第10章声卡与音箱

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,10,章 声卡与音箱,声卡:要求掌握声卡的分类、声卡的结构、音频标准、声卡的主要参数、了解常见音效处理芯片。,音箱:掌握音箱的分类、多媒体音箱的结构、音箱的主要性能参数。,熟练掌握独立声卡的安装、声卡驱动程序的安装、音箱与声卡的连接。,声卡和音箱,10.1,声卡,10.1.1,声卡的分类,按集成方式分：独立声卡和集成声卡；,按接口分：,PCI,、,USB,声卡；,按取样频率的位数：,8,位、准,16,位、真,16,位；,按功能分：单声道、准立体声、真立体声、,5.1,声道卡,.,。,10.1.2,声卡的结构,如图,10-1,所示是一块,PCI,总线的声卡。,图,10-1 PCI,声卡的结构,1,数字信号处理器,DSP,声卡的数字信号处理器,(Digital Signal Processor,，简称,DSP),也称声卡主处理芯片，是声卡的核心部件。,DSP,的功能主要是对数字化的声音信号进行各种处理，,如声波取样和回放控制，处理,MIDI,指令等，有些声卡的,DSP,还具有混响、合声、音场调整等功能。,DSP,基本上决定了声卡的性能和档次，通常也按照此芯片的型号来称呼该声卡。,有些集成声卡将,DSP,的工作交给,CPU,来做。,2,模数与数模转换芯片,Codec,Codec,芯片用于模数转换和数模转换。,Codec,芯片是模拟电路和数字电路的连接部件，,Codec,负责将,DSP,输出的数字信号转换成模拟信号以输出到功率放大器，也负责将输入的模拟信号转换成数字信号输入到,DSP,。,Codec,芯片和,DSP,的能力直接决定了声卡处理声音信号的质量。,3.,功率放大器,功率放大器的主要作用是将,Codec,输出的音频模拟信号放大并输出，同时也担负着对输出信号的高低音处理的任务。,一般声卡功率为,2,2W,，由,Speaker Out,孔输出给耳机。,4.,总线接口,独立声卡一般采用,PCI,接口。,5.,外部连接端口,话筒输入插孔（,Mic in,）粉红色；语音输入；,音频输入插孔（,Line In,）浅蓝色；,MP3,、,CD,随身听等音源导入；,音频输出插孔,(Line Out),草绿色；输出到耳机或功放；,SPDIF,（,Sony/Pilips Digital InterFace)Out/In,（数字输出,/,输入）声卡上光纤接口和同轴接口；抗干扰、衰减小；,Game/MIDI,插口：与游戏杆、,MIDI,乐器（,MIDI,键盘、电子琴）连接，配专用软件可构成桌面音乐制作系统。,6.,内部连接端口,CD SPDIF,（数字,CD,音频输入连接器）：屏蔽线连接光驱，播放,CD,，比从,Line In,导入信号可减少电磁干扰；,辅助音频输入口（,AUX In,）：机箱内其他音卡、影卡的信号连接；,模拟,CD,音频输入口（,CD In,）：四针的,CD,连接。,10.1.3,声卡的基本工作原理,声卡回放声音的工作过程是：通过,PCI,总线或者声卡的其他数字输入接口将数字化的声音信号传送给声卡，声卡的,I,0,控制芯片配合,DSP,接收数字信号，对其进行处理，然后传送给,Codec,芯片，,Codec,芯片将数字信号转换成模拟信号，然后输出到功率放大器或直接输出到音箱。,声卡录制声音的工作过程是：声音通过,Mic in,或,Line in,接口将模拟信号输入到,Codec,芯片，,Codec,芯片将模拟信号转换成数字信号，然后传送到,DSP,，,DSP,对信号进行处理，经,I,0,控制芯片和总线输出到计算机，并以文件形式保存。,10.1.4,音频标准,AC97,标准,要求把模数与数模转换部分从声卡主处理芯片,DSP,中独立出来，形成一块,Codec,芯片，使得模数与数模转换尽可能脱离数字处理部分，这样就可以避免大部分信号的模数与数模转换时所产生的杂波，从而得到更好的音效品质。符合,AC97,标准的,Codec,封装建议的工业标准为,77mm2,，,48,脚,QFP,封装，各厂商,Codec,芯片的引脚互相兼容。,2.,HD Audio,标准,为了提供更加逼真的音频效果，,Intel,推出了音频新标准,HD Audio,(High Definition Audio,高保真音频），根据,Intel,的计划，,这个编码标准取代,AC97,标准,。,这个新标准的特点有：,a.,能够同时间处理多组音效的输出与输入,;,同时支持输入输出各,15,条音频流。,每个音频流都支持最高,16,声道。,b.,提供更高品质的音频,每个音频流支持,8-,，,16-,，,20-,，,24-,或,32-bit,的采样精度。,采样率支持从,6kHz,到,192kHz,。,对于控制、连接和编码优化的可升级扩展。,实际音频系统多为,24bit/192KHz,c.,支持设备高级音频探测,3,两种标准的比较,总线方式,最根本技术革新是总线方式的改变。,AC-Link,总线总带宽仅为,11.5MB/s,，,HD Audio,的单通道输入带宽达到,24MB/s,，输出通道带宽达到,48MB/s,。,驱动程序,AC97,的驱动程序一般是由,CODEC,芯片厂商提供，,HD Audio,把驱动分为两层：统一集成在操作系统中的总线驱动（,Bus Driver,）和,CODEC,芯片厂商提供的功能驱动（,Function Drivers,），通用性较强。,设备感知,AC97,声卡的几个插孔是标注颜色和字符来说明每个插孔的作用，,HD Audio,声卡支持所有输入输出接口自动感应设备接入，不仅能自行判断哪个端口有设备插入，还能为接口定义功能。,自动设备感知和设备类型选择,摸拟后面板上插入设备的孔闪烁，在设备类型中选择相应的设备，,OK,后即可使用。,10.1.5,板载声卡,1.,软声卡：通过软件模拟声卡上的,DSP,功能，配合,Codec,芯片的声卡。,板载软声卡都是符合,AC97,规范的，因为软声卡用,CPU,执行软件模拟,DSP,芯片的功能，没有了,DSP,芯片，也不会对,Codec,芯片构成干扰。对于软声卡，其主板南桥芯片中加入了声卡控制功能，通过软件模拟完成一般声卡上,DSP,的功能，音频的输入输出,(,模数与数模转换,),由一块符合,AC97,标准的,Codec,芯片完成。所以这类主板看不到较大的声卡,DSP,芯片，只有一块小小的,Codec,芯片。与硬声卡相比，由于采用软件模拟，,CPU,占用率比硬声卡高，如果,CPU,速度达不到要求或者驱动程序有问题，很容易会产生爆音，影响音质。,在板载,AC97,软声卡的主板上，看不到较大的声卡主处理芯片,DSP,，一般在,PCI,插槽上端的电路板上能看到一块小小的方形,Codec,芯片，如图,10-4,所示。,板载声卡,Codec,芯片,2,硬声卡,为解决软声卡的缺点，有的主板采用了板载硬声卡的方式。正规的硬声卡符合,AC97,标准，有一块较大的主流声卡,DSP,芯片，还有一块较小的,Codec,芯片。为降低成本，也有主板上的板载硬声卡往往不采用,AC97,标准，只焊接一块具有,DSP,和,Codec,功能的声卡处理芯片,(,如,CMl8738,等,4,声道声卡芯片,),，没有安装独立的,Codec,芯片。但用户更乐意接受这种硬声卡，而不去关心其是否符合,AC97,标准和独立,Codec,芯片。一般在板载硬声卡的主板上，只有一块声卡处理芯片，焊接,Codec,芯片的位置是空着的。,硬声卡：,具有,DSP,芯片和独立,Codec,芯片的声卡,(,符合,AC97,）,，,或,DSP,和,Codec,集成一起（不符合,AC97,）的声卡。,在如图所示的板载硬声卡主板上，只有一块声卡处理芯片,(,内部带有,CODEC,），焊接,Codec,芯片的位置是空着的。,板载硬声卡处理芯片,10.1.6,声卡的主要参数,采样频率、采样位数,采样：对时间上连续的模拟量等间隔的取足够多的点称采样,。,采样频率：时间方向上的采样精度，每秒对音频信号的采样次数。,人耳听力范围,2020KHz,大多数声卡的采样频率已超过,44KHz,。,采样位数：信号幅度方向上的采样精度称采样位数。,例：用,16,位,=65536,来表达采样点的音频信号幅度即,16,位卡。,2.,复音数：,指,MIDI,乐曲在,1,秒内发出的最大声音数，复音多则音效逼真。通常有,64,，,128,等,。,3.,动态范围：,音量发生瞬间突变时设备所能承受的最大变化范围。,4.Wave,音效与,MIDI,音乐,模拟信号,ADC,数字音频,保存成,Wave Form,文件,.wav,WAVE,音效可以逼真地模拟出自然界的各种声音效果。但是,wav,文件需要占用很大的贮存空间。,MIDI,文件,(.mid),记录了用于合成,MIDI,音乐的各种控制指令，,包括发声乐器、所用通道、音量大小等，所占的贮存空间比,wav,文件小得多,。,MIDI,文件回放需要通过声卡的,MIDI,合成器合成为不同的声音，而合成的方式有,FM,（调频）与,Wave table,（波表）两种。,5.,输出信噪比（,S/N,）：,输出信号电压与噪声电压的比值。,一般,80dB,，独立声卡可达,195dB,。,6.,双工：,同时双向的传送音频数据。,7.,主要的,3D,音频,API,接口：,Direct Sound 3D(,微软,),、,A3D,、,EAX(,创新,),8.AC-3,：,杜比实验室提出的环绕声标准,，,6,声轨,。,9.HRTF,：,一种实现,3D,音效定位的算法。,10.,声道数目：,单声道、立体声（包括,2.1,）、,4,声道、,6,声道,(5.1),、,7.1,声道等。,10.1.7,声卡主处理芯片,1.CMI8738,骅讯公司设计生产，支持,16,位,48KHz,音频，,4,声道，提供光纤输入,/,输出功能，价格低。,CMI8738/PCI-6CH-MX,芯片的外观，如图,10-3,所示。,图,10-3 CMI8738/PCI-6CH-MX,由,CMI8738,芯片制作的声卡,2,创新系列,(1)CT-2518,CT-2518,芯片主要面向低端市场，,低端产品支持双声道，,具有,8,点插值运算功能，是一款,32,位音频处理器，具有,128,复音的波表合成功能，支持,DLS,音色库和最高,8MB,的波表容量，支持,EAX,环境音效扩展。其缺点是只提供立体声输出，无法支持如今流行的多声道技术。,(2)CT-5880,CT-5880,是从,CT-2518,发展出来的一个版本，它支持,4,声道，并增加了对数字音频的支持。在,3D,音效方面，,CT-5880,可以硬件加速,DS3D,、软件模拟,A3D1,0,版和,EAX,，但在双声道模式下效果不太明显。一些大的主板厂商的板载声卡也有采用此芯片。不过，不支持,6,声道输出是其一个弱点，,CT-5880,芯片的外观，如图,10-5,所示。,CT-4830,声卡,信噪比,120dB,，所有音源信号都是以,32,位精度处理，可以提供高品质输出；支持,2/2.1/4/4.1,声道及数码信号输出；支持,SOUND FONT,，用户自定义音色库，最大支持,32M,；,EAX,环境音效提供游戏音效，也可以模拟,AV,影院效果；,支持,2000/xp/2003,驱动；声卡采用,0.25,微米工艺生产的,EMU10K1,SEF,芯片生产。,3,Realtek,瑞昱半导体,(Realtek Semiconductor),Realtek ALC850,是最常见的板载芯片。,Realtek,的,ALC850,是世界上首款,8,声道的音频,AC97 Codec,芯片，采用,48Pin LQFP,封装。它包括,4,个,16,位双通道,DAC,和一个立体声,ADC,，它的,4,组立体声输出，带有,5,位的音量控制。具备接口侦测功能的,Jack Sense(,环绕，中置低音，前置，后置环绕