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，麥克風和喇叭所用的都是模擬信號，而電腦所能處理的都是數字信號，聲卡的作用就是實現兩者的轉換。從結構上分，聲卡可分為模數轉換電路和數模轉換電路兩部分,模數轉換電路負責將麥克風等聲音輸入設備采到的模擬聲音信號轉換為電腦能處理的數字信號；而數模轉換電路負責將電腦使用的數字聲音信號轉換為喇叭等設備能使用的模擬信號。

??? 聲卡主要有兩種：內置獨立聲卡和內置集成在主板上的軟聲卡。

　　音樂合成有兩種方法。 　　 一種是調頻(FM)合成法，FM合成方式是將多個頻率的簡單聲音合成復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，用這種方法產生的聲音音色少、音質差。 　　 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，再進行數字化處理形成波形數據，然后將各種波形數據存儲在只讀存儲器中。發音時通過查表找到所選樂器的波形數據，再經過調制、濾波、再合成等處理形成立體聲送去發音。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。數字聲音效果處理器是對數字化的聲音信號進行處理以獲得所需要的音響效果(混響、延時、合唱等)，數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轉換。一般聲音信號是模擬信號，計算機不能對模擬信號進行處理。聲音信號輸入后要將模擬信號轉換成數字信號再由計算機進行處理。由于揚聲器只能接受模擬信號，所以聲卡輸出前要把數字信號轉換成模擬信號。 　　常用于表示聲卡性能的兩個參數是采樣率和模擬量轉換成數字量之后的數據位數（簡稱量化位數）。采樣率決定了頻率響應范圍，對聲音進行采樣的三種標準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稱為采樣位數，16位聲卡的采樣位數就是16。量化位數決定了音樂的動態范圍，量化位數有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使用的標準數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文件更節省空間。聲音文件的存儲量等于采樣頻率×采樣位數×聲道數。 　　聲卡使用的總線有ISA總線和PCI總線。 　　聲卡工作應有相應的軟件支持，包括驅動程序、混頻程序（mixer）和CD播放程序等。

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

· 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，而數字錄音時，如果恢復為逼真的模擬信號，采樣頻率必須時希望恢復的最高頻率的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字化聲音。采樣頻率越高 , 每一聲音波形采用的比特數越多 , 分辨率就越高 , 保真度也越好。 3．動態范圍 音樂、語言和音響效果千變萬化、豐富多彩。多媒體節目要求音響效果與視覺效應有機地融合在一起,這就要求聲卡的聲音處理有足夠大的動態范圍。但動態范圍不是越大越好,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。分辨率的比特數決定了系統的動態范圍。 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 ), 通常是負分貝 , 負的數值越大就越好。 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生振蕩。振蕩回路的輸出可以被放大,推動喇叭產生聲音。 6． 數字信號處理器 數字信號處理器 (DSP) 芯片它可以減輕 CPU 的負擔。使用數字信號處理器可以通過編程來完成一些特定的任務 , 例如高質量聲音、圖像和視頻信號的處理等。聲頻板上的數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字聲音效果。 7． IRQ號 IRQ 表示中斷請求優先級。當一個外設使用中央處理器時 , 它會發出中斷請求信號 ,要求中央處理器暫停當前的工作來響應中斷處理。與計算機相連的許多外設都有中斷請求優先級 , 當中央處理器同時收到多個中斷請求時,先處理 IRQ 號最低 ( 優先級最高 ) 的設備。 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過中央處理器, 直接溝通存儲器和外設的通道。 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據通信是通過該端口進行讀寫的。端口地址一般用 16 進制數字表示 , 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結構 1．聲音卡的I/O接口?? 聲卡接口介紹

位于卡內的插口和接口：

　· CD-ROM數據接口：可與CD-ROM驅動器的數據接口相連。 　· CD音頻數據接口：與CD-ROM音頻線相連，音頻卡接上揚聲器后就可播放CD-ROM光盤上的聲音數據。

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，進行播放或錄音。 　· 話筒輸入插口（Mic In Jack）：可與話筒相連，進行語音的錄入。 　· 線性輸出插口（Line out Jack）：可跳過音頻卡的內置放大器，而連接一個有源揚聲器或外接放大器進行音頻的輸出。 　· 揚聲器輸出插口（Speaker Out Jack）：從音頻卡內置功率放大器連接揚聲器進行信號輸出，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設備如MIDI鍵盤連接到音頻卡上。?
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2．聲音卡系統結構圖

·頻率調制FM合成:利用頻率解調產生各種樂器的音色，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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