声卡的基础知识

初识计算机硬件系统——声卡的基础知识主讲：刘亚琦《办公自动化》7.1声音设备这里说的微型计算机的其他设备主要包括键盘、鼠标、机箱、电源、打印机、扫描仪、网络设备、声音设备等。由于用户对于这些设备在日常应用的环境下的性能要求差别较小，我们在这里一起做简单介绍。7.1.1声卡声卡(SoundCard)也叫音频卡（港台称之为声效卡）：声卡是多媒体技术中最基本的组成部分，是实现声音的模拟/数字信号相互转换的一种硬件。声卡的基本功能是把来自话筒、磁带、光盘的原始声音信号加以转换，输出到耳机、扬声器、扩音机、录音机等声响设备，或通过音乐设备数字接口(MIDI)使乐器发出美妙的声音。1、声卡的分类声卡可分为集成声卡、独立声卡、外置声卡等。目前主流配置的微型计算机主板上都集成了声卡，普通用户很少使用到独立声卡。声卡的输出接口常用到的有三种，分别按照颜色区分，在输出接口的旁边也会印有接口名称。通常绿色接口用于耳机或者双声道音箱输出，粉色用于麦克风输入，蓝色用于有音频数据输出功能的MP3、录音机、CD播放器等设备音频数据输入。其他复杂一些的多声道声卡还会带有其他的音箱输出接口。声卡通常还会带有MIDI接口（外形类似于VGA接口）用来连接电子键盘、电吉他等数字乐器。（1）声音处理芯片：声音处理芯片是声卡的核心部件，它从本质上决定了声卡的性能好坏和档次高低。声音处理芯片的基本功能包括对声波采样和回放的控制、处理MIDI指令等。（2）功率放大器：对声音信号进行放大，再送到扬声器或音箱中。（3）CODEC芯片：主要负责数字信号转换为模拟信号（DAC）和模拟信号转换为数字信号（ADC）的工作。（4）总线接口：声卡的总线接口主要有三种，早期的多为ISA接口，现在的声卡接口多为PCI接口。第三种接口用于外置式声卡上，采用USB接口，使用起来更为方便。（5）CD音频连接器：通过CD音频连接器，将光驱与声卡相连接，便于声卡直接处理来自光驱的数字或模拟信号。（6）输入输出端口：声卡的输入输出端口是主要用于声卡与音箱、话筒等声音或录音设备相连接的端口。（7）游戏/MIDI接口：该接口是游戏手柄（操作杆）或MIDI设备（如MIDI键盘、电子琴等）与声卡相连时所用的接口。3、声卡的主要性能指标：（1）S/PDIFS/PDIF是SONY、PHILIPS家用数字音频接口的简称，可以传输PCM流和DolbyDigital、dts这类环绕声压缩音频信号，所以在声卡上添加S/PDIF功能的最重大意义就在于让电脑声卡具备更加强大的设备扩展能力。S/PDIF技术应用在声卡上的表现即是声卡提供了S/PDIFIn、S/PDIFOut接口，如果有数字解码器或者带有数字音频解码的音箱，你就可以使用S/PDIF接口作为数码音频输出，使用外置的DAC（Digital-AnalogConverter：数字→模拟转换器，简称数模转换器）进行解码，以达到更好的音质。（2）采样位数与采样频率音频信号是连续的模拟信号，而电脑处理的却只能是数字信号。因此，电脑要对音频信号进行处理，首先必须进行模/数（A/D）的转换。这个转换过程实际上就是对音频信号的采样和量化过程，即把时间上连续的模拟信号转变为时间上不连续的数字信号，只要在连续量上等间隔的取足够多的点，就能逼真地模拟出原来的连续量。这个“取点”的过程我们称为采样（sampling），采样精度越高（“取点”越多）数字声音越逼真。其中信号幅度（电压值）方向采样精度，我们称之为采样位数（samplingresolution），时间方向的采样精度称为采样频率（samplingfrequency）。

采样位数指的是每个采样点所代表音频信号的幅度。8bit的位数可以描述256种状态，而16bit则可以表示65536种状态。对于同一信号幅度而言，使用16bit的量化级来描述自然要比使用8bit来描述精确得多。其情形就尤如使用毫米为单位进行度量要比使用厘米为单位要精确一样。一般来说采样位数越高，声音就越清析。

采样频率是指每秒钟对音频信号的采样次数。单位时间内采样次数越多，即采样频率越高，数字信号就越接近原声。采样频率只要达到信号最高频率的两倍，就能精确描述被采样的信号。一般来说，人耳的听力范围在20hz到20Khz之间，因此，只要采样频率达到20Khz×2=40Khz时，就可以满足人们的要求。现时大多数声卡的采样频率都已达到44.1或48Khz，即达到所谓的CD音质水平了。（3）Wave音效与MIDI音乐

WAVE音效合成与MIDI音乐的合成是声卡最主要的功能。其中WAVE音效合成是由声卡的ADC模数转换器和DAC数模转换器来完成的。模拟音频信号经ADC转换后为数字音频后，以文件形式存放在磁盘等介质上，就成为声音文件。这类文件我们称之为wave格式文件，通常以.wav为扩展名，因此也称为wav文件。WAVE音效可以逼真地模拟出自然界的各种声音效果。可惜的是wav文件需要占用很大的贮存空间，也正是这个缺点，造就了MP3的成长。MIDI，即乐器数字化接口，是一种用于电脑与电子乐器之间进行数据交换的通信标准。MIDI文件（通常以.mid为文件扩展名）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。由于MIDI文件本身不包含任何数字音频信号，因而所占的贮存空间比wav文件要小得多。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。大多数廉价的声卡都采用的FM合成方式，FM合成是通过振荡器产生正弦波，然后再叠加成各种乐器的波形。FM方式发出音乐听起来生硬呆板，带有明显的人工合成色彩。与FM合成不同，波表合成是采用真实的声音样本进行回放。声音样本记录了各种真实乐器的波形采样，并保存在声卡上的ROM或RAM中（要分辨一块声卡是否波表声卡，只需看卡上有没有ROM或RAM存储器即可）。目前中高档声卡大都采用了波表合成技术。（4）复音数（和弦数）在各类声卡的命名中，我们经常会发现诸如64、128之类的数字。有些用户乃至商家将它们误认为是64位、128位声卡，是代表采样位数。其实64、128代表的只是此卡在MIDI合成时可以达到的最大复音数。所谓"复音"是指MIDI乐曲在一秒钟内发出的最大声音数目。波表支持的复音值如果太小，一些比较复杂的MIDI乐曲在合成时就会出现某些声部被丢失的情况，直接影响到播放效果。复音越多，音效越逼真，但这与采样位数无关，如今的波表声卡可以提供128以上的复音值。另外需要注意的是"硬件支持复音"和"软件支持复音"之间的区别。所谓"硬件支持复音"是指其所有的复音数都由声卡芯片所生成，而"软件支持复音"则是在"硬件复音"的基础上以软件合成的方法，加大复音数，但这是需要CPU来带动的。眼下主流声卡所支持的最大硬件复音为64，而软件复音则可高达1024。（5）动态范围动态范围指当声音的增益发生瞬间态突变，设备所有名承受的最大变化范围。这个数值越大，则表示声卡的动态范围越广，就越能表现出作品的情绪和起伏。一般声卡的动态范围在85dB左右，能够做到90dB以上动态范围的声卡是非常好的声卡了。

（6）输出信噪比

“输出信噪比”是衡量声卡音质的一个重要因素，其概念为：输出信号电压与同时输出的噪音电压的比例，单位是分贝。这个数值越大，代表输出时信号中被掺入的噪音越小，音质就越纯净。声卡作为电脑的主要输出音源，对信噪比要求是相对较高的。由于声音通过声卡输出，需要通过一系列复杂的处理，所以决定一块声卡信噪比大小的因素也有很多。由于计算机内部的电磁辐射干扰很严重，所以集成声卡的信噪比很难做到很高，一般其的信噪比在80dB左右。PCI声卡一般拥有较高的信噪比（大多数可以轻易达到90dB），有的高达195dB以上。较高的信噪比保证了声音输出时的音色更纯，可以将杂音减少到最低限度。而音色的好坏则取决于产品所选用的音效芯片和卡的做工。如果可能的话，购买声卡前最好先进行试听，如果实在没有得试听的话，可以多留意周围媒体对它的评价，或许对你的选购有一些帮助。

（7）API接口

API就是是编程接口的意思，其中包含了许多关于声音定位与处理的指令与规范。它的性能将直接影响三维音效的表现力，主要有下面几种：

DirectSound3DDirectSound3D，是微软公司提出的3D效果定位技术，它最大特点就是硬件无关性，在声卡出现初期，许多声卡芯片没有自己的硬件3D音效处理能力，都是使用这种DirectSound3D来模拟出立体声。它所产生的效果均由CPU通过即时运算产生，比较耗费CPU资源，所以，此后推出的声卡都拥有了一个所谓的“硬件支持DS3D”能力。如果你在选购声卡时听销售商说声卡支持D3D多么好的话，千万不要就轻信这是一块好声卡。

（2）光电鼠标：光电鼠标器是通过红外线或激光检测鼠标器的位移，将位移信号转换为电脉冲信号，再通过程序的处理和转换来控制屏幕上的光标箭头的移动的一种硬件设备。光电鼠标的光电传感器取代了传统的滚球。这类传感器需要与特制的、带有条纹或点状图案的垫板配合使用。

光电鼠标光电鼠标内部有一个发光二极管，通过它发出的光线，可以照亮光电鼠标底部表面（这是鼠标底部总会发光的原因）。此后，光电鼠标经底部表面反射回的一部分光线，通过一组光学透镜后，传输到一个光感应器件（微成像器）内成像。这样，当光电鼠标移动时，其移动轨迹便会被记录为一组高速拍摄的连贯图像，被光电鼠标内部的一块专用图像