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1、第第10章章 声卡与音箱声卡与音箱声卡: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：按接口分：PCI、USB声卡；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数字信号处理器数字信号处理器DSPD
2、SP 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。DSPDSP的功能主要是对数字的功能主要是对数字化的声音信号进行各种处理，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模数与数模转换芯片Codec Codec芯片用于模数转换和数模转换。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，Co
3、dec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芯片和芯片和DSP的能力直接决定了的能力直接决定了声卡处理声音信号的质量。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22W，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(Li
4、ne 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。n 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
5、：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I0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I0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.AC97标准标准 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
6、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 标准标准 为了提供更加逼真的音频效果，为了提供更加逼真的音频效果，Intel推出了音频新标准推出了音频新标准HD Audio(High Definition Audio高保真音频），根据Intel的计划，这个编码标准取代这个编码标准取代AC97标准标准。这个新标准的特点有：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能够同时间处理多组音
7、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
8、 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软声卡：通过软件模拟声卡上的DSP功能，配合功能，配合Codec芯片的声卡。芯片的声卡。板载软声卡
9、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C
10、odec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：硬声卡：具有具有DSP芯片和独立芯片和独立C
11、odec芯片的声卡芯片的声卡(符合符合AC97），或或 DSP和和Codec集成一起（不符合集成一起（不符合AC97）的声卡。）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。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
12、称采样位数。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
13、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：声道数目：单声道、立体声（包括单声道、立体声（包括2.12.1）、）、4 4声声道、道、6 6声道声道(5.1)(5.1)、7.17.1声道等。声道等。10.1
14、.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-2
15、518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A3D10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0.2
16、5微米工艺生产的EMU10K1SEF芯片生产。3Realtek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)，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HD audio Codec ALC883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-bit PCM格式音频，两个立体声ADC支持 16/20/24-bit PCM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48pin LQFP绿色封装。1
