第5章 声卡和音箱

威特网络教育中心计算机维护与维修第5章声卡和音箱•5.1声卡•5.2音箱威特网络教育中心计算机维护与维修5.1声卡•5.1.1声卡的分类•5.1.2声卡的工作原理•5.1.3声卡的技术指标•5.1.4声卡的选购威特网络教育中心计算机维护与维修5.1.1声卡的分类•1.按照转换器位数分类•2.按照功能分类•3.按照音效芯片分类•4.按照声卡的安装分类威特网络教育中心计算机维护与维修1.按照转换器位数分类人们习惯将声卡以卡中的模/数或数/模转换器（A/D、D/A）的位数来进行区分，比如8位卡、准16位和真16位卡等等。模/数或数/模转换器的位数是相同的，所以有时简称为位数分类。所谓位数，也就是声卡的采样的位数，成为采样精度。它决定了记录声音的动态范围，它以位（bit）为单位，比如8位、16位。8位可以把声波分成256级，16位可以把同样的声波分成65，536级的信号。可以想象，位数越高，声音的保真度越高。因此，声卡位数反映了声卡产生音响的音质，也就是常说的声音记录和重放的不失真能力。由于PCM（脉冲编码调制）的工作原理，使用8位A/D、D/A转换器与使用16位的相比，在技术指标上是相差很大的，只有16位卡可以达到CD音质。威特网络教育中心计算机维护与维修2.按照功能分类从功能上来讲，可以将其分为真立体声卡、准立体声卡和单声道卡。（1）单声道卡就是记录和重放的所有声源都只能是单声道的。（2）准立体声卡简单地说就是录音是单声道，放音有时是立体声，有时是单声道。（3）立体声卡具有数字立体声录/放、重放游戏和应用程序中立体声音响功能的声卡。立体声卡在运行教学、游戏程序时，重现程序中的音乐和声效的立体感好，给人以较强的临场感。威特网络教育中心计算机维护与维修3.按照音效芯片分类在决定声卡性能的诸因素之中，音效芯片所占的位置是举足轻重的，因而又可按其所采用的音效芯片来分类。当前常见的声卡音效芯片一般由几个大厂家供应，因而音效芯片的不同也可以称之为是不同厂家音效芯片的不同。威特网络教育中心计算机维护与维修1）Creative系列音效芯片（1）Creative137X系列（ES-137X）。Creative早期的PCI声卡使用的都是ES-137X系列的芯片，其中ES-1370主要应用于SoundBlasterPCI64和SoundBlasterPCI128声卡；ES-1373是前者的简化版，主要应用于主板集成。这一系列音效芯片本身的信噪比较高，在录制WAV音频时可以得到比较满意的音质，不过由于这款芯片所采用的技术比较简单，因此合成后的MIDI乐曲整体效果不是很好。在三维音效方面，该芯片可以实现硬件加速DS3D、软件模拟A3D1.0和EAX，可以模拟支持4音箱输出，在四声道模式下可以获得较好的三维定位效果。3.按照音效芯片分类威特网络教育中心计算机维护与维修（2）EMU10K1。EMU10K1是性能强劲的音效处理芯片，它集成了超过2000000个晶体管，拥有超过1000MIPS的处理能力，而且这款音效芯片本身就是一块可编程的DSP，这就意味着它可以通过软件来改进功能、增强处理能力，因此生命力强劲。EMU10K1由于率先采用了8点内插运算功能，所以音质极佳，达到了DSP数据转换的高峰，经它处理转换后的音频信号，听起来很逼真，而且EMU10K1更是凭借自己强大的运算能力，足以轻松应付各种复杂的三维音效处理；不过MIDI的合成能力，虽然运用了先进的SOUNDFONT技术，可以添加各种风格的音色库，但由于算法较简单，整体效果还是无法与YAMAHA、ROLAND等专业软波表媲美。3.按照音效芯片分类威特网络教育中心计算机维护与维修2）ESS系列音效芯片（1）ESSMAESTRO-2（1968）。ESSMAESTRO-2（1968）系列是ESS公司生产的第二代PCI音效芯片，在性能上比前一代产品有了较大的提升。首先，该芯片采用了32位线程处理技术，大大降低了声卡放音时CPU的占用率；其次，它采用了数据缓存技术，通过把数据存储在系统内存中，从而使PCI总线数据传输速度得到更有力的发挥；同时ESSMAESTRO-2（1968）芯片还支持两路立体声音频输出，可以为用户营造一种模拟的环绕效果。另外在三维音效方面，它采用了Sensaura新一代的技术，在音质效果上显得更加逼真。总的来看，ESSMAESTRO-2（1968）音效芯片在许多方面的功能在同价位芯片中都是比较好的。它拥有的良好音质和较低的CPU占用率，值得普通用户选择。3.按照音效芯片分类威特网络教育中心计算机维护与维修（2）ESSCanyon3D。qESSCanyon3D是ESS公司的新力作，处理能力为500MIPS。Canyon3D拥有两个可以编程的处理单元，其中包括一个64通道流水线的波形处理单元以及一个音频信号处理单元，可以加速超过32个DirectSound3D音频流。Canyon3D最为吸引人的地方在于其对3D音频的支持。它与ESSMAESTRO-2最大的区别在于真正支持四声道输出，而且与其他的多声道声卡有所不同，它提供了一个可独立控制的低音炮输出接口，同时它还利用Sensaura的MultiDrive技术处理三维音效，以获得包括DS3D、A3D1.0和EAX在内的多种主流API，在四声道模式下能够提供真正的HRTF回放效果。在立体声模式下，Canyon3D通过三维处理技术加宽的信号频率，可以使用户获得虚拟的环绕声。ESSCanyon3D音效芯片的CPU占用率很低，而且继承了ESS系列产品兼容性较好的优点，不过它的MIDI合成效果仍然没有改进，基本的回馈与和声特效也没有表达出来。3.按照音效芯片分类威特网络教育中心计算机维护与维修3）Aureal系列音效芯片（1）VortexAU8820。VortexAU8820拥有48个硬件音频流通道，并具有输出SPDIF的能力，而且VortexAU8820同时也提供了对DS3D的支持。在音质方面，VortexAU8820的表现令人十分满意，基本上都可以达到其所标称的信噪比。在MIDI合成方面，VortexAU8820芯片提供了兼容DLS的波表合成引擎，硬件复音达32个，另外还可以用软件合成32个复音，但合成后的音质效果一般。VortexAU8820的兼容性较好，但对CPU的占用率极高。3.按照音效芯片分类威特网络教育中心计算机维护与维修（2）Vortex2AU8830。Vortex2AU8830包含了300万个晶体管，其硬件处理能力为600MIPS，折算为DSP的话，大约为1200到1800MIPS。Vortex2AU8830拥有96个硬件音频通道，并可同时渲染76个3D音源。Vortex2AU8830芯片的内部分为很多个处理单元，通过内部的数流总线（VDB）传送音频流。作为可编程的双总线结构，VDB可以传送多达183个音频流。VortexAU8830有两个32位复音处理单元，共有64个硬件复音。另外加上256个软件复音，总共可以支持320个复音。Vortex2AU8830是Aureal公司所推出的第二款音效芯片，同时也是其绝版的经典之作（此后Aureal便被Creative收购了），但Vortex2AU8830并不是一块DSP，因此主要功能和性能都已固化，无法通过软件升级，这也正是此款芯片的最大不足之处。3.按照音效芯片分类威特网络教育中心计算机维护与维修4.按照声卡的安装分类按照这种分类方法，分为扩展卡声卡和主板集成声卡两大类，前者又称为独立声卡，后者又成为板载声卡。声卡一般都是内置于机箱内部，但近年来，创新、飞利浦、M-Audio、Terratec等公司推出一系列主要用于笔记本电脑的USB外置式声卡。独立声卡和集成声卡的在工作方式上有比较大的差异，有各自一套成型的标准，因此对于两者的具体情况将在后面的小节进行介绍。如果没有特别说明，本书的介绍均以独立声卡为标准。威特网络教育中心计算机维护与维修5.1.2声卡的工作原理人们平常能听到自然界的声音，是由于人耳侦测到声波引起的介质压力变化（例如空气），大脑将其解释为声音。声卡在计算机中的任务首先是产生声音信号，这些信号在计算机里是以数字的形态存在的，数字信号经声卡芯片处理后，再经由声卡上的数模转换器转换为人耳能识别的模拟信号。如果要处理外部输入的声音信号，声卡还要通过模数转换器先将这些信号转换为计算机能识别的数字信号，再交由声卡芯片处理。在介绍声卡的工作原理时，本书将以独立声卡为标准，因为独立声卡反映了声卡的最基本原理。威特网络教育中心计算机维护与维修1.主要部件声卡一般插在主板上的扩展卡槽中，声卡曾经有过ISA接口和PCI接口，但前者随着发展现在已经退出市场，因而平时见到的扩展卡声卡都是PCI接口的。其一般都是由声音控制/处理芯片、功放芯片、声音输入/输出端口几部分组成。5.1.2声卡的工作原理威特网络教育中心计算机维护与维修1）声音控制/处理芯片也称为DSP（DigitalSignalProcessor）或主芯片，它是一种数位讯号处理的芯片，是声卡的核心部件。在主芯片上都标示有商标、芯片型号、生产日期、编号、生产厂商等重要信息。DSP的功能主要是控制声波的取样和回放，处理MIDI指令等，有些声卡的DSP还具有混响、合声、音场调整等功能。数字信号处理芯片基本上决定了声卡的性能和档次，通常也按照此芯片的型号来称呼该声卡。另外，如果声卡有混音芯片（MixerChip），就可以透过软体的操作来对声音做各种控制，例如：音量的高低控制，音场调整效果等。所以DSP可说是声卡中非常重要的芯片，所有数位音源讯号的处理，都可以说是DSP的功能范围。在声卡中，是将所有功能都制作在同一片芯片里，还是各种功能独自烧录为单独的芯片，就完全在于各声卡厂商的设计。5.1.2声卡的工作原理威特网络教育中心计算机维护与维修2）CODEC芯片CODEC意为“多媒体数字信号编解码器”，它主要承担对原始声音信号的采样混音处理，也就是起到前面所提到的A/D、D/A转换功能。为了提高信噪比，Intel公司的AC'97规范建议将CODEC独立出来，以减少电子干扰。但也有一些型号的产品是将CODEC功能集成在主芯片中，而不独立出来。CODEC芯片体积相对小一些，大多数都是48pin或者64pin的。模拟转数字（A/D）：输入的模拟音源经过A/D转化器后会被转换成一系列的不连续信号，这也就是所说的取样（Sampling）。通常信号摆动的范围，必须在A/D转换器可以适用的范围内，而且取样的位数不可太低，如此才能维持较好的精准度。数字转模拟（D/A）：数字转模拟是将不连续的数字信号转换成连续性的模拟声音。实际上，声音从原先的模拟音源转成数字后，经过声卡的编辑处理，再经由数字-模拟的转换，才可以从声卡输出，这一连串的转换处理过程，所输出的声音与原始的音源已经有所差别，即一般所说的失真（Distortion）。5.1.2声卡的工作原理威特网络教育中心计算机维护与维修3）声音输入/输出端口一片声卡通常会有LineIn/LineOut，MIC/SpeakerOut两组输出入插孔及一个15-pin的MIDI接头，而各家声卡在制作上都有其标准，所以会有些差异。声卡的输入/输出端口如图5-2所示。图5-2声卡输入/输出端口5.1.2声卡的工作原理威特网络教育中心计算机维护与维修其作用就是音频信号的输入和输出。它主要有外接端口和内接端口，外接端口基本上有“SpeakerOut”喇叭输出、“LineOut”线性输出、“LineIn”线性输入、“MICIn”麦克风输入，一般的喇叭输出经过声卡上功放芯片的简单处理，声音比较大，适合于无源音箱的接拨，不过由于声卡上的功放芯片比较简单，声音效果通常都比较差，对于有源音箱一般都是用线性输出相连接，不过也有声卡综合了喇叭和线性输出，线性输入和麦克风输入只适用于录音，如果想将磁带或者其他媒介上的声音信号保存到计算机硬盘，线性输入是很好的选择，录制个人声音只有采用麦克风输入。这两种输入之差别在于其信号的放大率不同。因为一般麦克风的