第 8 章 声卡与音箱 【教学目的和要求】 1、了解声卡与音箱的工作原理与类型； 2、掌握声卡常见的主流声卡芯片；

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1 第 8 章 声卡与音箱 【教学目的和要求】 1、了解声卡与音箱的工作原理与类型； 2、掌握声卡常见的主流声卡芯片；
第 8 章　声卡与音箱 【教学目的和要求】 1、了解声卡与音箱的工作原理与类型； 2、掌握声卡常见的主流声卡芯片； 3、掌握声卡与音箱的性能指标； 【教学重点和难点】 1、主流声卡芯片； 2、声卡和音箱的性能指标； 【课时】 4课时 【实验指导】掌握声卡的安装及音频线的连接。

2 8.1 声卡简介 8.2.1 声卡(Sound Card) 声卡又称声效卡、声音卡，简称声卡。
8.1　声卡简介 声卡(Sound Card) 声卡又称声效卡、声音卡，简称声卡。 声卡是多媒体技术中最基本的组成部分，是实现声波／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。 PCI总线声卡

3 8.1　声卡的工作原理 声卡的工作原理其实很简单，我们知道，麦克风和喇叭所用的都是模拟信号，而电脑所能处理的都是数字信号，两者不能混用，声卡的作用就是实现两者的转换。从结构上分，声卡可分为模数转换电路和数模转换电路两部分,模数转换电路负责将麦克风等声音输入设备采到的模拟声音信号转换为电脑能处理的数字信号；而数模转换电路负责将电脑使用的数字声音信号转换为喇叭等设备能使用的模拟信号。

4 8.1.2 声卡类型 声卡发展至今，主要分为板卡式、集成式和外置式三种接口类型，以适用不同用户的需求，三种类型的产品各有优缺点。
声卡类型 声卡发展至今，主要分为板卡式、集成式和外置式三种接口类型，以适用不同用户的需求，三种类型的产品各有优缺点。 板卡式：卡式产品是现今市场上的中坚力量，产品涵盖低、中、高各档次，售价从几十元至上千元不等。早期的板卡式产品多为ISA接口，由于此接口总线带宽较低、功能单一、占用系统资源过多，目前已被淘汰；PCI则取代了ISA接口成为目前的主流，它们拥有更好的性能及兼容性，支持即插即用，安装使用都很方便。     集成式：此类产品集成在主板上，具有不占用PCI接口、成本更为低廉、兼容性更好等优势，能够满足普通用户的绝大多数音频需求，自然就受到市场青睐。而且集成声卡的技术也在不断进步，PCI声卡具有的多声道、低CPU占有率等优势也相继出现在集成声卡上，它也由此占据了主导地位，占据了声卡市场的大半壁江山。     外置式声卡：是创新公司独家推出的一个新兴事物，它通过USB接口与PC连接，具有使用方便、便于移动等优势。但这类产品主要应用于特殊环境，如连接笔记本实现更好的音质等。目前市场上的外置声卡并不多，常见的有创新的Extigy、Digital Music两款，以及MAYA EX、MAYA 5.1 USB等。

5 声卡接口 声卡主要有ISA和PCI及USB外置接口三种，早期的内置产品多为ISA接口，由于此接口总线带宽较低、功能单一、占用系统资源过多，目前已被淘汰；PCI则取代了ISA接口成为目前的主流，它们拥有更好的性能及兼容性，支持即插即用，安装使用都很方便。外置式声卡是创新公司独家推出的一个新兴事物，它通过USB接口与PC连接，具有使用方便、便于移动等优势。但这类产品主要应用于特殊环境，如连接笔记本实现更好的音质等。

6 声卡数字-模拟转换器 声卡最重要的功能就是将数字化的音乐信号转化为模拟类信号，完成这一功能的部件称为DAC（Digital-Analog Converter：数字-模拟转换器，简称数模转换器），DAC的品质决定了整个声卡的音质输出品质，如果声卡是数字输出的话，那末级的DAC决定音质。   大多数声卡使用了符合AC97的Codec(数字信号编码解码器，DAC和ADC的结合体)，由于AC97的标准定义了输入输出的采样频率都是48kHz这一个频率，所以如果Codec接收到其他采样频率的音频流，便会经过SRC（Sample Rate Converter：采样频率转换器），将频率转换到统一的48kHz，在这个转换过程中，音频流中的数据便会由于转换算法而损失一部分细节，造成音质的损失，所以AC97除了播放48kHz的音频流音质还不错以外，播放其它采样频率的音频流都不能得到很好的回放音质。当然，如果在Codec以后做修正电路可以提高一些音质，这就因厂商而异了。

7 主流声卡芯片 1、ESS 系列 ESS公司是声卡界的元老之一，ESS公司所出品的音效芯片型号很多，有ES1948F、ES1968S、ES1970S等。采用此芯片的声卡厂家有华硕、启亨、Diamond（帝盟）、Terratec （德国坦克）等。2001年，ESS 发布的新一代芯片Canyon3D-2，此时创新已垄断市场。由于没有得到应有的名气和市场，这个创新最老的竞争对手，逐渐在声卡市场消失，转向消费类电子市场。 2、YAMAHA系列 日本的YAMAHA一直以生产世界闻名的电子乐器出名，MIDI更是它的拿手好戏。所以，该公司出产的音效芯片在处理MIDI回放时都有逼真的效果。有YMF724E、YMF40等芯片。

8 8.2.2 主流声卡芯片 3、Creative（创新）系列
主流声卡芯片 3、Creative（创新）系列 创新公司一直是声卡界的标准，是该领域的领头羊。有EMU10K1（最新的创新Sound Blaster Live!声卡所用的芯片就是EMK10K1）、ES1370、ES1371、 Creative 5507、Creative Audigy/Audigy2（Audigy是目前Creative的主要产品，这款号称专业级的芯片能够支持24 bit/96 kHz声音采样率的输出和回放，实时处理4个音频环境效果。 4、Aureal（傲锐）系列 曾经在音效芯片上唯一能与创新公司抗衡的恐怕就是Aureal Semiconductor公司了。该公司最自豪的是它的A3D音效。A3D是美国宇航局专门用来进行太空人培训的音效模拟系统，可想而知Aureal在这方面的权威性。有Vortex-1（AU8820）、Vortex-2（AU8830）等芯片，可惜的是，现在傲锐已被创新所收购。 做声卡芯片的厂家还有：Advance Logic、Ensoniq、E-mu 、C-Media 、Crystal/Cirrus Logic 、Fortemedia 。

9 8.2.3 声卡的性能指标 声卡是处理声音信息的设备，其性能指标均与声音有关 ⒈兼容性
声卡的性能指标 声卡是处理声音信息的设备，其性能指标均与声音有关 ⒈兼容性 卡的兼容性分为软件兼容和硬件兼容两个方面，如兼容性不好，就可能在某种情况下没有声音或音质较差。 ⒉合成方式 合成方式分为波表（Wave table）合成和FM（Frequency Modulation，频率调制）合成，FM合成的声音与真实乐器相差很远，并且不能模拟自然界鸟语兽啼和人类的声音。波表合成是利用波表合成器以预先制作固化到ROM 波表芯片中的波形声音为合成元素进行音响合成的，因而音色逼真，与波形音乐相比毫不逊色，但文件容量只有前者的几十分之一。波表合成就是提供电子乐器的合声与混响效果、各种复音和多音色、MIDI通道、合成多种乐器音响的能力等。 早期的声卡均为FM合成，现在大多采用波表合成，典型产品是创新SB系列。

10 声卡的性能指标 ⒊音效 三维音效是近年发展的新技术，是比普通立体声更好的立体空间的声效性能。三维音效有DirectSound（简称DS）、DirectSound3D（D3D）、Aureal3D（A3D）、QSound3D（Q3D）、SRS等等。 ⒋接口 如MIDI接口、游戏（Game）接口、线输入（LineIn）、线输出（LineOut）、麦克风（MicIn）、Speaker接口等。 MIDI（Musical Instrument Digital Interface，乐器数字接口）是为了把电子乐器连到电脑上而规定的一种硬件接口标准，以及控制电脑和电子乐器之间信息交换的一套规则。 声卡接口图

11 声卡的性能指标

12 8.2.3 声卡的性能指标 5、声道数 声卡所支持的声道数是衡量声卡档次的重要指标之一，从单声道到最新的环绕立体声，主要有： （1）单声道
声卡的性能指标 5、声道数 声卡所支持的声道数是衡量声卡档次的重要指标之一，从单声道到最新的环绕立体声，主要有： （1）单声道  单声道是比较原始的声音复制形式，早期的声卡采用的比较普遍。 （2）立体声  声音在录制过程中被分配到两个独立的声道，从而达到了很好的声音定位效果，听众可以清晰地分辨出各种乐器来自的方向，从而使音乐更富想象力，更加接近于临场感受。时至今日，立体声依然是许多产品遵循的技术标准。  （3）准立体声  准立体声声卡的基本概念就是：在录制声音的时候采用单声道，而放音有时是立体声，有时是单声道。

13 声卡的性能指标   （4）四声道环绕     由于PCI声卡的出现带来了许多新的技术，而要达到好的效果，仅仅依靠两个音箱是远远不够的，四声道环绕规定了4个发音点：前左、前右，后左、后右，听众则被包围在这中间。同时还建议增加一个低音音箱，以加强对低频信号的回放处理，如今四声道技术已经广泛融入于各类中高档声卡的设计中，成为未来发展的主流趋势。    （5） 5.1声道     5.1声道已广泛运用于各类传统影院和家庭影院中， 5.1声音系统来源于4.1环绕，一些比较知名的声音录制压缩格式，譬如杜比AC-3（Dolby Digital）、DTS等都是以5.1声音系统为技术蓝本的，其中“.1”声道，则是一个专门设计的超低音声道，这一声道可以产生频响范围20～120Hz的超低音。     千万不要以为5.1已经是环绕立体声的顶峰了，更强大的7.1系统已经出现了。它在5.1的基础上又增加了中左和中右两个发音点，以求达到更加完美的境界。由于成本比较高，没有广泛普及。

14 声卡的性能指标 6、全双工语音传输 全双工语音传输是指能够同时处理语音信号和数字信号的能力，“接收”和“输出”声音可以同时进行。这个功能对于IP（Internet Phone）电话用户是必不可少的。

15 8.2.4 声卡的信号输入 声卡的信号输入设备有三类，它们是三种不同性质的声音信号来源。
声卡的信号输入 声卡的信号输入设备有三类，它们是三种不同性质的声音信号来源。 ⑴麦克风：它插入声卡的MIC插口，直接把声音转换成电子模拟信号， 由声卡将其数字化（模/数转换），形成波形（WAV）文件； ⑵激光唱片播放机：它把已经是数字化的声音信号送给声卡，声卡把它转换成模拟信号（数/模转换），直接送音箱输出； ⑶MIDI设备：把电子乐器（如电子琴、萨克斯管、鼓、吉他等，也称为MIDI设备）接到MIDI接口，当它演奏时，可以通过声卡将其记录并对其进行编辑加工，最后形成MIDI文件存储到磁盘上。MIDI文件可以由MIDI合成器转换成声音再播放出来。

16 8.2.5 与多媒体安装相关的三个概念 微机的IRQ值的分配 （五）与多媒体安装相关的三个概念
与多媒体安装相关的三个概念 （五）与多媒体安装相关的三个概念 计算机的CPU、存储器与外部设备之间的信息传递是通过信号线（即通道）进行的，PC系列微机共有三种控制信号线： 1.IRQ（Interrupt ReQuest，中断请求） CPU与外设的通信方式一般采用中断请求，为了中断CPU，这些设备就在中断请求线上把中断信号送给CPU。每个外设都使用自己的中断请求线，不允许两台外设使用同一条中断线，中断请求线又称为中断向量。 微机的IRQ值的分配 IRQ 设备 定时器 8 实时时钟 1 键盘 9 PC网络 2 串行设备 10 可用 3 COM2 11 4 COM1 12 PS/2鼠标 5 LPT2 13 协处理器 6 软盘控制器 14 硬盘控制器 7 LPT1 15

17 8.2.5 与多媒体安装相关的三个概念 ⒉DMA（Direct Memory Access， 直接存储器存取）
与多媒体安装相关的三个概念 ⒉DMA（Direct Memory Access， 直接存储器存取） 计算机与外设之间数据的传送有两条途径，一条是由CPU 来管理数据的传送，另一条是CPU不介入，而使用一种DMA芯片去执行数据传送。微机提供了好几个通道（称为DMA通道）供DMA芯片传送数据。DMA通道是一个高速数据通道，它用来在存储器和外设之间传送数据。 由于声卡播放和录制声音信号时的数据量很大，而且大多数情况下都要求声卡能在后台方式下实时工作，因此数据的传送必须使用DMA方式。 通常按缺省设置即可，如果有冲突，应调整声卡的DMA设置。 ⒊I/O端口 CPU和存储器与外设进行通信时，是通过端口（接口）进行的。 每个端口都包括一组寄存器，有用来存放外设和主机间传送数据的数据寄存器；有用来保存外设或接口状态信息的状态寄存器；有将CPU 给外设接口的控制命令送给外设的命令寄存器。为了使主机访问外设方便起见，外设中每个寄存器都被赋于一个端口号，称为端口地址，用16位二进制代码表示。

18 8.3 音箱 音箱是多媒体电脑输出声音的设备，分为有源（带功放）音箱和无源（无功放音箱两种，常见的是有源音箱，这类音箱的特点是音箱带有电源插头，用于给功放电路供电。 音箱通常为一对，用来实现立体声效果。如果要达到环绕立体声，则要配置五个音箱（需要声卡的支持）。 多媒体电脑音箱

19 8.3.2 音箱 （一）有源音箱的组成部分 有源音箱的3大部件分别是扬声器、功率放大器和外壳，这三部分基本决定了有源音箱的档次。 ⒈扬声器
音箱 （一）有源音箱的组成部分 有源音箱的3大部件分别是扬声器、功率放大器和外壳，这三部分基本决定了有源音箱的档次。 ⒈扬声器 扬声器是任何音箱系统的关键部分，它具有宽广的频率响应，一般情况下，至少要达到45Hz～20kHz，才能保证基本覆盖人耳的有效听力范围。该指标范围越宽，音箱的性能越好，制造难度也越大，成本也就越高。对大多数电脑用户来说，能达到40Hz～20kHz的频响就可以满足要求。根据这一特性，音箱根据扬声器可作如下分类： （1）前部音箱 也就是传统的音箱，通常成对出现，用来处理全部的音频。为了兼顾高低频，大多数音箱是二分频的，用一个口径大些的橡皮边扬声器做中低音单元，再用一个球顶高音单元重放高频信号。它们从非常小到很大都有，要获得良好的低频响应，低音扬声器的口径越大越好，但这样会占用许多桌面空间。

20 音箱 （2）三件套音箱 通常带有两个小型的环绕音箱，用于处理分频点以上的高音频。还有一个低音／放大装置，其中包含功率放大器，为这3个音箱提供功率放大和处理低音。低音的处理不需要方向感，所以一个低音设备并不会影响听者的立体声感觉。计算机用的音箱，分频点通常比较高，多为180Hz或更高。分频点用于分割声音，任何高于分频点的声音由环绕音箱处理。注意音频的分割非常圆滑，并不是陡然分割，以避免在音频谱中产生音频空洞。 （3）4.1音箱系统 4.1中的小数点并不是数位点，是一个描述符。4代表系统有四个环绕音箱，1代表有一个低音装置。在4.1音箱系统中没有独立的中央前置音箱，但是在小音场环境中，中央声道可以被有效地模拟。 （4）5.1音箱系统 具有这种配置的通常是家庭影院音响系统，不过也有一些PC音箱系统是5.1的。一些高级的家庭影院系统有6个或更多的环绕音箱，再加一个前置中央单元，成为通常所说的数码环绕系统，采用左（L）、中（C）、右（R）、左后（LS）、右后（RS）5个方向输出声音。而在一个真正的家庭音响系统中，这5个声道相互独立。“.1”声道，则是一个专门设计的超低音声道，这一声道可以产生频响范围为20～120Hz的超低音。

21 音箱

22 音箱 ⒉功率放大器 功率放大器（简称功放）的作用是把电脑声卡输出的微弱信号放大输出，并且加入声音特效处理（例如3D音效）以改善音场。 3D环绕立体声处理主要使用SRS（声音修正系统）技术和Space（空间）均衡器技术。 此外还有以下音响技术： 杜比环绕立体声（Dolby Surround，也称为Prologic）：Prologic是为观看电视和录像设计的一种环绕立体声模式。Prologic采用的是模拟形式，不是数字形式。 杜比数字音响系统（Dolby Digital，也称为AC-3）：在DVD电影中非常普遍的使用这种音频技术。它使用一种有损压缩技术压缩音频，而且其压缩比是可以调节的，具体的压缩比取决于音频流的内容。与Prologic不同，杜比数字音响系统是一个真正的数字系统，它的后部音箱分为左声道和右声道。 杜比数字音响系统扩展（Dolby Digital EX）：这是音频领域对AC-3的最新改进，增加了一个后部中央声道。该标准现在并没有被广泛支持，但是在将来会成为一项很重要的技术。 数字影院系统（Digital Theater System，DTS）：这是一种DVD影片音频解码格式，它使用低损音频压缩技术。效果比AC-3稍好一点，通常服务于创作者。

23 8.3.2 音箱 ⒊外壳 由于有源音箱的外壳影响到发声、磁屏蔽及外观等，所以，在有源音箱中，外壳的作用就相对重要些。
音箱 ⒊外壳 由于有源音箱的外壳影响到发声、磁屏蔽及外观等，所以，在有源音箱中，外壳的作用就相对重要些。 音箱外壳所采用的材料以塑料壳和木壳为主。塑料壳的音箱往往具有活泼的外观，美丽的造型，更轻的重量和丰富的颜色。不过，大多数塑料壳音箱中看不中听，箱体太薄容易发生共振；相比之下，木壳音箱厚实、坚固，有比较好的音质，显得更高档些。但是这种说法并不绝对，还要具体检查音箱外壳的质量。

24 音箱 （二）有源音箱的技术指标 ⒈功率 在有源音箱中，功率也是一项技术指标。功率决定了音箱所能发出的最大声强，宏观上的感觉就是声音的最大震撼力。这项指标对家用多媒体音箱来讲，其实意义不是很大，除非是很大房间需要有足够的音量来满足听者的要求。国际上对音箱性能指标中功率的标注方法有两种：额定功率与最大不失真功率。最大不失真功率是指声音刚好不失真（谐波失真≤3％）时，音响放大器能输出的最大功率，这项指标和静态噪声指标结合才可以保证音箱的动态范围。 通常商家为了迎合消费者的心理，经常把音乐功率标大，所以我们在选购多媒体音箱时应以最大额定功率为准。 ⒉磁屏蔽 磁屏蔽是指扬声器上的磁铁对周围环境的干扰强度，理论上磁泄漏为零最好。电脑的显示器对周围的磁干扰非常敏感，显示器在工作时如果周围有磁场干扰，将会产生色彩失真，如屏幕上出现非正常的色斑、图像的颜色失真等。因此对摆放在显示器周围的其他外设如音箱就有比较高的磁场屏蔽要求。多媒体音箱习惯上被安放在显示器的旁边，因此对音箱的磁屏蔽有一定要求，良好的磁屏蔽是优质音箱的保证。

25 音箱 ⒊频率范围与频率响应 前者是指音箱最低有效回放频率与最高有效回放频率之间的范围，单位为赫兹（Hz）；后者是指将—个以恒电压输出的音频信号与音箱系统相连接时，音箱产生的声压随频率的变化而发生增大或衰减、相位随频率而发生变化的现象，这种声压和相位与频率的相关联的变化关系称为频率响应，单位分贝（dB）。声压与相位滞后随频率变化的曲线分别叫做“幅频特性”和“相频特性”，合称“频率特性”。这是考察音箱性能优劣的一个重要指标，它与音箱的性能和价位有着直接的关系，其分贝值越小说明音箱的频响曲线越平坦、失真越小、性能越高。 电脑多媒体音箱的频率应该在80Hz～20kHz左右。现在的音箱厂家对系统频响标注的范围—般过大，高频部分差得还不是很多，但在低频端其标注值很难实现。所以在低音效果上—定要耳听为真，不要轻易相信宣传单上的数值。还有一点要说明的是：现在在多媒体音箱的购买中有一种错误的倾向，就是过分看重低频部分的频率下限。要知道在多媒体领域的音乐播放是以MP3、CD、游戏的效果音与背景音乐以及影片中的人声与环境音效为主的，这些声音主要以中高音为主，所以在挑选多媒体音箱中应该更看中它的中高音表现能力，而不是低音。如果对低音极为感兴趣的话，建议购买一个单独的低音炮。

26 音箱 ⒋失真度 失真度是指声音在被音箱放大前和放大后的差别，用百分数表示，数值越小越好。失真实际上就是声音经放大后与原来的声音（放大前）听起来不一样了。失真分为谐波失真、互调失真和瞬态失真，具体内容如下： 谐波失真是指声音回放中增加了原信号没有的高次谐波成分而导致的失真。 互调失真影响到的主要是声音的音调方面。 瞬态失真是因为扬声器具有一定的惯性质量存在，盆体的震动无法跟上瞬间变化的电信号的震动而导致的原信号与回放音色之间存在的差异。 它在音箱与扬声器系统中则是更为重要的，直接影响到音质音色的还原程度，所以这项指标与音箱的质量密切相关。由于人的耳朵对谐波失真最敏感，所以通常以谐波失真的指标说明音响设备的性能。例如高保真音响的不失真指标是≤0.5％；而通常低音炮的失真度都普遍较大，小于5％就可以了。

27 音箱 ⒌阻抗 阻抗是指扬声器输入信号的电压与电流的比值。音箱的输入阻抗一般分为高阻抗和低阻抗两类，高于16Ω的是高阻抗，低于8Ω的是低阻抗，音箱的标准阻抗是8Ω。市场上音箱的标称阻抗有4Ω、5Ω、6Ω、8Ω、16Ω等几种，其中以4Ω和8Ω居多。 在功放与输出功率相同的情况下，低阻抗的音箱可以获得较大的输出功率，但是阻抗太低了又会造成欠阻尼和低音劣化等现象。所以这项指标虽然与音箱的性能无关，但最好还是不要选择低阻抗的音箱，选择国际标准推荐值8Ω即可。

28 音箱 ⒍静态噪声 静态噪声是指音箱没有接入信号时，将音量开关调到最大位置时所发出的噪声。这种噪声量是有源音箱中放大电路所产生的，越小越好。在电声专业中，并不提静态噪声，而是使用信噪比指标说明音响设备的性能。 ⒎信噪比 是指音箱回放的正常声音信号强度与噪声信号强度的比值。信噪比低时，小信号输入时噪音严重，在整个音域的声音明显变得混浊不清，很影响音质。信噪比应当是越高越好。 ⒏箱体体积 音箱箱体以大为佳，箱体越重意味着所选的板材越厚、密度越高，抗谐振性能越好，就可以得到更好的音质。