相关文章推荐
豪气的勺子  ·  The ...·  1 年前    · 
很拉风的香菜  ·  Unity 之 ...·  1 年前    · 

声卡

计算机多媒体系统中最基本的组成部分
收藏
0 有用+1
0
声卡 (Sound Card)也叫音频卡( 港台 称之为声效卡),是 计算机多媒体 系统中最基本的组成部分,是实现声波/ 数字信号 相互转换的一种硬件。声卡的 基本功能 是把来自话筒、磁带、光盘的原始声音信号加以转换,输出到耳机、 扬声器 扩音机 录音机 等声响设备,或通过音乐设备数字接口( MIDI )发出合成乐器的声音 [1]
中文名
声卡
外文名
Sound Card
别    名
音频卡
基本功能
把原始声音模拟 信号 和二进制数字信号加以转换
释    义
实现 声波 / 数字信号 相互转换的一种 硬件
学    科
信息科学

目录

发展历史

真正把声卡带入 个人电脑 领域的,是由 新加坡创新公司 董事长 沈望傅 先生发明的Sound Blaster“ 声霸卡 ”。这只声卡在当时引起了一场轰动。有的人认为,这是一个很好的开端,因为PC终于可以“说话”了,并联想到将来多媒体PC的模样。但另有一些人却认为,这只是一场闹剧(因为当时的声卡根本不能够发出很真实的声音)。但是,10年过后,正如前者所预料的,多媒体PC成了现今的标准,每个人都能利用自己的PC来听CD、玩有声游戏、通过手机等 网络电话 来交谈,几乎每一样事情都和PC音频发生关系,也就有了缤纷多彩的多媒体世界 [3]
就在人们对PC音频满怀疑虑的时候,第一张“真正”的声卡出现了,它就是著名的Sound blaster 16,这块卡之所以名为16,是因为它拥有16位的 复音数 (是指在回放MIDI时由声卡模拟出所能同时模拟发声的乐器数目),该声卡能较为完美地合成 音频效果 ,具有划时代的意义,我们终于能把烦人的PC喇叭给拆掉了 [3]
第二次重大变革是Sound blaster 64 Gold,这是第一只让人发出惊叹的声卡,采用了EMU8000 音频芯片 的SB 64 Gold无论是其价格还是性能都让人大吃一惊,原来声卡也可以卖那么贵啊?原来声卡发出的声音也能如此动听!Emu8000芯片破天荒地支持64位复音数(32个是硬件执行,另外32个由Creative开发的软件生成),镀金的 接线端子 ,120db的 动态范围 ,96db的 信噪比 ,相信音质比那时的一些国产CD机还要好!一切都是为了获得最高质量的 音响效果 而定做的。当然,该声卡的缺点还是明显的,一是使用了 ISA总线 ,限制了PC音频系统的发挥,只能实现虚拟的3D 音频技术 ,而且在播放中,由于使用了低带宽的ISA总线,因此在 信噪比 保真度 方面还有一定的问题;另外就是必须采用板载的“ 声存 ”(用来存放 音色库 的内存),而且这些声卡的内存异常昂贵(其实也不就是普通的 DRAM 嘛),原来只带了4MB,为了能获得更好的合成效果,许多专业的MIDI制作人士还是掏钱加上了更多的声存,以存放更好效果的音色库。通过这样的结合,Sound blaster 64 Gold能回放出很悦耳的合成音乐,一度令许多电脑MIDI 发烧友 为之兴奋 [3]
在这两个 发展阶段 里,Creative成了老大哥,其他的声卡产品相比起它来就像是绿叶和红花的关系,越发衬托出Sound blaster的伟大。当然,在其他的声卡中也出了几个精品,像Ess logic的ESS688F,Topstar的Als007等,它们都是以极为低廉的价格提供了与Sound blaster 16相近的性能,当年很多兼容机装的都是这两种声卡。在声卡的发展历史上,有 代表性 的作品几乎都是Creative(创新)公司的产品,由此我们也看出该公司在这方面的领导作用。Creative在声卡界的地位就和CPU界的Intel以及软件业的Microsoft一样,是行业中的标准 [3]
3D音效 的渴求促使了第三次声卡大变革,Soundblaster 64 Gold率先支持了模拟3D音效,但同时由于ISA总线带宽太窄了,限制了声卡的再度发展,因此 PCI 声卡是注定要诞生的。第一只PCI声卡是S3的Sonics Vibes,它拥有一个32位复音的 波表 生成器,支持Microsoft Direct Sound和Direct Music加速。并且附带了SRS 3D音效和Infinipatch downloadable音色库下载标准。同时,它也带来了与 DOS 环境的极不兼容(那时还有相当一部分人使用DOS操作系统)音频回放时的 爆音 ,回放MIDI时的噪音和相对拙劣的回放效果,这使得PCI声卡产品成为了一种让人们产生争议的产品 [3]
但随着Sound blaster推出了另一个划时代的巨作Sound blaster Live,之后(在此之前发布的PCI64、128等声卡是收购了Ensoniq公司后采用它们开发的芯片制作的),人们对PCI声卡的优越性也深信不疑了(看看那个价钱,你当然要相信它是好东西了)。由于采用了 PCI总线 结构,声卡与系统的连接有了更大的带宽,一些在ISA声卡上没有能力实现的效果,如使用Downloadable(能够下载)的音色库,更为逼真的3D音效,更好的音质和 信噪比 等,都把PC音频推向了另一个高峰。在这里,我们要留意,PC音频更新的周期没有CPU和 显示卡 那么快,它只是一个循序渐进的过程,真的不够用了,才会出现和研发它的改进或 替代产品 ,所以说,投资一个好的PC音频系统是非常值得的,起码不会迅速地被淘汰 [3]
当今PC音频的进一步发展变化将主要体现在以下4个方面:ISA声卡向 PCI 声卡过渡;更为逼真的回放效果;高质量的3D音效;转向 USB 音频设备 [3]

组成

数字信号处理芯片可以完成各种信号的记录和播放任务,还可以完成许多处理工作,如 音频压缩 与解压缩运算、改变 采样频率 、解释MIDI指令或符号以及控制和协调 直接存储器访问 DMA )工作 [4]
A/D D/A 转换器
声音原本以模拟波形的形式出现,必须转换成数字形式才能在计算机中使用。为实现这种转换,声音卡含有把模拟信号转成数字信号的 A/D转换器 ,使数据可存入磁盘中 [4]
为了把声音 输出信号 送给喇叭或其他设备播出,声卡必须使用D/A转换器,把计算机中以数字形式表示的声音转变成模拟信号播出 [4]
总线接口芯片在声卡与 系统总线 之间传输命令与数据 [4]
音乐合成器
音乐合成器负责将数字音频波形数据或MIDI消息合成为声音 [4]
混音器可以将不同途径,如话筒或 线路输入 、CD输入的声音信号进行混合。此外,混音器还为用户提供软件控制音量的功能 [4]

基本结构

声音控制芯片是把从 输入设备 中获取声音 模拟信号 ,通过 模数转换器 ,将声波信号转换成一串 数字信号 ,采样存储到电脑中。重放时,这些数字信号送到一个 数模转换器 还原为模拟波形,放大后送到扬声器发声 [5]
DSP芯片 通过编程实现各种功能。它可以处理有关声音的命令、执行压缩和解压缩程序、增加特殊声效和传真MODEM等。大大减轻了 CPU 的负担,加速了多媒体软件的执行。但是,低档声卡一般没有安装DSP,高档声卡才配有 DSP芯片 [6]
FM合成芯片
低档声卡一般采用FM合成声音,以 降低成本 。FM合成芯片的作用就是用来产生合成声音 [6]
波形合成表
波表 ROM中存放有实际乐音的声音样本,供播放 MIDI 使用。一般的中高档声卡都采用波表方式,可以获得十分逼真的使用效果 [6]
波表 合成器 芯片
该芯片的功能是按照 MIDI 命令,读取 波表 ROM中的样本声音合成并转换成实际的乐音。低档声卡没有这个芯片 [6]
跳线
跳线是用来设置声卡的硬件设备,包括 CD-ROM 的I/O地址、声卡的 I/O地址 的设置。声卡上游戏端口的设置(开或关)、声卡的IRQ( 中断请求 号)和 DMA通道 的设置,不能与系统上其他设备的设置相冲突,否则,声卡无法工作甚至使整个 计算机死机 [7]
(1)I/O口地址
PC机所连接的外设都拥有一个输入/输出地址,即I/O地址。每个设备必须使用唯一的I/O地址,声卡在出厂时通常设有缺省的 I/O地址 ,其地址范围为220H~260H [7]
(2)IRQ( 中断请求 )号
每个 外部设备 都有唯一的一个 中断号 。声卡 Sound Blaster 缺省IRQ号为7,而Sound Blaster PRO的缺省IRQ号为5 [7]
(3)DMA通道
声卡录制或播放数字音频时,将使用DMA通道,在其本身与 RAM 之间传送 音频数据 ,而无需CPU干预,以提高 数据传输 率和CPU的利用率。16位声卡有两个DMA通道,一个用于8位音频 数据传输 ,另一个则用于16位音频数据传输 [7]
(4) 游戏杆 端口
声卡
声卡上有一个游戏杆连接器。若一个游戏杆已经连在机器上,则应使声卡上的游戏杆跳接器处于未选用状态。否则,2个游戏杆互相冲突 [7]

工作原理

声卡
声卡从话筒中获取声音 模拟信号 ,通过 模数转换器 ( ADC ),将声波 振幅 信号采样转换成一串数字信号,存储到计算机中。重放时,这些数字信号送到 数模转换器 (DAC),以同样的采样速度还原为模拟波形,放大后送到 扬声器 发声,这一技术称为 脉冲编码调制 技术( PCM ) [8]

主要作用

1、 数字声音 文件。通过声卡及相应的 驱动程序 的控制,采集来自话筒、 收录机 等音源的信号,压缩后被存放在 计算机系统 的内存或硬盘中 [6]
2、 激光盘 压缩的数字化声音文件还原成高质量的声音信号,放大后通过 扬声器 放出 [6]
3、数字化的声音文件进行加工,以达到某一特定的音频效果 [6]
4、音量,对各种音源进行组合,实现混响器的功能 [6]
5、合成技术,通过声卡朗读文本信息。如读 英语单词 和句子,奏音乐等 [6]
6、音频识别功能,让操作者用口令指挥计算机工作 [6]
7、 电子乐器 。另外,在 驱动程序 的作用下,声卡可以将MIDI格式存放的文件输出到相应的电子乐器中,发出相应的声音。使电子乐器受声卡的指挥 [6]
声卡

类型

声卡发展至今,主要分为板卡式、集成式和外置式三种 接口类型 ,以适用不同用户的需求,三种类型的产品各有优缺点 [9]

板卡式

卡式产品是现今市场上的 中坚力量 ,产品涵盖低、中、高各档次,售价从几十元至上千元不等。早期的板卡式产品多为ISA接口,由于此接口 总线带宽 较低、功能单一、占用 系统资源 过多,已被淘汰。 PCI 则取代了ISA接口成为主流,它们拥有更好的性能及 兼容性 ,支持 即插即用 ,安装使用都很方便 [9]
声卡只会影响到电脑的音质,对PC用户较敏感的 系统性能 并没有什么关系。因此,大多用户对声卡的要求都满足于能用就行,更愿将资金投入到能增强系统性能的部分。虽然板卡式产品的兼容性、易用性及性能都能满足 市场需求 ,但为了追求更为廉价与简便,集成式声卡出现了 [9]
此类产品集成在主板上,具有不占用 PCI接口 、成本更为低廉、兼容性更好等优势,能够满足普通用户的绝大多数音频需求,自然就受到市场青睐。而且 集成声卡 的技术也在不断进步,PCI声卡具有的 多声道 、低 CPU 占有率 等优势也相继出现在集成声卡上,它也由此占据了 主导地位 ,占据了声卡市场的大半壁江山 [9]
集成声卡大致可分为 软声卡 和硬声卡,软声卡仅集成了一块 信号采集 编码的Audio CODEC芯片,声音部分的数据处理运算由CPU来完成,因此对cpu的占有率相对较高。硬声卡的设计与pci式声卡相同,只是将两块芯片集成在主板上 [9]

外置式

声卡
创新公司 独家推出的一个新兴事物,它通过 USB接口 与PC连接,具有使用方便、便于移动等优势。但这类产品主要应用于 特殊环境 ,如连接笔记本实现更好的音质等。市场上的 外置声卡 并不多 [9]