神奇的硬件：声卡是怎么工作的？？

yinpin

1 B" \, h! T& S) O- i4 y4 h$ W8 e6 C, V. J简介：
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声卡产生的声音让你可以知道新的E-mail来了；而在声卡出现之前，PC被限制为只能靠在主板上微小的扬声器发出“beeps”的声音。 从90年代开始，声卡出现在多媒体电脑上，并且指引计算机进入到全新的游戏时代。


3 A' y5 x( ~; v' W/ [5 X1989年，Cre Labs（创新实验室，位于新加坡）发布了 Creative Labs SoundBlaster Card(创新声霸卡）；从该时候起，很多公司也陆续发布了声卡，而Creative则继续改进SoundBlaster 的产品线。


在该版本“神奇的硬件：声卡是怎么工作的？”文章里，你将可以知道声卡工作的原理，并且能够认识到很多关于音频方面的技术，还可以知道FM和wavetable（波表）合成究竟是什么意思。

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剖析声卡的结构
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典型的声卡由以下的组件组成：
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0 l( i) ~. P, V% a: a$ a9 v•
6 p" @. g. h& i6 R' B. z/ }& P一个数字信号处理器(DSP)，负责大部分的运算

% }" t7 W- k9 F•
9 c3 Y/ e: n3 B* @7 G一个数模转换器(DAC)，负责把音频输出电脑
* p# l, T* f1 V$ O
•
/ B, f/ P$ q. u5 I" F9 m9 L一个模数转换器(ADC)，负责把音频输入电脑
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•
只读存储器(ROM)或者Flash 存储器，用于储存数据
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•
音乐设备数字接口(MIDI)，用于连接外部的音频设备（对于大部分声卡而言，游戏端口也可以用于连接外部的MIDI适配器）
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•
( K: V) P  K4 W3 D+ ~- w4 i用于连接扬声器和麦克风的插口，还有线性输入(line in )和线性输出(line out)
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! E+ g( \5 X! g5 a+ G: M 目前流行的声卡通常被插到周边组件互连(PCI)插槽上，而比较旧或者廉价的声卡则使用工业标准架构（ISA)总线 。今天很多电脑都把声卡作为芯片整合到了主板上面，这样就释放出了插槽用于其它的组件。SoundBlaster Pro 实际上是声卡的标准，事实上今天市场上出售的所有声卡都完全兼容SoundBlaster Pro 。
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现在很多不同制造商生产的不同品牌声卡都使用了相同的芯片，而最基本的芯片都来自第三方的销售商；为了使产品区分开来，声卡制造商会对其加入不同的功能，还有捆绑各样不同的软件。


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声卡可以连接的设备：

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•
耳机
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# R( ~6 x, n* y5 ~2 Y3 l9 r) J$ v: z•
扩音机/扬声器



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3 z  L+ r5 N# C: u# u•
模拟的输入源

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麦克风

■
收音机
% }1 l: \0 }9 k$ _1 T4 x( D
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卡带机

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8 O# i) z' @% a% u+ g( NCD 播放器

0 ]+ I: g6 E2 t* s% j6 u" r  O
4 U: G3 E7 u6 A2 T) A•
数字输入源
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7 t6 J/ v% W; ]9 Z' I9 x. k
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9 G0 f: g! |1 \& O/ b  g数字 录音磁带(DAT)
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6 Y0 A4 W2 d, ~1 S, b■
1 B# Z( s0 o, ?/ d- y# _CD-ROM 驱动器


•
6 E8 l: W$ g; E1 J! g0 M模拟输出设备 - 卡带机


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•
. [4 H9 P% t' m* l数字输出设备

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1 c( L: w9 V+ v- Q& Z- Q: U■
1 D* b0 \- ^! X. ]% j- h数字 录音磁带(DAT)
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0 o0 g; s6 }9 ^  P" n' u■
CD-R

+ Y( H, {4 f0 ]( g9 V8 X

$ w$ d9 n' \, I' F8 @3 F6 E) }# r# s 一些目前最高端的声卡已经可以支持5-6个扬声器和支持数字接口。对于高保真音频的爱好者，现在还有新一代的数字声卡。数字声卡对于需要数字处理 的应用来说非常实用，例如CD-R和DAT。该类型声卡可以一直保持数字的信号，而不经过任何的数模转换，因此可以有效地减少“代损失”。数字声卡规定了数字声音的输出和输入，因此你可以从DAT，DVD或者CD直接 读取数据并存储在硬盘上。
* l" C- k; q, u: b2 _
4 I. n1 g$ q8 _4 B5 i4 E# V( v, i


& O3 Y6 R- G+ c# `& ]迷人的波表


) W4 v9 W  k. l- L* e9 p/ S9 }0 q   
% X1 n8 ^3 i, }) ^! p4 }7 @; Z
6 A) c1 ^3 _3 ]* n" L+ S通常，声卡能够完成四件事情：

•
2 |0 X8 V, _' b  _0 L( ~" y8 ?& a播放预先录制好的音乐（从CD或者声音文件，例如WAV 或者MP3)，游戏或者DVD
/ `+ p( L3 T& S- Y9 i) F
•
以广泛的媒体格式从外部的音源（麦克风或者卡带播放器）记录音频

•
合成声音
( V! p. S; O' f, D, g
•
处理现成的声音

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/ J8 g8 [# v" n3 _+ N+ z+ LDAC和ADC提供了方法处理声卡音频的输入和输出，而DSP则检查整个过程。DSP还可以捕获声音的任何变化，例如回音或者反射 ；此外因为DSP主要集中音频的处理，电脑的主处理器可以空闲出来做其它的任务。
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0 J+ G- v$ Q6 }/ @早期的声卡使用FM合成来产生声音；FM合成以不同的频率来捕获音调，然后把它们合成为接近的声音，例如喇叭产生的号声。FM技术已经相当的成熟，但说到声音的真实来说，它比不上波表合成。波表合成通过对真实的音乐设备 产生的声音进行采样，该样本接着会以非常高的精确度进行循环的播放和重新产生声音。波表合成事实上已经成为大部分声音的标准，但一些廉价品牌的声卡仍旧还在使用FM合成。其中还有些声卡提供不同的类型。  

   
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很多成熟的声卡还提供对MIDI设备的支持；你可以使用音乐程序，把MIDI设备的音乐设备连接在声卡上，这样在你播放的过程中可以在电脑屏幕上看见音乐乐谱的变化。


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声音的产生   
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- m- X% X# H' z& O3 H现在我们假设你正在使用麦克风，并且声音输出在扬声器上。声卡通过麦克风（数据输入）以WAV的格式创建声音文件，转换数据成为文件，并记录在硬盘上的过程如下：
( S. \+ l2 ^/ y; r, g4 O- V; ]
$ c. e( E9 {% K2 J1.
8 t8 \7 ?% a# m) J% B声卡从麦克风插孔接收连续、模拟的波型信号输入，该模拟信号具有不同的频率和振幅


$ b! k4 ?7 v: o/ e) E
' l# R  E0 E% b& ~3 n; C. {$ H
. P  w& }3 x4 @! ~7 ]2.
电脑的软件选择那些有用输入的信号，这主要根据是否麦克风输入的声音是否是需要的
! p6 W0 N3 N, B9 F% N& g/ H



3.
  ]. G7 S( w' z! R8 P6 b8 @* T2 A" U混合过程，模拟波形的信号通过模数转换器(ADC)芯片进行实时的处理，以1和0的形式把信号记录起来--产生二进制（数字）的输出
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( M, G) Y; X; \, J/ B; y; h7 A
7 H  A7 g: x% M; [( e% ~

4.
* k7 r2 o$ m. `/ ]; r" Y, t从ADC产生的数字输出流进DSP，DSP通过存储在声卡其它芯片上的指令对其进行再编程；DSP的功能之一是对现有的数字数据进行压缩，以节省空间。在该任务的进行过程中，DSP可以允许电脑的主处理器执行其它的任务。

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% o. D* n  o" a6 b5.
DSP输出的数据通过声卡的连接被输送到电脑的数据总线（或者从声音芯片到主板的数据总线之间流动： 这主要是集成声卡）。

( ?. M1 a5 {& c9 _* y

- @- w7 b; F+ [1 I) S5 U
6.
4 l6 [& z% c0 D6 c数字数据被电脑的主处理器进行处理，然后发送到硬盘控制器，接着它以WAV文件的形式记录在硬盘上。
0 P- k/ o* A* f( B


+ a5 g$ N* W  F9 J' m5 b 在听已经预先记录好的WAV文件时，该处理过程只是简单的反转：

- L4 z: g2 p7 b8 E: \9 X
! h1 S( Q6 h( N5 H1.
数字数据从硬盘读取出来，然后通过中心处理器(CPU)的处理
! H  }8 G+ {8 A! O$ w# T
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% Y, m# z3 o  D" k% E+ Z
: o# l1 i; F, a% r3 u2.
/ Q4 P& I% E1 m3 ~CPU把数据发送到声卡的DSP
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, k' y/ T& }9 y" Q


. K: F; C% l3 K( K! M4 ?& |3.
" W0 w& j& p; {  [0 n  ^DSP解压缩数字数据

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4.
- c+ ]5 `7 i, Z( g+ L1 L( k/ W% z从DSP解压缩的数字数据流被数模转换器(DAC)进行实时的处理，通过耳机或者扬声器产生模拟的信号。

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声卡的升级
% p. E1 h7 {( _/ B" I( |( u
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如果主板没有集成声卡或者你想获得更高的性能（音频质量），你可以对声卡进行升级；最普通的升级途径是把ISA声卡转换为PCI声卡。大体来说，你可以根据应用来决定自己是否需要新的声卡；对于某些音频应用程序，例如电话或者某些游戏，你需要全双工的声卡。全双工的声卡有能力在提供声音输出的同时接受声音的输入。

4 ?- o$ o4 k& z) N. }
- Z) d9 |4 y+ s) ~, M在Windows环境中，你可以通过使用两个录音器来测试声卡是否具有全双工的能力，其中你可以按照以下的步骤进行测试：
# [" ?/ [/ \5 R$ I  ]1 ~
2 n- }" l; E( P9 f: G1.
* u$ K4 v" ^( o# g, S开始菜单

5 m1 N' }! k5 [1 J1 ^. b/ }; I$ V2.
+ h( Y) o# k+ [9 ?1 {* f3 ?5 j& P程序

3.
附件

* J* ^' k8 b/ k9 t4.
) J5 x" {2 P! i. ]娱乐
4 J3 P6 ^4 L6 h! Z  `  h' m2 G
# n3 p7 O; V! P- _# J  g
5.
, d% u, Y. O5 ]. ~. M$ _; q- `录音机
" y- @' G' P9 A' x  u
- _! \5 N: S3 H4 f
& \$ R2 [2 b% T2 v
重复上面的步骤，同时运行两个录音器。你可以在一个Windows录音机播放音乐文件，而使用另外一个录音机进行录音；如果能够同时运行，那么你的声卡就是全双工的声卡，反之则不是。
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shure

新年快乐！