mini|PCI-Soundkarte mit integrierter Firewire-Schnittstelle
Eine Soundkarte (, auch Audio-Interface; selten: Audiokarte, Tonkarte) ist eine optionale Komponente der Hardware eines Computers, die analoge und digitale Audiosignale verarbeitet. Ursprünglich bezog sich der Begriff auf eine Steckkarte, die mit dem Datenbus eines PCs verbunden wurde. Sogenannte Onboard-Audio-Chips werden heute auch zu den Soundkarten gezählt, da sie dieselbe Funktion haben.
Zu den Aufgaben einer Soundkarte gehört die Aufzeichnung, Erzeugung, Mischung, Bearbeitung und die Wiedergabe von Tonsignalen. Vereinzelt werden Soundkarten auch als Messgerät eingesetzt. Je nach Typ können analoge und digitale Tonquellen und -verarbeiter angeschlossen werden, bei professionellen Systemen auch Erweiterungskarten und Synchronisationsquellen. Der Anschluss an den PC erfolgt über den PCI- bzw. PCI-Express-Bus (bei älteren Soundkarten über den ISA-Bus) oder bei Notebooks auch über den PCMCIA- bzw. ExpressCard-Steckplatz. Externe Soundkarten werden über die USB-Schnittstelle, im professionellen Bereich auch über FireWire oder Thunderbolt, sowie MADI angeschlossen. Einige Soundkarten lagern das Anschlussfeld in ein Frontmodul (5,25″-Einschub, siehe Formfaktor) oder ein externes Gehäuse, die sogenannte , aus.
In den 2000er Jahren wandelte sich die typische Soundkarte im Zuge der fortschreitenden Elektronikintegration von einer Steckkarte zu einem auf die Hauptplatine integrierten Mikrochip (Onboard-Audio). Ein Beispiel ist im Chipsatz integriertes AC’97 oder HD Audio. Bei Benutzern, die einen erhöhten Anspruch an Klangqualität oder Rechenleistung haben oder umfangreichere Anschlussmöglichkeiten benötigen, sind jedoch dedizierte Steckkarten weiterhin in Gebrauch. Wenn die Karte einen eigenen DSP besitzt, wird dadurch auch die Belastung des Hauptprozessors gesenkt.
Geschichte Im Gegensatz zu Heimcomputern der 1980er-Jahre, die oft über eingebaute Sound-Chips verfügten, hatten PCs keine Musik- oder Klangfähigkeiten. 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 Sound-Blaster-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 1.000 DM kostete (nach heutiger Kaufkraft ca. Euro), 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.
Bis rund um das Jahr 2000 hergestellte Soundkarten besitzen meist einen Gameport. Der Sound Blaster 1.0 von 1989 war als erstes mit einem solchen zusätzlichen Anschluss ausgestattet, der vorrangig für einen oder zwei analoge Joysticks gedacht war. Alternativ konnte der Gameport auch zum Anschluss externer MIDI-Geräte verwendet werden (MIDI-Port), obwohl er in den 1990er-Jahren vor allem als Gameport für Computerspiele genutzt wurde. Als ab ca. 1990 CD-ROM-Laufwerke für PCs aufkamen, wurden auch viele Soundkarten mit einem Anschluss für ein CD-ROM-Laufwerk ausgestattet. Da ein Standard fehlte, wurden anfangs proprietäre, herstellerspezifische Anschlüsse von Mitsumi, Panasonic oder Sony verwendet, teilweise auch der teurere SCSI-Anschluss. Von einer startfähigen CD-ROM konnte mit diesen Laufwerken jedoch nicht gebootet werden, da die Firmware (das BIOS) der PCs die unterschiedlichen Laufwerke nicht ansprechen konnte – die mitgelieferten Gerätetreiber funktionierten erst nach dem Betriebssystemstart. Ab 1997 etablierte sich mit ATA/ATAPI-4 eine herstellerunabhängige Schnittstelle, die die proprietären Anschlüsse schnell verdrängte. Auf späteren Hauptplatinen setzten sich zwei Plug-and-Play- und bootfähige ATA/IDE-Kanäle durch, sodass die zusätzlichen CD-ROM-Controller der Soundkarten für Kompatibilitätsprobleme sorgten, wenn sie nicht per Jumper deaktiviertbar waren, weil dadurch dieselbe Ressource, z. B. der zweite IDE-Kanal (: IRQ 15, IO-base 0x170), von beiden Controllern belegt und somit blockiert wurde. Der ebenfalls vorhandene Anschluss zur analogen Übertragung von Audiosignalen vom CD-ROM-Laufwerk zur Soundkarte, der bei Onboard-Soundchips auf der Hauptplatine ebenfalls zu finden ist, hat sich hingegen erhalten.
Die Anfang der 1990er erschienene PC-Soundkarte Gravis Ultrasound bot Hardware-Mixing mit bis zu 32 Hardwareausgabekanälen und Panning an, konnte sich jedoch nicht (außer in der Demoszene, den Musikern bspw. bei Trackern) im Markt durchsetzen. Dies einerseits, da sie nicht vollständig kompatibel zu den vorherrschenden Soundkarten war, und auch weil sich mit wachsender Rechenleistung das günstigere Software-Mixing der Sound-Blaster-Karten durchsetzte. Hardware-Mixer sind seitdem im Heimanwender-Multimedia-Segment langsam unüblich geworden. Seitdem ist eine immer stärker werdende Abspaltung und Abgrenzung der Marktsegmente zu beobachten.
Waren zuerst die meisten Soundkarten mehr oder weniger direkte Nachbauten einiger weniger verbreiteter Modelle, so änderte sich das nach der Einführung von Windows 95. Da Windows-basierte Spiele nicht mehr direkt die Hardware der Soundkarte ansprechen mussten, wie zuvor die DOS-basierten PC-Spiele, sondern das über normierte Gerätetreiber 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 Codec-Chipsatz envy24, der seit Ende der 1990er Jahre weitgehend unverändert hergestellt wird, und eine breite Palette an Konzepten ermöglicht (die Variante 1712 besitzt sogar einen 36-Bit-Hardwaremixer für professionelle Studiolösungen)
Seit ca. 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 sogenannten „Onboard-Sound“-Lösungen verwendet. Wenn man von Creatives X-Fi-Serie und ein paar wenigen anderen Modellen weiterer Hersteller absieht, dann sind diese Chips viel leistungsfähiger als die meisten altbekannten Soundkarten und vor allem als ältere Soundcodecs der AdLib- und Sound-Blaster-16-Ära. Den Schwachpunkt bei der Tonausgabe am Computer (insbesondere bei Mobilgeräten) stellen heute eher die Verstärker und Lautsprecher dar.
Computer werden zunehmend auch für professionelle Musikproduktionen eingesetzt. Rechenleistung und Arbeitsspeicher genügen seit Beginn der 1990er Jahre für die Signalverarbeitung in vergleichsweise billigen Computern. Die Kombination aus PC und hochwertiger Soundkarte bzw. -chipsatz hat seitdem die vorher üblichen spezialisierten Geräte für Aufnahme, Schnitt und Bearbeitung von Tonmaterial im Studio weitgehend verdrängt. Um eine der Studioproduktion angemessene Signalqualität zu erzielen, werden oft sogenannte Audio-Interfaces verwendet, die nicht direkt in den Computer eingebaut sind. Sie werden meist über ein FireWire- oder USB-Kabel oder über eine spezielle digitale-Interface-Karte mit -Kabel an den Rechner angeschlossen. Durch die Entkopplung der Audiosignale vom restlichen PC und dessen Störsignale sowie weiteren technischen Maßnahmen wird eine Tonqualität erreicht, die auch professionellen Ansprüchen gerecht wird. Für Musikproduktion eignen sich sowohl IBM-PC-kompatible als auch Macintosh-Computer. Letztere galten aufgrund des flexibleren Interruptsystems der Motorola-CPUs anfangs als für Audioverarbeitung besser geeignet. Für den professionellen Einsatz gedachte Audio-Karten lassen sich meist sowohl mit Macs als auch mit PCs verwenden.
Die Hersteller bieten sowohl für einfache als auch professionelle Soundkarten Treibersoftware für die Betriebssysteme Windows und macOS (ursprünglich unter dem Namen „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.
Beispiele
Aufbau
Soundprozessor Basis einer Audiosignal-Verarbeitung im PC ist ein Audio-Codec-Chipsatz wie der oben erwähnte VIA Envy24, der Daten und Steuersignale des Computerzentralsystems seitens des Soundkartentreibers über ein Rechner-internes Bussystem (z. B. PCIe) entgegennimmt und einen kontinuierlichen Datenstrom in ein für einen D/A-Wandler verständliches Format, z. B. I²S übersetzt. Die analogen Audiosignale am Eingang werden von einem A/D-Wandler digitalisiert und an den Codec weitergegeben, der diese dann über ein Bussystem an den Treiber des Betriebssystems schickt. Beide Wandler sind bei Karten oft auf demselben Chip integriert. Moderne Onboard-Lösungen kommen sogar mit nur einem einzigen Bauteil aus.
Ein- und Ausgänge Ein- und Ausgänge existieren in unterschiedlichen Ausführungen: analog, digital oder als MIDI-Buchse.
Analog Es gibt analoge Ein-/Ausgänge in Form von Klinkenbuchsen oder Cinchbuchsen. Bei modernen nicht-professionellen 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 (siehe auch Kennfarbe und PC System Design Guide). mini|Standard-Anschlüsse eines integrierten Soundchips Farbe Funktion rosa Eingang für Mikrofon (mono). grün Line-Out / Ausgang für Kopfhörer- oder (Front-)Lautsprecher (stereo) blau Line-In / Eingang für AUX/externe Quellen (Stereo). grau Ausgang für Seitenlautsprecher [engl. side speakers] (stereo) orange Ausgang für Center- und Tiefbass-Lautsprecher [engl. center speaker, subwoofer] schwarz Ausgang für Rücklautsprecher [engl. rear speakers] (stereo)
mini|Farbcodierte Anschlüsse an einer Soundkarte (Jahr 2008) Farbe Funktion weiß Ausgang für Seitenlautsprecher [engl. side speakers] (stereo) blauLine-In / Eingang für AUX/externe Quellen (Stereo). rosa Eingang für Mikrofon (mono). grün Line-Out / Ausgang für Kopfhörer- oder (Front-)Lautsprecher (stereo) schwarz Ausgang für Rücklautsprecher [engl. rear speakers] (stereo) orange Ausgang für Center- und Tiefbass-Lautsprecher [engl. center speaker, subwoofer]
Während bei nichtprofessionellen Karten die Klinkenbuchsen (außer dem Mikrofoneingang) üblicherweise für das Weiterleiten von Stereosignalen ausgelegt sind, wird bei professionellen Karten pro Klinkenbuchse nur ein Mono-Signal in symmetrischer Übertragungstechnik weitergeleitet.
Technische Daten der Audioeingänge: LINE-IN: Normpegel 1 Volt (je nach Soundkarte ±0,7 Volt bis zu |Uss| max. 2 Volt), Eingangswiderstand 20…70 kOhm MIC-IN: maximaler Eingangspegel je nach Soundkarte von 20 mV bis max. -100…+100 mV (siehe auch Mikrofoneingang) LINE-OUT: 1 Volt Normpegel (je nach Soundkarte ±0,7 Volt bis zu |Uss| max. 2 Volt, Quellwiderstand <50 Ohm bis 1 kOhm) AD/DA-Wandler Auflösung: bis 32 Bit, Samplingrate: variabel bis zu 192 kHz (je nach Soundkarte)