聲卡的基礎(chǔ)知識(shí)

初識(shí)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)——聲卡的基礎(chǔ)知識(shí)主講：劉亞琦《辦公自動(dòng)化》7.1聲音設(shè)備這里說(shuō)的微型計(jì)算機(jī)的其他設(shè)備主要包括鍵盤、鼠標(biāo)、機(jī)箱、電源、打印機(jī)、掃描儀、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、聲音設(shè)備等。由于用戶對(duì)于這些設(shè)備在日常應(yīng)用的環(huán)境下的性能要求差別較小，我們?cè)谶@里一起做簡(jiǎn)單介紹。7.1.1聲卡聲卡(SoundCard)也叫音頻卡（港臺(tái)稱之為聲效卡）：聲卡是多媒體技術(shù)中最基本的組成部分，是實(shí)現(xiàn)聲音的模擬/數(shù)字信號(hào)相互轉(zhuǎn)換的一種硬件。聲卡的基本功能是把來(lái)自話筒、磁帶、光盤的原始聲音信號(hào)加以轉(zhuǎn)換，輸出到耳機(jī)、揚(yáng)聲器、擴(kuò)音機(jī)、錄音機(jī)等聲響設(shè)備，或通過(guò)音樂(lè)設(shè)備數(shù)字接口(MIDI)使樂(lè)器發(fā)出美妙的聲音。1、聲卡的分類聲卡可分為集成聲卡、獨(dú)立聲卡、外置聲卡等。目前主流配置的微型計(jì)算機(jī)主板上都集成了聲卡，普通用戶很少使用到獨(dú)立聲卡。聲卡的輸出接口常用到的有三種，分別按照顏色區(qū)分，在輸出接口的旁邊也會(huì)印有接口名稱。通常綠色接口用于耳機(jī)或者雙聲道音箱輸出，粉色用于麥克風(fēng)輸入，藍(lán)色用于有音頻數(shù)據(jù)輸出功能的MP3、錄音機(jī)、CD播放器等設(shè)備音頻數(shù)據(jù)輸入。其他復(fù)雜一些的多聲道聲卡還會(huì)帶有其他的音箱輸出接口。聲卡通常還會(huì)帶有MIDI接口（外形類似于VGA接口）用來(lái)連接電子鍵盤、電吉他等數(shù)字樂(lè)器。（1）聲音處理芯片：聲音處理芯片是聲卡的核心部件，它從本質(zhì)上決定了聲卡的性能好壞和檔次高低。聲音處理芯片的基本功能包括對(duì)聲波采樣和回放的控制、處理MIDI指令等。（2）功率放大器：對(duì)聲音信號(hào)進(jìn)行放大，再送到揚(yáng)聲器或音箱中。（3）CODEC芯片：主要負(fù)責(zé)數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)（DAC）和模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)（ADC）的工作。（4）總線接口：聲卡的總線接口主要有三種，早期的多為ISA接口，現(xiàn)在的聲卡接口多為PCI接口。第三種接口用于外置式聲卡上，采用USB接口，使用起來(lái)更為方便。（5）CD音頻連接器：通過(guò)CD音頻連接器，將光驅(qū)與聲卡相連接，便于聲卡直接處理來(lái)自光驅(qū)的數(shù)字或模擬信號(hào)。（6）輸入輸出端口：聲卡的輸入輸出端口是主要用于聲卡與音箱、話筒等聲音或錄音設(shè)備相連接的端口。（7）游戲/MIDI接口：該接口是游戲手柄（操作桿）或MIDI設(shè)備（如MIDI鍵盤、電子琴等）與聲卡相連時(shí)所用的接口。3、聲卡的主要性能指標(biāo)：（1）S/PDIFS/PDIF是SONY、PHILIPS家用數(shù)字音頻接口的簡(jiǎn)稱，可以傳輸PCM流和DolbyDigital、dts這類環(huán)繞聲壓縮音頻信號(hào)，所以在聲卡上添加S/PDIF功能的最重大意義就在于讓電腦聲卡具備更加強(qiáng)大的設(shè)備擴(kuò)展能力。S/PDIF技術(shù)應(yīng)用在聲卡上的表現(xiàn)即是聲卡提供了S/PDIFIn、S/PDIFOut接口，如果有數(shù)字解碼器或者帶有數(shù)字音頻解碼的音箱，你就可以使用S/PDIF接口作為數(shù)碼音頻輸出，使用外置的DAC（Digital-AnalogConverter：數(shù)字→模擬轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱數(shù)模轉(zhuǎn)換器）進(jìn)行解碼，以達(dá)到更好的音質(zhì)。（2）采樣位數(shù)與采樣頻率音頻信號(hào)是連續(xù)的模擬信號(hào)，而電腦處理的卻只能是數(shù)字信號(hào)。因此，電腦要對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行處理，首先必須進(jìn)行模/數(shù)（A/D）的轉(zhuǎn)換。這個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程實(shí)際上就是對(duì)音頻信號(hào)的采樣和量化過(guò)程，即把時(shí)間上連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)闀r(shí)間上不連續(xù)的數(shù)字信號(hào)，只要在連續(xù)量上等間隔的取足夠多的點(diǎn)，就能逼真地模擬出原來(lái)的連續(xù)量。這個(gè)“取點(diǎn)”的過(guò)程我們稱為采樣（sampling），采樣精度越高（“取點(diǎn)”越多）數(shù)字聲音越逼真。其中信號(hào)幅度（電壓值）方向采樣精度，我們稱之為采樣位數(shù)（samplingresolution），時(shí)間方向的采樣精度稱為采樣頻率（samplingfrequency）。

采樣位數(shù)指的是每個(gè)采樣點(diǎn)所代表音頻信號(hào)的幅度。8bit的位數(shù)可以描述256種狀態(tài)，而16bit則可以表示65536種狀態(tài)。對(duì)于同一信號(hào)幅度而言，使用16bit的量化級(jí)來(lái)描述自然要比使用8bit來(lái)描述精確得多。其情形就尤如使用毫米為單位進(jìn)行度量要比使用厘米為單位要精確一樣。一般來(lái)說(shuō)采樣位數(shù)越高，聲音就越清析。

采樣頻率是指每秒鐘對(duì)音頻信號(hào)的采樣次數(shù)。單位時(shí)間內(nèi)采樣次數(shù)越多，即采樣頻率越高，數(shù)字信號(hào)就越接近原聲。采樣頻率只要達(dá)到信號(hào)最高頻率的兩倍，就能精確描述被采樣的信號(hào)。一般來(lái)說(shuō)，人耳的聽力范圍在20hz到20Khz之間，因此，只要采樣頻率達(dá)到20Khz×2=40Khz時(shí)，就可以滿足人們的要求。現(xiàn)時(shí)大多數(shù)聲卡的采樣頻率都已達(dá)到44.1或48Khz，即達(dá)到所謂的CD音質(zhì)水平了。（3）Wave音效與MIDI音樂(lè)

WAVE音效合成與MIDI音樂(lè)的合成是聲卡最主要的功能。其中WAVE音效合成是由聲卡的ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器和DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換器來(lái)完成的。模擬音頻信號(hào)經(jīng)ADC轉(zhuǎn)換后為數(shù)字音頻后，以文件形式存放在磁盤等介質(zhì)上，就成為聲音文件。這類文件我們稱之為wave格式文件，通常以.wav為擴(kuò)展名，因此也稱為wav文件。WAVE音效可以逼真地模擬出自然界的各種聲音效果?？上У氖莣av文件需要占用很大的貯存空間，也正是這個(gè)缺點(diǎn)，造就了MP3的成長(zhǎng)。MIDI，即樂(lè)器數(shù)字化接口，是一種用于電腦與電子樂(lè)器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的通信標(biāo)準(zhǔn)。MIDI文件（通常以.mid為文件擴(kuò)展名）記錄了用于合成MIDI音樂(lè)的各種控制指令，包括發(fā)聲樂(lè)器、所用通道、音量大小等。由于MIDI文件本身不包含任何數(shù)字音頻信號(hào)，因而所占的貯存空間比wav文件要小得多。MIDI文件回放需要通過(guò)聲卡的MIDI合成器合成為不同的聲音，而合成的方式有FM（調(diào)頻）與Wavetable（波表）兩種。大多數(shù)廉價(jià)的聲卡都采用的FM合成方式，F(xiàn)M合成是通過(guò)振蕩器產(chǎn)生正弦波，然后再疊加成各種樂(lè)器的波形。FM方式發(fā)出音樂(lè)聽起來(lái)生硬呆板，帶有明顯的人工合成色彩。與FM合成不同，波表合成是采用真實(shí)的聲音樣本進(jìn)行回放。聲音樣本記錄了各種真實(shí)樂(lè)器的波形采樣，并保存在聲卡上的ROM或RAM中（要分辨一塊聲卡是否波表聲卡，只需看卡上有沒(méi)有ROM或RAM存儲(chǔ)器即可）。目前中高檔聲卡大都采用了波表合成技術(shù)。（4）復(fù)音數(shù)（和弦數(shù)）在各類聲卡的命名中，我們經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)諸如64、128之類的數(shù)字。有些用戶乃至商家將它們誤認(rèn)為是64位、128位聲卡，是代表采樣位數(shù)。其實(shí)64、128代表的只是此卡在MIDI合成時(shí)可以達(dá)到的最大復(fù)音數(shù)。所謂"復(fù)音"是指MIDI樂(lè)曲在一秒鐘內(nèi)發(fā)出的最大聲音數(shù)目。波表支持的復(fù)音值如果太小，一些比較復(fù)雜的MIDI樂(lè)曲在合成時(shí)就會(huì)出現(xiàn)某些聲部被丟失的情況，直接影響到播放效果。復(fù)音越多，音效越逼真，但這與采樣位數(shù)無(wú)關(guān)，如今的波表聲卡可以提供128以上的復(fù)音值。另外需要注意的是"硬件支持復(fù)音"和"軟件支持復(fù)音"之間的區(qū)別。所謂"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)上以軟件合成的方法，加大復(fù)音數(shù)，但這是需要CPU來(lái)帶動(dòng)的。眼下主流聲卡所支持的最大硬件復(fù)音為64，而軟件復(fù)音則可高達(dá)1024。（5）動(dòng)態(tài)范圍動(dòng)態(tài)范圍指當(dāng)聲音的增益發(fā)生瞬間態(tài)突變，設(shè)備所有名承受的最大變化范圍。這個(gè)數(shù)值越大，則表示聲卡的動(dòng)態(tài)范圍越廣，就越能表現(xiàn)出作品的情緒和起伏。一般聲卡的動(dòng)態(tài)范圍在85dB左右，能夠做到90dB以上動(dòng)態(tài)范圍的聲卡是非常好的聲卡了。

（6）輸出信噪比

“輸出信噪比”是衡量聲卡音質(zhì)的一個(gè)重要因素，其概念為：輸出信號(hào)電壓與同時(shí)輸出的噪音電壓的比例，單位是分貝。這個(gè)數(shù)值越大，代表輸出時(shí)信號(hào)中被摻入的噪音越小，音質(zhì)就越純凈。聲卡作為電腦的主要輸出音源，對(duì)信噪比要求是相對(duì)較高的。由于聲音通過(guò)聲卡輸出，需要通過(guò)一系列復(fù)雜的處理，所以決定一塊聲卡信噪比大小的因素也有很多。由于計(jì)算機(jī)內(nèi)部的電磁輻射干擾很嚴(yán)重，所以集成聲卡的信噪比很難做到很高，一般其的信噪比在80dB左右。PCI聲卡一般擁有較高的信噪比（大多數(shù)可以輕易達(dá)到90dB），有的高達(dá)195dB以上。較高的信噪比保證了聲音輸出時(shí)的音色更純，可以將雜音減少到最低限度。而音色的好壞則取決于產(chǎn)品所選用的音效芯片和卡的做工。如果可能的話，購(gòu)買聲卡前最好先進(jìn)行試聽，如果實(shí)在沒(méi)有得試聽的話，可以多留意周圍媒體對(duì)它的評(píng)價(jià)，或許對(duì)你的選購(gòu)有一些幫助。

（7）API接口

API就是是編程接口的意思，其中包含了許多關(guān)于聲音定位與處理的指令與規(guī)范。它的性能將直接影響三維音效的表現(xiàn)力，主要有下面幾種：

DirectSound3DDirectSound3D，是微軟公司提出的3D效果定位技術(shù)，它最大特點(diǎn)就是硬件無(wú)關(guān)性，在聲卡出現(xiàn)初期，許多聲卡芯片沒(méi)有自己的硬件3D音效處理能力，都是使用這種DirectSound3D來(lái)模擬出立體聲。它所產(chǎn)生的效果均由CPU通過(guò)即時(shí)運(yùn)算產(chǎn)生，比較耗費(fèi)CPU資源，所以，此后推出的聲卡都擁有了一個(gè)所謂的“硬件支持DS3D”能力。如果你在選購(gòu)聲卡時(shí)聽銷售商說(shuō)聲卡支持D3D多么好的話，千萬(wàn)不要就輕信這是一塊好聲卡。

（2）光電鼠標(biāo)：光電鼠標(biāo)器是通過(guò)紅外線或激光檢測(cè)鼠標(biāo)器的位移，將位移信號(hào)轉(zhuǎn)換為電脈沖信號(hào)，再通過(guò)程序的處理和轉(zhuǎn)換來(lái)控制屏幕上的光標(biāo)箭頭的移動(dòng)的一種硬件設(shè)備。光電鼠標(biāo)的光電傳感器取代了傳統(tǒng)的滾球。這類傳感器需要與特制的、帶有條紋或點(diǎn)狀圖案的墊板配合使用。

光電鼠標(biāo)光電鼠標(biāo)內(nèi)部有一個(gè)發(fā)光二極管，通過(guò)它發(fā)出的光線，可以照亮光電鼠標(biāo)底部表面（這是鼠標(biāo)底部總會(huì)發(fā)光的原因）。此后，光電鼠標(biāo)經(jīng)底部表面反射回的一部分光線，通過(guò)一組光學(xué)透鏡后，傳輸?shù)揭粋€(gè)光感應(yīng)器件（微成像器）內(nèi)成像。這樣，當(dāng)光電鼠標(biāo)移動(dòng)時(shí)，其移動(dòng)軌跡便會(huì)被記錄為一組高速拍攝的連貫圖像，被光電鼠標(biāo)內(nèi)部的一塊專用圖像