第7章 声卡和音箱

第7章声卡和音箱一．声卡1声卡概述声卡是计算机中处理音频信号的工具，如图所示，通过声卡将计算机中的音频信号进行处理后，再通过连接到声卡的音箱，将声音以人耳能听到的频率表现出来。声卡主要由音频处理芯片、MIC接口、Linein接口、Speak接口、后部输出接口、MIDI接口和金手指等部件组成。2声卡的类型1集成声卡集成声卡是一种集成在主板上的数字模拟信号转换芯片，如图所示。集成声卡没有音频处理芯片，完全靠CPU对音频信号进行处理转换，这样会占用CPU资源，如果CPU比较繁忙，播放的声音就会出现停顿现象。目前常见的集成声卡芯片有RealtekALC系列的AC’97CODEC芯片等。集成声卡集成在主板上，具有不占用PCI接口、成本更为低廉、兼容性更好等优势，能够满足普通用户的绝大多数音频需求，自然就受到市场的青睐。2独立声卡独立声卡直接与主板的PCI插槽相连，它有独立的音频处理芯片，如图所示为一款独立的声卡。它负责所有音频信号的转换工作，从而减少了对CPU资源的占有率，并且结合功能强大的音频处理软件，可以进行几乎所有音频信息的处理。音质效果好的声卡都是独立声卡，一般适合对声音品质要求较高的用户。3外置声卡外置声卡是创新公司独家推出的一种新声卡，它是在独立声卡的技术上发展起来的。它的外形通常是一个长方形的盒子，在外置声卡上一般具有Speak接口、Linein接口、MIC接口等，如图所示。它们的作用与独立声卡上相应接口的作用是相同的。外置声卡通过USB接口与PC连接，具有使用方便、便于移动等优势。但这类产品主要应用于特殊环境，如连接笔记本实现更好的音质等。常见的有创新Extigy、DigitalMusic、MAYAEX和MAYA5.1USB等。3声卡的性能指标1音频采集声卡的主要作用之一是对声音信息进行录制与回放，在这个过程中采样的位数和采样的频率决定了声音采集的质量。（1）采样频率和采样位数直接决定了声卡录制和播放声音的效果。采样频率是指声卡在1秒钟内对声音信号的采样次数。采样频率越高，播放出的声音质量就越真实越自然。目前高端的声卡可以达到96KHz以上的采样频率，普通声卡的采样频率一般为8KHz、11.025KHz、22.05KHz、16KHz、37.8KHz、44.1KHz和48KHz等。其中，22KHz相当于普通FM广播的音质，44KHz相当于CD播放器播放CD光盘的音质。（2）声音采样位数是声卡对声音的采集精度，它通常是一个二进制数。声卡的采样位数越高，声音听起来就越真实。目前中高端独立声卡的声音采样位数可以达到24bit~64bit之间，普通的集成声卡和独立声卡的采样位数为16bit。2波表合成波表（WAVETABLE）可以将各种真实乐器所能发出的所有声音（包括各个音域、声调）录制下来，存储为一个波表文件。播放时，根据MIDI文件记录的乐曲信息向波表发出指令，从“表格”中逐一找出对应的声音信息，经过合成、加工后回放出来。因为它采用的是真实乐器的采样，所以效果自然要好于FM。一般波表的乐器声音信息都以44.1kHz、16Bit的精度录制，以达到最真实的回放效果。理论上，波表容量越大合成效果越好。3MIDI规格MIDI是MusicalInstrumentDigitalInterface的简称，意为音乐设备数字接口。它是电子乐器之间以及电子乐器与计算机之间的统一交流协议，可以从广义上将其理解为电子合成器、计算机音乐的统称，包括协议、设备等相关的含义。MIDI文件只是一种对乐曲的描述，本身不包含任何可供回放的声音信息，计算机音乐要通过声卡播放出来，就需要通过形式多样的合成手段了。早期的ISA声卡普遍使用FM合成，即“频率调变”。它运用声音振荡的原理对MIDI进行合成处理。但由于技术本身的局限，加上这类声卡采用的大多数为廉价的YAMAHAOPL系列芯片，效果自然不好。4声道声卡所支持的声道数是声卡技术发展的重要标志。（1）单声道是比较原始的声音复制形式，早期的声卡采用得比较普遍。当通过两个扬声器回放单声道信息的时候，可以明显感觉到声音是从两个音箱中间传递到耳朵里的。这种缺乏位置感的录制方式用现在的眼光看是很落后的，但在声卡刚刚起步时，却是非常先进的技术了。（2）单声道缺乏对声音的位置定位，而立体声技术则彻底改变了这一状况。声音在录制过程中被分配到两个独立的声道，从而达到了很好的声音定位效果。这种技术在欣赏音乐过程中显得尤为重要，听众可以清晰地分辨出各种乐器来自的方向，从而使音乐更富想像力，更加接近于临场感受。（3）立体声虽然满足了人们对左右声道位置感体验的要求，但是随着技术的进一步发展，大家逐渐发现双声道已经越来越不能满足需求。随着PCI声卡带宽的增加，应运而生了一些新的技术，发展最为迅速的就是三维音效了。三维音效的主旨是给人们带来一个虚拟的声音环境，通过特殊的HRTF技术营造一个趋于真实的声场，从而获得更好的听觉效果和声场定位。而要达到好的效果，仅仅依靠两个音箱是远远不够的，新的四声道环绕音频技术则很好地解决了这一问题。四声道环绕有4个发音点，即前左、前右，后左、后右，听众则被包围在这中间。同时还增加了一个低音音箱，以加强对低频信号的回放处理（该系统称为4.1声道音箱系统）。就整体效果而言，四声道系统可以为听众带来来自不同方向的声音环绕，可以获得身临各种不同环境的听觉感受，给用户以全新的体验。如今四声道技术已经广泛融入于各类中高档声卡的设计中。（4）5.1声道已广泛用于各类传统影院和家庭影院中，一些比较知名的声音录制压缩格式，如杜比AC-3（DolbyDigital）、DTS等都是以5.1声音系统为技术蓝本的。其实5.1声音系统来源于4.1环绕，不同之处在于它增加了一个中置单元。这个中置单元负责传送低于80Hz的声音信号，在欣赏影片时把对话集中在整个声场的中部，以增加整体效果。另外，还有7.1声道等支持多声道的声卡，不过与5.1声道相比，并没有多大的技术改进，用户可以查阅相关资料。5音效声卡的音效直接关系到最终的音频效果，声卡的音效主要采用以下几种技术。（1）EAX（EnvironmentalAudioExtensions，环境音效扩展）：是由创新和微软联合提供，作为DirectSound3D扩展的一套开放性的API。它是创新通过独家的EMU10K1数字信号处理器嵌入到SB-LIVE中来实现的。EAX是一种扩展集合，它加强了DirectSound3D的功能。（2）A3D：是一种突破性的互动3D定位音效技术，使用这一技术的应用程序可以根据用户的输入而决定音效的变化，产生在围绕听者的3维空间中精确定位的音效，带来真实的听觉体验，而且可以只用两只普通的音箱或一对耳机在实现，通过四声道就能很好的去体现出它的定位效果。（3）H3D：和A3D有着差不多的功效，采用是C-MediaCMI8738/C3DX芯片。它本身可以支持上面所说的H3D技术、可支持四声道、还带有MODEM的功能。（4）Sensaura/Q3D：CRL开发的HRTF算法叫做Sensaura，它支持包括A3D1.0和EAX、DS3D在内的大部分主流3D音频API。此技术已经广泛运用于ESS、YAMAHA和CMI的声卡芯片上，从而成为影响比较大的一种技术，从实际试听效果来看也的确不错。而QSound开发的Q3D可以提供一个与EAX相仿的环境模拟功能，但效果还比较单一，与Sensaura大而全的性能指标相比稍逊一筹。4选购声卡1声卡品牌集成声卡的品质是由芯片决定的。目前市场上的主流独立声卡品牌主要有新加坡的创新、德国的坦克和国产的乐之邦、傲王等。如图所示为坦克（TerraTec）声卡，这个品牌一向注重产品的品质和性价比，其产品具备了专业级和家用级系列的各种高、中、低端产品。正是由于这种平实的定位，使得坦克声卡获得了广大消费者的认可，占据了声卡市场很大的份额。2PCI接口声卡应成为首选在选购声卡时，数据传输速率是一个关键的指标，由于PCI声卡比早期的ISA声卡的数据传输速率高十几倍，因而受许多消费者的欢迎。再有PCI声卡有着较低CPU占用率和较高信噪比等优良特性，也使功能单一、占用系统资源过多的ISA声卡显得风光不再。随着PCI声卡技术的不断成熟，与DOS游戏的兼容性问题正在逐步得到解决，再加上操作系统向Windows的平稳过渡，基于Windows的各种应用程序已渐成主流，PCI声卡已经成为用户的首选，目前，市面上的主流声卡多为PCI总线结构，ISA声卡已经逐步退出市场。所以在选购声卡时，应首先考虑PCI接口的产品。3声道声道是指声卡能模拟的音源的个数。目前常见声卡的声道包括双声道（立体声）和环绕立体声。一般声卡支持的声道数量越多，再配合相应的多声道音箱，用户就能听到从多个角度传来的声音效果，这种效果常给人以身临其境的感觉。常见的中高端独立声卡至少支持6个声道。4所选购的声卡是否具有SPDIF数字音频接口将声音作为数字模式传送可以最大限度地减少失真度，SPDIF的输出端口就是用于接驳专门的数字录音设备的，如DAT和MD等；而将SPDIF的输入端接到光驱的DigitalOut或DVD解压卡的相应输出端子，就可以得到比使用模拟音频输入要好得多的音质。很多人认为，只要通过声卡上的SPDIF接口就可以实现AC-3解码输出和DolbyDigital5.1输出。虽然这在理论上是成立的，但在实际使用中，必须有专门的驱动程序支持才可以实现，否则仍然是1/2对音箱输出，达不到DolbyDigital5.1的效果。在这方面，目前似乎只有创新SBLive!和帝盟MonsterMX系列做得不错，而其它品牌的声卡不是因为节省成本而省略了SPDIF，就是根本不具备该项功能。5驱动程序及相关软件是否齐全驱动程序在很大程度上决定着声卡性能的发挥。所以许多著名声卡厂商都很重视对驱动程序的开发和改进。如今PCI声卡的驱动程序及应用软件大都保存在随卡附赠的光盘上，便于使用及保存。一般来说，高档声卡除了具有比较完善的驱动程序之外，往往还附有实用的音、视频软件以及能够体现自身技术特点的游戏软件，如SoundBlasterLive!Digital系列声卡，就提供了专业音乐制作软件Cakewalk、音色库编辑工具ViennaSoundFontStudio以及大量支持3D音效的游戏等。另外，目前较为普及的市场上常见的中档声卡，也都提供了必要的简单易用的声卡驱动程序及应用软件。一些低档声卡则只提供声卡驱动程序或者使用Windows的公用驱动程序。5声卡的故障分析1声卡不支持休眠功能故障表现：计算机从休眠状态唤醒后便没有声音了，只有重启后才能恢复正常。解决方法：要实现Windows的休眠功能需要各方面硬件的配合和操作系统的支持，如果其中有一项不能支持，就可能无法实现休眠状态。在进入休眠状态后设备发生问题，估计该问题是声卡不支持休眠功能造成的。可以尝试在BIOS中将“PowerManagementSetup”选项中的“IRQ”值设置成“Enable”，并将“PowerManagement”设置成“UserDefine”即可。2声卡不能播放声音故障表现：在刚安装声卡后，能够正常使用该声卡，但在重启计算机后，就不能播放声音了。解决方法：在“设备管理器”中发现刚刚安装的声卡“消失”了，关闭计算机并打开机箱，发现声卡并未松动。检查发现计算机中还安装了一个内置的ADSLMODEM，由此怀疑是设备冲突所致。在操作系统中卸载ADSLMODEM的驱动程序后，系统自动提示发现声卡，稍等片刻后，声卡能正常工作了。再重新安装ADSLMODEM驱动程序，即可问题解决。3不能通过声卡录制声音故障表现：使用音箱可以听到声音，但不能使用麦克风来录制声音。解决方法：先打开机箱检查声卡是否损坏。如果声卡完好，那么再检查声卡驱动和声音设置有无问题，如驱动程序是否安装正确，声卡与其他设备有无冲突，在音频属性设置中是否打开了麦克风的录音设置等。最后检查麦克风和声卡的连接问题，正确的连接方法是将麦克风的连接线插入声卡的MIC插孔中