神奇的硬件：声卡是怎么工作的？？

yinpin

& V, L7 @( K+ `  g5 P; @$ E简介：
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: O$ j! f, n( U0 R( R! i. Z
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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# `7 L2 _9 A  l4 ~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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$ R9 @9 |$ _, y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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2 U$ s/ H& _6 t; F$ I; o! Z剖析声卡的结构


/ F1 l8 X: g3 B0 L6 _( S; R' P1 x 典型的声卡由以下的组件组成：

- Q, \5 @, X/ W. j$ N•
6 L* Y& i& E# v# s! ?一个数字信号处理器(DSP)，负责大部分的运算
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5 f% S2 J7 F+ [  c一个数模转换器(DAC)，负责把音频输出电脑
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: R& M* W) `) B7 O•
一个模数转换器(ADC)，负责把音频输入电脑

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只读存储器(ROM)或者Flash 存储器，用于储存数据

•
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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" v. T& e! k1 I•
* h& a" w& T6 f$ a% Y& `6 n9 T8 R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)



5 s- y) n9 u2 c: s  M8 j 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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9 D) q9 g8 B4 D; X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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; G/ w+ _* h" V5 X/ A- V0 Q* x9 I扩音机/扬声器
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) A5 y* C0 k2 w3 c; d•
模拟的输入源
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# m/ B0 t1 e/ ^1 B■
麦克风

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$ E, T1 N9 D9 v' k) V收音机

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: `) H4 t+ \2 r/ ^卡带机

( c( U* J+ e0 t/ c■
' M! I$ {9 C' o  L; LCD 播放器
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数字输入源

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■
4 R( v# _9 y1 _7 r数字 录音磁带(DAT)
' A/ @) M! C. P5 x0 _" f0 b6 E
& F6 m% z' r, V  x■
CD-ROM 驱动器

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9 e4 n. I" O& }4 F7 L1 d! T0 T模拟输出设备 - 卡带机



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7 k5 f- r. w/ U2 y4 v1 r数字输出设备


■
数字 录音磁带(DAT)
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7 N8 z" E9 E; D# y■
! C; B# [" S3 k, ~+ l6 }  h4 yCD-R



) B% q  z2 w- @/ Z4 [- S 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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! W9 |/ ^1 E: W, f  I% a; T

迷人的波表
) c) k. L  p( h) _/ E' y. S  K9 l

# c3 F2 h/ v7 X! a. F" E6 ]7 S   
% w9 O; o, T; `; P% v# V- r6 q
& N$ l$ n' O2 ~6 \" }0 u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

/ G( l- W0 Z3 _•
$ ~- o( @1 W3 ]- o) r, @) l3 L4 r8 v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
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合成声音

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; A( u) L3 f- K! Z5 b( L, J' l处理现成的声音
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: H( [" D: P- FDAC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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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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7 @. o5 @) w! X. W1 A声音的产生   

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+ M4 ~  s4 @& ]0 U, B' a   

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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7 x% q+ S+ |+ C* k1 O/ ]1.
5 |' l4 K" L8 W% d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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, ~3 m) O7 Z7 K. t3 Q: D3.
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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; E6 ]. L! `2 g4 |: b
, B& U! j+ ?. O' \4 C2 G
% F& k$ }2 d, d( s4.
; [+ L. w% F- k# C# _9 q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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$ K" o1 q# X& p" g  w

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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2 g- Q! Z) X$ G1 V: E9 b; I6.
4 N) N) P# v. h5 n2 J7 ^1 E8 ~% J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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# R5 y8 ]% Y0 y 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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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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( T9 ]1 K( U8 P
; }4 X$ L- F  t, F5 f3 L2.
' @$ ^3 D$ `7 e7 E  J5 t* e) vCPU把数据发送到声卡的DSP
0 [0 g0 x4 E. l/ V. x/ }

$ n( n. @# ?3 ^5 q/ u7 p2 j

3.
+ e/ B1 t* j! K( v2 b% a6 TDSP解压缩数字数据
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; o" Q# s/ l2 w
7 x8 W. Q( n2 i  H& `/ ~' q

4.
$ ?) {0 r9 x! b7 |6 e  U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。



) q. o" P2 b; z- @5 H' j声卡的升级

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& y9 M, ~; w+ K" E$ Z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。


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：

( u, e- Y* U" ]' q1.
开始菜单
, y1 n9 v1 {2 l1 J9 |- J9 H
2.
$ v  D8 O, Q! B+ W) m8 g' G; E: L7 d6 B程序

; b* P/ R; P: H; _* h3 p( w3.
附件

& `8 b% z# e; S) I5 @4 N4.
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6 q  z: E9 P- ]4 ?
5.
录音机

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, E  [0 z# ~, X; X( t  `) Z7 L! Y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！