認(rèn)識(shí)聲卡

★  伴隨著多媒體技術(shù)的廣泛應(yīng)用，聲卡日漸流行，并成為多媒體電腦的標(biāo)準(zhǔn)配置。由于聲卡各生產(chǎn)廠家之間激烈的競(jìng)爭(zhēng)，聲卡價(jià)錢(qián)越來(lái)越便宜，而功能卻越來(lái)越強(qiáng)大。如今，我們不僅可以利用聲卡聆聽(tīng)美妙的音樂(lè)，而且還可以自己創(chuàng)作、編輯、錄制數(shù)字音頻，豐富我們的日常生活。聲卡的發(fā)展把電腦多媒體帶進(jìn)了一個(gè)嶄新的時(shí)代。
　　    一、基礎(chǔ)術(shù)語(yǔ)
　　    在進(jìn)一步的敘述之前，我們首先來(lái)了解一下以下的基本術(shù)語(yǔ)：
　　    MIDI（Musical Instrument Digital Interface，音樂(lè)設(shè)備數(shù)字化接口）
　　    MIDI是一組由MMA（MIDI制造商聯(lián)盟，MIDI Manufacturers Association）制訂的給所有MIDI設(shè)備制造商的音色及打擊樂(lè)器的排列表，是一種電子樂(lè)器與電子樂(lè)器之間以及電子樂(lè)器與電腦之間交流的統(tǒng)一協(xié)議。MIDI一般都用于規(guī)定音序，通過(guò)字節(jié)對(duì)它演奏的樂(lè)曲信息進(jìn)行描述。MIDI要形成電腦音樂(lè)必須通過(guò)合成。
　　    FM Synthesis（Frequency Modulation Synthesis，調(diào)頻合成）
　　    調(diào)頻合成，運(yùn)用聲音振蕩的原理對(duì)MIDI進(jìn)行合成處理，是聲卡中第一項(xiàng)被廣泛采用的技術(shù)。由于該方式合成的音樂(lè)聲音比較單調(diào)，效果不理想，目前已逐漸被波表合成所取代。
　　    Wavetable Synthesis（波表合成）
　　    將各種真實(shí)樂(lè)器所發(fā)出的聲音進(jìn)行事先取樣，然后作為波表文件保存起來(lái)。重播時(shí)根據(jù)MIDI文件記錄的樂(lè)曲信息，由聲卡上的波表合成芯片或PC機(jī)的CPU從波表文件中逐一找出對(duì)應(yīng)的聲音信息，經(jīng)過(guò)合成、加工后回放出來(lái)。相對(duì)于FM調(diào)頻方式，波表合成方式由于采用樂(lè)器的真實(shí)聲音樣本，所以合成的音樂(lè)聲音自然。
　　    根據(jù)波表文件的放置位置和處理方式的不同，又可分為軟波表、硬波表和DLS波表聲卡。其中，硬波表聲卡將波表文件放在板載ROM（只讀存儲(chǔ)器）和RAM（隨機(jī)存儲(chǔ)器）上，以便聲卡上的波表合成芯片隨時(shí)調(diào)用，性能好，成本高；軟波表聲卡則將波表文件存放在用戶的硬盤(pán)上，需要時(shí)調(diào)入內(nèi)存，并將原本由聲卡上的波表合成芯片完成的工作交給CPU來(lái)處理，其缺點(diǎn)是播放MIDI時(shí)CPU占用率比較高；而DLS（Downloadable Sample可下載波表文件）波表聲卡，則將波表文件放置在用戶的硬盤(pán)上，需要時(shí)調(diào)入內(nèi)存，聲卡的波表合成芯片直接從內(nèi)存中取波表文件合成聲音。DLS波表為通用波表文件，不論聲卡采用何種芯片，只要符合DLS標(biāo)準(zhǔn)，就可以下載并使用統(tǒng)一的波表文件。現(xiàn)在的PCI聲卡大量采用該技術(shù)，兼顧了性能與成本。通常其波表文件容量為2MB、4MB、8MB，理論上，波表容量越大，合成效果越好。（^13030501a^）
　　    ●S/PDIF（Sony/Philips Digital Inter Face）
　　    是索尼和飛利浦共同制定的一個(gè)數(shù)字音頻輸入/輸出標(biāo)準(zhǔn)。相對(duì)于傳統(tǒng)的聲卡來(lái)說(shuō)，S/PDIF接口可以抑制因?yàn)槟M連接帶來(lái)的噪音影響，信噪比可高達(dá)120dB，同時(shí)也可以減少模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換之間引起的信號(hào)損失。
　　    API
　　    每個(gè)公司在實(shí)現(xiàn)3D音頻的時(shí)候都有自己的一套算法和技術(shù)，對(duì)于這些算法和技術(shù)的編程接口就是API。
　　    ●DirectSound
　　    它是DirectX中的一個(gè)組件，軟件開(kāi)發(fā)者可將數(shù)據(jù)通過(guò)多個(gè)音頻流直接寫(xiě)入任何DirectX兼容聲卡里。它支持多種采樣頻率，且能隨意增加以軟件為基礎(chǔ)的聲音特效。同時(shí)，DirectSound本身就是一個(gè)聲音合成引擎，它用系統(tǒng)內(nèi)存容納不同的音頻流。
　　    ●DS3D（DirectSound 3D）
　　    DS3D，是Microsoft公司專為游戲而開(kāi)發(fā)的，作用在于幫助開(kāi)發(fā)者定義聲音在3D空間中的定位和聲響，然后把它交給與DS3D兼容的聲卡，讓它們用各種算法去實(shí)現(xiàn)。DS3D因?yàn)镈irectX的不斷發(fā)展和完善，從而得到了眾多聲卡廠商的支持。
　　    ●EAX（環(huán)境音效擴(kuò)展，Environmental Audio Extensions）
　　    它是由新加坡創(chuàng)新公司在SB LIVE系列聲卡中提出的基于微軟DirectSound3D的一套擴(kuò)展應(yīng)用程序接口。環(huán)境音效擴(kuò)展技術(shù) 大的特點(diǎn)是對(duì)真實(shí)環(huán)境的聲音效果進(jìn)行模擬，通過(guò)調(diào)節(jié)混響、合成、原音的音頻參數(shù)，實(shí)時(shí)地再現(xiàn)多聲道聲音的混響、回聲、變調(diào)及延時(shí)等多種3D音效，從而使人產(chǎn)生身臨其境的感覺(jué)。
　　    ●Aureal 3D
　　    簡(jiǎn)稱A3D，它是由美國(guó)Aureal Semiconductor開(kāi)發(fā)的一套互動(dòng)3D定位音效技術(shù)。使用這一技術(shù)的應(yīng)用程序可以根據(jù)用戶的輸入而決定音效的變化，產(chǎn)生圍繞聽(tīng)眾的3D定位音效，帶來(lái)真實(shí)的聽(tīng)覺(jué)體驗(yàn)。
　　    主要性能參數(shù)
　　    ●采樣頻率
　　    把模擬的音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并存放在存儲(chǔ)器中的過(guò)程，叫做數(shù)字音頻采集。而采樣頻率則為每秒鐘取得聲音樣本的次數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)的采樣頻率有11.025KHz（語(yǔ)音）、22.05KHz（FM廣播）、44.1KHz（CD）。許多聲卡都可以提供高達(dá)48KHz的連續(xù)采樣頻率。通常采樣率越高，記錄音樂(lè)的波形就越準(zhǔn)確，音樂(lè)保真度越高，但同時(shí)它占的資源比較多。
　　    ●采樣位數(shù)
　　    指聲卡在采集和播放聲音文件時(shí)所使用數(shù)字聲音信號(hào)的二進(jìn)制位數(shù)，即進(jìn)行A/D、D/A轉(zhuǎn)換的精度。位數(shù)越高，采樣精度越高。
　　    ●復(fù)音數(shù)量
　　    復(fù)音是指MIDI樂(lè)曲在一秒鐘內(nèi)發(fā)出的 大聲音數(shù)目。復(fù)音數(shù)越大，音色就越好，播放MIDI時(shí)可以聽(tīng)到的聲部就越多、越細(xì)膩。而“硬件支持復(fù)音”是指其所有的復(fù)音數(shù)都由聲卡芯片所生成，而“軟件支持復(fù)音”則是在“硬件復(fù)音”的基礎(chǔ)上加以軟件合成的方法。
　　    ●頻率響應(yīng)（FR，F(xiàn)requency Response）
　　    這是對(duì)聲卡的ADC和DAC轉(zhuǎn)換器頻率響應(yīng)能力的評(píng)價(jià)指標(biāo)。由于人耳對(duì)聲音的接收范圍大致在20Hz～20KHz，所以聲卡在這一區(qū)間內(nèi)音頻信號(hào)要保持“直線式”的響應(yīng)效果，突起（功率增益）或下滑（功率衰減）都是失真的反映。通常應(yīng)控制在±3dB的范圍內(nèi)。
　　    半雙工和全雙工（Half Duplex，F(xiàn)ull Duplex）
　　    雙工表示在同一條線上能否實(shí)現(xiàn)雙向的信號(hào)傳輸。當(dāng)可以向任意方向傳送數(shù)據(jù)，但同一時(shí)間內(nèi)只能一個(gè)方向時(shí)，這種情況被叫做半雙工；對(duì)可以同時(shí)收發(fā)信息的叫全雙工。
　　    ●信噪比（SNR，Signal-to-Noise Ratio）
　　    指有用信號(hào)和噪聲信號(hào)功率的比值，是用于診斷聲卡抑制噪聲能力的重要指標(biāo)，單位是分貝（db）。SNR值越大則聲卡的濾波效果越好，按微軟在PC’98中的規(guī)定，信噪比至少要大于80分貝。
　　    ●聲道數(shù)
　　    聲卡所支持的聲道數(shù)也是技術(shù)發(fā)展的重要標(biāo)志之一。從早期的單聲道、立體聲，到現(xiàn)在的4、4.1、5、5.1、7.1環(huán)繞，伴隨著三維音效技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，用戶可以獲得更加完美的游戲聽(tīng)覺(jué)效果和聲場(chǎng)定位。
　　    二、基本結(jié)構(gòu)
　　    音效芯片/芯片組
　　    是聲卡的核心，它的功能是對(duì)數(shù)字化的聲音信號(hào)進(jìn)行各種處理。音效芯片能夠使用的數(shù)字音源有以下幾種：普通音頻信號(hào)（包括WAV文件、CD唱片）或由CODEC芯片或S/P DIF接口送來(lái)的信號(hào)、MIDI及其他的數(shù)據(jù)格式。音效芯片的處理功能有：混音及特殊音效的處理（由芯片上的控制核心配合DSP核心完成）。近來(lái)的音效芯片還往往集成了S/P DIF數(shù)字信號(hào)的接口，可以傳輸較長(zhǎng)距離的數(shù)字信號(hào)。
　　    音效CODEC（數(shù)字信號(hào)編/解碼器）芯片
　　    是聲卡的另一個(gè)重要組成部分，它負(fù)責(zé)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)的D/A轉(zhuǎn)換。聲卡上的CD IN、Line IN、MIC IN等線路電平輸入和Line Out等線路電平輸出都是通過(guò)CODEC來(lái)實(shí)現(xiàn)的。它的分類包括 初的8位單聲道、8位立體聲、通常的16位立體聲以及多通道16位立體聲等。一般而言，位數(shù)越高、取樣頻率越高，精度就越好。
　　    波表文件內(nèi)存
　　    波表合成聲卡上用于存放波表文件的存儲(chǔ)器，與內(nèi)存芯片的外形相似，通常的容量是1M～4M。
　　    聲卡的接口和插孔
　　    早期的聲卡多采用16位總線的ISA總線插卡，隨著技術(shù)的發(fā)展和日益成熟，現(xiàn)在的聲卡大都采用32位總線的PCI總線插卡，以充分利用PCI總線的傳輸速率。PCI聲卡通常為DLS波表聲卡。（^13030501b^）
　　    通常，聲卡上具有如下插孔：
　　   ● 游戲/MIDI接口
　　    用于連接游戲桿、手柄、方向盤(pán)等外接游戲控制器，同時(shí)也可用來(lái)連接MIDI鍵盤(pán)和電子琴。
　　    ●線性輸出插孔（LINE OUT/SPEAK OUT）
　　    用于將聲卡處理好的聲音輸入到有源音箱、耳機(jī)和功放。
　　    ●話筒輸入插孔（MIC IN）
　　    用于連接話筒，主要用在語(yǔ)音識(shí)別、娛樂(lè)和錄音等方面。
　　    ●線性輸入插孔（LINE IN）
　　    用于將隨身聽(tīng)或電視機(jī)等外部設(shè)備的聲音信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)。
　　    ●模擬CD音頻輸入接口（CD—IN）
　　    用于接收來(lái)自光驅(qū)的模擬音頻信號(hào)。
　　    ●數(shù)字CD音頻輸入接口（DIGITAL CD AUDIO IN）
　　    用于接收來(lái)自光驅(qū)的數(shù)字音頻信號(hào)，確保 大限度地減少聲音失真。
　　    ●輔助音頻輸入接口（AUX-IN）
　　    用于將MPEG編/解碼卡、電視卡、DVD解壓卡等設(shè)備的聲音信號(hào)輸入聲卡，使得各種設(shè)備的聲音信號(hào)都通過(guò)聲卡送到音箱。
　　    ●數(shù)字子卡擴(kuò)展插針（SPDIF-EXT）
　　    用于與配套的子卡連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)的輸入和輸出。使得聲卡能和專用的數(shù)字錄音設(shè)備相連接（如：DAT、MD等），并可輸出AC-3信號(hào)。
　　    ●同軸數(shù)碼輸出（S/PDIF OUT）
　　    用于輸出DolbyDigital AC-3信號(hào)至AC3音效解碼器。
　　    由于篇幅所限，對(duì)聲卡的基本知識(shí)就介紹到這兒。由于聲卡的型號(hào)實(shí)在太多，不同的型號(hào)結(jié)構(gòu)及參數(shù)也略有不同。有興趣的讀者若需深入了解，不妨參考該型號(hào)的說(shuō)明書(shū)及相關(guān)資料。

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