神奇的硬件:声卡是怎么工作的??
2007-08-17 16:11
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简介:
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。
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。ative
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。
剖析声卡的结构
典型的声卡由以下的组件组成:
一个数字信号处理器(DSP),负责大部分的运算
一个数模转换器(DAC),负责把音频输出电脑
一个模数转换器(ADC),负责把音频输入电脑
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)
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)
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 。
![](http://image2.beareyes.com.cn/2/lib/200307/22/171/sound-card-soundblaster.gif)
Creative Labs SB4740 Sound Blaster 16 PCI
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。
声卡可以连接的设备:
耳机
扩音机/扬声器
模拟的输入源
麦克风
收音机
卡带机
CD 播放器
数字输入源
数字 录音磁带(DAT)
CD-ROM 驱动器
模拟输出设备 - 卡带机
数字输出设备
数字 录音磁带(DAT)
CD-R
一些目前最高端的声卡都支持4个扬声器的输出(译者注:现在已经可以支持5-6个扬声器了)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。
迷人的波表
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
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
处理现成的声音
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。
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。
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。
声音的产生
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:
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
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
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
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。
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)。
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。
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:
数字数据从硬盘读取出来,然后通过中心处理器(CPU)的处理
CPU把数据发送到声卡的DSP
DSP解压缩数字数据
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。
声卡的升级
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:
开始菜单
程序
附件
娱乐
录音机
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。
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。
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。ative
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。
剖析声卡的结构
典型的声卡由以下的组件组成:
一个数字信号处理器(DSP),负责大部分的运算
一个数模转换器(DAC),负责把音频输出电脑
一个模数转换器(ADC),负责把音频输入电脑
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)
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)
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 。
![](http://image2.beareyes.com.cn/2/lib/200307/22/171/sound-card-soundblaster.gif)
Creative Labs SB4740 Sound Blaster 16 PCI
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。
声卡可以连接的设备:
耳机
扩音机/扬声器
模拟的输入源
麦克风
收音机
卡带机
CD 播放器
数字输入源
数字 录音磁带(DAT)
CD-ROM 驱动器
模拟输出设备 - 卡带机
数字输出设备
数字 录音磁带(DAT)
CD-R
一些目前最高端的声卡都支持4个扬声器的输出(译者注:现在已经可以支持5-6个扬声器了)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。
迷人的波表
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
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
处理现成的声音
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。
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。
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。
声音的产生
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:
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
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
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
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。
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)。
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。
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:
数字数据从硬盘读取出来,然后通过中心处理器(CPU)的处理
CPU把数据发送到声卡的DSP
DSP解压缩数字数据
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。
声卡的升级
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:
开始菜单
程序
附件
娱乐
录音机
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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