電腦聲卡的工作原理

電腦聲卡的工作原理

聲卡的工作原理很簡單，麥克風(fēng)和喇叭所用的都是模擬信號，而電腦所能處理的都是數(shù)字信號，聲卡的作用就是實現(xiàn)兩者的轉(zhuǎn)換。從結(jié)構(gòu)上分，聲卡可分為模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路兩部分,模數(shù)轉(zhuǎn)換電路負(fù)責(zé)將麥克風(fēng)等聲音輸入設(shè)備采到的模擬聲音信號轉(zhuǎn)換為電腦能處理的數(shù)字信號；而數(shù)模轉(zhuǎn)換電路負(fù)責(zé)將電腦使用的數(shù)字聲音信號轉(zhuǎn)換為喇叭等設(shè)備能使用的模擬信號。

??? 聲卡主要有兩種：內(nèi)置獨立聲卡和內(nèi)置集成在主板上的軟聲卡。

　　音樂合成有兩種方法。 　　 一種是調(diào)頻(FM)合成法，F(xiàn)M合成方式是將多個頻率的簡單聲音合成復(fù)合音來模擬各種樂器的聲音。FM合成方式是早期使用的方法，用這種方法產(chǎn)生的聲音音色少、音質(zhì)差。 　　 另一種是波形表(Wavetable)合成法。這種方法是先把各種真正樂器的聲音錄下來，再進(jìn)行數(shù)字化處理形成波形數(shù)據(jù)，然后將各種波形數(shù)據(jù)存儲在只讀存儲器中。發(fā)音時通過查表找到所選樂器的波形數(shù)據(jù)，再經(jīng)過調(diào)制、濾波、再合成等處理形成立體聲送去發(fā)音。存儲聲音樣本的ROM容量的大小對波表合成效果影響很大。 　　混音器的作用是將來自音樂合成器、CD－ROM、話筒輸入（MIC）等不同來源的聲音組合在一起再輸出，混音器是每種聲音卡都有的。數(shù)字聲音效果處理器是對數(shù)字化的聲音信號進(jìn)行處理以獲得所需要的音響效果(混響、延時、合唱等)，數(shù)字聲音效果處理器是高檔聲卡具備的功能。 　　模擬聲音輸入輸出功能 主要是A/D、D/A轉(zhuǎn)換。一般聲音信號是模擬信號，計算機不能對模擬信號進(jìn)行處理。聲音信號輸入后要將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號再由計算機進(jìn)行處理。由于揚聲器只能接受模擬信號，所以聲卡輸出前要把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號。 　　常用于表示聲卡性能的兩個參數(shù)是采樣率和模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量之后的數(shù)據(jù)位數(shù)（簡稱量化位數(shù)）。采樣率決定了頻率響應(yīng)范圍，對聲音進(jìn)行采樣的三種標(biāo)準(zhǔn)以及采樣頻率分別為：語音效果（11 kHz）、音樂效果（22 kHz）、高保真效果（44.1 kHz），目前聲卡的最高采樣率為44.1KHz。對聲波每次采樣后存儲、記錄聲音振幅所用的位數(shù)稱為采樣位數(shù)，16位聲卡的采樣位數(shù)就是16。量化位數(shù)決定了音樂的動態(tài)范圍，量化位數(shù)有8位和16位兩種。8位聲卡的聲音從最低音到最高音只有256個級別，16位聲卡有65536個高低音級別。 　　聲卡處理的聲音信息在計算機中以文件的形式存儲。Windows使用的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字音頻文件稱為波形文件，擴展名為WAV；擴展名為VOL的聲音文件主要用于DOS程序；擴展名為MID的文件用于存儲MIDI類聲音信息；它比WAV文件更節(jié)省空間。聲音文件的存儲量等于采樣頻率×采樣位數(shù)×聲道數(shù)。 　　聲卡使用的總線有ISA總線和PCI總線。 　　聲卡工作應(yīng)有相應(yīng)的軟件支持，包括驅(qū)動程序、混頻程序（mixer）和CD播放程序等。

2.4.2 聲音卡的技術(shù)指標(biāo) 1． 采樣頻率和量化位 衡量聲音卡錄制和重放聲音質(zhì)量的主要參數(shù)。一般聲卡采用44.1kHz采樣頻率下對立體聲源進(jìn)行16位數(shù)字化錄音和重放。

· 為什么采用44.1kHz的采樣頻率呢？ 因為人類所能聽到的最高頻率為22kHz，而數(shù)字錄音時，如果恢復(fù)為逼真的模擬信號，采樣頻率必須時希望恢復(fù)的最高頻率的2倍，所以采用44.1kHz的采樣頻率可以獲得完美逼真的聽覺感受。

2．分辨率 采樣過程中 , 需使用分辨率來描述數(shù)字化聲音。采樣頻率越高 , 每一聲音波形采用的比特數(shù)越多 , 分辨率就越高 , 保真度也越好。 3．動態(tài)范圍 音樂、語言和音響效果千變?nèi)f化、豐富多彩。多媒體節(jié)目要求音響效果與視覺效應(yīng)有機地融合在一起,這就要求聲卡的聲音處理有足夠大的動態(tài)范圍。但動態(tài)范圍不是越大越好,因為過大不但影響處理速度,而且對音效改善也起不了多大作用。分辨率的比特數(shù)決定了系統(tǒng)的動態(tài)范圍。 4．信噪比 是音頻或視頻信號的幅度與噪聲強度的比值。信噪比的單位是dB( 分貝 ), 通常是負(fù)分貝 , 負(fù)的數(shù)值越大就越好。 5．合成器 運用合成器, 可以得到樂聲, 它能模仿不同的樂器,這就是合成音樂。最早的合成器是控振蕩器 (VCO), 幾乎可以在任意頻率產(chǎn)生振蕩。振蕩回路的輸出可以被放大,推動喇叭產(chǎn)生聲音。 6． 數(shù)字信號處理器 數(shù)字信號處理器 (DSP) 芯片它可以減輕 CPU 的負(fù)擔(dān)。使用數(shù)字信號處理器可以通過編程來完成一些特定的任務(wù) , 例如高質(zhì)量聲音、圖像和視頻信號的處理等。聲頻板上的數(shù)字信號處理器芯片用來處理音頻信號 ,它可以加快處理的速度 , 并可用于音樂合成以及加強一些特殊的數(shù)字聲音效果。 7． IRQ號 IRQ 表示中斷請求優(yōu)先級。當(dāng)一個外設(shè)使用中央處理器時 , 它會發(fā)出中斷請求信號 ,要求中央處理器暫停當(dāng)前的工作來響應(yīng)中斷處理。與計算機相連的許多外設(shè)都有中斷請求優(yōu)先級 , 當(dāng)中央處理器同時收到多個中斷請求時,先處理 IRQ 號最低 ( 優(yōu)先級最高 ) 的設(shè)備。 8． DMA 通道 DMA 是"直接存儲器訪問"的縮寫 , 其作用是建立一條不經(jīng)過中央處理器, 直接溝通存儲器和外設(shè)的通道。 9． PORT 聲音卡中的 PORT 是輸入 / 輸出端口地址 , 中央處理器與聲音卡的數(shù)據(jù)通信是通過該端口進(jìn)行讀寫的。端口地址一般用 16 進(jìn)制數(shù)字表示 , 例如 ,Sound Blaster 音頻卡的端口地址是220H .

2.4.3 聲音卡接口及其系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 1．聲音卡的I/O接口?? 聲卡接口介紹

位于卡內(nèi)的插口和接口：

　· CD-ROM數(shù)據(jù)接口：可與CD-ROM驅(qū)動器的數(shù)據(jù)接口相連。 　· CD音頻數(shù)據(jù)接口：與CD-ROM音頻線相連，音頻卡接上揚聲器后就可播放CD-ROM光盤上的聲音數(shù)據(jù)。

位于音頻卡后面板上的插口和接口：

　· 線性輸入插口（Line In Jack）：可與盒式錄音機、唱機等相連，進(jìn)行播放或錄音。 　· 話筒輸入插口（Mic In Jack）：可與話筒相連，進(jìn)行語音的錄入。 　· 線性輸出插口（Line out Jack）：可跳過音頻卡的內(nèi)置放大器，而連接一個有源揚聲器或外接放大器進(jìn)行音頻的輸出。 　· 揚聲器輸出插口（Speaker Out Jack）：從音頻卡內(nèi)置功率放大器連接揚聲器進(jìn)行信號輸出，該插口的輸出功率一般為2-4瓦。 　· 游戲棒/MIDI接口（Joystick/MIDI connect）：可將游戲棒或MIDI設(shè)備如MIDI鍵盤連接到音頻卡上。?
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2．聲音卡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

·頻率調(diào)制FM合成:利用頻率解調(diào)產(chǎn)生各種樂器的音色，音色在很大程度上依賴于其諧波的頻率和振幅。 ·波形表合成：波形表包含有真實樂器聲音波形的數(shù)字記錄，在演奏時以查表的方式獲取樂器波形（每種樂器對應(yīng)一種波形或多種波形），通過聲音生成器和揚聲器輸出，合成音樂效果更逼真。波形聲音一般存放在聲音卡的ROM芯片。
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