第10章 声卡与音箱.ppt

第10章声卡与音箱 声卡 要求掌握声卡的分类 声卡的结构 音频标准 声卡的主要参数 了解常见音效处理芯片 音箱 掌握音箱的分类 多媒体音箱的结构 音箱的主要性能参数 熟练掌握独立声卡的安装 声卡驱动程序的安装 音箱与声卡的连接 声卡和音箱 10 1声卡 10 1 1声卡的分类按集成方式分 独立声卡和集成声卡 按接口分 PCI USB声卡 按取样频率的位数 8位 准16位 真16位 按功能分 单声道 准立体声 真立体声 5 1声道卡 10 1 2声卡的结构 如图10 1所示是一块PCI总线的声卡 图10 1PCI声卡的结构 1 数字信号处理器DSP 声卡的数字信号处理器 DigitalSignalProcessor 简称DSP 也称声卡主处理芯片 是声卡的核心部件 DSP的功能主要是对数字化的声音信号进行各种处理 如声波取样和回放控制 处理MIDI指令等 有些声卡的DSP还具有混响 合声 音场调整等功能 DSP基本上决定了声卡的性能和档次 通常也按照此芯片的型号来称呼该声卡 有些集成声卡将DSP的工作交给CPU来做 2 模数与数模转换芯片Codec Codec芯片用于模数转换和数模转换 Codec芯片是模拟电路和数字电路的连接部件 Codec负责将DSP输出的数字信号转换成模拟信号以输出到功率放大器 也负责将输入的模拟信号转换成数字信号输入到DSP Codec芯片和DSP的能力直接决定了声卡处理声音信号的质量 3 功率放大器功率放大器的主要作用是将Codec输出的音频模拟信号放大并输出 同时也担负着对输出信号的高低音处理的任务 一般声卡功率为2 2W 由SpeakerOut孔输出给耳机 4 总线接口独立声卡一般采用PCI接口 5 外部连接端口 话筒输入插孔 Micin 粉红色 语音输入 音频输入插孔 LineIn 浅蓝色 MP3 CD随身听等音源导入 音频输出插孔 LineOut 草绿色 输出到耳机或功放 SPDIF Sony PilipsDigitalInterFace Out In 数字输出 输入 声卡上光纤接口和同轴接口 抗干扰 衰减小 Game MIDI插口 与游戏杆 MIDI乐器 MIDI键盘 电子琴 连接 配专用软件可构成桌面音乐制作系统 6 内部连接端口 CDSPDIF 数字CD音频输入连接器 屏蔽线连接光驱 播放CD 比从LineIn导入信号可减少电磁干扰 辅助音频输入口 AUXIn 机箱内其他音卡 影卡的信号连接 模拟CD音频输入口 CDIn 四针的CD连接 10 1 3声卡的基本工作原理 声卡回放声音的工作过程是 通过PCI总线或者声卡的其他数字输入接口将数字化的声音信号传送给声卡 声卡的I 0控制芯片配合DSP接收数字信号 对其进行处理 然后传送给Codec芯片 Codec芯片将数字信号转换成模拟信号 然后输出到功率放大器或直接输出到音箱 声卡录制声音的工作过程是 声音通过Micin或Linein接口将模拟信号输入到Codec芯片 Codec芯片将模拟信号转换成数字信号 然后传送到DSP DSP对信号进行处理 经I 0控制芯片和总线输出到计算机 并以文件形式保存 10 1 4音频标准 AC 97标准要求把模数与数模转换部分从声卡主处理芯片DSP中独立出来 形成一块Codec芯片 使得模数与数模转换尽可能脱离数字处理部分 这样就可以避免大部分信号的模数与数模转换时所产生的杂波 从而得到更好的音效品质 符合AC 97标准的Codec封装建议的工业标准为7 7mm2 48脚QFP封装 各厂商Codec芯片的引脚互相兼容 2 HDAudio标准 为了提供更加逼真的音频效果 Intel推出了音频新标准HDAudio HighDefinitionAudio高保真音频 根据Intel的计划 这个编码标准取代AC 97标准 这个新标准的特点有 a 能够同时间处理多组音效的输出与输入 同时支持输入 输出各15条音频流 每个音频流都支持最高16声道 b 提供更高品质的音频每个音频流支持8 16 20 24 或32 bit的采样精度 采样率支持从6kHz到192kHz 对于控制 连接和编码优化的可升级扩展 实际音频系统多为24bit 192KHzc 支持设备高级音频探测 3两种标准的比较 总线方式最根本技术革新是总线方式的改变 AC Link总线总带宽仅为11 5MB s HDAudio的单通道输入带宽达到24MB s 输出通道带宽达到48MB s 驱动程序AC 97的驱动程序一般是由CODEC芯片厂商提供 HDAudio把驱动分为两层 统一集成在操作系统中的总线驱动 BusDriver 和CODEC芯片厂商提供的功能驱动 FunctionDrivers 通用性较强 设备感知AC 97声卡的几个插孔是标注颜色和字符来说明每个插孔的作用 HDAudio声卡支持所有输入输出接口自动感应设备接入 不仅能自行判断哪个端口有设备插入 还能为接口定义功能 自动设备感知和设备类型选择 摸拟后面板上插入设备的孔闪烁 在设备类型中选择相应的设备 OK后即可使用 10 1 5板载声卡 1 软声卡 通过软件模拟声卡上的DSP功能 配合Codec芯片的声卡 板载软声卡都是符合AC 97规范的 因为软声卡用CPU执行软件模拟DSP芯片的功能 没有了DSP芯片 也不会对Codec芯片构成干扰 对于软声卡 其主板南桥芯片中加入了声卡控制功能 通过软件模拟完成一般声卡上DSP的功能 音频的输入 输出 模数与数模转换 由一块符合AC 97标准的Codec芯片完成 所以这类主板看不到较大的声卡DSP芯片 只有一块小小的Codec芯片 与硬声卡相比 由于采用软件模拟 CPU占用率比硬声卡高 如果CPU速度达不到要求或者驱动程序有问题 很容易会产生爆音 影响音质 在板载AC 97软声卡的主板上 看不到较大的声卡主处理芯片DSP 一般在PCI插槽上端的电路板上能看到一块小小的方形Codec芯片 如图10 4所示 板载声卡Codec芯片 2 硬声卡 为解决软声卡的缺点 有的主板采用了板载硬声卡的方式 正规的硬声卡符合AC 97标准 有一块较大的主流声卡DSP芯片 还有一块较小的Codec芯片 为降低成本 也有主板上的板载硬声卡往往不采用AC 97标准 只焊接一块具有DSP和Codec功能的声卡处理芯片 如CMl8738等4声道声卡芯片 没有安装独立的Codec芯片 但用户更乐意接受这种硬声卡 而不去关心其是否符合AC 97标准和独立Codec芯片 一般在板载硬声卡的主板上 只有一块声卡处理芯片 焊接Codec芯片的位置是空着的 硬声卡 具有DSP芯片和独立Codec芯片的声卡 符合AC 97 或DSP和Codec集成一起 不符合AC 97 的声卡 在如图所示的板载硬声卡主板上 只有一块声卡处理芯片 内部带有CODEC 焊接Codec芯片的位置是空着的 板载硬声卡处理芯片 10 1 6声卡的主要参数 采样频率 采样位数采样 对时间上连续的模拟量等间隔的取足够多的点称采样 采样频率 时间方向上的采样精度 每秒对音频信号的采样次数 人耳听力范围20 20KHz 大多数声卡的采样频率已超过44KHz 采样位数 信号幅度方向上的采样精度称采样位数 例 用16位 65536来表达采样点的音频信号幅度即16位卡 2 复音数 指MIDI乐曲在1秒内发出的最大声音数 复音多则音效逼真 通常有64 128等 3 动态范围 音量发生瞬间突变时设备所能承受的最大变化范围 4 Wave音效与MIDI音乐模拟信号 ADC 数字音频 保存成WaveForm文件 wav WAVE音效可以逼真地模拟出自然界的各种声音效果 但是wav文件需要占用很大的贮存空间 MIDI文件 mid 记录了用于合成MIDI音乐的各种控制指令 包括发声乐器 所用通道 音量大小等 所占的贮存空间比wav文件小得多 MIDI文件回放需要通过声卡的MIDI合成器合成为不同的声音 而合成的方式有FM 调频 与Wavetable 波表 两种 5 输出信噪比 S N 输出信号电压与噪声电压的比值 一般80dB 独立声卡可达195dB 6 双工 同时双向的传送音频数据 7 主要的3D音频API接口 DirectSound3D 微软 A3D EAX 创新 8 AC 3 杜比实验室提出的环绕声标准 6声轨 9 HRTF 一种实现3D音效定位的算法 10 声道数目 单声道 立体声 包括2 1 4声道 6声道 5 1 7 1声道等 10 1 7声卡主处理芯片 1 CMI8738骅讯公司设计生产 支持16位48KHz音频 4声道 提供光纤输入 输出功能 价格低 CMI8738 PCI 6CH MX芯片的外观 如图10 3所示 图10 3CMI8738 PCI 6CH MX 由CMI8738芯片制作的声卡 2 创新系列 1 CT 2518CT 2518芯片主要面向低端市场 低端产品支持双声道 具有8点插值运算功能 是一款32位音频处理器 具有128复音的波表合成功能 支持DLS音色库和最高8MB的波表容量 支持EAX环境音效扩展 其缺点是只提供立体声输出 无法支持如今流行的多声道技术 2 CT 5880 CT 5880是从CT 2518发展出来的一个版本 它支持4声道 并增加了对数字音频的支持 在3D音效方面 CT 5880可以硬件加速DS3D 软件模拟A3D1 0版和EAX 但在双声道模式下效果不太明显 一些大的主板厂商的板载声卡也有采用此芯片 不过 不支持6声道输出是其一个弱点 CT 5880芯片的外观 如图10 5所示 CT 4830声卡 信噪比120dB 所有音源信号都是以32位精度处理 可以提供高品质输出 支持2 2 1 4 4 1声道及数码信号输出 支持SOUNDFONT 用户自定义音色库 最大支持32M EAX环境音效提供游戏音效 也可以模拟AV影院效果 支持2000 xp 2003驱动 声卡采用0 25微米工艺生产的EMU10K1 SEF芯片生产 3 Realtek瑞昱半导体 RealtekSemiconductor RealtekALC850是最常见的板载芯片 Realtek的ALC850是世界上首款8声道的音频AC 97Codec芯片 采用48PinLQFP封装 它包括4个16位双通道DAC和一个立体声ADC 它的4组立体声输出 带有5位的音量控制 具备接口侦测功能的JackSense 环绕 中置 低音 前置 后置环绕 一个PCBEEP发生器 以及抗噪功能 ALC850的外观 如图10 6所示 主板集成声卡的CODEC芯片 HDaudioCodecALC883 高性能DAC提供95dB信噪比 ADC提供85dB信噪比10通道DAC支持16 20 24 bitPCM格式音频 两个立体声ADC支持16 20 24 bitPCM格式音频所有的DAC支持44 1k 48k 96k 192kHz采样率所有的ADC支持44 1k 48k 96kHz采样率提供了 80dB 42dB超宽音量控制在管脚上兼容ALC880和ALC882它使用48pinLQFP绿色封装 10 1 8声卡的选购 选购声卡与选购其他配件一样 要根据需要来选择 也就是用声卡来干什么 如果是普通的应用 如语音QQ 看VCD 选用板载声卡就可以了 如果对音响有较高的要求 就要选择一块高 中档的产品 现在流行的声卡都是PCI接口 PCI接口赋予了声卡许多新的特性 如多音流同时传送 增强的DirectSound DirectSound3D A3D的支持等 声音芯片的档次就决定了声卡的档次 所以在选购声卡时要选择主流芯片 高档声卡产品主要由Creative 创新 Aureal 傲锐 和Diamond 帝盟 生产 增强扬声器的音响效果和方向性 10 2 1音箱的分类1 按箱体材质分 木质音箱 塑料音箱 2 按功率放大器位置分 有源 常用 无源 10 2音箱 图10 7所示 分别是2 0声道音箱 2个箱体 2 1声道音箱 3个箱体 5 1声道音箱 6个箱体 和7 1声道音箱 8个箱体 3 按声道数量分 10 2 2多媒体音箱的结构 1 箱体 表现声音和音乐 容纳扬声器和放大电路 有密封式和倒相式 导向式 密封式 除了扬声器口外其余部分全部密封 这样扬声器纸盆前后被分隔成两个互不通气的空间 可以消除声短路及相互间的干扰现象 但扬声器反面的声音不能放出来 而且后传声波不但会在箱体内引起绕射现象 而且还会引起箱体的谐振 不仅严重影响音质 而且还会带来破音现象 通常要塞吸音材料来吸音 但浪费了功率 倒相式 音箱面板上开有倒相孔 箱内的声音倒相后辐射到外面来 使声音加强是目前多媒体音箱中最常用的箱体设计 它比密闭箱有更高的功率承受能力和更低的失真 且灵敏度高 2 扬声器单元 声音回放 高音2 3 5in 中音4 6in和低音6 5in扬声器 3 电源部分 交流电转换为放大器用的低压直流 一般20 30w 4 信号放大器 将微弱音频信号放大以驱动扬声器 实现高 低音调调节 音量调节 图10 8扬声器 2 1声道音箱功放电路 10 2 3音箱的主要性能参数 1 功率 决定音箱所能发出的最大声强 分为额定功率 在一定频率和波形的持续驱动下 扬声器不失真 不发生任何损坏的最大电功率 一般2 30W最大功率 扬声器瞬间所能承受的最大功率 一般是额定功率的2 3倍 2 频率范围与频率响应频率范围 音响系统的最低有效回放频率与最高有效回放