神奇的硬件：声卡是怎么工作的？？

yinpin

) `' X8 p+ Y: z! s1 J简介：


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$ Q7 E; c( @& r4 ?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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$ v; t0 ^1 k9 W8 g- S. A& m1989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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3 q" M6 f$ Z- c7 I0 D' C$ _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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3 ?! ?7 o2 u' y0 v2 @剖析声卡的结构

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& S, E3 y1 j; r5 H. n" |2 }" K 典型的声卡由以下的组件组成：
; N4 R/ T' m8 ~# K6 y* C
7 k( O9 O( M3 t•
' p! D5 C9 F' I9 Z" C' k. p一个数字信号处理器(DSP)，负责大部分的运算

7 W4 g! H/ m8 Z0 ~( j5 O) g•
6 G8 |+ q( g  V8 g( a4 i一个数模转换器(DAC)，负责把音频输出电脑
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2 y' I+ m/ ^6 E1 R8 F•
  u( `; A9 K* `一个模数转换器(ADC)，负责把音频输入电脑
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- J9 o, x9 x; r5 ]" Z•
& O3 g1 i, k+ P只读存储器(ROM)或者Flash 存储器，用于储存数据
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; j7 ~8 R1 ]& ^" O) X" m. W! d•
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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0 t3 V; Q2 [4 R: z2 \' o, s1 I4 g' p•
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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' V7 p+ E) v) \5 h0 ~1 `# G
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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  p1 G- ~+ [- g: `5 W
; X0 K3 j4 I0 Q5 @5 @1 |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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6 R" R6 J" }' W0 c- C7 S' V. a
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& w* i+ U  Q  a1 p声卡可以连接的设备：


•
7 ?6 U- h" |! D. h4 f/ o耳机

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! Y+ ?8 f7 Q5 x: R% `' s& P" u
•
扩音机/扬声器
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* I! F9 s* R2 l. I

1 ?- Q% d3 ?& R' }# l
2 [& _5 y% j& D) ?/ Y+ F2 e1 Q•
# A5 A6 }' l: D. C2 ?) J模拟的输入源
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■
麦克风

6 x" Y+ Y; S: ~$ n■
; g8 f+ C" i: j9 ]4 M收音机

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, L# B1 @: t: Q9 G* q卡带机

9 P" `  t: y) D5 ^% e, s! G■
, K1 P( F7 k& Q9 C* r  }5 `" kCD 播放器
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数字输入源
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( n* F' }) W. Y8 P1 w/ N! r■
; r) F( _* ?" e) Z) S& c1 i( P数字 录音磁带(DAT)

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% k. O; a: b/ R8 f1 W* eCD-ROM 驱动器
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' a* t9 q5 [( Z* a7 s: t5 F8 S3 G" j/ o
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模拟输出设备 - 卡带机
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$ L# A* j+ e& a

•
数字输出设备
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% X3 C9 @4 k# G/ E( p& ~3 ~■
数字 录音磁带(DAT)
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9 o; }! t2 |- H+ g) _+ W■
CD-R


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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。

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7 ~. L1 i# a& |" X( R

/ A6 C. X- N+ ^; E# E7 i/ K. ?$ `: l迷人的波表
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通常，声卡能够完成四件事情：

•
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

•
合成声音
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, K+ b, e1 C8 @! k- l•
处理现成的声音
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1 n3 V+ k% T6 k) [, Z7 @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。

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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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! l: L" U) ]- `; O% W   

' z% `" ]$ v7 h- C2 P4 d) s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   


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( J' R' ~7 c# c# r
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：
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. D' m) o& ?! e* g5 Y1.
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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0 z- M( ?& Z0 D( x( A# C! Y2.
. o4 W" H: Z- J: `6 b' Z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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3.
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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1 e& u4 G3 M, |+ |7 K4.
! E) s7 R/ T! p; L2 u  G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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4 o) \" X* ^* ^# D; F
) O& w& U& D/ a- p" P6 ~7 T1 {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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7 j& w3 u; p& X% O/ @9 t7 {

4 ?) d5 ?2 c: r: \+ }1 l6.
/ i; ~6 e: p! m0 {, c. F7 ~( T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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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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# B$ K( V# R) \$ M$ ?  \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



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2.
CPU把数据发送到声卡的DSP

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0 p+ C& v3 K" g8 n
3.
DSP解压缩数字数据
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5 i- p8 s8 V8 r; ?2 D
* e. N( r$ x' X' W3 H  ^& r2 W

4.
& @% _& a; Z$ k1 h$ u) z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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声卡的升级


0 t# c* o0 E7 U/ O, J$ u/ \  u. y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。


* U6 W- o! P; Z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.
. ~& ]' R) R) ^# b; X+ b9 }开始菜单

$ k; ?1 n+ M' L( Y# H: P/ {* @/ a2.
+ s) U7 p$ e. A* Y/ |程序
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/ U2 N5 @+ Y2 O. J: z3.
. L% A  n) E! L4 g/ z" t附件

4.
, Q9 T" Q+ G- {* `( J8 v1 W/ x/ b娱乐
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* c4 t) o2 O- _( B' L: ?+ k3 @
7 b$ M/ U  D, ?* l5 g5.
录音机
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8 T" U5 H8 ^5 i5 @/ z8 j. m/ O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。
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shure

新年快乐！