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1、课前导读声卡音箱 课后练习基础知识重点知识了解知识声卡的基本结构，让读者了解声卡的相关知识 。如何安装声卡、如何连接音箱。如何选购声卡和音箱、声卡的技术规 范、音箱的技术参数。声卡概述 声卡的技术规范 如何选购声卡 安装声卡 声卡的使用与维护 在还没有发明声卡的时候，电脑是没有 任何声音效果的。即使有，也是从PC喇叭里 发出的单调的声音，效果相当差。而正是因 为声卡技术的不断发展，才将人们从电脑的 无声世界带入了绚丽的“多媒体”世界。声卡的总线结构 声音处理芯片 功率放大芯片 输入/输出端口 CD音频接口 声卡是电脑中处理音频信号的工具，通 过声卡将电脑中的音频信号进行处理后， 再通过连接到声
2、卡的音箱，将声音以人耳 能听到的频率表现出来。声卡的外观如图7- 1所示。声卡的基本结构包括声卡的总线结构、 声音处理芯片、功率放大芯片、输入/输出 端口、CD音频接口等几方面。 图7-1现在声卡大都采用PCI总线结构，ISA总 线结构的声卡已经退出市场。PCI声卡相对于 ISA声卡来说有两大优势：一是PCI总线的传 输速率高，不需要像ISA声卡那样将波表的 ROM或RAM存放在声卡上，而是直接将波表 存入硬盘，使用时直接调至内存即可；二是 PCI声卡可以支持更多的3D音效，这一点ISA 声卡难以做到。 另外还有一种USB接口的声卡， 这类声卡是在USB设备大量普及 时出现的。USB接口的声卡
3、支持 即插即用，是纯数字化的音效信 号，不易受电路与电压的干扰。 但是由于其体积小巧，功能齐全 ，因此价格较为较贵。声音处理芯片承担着声音处理所需的大部 分运算，包括对声音信号的回放、采样、录制 等，对如今趋于流行的三维音效的支持也需要 通过声音芯片来合成。因此，声音处理芯片的 好坏直接影响整块声卡的表现能力。如图7-2所 示为声音处理芯片。目前大部分的主板上都集成了简单的声音 处理芯片，配合主板提供的声音驱动程序，能 够实现简单的音效处理，这是一种廉价的声音 解决方案。 图7-2从声音处理芯片输出的信号很微弱，且带有 噪声，所以需要经过功率放大芯片进行放大。 功率放大芯片将声音信号放大，但同
4、时也放大 了噪音，在声音输出的同时自然也有较大的噪 音。好的声卡都在功放前端加有滤波器，这样 可以减少或消除高频噪音。现在很多功率放大芯片都和声音处理芯片 被整合在一起。在声卡上一般有4个插孔，如图7-3所示。 SPEAKER用于连接音响设备，标准的接口为绿 色；LINE IN用于将品质较好的声音信号输入 到声音处理芯片中，处理后录制成文件，标准 的接口为蓝色；MIC IN用于连接话筒，输入外 界语音以制成文件或配合语音软件进行语音识 别，标准的接口颜色为红色。除此以外还有一 个MIDI/游戏摇杆接口，可以连接电子合成乐 器实现在电脑上进行MIDI音乐信号的传输和编 辑，游戏摇杆和MIDI共用
5、一个接口。图7-3声卡上都有专供连接光驱上CD音频输出线 的接口，是一个3针或4针的小插座，这样播放 CD音轨的光盘音乐可直接由声卡的输出端输出 。 声音采样声道 三维音效 MIDI 采样的位数 采样的频率 声卡的主要作用之一是对声音信息进行录制 与回放，在这个过程中采样的位数和采样的频率 决定了声音采集的质量。采样位数可以理解为声卡处理声音的解析度 。这个数值越大，解析度就越高，录制和回放 的声音就越真实。如今市面上所有的主流产品 都是16位的声卡。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，声音的还原就 越真实越自然。在主流声卡中，采样频率一般 分为22.05kHz
6、、44.1kHz、48kHz 3个等级， 22.05kHz只能达到FM广播的声音品质， 44.1kHz则是理论上的CD音质界限，48kHz则 更加精确一些。对于高于48kHz的采样频率， 人耳已无法辨别出来了，所以在电脑上没有多 少使用价值。 单声道 立体声 四声道环绕 5.1声道 单声道是比较原始的声音复制形式，早期的 声卡采用得比较普遍。当通过两个扬声器回放 单声道信息的时候，可以明显感觉到声音是从 两个音箱中间传递到耳朵里的。这种缺乏位置 感的录制方式用现在的眼光看是很落后的，但 在声卡刚刚起步时，却是非常先进的技术了。单声道缺乏对声音的位置定位，而立体声技 术则彻底改变了这一状况。声音
7、在录制过程中被 分配到两个独立的声道，从而达到了很好的声音 定位效果。这种技术在欣赏音乐过程中显得尤为 重要，听众可以清晰地分辨出各种乐器来自的方 向，从而使音乐更富想像力，更加接近于临场感 受。时至今日，立体声早已是许多产品遵循的技 术标准。立体声虽然满足了人们对左右声道位置感体验的要 求，但是随着技术的进一步发展，大家逐渐发现双声道 已经越来越不能满足需求，随着PCI声卡带宽的增加， 应运而生了一些新的技术，发展最为迅速的就是三维音 效了。三维音效的主旨是给人们带来一个虚拟的声音环 境，通过特殊的HRTF技术营造一个趋于真实的声场， 从而获得更好的听觉效果和声场定位。而要达到好的效 果，仅
8、仅依靠两个音箱是远远不够的，而新的四声道环 绕音频技术则很好地解决了这一问题。四声道环绕有4个发音点前左、前右，后左 、后右，听众则被包围在这中间。同时还增加了 一个低音音箱，以加强对低频信号的回放处理（ 该系统称为4.1声道音箱系统）。就整体效果而 言，四声道系统可以为听众带来来自不同方向的 声音环绕，可以获得身临各种不同环境的听觉感 受，给用户以全新的体验。如今四声道技术已经 广泛融入于各类中高档声卡的设计中。5.1声道已广泛用于各类传统影院和家庭影院中，一些 比较知名的声音录制压缩格式，如杜比AC-3（Dolby Digital）、DTS等都是以5.1声音系统为技术蓝本的。其 实5.1声
9、音系统来源于4.1环绕，不同之处在于它增加了一 个中置单元。这个中置单元负责传送低于80Hz的声音信 号，在欣赏影片时把对话集中在整个声场的中部，以增 加整体效果。另外，还有7.1声道等支持多声道的声卡，不过与5.1声 道相比，并没有多大的技术改进，这里就不再赘述。3D音频API与HRTF的区别与联系 主要的3D音频API 主要的HRTF算法 API是编程接口的含义，其中包含着许多关于声音定 位与处理的指令与规范。它的性能将直接影响三维音效 的表现力。如今比较流行的API有Direct Sound 3D、 A3D和EAX等。而HRTF是“头部相关转换函数”的英文 缩写，它也是实现三维音效比较重
10、要的一个因素。简单 地讲，HRTF是一种音效定位算法，它的实际作用在于 欺骗我们的耳朵，从而达到更好的效果。有不少声音芯 片设计厂商和相关领域的研究部门参与这种算法的开发 和设计工作。虽然原理大同小异，但由于在分析和研究 过程中的手段稍有不同，所以各类HRTF算法之间也会 有或多或少的性能差异。人们很容易将API与HRTF混淆 起来，其实两者有着本质的区别。3D音频API主要有以下几种。Direct Sound 3D：源自于Microsoft DirectX的 老牌音频API。对不能支持DS3D的声卡，它的作用 是一个需要占用CPU的三维音效HRTF算法，使这些 早期产品拥有处理三维音效的能力
11、。但是从实际 效果和执行效率看都不能令人满意。所以，此后 推出的声卡都拥有了所谓的“硬件支持DS3D”能力 。DS3D在这类声卡上就成为了API接口，其实际听 觉效果则要看声卡自身采用的HRTF算法能力的强 弱。A3D：A3D由美国Aureal公司开发，分为1.0和2.0 两种版本。1.0版包括A3D Surround和A3D Interactive两大应用领域，特别强调在立体声硬 件环境下就可以得到真实的声场模拟。2.0则是在 1.0基础上加入了声波追踪技术，进一步加强了性 能，它是当今定位效果最好的3D音频技术。EAX：是Creative的新招牌，意为“环境音效扩展 集”。EAX是建立在D
12、S3D上的，只是在后者的基础 上增加了几种独有的声音效果指令。EAX的特点是 着重对各种声音在不同环境条件下变化和表现进 行渲染，对声音的定位能力不如A3D，所以EAX建 议用户配备4声道环绕音箱系统。 像Aureal和Creative这样的大公司，它们既 能够开发出强大指令集规范，同时也可以开发出 先进的HRTF算法并集成在自己的芯片中。下面 介绍的CRL和Qsound公司是主要出售和开发 HRTF算法的，自己并不推出指令集。CRL开发的HRTF算法叫做Sensaura，支持 包括A3D 1.0和EAX、DS3D在内的大部分主流 3D音频API。并且此技术已经广泛运用于ESS、 YAMAHA
13、和CMI的声卡芯片上，从而成为了影 响比较大的一种技术。而QSound开发的Q3D可 以提供一个与EAX相仿的环境模拟功能，但效果 还比较单一，与Sensaura大而全的性能指标相比 稍逊一筹。MIDI文件的本质 FM合成 波表合成 复音数 DLS技术MIDI是Musical Instrument Digital Interface 的简称，意为音乐设备数字接口。它是一种电子 乐器之间以及电子乐器与电脑之间的统一交流协 议，可以从广义上将其理解为电子合成器、电脑 音乐的统称，包括协议、设备等相关的含义。MIDI文件是一种描述性的“音乐语言”，它将 所要演奏的乐曲信息用字节表述下来，如“在某 一
14、时刻，使用什么乐器，以什么音符开始，以什 么音调结束，加以什么伴奏”等，所以MIDI文件 非常小巧。MIDI文件只是一种对乐曲的描述，本身不 包含任何可供回放的声音信息，电脑音乐要通过 声卡播放出来，就需要通过形式多样的合成手段 了。早期的ISA声卡普遍使用的是FM合成，既“ 频率调变”。它运用声音振荡的原理对MIDI进行 合成处理。但由于技术本身的局限，加上这类声 卡采用的大多数为廉价的YAMAHA OPL系列芯 片，效果自然不好。波表的英文名称为“WAVE TABLE”，从字面翻译就 是“波形表格”的意思。其实它是将各种真实乐器所能发 出的所有声音（包括各个音域、声调）录制下来，存储 为一
15、个波表文件。播放时，根据MIDI文件记录的乐曲信 息向波表发出指令，从“表格”中逐一找出对应的声音信 息，经过合成、加工后回放出来。由于它采用的是真实 乐器的采样，所以效果自然要好于FM。一般波表的乐器 声音信息都以44.1kHz、16Bit的精度录制，以达到最真 实回放效果。理论上，波表容量越大合成效果越好。所谓复音，是指MIDI乐曲在一秒钟内发出 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 些声音被丢失的情况，直接影响到播放效果。好 在如今的波表声卡大多提供64以上的复音值，而 多数MIDI的复音数都没有超过32，所以音色丢 失的现象不会发生。
16、另外需要注意的是“硬件支持复音”和“软件 支持复音”之间的区别。所谓“硬件支持复音”是 指其所有的复音数都由声卡芯片所生成，而“软 件支持复音”则是在“硬件复音”的基础上以软件 合成的方法，加大复音数，但这是需要CPU来 带动的。目前主流声卡所支持的最大硬件复音为 64，而软件复音则可高达1,024。DLS全称为Down Loadable Sample，意思为可供下 载的采样音色库。其原理是将音色库存储在硬盘中，待 播放时调入系统内存。但与波表合成的不同点在于运用 DLS技术后，合成MIDI时并不利用CPU来运算，而依靠 声卡自己的音频处理芯片进行合成。其中原因在于PCI 声卡的数据宽带达到133Mbit/s，大大加宽了系统内存 与声卡之间的传输通道，从而既免去了传统ISA波表声 卡所要配备的音色库内存，又大大降低了播放MIDI时的 CPU占用率。而且这种波表库可以随时更新，并利用 DLS音色编辑软件进行修改，这都是传统波表所无法比 拟的优势。选购声卡的注意事项 新型声卡介绍 注重声卡采用的芯片
