第七课音频设备

第七课音频设备 • 课前导读 • 声卡 • 音箱 • 课后练习

课前导读 • 基础知识 • 重点知识 • 了解知识

基础知识 声卡的基本结构，让读者了解声卡的相关知识。

重点知识 如何安装声卡、如何连接音箱。

了解知识 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 • 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。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。

声卡概述 • 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

声卡的总线结构 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。

声音处理芯片 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

功率放大芯片 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。

输入/输出端口 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共用一个接口。

图7-3

CD音频接口 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。

声卡的技术规范 • 声音采样 • 声道 • 三维音效 • MIDI

声音采样 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。 • 采样的位数 • 采样的频率

采样的位数 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。

采样的频率 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、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。

声道 • 单声道 • 立体声 • 四声道环绕 • 5.1声道

单声道 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。

立体声 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。

四声道环绕 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。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 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。

三维音效 • 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

3D音频API与HRTF的区别与联系 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。

主要的3D音频API 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。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DS3D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。

主要的HRTF算法 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 • 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文件的本质 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。

FM合成 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。

波表合成 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。

复音数 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。

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。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技术 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。

如何选购声卡 • 选购声卡的注意事项 • 新型声卡介绍

选购声卡的注意事项 • 注重声卡采用的芯片 • 注重声卡的做工

注重声卡采用的芯片 要想得到较好的声音效果，声卡采用的声音处理芯片至关重要。目前Creative公司作为声卡芯片领域的霸主，在同行业中处于垄断地位，其生产的芯片在性能上也非常不错。

注重声卡的做工 声卡同其他板卡一样，做工也相当重要。如果做工较差，声音输出后会有较大的噪声。特别是一些主板上集成的声卡，由于采用相当廉价的声音处理芯片，因此声音效果往往很差。

新型声卡介绍 • Creative公司的产品 • 其他产品

Creative公司的产品 • 创新Sound Blaster Audigy • 创新Sound Blaster Live!

创新Sound Blaster Audigy 这款声卡具备麦克风输入、线级输入和前置、后置立体声输出，另外还有数字输出，但Audigy的数字输出也可以作为模拟输出使用。与其他声卡不同的是Audigy的面板上没有游戏控制器接口，但在扩展面板上附带接口。这款声卡的PCB板上还有TAD输入、aux输入、SB1394连接头、迷你和数字CD-ROM输入，另外还有一个扩展接口。这款声卡使用的Audigy音频处理芯片和创新CT1297多媒体数字信号编解码器及菲利普UDA1328T芯片，支持六声道DAC，特别适合DVD播放软件。创新声称这款声卡可以支持16位48kHz录音和24位96kHz回放。Audigy除了支持流行的3D音频标准外，还支持EAX Advanced HD。如图7-4所示为创新Sound Blaster Audigy声卡。

图7-4

创新Sound Blaster Audigy 如图7-5所示为创新Sound Blaster Live声卡。图7-5

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