Terug naar de PC-gids.

Geluid op de PC

Geschreven op 97-12-02, laatste aanpassing 2000-12-30
  1. Inleiding
  2. Geluid op de PC is nu een vanzelfsprekendheid. Zowat elke nieuwe PC heeft wel een CD-ROM en een setje luidsprekers. De PC bestaat echter nog niet zo lang. Oorspronkelijk was ze enkel bedoeld voor administratief gebruik. Van multimedia had men nog nooit gehoord, laat staan geluid. De ontwikkeling van nieuwe manieren om geluid voort te brengen is dan ook een boeiend verhaal.

  3. Ontwikkeling kaarten
  4. De PC-speaker

    Het enige dat er vroeger in de computer werd gestoken was een piepklein luidsprekertje dat enkel biebjes kon voortbrengen.

    Natuurlijk stond de tijd en de evolutie niet stil. PC’s kwamen er ook voor het grote publiek en zo ontstaan er ook toepassingen voor de ontspanning, om precies te zijn spelletjes. Probleem: hoe gaan we muziek en geluid voortbrengen met biebjes? Wonder boven wonder, men slaagde erin. Door de biebjes snel op elkaar te laten opvolgen kon men zelfs een imitatie van meerstemmigheid ophouden.

    Dit kleine eenvoudige ding is jarenlang het enige medium van geluid geweest in de normale huiskamerpc.

    De Adlib-kaart

    Hoe schattig het pc-speakertje ook klonk, het had duidelijk zijn beperkingen. Meerstemmigheid zat er niet in, en met biebjes kun je ook maar weinig kanten uit. De oplossing kwam er met de zgn. synthesis-kaarten. Deze kaartjes hadden een eigen chip die zelf synthetisch geluid produceerde met verschillende parameters. Zo kon je een "piano" of een "viool" definiëren. Veruit de populairste voor de pc-gebruiker was de ADLIB-kaart met de beroemde OPL2-chip, die een echte standaard werd. Ze kon maar liefst 11 verschillende stemmen weergeven. Als je hier echt het maximum uit wilt halen, moet je maar eens het spel Dune (I) spelen…

     De SoundBlaster

    Allemaal goed en wel, maar hoe zat het nu met écht geluid? Met menselijke stemmen? Met échte muziek? Een oplossing was een kaart te maken die zelf echt geluid (digitaal opgeslagen) kon verwerken en weergeven. Verschillende fabrikanten wierpen zich op de ontwikkeling van zo’n kaart. Zo kwam er de Adlib Gold uit: een normale Adlib-kaart die ook digitaal geluid kon weergeven. Deze kwam echter te laat om de eerder verschenen SoundBlaster van Creative Labs te verdringen. Je herkent deze naam al wel: tot op de dag van vandaag wordt deze kaart en zijn afgeleiden ondersteund.

    Vreemd genoeg bevat de SoundBlaster net dezelfde chip als de Adlibkaart om muziek te maken. Dit had 2 grote redenen:

    Hiermee zijn we aan het (toenmalige) grote probleem beland: de synthesis-methode hangt enkel af van parameters: je zegt gewoon welke noot en welk instrument je wil. Digitaal opgenomen geluid neemt plaats in, veel plaats. Een audio-CD’tje van 70 minuten neemt zowat 680MB in. In de tijd van de SoundBlaster hadden veel mensen nog geen harde schijf.

    De oplossing was toen: heel korte stukjes digitaal geluid gebruiken (bv. voor speciale effecten) en voor de muziek de Adlib-kaart blijven gebruiken. Men werd hier heel handig in: gesproken zinnen werden uit elkaar gehaald, zodat ze toch maar weinig plaats innamen. Een uitstekend voorbeeld hiervan is het spel Dune 2. Zo heeft men een zinnetje:

    (partij) unit approaching from the (windrichting)

    Waarbij het middengedeelte maar 1 keer werd opgeslagen en vervolgens alle partijen en windrichtingen. Zo komen we bijvoorbeeld tot:

    Atreides unit approaching from the West

    16-bits geluid

    Dat SoundBlasterkaartje was heel tof en werd al vlug een gegeerd spelletjesinstrument. Toch liet de geluidskwaliteit te wensen over. Dat kwam omdat het slechts 8-bit monogeluid kon voortbrengen. De opslagmedia vergrootten en er kon al wat beter geluid op. Dit leidde tot de ontwikkeling van resp. de SoundBlaster Pro (stereo) en de SoundBlaster 16 bit. Eindelijk geluid van Cd-kwaliteit!

    Wave synthesis

    Harde schijven werden weliswaar groter, maar toch nog niet groot genoeg om uren digitaal muziek op te nemen. Men zat dus nog steeds met de nu bijna belachelijke Adlib-muziek, die nog geen enkele verandering had ondergaan, afgezien van het feit dat ze stereo geworden was (OPL3). Toch was het systeem van muziek met parameters een interessant idee, zelfs zo interessant dat ze in een standaard werd vastgelegd: General Midi. Men kwam dan met een compromis – niet Belgisch, helaas. Het hield in dat er met kleine stukjes digitaal geluid werd gewerkt. Men nam bv. enkele noten van een piano op. Door dat stukje geluid (sample) hoger of lager te spelen, krijgen we andere noten van die piano. Deze methode (samples + script) werd reeds vroeger toegepast door amateur-componisten maar als men meer dan 1 instrument wilde weergeven (bv. viool en piano) moesten deze geluiden door de CPU zelf samen ‘gemixt’ worden, met kwaliteitsverlies tot gevolg.

    Nu werden kaarten ontwikkeld die dit zelf deden. De eerste populaire kaart was de Gravis UltraSound. Je kon er zelf geluiden insteken. Doordat deze kaart geen enkele compatibiliteit had met de SoundBlaster kreeg de GUS echter niet het succes dat hij verdiende. Jaren later kwam de maker van de SoundBlaster zelf met zo’n kaart op de proppen: de SoundBlaster AWE32. Deze had als belangrijk voordeel dat ze volledig compatibel was met de SoundBlaster 16. Bovendien bevatte ze een volledig orkest aan digitale instrumenten en had ze ruimtelijke effecten. Spelen waarin je de kracht van de AWE32 kunt horen waren toen Descent of Doom 2. Andere fabrikanten konden geen "kloon" maken van de gepatenteerde EMU-8000-chip en maakten dan zelf een standaard: de OPL4. Merk op dat zelfs de nieuwste SoundBlaster kaarten het tegenwoordig nog moeten afleggen tegen de oude GUS qua MIDI weergave...

    Een belangrijke opmerking is echter dat de AWE32 en Co. géén 32-bitsgeluid voortbrengen. De 32 slaat op het aantal stemmen dat ze tegelijk kan weergeven (in 16-bits kwaliteit) cfr. de 11 stemmen van de Adlib.

    Figuur 1: Geluidskaart met wave synthesis (bron: Creative)

    Wave-synthesis-kaarten hebben, in tegenstelling tot de synthesizer-kaarten geheugen nodig om de digitale samples op te slaan. Dit varieert van 512KB tot 8MB voor de General-Midi-standaard met 128 instrumenten. Dit wordt in geheugenchips op de kaart opgeslagen, of eventueel in het werkgeheugen van de PC.

    De kaarten van vandaag

    Tegenwoordig zijn de SoundBlaster standaarden volledig voorbijgestreefd; sinds de komst van Windows 95 en DirectSound worden alle geluidskaarten immers op dezelfde manier behandeld, een grote verbetering tegenover vroeger voor ontwikkelaars (zij hoeven geen rekening meer te houden met verschillende kaarten) en consument (als je de juiste drivers vindt voor Windows zal je geluid hebben in alle toepassingen). De nieuwere kaarten gebruiken hun kanalen niet enkel meer voor Wave Synthesis, maar ook voor "normaal" geluid. Daarop kunnen dan vaak hardwarematig indrukkwekkende effecten op toegepast worden, wat zorgt voor een heel realistisch 3D geluidsbeeld. Deze zaken zijn ook al vastgelegd in standaarden.
    Creative is nog steeds een belangrijke (zoniet de leider) fabrikant van geluidskaarten. Zijn nieuwe generatie geluidskaarten is gebaseerd op de EMU 10K1 chip en Creative heeft er meteen een standaard bij gemaakt: EAX (Environmental Audio), ondertussen al aan versie 2. De kaart kan hardwarematig zorgen dat je je in een concerthal, rioolpijp, badkamer, hangar etc.. waant. Het leuke aan de kaart is dat hij een programmeerbare DSP heeft, zodat zijn mogelijkheden kunnen bijgesteld worden, gewoon door nieuwe software te installeren.
    Eerlijk is eerlijk, Creative was niet eerst, A3D wel. De eerste versie was echter niet naar de zin van Creative, vandaar de introductie van EAX. Ondertussen is A3D wel geëvolueerd en een volwaardig (en lichtjes beter ondersteund) alternatief.
    Hopelijk is dat verschil ook vlug weggewerkt met de introductie van DirectSound3D...

    Wat Wave Synthesis tegenwoordig betreft, het lijkt of dit stukje technologie gedoemd is om enkel nog op E-cards en andere groezelige plekjes op het internet zijn werk te doen. We zitten in de tijd van de CD-ROM en DVD. Digitaal geluid is makkelijk op te slaan. Een spel dat voor het eerst digitaal geluid en digitale muziek weergaf was het bekende Command & Conquer. Achteraf gezien was de kwaliteit niet je dat, maar gelukkig verbetert dat nu en klinken veel spelletjes even indrukwekkend als de laatste bioscoopproducties.
    Een groot nadeel van General Midi was dat er een beperkt aanbod aan samples was. Microsoft heeft alweer een nieuwe standaard gedefinieerd: DirectMusic. Hiermee is het mogelijk instrumenten dynamisch in te laden. Maar is deze technologie niet te laat gekomen? De toekomst zal het uitwijzen...

    Prijsevolutie

    In de vroege dagen van de PC waren geluidskaarten enkel weggelegd voor de zeer kapitaalkrachtigen. Tegenwoordig heeft elke PC er een. De prijzen ervan variëren echter sterk en de enige minimumvoorwaarde van een hedendaagse geluidskaart is dat hij 16-bit geluid kan voortbrengen en full-duplex is (dwz tegelijk geluid kan afspelen en opnemen). Er is dus een geluidskaart voor ieders budget… 

     

    Conclusie

    Het lijkt erop dat de digitale verbetering rond is. Men verhoogt de geluidskwaliteit niet meer, maar legt zich toe op ruimtelijkheid (Dolby Surround, 3D Sound…). Om aan internet-telefonie te doen kunnen alle nieuwe kaarten gelijktijdig geluid weergeven als ontvangen en opnemen. Dit noemt men full-duplex.

    Wat muziek betreft: de Wave-Synthesis heeft nog een toekomst: muziek maken zonder dat je een orkest nodig hebt, wie wil dat niet? Iedereen die van muziek op de PC houdt heeft er dan ook meestal een. Toch is het geen noodzaak meer: dat bewijst de grote hoeveelheid geluidskaarten die nog steeds een OPL3 bevatten.

  5.  Formaten en standaarden
  6. Digitaal

    In den beginne, dit wil zeggen voor de Windows-tijd, was er geen echt populair bestandsformaat voor geluiden. Ze werden vaak puur (RAW, PCM) op schijf geschreven. Nadeel hiervan is dat je niet weet in welke kwaliteit het geluid is opgeslagen. Wanneer je bijvoorbeeld 8-bits geluid met 11kHz frequentie als een Cd-kwaliteit-geluid opent zal dit een sterk heliumeffect veroorzaken… Daarom kwamen er bestandsformaten met een "header" of hoofding. VOC van Creative Labs was vrij populair, maar met de komst van Windows 3.1 en vooral Windows 95 werd het WAVE-formaat hét geluidsformaat. Dit was heel gemakkelijk: je bepaalde zelf in welke kwaliteit je het geluid wilde opslaan.

    Enige nadeel: het geluid nam toch zoveel plaats in… Niet getreurd: er bestaan nu verschillende comprimeeralgoritmes om geluid te verkleinen. Vooral met de komst van internet was dit nodig: men wilde immers "live"-geluid, niet geluid waar je een half uur op moest wachten. Het bekendste internetformaat is tegenwoordig RealAudio. Dit heeft een magere geluidskwaliteit (vergelijk met het betere telefoongeluid), maar je kunt het live beluisteren op een webpagina. Dit kan doordat slechts stukjes worden opgeladen in plaats van het hele geluid (het zgn. streamen).

    Figuur 2: Screenshot van een MPEG-decoder (bron: WinAmp)

    Voor professionelen was dit natuurlijk ontoereikend. Gelukkig is er een compressiestandaard die met gering kwaliteitsverlies een grote gegevensverdichting realiseert. Deze werd genomen van de MPEG-videofilm-standaard. Met het de zgn. "Layer 3" compressie kan je op een Pentium computer in realtime geluid van Cd-kwaliteit beluisteren. Met dit formaat zou je op een gewone audio-CD van 70 minuten wel 10 keer zoveel muziek krijgen! Aan jou om het verschil te horen…

    Tegenwoordig is het mp3 formaat zeer bekend geraakt. Er zijn ondertussen al betere (en veiligere) algoritmes bedacht, maar qua populariteit moeten ze allemaal onderdoen.

    Midi

    Op vlak van Midi-formaten wijzigde in de loop der jaren niet zo veel. Dat komt omdat Midi-bestanden niets aan de kwaliteit voorschrijven; ze geven enkel de muziek op die moet gespeeld worden. De bestanden zijn dan ook zeer klein. De General-Midi standaard voorziet in 128 instrumenten waarbij je geluid, balans en andere effecten kunt veranderen.

    Een nadeel van General Midi is dat ze vrij eenvoudig is. Je hoort al vlug dat de Midi-muziek geen échte muziek is. Ze klinkt ook soms nogal banaal en hetzelfde. Enkele fabrikanten zoals Yamaha en Roland vonden de mogelijkheden van General Midi ontoereikend en hebben een meer ingewikkeld formaat gedefinieerd, zoals GS en XG. Ze zijn echter nog geen standaard. Voor componisten is dat echter geen probleem om met deze technisch betere alternatieven te werken…

  7. Besluit
  8. Geluid op de PC is van nul begonnen. Toch is onze PC al na enkele jaren een multimediaspektakel geworden. De toekomst ligt echter nog open voor nog meer realisme in het geluid. De toeschouwer moet meegesleept worden, en dat hebben de fabrikanten goed begrepen.

Andrew Wils

 


Aanmerkingen, Tips, Commentaar


Vorige: Nieuwe PC (3) Omhoog (PCGids)