第7章 声卡、音箱

第10章声卡、音箱虽然目前几乎所有主板都集成有声卡和网卡，但有时为了更高性能的要求，就会选配独立的声卡。本章重点和难点重点:声卡、音箱的性能参数声卡、音箱的选购技巧难点:声卡的性能参数故障检测市场上常见有什么样的声卡、音箱?以哪些指标衡量的声卡、音箱优劣?近期内出现的声卡新技术?10.1声卡的分类按采样精度分类按采样精度可以把声卡分为8位声卡、16位声卡、32位声卡和64位声卡等几种。按总线接口分类按总线接口分类，可以把声卡分为ISA声卡、PCI声卡和USB声卡三种类型。10.1声卡的分类按声道分类按声卡所支持的声道数可将声卡分为单声道声卡、双声道声卡、四声道声卡、5.1声道声卡和7.1声道声卡等几种。10.1声卡的分类按声卡与主板的距离分按声卡在主板上的位置可将声卡分为主板集成声卡、内置卡式声卡和外置声卡等几类。10.1.2声卡的结构如图10-1所示是一块PCI总线的声卡。1．数字信号处理器声卡的数字信号处理器（DigitalSignalProcessor，DSP）也称声卡主处理芯片，是声卡的核心部件。DSP的功能主要是对数字化的声音信号进行各种处理，如声波取样和回放控制，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。DSP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。2．模-数与数-模转换芯片CodecCodec芯片用于模-数和数-模转换。Codec芯片是模拟电路和数字电路的连接部件，负责将DSP输出的数字信号转换成模拟信号以输出到功率放大器和音箱，也负责将输入的模拟信号转换成数字信号输入到DSP。Codec芯片和DSP的能力直接决定了声卡处理声音信号的质量。3．功率放大器功率放大器的主要作用是将Codec芯片输出的音频模拟信号放大，输出可以直接推动音箱的功率，同时还担负着对输出信号的高低音分别进行处理的任务。声卡上的功率放大器型号多为XX2025，功率为2×2W，音质一般。由于它在放大声音、音乐等信号的过程中也同时放大了噪声信号，所以从其输出端（SpeakerOut）输出的噪声较大。比较简单的解决方法是绕过功率放大器，利用声卡上的线性模拟输出（LineOut）端口连接音箱，这样，音质的好坏就直接取决于DSP、Codec芯片和外接的音响设备（一般是有源音箱）了。4．外部连接端口(内网)（1）话筒输入（MicIn）插孔（粉红色）（2）音频输入（LineIn）插孔（浅蓝色）（3）音频输出（LineOut）插孔（草绿色）（4）SPDIFOut/In（数字输出/输入）（5）Game/MIDI插口（6）内部连接端口10.1.3声卡的基本工作原理（网络）声卡回放声音的工作过程是：通过PCI总线或者声卡的其他数字输入接口将数字化的声音信号传送给声卡，声卡的I/O控制芯片和DSP接收数字信号，对其进行处理，然后传送给Codec芯片，Codec芯片将数字信号转换成模拟信号，然后输出到功率放大器或直接输出到音箱。声卡录制声音的工作过程是：声音通过MicIn或LineIn接口将模拟信号输入到Codec芯片，Codec芯片将模拟信号转换成数字信号，然后传送到DSP，DSP对信号进行处理，经I/O控制芯片和总线输出到计算机。10.1.4音频标准1．AC'97标准为了能够使微机提供高品质、低成本的音效，1996年6月由Intel、创新、NS、AnalogDevice与Yamaha共同提出了AudioCodec‘97（简称AC’97，意为“音效多媒体信号编/解码器”）标准，1997年开始执行。AC'97标准主要要求在电路结构上把数字部分和模拟部分相互分开，以降低电磁干扰和提高性能，适用于声卡和Modem的设计。2．音频中的新技术——HDAudio为了提供更加逼真的音频效果，Intel推出了音频新标准——HDAudio，其编码方式的名称为Azalia，根据Intel的计划，这个编码标准将取代现有的AC'97标准。这个新标准的特点有：同时支持输入/输出各15条音频流。每个音频流都支持最高16声道。每个音频流支持8、16、20、24或32bit的采样精度。采样率支持从6kHz到192kHz。对于控制、连接和编码优化的可升级扩展。音频编码支持设备高级音频探测。10.1.5板载声卡1．软声卡软声卡就是利用主板南桥芯片中加入的声卡控制功能，通过软件模拟声卡，完成一般声卡上DSP的功能。音频的输入/输出（模/数与数/模转换）由一块符合AC‘97标准的Codec芯片完成。所以这类主板看不到较大的声卡DSP芯片，只有一块小小的Codec芯片。与硬声卡相比，由于采用软件模拟，CPU占用率比硬声卡高，如果CPU速度达不到要求或者驱动程序有问题，很容易会产生爆音，影响音质。2．硬声卡为解决软声卡的缺点，有的主板采用了板载硬声卡的方式。正规的硬声卡符合AC'97标准，有一块较大的主流声卡DSP芯片，还有一块较小的Codec芯片。为降低成本，主板上的板载硬声卡往往不采用AC'97标准，只焊接一块具有DSP和Codec功能的声卡处理芯片（如CMI8738等4声道声卡芯片），而没有安装独立的Codec芯片。10.1.6声卡的主要参数1．采样位数与采样频率音频信号是连续的模拟信号，而计算机只能处理数字信号，因此，计算机要对音频信号进行处理，首先必须进行模/数（A/D）转换。这个转换过程实际上就是对音频信号的采样和量化过程，即把时间上连续的模拟信号转变为时间上不连续的数字信号，只要在连续量上等间隔地取足够多的点，就能逼真地模拟出原来的连续量。这个“取点”的过程称为采样（Sampling）.采样精度越高（取点越多），数字声音越逼真。其中，信号幅度（电压值）方向采样精度称为采样位数，时间方向的采样精度称为采样频率。2．复音数在各类声卡的命名中，经常会发现诸如64、128之类的数字，有些用户乃至商家将它们误认为是64位、128位声卡，代表采样位数，其实64、128代表的只是此卡在MIDI合成时可以达到的最大复音数。所谓复音，是指MIDI乐曲在1s内发出的最大声音数目。波表支持的复音值如果太小，一些比较复杂的MIDI乐曲在合成时就会出现某些声部被丢失的情况，将直接影响到播放效果。复音越多，音效越逼真，但这与采样位数无关，如今的波表声卡可以提供128以上的复音值。10.1.4声卡的性能指标1、采样位数：采样位数可以理解为声卡处理声音的解析度（相当于显卡的分辨率），是用来衡量声音波动变化的一个参数。这个参数值越大，声音解析度就越高，录制和回放的声音就越真实。2、采样频率：采样频率是指录音设备在一秒钟内对声音信号的采样次数。采样频率越高，声音的质量也就越好，声音的还原也就越真实。常见的采样频率有22.05KHz、44.1KHz、48KHz三个等级。3、声道数：声道就是声卡处理声音的通道的数目。声卡所支持声道数是衡量声卡档次的重要指标之一。4、输出信噪比：输出信噪比是衡量一块声卡好坏的重要指标，它是指声音输出的信号与噪音电压的比值（单位为分贝dB）。这个值越大，输出信号中所掺杂的噪音就越小，音质也就越纯净。10.1.7声卡的主处理芯片1．CMI8738CMI8738是骅讯公司设计生产的声卡主处理芯片，提供SPDIFIn/Out以及光纤输入/输出功能，支持4声道输出，采用的算法是HRTF3D。CMI8738最高可以支持16位48kHz音频采样，而且支持相当多的音频标准，如DS3D、EAX1.0版和2.0版、A3D1.0版等。与其他芯片不同的是，CMI8738将Codec集成在声卡主处理芯片里面，这样可以降低DSP将信号发送到Codec时产生的噪声，但这会导致其硬波表合成器效果差（可以通过安装Yamaha的软波表来弥补这一缺陷），CPU占用率大。2．FortemediaFM801-AU图10-4FM801-AUFM801-AU使用了HSP（主机信号处理）硬件/软件的架构，支持DirectSound、波表、以及Direct3D的音源定位模式。由于FM801-AU采用了HSP架构，与WinModem一样，需要占用较多的CPU运算资源。FM801-AU采用了PCI2.2界面，支持与声霸卡兼容的DOS实模式，内建与Adlib兼容的音乐合成功能以及数字混音器，并支持多声道、SPDIFOut、MPU-401接口，复音数为64，具有立体音效的定位功能等。FM801-AU芯片的外观如图10-4所示。3．创新系列创新公司是目前PCI声卡厂商中的领头羊，在声卡的低、中、高端领域都有其产品，而且均采用自己设计的音效处理器。（1）CT-2518芯片主要面向低端市场，具有8点插值运算功能，是一款32位音频处理器，具有128复音的波表合成功能，支持DLS音色库和最高8MB的波表容量，支持EAX环境音效扩展。其缺点是只提供立体声输出，无法支持如今流行的多声道技术。图10-5CT-5880（2）CT-5880是从CT-2518发展出来的一个版本，它支持4声道，并增加了对数字音频的支持。在3D音效方面，CT-5880可以硬件加速DS3D、软件模拟A3D1.0版和EAX，但在双声道模式下效果不太明显。目前，一些大的主板厂商的板载声卡也采用此芯片。不过，不支持6声道输出是其一个弱点。CT-5880芯片的外观如图10-5所示。4．RealtekALC850图10-6ALC850RealtekALC850是最常见的板载AC'97芯片。Realtek的ALC850是世界上首款8声道的音频AC'972.3Codec芯片，采用48PinLQFP封装。它包括4个16位双通道DAC和1个立体声ADC，它的4组立体声输出，带有5位音量控制。具备接口侦测功能的JackSense（环绕、中置/低音、前置、后置环绕），1个PCBEEP发生器，以及抗噪功能。另外ALC850也带有最新的UAJ（通用音频接口）技术，可以使用通用的接口（LineOut、MICIn、LineIn），为用户提供最大的连接方便。此外ALC850还支持SPDIF输入与输出，可与其他DVD系统或者视频/音频多媒体系统进行数字连接。它采用3.3V电源，功耗很低；还集成了50mW/20欧姆的耳机放大器，提供高品质个人音频聆听功能；并且自身集成了双PLL时钟信号发生器以生成14.318MHz和24.576MHz的频率，因而可以省略掉24.576MHz的晶振。ALC850的外观如图10-6所示。10.1.8声卡的选购选购声卡与选购其他配件一样，要根据需要来选择，也就是要明确用声卡来干什么。如果是普通的应用，如听CD、看VCD、玩游戏，选用一般的廉价声卡或板载声卡就可以了。如果对音响有较高的要求，就要选择一块中、高档的产品。现在流行的声卡都采用PCI接口。PCI声卡技术已经非常成熟，PCI接口赋予了声卡许多新的特性，如多音流同时传送、增强的DirectSound、DirectSound3D、A3D的支持等。声音芯片的档次就决定了声卡的档次，所以在选购声卡时要选择主流芯片。高档声卡产品主要由Creative（创新）、Aureal（傲锐）和Diamond（帝盟）等厂商生产。10.2.1音箱的作用及分类1、按音箱数量分：按音箱数量可以把音箱分为2.0音箱（双声道立体声）、2.1音箱、4.1音箱、5.1音箱、6.1音箱和7.1音箱等几种类型。10.2.1音箱的分类2、按箱体结构分按音箱箱体结构和发声原理可以把音箱分为密封式音箱、倒相式音箱、迷宫式音箱、声波管式音箱和多腔谐振式音箱等几种类型。3、按使用场合分按音箱的使用场合可以把音箱分为专业音箱和家用音箱两大类。4、按音箱的材质分按音箱使用的材质分类，可以把音箱分为塑料材质音箱和木质音箱。（5）按防磁性能，分为防磁音箱和不防磁音箱。（6）按箱体材质，分为塑料音箱和木质音箱。（7）按接口，分为模拟音频接口、数字接口、USB接口和IEEE1394接口音箱等。（8）按喇叭单