第10章声卡与音箱.ppt

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1、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10-1 PCI声卡的结构,1数字信号处理器DSP,声卡的数字信号处理器(Digit

2、al Signal Processor，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

3、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22W，由Speaker Out 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（Mic in）粉红色；语音输入；音频输入插孔（Line In）浅蓝色；MP3、CD随身听等音源导入；音频输出插孔(Line Out)草绿色；输出到耳机或功放；SPDIF（Sony/Pilips Digital InterFace)Out/In（数字输出/输入）声卡上光纤接口和同轴接口；抗干扰

4、、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,CD SPDIF（数字CD音频输入连接器）：屏蔽线连接光驱，播放CD，比从Line In导入信号可减少电磁干扰；辅助音频输入口（AUX In）：机箱内其他音卡、影卡的信号连接；模拟CD音频输入口（CD In）：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I0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

5、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Mic in 或Line in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I0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,AC97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AC97标准的Codec封装建议的工业标准为77mm2，48脚

6、QFP封装，各厂商Codec芯片的引脚互相兼容。,2.HD Audio 标准,为了提供更加逼真的音频效果，Intel推出了音频新标准HD Audio(High Definition Audio高保真音频），根据Intel的计划，这个编码标准取代AC97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/192KHz c.支持设备

7、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，HD Audio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 AC97的驱动程序一般是由CODEC芯片厂商提供，HD Audio把驱动分为两层：统一集成在操作系统中的总线驱动（Bus Driver）和CODEC芯片厂商提供的功能驱动（Function Drivers），通用性较强。设备感知 AC97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，HD Audio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

8、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AC97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AC97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

9、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AC97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AC97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AC97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C

10、odec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AC97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AC97），或 DSP和Codec集成一起（不符合AC97）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

11、力范围2020KHz,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Wave Form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

12、，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Wave table（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：Direct Sound 3D(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.CM

13、I8738 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10-3 CMI8738/PCI-6CH-MX,由CMI8738芯片制作的声卡,2创新系列,(1)CT-2518 CT-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

14、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A3D10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SOUND FONT，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

15、EMU10K1SEF芯片生产。,3Realtek瑞昱半导体(Realtek Semiconductor),Realtek ALC850是最常见的板载芯片。Realtek的ALC850是世界上首款8声道的音频AC97 Codec芯片，采用48Pin LQFP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Jack Sense(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,HD audio Codec ALC883,高性能DAC提供95dB

16、信噪比，ADC提供85dB信噪比 10通道DAC支持16/20/24-bit PCM格式音频，两个立体声ADC支持 16/20/24-bit PCM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48pin LQFP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

17、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Direct Sound、Direct Sound3D、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107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

18、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.

19、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23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频率之间的范围。如6

20、0Hz-18kHz3dB频率响应：声压和相位随频率的变化而变化的关系。3.失真度：扬声器的振动和输入音频信号的波动不完全一致，直接影响音质音色的还原程度；,4.音箱的灵敏度：反映了音箱推动的难易，灵敏度越高所需要的输入功率越小。5.阻抗：扬声器输入信号的电压与电流比值;常用8欧姆6.信噪比：音箱回放的正常声音信号与噪声信号之比；80dB 7.箱体的材质：木质、塑料，木质音箱好于塑料音箱；8.音效技术：通过电路对声音信号进行附加处理；9.声道：音箱所支持的声道数是衡量音箱档次的重要指标。,10.2.4 音箱的选择,1、声道数、箱体尺寸应根据房间情况来配置；2、重量、箱体厚度要大一点；3、喇叭单元

21、要高低音兼顾；4、功率较大、信噪比较高；,10.3 实验,10.3.1 实验1独立声卡的安装 微机中所有卡（显示卡、声卡、网卡）的安装方法都一样。找到接口对应的插槽，并将机箱后壳上相应插槽上的扩充挡板及螺丝钉卸下，将卡对准插槽插入插槽中，用螺丝钉将卡固定在机箱壳上。10.3.2 实验2声卡驱动程序的安装 对于整合声卡的主板，有些声卡驱动程序与主板驱动程序在一起，所以不需要单独安装。,通过一根音频线与主机相连的，把音箱的音频线插在声卡的Line Out或Speak Out孔中，再分别接上音箱的左、右两个喇叭，如图10-9所示。插上电源线，打开音箱开关，调整好音量，就可以使用了。,图10-9 音箱的连接,10.3.3 实验3音箱与声卡的连接,