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1、第第6章章 声卡和音箱声卡和音箱6.1 声声 卡卡6.2 音音 箱箱习题六习题六第第6章章 声卡和音箱声卡和音箱6.1 声声 卡卡6.2 音音 箱箱习题六习题六声卡是处理各种类型数字化声音信息的硬件，多以插件的形式安装在微机的扩展槽上，有的也与主板做在一起，如图6.1.1所示。在1991年提出的MPC规格中，声卡正式成为计算机的标准配件，发展到今天，声卡已经集声音采集、编辑、语音识别、网络电话等功能于一身。电脑上的声卡能够使电脑发出声音，声音质量的好坏和声卡的品质是分不开的。声卡还可以接麦克风使电脑成为一台录音机。6.1 声 卡图6.1.1 声卡6.1.1 声卡的结构声卡的结构一般的声卡都是由
2、声音控制/处理芯片、功率放大器、声音输入/输出端口等几部分组成。虽然声卡有插卡式和主板集成之分，但它们的作用是完全一样的。1声音控制/处理芯片声音控制/处理芯片直接关系到声卡的性能，声音控制/处理芯片是声卡的重要部分，是衡量声卡的性能和档次的重要标志，如图6.1.2所示。市场上常见的声音控制/处理芯片有YMF，SB，OPTI等。图6.1.2 声音控制/处理芯片2功率放大器功率放大器将声音处理芯片处理后的信号放大，让喇叭发出声音，音质效果一般。3MIDI端口MIDI端口的作用就是连接电子乐器和游戏控制器。由于电子琴键盘等设备的流行，MIDI接口经常用来连接电子琴。声卡上的MIDI乐器接口可以将电
3、子合成乐器连接起来，实现在电脑上进行MIDI音乐信号的传输和编辑。游戏摇杆和MIDI共用一个接口，可以运用游戏摇杆在电脑上玩模拟飞行类等模拟游戏。4CD音频接口声卡的上部都有专供连接光驱上CD音频输出线的接口，是一个3针或4针的小插座，这样播放CD音轨的光盘音乐可直接由声卡的输出端（Speaker Out）放出。5声音输入声音输入/输出端口输出端口声音输入/输出端口起的作用就是音频信号的输入和输出。它主要有外接端口和内接端口，外接端口基本上有“Speaker Out”喇叭输出、“Line Out”线性输出、“Line in”线性输入、“MIC in”麦克风输入，一般的喇叭输出经过声卡上功放芯片
4、的简单处理，声音比较大，适合于无源音箱的连接。不过由于声卡上的功放芯片比较简单，声音效果通常都比较差，对于有源音箱一般都是用线性输出相连接，不过也有声卡综合了喇叭和线性输出，线性输入和麦克风输入只适用于录音，如果想将磁带或者其他媒介上的声音信号保存到电脑硬盘，线性输入是很好的选择，录制个人声音可采用麦克风输入。声卡的端口如图6.1.3所示。图6.1.3 声卡的端口6.1.2 声卡的分类声卡的分类声卡可以根据接口形式的不同，划分为板卡式声卡、主板集成式声卡以及外置式声卡3种类型，下面来简单介绍这3类产品。（1）板卡式声卡。板卡式声卡是市场上的中坚力量，其产品也有中、高、低档之分，早期ISA接口的
5、声卡，由于带宽较低、系统资源占用过多等缺点在市场上已很难见到。目前板卡式声卡大都采用PCI接口，该接口可以给声卡提供更高的带宽和更好的兼容性，而且采用PCI接口的声卡安装更为方便，工作更为稳定。板卡式声卡的音质较好，其整体的性能和功能都比集成声卡高得多，主要占据着声卡的中高端市场。（2）主板集成式声卡。集成式声卡是主板的附加功能，是由主板厂商将声卡的声音处理芯片集成在主板上形成的产品。集成式声卡和板卡式声卡相比，具有成本低、兼容性好等优点。但是集成式声卡在音质和功能上比板卡式声卡差得多，在工作时会占用一部分系统资源，而且这种声卡的芯片是由主板厂商决定的，用户的选择范围较小。集成式声卡还分为集成
6、软声卡和集成硬声卡。现在市场上主板集成的声卡都是集成软声卡，这种声卡只集成了Audio Codec芯片，省去了Digital Control芯片，Digital Control芯片的工作由CPU承担，在工作时对CPU的占有率相应较高，不过成本相当低。目前使用较多的软声卡芯片有ALC201A，ALC650，AD188X，CMI9738及 CMI8738等。集成硬声卡具有完整的Digital Control和Audio Codec芯片，相当于将声卡集成到主板上。尽管集成硬声卡对CPU的占有率较低，但是它还是省去了一些处理电路，致使输出信噪比普遍较低，三维音效的定位能力显得不够。目前使用较多的集成硬
7、声卡芯片有CMI8738/4CH-SX、创新CT-5880等。对于考虑价格因素以及对音质要求不高的用户来说，集成式声卡是较好的选择。（3）外置式声卡。外置式声卡通过USB接口与电脑相连，这使声卡在使用上有了更大的灵活性，可以方便移动，它主要是针对笔记本电脑用户。由于其成本因素，对于一般用户来说，使用外置式声卡意义并不是很大。如图6.1.4所示为外置式声卡。图6.1.4 外置式声卡综上所述，集成式声卡由于具有价格低廉、技术成熟等优点，在中、低端市场占据了较大的市场份额，随着电子集成技术的进步，集成式声卡在中低端市场的前景被众多的生产厂商所看好。PCI声卡在设计布线等方面具有优势，且更适于音质的发
8、挥，在功能上也相对齐全，适合音乐爱好者和游戏爱好者，PCI声卡在这个中高端市场上占据着几乎全部的市场份额；由于外置式声卡应用范围较为局限，而且它的成本也较高，其发展趋势并不是很明显。6.1.3 声卡的性能指标声卡的性能指标声卡的性能指标是衡量声卡性能好坏的标准。它主要包括采样位数、采样频率、合成技术、频率响应、环绕音效扩展以及声道数等。（1）采样位数：即采样值或者取样值，是衡量声音波动变化的一个参数，也就是声卡的分辨率。它的数值越大，分辨率越高，所发出声音的能力也就越强。采样位数是指声卡在采集和播放声音文件时所使用数字声音信号的二进制位数，声卡的位数客观地反映了数字声音信号对输入声音信号描述的
9、准确程度。（2）采样频率：采样频率是指计算机每秒钟采集多少个声音样本，是描述声音文件的音质、音调，衡量声卡、声音文件的质量标准。采样频率越高，获得的声音文件质量就越好，占用的空间也就越大。采样频率的单位为Hz。（3）合成技术：声卡中的合成技术包括两种类型，即FM合成技术和波表合成技术。FM合成技术是用计算的方法把乐器的真实声音表现出来，它不需要很大的存储容量就能模拟出多种声音来，结构简单，成本低，但它的模仿能力很差。波表合成技术是将各种真实乐器所能发出的所有声音录制下来，存储在一个波表文件中。播放时，根据MIDI文件记录的乐曲信息向波表发出指令，从波表库逐一找出对应的声音信息，经过合成、加工后
10、回放出来。（4）频率响应：频率响应是对声卡的DAC转换器频率响应能力的评价指标。由于人耳对声音的接受范围大致是20 Hz20 kHz，因此，要求声卡在这一区间内使音频信号保持“直线式”的响应效果，凸起或下滑都是失真的反映。（5）环绕音效扩展集EAX：EAX是“Environmental Audio Extension”的英文缩写，即环绕音效扩展集。它是创新公司开发的一套公开的、基于DS3D的扩展应用程序接口。EAX 1.0标准在DS3D的基础上提供了混响效果；EAX 2.0又加入了声波穿越障碍物、声波的衍射现象等高级环境音效；EAX 3.0则提供了更为强大的开发工具并公开了环境的全部参数，使开
11、发和创建特别音效更为容易和直观。（6）声道数：声卡支持的声道数也是重要的性能技术指标。目前声卡芯片有双声道、四声道、五声道以及六声道4种。多声道环绕规定了多个发音点，听众被包围在这些发音点中间。同时还增建了一个低音音箱，以加强对低频信号的回放处理。声道数越多，声音的定位效果就越好，可以获得各种不同环境的听觉感受。6.1.4 声卡的选购声卡的选购声卡的选购很重要，应该注意以下几点：（1）声卡的做工。做工对声卡的性能影响很大，因为模拟信号对于干扰相当敏感。选购时要注意看清声卡上的芯片、电容的牌子和型号，同类产品的性能指标要进行对比。（2）按需要选购。现在声卡市场的产品很多，不同品牌的声卡在性能和价
12、格上差异也十分巨大，所以一定要在购买前考虑好自己的需求。一般来说，如果只是普通的应用，如听听CD、玩玩游戏等，所有的声卡都能够胜任；如果是用来玩大型的3D游戏，就一定要选购带3D音效功能的声卡。不过这类声卡也有高中低档之分，用户可以根据实际情况来考虑。如果对声卡的要求较高，就需要准备充足的预算，购买音质纯净的高端娱乐级声卡或者准专业级声卡。（3）了解声卡使用的音效芯片。声卡的芯片和显卡的芯片一样，在决定一块声卡性能的因素中，音频处理芯片起着决定性的作用。（4）注意兼容性。声卡与其他配件发生冲突的现象较为常见，不只是非主流声卡，名牌大厂的声卡也有这种情况发生，例如一起使用VIA芯片组的主板和SB
13、 Live！系列声卡或采用Aureal音效芯片的声卡容易发生冲突。另外，某些小厂商可能不具备独立开发声卡驱动程序的能力，或者在驱动程序更新上缓慢，或者部分型号声卡已经停产，因此开发和更新声卡的驱动成为一个大问题，随着Windows系统的升级，这些声卡很可能会因缺少驱动而无法使用。音箱是多媒体电脑的必备外设，它与电脑一起构成了多媒体音响系统。多媒体音箱也随着家用电脑的普及而发展起来，而且它的产品体系也越来越完整。6.2 音 箱6.2.1 音箱的组成音箱的组成通常情况下，音箱都是成对使用，其中分为主音箱与副音箱，在主音箱上有开关、各种调节钮以及指示灯等。音箱是由箱体、电源、功率放大器和扬声器等几个
14、部分组成，如图6.2.1所示。图6.2.1 音箱外观1箱体常见的电脑多媒体音箱主要为塑质音箱或木质音箱。塑质音箱的音质一般，价格比较便宜，只可以满足电脑音效的基本要求。木质音箱相对于塑质音箱来说是高档一点的音箱，它采用木质复合的中高密度板，厚度在10 mm以上。由于材料比较好，再配上优质的扬声器和功率放大器，可以提供较好的音质。2电源电脑多媒体音箱的内部电路一般采用低电压电路，所以需要一个将高电压转换为低电压的变压器，然后用2个或4个二极管将交流电转换为直流电，最后用大小电容对电压进行滤波从而使输出电压趋于平缓。3功率放大器功率放大器主要由前级运放与后级功放两部分组成。前级运放的功能是增大电压
15、，为功率放大做准备，预先将输入信号的电压幅度放大到功率放大要求的最小值以上，除了对频率范围和失真度要求外，更重要的就是对放大倍数的要求。4扬声器通常的木质音箱和较好的塑质音箱都采用二分频技术，即由高、中音两个扬声器来实现整个频率范围内的声音回放，而一些被用来实现环绕功能的塑质音箱所采用的是全频带扬声器，就是用一个喇叭来实现整个音域内的声音回放。6.2.2 音箱的分类音箱的分类从材料方面来说，音箱可以分为两类，即木质音箱和塑料音箱。一般来说，塑料音箱容易做成各种漂亮的形状，但整体强度较小，容易产生影响音质的谐振；而密度板和木材则是音箱制作的优质材料，虽然造型比较古板，但却能提供优美的音质。对于同
16、一种材料的音箱而言，音箱壁越厚，有害谐振就越少，更容易实现出色的音响效果。从箱体设计方面来说，音箱通常分为敞开式、封闭式和倒相式3种。敞开式音箱已经被淘汰，在市场上很少见到。封闭式音箱在封闭的箱体内安装扬声器，将箱体内部与外部的声波完全隔绝起来，将内部的声波封闭在箱体内部是为了减少箱体内驻波对扬声器振动的干扰。在封闭式音箱内部一般都放有阻尼材料，用来吸收音箱内部的声波及降低空气分子传播声音的速度。倒相式音箱在音箱的箱板上有多个倒相孔，以使箱体内外的空气畅通，这种音箱是目前市场的主流。6.2.3 音箱的性能指标音箱的性能指标音箱的技术参数虽然不能完全说明音箱的性能，但通过它可以了解音箱的基本情况
17、。以下介绍几种重要的性能指标。（1）功率：它决定了音箱所能发出的最大声音强度。目前音箱功率的标注方式有两种：额定功率和峰值功率。额定功率是指能够长时间正常工作的功率值；而峰值功率则是指在瞬间能达到的最大功率值，一般在音箱的介绍上，两种参数都标识出来，这时应关注的是额定功率。一般就根据房间的大小来选购，如20 m2的房间，30 W功率的音箱就足够了。（2）频率响应：频率响应是指音箱产生的声压和相位与频率的相关联系变化，单位是分贝（dB）。分贝值越小则失真越小，性能越好。（3）频率范围：频率范围是指音箱最低有效回放频率与最高有效回放频率之间的范围，单位是赫兹（Hz），人的听觉范围是20 Hz20
18、kHz。对于多媒体音箱而言，由于受到箱体及使用成本的限制，频率范围也受到了影响，高频部分可达180 Hz20 kHz以上，而低频则受到扬声器尺寸的影响，下限不可能达到20 Hz，一般在5070 Hz。（4）失真率：失真率是十分重要的一个指标，一般用百分数表示，它直接影响到音质音色的还原程度，为了改善音质，失真度最好保持在3%5%之间。（5）信噪比：音箱的信噪比也是一个非常重要的指标，信噪比过低，噪音大，会严重影响音质。一般来说，音箱的信噪比不能低于80 dB，低音炮的信噪比不能低于70 dB。高信噪比有利于多媒体音箱重放的声音清晰、干净、富于层次感，同时，也在很大程度上决定了多媒体音箱的动态范
19、围。6.2.4 音箱的选购音箱的选购下面详细介绍如何来选购一款合适的音箱以及在选购时应该注意到的一些问题。1功率的选择音箱功率决定了音箱的震撼力，功率越大其效果也会越好，但是功率和音箱的价格也是密切相关的，功率越大价格越高。在选购时应根据音箱使用空间的大小来决定音箱功率的大小。一般在2030 m2房间中使用50 W的音箱就完全可以满足视听的需要。2箱体设计的选择对于多媒体音箱箱体设计的选择，应从个人爱好考虑。倒相式音箱功率承受能力较强，低频重放能力较好，适用于各种场合，而密闭箱反应迅速，低频清晰，是欣赏古典乐曲的首选，室内的音乐效果表现要好。3音箱用料木制箱体的音箱要比塑料音箱的音质好得多，建
20、议在选购时选择木制音箱，不过木制音箱的价格往往要贵一些。在选购时，还要对音箱用料仔细观察，木制音箱的高密度木板应该足够厚，塑料音箱所使用的塑料硬度要够，最好用手捏一捏，看外壳是否会有微小变形，如果产生变形最好不要选择。4技术参数音箱的技术参数直接反映着音箱的音质和音效的好坏，在选购时应特别注意。频率范围越宽，声音就越好听，频率响应越小，失真越小，性能越高，一般的音箱都在+/-3 dB。失真度的值越小越好，要选择失真度小于5%的产品。信噪比的值越大越好，最好选择其值大于80 dB的音箱。5功能选择如果用户对音质的要求比较高，在选购时应选择多功能的产品。音箱所能支持的声音国际标准、音箱声道数目、硬件3D音效技术、有源机电伺服技术和BBE都应在考虑范围之内。一、填空题一、填空题1声卡根据接口形式的不同，划分为_、_和_三种。2采样频率越高，获得的声音文件质量就越好，占用的空间也就越_。采样频率的单位为_。习 题 六3常见的电脑多媒体音箱主要为_音箱或_音箱。4从箱体设计方面来说，音箱通常分为_、_以及_3种。5一般来说，音箱的信噪比不能低于_，低音炮的信噪比不能低于_。二、简答题二、简答题1简述声卡的结构。2目前声卡主要分为哪几种接口？3如何选购声卡？4音箱主要由哪几个部分组成？5衡量音箱的性能指标是什么？