 24 Bit), maximale Abtastrate (z. B. 22, 44, 96 oder 192 kHz), Rauschverhalten, Frequenzgang, Abschirmung gegen rechnerinterne Störsignale und die maximale Anzahl der Kanäle.

Viele Soundkarten unterstützen verschiedene Soundausgabestandards wie EAX, DTS-ES, oder ASIO. Normale heutige Soundkarten verfügen zudem im Gegensatz zu den Onboard-Varianten über einen Beschleunigerchip, der der CPU einiges an Rechenleistung abnimmt. Einige Billig-Soundkarten verzichten jedoch darauf.

Consumerkarten

Auf Consumer-Soundkarten ist meist eine MIDI-Schnittstelle und ein sogenannter Gameport vorhanden. Bis etwa Ende der 1990er Jahre enthielten die Karten oft noch einen FM-Synthesizer-Chip, der das Abspielen von elektronischer Musik durch Klangsynthese und ohne die Nutzung von Samples (digitalisierten Klängen) ermöglichte, was Rechenbedarf und Speicherverbrauch stark verringerte, aber auch weniger flexibel war als die Sample-basierte Wiedergabe. Der nächste die Klangqualität verbessernde Schritt war die Implementierung einer einheitlichen Schnittstelle zur Erweiterung der Soundkarte mittels Wavetable. Aufgrund stetig steigender Rechenleistung und Speichergröße erfolgt die FM- oder Wavetable-Synthese heutzutage softwareseitig mittels Software-Synthesizern. Dadurch wurden sowohl FM-Synthesizer-Chip als auch Wavetable-Erweiterungs-Option weitestgehend unnötig.

Professionelle Karten

Professionelle Karten, die in Tonstudios und DAWs zum Einsatz kommen, werden auch als Recordingkarten bezeichnet. Solche Karten können zumeist mehrere Kanäle getrennt aufnehmen, was beispielsweise bei Schlagzeugaufnahmen oder Aufnahmen von mehreren Musikern bzw. Schallquellen gleichzeitig sinnvoll ist. Sie können grundsätzlich full-duplex arbeiten, also gleichzeitig wiedergeben und aufnehmen. Außerdem werden höherwertige A/D- und D/A-Wandler verwendet als bei Consumer-Soundkarten. Die Qualität des aufgenommenen Signals steht in diesem Marktsegment im Vordergrund; der auf Consumer-Soundkarten übliche Gameport für den Anschluss eines Joysticks ist bei professionellen Karten nicht vorhanden.

Häufig existiert neben analogen und digitalen Ein- und Ausgängen auch eine mehrkanalige digitale Audioschnittstelle im ADAT- oder (seltener) TDIF-Format, über die man die Karte mit externen Wandlern und digitalen Mischpulten verbinden kann. Zur Vermeidung von Störgeräuschen durch die elektromagnetischen Felder im Inneren des Rechners werden die A/D- und D/A-Wandler bei professionellen Geräten häufig in externen Gehäusen („Breakout Box“) untergebracht. Einige Modelle (so zum Beispiel das im professionellen Bereich weit verbreitete Pro Tools/TDM-System) verfügen außerdem über DSP-Chips, die den Hauptprozessor des Rechners bei der Verarbeitung der Audiosignale unterstützen.

Hersteller

Consumer-Hardware:

• Asus
• Audiotrak
• Club 3D
• C-Media
• Creative Labs
• Gravis
• Guillemot
• Nvidia
• Philips
• Realtek
• TerraTec
• VIA Technologies

Musiker-orientierte Sound-/Recordingkarten:

• Alesis
• Auzentech
• Behringer
• Digidesign
• Echo Audio
• Edirol
• E-MU Systems
• ESI Audiotechnik
• MARIAN (digital audio electronics)
• M-Audio
• MOTU (Mark Of The Unicorn)
• Native Instruments
• RME-Audio
• Yamaha

Weblinks