电脑声卡知识概述

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声卡概述 1984年,英国的adlib audio公司迈出了pc多媒体化的第一步,他们推出了第一款魔奇声卡,这款声卡的出现让pc拥有了真正的发声能力,不再是pc喇叭

<table border="1" bordercolor="#e9f2e3" cellpadding="5" cellspacing="0" style="WORD-BREAK: break-all" width="100%"> <tbody> <tr> <td> 声卡概述
1984年,英国的adlib audio公司迈出了pc多媒体化的第一步,他们推出了第一款魔奇声卡,这款声卡的出现让pc拥有了真正的发声能力,不再是pc喇叭滴滴答答的声音。比起现在的声卡,这块魔奇声卡不但音质上还是功能上,都差距很大,仅仅fm合成音乐的能力,不能处理数字音频信号,表现能力甚至比不上今天的和弦手机,但它的出现是个里程碑,让电脑“能说会道”了。
1989年,新加坡创新creative公司推出了一款soundblaster声卡,声卡史掀开了新的一页,creative和soundblaster这2个名字差不多成为了声卡的代名词。soundblaster拥有8bit的采样大小和单声道模拟输出能力,在我们今天看来这是多么的不值得一提,但比起魔奇声卡,soundblaster真正拥有了数字信号的处理能力,而不是简单的合成。soundblaster终于拥有了今天声卡的基本功能,一举取代adlib成为业界标准,这为创新这个行业巨头的崛起打下了最好的基础。而以后的创新发展史差不多就成了声卡史。随后创新再接再厉,推出soundblaster pro,将soundblaster的单身道模拟输出能力扩展到了立体声模拟输出,成为当年标准配置。

sound blaster 16
8位的采样大小和单声道的输出能力显然是无法满足基本的音乐欣赏需求的,1992年,创新推出sound blaster 16,这是第一款拥有16位采样大小和44.1khz的采样速率的声卡,支持立体声模拟输出,声卡的音质获得飞跃式的发展,理论上可以达到cd一样的回放效果。sound blaster 16的出现确定了声卡普及工作的开始,不要小看这个16bit的采样大小,这成为了未来几年中高档声卡的象征,甚至到了1995-1997年的时候,装机的时候,我们还会特别要求装一块“真16位”声卡。sound blaster 16成为了多媒体音频部分的新一代标准。

sound blaster awe64 gold
1995年,创新推出awe32系列,具有硬件波表合成能力,而以往的声卡仅仅具备fm合成能力,具有一个32复音的波表引擎,并集成了1mb容量的音色库,midi的表现力获得大大提升,也就是这个时候开始起,硬件波表合成能力成为高档声卡的象征。1996年,创新推出awe64系列,具有64复音的波表合成能力,成为当时midi表现力最优秀的声卡,这个系列中的awe64 gold,是公认最优秀的声卡之一,不但可以扩充硬件音色库,其模拟输出的音质也同样让人赞叹不已,直到今日,awe64 gold还是发烧友所渴望拥有的一款声卡,awe64 gold并没有跨越性的创新,但它的音质至今也少有媲美者。
在这段发展史中,还有许多和一样创新一样为行业发展作出杰出贡献的厂家,在稍后的文字中将提到。由于创新的产品售价偏高,这些厂家主要竞争中低端市场,在当时和sound blaster 16竞争的声卡有不少基于 ess688、ess1868、yamaha719等芯片的,这些声卡凭借良好的性价比也赢得了一定的生存空间。
随着windows95的推出,音频的应用明显增加,游戏的需求日益明显,要求声卡能同时输入输出更多的音频流并且还要求加入实时的效果,以往的声卡显然无法承受这样的沉重的工作量,并且,以往声卡采用的isa构架带宽过小,也无法胜任传输更大数据量的要求。因此,pci声卡开始出现。但第一款pci声卡不是创新的杰作,第一款pci声卡已经无据可查了,最初因为技术的不成熟,pci声卡的兼容性显得非常突出,因此无法获得普及,但随着帝盟diamond的参与,情况获得巨大改观,帝盟联合了aureal和ess 2家芯片商,一口气推出了mx80、s70、s90以及mx200等pci声卡,而与此同时,创新显得非常无力,推出的几款pci声卡产品无法形成影响力,帝盟的强势和创新的低调相比较,感觉pci声卡时代要改朝换代跟帝盟姓了。帝盟确实是一家非常出色的板卡制造商,mx200成为了帝盟最具影响力的产品之一,虽然是早期的pci声卡,但音质足够媲美创新的sb awe64gold,同样是发烧友梦寐以求的好卡。而s90突出的游戏效果,成为当时游戏爱好者最为钟爱的中端声卡。

1998年,创新一改往日的沉默,推出基于emu10k1芯片的live!系列声卡,开始了跨时代的一页。emu10k1毫无争议的成为当时最为强大的芯片,创新基于这款芯片发展出了live!系列,一直到今天,live!系列还能作为主流产品出现。当时创新还设计了一款pci512的声卡,同样是基于emu10k1,但是这款声卡并没多大影响。live!系列的出现让市场几乎呈现一边倒的情况,创新一统江湖,虽然帝盟也推出了mx300与之竞争,但emu10k1强大的处理能力以及出色的兼容性,让帝盟无力应对,帝盟也因此开始走向衰落。短暂的帝盟王朝宣告结束。

sound blaster live! ct4620

emu10k1
创新live!系列对应当时的高档市场,偕同pci128、vibra 128等中低档pci声卡,完成了创新pci声卡系列的高中低搭配,而创新的isa声卡告别市场,就是在创新的官方主页上再也找不到sound blaster 16和awe64 gold这样的经典声卡了。在由isa发展到pci的过程中,由于游戏的需要,声卡也由以前的双声道发展成了四声道,多声道也成为高档声卡的重要指标之一,在当时,甚至出现了一些假多声道的声卡混淆市场。数字i/o也逐渐被大家认识并且接受,在某个时期内,几乎所有声卡不分贵贱都要搭配或者能够搭配一块支持数字i/o的子卡,这显得有些混乱,以至后来很多消费者对数字i/o出现了一些错误认识。
随着dvd的兴起,四声道显然无法适应dvd播放的需要,于是出现了5.1 6声道的声卡,这又是一次进步,但这次进步同样不是创新带头,不知什么时候起,市场上出现了许多基于fortemedia fm-801的声卡,这些声卡支持5.1声道,取得了一时的辉煌,创新发布live!5.1,结束了这场竞争,live!扩充为6声道声卡后,再次一统天下,其他厂家继续在夹缝中生存,这个时候起,高端被创新牢牢占据着,而低端却有ac'97软卡的兴起,大部分芯片商的生存空间越来越小。ess、aureal、yamaha这样的厂家相继告别声卡市场,市场显得特别沉寂,很长一段时间都难有大的动作。创新大有寂寞高手的味道,也很无聊。事实上并不是这样,在创新扫荡声卡市场的时候,曾经一个很不起眼的非强制标准——ac‘97逐渐取代了创新在声卡领域应有的领导地位。这个标准主要由intel公司制定,差不多所有pci声卡都遵照了这个标准设计。创新live!系列也深受这个标准影响,在迈向pci声卡的发展道路上,创新走错了重要的一步,丢掉了行业标准的制定权威。
ac‘97的可怕在于它对软卡的推动作用,何谓软卡?软卡就是指的由cpu模拟声卡的dsp芯片用途,配合芯片组中集成的i/o控制器来实现硬件声卡相同的功能。起初,不值钱的软卡行不成卖点,创新在低端还可以占有板载硬声卡的部分声卡,曾几何时,主板广告上“集成创新声卡”的字样是相当具有诱惑力的,但随着芯片组厂家和codec厂家对ac‘97驱动的改良,软卡音质和功能获得巨大飞跃,大部分主板商开始放弃集成硬卡的设计,而推荐使用ac‘97软卡。ac‘97的兴起并没有直接形成对创新的威胁,但创新本身由于缺乏新品支持,生存空间也越来越狭窄,频频传出创新亏损的消息,live!在市场上越来越饱和了,而低端也难再有作为。如果不再提高顶级产品的档次,创新自己可能也会被市场淘汰。在长达4年时间里,创新没有发布能够震撼人心的新芯片,而是反反复复的利用emu10k1来扩充live!系列,live!系列成为了有史以来最庞大的声卡系列,也是生命周期最长的声卡系列,在竞争激烈的it行业,这是一个绝对的****。
2001年8月20日创新发布sound blaster audigy,也就是传说中的live!2,创新骄傲的对所有人宣布,audigy拥有4倍于live!的运算能力,能够执行更复杂更高精度的音效运算。但是创新马上发现,声卡没有像显卡市场那样疯狂的升级热潮,强大emu10k1的直到audigy发布也显得不算过时,audigy最大的竞争对手竟然就是同门的live!系列,从市场角度而言,audigy相当失败。创新也逐渐往外置化的道路上走,随后创新发布了外置声卡exdigy。

envy24
2002年9月23日,创新发布sound blaster audigy2,拥有支持dolby digital ex、d-audio、thx认证、24bit、对6.1系统提供支持等新特征,而此时创新不再在运算能力上大做文章,audigy2的推出让live!顺利的降档到中端,audigy2成为新的高档产品代言人。但创新的日子并没有从此安稳,2000年的时候,via曾经悄悄收购了一家专业级音频芯片生产设计商——ic ensemble。2002年,突然发布2款音频控制芯片:envy24以及envy24ht,有着不少令人向往的专业色彩,而站在via阵营的竟然差不多是清一色的专业厂家,毫不忌讳的开始与创新争夺民用高端声卡的市场。而中端也逐渐兴起一个基于水晶公司cs系列芯片的声卡阵营,与live!直接针锋相对。主板厂家也没有闲着,市场上不可思议的出现了集成envy24低端型号芯片的主板,市场目标很明显,更有甚者,集成真空管功放的主板也“轰轰烈烈”的上市。

sound blaster audigy2 zs platinum pro
2003年9月,创新发布了sound blaster audigy2 zs系列。audigy2 zs系列可以理解为audigy2的扩充版本,拥有支持7.1 8声道系统、内置dts/dts es解码支持、更高的信噪比、更丰富的软件设置功能等特点。在发布audigy2 zs的同时,创新也有一个audigy2的外置版本发布。但是这个时候,via的阵营也比以往任何时候壮大了。而专业厂家terratec更是雄心勃勃的吹响了进军民用声卡的号叫,一个完整高中低档的产品线摆在了创新面前。
伴随着多媒体技术的广泛应用,声卡日渐流行,并成为多媒体电脑的标准配置。由于声卡各生产厂家之间激烈的竞争,声卡价钱越来越便宜,而功能却越来越强大。如今,我们不仅可以利用声卡聆听美妙的音乐,而且还可以自己创作、编辑、录制数字音频,丰富我们的日常生活。声卡的发展把电脑多媒体带进了一个崭新的时代。
一、基础术语
在进一步的叙述之前,我们首先来了解一下以下的基本术语:
midi(musical instrument digital interface,音乐设备数字化接口)
midi是一组由mma(midi制造商联盟,midi manufacturers association)制订的给所有midi设备制造商的音色及打击乐器的排列表,是一种电子乐器与电子乐器之间以及电子乐器与电脑之间交流的统一协议。midi一般都用于规定音序,通过字节对它演奏的乐曲信息进行描述。midi要形成电脑音乐必须通过合成。
fm synthesis(frequency modulation synthesis,调频合成)
调频合成,运用声音振荡的原理对midi进行合成处理,是声卡中第一项被广泛采用的技术。由于该方式合成的音乐声音比较单调,效果不理想,目前已逐渐被波表合成所取代。
wavetable synthesis(波表合成)
将各种真实乐器所发出的声音进行事先取样,然后作为波表文件保存起来。重播时根据midi文件记录的乐曲信息,由声卡上的波表合成芯片或pc机的cpu从波表文件中逐一找出对应的声音信息,经过合成、加工后回放出来。相对于fm调频方式,波表合成方式由于采用乐器的真实声音样本,所以合成的音乐声音自然。
根据波表文件的放置位置和处理方式的不同,又可分为软波表、硬波表和dls波表声卡。其中,硬波表声卡将波表文件放在板载rom(只读存储器)和ram(随机存储器)上,以便声卡上的波表合成芯片随时调用,性能好,成本高;软波表声卡则将波表文件存放在用户的硬盘上,需要时调入内存,并将原本由声卡上的波表合成芯片完成的工作交给cpu来处理,其缺点是播放midi时cpu占用率比较高;而dls(downloadable sample可下载波表文件)波表声卡,则将波表文件放置在用户的硬盘上,需要时调入内存,声卡的波表合成芯片直接从内存中取波表文件合成声音。dls波表为通用波表文件,不论声卡采用何种芯片,只要符合dls标准,就可以下载并使用统一的波表文件。现在的pci声卡大量采用该技术,兼顾了性能与成本。通常其波表文件容量为2mb、4mb、8mb,理论上,波表容量越大,合成效果越好。(^13030501a^)
●s/pdif(sony/philips digital inter face)
是索尼和飞利浦共同制定的一个数字音频输入/输出标准。相对于传统的声卡来说,s/pdif接口可以抑制因为模拟连接带来的噪音影响,信噪比可高达120db,同时也可以减少模数/数模转换之间引起的信号损失。
api
每个公司在实现3d音频的时候都有自己的一套算法和技术,对于这些算法和技术的编程接口就是api。
●directsound
它是directx中的一个组件,软件开发者可将数据通过多个音频流直接写入任何directx兼容声卡里。它支持多种采样频率,且能随意增加以软件为基础的声音特效。同时,directsound本身就是一个声音合成引擎,它用系统内存容纳不同的音频流。
●ds3d(directsound 3d)
ds3d,是microsoft公司专为游戏而开发的,作用在于帮助开发者定义声音在3d空间中的定位和声响,然后把它交给与ds3d兼容的声卡,让它们用各种算法去实现。ds3d因为directx的不断发展和完善,从而得到了众多声卡厂商的支持。
●eax(环境音效扩展,environmental audio extensions)
它是由新加坡创新公司在sb live系列声卡中提出的基于微软directsound3d的一套扩展应用程序接口。环境音效扩展技术最大的特点是对真实环境的声音效果进行模拟,通过调节混响、合成、原音的音频参数,实时地再现多声道声音的混响、回声、变调及延时等多种3d音效,从而使人产生身临其境的感觉。
●aureal 3d
简称a3d,它是由美国aureal semiconductor开发的一套互动3d定位音效技术。使用这一技术的应用程序可以根据用户的输入而决定音效的变化,产生围绕听众的3d定位音效,带来真实的听觉体验。
主要性能参数
●采样频率
把模拟的音频信号转换成数字信号,并存放在存储器中的过程,叫做数字音频采集。而采样频率则为每秒钟取得声音样本的次数。标准的采样频率有11.025khz(语音)、22.05khz(fm广播)、44.1khz(cd)。许多声卡都可以提供高达48khz的连续采样频率。通常采样率越高,记录音乐的波形就越准确,音乐保真度越高,但同时它占的资源比较多。
●采样位数
指声卡在采集和播放声音文件时所使用数字声音信号的二进制位数,即进行a/d、d/a转换的精度。位数越高,采样精度越高。
●复音数量
复音是指midi乐曲在一秒钟内发出的最大声音数目。复音数越大,音色就越好,播放midi时可以听到的声部就越多、越细腻。而“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”的基础上加以软件合成的方法。
●频率响应(fr,frequency response)
这是对声卡的adc和dac转换器频率响应能力的评价指标。由于人耳对声音的接收范围大致在20hz~20khz,所以声卡在这****间内音频信号要保持“直线式”的响应效果,突起(功率增益)或下滑(功率衰减)都是失真的反映。通常应控制在±3db的范围内。
半双工和全双工(half duplex,full duplex)
双工表示在同一条线上能否实现双向的信号传输。当可以向任意方向传送数据,但同一时间内只能一个方向时,这种情况被叫做半双工;对可以同时收发信息的叫全双工。
●信噪比(snr,signal-to-noise ratio)
指有用信号和噪声信号功率的比值,是用于诊断声卡抑制噪声能力的重要指标,单位是分贝(db)。snr值越大则声卡的滤波效果越好,按微软在pc’98中的规定,信噪比至少要大于80分贝。
●声道数
声卡所支持的声道数也是技术发展的重要标志之一。从早期的单声道、立体声,到现在的4、4.1、5、5.1、7.1环绕,伴随着三维音效技术的发展进步,用户可以获得更加完美的游戏听觉效果和声场定位。
二、基本结构
音效芯片/芯片组
是声卡的核心,它的功能是对数字化的声音信号进行各种处理。音效芯片能够使用的数字音源有以下几种:普通音频信号(包括wav文件、cd唱片)或由codec芯片或s/p dif接口送来的信号、midi及其他的数据格式。音效芯片的处理功能有:混音及特殊音效的处理(由芯片上的控制核心配合dsp核心完成)。近来的音效芯片还往往集成了s/p dif数字信号的接口,可以传输较长距离的数字信号。
音效codec(数字信号编/解码器)芯片
是声卡的另一个重要组成部分,它负责将模拟信号转换为数字信号的a/d转换和数字信号转化为模拟信号的d/a转换。声卡上的cd in、line in、mic in等线路电平输入和line out等线路电平输出都是通过codec来实现的。它的分类包括最初的8位单声道、8位立体声、通常的16位立体声以及多通道16位立体声等。一般而言,位数越高、取样频率越高,精度就越好。
波表文件内存
波表合成声卡上用于存放波表文件的存储器,与内存芯片的外形相似,通常的容量是1m~4m。
声卡的接口和插孔
早期的声卡多采用16位总线的isa总线插卡,随着技术的发展和日益成熟,现在的声卡大都采用32位总线的pci总线插卡,以充分利用pci总线的传输速率。pci声卡通常为dls波表声卡。(^13030501b^)
通常,声卡上具有如下插孔:
● 游戏/midi接口
用于连接游戏杆、手柄、方向盘等外接游戏控制器,同时也可用来连接midi键盘和电子琴。
●线性输出插孔(line out/speak out)
用于将声卡处理好的声音输入到有源音箱、耳机和功放。
●话筒输入插孔(mic in)
用于连接话筒,主要用在语音识别、娱乐和录音等方面。
●线性输入插孔(line in)
用于将随身听或电视机等外部设备的声音信号输入计算机。
●模拟cd音频输入接口(cd—in)
用于接收来自光驱的模拟音频信号。
●数字cd音频输入接口(digital cd audio in)
用于接收来自光驱的数字音频信号,确保最大限度地减少声音失真。
●辅助音频输入接口(aux-in)
用于将mpeg编/解码卡、电视卡、dvd解压卡等设备的声音信号输入声卡,使得各种设备的声音信号都通过声卡送到音箱。
●数字子卡扩展插针(spdif-ext)
用于与配套的子卡连接,实现数字信号的输入和输出。使得声卡能和专用的数字录音设备相连接(如:dat、md等),并可输出ac-3信号。
●同轴数码输出(s/pdif out)
用于输出dolbydigital ac-3信号至ac3音效解码器。
由于篇幅所限,对声卡的基本知识就介绍到这儿。由于声卡的型号实在太多,不同的型号结构及参数也略有不同。有兴趣的读者若需深入了解,不妨参考该型号的说明书及相关资料。</td> <td width="200">  </td> </tr> </tbody> </table>

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