聲卡綜述（上）

??? 作為多媒體電腦的象征，聲卡的歷史遠不如其他PC硬件來的長久。不過筆者覺得在這個專題的一開始，回顧一下聲卡的技術發展歷程是非常有意義的。這有利于我們更全面的認識聲卡的技術特點和發展趨勢。

1.從PC喇叭到ADLIB音樂卡

??? 在還沒有發明聲卡的時候，PC游戲是沒有任何聲音效果的。即使有，那也是從PC小喇叭里發出的那種“滴里搭拉”的刺耳聲。雖然效果差勁，但在那個時代這已經令人非常滿意了。直到ADLIB聲卡的誕生才使人們享受到了真正悅耳的電腦音效。

??? ADLIB聲卡是由英國的ADLIB AUDIO公司研發的，最早的產品于1984年推出，它的誕生開了電腦音頻技術的先河，所以ADLIB公司是名副其實的“聲卡之父”。由于是早期產品，它在技術和性能上存在著許多不足之處。雖然我們稱之為“聲卡”，但其功能卻僅局限于提供音樂，而沒有音效，這實在是個非常遺憾的缺陷。由于ADLIB聲卡實在是一個離我們比較“遙遠”的事物，筆者無法找到更多的技術參數和產品資料，但我們必須認識到“ADLIB”這個字眼在多媒體領域的重要性。在相當一段時間里，ADLIB的聲卡曾是多媒體領域的一個重要標準，直到CREATIVE崛起后，ADLIB才逐漸推出歷史舞臺。如今我們已經很難在市場上看到它們的產品了，不過Windows的驅動程序信息庫中卻依然保留著ADLIB的位置，由此我們可以看到其輝煌的過去。

2.Sound Blaster系列——CREATIVE時代的開始

??? 如今談到大名鼎鼎的CREATIVE公司，可謂無人不知、無人不曉。港臺人將其譯為“創巨，創通”，而我們國內叫它“創新”。一直以來，在許多發燒友的心目中，CREATIVE幾乎成為了聲卡的代名詞。但是前面我們已經提到過，聲卡之父是ADLIB公司，而并非CREATIVE，那么創新公司又是如何在多媒體領域樹立起自己老大地位的呢？這要從Sound Blaster聲卡說起。

??? Sound Blaster聲卡（聲霸卡）是CREATIVE在80年代后期推出的第一代聲卡產品，但是在功能上已經比早期的ADLIB卡強出不少，其最明顯的特點在于兼顧了音樂與音效的雙重處理能力，這是CREATIVE引以為豪的，所以在聲卡發展的歷程中，Sound Blaster具有劃時代的意義。雖然它僅擁有8位、單聲道的采樣率（關于采樣率等技術概念我們在后文會專門介紹），在聲音的回放效果上精度較低，但它卻使人們第一次在PC上得到了音樂與音效的雙重聽覺享受，在當年紅極一時。此后CREATIVE又推出了后續產品——Sound Blaster PRO，它增加了立體聲功能，進一步加強了PC的音頻處理能力。因此SB PRO聲卡在當時被編入了MPC1規格（第一代多媒體標準），成為發燒友們追逐的對象。

??? 在取得了音樂與音效的完美組合之后，CREATIVE并沒有滿足現狀，它們在技術上尋求新的突破。前面提到過，Sound Blaster與Sound Blaster PRO都只有8位的信號采樣率，我們可以將其直接理解為音質的粗糙，雖然SB PRO擁有立體聲處理能力，但依然不能彌補采樣損失所帶來的缺憾。Sound Blaster 16的推出徹底改變了這一狀況，它是第一款擁有16位采樣精度的聲卡，人們終于可以通過它實現CD音質的信號錄制和回放，使聲卡的音頻品質達到了一個前所未有的高度。在此后相當長的時間內Sound Blaster 16成為了多媒體音頻部分的新一代標準。

??? 從Sound Blaster到SB PRO，再到SB 16，CREATIVE逐漸確立了自己聲卡霸主的地位。期間技術的發展和成本的降低，也使得聲卡得以從一個高不可攀的奢侈品高度（早期的聲卡非常昂貴），漸漸成為了普通多媒體電腦的標準配置。

3.SB AWE系列聲卡——MIDI沖擊波

??? Sound Blaster系列聲卡發展到SB 16這一款，已經是非常成熟的產品體系了。但是SB 16與SB、SB PRO一樣，在MIDI（電子合成器）方面采用都是FM合成技術，對于樂曲的合成效果比較單調乏味。到了90年代中期，一種名為“波表合成”的技術開始趨于流行，在試聽效果上遠遠超越了FM合成。CREATIVE便在95年適時的推出了具有波表合成功能的Sound Blaster Awe 32聲卡。SB Awe 32具有一個32復音的波表引擎，并集成了1MB容量的音色庫，使其MIDI合成效果大大超越了以前所有的產品。

??? 不過人們在接觸了一些專業的MIDI波表合成器后卻發現，Awe32的效果雖然與FM相比高出不少，但是遠遠不能體現出MIDI的真正神韻，其中音色庫過小是主要原因?；诖?，CREATIVE又在97年推出Sound Blaster Awe 64系列，其中的“重棒炸彈”——SB Awe 64 GOLD更是擁有了4MB的波表容量和64復音的支持，MIDI效果達到了一個空前的高度。當然這款經典聲卡的售價也是不斐的。

??? Awe32和Awe64作為與SB 16系列共存的產品系列，在MIDI合成能力上下了不小的功夫，但是由于這種性能提升需要以增加產品成本為代價，真正的市場反應并不好。

4.PCI聲卡——新時代的開始

??? 從Sound Blaster一直到SB Awe 64 GOLD，聲卡始終是采用ISA接口形式的。不過隨著技術的進一步發展，ISA接口過小的數據傳輸能力成為了聲卡發展的瓶頸。把接口形式從ISA轉移到PCI成為了聲卡發展的大勢所趨。PCI聲卡從理論上具有加大傳輸通道（ISA為8MB/s，PCI可達133MB/s），提升數據寬帶的功能。從而在聲卡上實現三維音效和DLS技術，使得聲卡的性能得到多方面提升，但總體成本卻能大幅度下降，可謂兩全其美。眼下CREATIVE的主力產品——Sound Blaster Live!系列就是最為典型的高檔PCI聲卡產品，代表了當今較高的技術水平。

??? 上面筆者為大家介紹的4個產品階段，可以說代表了聲卡發展的簡要歷史——ADLIB開創了聲卡技術的先河；Sound Blaster首次綜合了音樂和音效；SB PRO和SB 16則完善了這一系列的技術規格；而SB Awe 32和Awe 64開創了新的波表合成技術；PCI聲卡的出現標志著新技術和新挑戰的不斷涌現。

??? 或許細心的讀者會發現，聲卡的發展史就好像是一部CREATIVE的產品升級史。這是由于CREATIVE在技術上始終處于領先地位，因此在各種多媒體標準中“Sound Blaster”始終占有主導地位。但是，如同其他硬件產品的發展一樣，有了一個“主流品牌”，就必然會造就許多“兼容品牌”。許多廠商看到多媒體領域有利可圖，便紛紛加入了兼容聲卡芯片的設計開發中，這就產生了廠商之間的相互的競爭，對于推動市場發展非常有利。在這些兼容芯片開發廠商中比較著名的當數ESS和YAMAHA。

??? ESS公司是一家專門從事影音通訊半導體開發的企業，其設計的兼容聲卡芯片在用戶中一直有著比較好的口碑。譬如：ESS-688、ESS-1869等都是很受歡迎的Sound Blaster 16等級的兼容芯片。而YAMAHA公司的大名大家可能更加耳熟能詳了，它的地位在電子樂器界是舉足輕重的。所以從ADLIB聲卡時期起，YAMAHA就把聲卡的MIDI合成器部分的份額牢牢控制在自己手中。ADLIB卡普遍采用YAMAHA的OPL-2 FM合成器，而Sound Blaster系列（包括PRO型和16型）則都采用了OPL-3 FM合成器。同時YAMAHA也自主開發聲卡主芯片，YMF-719就是SB16時代的典范之作。當然還有諸如ALS、Crystal、OPTI等，也有一定的市場占有率。

??? 近年來又涌現出了不少新興的聲卡芯片開發設計廠商，客觀上起到了進一步加劇市場競爭作用。而且隨著技術的迅速發展，廠家們已經不再局限于在性能上兼容CREATIVE的產品，而是力求取得屬于自己的特色和發展空間?？梢灶A見：今后聲卡將向功能的多樣化，聲音信號的數字化方向發展，相信明天的聲卡將會給我們帶來更多的驚喜。CREATIVE一家獨霸天下的歷史將一去不復返。

　第二部分 基本術語解析篇

??? 相信有些讀者在看到第一部分中諸如“采樣率，FM合成，波表合成”等專業詞匯有些頭疼吧。在以下的第二部分中，我就著重為大家解釋這些專業詞匯，力爭做到深入淺出。

一、關于聲音采樣

??? 聲卡的主要的作用之一是對聲音信息進行錄制與回放，在這個過程中采樣的位數和采樣的頻率決定了聲音采集的質量。

1.采樣的位數

??? 采樣位數可以理解為聲卡處理聲音的解析度。這個數值越大，解析度就越高，錄制和回放的聲音就越真實。

??? 我們首先要知道：電腦中的聲音文件是用數字0和1來表示的。所以在電腦上錄音的本質就是把模擬聲音信號轉換成數字信號。反之，在播放時則是把數字信號還原成模擬聲音信號輸出。聲卡的位是指聲卡在采集和播放聲音文件時所使用數字聲音信號的二進制位數。聲卡的位客觀地反映了數字聲音信號對輸入聲音信號描述的準確程度。8位代表2的8次方——256，16位則代表2的16次方——64K。比較一下，一段相同的音樂信息，16位聲卡能把它分為64K個精度單位進行處理，而8位聲卡只能處理256個精度單位，造成了較大的信號損失，最終的采樣效果自然是無法相提并論的。

??? 如今市面上所有的主流產品都是16位的聲卡，而并非有些無知商家所鼓吹的64位乃至128位，他們將聲卡的復音概念與采樣位數概念混淆在了一起。如今功能最為強大的聲卡系列——Sound Blaster Live！采用的EMU10K1芯片雖然號稱可以達到32位，但是它只是建立在Direct Sound加速基礎上的一種多音頻流技術，其本質還是一塊16位的聲卡。應該說16位的采樣精度對于電腦多媒體音頻而言已經綽綽有余了。

2.采樣的頻率

??? 采樣頻率是指錄音設備在一秒鐘內對聲音信號的采樣次數，采樣頻率越高聲音的還原就越真實越自然。在當今的主流聲卡上，采樣頻率一般共分為22.05KHz、44.1KHz、48KHz三個等級，22.05只能達到FM廣播的聲音品質，44.1KHz則是理論上的CD音質界限，48KHz則更加精確一些。對于高于48KHz的采樣頻率人耳已無法辨別出來了，所以在電腦上沒有多少使用價值。

二、關于聲道數的概念

??? 聲卡所支持的聲道數也是技術發展的重要標志，從單聲道到最新的環繞立體聲，我們來仔細來探究一番。

1.單聲道

??? 單聲道是比較原始的聲音復制形式，早期的聲卡采用的比較普遍。當通過兩個揚聲器回放單聲道信息的時候，我們可以明顯感覺到聲音是從兩個音箱中間傳遞到我們耳朵里的。這種缺乏位置感的錄制方式用現在的眼光看自然是很落后的，但在聲卡剛剛起步時，已經是非常先進的技術了。

2.立體聲

??? 單聲道缺乏對聲音的位置定位，而立體聲技術則徹底改變了這一狀況。聲音在錄制過程中被分配到兩個獨立的聲道，從而達到了很好的聲音定位效果。這種技術在音樂欣賞中顯得尤為有用，聽眾可以清晰地分辨出各種樂器來自的方向，從而使音樂更富想象力，更加接近于臨場感受。立體聲技術廣泛運用于自Sound Blaster Pro以后的大量聲卡，成為了影響深遠的一個音頻標準。時至今日，立體聲依然是許多產品遵循的技術標準。

3.準立體聲

??? 準立體聲聲卡的基本概念就是：在錄制聲音的時候采用單聲道，而放音有時是立體聲，有時是單聲道。采用這種技術的聲卡也曾在市面上流行過一段時間，但現在已經銷聲匿跡了。

4.四聲道環繞

??? 人們的欲望是無止境的，立體聲雖然滿足了人們對左右聲道位置感體驗的要求，但是隨著技術的進一步發展，大家逐漸發現雙聲道已經越來越不能滿足我們的需求。在專題的第一部分筆者就提到過，PCI聲卡的大寬帶帶來了許多新的技術，其中發展最為神速的當數三維音效。三維音效的主旨是為人們帶來一個虛擬的聲音環境，通過特殊的HRTF技術營造一個趨于真實的聲場，從而獲得更好的游戲聽覺效果和聲場定位（后文會有詳細介紹）。而要達到好的效果，僅僅依靠兩個音箱是遠遠不夠的，所以立體聲技術在三維音效面前就顯得捉襟見肘了，新的四聲道環繞音頻技術則很好的解決了這一問題。

??? 四聲道環繞規定了4個發音點：前左、前右，后左、后右，聽眾則被包圍在這中間。同時還建議增加一個低音音箱，以加強對低頻信號的回放處理(這也就是如今4.1聲道音箱系統廣泛流行的原因)。就整體效果而言，四聲道系統可以為聽眾帶來來自多個不同方向的聲音環繞，可以獲得身臨各種不同環境的聽覺感受，給用戶以全新的體驗。如今四聲道技術已經廣泛融入于各類中高檔聲卡的設計中，成為未來發展的主流趨勢。

5.5.1聲道

??? 5.1聲道已廣泛運用于各類傳統影院和家庭影院中，一些比較知名的聲音錄制壓縮格式，譬如杜比AC-3（Dolby Digital）、DTS等都是以5.1聲音系統為技術藍本的。其實5.1聲音系統來源于4.1環繞，不同之處在于它增加了一個中置單元。這個中置單元負責傳送低于80Hz的聲音信號，在欣賞影片時有利于加強人聲，把對話集中在整個聲場的中部，以增加整體效果。相信每一個真正體驗過Dolby AC-3音效的朋友都會為5.1聲道所折服。

??? 大家千萬不要以為5.1已經是環繞立體聲的頂峰了，更強大的7.1系統已經躍躍欲試了。它在5.1的基礎上又增加了中左和中右兩個發音點，以求達到更加完美的境界。當然由于成本比較高，趨于流行還要假以時日，這里就不多介紹了。

三、三維音效概念談

??? 作為時下眾多聲卡追求的新興技術，下面我們就來仔細看看被炒得火熱的三維音效，究竟有哪些奧秘。

1.3D音頻API與HRTF的區別與關系

??? API是編程接口的含義，其中包含著許多關于聲音定位與處理的指令與規范。它的性能將直接影響三維音效的表現力。如今比較流行的API有Direct Sound 3D、A3D和EAX等。而HRTF是“頭部相關轉換函數”的英文縮寫，它也是實現三維音效比較重要的一個因素。簡單講，HRTF是一種音效定位算法，它的實際作用在于欺騙我們的耳朵。眼下有不少聲音芯片設計廠商和相關領域的研究部門參與這種算法的開發和設計工作。雖然原理大同小異，但由于在分析和研究過程中的手段稍有不同，所以各類HRTF算法之間也會有或多或少的性能差異。人們很容易將API與HRTF混淆起來，其實兩者有著本質的區別，也有相互的聯系。

??? 舉一個例子：A3D是時下最為流行的3D音頻API之一，眼下大部分主流PCI聲卡都表示支持A3D 1.0。但是有些用戶會反映，為什么我的這塊XXX聲卡號稱支持A3D，但實際效果卻為何不如朋友的那塊DIAMOND S90？原因就在于，S90采用Aureal自己的AU8820芯片，采用的HRTF算法自然也就來源于Aureal；而XXX聲卡沒有采用AU8820芯片，而采用了其他的HRTF算法，雖然也可以支持A3D的函數變化，但由于算法的先天不足并且需要經過函數轉化，在效果上自然就不能和S90相比了。因此眼下許多聲卡稱自己支持A3D、EAX和DS3D，這只能表明它支持這些規范與指令，究竟實際效果如何，還要取決于芯片所采用的HRTF算法。在選購聲卡前了解一下其芯片采用何種HRTF算法對于最終三維音效的實現能力是非常重要的。

2.主要的3D音頻PAI

??? (1)Direct Sound 3D——源自于Microsoft DirectX的老牌音頻API。對不能支持DS3D的聲卡，它的作用是一個需要占用CPU的三維音效HRTF算法，使這些早期產品擁有處理三維音效的能力。但是從實際效果和執行效率看都不能令人滿意。所以，此后推出的聲卡都擁有了一個所謂的“硬件支持DS3D”能力。DS3D在這類聲卡上就成為了API接口，其實際聽覺效果則要看聲卡自身采用的HRTF算法能力的強弱。

??? (2)A3D——美國Aureal公司所開發，分為1.0和2.0。1.0版包括A3D Surround和A3D Interactive兩大應用領域，特別強調在立體聲硬件環境下就可以得到真實的聲場模擬。2.0則是在1.0基礎上加入了聲波追蹤技術，進一步加強了性能，它是當今定位效果最好的3D音頻技術。

??? (3)EAX——是CREATIVE的新招牌，意為“環境音效擴展集”。EAX是建立在DS3D上的，只是在后者的基礎上增加了幾種獨有的聲音效果指令。EAX特點是著重對各種聲音在不同環境條件下變化和表現進行渲染，對聲音的定位能力不如A3D，所以EAX建議用戶配備4聲道環繞音箱系統。

3、主要的HRTF算法。

??? 諸如Aureal和Creative這樣的大公司，他們既能夠開發出強大指令集規范，同時也可以開發出先進的HRTF算法并集成在自己的芯片中。下面給大家介紹的CRL和QSound則是主要出售和開發HRTF算法的，自己并不推出指令集。

??? CRL開發的HRTF算法叫做Sensaura，支持包括A3D 1.0和EAX、DS3D在內的大部分主流3D音頻API。并且此技術已經廣泛運用于ESS、YAMAHA和CMI的聲卡芯片上，從而成為了影響比較大的一種技術，從實際試聽效果來看也的確不錯。而QSound開發的Q3D可以提供一個與EAX相仿的環境模擬功能，但效果還比較單一，與Sensaura大而全的性能指標相比稍遜一籌。

四、關于MIDI

??? MIDI是電腦音樂的代名詞，問世于80年代初。MIDI究竟是什么？下面讓我們來共同探究。

1.MIDI的概念

??? MIDI是Musical Instrument Digital Interface的簡稱，意為音樂設備數字接口。它是一種電子樂器之間以及電子樂器與電腦之間的統一交流協議。我們可以從廣義上將為理解為電子合成器、電腦音樂的統稱，包括協議、設備等等相關的含義。

2.MIDI文件的本質

??? 眼下在一些游戲軟件和娛樂軟件中我們經?？梢园l現很多以MID、RMI為擴展名的音樂文件，這些就是在電腦上最為常用的MIDI格式。MIDI文件是一種描述性的“音樂語言”，它將所要演奏的樂曲信息用字節表述下來。譬如“在某一時刻，使用什么樂器，以什么音符開始，以什么音調結束，加以什么伴奏”等等，所以MIDI文件非常小巧。

3.FM合成

??? 既然MIDI文件只是一種對樂曲的描述，本身不包含任何可供回放的聲音信息，那么一首首動聽的電腦音樂又是如何被我們的聲卡播放出來的哪？這就要通過形式多樣的合成手段了。早先的ISA聲卡普遍使用的是FM合成，既“頻率調變”。它運用聲音振蕩的原理對MIDI進行合成處理。但由于技術本身的局限，加上這類聲卡采用的大多數為廉價的YAMAHA OPL系列芯片，效果自然不好。

4.波表合成

??? 波表的英文名稱為“WAVE TABLE”，從字面翻譯就是“波形表格”的意思。其實它是將各種真實樂器所能發出的所有聲音（包括各個音域、聲調）錄制下來，存貯為一個波表文件。播放時，根據MIDI文件紀錄的樂曲信息向波表發出指令，從“表格”中逐一找出對應的聲音信息，經過合成、加工后回放出來。由于它采用的是真實樂器的采樣，所以效果自然要好于FM。一般波表的樂器聲音信息都以44.1KHz、16Bit的精度錄制，以達到最真實回放效果。理論上，波表容量越大合成效果越好。

5.復音數的含義

??? 在各類聲卡的命名中，我們經常會發現諸如64、128之類的數字。有些用戶乃至商家將它們誤認為是64位、128位聲卡。其實就現在的技術發展狀況而言，聲卡更本沒有發展到，也沒有必要發展到如此高的數據處理通道，64、128代表的只是此卡在MIDI合成時可以達到的最大復音數。所謂“復音”是指MIDI樂曲在一秒鐘內發出的最大聲音數目。波表支持的復音值如果太小，一些比較復雜的MIDI樂曲在合成時就會出現某些聲部被丟失的情況，直接影響到播放效果。好在如今的波表聲卡大多提供64以上的復音值，而多數MIDI的復音數都沒有超過32，所以音色丟失的現象不會發生。
另外需要注意的是“硬件支持復音”和“軟件支持復音”之間的區別。所謂“硬件支持復音”是指其所有的復音數都由聲卡芯片所生成，而“軟件支持復音”則是在“硬件復音”的基礎上以軟件合成的方法，加大復音數，但這是需要CPU來帶動的。眼下主流聲卡所支持的最大硬件復音為64，而軟件復音則可高達1024，令人炸舌吧！

6.DLS技術的作用

??? PCI聲卡的問世和普及帶來了波表合成的一次小小“革命”，其關鍵在于DLS技術的運用。DLS全稱為“Down Loadable Sample”，意為：可供下載的采樣音色庫”。其原理與軟波表頗有異曲同工之處，也是將音色庫存貯在硬盤中，待播放時調入系統內存。但不同點在于運用DLS技術后，合成MIDI時并不利用CPU來運算，而依靠聲卡自己的音頻處理芯片進行合成。其中原因在于PCI聲卡的數據寬帶達到133Mb/秒，大大加寬了系統內存與聲卡之間的傳輸通道。從而既免去了傳統ISA波表聲卡所要配備的音色庫內存，又大大降低了播放MIDI時的CPU占用率。而且這種波表庫可以隨時更新，并利用DLS音色編輯軟件進行修改，這都是傳統波表所無法比擬的優勢。（未完待續）