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[声卡] 声卡是怎么工作的?

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发表于 2008-12-9 15:09:00 | 显示全部楼层 |阅读模式

( }) U3 H. d' K# g8 L7 i& v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。
5 L1 U) J$ V, Q, c* c7 q
- _/ G6 U* p  }$ ~- o6 T( O1989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。: B4 o5 L5 X) s1 x) E" D: ]0 n
9 ?* r' d1 p+ ?4 H& b" K+ U; U
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。" l1 g: N" M, Q8 w1 m

# d, t( o4 t3 D0 H3 l6 D! T% m& D% n& Y4 v6 t' s( {: W$ d
0 c- F- U/ q8 ?6 _
( C; Z; y, M3 J% C  x
" R9 g8 r0 N9 W; \  \

* L, ~- E# C2 r; K( }; ^剖析声卡的结构
" a2 o; J& P1 u5 { 典型的声卡由以下的组件组成:
8 t# M$ C, r# d8 O+ [: E: h
% R/ s  ]- C+ h+ O. ]一个数字信号处理器(DSP),负责大部分的运算
* K# i5 T4 H- Z5 }! E0 p& ?# N一个数模转换器(DAC),负责把音频输出电脑( A: a9 ]) c$ W7 V$ j; t
一个模数转换器(ADC),负责把音频输入电脑& t9 F) n$ Z7 r
只读存储器(ROM)或者Flash 存储器,用于储存数据
$ B: R7 ~' f3 G* t- _: l) F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)
1 [' f: `" h& M( M* l* z% L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)
6 V, o2 Q. i8 t; x2 _& }9 K% E
$ Y: D3 D; M/ u, \8 A8 Q2 ?% }. }! j5 U
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 。8 `5 W4 C: `# ?
1 L) s" b0 r  p

8 Y; C; Q4 K% l% J. t' E# w% e0 M1 [" v$ X# V6 R- o' K/ `
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。1 \* r& y) r* @/ C9 j; Y
) W0 x+ D9 C3 s: [
) S( d: q7 W6 F. S
声卡可以连接的设备:6 _' ]+ v9 |  p: P; q
耳机# k6 [- }# b7 n  h5 h
扩音机/扬声器
" ?6 V1 n, {9 \9 Y- p模拟的输入源
  d6 ~4 o3 ~9 @  U& ^麦克风
' [" C) Q# ^4 P5 `收音机
; C. [3 }$ f  i0 [6 ~卡带机/ M6 G. S1 |+ v
CD 播放器8 H3 J3 J4 m/ s& {
数字输入源) G& G6 y3 A% h4 w6 P

$ f5 a/ W$ @2 K7 A4 i2 R# m. A数字 录音磁带(DAT)3 K8 w2 i: o8 o% M1 V
CD-ROM 驱动器
% m- s+ {9 j/ H6 y模拟输出设备 - 卡带机
+ c- D3 v2 A2 R8 ^数字输出设备
% ?( E2 d7 U) L, ]$ z3 x0 O- O. X. x' t
数字 录音磁带(DAT)
! G$ U8 d2 _+ K2 j+ P, C' O; L" qCD-R
. i) e$ S9 M2 x' J" k8 x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。4 z! p5 N  x, ^, W
7 U1 E8 `3 [! |
) {- G% \8 ~3 ^9 \0 L! t2 E
迷人的波表
$ }& u8 i* f- k4 t" [通常,声卡能够完成四件事情:
3 [' j* E$ a( Y, X  j2 t$ |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) ~. x" J* A- A8 f" e/ U( [. _# p
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9 S4 O: l% \5 f' d6 M$ F5 {5 P3 w* C) ^
合成声音7 {# H4 F$ p/ R. ?
处理现成的声音
6 z0 X+ d: |  \% U* v4 h! QDAC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。
/ Y. j( d" z7 _5 d8 r, T: v2 m+ E: U, S" [$ J- z
   
% o2 j' q/ F7 K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。       d; S/ x3 w) s/ I- T
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。+ H% i7 t3 v* u' E

( @2 |1 [4 l/ L! g7 c
) s1 S) P. L0 c6 e$ `. Z! [声音的产生   
9 s( h. K+ g9 F8 ]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:( d/ L! U3 c  E! y5 T  t" P+ G
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2 J4 Y# W+ X! ?8 |
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
+ D4 |! j  I! ^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  v; ]$ N/ a) R, j% t$ |' `+ a4 @
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。4 o/ i. K1 [% q' R9 t" e' k8 M0 ^
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)。
4 b; S! `% Q7 \* _" u/ 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。' m2 @& K& a5 ~4 z- _
5 {5 A3 C- P( w$ ~& u" x( D
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:
* v; N  w% N) V. F& k. k9 A9 t; Z# Y# P2 U& T! G

( B+ N7 {/ `/ ]数字数据从硬盘读取出来,然后通过中心处理器(CPU)的处理  x' U! S% A0 g6 Y9 \! `
CPU把数据发送到声卡的DSP& P& q! F6 k% X- F' i; x2 @% S7 y- ?
DSP解压缩数字数据( K1 U& v% h, t7 S: V5 C* S& P
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。3 p% Z3 z' h6 l8 O2 u+ ?2 D, }
7 T$ f5 K# N1 h! H0 Z' _8 g
9 S( ~* f+ D& n! f8 E& n
声卡的升级
9 S! m: d& h5 w
+ ?6 A3 ]/ B9 `+ o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。
& K, h, }# K& {! x0 s( o0 K8 C( K. y( Z1 ?
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:8 L9 y- H# T# [' ^1 l! h; Y

# ]* o2 b- ?5 \7 d开始菜单/ r3 ?3 F/ I2 d* Z
程序3 C5 K# ~7 g1 G+ _" O. a4 {
附件
# t$ C' B- h3 ?娱乐
* l; [- n: U1 ^2 r
* x6 L1 B" N0 G+ D  T5 Y录音机
9 H: ?' a+ h# c. w- w" `9 p) l7 l
% E' i4 f+ }3 ^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。/ e. L5 o" \1 H$ z( B9 N8 _. g
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发表于 2009-1-27 01:32:25 | 显示全部楼层
收藏了,谢谢楼主啊$ G+ [8 _: c/ q$ \9 i
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