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1、第6章 声卡、音箱和网卡,知识点： 声卡的的工作原理 常见板载和独立声卡芯片 音箱的分类和工作原理 网卡的分类和工作原理 本章导读： 声卡、音箱和网卡是多媒体计算机的重要组成部份。虽然不像CPU、主板、内存和硬盘那样必需，但缺少了它们计算机系统将会是又聋又哑，也没有办法从Internet共享信息，拥有它们则使计算机应用会变得更加丰富多彩。本章简单介绍计算机系统中重要的输出设备声卡和音箱，以及用于连接计算机网络的网卡。,第6章 声卡、音箱和网卡,6.1 声卡的基本工作原理,声卡是多媒体计算机的重要组成部分，声卡工作原理的实质就是进行模拟信号（主要形式是声波）与数字信号之间的相互转换。这种转换是双

2、向的，所以从结构上声卡基本可分为模数转换电路（analog to digital converter，简称ADC）和数模转换电路（digital to analog converter，简称DAC）两个部份。 其基本功能是把来自麦克风、磁带、光盘的原始声音信号转换为数字信号交由计算机处理，然后再输出到音箱、耳机、录音机等设备，或通过音乐设备数字接口（MIDI）控制乐器工作。,6.1 声卡的基本工作原理,图6-1 声卡外观,6.1 声卡的基本工作原理,1984年，英国Adlib Audio公司推出了一款叫做“魔奇声卡”的产品，使个人计算机（PC）第一次拥有了基本的发声能力。,图6-2 魔奇声卡,

3、6.1 声卡的基本工作原理,世界上第一款声卡是由新加坡创新（Creative）公司创办者沈望傅先生发明的Sound Blaster声卡，中文译称声霸卡，是一个具有划时代意义的产品。Sound Blaster声卡拥有8 bit的采样大小和单声道模拟输出能力，并第一次具有了数字信号处理（DSP）能力。,6.1 声卡的基本工作原理,图6-3 Creative Sound Blaster系列声卡,6.1 声卡的基本工作原理,当人们评价一款声卡产品的好坏时，常常会提到以下这些指标和特性。 1采样频率 采样频率是指声卡在进行模数转换（ADC）或数模转换（DAC）时一秒内对声音信号的采样次数，采样频率越高，

4、所记录或回放的声音波形就越接近于原始波形，还原出的声音也就越真实，但采样产生的数据量也越大，要求的存储空间也越多。标准采样频率有三种：11.025KHz（语音）、22.05KHz（音乐）、44.1KHz（高保真）。,6.1 声卡的基本工作原理,2采样位数 采样位数是声卡在一定的采样频率下存储全部采样样本所需的最大存储器位数。采样频率越高，每秒内采样的样本值就越多，所需存储器的位数就越多。目前大部分主流声卡的采样位数都是16位以上，某些高端型号能达到24 bit。,6.1 声卡的基本工作原理,3复音（polyphone）数量 复音数量衡量声卡MIDI合成处理能力的一个重要指标。复音数量就是MID

5、I合成设备在同一个时间内，能够同时处理的乐器数量。复音数量越多，表示MIDI设备的处理能力越强，处理复杂的MIDI音乐也更加自如，可以听到的声部越多、越细腻。目前常见声卡的硬件复音数量一般都是64个。,6.1 声卡的基本工作原理,4声道（sound channel）数 声卡所能支持的声道数也是衡量声卡档次的重要指标，声道数从单声道、立体声、准立体声、四声道环绕、5.1声道到最新的7.1声道。目前支持5.1声道或7.1声道是市场上主流声卡的基本功能。这里的“1”指得是低音炮的数量为1个。,6.1 声卡的基本工作原理,5信噪比 信噪比，即signal to noise ratio，缩写为SNR或S

6、/N，又称为讯噪比。是判断声卡噪声控制能力的一个重要指标，是回放时最大保真信号的功率和电子噪声信号的功率的比值，表示单位为分贝（dB）。 信噪比越大，说明混在信号里的噪声越小，声音回放的音质量越高。,6.1 声卡的基本工作原理,6波表合成方式和波表库容量 早期的ISA高档声卡采用硬波表合成方式，而中低端声卡采用软波表合成方式。目前现在的PCI声卡都大量采用更加先进的DSL波表合成技术。 DSL全称为down landable sample，意思是可下载音色样本库。,6.1 声卡的基本工作原理,73D音效API 3D音效是利用了心理声学和耳朵与大脑对声音方向的感觉，尽力模仿提示性的声学特性，如：

7、交互听觉时间差、交互听觉强度差和羽状滤波，人的大脑就会自然地被“欺骗”，并按照预先的设定在3D环境中去定位这个虚拟音源的位置，而不是关注与音箱本身的位置了。 目前能够真实模拟3D定位音频的3D音效API主要有Aureal A3D、Creative EAX和Microsoft DirectSound 3D。,6.1 声卡的基本工作原理,8其他指标和音频处理技术标准 在描述声卡性能时，还会给出声卡支持的接口类型、声卡所支持的音频技术标准等其他信息。如有的中高端声卡还会提供Digital DIN 接口甚至S/PDIF光纤接口。而有的声卡还会支持杜比数字AC-3（dolby digital AC-3）

8、等音频处理技术标准。,6.1 声卡的基本工作原理,6.1.1 独立和板载声卡 与显卡类似，按照声卡是否具有独立的板卡结构，一般可分为独立声卡和板载声卡两个大类。 1. 独立声卡 所谓独立声卡一般指的是采用在独立电路板上制作集成电路和电子元件的方式所生产的一类声卡。独立声卡在使用时需插在计算机主板的相应插槽上，按照插槽类型的不同还可以分为ISA独立声卡、PCI独立声卡和PCI-E独立声卡。,6.1 声卡的基本工作原理,采用PCI接口的独立声卡具有更好的性能和兼容性，数据传输速度也得到了显著提高，并且支持即插即用标准，现在市面上常见的独立声卡大多是PCI独立声卡。,图6-4 PCI独立声卡,6.1

9、 声卡的基本工作原理,独立声卡由于采用了独立的集成电路设计，所以一般独立声卡具有以下的几个特点。 （1）占用系统资源少。 （2）音频处理能力高。 （3）工作稳定。,6.1 声卡的基本工作原理,一般独立声卡在结构上主要就是包含板卡、数据信号处理器（DSP）、数模转换部分（DAC）、模数转换部分（ADC）、运放部分（Op Amp）、声卡Bios芯片、晶振以及周边电路等部分。 数据信号处理器，即digital signal processor，简称DSP，是一种具有特殊结构的微处理器。作为声卡最重要的部件之一，主要负责数据的处理和运算工作。 数模转换部分（DAC）和模数转换部分（ADC）主要是实现数

10、字和模拟信号的相互转换。,6.1 声卡的基本工作原理,运放部分的作用是通过运算处理将微弱信号的功率放大以推动喇叭发声工作。 声卡BIOS芯片中保存了一些声卡的基本输入输出程序和配置程序。 晶振即石英振荡器，英文名为crystal，它是时钟电路中最重要的部件，它的作用是向声卡各部件提供基准频率。 独立声卡还通过其他周边电路来实现音频采集、信号输出、接驳主板、电源控制、扩展子卡等功能。,6.1 声卡的基本工作原理,图6-5 声卡输入输出接口,6.1 声卡的基本工作原理,在声音输入输出接口方面，独立声卡一般比较齐全，接口类型主要包括如下。 扬声器输出（speaker out）：输出信号经过声卡上功放

11、芯片的简单处理，声音比较大，适合于无源音箱的接驳。 线性输出（line out）：用于将音频信号输出到有源音箱、耳机或各种功放。 线性输入（line in）：用于将来自其他外部声音播放设备（如随身听、影碟机、硬盘播放机等）的音频信号输入到计算机声卡当中。,6.1 声卡的基本工作原理,麦克风输入（MIC in）：用于连接麦克风、话筒等设备，采集音频信号。 CD音频接口（CD Audio）：可以通过连在声卡上的扬声器播放CD音乐。 辅助设备接口（AUX-IN）：用于将来自电视卡，解压卡、MIDI卡等设备的音频信号输入声卡并通过放大处理后输出到音箱播放。,图6-6 常见声卡内部接口,6.1 声卡的基

12、本工作原理,索尼/飞利浦数字音频接口（S/PDIF）：其主要作用是改善CD音质，提高信噪比，保证声音的纯真。S/PDIF分为S/PDIF In和S/PDIF Out两种。,图6-7 S/PDIF接口和线缆,6.1 声卡的基本工作原理,数字DIN（digital DIN）接口是Creative公司定义的面向5.1声道、7.1声道等多声道数字家庭影院系统所提供的接口，相当于多个S/PDIF接口的组合，可以实现音频信号的全数字传输。,图6-8 数字DIN（Digital DIN）接口,6.1 声卡的基本工作原理,电话应答设备（TAD）接口，英文全称telephone answering device

13、。用来提供与标准语音MODEM的连接并向MODEM传送话筒信号，如果有一个进行自动应答的Modem，配合MODEM和软件，可连接它来作为更完整的多媒体系统，使计算机具备电话自动应答功能。,6.1 声卡的基本工作原理,游戏杆/MIDI接口（Joystick/MIDI）：用于连接游戏杆、游戏飞行摇杆、游戏手柄、游戏方向盘等外部游戏控制器或MIDI键盘和电子琴。,图6-9 游戏杆/MIDI接口（Joystick/MIDI）,6.1 声卡的基本工作原理,1394接口：又称“火线”（fire wire），主要适用于连接各种DV，具有传输速度快（400 MB/s），支持点对点传输协议，支持热插拔，价格低廉

14、等特点。,图6-10 1394接口,6.1 声卡的基本工作原理,1. 粉红色，麦克风输入（MIC in）。 2. 绿色，线性输出（Line Out）。 3. 蓝色，线性输入（Line in）。,1. 粉红色，麦克风输入（MIC in）。 2. 绿色，线性输出（Line Out）。 3. 蓝色，线性输入（Line in）。 4. 灰色，侧置音箱输出（Side speaker out）。 5. 黑色，后置音箱输出（Rear speaker out）。 6. 橙色，中置（低音）音箱输出（Center and subwoofer out）。,图6-11 常用的声卡接口及其颜色,6.1 声卡的基本工作原

15、理,外置声卡是独立声卡的最新形式，一般采用USB或1394接口与计算机连接，主要适用于构建对音质要求较高的Hi-Fi系统和家庭影院系统，以及重视便携移动的笔记本领域。,图6-12 外置声卡,6.1 声卡的基本工作原理,2板载声卡 提到板载声卡，就不能不提到AC97标准。AC97的全称是Audio CODEC97。AC97标准则提出了双芯片结构，即将声卡的数字信号处理与数模转换两部分分开，每个部分单独使用一块芯片。 AC97标准具有两方面的优点：一方面减少了由模拟信号与数字信号相互转换时可能会出现的噪声，使得音质更加纯净；另一方面，将音效处理功能集成到主板芯片组后，可以进一步降低多媒体计算机系统

16、的整体采购成本。,6.1 声卡的基本工作原理,AC97标准中，数字部分即数字信号处理芯片（DSP）常常被称为主处理芯片，而完成模拟部分功能的多媒体数字信号编解码芯片（CODEC）又称音频编解码芯片或音效芯片，CODEC主要负责负责将数字转换为模拟信号（DAC）和将模拟转换为数字信号的（ADC）工作。,图6-13 板载声卡的CODEC芯片,6.1 声卡的基本工作原理,为降低成本，厂商在板载声卡中保留音频编解码芯片（CODEC），而将占据主体成本的主处理芯片（DSP）去掉，工作由CPU模拟完成，把这样的板载声卡称为“软声卡”。部分厂商又仍保留部分或全部数字音频信号处理部分（DSP），相对而言，这种

17、解决方案被称为“硬声卡”。,6.1 声卡的基本工作原理,AC97板载软声卡的特征是没有集成主处理芯片（DSP），而只有一颗音频编解码芯片（CODEC），采用48针封装，每面12针，四面都有引脚。AC97板载声卡将运算处理数字音频信号的工作交给CPU来模拟主处理芯片完成，这样的工作方式势必占用一部分CPU资源，随着CPU性能的不断提高，音频处理时对系统性能的影响现在已经几乎可以忽略。 板载硬声卡带有主处理芯片，不需要CPU参与就可以独立完成绝大多数音频处理任务，其性能基本也接近甚至达到一些中低端独立声卡的水平。,6.1 声卡的基本工作原理,HD Audio 即high definition au

18、dio，HD Audio可以看作是AC97的后继者，具有配置灵活、成本低、稳定性好等特点，并且提前预留了充足的升级空间。 HD Audio的采样精度达到32bit，而采样频率更高达192 KHz，而输出时，HD Audio也能达到24 bit/192 KHz。高采样率使HD Audio能够获得更好音频质量，播放出的音乐也更加细腻流畅。,6.1 声卡的基本工作原理,板载声卡在中低端市场上和追求性价的用户中成为了首选，它完全能够满足绝大多数普通消费者日常音频处理的需求。 板载声卡的制造厂商，那么Analog Device和Realtek是最引人注目的，其他还有SigmaTel、Creative、V

19、IA、NVIDIA、ATI、C-Media（骅讯）等公司。,6.1 声卡的基本工作原理,（1）Analog Device Analog Device（简称ADI）。作为AC97标准的制定者之一，Analog Device 旗下拥有AD系列音频芯片和著名的Sound MAX音频驱动。 AD系列主要型号有：AD1882、AD1884、AD1981、AD1983、AD1984、AD1984A、AD1986、AD1987、AD1988等。,图6-14 Analog Device的AD1988芯片,6.1 声卡的基本工作原理,（2）SigmaTel 矽玛特（SigmaTel）公司旗下多款数字播放器芯片方

20、案，以其优异的性能和较为低廉的价格获得了国内外众多多媒体产品厂商的亲睐，市面上出售的很大一部分MP3/MP4/PMP产品采用的都是SigmaTel芯片。 SigmaTel还针对笔记本和PC市场开发有STAC 94XX C-Major HD Audio声音芯片。,图6-15 STMP 3760和STAC 9460S音频芯片,6.1 声卡的基本工作原理,（3）Realtek 台湾Realtek（瑞昱）半导体公司，是目前世界上最大的集成声卡厂商，产品线齐全，产品型号众多。目前大量的台湾产主板都集成Realtek所生产的音频编解码芯片，Realtek的音频编解码芯片也是市场上最为常见板载声卡芯片。,6

21、.1 声卡的基本工作原理,目前主流型号中采用AC97规范的有：ALC100、ALC101、ALC200、ALC201、ALC201A、ALC202、ALC202A、ALC650、ALC655、ALC658、ALC850等；采用HD Audio规范的有ALC260、ALC262、ALC268、ALC662、ALC663、ALC861、ALC880、ALC882、ALC883、ALC885、ALC888、ALC889等。,6.1 声卡的基本工作原理,图6-16 Realtek ALC850音频芯片,图6-17 Realtek ALC888音频芯片,6.1 声卡的基本工作原理,6.1.2 声卡的主处

22、理芯片 声卡的主处理芯片是标志声卡品牌、决定声卡性能的最重要的元件。声音处理芯片从本质上决定了声卡的性能，主要功能有声波采样回放控制、处理MIDI指令等，有的还加入了混响、和声、音场调整等功能。为了达到较高的信噪比，很多声卡在设计的时候采用了ADC、DAC处理芯片和数字音效芯片分离的方法。,6.1 声卡的基本工作原理,目前市场上常见的Creative声卡处理芯片主要来自Sound Blaster Live！系列、Sound Blaster Audigy/ Audigy 2/ Audigy 4系列和最新的Sound Blaster X-Fi系列。具体型号如EMU10K1系列芯片、EMU10K2系

23、列芯片和EMU20K1系列芯片。 VIA的VIA Envy24系列、Crystal（水晶）的Crystal CS46XX系列和C-Media的CMI8787 HD系列。,6.2 音箱,音箱是一种将音频信号变成声音的设备，是多媒体计算机的重要组成部分。 音箱的质量也是决定音质的重要因素。 比较常见的音箱品牌有：Creative（创新）、漫步者（Edifier）、轻骑兵（Hussar）、麦博（Microlab）、三诺（3NOD）、惠威（HiVi）、冲击波等。,6.2 音箱,图6-21 音箱,6.2 音箱,6.2.1 模拟音箱 模拟音箱的历史非常悠久，因该说模拟音箱在制造技术方面已经相当成熟了，人们

24、常见的多媒体音箱大多都属于模拟音箱的范畴。多媒体音箱种类繁多，如果从结构上划分，可以分为小型书架式2.0音箱和X.1音箱两种主要结构类型。,6.2 音箱,图6-22 7.1音箱及其摆放方式,6.2 音箱,一般来说，模拟音箱由扬声器、箱体和分频器等部分组成。 扬声器俗称喇叭，是音箱的驱动部件，作用是将一定范围内的音频电功率信号通过换能方式转换成为转换成具有足够声压级的可听声音信号再播放出去。 音箱的箱体起着消除扬声器声短路，抑制扬声器共振，拓宽频响范围的作用，按照内部结构的不同可分为密闭式、倒相式、带通式、空纸盆式、迷宫式、对称驱动式和号筒式等多种类型，其中以密闭式最为常见。,6.2 音箱,图6

25、-23 扬声器及其结构,6.2 音箱,制造音箱箱体材料一般为塑料和木质，材料厚度和密度都会对音箱的性能造成影响。,图6-24 木质音箱箱体和塑料音箱箱体,6.2 音箱,分频器是音箱的“大脑”，用以将输入的音频信号分离成高音、中音、低音等不同部分，然后在分别送入相应的扬声器中重放。 分频器按照分频频段可分为二分频、三分频和四分频等。,图6-25 分频器,6.2 音箱,一个音箱的性能指标主要通过下列指标来衡量。 1额定功率 额定功率是指音箱的扬声器能长时间连续工作且不产生失真时的输入功率。 2频响范围 频响范围即频率响应范围，又叫频率特性，频率范围指的是在振幅允许的范围内音箱能够回放的最低有效回放

26、频率与最高有效回放频率之间的范围，以及在此范围内音箱产生的声压和相位随频率的增大或衰减而发生的变化量称为频率响应，单位分贝(dB)。,6.2 音箱,3额定阻抗 音箱扬声器的额定阻抗是指扬声器在额定工作状态下在扬声器输入端所测得的电压与流过扬声器的电流的比值，即阻抗值。 4失真 音箱扬声器的失真种类很多，主要有谐波失真、互调失真和瞬态失真。,6.2 音箱,5灵敏度 音箱扬声器灵敏度通常是指当音箱加上相当于额定抗阻上输入功率为1 W的噪声电压时，在扬声器轴向正面1 m 处所测得的声压级大小，单位为dB/W。 6信噪比 音箱的信噪比指的是音箱回放的正常声音信号与噪声银行的比值，与声卡的信噪比定义类似

27、。一般质量较好的音箱信噪比都在85 dB以上。,6.2 音箱,6.2.2 数字音箱 数字音箱指的是音箱能够直接处理通过声卡的S/PDIF OUT接口传输来的纯数字音频信号。 数字音箱的工作原理就是将音频信号不经过声卡的CODEC芯片进行数模转换处理，就直接以PCM格式通过声卡上的S/PDIF接口以纯数字的方式传输到数字音箱中，再经过音箱内置的数模转换电路处理，放大输出到扬声器单元播放。这样的设计减少了电磁干扰，提高了信噪比，改进了音质。,6.3 网卡,网卡又叫网络适配器（net adapter）或网络接口卡（net interface card，简称NIC。是工作OSI模型中的物理层和数据链路

28、层的网络设备，是局域网中连接计算机和传输介质的接口。 网卡按照适用网络类型的不同可分为以太网（EtherNet）网卡、ATM（asynchronous transfer mode异步传输模式）网网卡、FDDI（fiber distributed data interface 光纤分布式数据接口）网网卡和令牌环网网卡等，其中以以太网网卡最为常见。,6.3 网卡,图6-26 网卡,网卡的工作原理就是整理计算机发往网络的数据并将这些 数据分解封装成适当大小的数据包，然后通过传输介质将数据包发送到网络中的目的站点去；同时接收网络上其它终端传过来的数据包，并将这些数据包搜集起来按照一定规则重新整合成有效数据，传送到所在的计算机中。,6.3 网卡,每张网卡都固化有唯一的硬件地址码（即Mac地址）。 选择网卡时人们需要考虑网卡的接口类型、网络传输带宽、总线接口类型及是否支持全双工和远程网络唤醒功能（wake on LAN，简称WOL）等技术指标。 网卡的总线接口类型