声卡

音频怪物

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
- x- ~9 x- \6 s2 p7 i0 m+ a0 F　　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。
% }7 P' @: ]+ Y& T& A　　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^）
  u' Y5 _6 Y/ c　　●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。
; n6 q( Y7 {- N7 `　　●API
/ ^2 o# ?8 g2 ~, c- B4 C　　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探涌诰褪?PI。
　　●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。
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　　二、基本结构
" m! n/ n! u. i　　音效芯片/芯片组
$ a: ?3 R3 ?! C( v1 A% f/ t　　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。
5 a& v2 f9 J' p$ w$ Z　　音效CODEC（数字信号编/解码器）芯片
- O) O3 D  J7 ~9 P　　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
. g7 B5 w( U; f) ~　　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^）
, k, `2 k+ u0 ~7 p　　通常，声卡上具有如下插孔：
( Q6 E5 U1 F% y1 x" n% @" ?' k, ]　　● 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）
# w" ~/ j, s: N- d　　用于将声卡处理好的声音输入到有源音箱、耳机和功放。
' |7 w  Y1 t4 y8 m9 ^7 d  \3 S1 Y# X　　●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。
  `* @, P; d9 j, d3 d7 m- R+ I　　●线性输入插孔（LINE IN）
$ o2 h5 W5 [3 y/ O0 }$ _$ _2 f　　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。
/ m/ W- {0 w7 S: C; W( Q9 t0 h　　●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。
. O0 u9 k+ h0 P( _  Q3 V, c　　●辅助音频输入接口（AUX-IN）
( W+ ]% R6 `- Z3 p5 u　　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。
/ {# ^2 `# h& l" ?' F+ T　　●数字子卡扩展插针（SPDIF-EXT）
7 s: _( O" Y; F; K7 ^　　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。
# V) A3 X4 M3 ~( ~# H) B  k　　●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。

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