神奇的硬件：声卡是怎么工作的？？

yinpin

0 O8 y& x9 H7 h  o$ g" @" K0 K简介：



8 o. E& G7 c, Y9 J9 U4 l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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1989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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( m# B" M1 B3 N! Z5 L: K
& S6 `4 R4 \) F$ E* t, H& F, q$ h" W剖析声卡的结构
- A. s! D6 u* ~% M' Y! {' }' ?7 x

! I4 U2 J3 ?2 R 典型的声卡由以下的组件组成：

1 V. s, _& ?' Z, w" Z; t  \•
8 `9 }* d" v0 o! D' u0 C: z# `3 m一个数字信号处理器(DSP)，负责大部分的运算

•
% l/ s) F7 a  L1 w" t一个数模转换器(DAC)，负责把音频输出电脑
& i! x9 X8 J& V% ~# w2 m
  R. w  i% @: C% E! w; Z2 R0 g•
一个模数转换器(ADC)，负责把音频输入电脑
$ ~* N7 [4 r- z+ P5 v
# v7 U8 @6 f8 L+ N; C( F•
8 F6 T, U9 C; B" D8 X; I只读存储器(ROM)或者Flash 存储器，用于储存数据

•
+ i/ ~" T: P& Z" N$ i/ j9 _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）

/ b/ |* r5 y& z2 v+ n* i•
; n% c7 |2 F, d; o; Q" g, P4 X3 x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)


2 V/ e% T0 A, @9 W
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 。

; O& C% z. k6 G; D( V- V" H5 u8 C' Y
, U( W+ {* Z. 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。



7 N1 N+ l& L, Q8 P" r) a7 O4 a
声卡可以连接的设备：
% y! ~9 q7 N% f* c1 C( p
* X9 G# r' s- M' |+ ~3 v3 v4 m
•
耳机

& A! P: G; k# F- x4 m- m; R; v
7 S. W2 _- r( |3 D

•
扩音机/扬声器


: J9 `& ]9 N3 U

•
模拟的输入源
; K" ]. R' j, G! Q
■
麦克风

■
收音机
5 F0 L4 I& |: l. E' p1 n# ?
■
  k: f/ B' R9 n: T  y- D卡带机

■
+ S4 Q- q7 U1 x% s# x+ D' sCD 播放器

$ o/ b' c5 ~& f: X, S- i8 l# C  w
•
数字输入源
8 x8 H, G6 [4 t* H- C- K

■
数字 录音磁带(DAT)
$ S. b& {+ r4 b1 O- Z
■
' {) \1 o) F* x( L- QCD-ROM 驱动器
" L% C* G8 F. G- n: {2 K, g- |, _
' G) K2 i1 ?! P) M" i8 G1 z
•
模拟输出设备 - 卡带机

0 d: F% E+ y( I- h7 Q4 o

•
1 N& @5 b% k- j- ]5 Q! E3 s数字输出设备
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4 D) V% P6 C7 s8 \9 f  `8 x■
数字 录音磁带(DAT)

■
1 }1 c! Y/ t9 c2 \( pCD-R
6 o- E& U" ~% x+ [; ~# z


2 O- l5 r" N+ k2 w# n( h 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。


8 P9 J$ A7 L7 D/ i- h

+ U& x- C0 m6 R0 `" H3 \1 ^迷人的波表
6 j. D  I- _6 m4 B% ]

; r! v- L* f0 z" G   
6 h( l8 K7 P; q( T6 R
9 L# e3 t1 W  t3 h( v9 U3 l1 {通常，声卡能够完成四件事情：
# z  a1 J5 N/ r; c! P
•
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
9 U& A* G+ Q4 H/ R/ }$ C0 B9 L" X
$ s& @# m9 |; U( x•
1 K9 a, E' |  h; `; U7 n: Y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

•
合成声音
: `( h; }: [2 h* ~7 `" B, v
0 r3 c, Y3 [: N6 `5 U2 s•
/ y0 C. L# E; ?& [, k' I* o% v处理现成的声音
* ^3 l+ B: r, B5 T/ c0 O3 O
2 f) e* p# b, e* x
) }2 I7 q# _; @3 W+ s
DAC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。
. P5 }' Z. b& Q# H

   
1 v5 m2 W& G9 [6 m- y" V) F
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。  
% T5 @  t; T/ Q/ q0 Z' z, B
   
/ B. y3 B! R& V! r
2 C9 C8 ^0 ~$ p3 \: C6 _  h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。


) Y! Z4 z& T2 N6 d8 d6 A

% |6 Y/ b8 N( ^1 d3 _5 o$ ^5 A声音的产生   
6 r$ y4 M" L3 F' F( ]5 @4 |

   

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：
) ~( A) \; r5 x% l/ j9 S+ H- ~
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

8 C6 _0 u0 n' a* y) q
# f$ h/ @# s7 t. a
, Q; A+ A: H$ T; ]
% @& N0 y8 W$ S8 r: O0 [2.
0 r: i4 c: E0 n' Y- x0 L. [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
( C* M! d4 P: |' o6 R4 i


( g  z; ~: |$ X: _6 y
( y4 o3 d0 x1 d8 z+ G3.
0 Q6 {+ \4 Q% {5 j* |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

3 F, y+ \/ B$ O. j5 s( D- A5 M
' i7 [* A: w- p4 Q
2 m' y+ X; @8 `0 h) \- y6 i% C
. v1 Z% n9 @4 u- B( k4.
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。
& T% d8 C3 Y. l9 t4 e& L  e; J

3 F; J+ o9 c$ j8 Z  I2 L

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）。


6 J; w2 x  z* a) I) L3 |# G2 t1 a
6 {1 j6 {6 H! `2 S3 j7 `/ B$ ]
6.
6 G2 w7 J" b( ~! O  Z. V4 e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。
# N2 D% U0 j, |( G0 c. }

0 m3 a1 d7 G& z, e- W* @6 q
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：
4 J  M; A( W$ J: D8 v: U' @* o0 L5 ^$ L

, }; p7 R' i: Y3 @) }1.
数字数据从硬盘读取出来，然后通过中心处理器(CPU)的处理

. f7 [& N4 C: a6 x5 A2 _
  ~% e# Z) Q+ [& e) R4 H" o

2.
CPU把数据发送到声卡的DSP
9 h, P: }5 ~! f* y; C

  R3 [1 s9 j/ J* I
, f5 Y& g! \$ ^$ _; ~+ g
) L1 S& D- z% W3 \0 _* @1 v3.
" _* L5 D  c5 K% xDSP解压缩数字数据

4 E3 `( s" \/ k& @; g
! t  ]5 O5 ~' n; @( N! S

% e- L! e0 b6 W; `" D9 p8 Z; P4.
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) C$ b/ l' L! X. M
声卡的升级
6 W$ V1 l3 m: L, `" B! v& G
0 f* w, E0 E) X( v9 [& {$ |- M
. Q/ r4 g) S& q+ R2 f7 z9 n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。

4 v1 \$ C7 \+ N- x" m* ]1 Y; S
' T! O5 i8 b) |: K1 u/ ?) t% e9 G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：
' v" s& I, U& p
1.
开始菜单

  \4 [7 G2 P) d% z2.
5 V3 S* g8 R' F, s+ v! J程序
3 Y& R5 z4 A6 m  ]" e+ W% U
  n6 l5 ^2 ?0 I% C3.
" E5 w8 F% \3 `9 t! o) G附件

4.
9 I& H9 _' {2 P! a娱乐
1 _8 y& v  J& t4 f9 k6 A
: O! w% y% C3 t4 u
5.
8 p  }/ z4 Y+ i9 d录音机
/ z5 u# f  |/ E6 ]
# u3 I6 j" I! R$ @5 n" u
& M6 J, G$ n; {, v
( b' q# @+ W- a! m, }9 u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。
: d* I/ e3 y* G  \; P4 R. E

shure

新年快乐！