第9章声卡和音箱

第9章声卡和音箱 • 本章要点 • 具体要求 • 本章导读

本章要点 • 声卡的相关知识 • 音箱的相关知识 • 音箱和声卡的选购

具体要求 • 了解声卡的分类 • 掌握声卡的性能指标 • 掌握音箱的性能指标 • 了解音箱和声卡的选购

本章导读 • 声卡和音箱构成了计算机系统的音频系统，让计算机可以发出各种美妙的声音，让人们享受多媒体带来的快乐。本课将介绍声卡和音箱的相关知识，包括声卡的不同类型、声卡的性能指标、音箱的不同类型、音箱的性能指标以及在选购声卡和音箱时需要注意的一些问题。

9.1 声卡概述 • 个人计算机的普及在一定程度上要归功于多媒体的发展，在多媒体的发展过程中，声卡的作用功不可没，因为声卡处理音频信号并通过音箱发出各种各样的声音，使人们的生活变得丰富多彩。

9.1 声卡概述 • 9.1.1 声卡的基本构成 • 9.1.2 声卡的总线结构 • 9.1.3 声卡的分类 • 9.1.4 声卡的性能指标

9.1.1 声卡的基本构成 • 早期的计算机中并没有声卡，计算机只能通过主板上的PC喇叭发出单调的声音，人们无法通过计算机欣赏音乐。随着多媒体技术的发展，人们开发了专门用于处理音频信号的声卡，于是计算机就可以发出美妙动听的音乐了。 • 计算机把音频信号送入声卡进行处理，再由声卡输出，最后通过音箱播放，因此可以说声卡是计算机中处理音频信号的工具。

声卡的外观

9.1.1 声卡的基本构成 • 声音处理芯片：是声卡中用来对声音信号进行处理的芯片，包括对声音信号的回放、采样和录制等，它是声卡中最重要的元件。 • 金手指：是声卡与主板连接的“通道”，以实现供电和数据传输功能。 • MIDI接口：用于连接MIDI接口的音频或游戏设备。 • SP/DIF接口：用于连接外部的音频设备，从该接口输出的是纯数字声音信号。

9.1.1 声卡的基本构成 • Line in接口：用于从外部声源将声音信号输入到声卡中。 • MIC接口：用于将麦克风的声音信号输入到声卡中。 • Speak接口：用于将声音信号输出到音箱中。 • 后部输出接口：可连接有源音箱或外部放大器以实现音频输出。

9.1.2 声卡的总线结构 • PCI总线结构的声卡是最常见的，早期的ISA总线结构的声卡已经被淘汰了。PCI声卡相对于ISA声卡来说有两大优势：一是PCI总线具有比ISA总线更高的传输速率，不需要像ISA声卡那样将波表的ROM或RAM存放在声卡上，而是直接将波表存入硬盘，使用时直接调至内存即可；二是PCI声卡可以支持更多的3D音效，达到更好的声音效果。

9.1.2 声卡的总线结构 • 另外还有一种USB接口的声卡，这类声卡是在USB设备大量普及时出现的。USB接口的声卡支持即插即用，是纯数字化的音效信号，不易受电路与电压的干扰。但是由于其体积小巧，功能齐全，因此价格较为昂贵。

9.1.3 声卡的分类 • 按照声卡芯片的不同可以将声卡分成集成声卡和独立声卡。

9.1.3 声卡的分类 • 1．集成声卡 • 2．独立声卡

1．集成声卡 • 集成声卡是指在计算机主板上集成的处理音效的声音芯片，按照有无音频处理芯片可将集成声卡分为集成软声卡和集成硬声卡。

1）集成软声卡 • 集成软声卡是指在主板上集成了CODEC（数字模拟信号转换）芯片，这种芯片完全依靠CPU对音频信号进行处理转换，这样会占用CPU资源，如果CPU比较繁忙时就会使播放的声音有停顿现象。集成软声卡都符合AC’97标准。常见的集成软声卡芯片有Realtek ALC系列的AC’97 CODEC芯片。

2）集成硬声卡 • 集成硬声卡是指在主板上集成了包含音频处理芯片和CODEC芯片功能的声卡。在处理音频信号时，集成硬声卡将负责一切音频信号的转换，不用依赖CPU，这样可以保证声音播放的质量，同时也节约了成本。常见的集成硬声卡芯片有CT5880，CMI9739A和VIA Envy 24PT等。

ALC655芯片和CMI9739A芯片

2．独立声卡 • 独立声卡是指独立安装在主板的ISA或PCI插槽中的声卡，现在的声卡以PCI声卡为主。独立声卡有独立的音频处理芯片，负责所有音频信号的转换工作，从而减少了对CPU资源的占用率，结合功能强大的音频编辑软件，可以进行音频信息的处理。 • 独立声卡的音频处理芯片是声卡的核心，它决定了最后从声卡输出的声音的音质好坏，因此音频处理芯片是衡量声卡性能和档次的重要标志。音频处理芯片上标有产品商标、型号、生产厂商等信息，是整个声卡电路板上面积最大的集成块，能对声波进行采样和回放控制、处理MIDI指令以及合成音乐等。

音频处理芯片

9.1.4 声卡的性能指标 • 声卡输出音质的好坏取决于声卡的性能高低，而声卡的性能高低则主要由下面一些指标来决定。

9.1.4 声卡的性能指标 • 1．数字音频采集 • 2．声音采样位数 • 3．波表合成 • 4．MIDI规格 • 5．数字信号处理 • 6．复音数 • 7．信噪比 • 8．声道

1．数字音频采集 • 数字音频采集是指把模拟的音频信号转换成数字信号，并存放在存储器中的过程。由于数字表示的声音是断续的，把模拟量转换成数字量时，每隔一个时间间隔在模拟声音波形上取一个幅度值，称之为抽样，其时间间隔称为抽样周期。常见的抽样频率有8kHz，11.025kHz，22.05kHz，16kHz，37.8kHz，44.1kHz，48kHz等。

2．声音采样位数 • 采样位数可以理解为声卡处理声音的解析度。这个数值越大，解析度就越高，录制和回放的声音就越真实。 • 声卡的位数是指声卡在采集和播放声音文件时所使用的数字声音信号的二进制位数，声卡的采样位数客观地反映了数字声音信号对输入声音信号描述的准确程度。如今市面上所有的主流产品都是16位的声卡，16位声卡能把输入的声音信号分为64K（216=64）个精度单位进行处理，可比较真实地还原声音信息。

3．波表合成 • 波表（WAVE TABLE）是波形表格的意思，它是将各种真实乐器所能发出的声音（包括各个音域、声调）录制下来，存储为一个波表文件。播放时根据MIDI文件记录的乐曲信息向波表发出指令，从“表格”中逐一找出对应的声音信息，经过合成加工后回放出来。由于它采用的是真实乐器的采样，所以效果自然要好于FM。一般波表的乐器声音信息都以44.1kHz、16bit的精度录制，以达到最真实的回放效果。理论上，波表容量越大合成效果越好。

4．MIDI规格 • 电子乐器数字化接口是一组由MIDI生产商协会（MIDI Manufacturers Association）制定给所有MIDI仪器制造商的音色及打击乐器排列表。它包括128个标准音色和81个打击乐器排列。

5．数字信号处理 • 数字信号处理（Digital Signal Processing，DSP）是指声卡中专门处理效果的芯片，常常又被称为效果器，由于价格比较昂贵，通常只在高档的声卡中才有。如果对声卡声音的产生及录制有专业要求，可以考虑使用带有DSP的声卡。

6．复音数 • 所谓“复音”是指MIDI乐曲在一秒钟内发出的最大声音数目。波表支持的复音值如果太小，一些比较复杂的MIDI乐曲在合成时就会出现某些声部被丢失的情况，直接影响到播放效果。如今的波表声卡大多提供64以上的复音值，而多数MIDI的复音数都没有超过32，所以波表声卡音色丢失现象不会发生。

7．信噪比 • 信噪比（Signal to Noise Ratio，SNR）是一个诊断声卡抑制噪声能力的重要指标。通常，有用信号与噪声信号功率的比值就是SNR，单位是dB。SNR值越大则声卡的滤波效果越好。按照微软在PC98中的规定，SNR至少要大于80dB才符合标准。从AC’97开始，声卡中的ADC，DAC必须与混音工作及数字音效芯片分离。

8．声道 • 支持多声道是选购声卡的重要指标，支持的声道数越多，再配合相应的音箱，可以让听众感觉好像被包围在一个音场中，为听众带来不同方向的声音环绕，可以获得身临其境的听觉感受。如今多声道技术已经广泛融入于各类中高档声卡的设计中，现在声卡至少应该支持6声道，有的声卡甚至可以支持10声道。

9.2 音箱概述 • 音箱的作用是负责将声卡处理过的音频信号播放出来，因此音箱的作用不可小视。下面将介绍音箱的相关知识。

9.2 音箱概述 • 9.2.1 音箱种类 • 9.2.2 音箱的性能指标

9.2.1 音箱种类 • 音箱可以按多种方式进行分类： • 按照箱体材质的不同可分为塑料音箱和木质音箱。 • 按照声道数量可分为2.0式（双声道立体声）、X.1（X代表多少个小卫星喇叭，1表示一个低音炮，X一般从2~8）音箱等。 • 根据计算机的输出方式来分，有普通接口（声卡输出）音箱和USB接口音箱。 • 根据功率放大器的内外置来分，有有源音箱和无源音箱。其中有源音箱内置放大器，而无源音箱的放大器外置，有特别要求的才采用无源音箱。

9.2.2 音箱的性能指标 • 音箱性能的高低影响声卡输出音频信号还原的真实性，其性能指标包括以下方面。

9.2.2 音箱的性能指标 • 1．功率 • 2．频率响应范围 • 3．失真度 • 4．阻抗 • 5．信噪比 • 6．灵敏度 • 7．箱体材料 • 8．音箱单元

1．功率 • 音箱的功率是指音箱所能发出的最大声强，直观地表示就是声音能有多大。音箱的功率主要由它的功率放大器芯片的功率决定，此外还与电源变压器的功率有关。目前一般的多媒体音箱的功率范围在25~50W之间。

2．频率响应范围 • 频率响应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）。音箱的频率响应范围越宽，能够还原的声音频段就越宽，声音也就越自然。

3．失真度 • 失真度可分为谐波失真、互调失真和瞬态失真。其中，谐波失真是指声音回放中增加了原信号没有的高次谐波成分而导致的失真，互调失真影响到的主要是声音的音调方面，瞬态失真是因为扬声具有一定的惯性质量存在，盆体的震动无法跟上瞬间变化的电信号的震动而导致原信号与回放音色之间的差异。

3．失真度 • 瞬态失真在音箱与扬声器系统中是最为重要的，直接影响到音质音色的还原程度，所以这项指标与音箱的品质密切相关，常以百分数表示，数值越小表示失真度越小。普通多媒体音箱的失真度以小于0.5%为宜，而通常低音炮的失真度都普遍较大，小于5%就可以接受了。

4．阻抗 • 阻抗是指扬声器输入信号的电压与电流的比值。在功放与输出功率相同的情况下，低阻抗的音箱可以获得较大的输出功率，音箱的标准阻抗是8Ω。

5．信噪比 • 信噪比是指音箱回放的正常声音信号强度与噪声信号强度的比值。信噪比低时，小信号输入噪声严重，使整个音域的声音明显变得混浊不清，很影响音质。信噪比低于80dB的音箱和低于70dB的低音炮建议不要购买。

6．灵敏度 • 灵敏度是指能产生全功率输出时的输入信号，输入信号越低，灵敏度就越高。音箱的灵敏度每差3dB，输出的声压就相差一倍。一般84dB以下为低灵敏度，87dB为中灵敏度，90dB以上为高灵敏度。而灵敏度的提高是以增加失真度为代价的，所以作为高保真音箱来讲，要保证音色的还原程度与再现能力就必须降低一些对灵敏度的要求。

7．箱体材料 • 音箱在发声时会产生共振，如果箱体材料单薄，则箱体会产生谐振，造成声音嘶哑。因此在选购音箱时需要注意箱体材料。目前使用的箱体材料大都是木制和塑料的，相对来说，优质的木制音箱具有更好的音频回放能力。

8．音箱单元 • 好的音箱单元频响范围非常宽，低频甚至可达到30Hz。但是一些劣质音箱的低音单元直径只有5英寸，而5英寸根本不能够还原30Hz的声音，所以在选购时要注意音箱单元是否和参数匹配。

9.3 声卡和音箱选购指南 • 美妙的音乐令人陶醉，因此计算机音频系统的选择也很重要。下面将介绍计算机的音频系统的组成部分——声卡和音箱的选购。

9.3 声卡和音箱选购指南 • 9.3.1 知识讲解 • 9.3.2 典型案例

9.3.1 知识讲解 • 下面分别介绍在声卡和音箱的选购中需要注意的一些问题。

9.3.1 知识讲解 • 1．声卡选购指南 • 2．音箱选购指南

1．声卡选购指南 • 如果对声音效果的要求不高，那么可以选择使用主板上的集成声卡，现在大多数主板都包含有集成声卡，并且大多都是6声道以上的，音质效果也非常不错。这里主要介绍独立声卡的选购方法。

1）选择合适的声音处理芯片 • 声音处理芯片是声卡的灵魂。好的声音处理芯片不仅回放效果出色，而且还能进一步过滤噪声、杂波等。如创新的EMU10K1和EMU10K2就属于顶级的声音处理芯片。如果声卡方面的预算不多，可以购买采用CMI8738，YMF-724/744等声音处理芯片的声卡。

第9章声卡和音箱