第10章 声卡与音箱

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10-1PCI声卡的结构1．数字信号处理器DSP•声卡的数字信号处理器(DigitalSignalProcessor，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CodecCodec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SpeakerOut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①话筒输入插孔（Micin）粉红色；语音输入；②音频输入插孔（LineIn）浅蓝色；MP3、CD随身听等音源导入；③音频输出插孔(LineOut)草绿色；输出到耳机或功放；④SPDIF（Sony/PilipsDigitalInterFace)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；⑤Game/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①CDSPDIF（数字CD音频输入连接器）：屏蔽线连接光驱，播放CD，比从LineIn导入信号可减少电磁干扰；②辅助音频输入口（AUXIn）：机箱内其他音卡、影卡的信号连接；③模拟CD音频输入口（CDIn）：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Micin或Linein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1.AC‘97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AC'97标准的Codec封装建议的工业标准为7×7mm2，48脚QFP封装，各厂商Codec芯片的引脚互相兼容。2.HDAudio标准为了提供更加逼真的音频效果，Intel推出了音频新标准HDAudio(HighDefinitionAudio高保真音频），根据Intel的计划，这个编码标准取代AC‘97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/192KHzc.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，HDAudio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AC’97的驱动程序一般是由CODEC芯片厂商提供，HDAudio把驱动分为两层：统一集成在操作系统中的总线驱动（BusDriver）和CODEC芯片厂商提供的功能驱动（FunctionDrivers），通用性较强。•设备感知AC’97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，HDAudio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AC‘97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AC'97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AC'97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AC‘97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AC’97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AC‘97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AC’97），或DSP和Codec集成一起（不符合AC’97）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1.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20—20KHz,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WaveForm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Wavetable（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：•DirectSound3D(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10-3CMI8738/PCI-6CH-MX由CMI8738芯片制作的声卡2．创新系列(1)CT-2518CT-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-5880CT-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SOUNDFONT，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(RealtekSemiconductor)RealtekALC850是最常见的板载芯片。Realtek的ALC850是世界上首款8声道的音频AC‘97Codec芯片，采用48PinLQFP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JackSense(环绕，中置／低音，前置，后置环绕)，一个PCBEEP发生器，以及抗噪功能。ALC850的外观，如图10-6所示。主板集成声卡的CODEC芯片HDaudioCodecALC883高性能DAC提供95dB信噪比，ADC提供85dB信噪比10通道DAC支持16/20/24-bitPCM格式音频，两个立体声ADC支持16/20/24-bitPCM格式音频所有的DAC支持44.1k/48k/96k/192kHz采样率所有的ADC支持44.1k/48k/96kHz采样率提供了–80dB~+42dB超宽音量控制在管脚上兼容ALC880和ALC882它使用48pinLQFP绿色封装。10.1.8声卡的选购选购声卡与选购其他配件一样，要根据需要来选择，也就是用声卡来干什么。如果是普通的应用，如语音QQ、看VCD，选用板载声卡就可以了。如果对音响有较高的要求，就要选择一块高、中档的产品。现在流行的声卡都是PCI接口，PCI接口赋予了声卡许多新的特性，如多音流同时传送、增强的DirectSound、DirectSound3D、A3D的支持等。声音芯片的档次就决定了声卡的档次，所以在选购声卡时要选择主流芯片。高档声卡产品主要由Creative(创新)、Aureal(傲锐)和Diamond(帝盟)生产。增强扬声器的音响效果和方向性。10.2.1音箱的分类1、按箱体材质分:木质音箱、塑料音箱；2、按功率放大器位置分：有源（常用）、无源。10.2音箱图10—7所示，分别是2.0声道音箱(2个箱体)