神奇的硬件：声卡是怎么工作的？？

yinpin

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声卡产生的声音让你可以知道新的E-mail来了；而在声卡出现之前，PC被限制为只能靠在主板上微小的扬声器发出“beeps”的声音。 从90年代开始，声卡出现在多媒体电脑上，并且指引计算机进入到全新的游戏时代。
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, r& n4 G- Z  J3 }4 d! b- e2 f. e1989年，Cre Labs（创新实验室，位于新加坡）发布了 Creative Labs SoundBlaster Card(创新声霸卡）；从该时候起，很多公司也陆续发布了声卡，而Creative则继续改进SoundBlaster 的产品线。

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在该版本“神奇的硬件：声卡是怎么工作的？”文章里，你将可以知道声卡工作的原理，并且能够认识到很多关于音频方面的技术，还可以知道FM和wavetable（波表）合成究竟是什么意思。
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( F3 t1 B- L0 z剖析声卡的结构
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  p" t; h) `+ I* I8 E 典型的声卡由以下的组件组成：

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一个数字信号处理器(DSP)，负责大部分的运算
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. k7 W* P% U/ l! y$ s0 d" U% w一个数模转换器(DAC)，负责把音频输出电脑
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一个模数转换器(ADC)，负责把音频输入电脑

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  M! f( r2 w  _3 n只读存储器(ROM)或者Flash 存储器，用于储存数据
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音乐设备数字接口(MIDI)，用于连接外部的音频设备（对于大部分声卡而言，游戏端口也可以用于连接外部的MIDI适配器）
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用于连接扬声器和麦克风的插口，还有线性输入(line in )和线性输出(line out)
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: Y4 Z6 [: q' E! ^ 目前流行的声卡通常被插到周边组件互连(PCI)插槽上，而比较旧或者廉价的声卡则使用工业标准架构（ISA)总线 。今天很多电脑都把声卡作为芯片整合到了主板上面，这样就释放出了插槽用于其它的组件。SoundBlaster Pro 实际上是声卡的标准，事实上今天市场上出售的所有声卡都完全兼容SoundBlaster Pro 。
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+ ]6 O- e- i) t5 V2 ~/ m现在很多不同制造商生产的不同品牌声卡都使用了相同的芯片，而最基本的芯片都来自第三方的销售商；为了使产品区分开来，声卡制造商会对其加入不同的功能，还有捆绑各样不同的软件。

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声卡可以连接的设备：

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耳机
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  W9 r) J+ |0 ]4 v扩音机/扬声器

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. Q7 \8 f2 A' b& A6 S8 z& l模拟的输入源

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麦克风
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收音机

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3 A& M$ h/ b% {* y, X' ]3 H! p- ICD 播放器
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( r8 M! w0 T0 a, }' }$ }( x# L. i数字输入源

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数字 录音磁带(DAT)

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CD-ROM 驱动器
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( U$ a* u; k& U2 ^. K7 H" T模拟输出设备 - 卡带机


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3 F; M5 `0 Z( U8 Q数字输出设备
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数字 录音磁带(DAT)

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一些目前最高端的声卡已经可以支持5-6个扬声器和支持数字接口。对于高保真音频的爱好者，现在还有新一代的数字声卡。数字声卡对于需要数字处理 的应用来说非常实用，例如CD-R和DAT。该类型声卡可以一直保持数字的信号，而不经过任何的数模转换，因此可以有效地减少“代损失”。数字声卡规定了数字声音的输出和输入，因此你可以从DAT，DVD或者CD直接 读取数据并存储在硬盘上。




迷人的波表
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通常，声卡能够完成四件事情：
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•
播放预先录制好的音乐（从CD或者声音文件，例如WAV 或者MP3)，游戏或者DVD

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以广泛的媒体格式从外部的音源（麦克风或者卡带播放器）记录音频

•
! U( ?. y* @: [8 D  q  e合成声音

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处理现成的声音
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, Z6 E0 A( Y* M# b& Z# w3 l1 IDAC和ADC提供了方法处理声卡音频的输入和输出，而DSP则检查整个过程。DSP还可以捕获声音的任何变化，例如回音或者反射 ；此外因为DSP主要集中音频的处理，电脑的主处理器可以空闲出来做其它的任务。
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7 [$ P& J1 E; f: t( C0 X早期的声卡使用FM合成来产生声音；FM合成以不同的频率来捕获音调，然后把它们合成为接近的声音，例如喇叭产生的号声。FM技术已经相当的成熟，但说到声音的真实来说，它比不上波表合成。波表合成通过对真实的音乐设备 产生的声音进行采样，该样本接着会以非常高的精确度进行循环的播放和重新产生声音。波表合成事实上已经成为大部分声音的标准，但一些廉价品牌的声卡仍旧还在使用FM合成。其中还有些声卡提供不同的类型。  
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* r& ?2 D$ f: G: _1 I很多成熟的声卡还提供对MIDI设备的支持；你可以使用音乐程序，把MIDI设备的音乐设备连接在声卡上，这样在你播放的过程中可以在电脑屏幕上看见音乐乐谱的变化。

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声音的产生   


   

2 D7 r: @: J, g* C现在我们假设你正在使用麦克风，并且声音输出在扬声器上。声卡通过麦克风（数据输入）以WAV的格式创建声音文件，转换数据成为文件，并记录在硬盘上的过程如下：

1.
声卡从麦克风插孔接收连续、模拟的波型信号输入，该模拟信号具有不同的频率和振幅
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2.
电脑的软件选择那些有用输入的信号，这主要根据是否麦克风输入的声音是否是需要的

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; I$ A4 Q6 c* z' \8 R3.
混合过程，模拟波形的信号通过模数转换器(ADC)芯片进行实时的处理，以1和0的形式把信号记录起来--产生二进制（数字）的输出
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* E' F$ _4 L; T. D* x( ?4.
从ADC产生的数字输出流进DSP，DSP通过存储在声卡其它芯片上的指令对其进行再编程；DSP的功能之一是对现有的数字数据进行压缩，以节省空间。在该任务的进行过程中，DSP可以允许电脑的主处理器执行其它的任务。

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5.
DSP输出的数据通过声卡的连接被输送到电脑的数据总线（或者从声音芯片到主板的数据总线之间流动： 这主要是集成声卡）。
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6 O6 n/ A" o. [! I6.
数字数据被电脑的主处理器进行处理，然后发送到硬盘控制器，接着它以WAV文件的形式记录在硬盘上。
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$ b, r% d2 h( x; J8 E 在听已经预先记录好的WAV文件时，该处理过程只是简单的反转：
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  F" ]9 h2 W, C' L4 N8 y' i1.
数字数据从硬盘读取出来，然后通过中心处理器(CPU)的处理


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. a7 b0 W& W* _2.
CPU把数据发送到声卡的DSP
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3.
0 q+ K3 P! N/ p% SDSP解压缩数字数据

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0 d; A8 ?; p8 r: c% Z
5 Q$ Z3 P3 p+ Q" X: Q4.
从DSP解压缩的数字数据流被数模转换器(DAC)进行实时的处理，通过耳机或者扬声器产生模拟的信号。


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. c' j* N! T2 M8 T/ [5 }声卡的升级


如果主板没有集成声卡或者你想获得更高的性能（音频质量），你可以对声卡进行升级；最普通的升级途径是把ISA声卡转换为PCI声卡。大体来说，你可以根据应用来决定自己是否需要新的声卡；对于某些音频应用程序，例如电话或者某些游戏，你需要全双工的声卡。全双工的声卡有能力在提供声音输出的同时接受声音的输入。
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在Windows环境中，你可以通过使用两个录音器来测试声卡是否具有全双工的能力，其中你可以按照以下的步骤进行测试：

1.
2 n* H4 T* U. K+ o$ @开始菜单
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2.
程序

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+ m$ `% J! c  y- B6 |附件
+ I4 {6 d1 W! ]4 ?
4.
娱乐
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  M: c$ T8 Q" ?4 j: k' Q: _. ^
5.
录音机
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重复上面的步骤，同时运行两个录音器。你可以在一个Windows录音机播放音乐文件，而使用另外一个录音机进行录音；如果能够同时运行，那么你的声卡就是全双工的声卡，反之则不是。

shure

新年快乐！