第9章 声卡和音箱

第9章声卡和音箱9.1声卡9.2音箱9.1声卡声卡是实现音频信号/数字信号相互转换的硬件电路，与主板和显示卡相比，声卡的出现相对较晚。声卡只提供对音频信号的处理能力，而要让微机发出声音，音箱则是关键设备。声卡将数字音频信号转换成模拟音频信号输出，此时音频信号的电平幅值较低，不能带动扬声器正常发声。这时候就需要带有放大器的音箱对音频信号进行放大，再通过扬声器上输出，从而发出声音。声卡的外观如图3-29所示。1．声卡的功能（1）采集、编辑和还原数字声音文件。（2）语音合成，通过声卡可以朗读中、英文文本信息。（3）语音识别，通过声卡能够识别操作者的声音，实现人机对话。（4）控制声音源的音量，混合后再数字化。（5）对数字化声音信号进行压缩存储和解压播放。（6）提供MIDI功能。2．声卡的种类声卡按其采样位数分为8位、16位、32位，位数越高，则其采集和播放的声音越逼真，效果越好。3．声卡的组成（1）主音频处理芯片声卡的主音频处理芯片承担着对声音信息、三维音效进行特殊过滤与处理、MIDI合成等重要任务。目前比较著名的主音频处理芯片设计生产厂家有新加坡CREATIVE公司的EMUIOKI、美国ESS公司的ES1984F、日本YAMAHA公司的YMF740等。主音频处理芯片如图3-30所示。（2）CODEC芯片CODEC的全称是“多媒体数字信号编码解码器”，一般我们把它简称为“混音芯片”。它主要承担对原始声音信号的采样混音处理，也就是前面所提到的A/D、D/A转换功能。比较有名的CODEC设计生产厂家有：SigmaTel、Wolfson等公司。（3）声卡上辅助元件主要有晶振、电容、运算放大器、功率放大器等。（4）外部输入输出口声卡上外部输入输出口均为3.5mm规格的插口（MIDI/Joystick除外），常见的包括：麦克风接口（MICIN）线性输入口（LINEIN）音频输出口（LINEOUT）扬声器输出口（SPKOUT）后置音箱输出口（REAROUT）MIDI设备接口/游戏手柄接口（MIDI/Joystick）同轴数码输出（SPDIFOUT）光纤数码输入（SPDIFIN）（5）内部输入输出口声卡的内部接口多为插针模式。比较常见的有：CD音频输入（CDIN）数字CD音频输入（CDSPDIFIN）辅助输入接口（AUXIN）TAD接口（6）跳线4．声卡的工作原理声卡对输入的声音信号的基本处理流程是：从麦克风或LINEIN输入模拟声音信号，通过模数转换器，将声波振幅信号采样转换成数字信号后，通过主音频处理芯片处理，或者被录制成声音文件存储到微机中，或者再通过数模转换器进行转换后放大输出。声卡模拟通道输出声音的基本流程是：数字声音信号首先通过声卡主音频处理芯片进行处理和运算，随后被传输到一个数模转换器（DAC）芯片进行D/A转换，转换后的模拟音频信号再经过放大器的放大，通过多媒体音箱输出。声卡的基本功能是对上述数字化波形音频、MIDI合成音频、CD音频三种音频信号做处理，主要包括：对音频信号的编辑、重放、输入／输出、放大等。声音模拟信号与数字信号之间的转换。MIDI音乐的合成。提供话筒、音箱的接口，用于声音的输入与输出。提供信号的功率放大与调节。提供MIDI键盘、游戏杆Joystick、CD-ROM的接口。5．声卡的主要技术指标（1）采样频率声卡在对输入的模拟音频信号转换成数字信号的过程中，需要对模拟音频信号进行采样。采样频率为每秒钟取得声音样本的次数。采样频率越高，声音的还原就越真实。（2）采样位数采样位数是指声卡在A/D数字化过程中采样的精度。采样位数越大，精度就越高，还原后的音质就越好。（3）声道数声卡所支持的声道数也是主要的技术指标。声卡声道数有以下几种类型：单声道立体声四声道环绕5.1声道（4）复音数量复音数量是指在播放MIDI乐曲时在1秒钟内发出的最大声音数目。（5）动态范围动态范围是指当声音的增益发生瞬间突变时，即当音量突然变化时，设备所能承受的最大变化范围。（6）信噪比信噪比是衡量声卡抑制噪声能力的一个重要技术指标，它是指输出的有用信号功率与同时输出的噪声信号功率的比值，单位为分贝（dB）。6．有关声卡的其他技术（1）FM合成技术FM（FrequencyModulation，频率调制）合成技术是在播放MIDI音乐时运用算法来模拟乐器的声音。（2）波表合成技术波表（WaveTable）合成技术分为软波表和硬波表两种。硬波表是将真实的乐器声音经采样后存放在EPROM芯片中，形成波表库，也叫音色库。当MIDI音乐需要某种乐器的音色数据时，随时从芯片中读取。软波表是将采集的乐器音色数据存放在硬盘中，需要时调入系统内存，经处理后再由声卡接收。（3）DLS波表合成技术DLS（DownLoadSample，可供下载的采样音色库）波表合成技术原理与软波表相似，不同的是音色库的读取由声卡上的专用芯片控制，无需CPU的干预，并且可根据需要随时更新波表库，并利用DLS音色编辑软件进行修改。（4）SBLink接口在声卡和主板之间使用SBLink接口相连，使PCI声卡强行获得DMA和IRQ，以解决兼容问题。目前PCI声卡可用模拟仿真的方法为其分配虚拟的DMA和IRQ，SBLink接口已不再需要。（5）SPDIF接口SPDIF（SONY/Philips家用数字音频接口）可以传输PCM流和DolbyDigital、DTS这类环绕压缩音频信号，所以在声卡上增加SPDIF功能的重要意义在于使微机声卡具备更加强大的设备扩展能力。（6）3D音效技术（7）WAVE音效与MIDI音乐（8）AC-3AC-3（DolbyDigitalAC-3，杜比数字）是由著名的美国杜比实验室制定的一个环绕声标准。采用了多声道数字音频技术、完全独立的5.1声道的环绕声系统。高频放音的上限由原来的7KHz提高到20KHz，并提高了输出功率。AC-3是根据感觉来开发的编码系统多声道环绕声。（9）DTSDTS（DigitalTheaterSystem，数字影院系统）是由美国的DigitalTheaterSystem公司开发出来的一种电影全数字多声道技术标准。（10）IASIAS（InteractiveAroundSound，交互式环绕声）是EAR（ExtremeAudioReality）公司在开发者和硬件厂商的协助下开发出来的专利音频技术，该技术可以满足测试系统硬件和管理所有的音效平台的需求。（11）AC′97AC′97（AudioCodec97）是1996年6月由美国的Intel、新加坡的创新CREATIVE、日本的YAMAHA等5家权威性的软硬件公司共同制定的一种全新思路的芯片级音源标准。AC′97标准首次采用了双芯片结构，即把声卡的数字部分与模拟部分分开，把模拟部分的电路从声卡芯片中独立出来，称之为AudioCodec的小型芯片，又称AC′97芯片。（12）软声卡和硬声卡目前微机上用的声卡可以分为两大类，一类是采用扩展卡的普通声卡，包括PCI、CNR、USB类型的声卡；另一类是集成在主板上的集成声卡，它价格低廉，效果也很好。集成声卡又分软声卡和硬声卡两类。软声卡通常是在南桥芯片中具有“集成音效功能”，即南桥芯片中具有部分DC′97芯片的功能。在主板上增加AC′97芯片，通过CPU的参与和软件的合成就可以完成普通声卡的主要功能。如果在主板上的同时集成有DC′97芯片和AC′97芯片，这类主板的集成声卡就称为硬声卡。7．声卡的选用目前，市场上声卡的品牌、型号众多，创新（Creative）、傲锐（Aureal）和帝盟（Diamond）三家公司在声卡制造领域都有出色的表现。（1）从产品的角度选用高档声卡中档声卡低档声卡（2）从用户的角度选用普通用户专业用户9.2音箱音箱是多媒体微机的重要组成部分之一，优美的音乐、动听的歌曲、美妙的声音都来自音箱。音箱是一种声音还原设备，它可将电信号转换成声音信号，然后输出。1．音箱的组成有源音箱由放大器、接口部分、扬声器单元与箱体4部分组成。2．音箱的主要技术指标（1）防磁设计（2）输出功率输出功率分为标称功率和最大承受功率。标称功率就是我们常说的额定功率，它决定了音箱可以在什么样的状态下长期稳定地工作。最大承受功率是指扬声器短时间内所能承受的最大功率。（3）频率响应范围频率响应范围是指音箱最低有效回放频率与最高有效回放频率之间的范围。（4）灵敏度灵敏度是指音箱输入给定功率的音频信号时，音箱所能发出声音的强度。它是衡量音箱效率的一个指标，与音箱的音质无关。（5）失真失真分为谐波失真、互调失真和瞬态失真三种。（6）信噪比信噪比是指放大器输出的有用信号功率与同时输出的噪声信号功率的比值，单位为分贝（dB）。3．音箱的分类按音箱内部有无功率放大器，分为有源音箱和无源音箱。无源音箱输出功率小，只适用于一些教学软件；有源音箱则把声卡的声音信号进行了放大，可以达到较好的音质效果。微机上配置的音箱一般为有源音箱。