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新手上路之声卡篇(转载)  

2007-12-04 15:08:10|  分类: ◎音频教程 |  标签: |举报 |字号 订阅

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【文章简介】声卡 是我们大家都比较熟悉的一种计算机配件,有关声卡的参数和术语也是多种多样的,下面我就把其中一些主要的术语简单的为大家介绍一下,希望能够为那些想多了解声卡一些的朋友带来帮助。(本文转载互联网,特此声明)

声卡是我们大家都比较熟悉的一种计算机配件。我们要用计算机处理声音信号,让计算机发出各种声音,用计算机播放有声的视频节目(VCD)、电子图书、教学光盘等都离不开声卡。有关声卡的参数和术语也是多种多样的,下面我就把其中一些主要的术语简单的为大家介绍一下,希望能够为那些想多了解声卡一些的朋友带来帮助。

波形声音从本质上讲,声音是一种连续的波,称为声波。要把声音信号存储到计算机之中去,必须把连续变化的波形信号(称为模拟信号)转换成为数字信号,因为计算机中只能存储数字信号。把模拟信号转换为数字信号(DAC)一般由对声音信号的采样和转换两步来完成。所谓采样就是采集声音模拟信号的样本,然后再转换成数字信号。计算机对声音采样能力的大小也用两个参数来衡量:采样频率和声音采样信号的位数(bit)。理解这两个参数十分重要,它们是声卡的主要指标,它们不仅影响到声音的播放质量,还与存储声音信号所需要的存储空间有直接的关系。

采样的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。我们首先要知道:电脑中的声音文件是用数字0和1来表示的。所以在电脑上录音的本质就是把模拟声音信号转换成数字信号。反之,在播放时则是把数字信号还原成模拟声音信号输出。声卡的位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。8位代表2的8次方——256,16位则代表2的16次方——64K。比较一下,一段相同的音乐信息,16位声卡能把它分为64K个精度单位进行处理,而8位声卡只能处理256个精度单位,造成了较大的信号损失,最终的采样效果自然是无法相提并论的。

如今市面上所有的主流产品都是16位的声卡,而并非有些无知商家所鼓吹的64位乃至128位,他们将声卡的复音概念与采样位数概念混淆在了一起。如今功能最为强大的声卡系列——Sound Blaster Live!采用的EMU10K1芯片虽然号称可以达到32位,但是它只是建立在Direct Sound加速基础上的一种多音频流技术,其本质还是一块16位的声卡。应该说16位的采样精度对于电脑多媒体音频而言已经绰绰有余了。

采样频率当我们将声音储存至计算机中,必须经过一个录音转换的过程,转换些什么呢?就是把声音这种模拟讯号转成计算机可以辨识的数字讯号,在转换过程中将声波的波形以微分方式切开成许多单位,再把每个切开的声波以一个数值来代表该单位的一个量,以此方式完成取样的工作,而在单位时间内切开的数量便是所谓的取样频率,说明白些,就是模拟转数字时每秒对声波取样的数量,像是CD音乐的标准取样频率为44.1KHz,这也是目前声卡与计算机作业间最常用的取样频率。由此可知,在单位时间内取样的数量越多就会越接近原始的模拟讯号,在将数字讯号还原成模拟讯号时也就越能接近真实的原始声音;相对的越高的取样率,资料的大小就越大,反之则越小,当然也就越不真实了。当然,数字资料量的大小与声道数、取样率、音质分辨率等也有着密不可分的关系。

CD音乐的取样率为44.1KHz,而在计算机上的DVD音效则为48KHz (经声卡转换) ,一般的电台FM广播为32KHz,其它的音效则因不同的应用有不同的取样率,像是以Net Meeting之类的应用就不要使用高的取样率,否则在传递这些声音资料时会是一件十分痛苦的事。在一般的声卡上,取样频率至少要能提供22.05KHz、32KHz、44.1KHz以及48KHz,如果能够提供更多的选择会更好,不过目前的一般声卡最高的取样率都是在48KHz,若需要更高的取样率的话,就必须选择较为专业的录音卡了。

MIDI MIDI是Musical Instrument Digital Interface的简称,意为音乐设备数字接口。它是一种电子乐器之间以及电子乐器与电脑之间的统一交流协议。我们可以从广义上将为理解为电子合成器、电脑音乐的统称,包括协议、设备等等相关的含义。眼下在一些游戏软件和娱乐软件中我们经常可以发现很多以MID、RMI为扩展名的音乐文件,这些就是在电脑上最为常用的MIDI格式。MIDI文件是一种描述性的“音乐语言”,它将所要演奏的乐曲信息用字节表述下来。譬如“在某一时刻,使用什么乐器,以什么音符开始,以什么音调结束,加以什么伴奏”等等,所以MIDI文件非常小巧。

合成技术在声卡中声音的合成技术主要有两种:一种是FM(Frequency Modulation:频率调幅)类型,另一种是Wave Table(波表)类型。

FM合成技术:它是运用特定的算法来简单模拟真实乐器声音。其主要特点是电路简单、生产成本低,不需要大容量存储器支持即可模拟出多种声音。由于 FM是靠算法来合成某个声音,因此实现方法过于生硬、效果单一,所生成的声音与真实乐器产生的声音距离很大。很容易让人听出来是“电子音乐”。

Wave Table合成技术:它是利用数码拟合技术,将各种乐器的真实声音采样后将样本存储在声卡的EPROM中,当需要某种乐器的某个音色时,就到EPROM 中查询该乐器的有关数据,运算后经过声卡的芯片处理合成所需要的声音。Wave Table技术最大限度的读原始的声音效果并进行再现,使之更加真实。鉴于 Wave Table的出色表现,取代FM已是必然趋势,如今很多声卡普遍采用Wave Table结构。

声卡的复音数指在同一个时间内可以发出的声音数量。但是有一点很重要,这是指MIDI的乐器声音,而不是一般的声波;最大同时发声数可分为二个部分来看,一为硬件部分,这是指音效芯片最多可同时处理多少个MIDI乐器的讯号,一般来说,大概都是在24~32个声音,这对于普通的MIDI音乐来说应该是足够了,但是若是遇上较为复杂的MIDI乐曲,可能就会显得捉襟见肘,例如同时有数样乐器在进行和弦的伴奏,一个和弦至少是有三个声音 (这是理论值) 在同一时间发出,若是钢琴的和弦可能会同时出现四个以上的声音,而吉他则会出现五个以上的声音,再加上其它的乐器与打击乐器,复杂或多乐器的乐曲往往会出现有些时候会超过二、三十个以上的声音,这时候可能就会有一些声音被取消掉。

另一种就是属于软件的部分,目前的声卡大多会附赠一套软件音源,以提供声卡在播放MIDI乐曲时能够有较高品质的乐器声音,而这最大发声数是指软件音源所提供的处理讯号的能力,普通的软件音源至少也能有个64个同时发声数,最多的还可以提供至1024个同时发声数。虽然这是弥补硬件发声数不足的一个方法,也是比较省钱的方式,但是这对于系统的性能也是一大考验。虽然说最大发声数可以透过软件音源来弥补,但对于MIDI的爱好者来说,硬件的最大同时发声数是比软件的来得重要多了,这个数量当然是越大越好了。

单声道

单声道是比较原始的声音复制形式,早期的声卡采用的比较普遍。当通过两个扬声器回放单声道信息的时候,我们可以明显感觉到声音是从两个音箱中间传递到我们耳朵里的。这种缺乏位置感的录制方式用现在的眼光看自然是很落后的,但在声卡刚刚起步时,已经是非常先进的技术了。

立体声

单声道缺乏对声音的位置定位,而立体声技术则彻底改变了这一状况。声音在录制过程中被分配到两个独立的声道,从而达到了很好的声音定位效果。这种技术在音乐欣赏中显得尤为有用,听众可以清晰地分辨出各种乐器来自的方向,从而使音乐更富想象力,更加接近于临场感受。立体声技术广泛运用于自Sound Blaster Pro以后的大量声卡,成为了影响深远的一个音频标准。时至今日,立体声依然是许多产品遵循的技术标准。

四声道环绕

人们的欲望是无止境的,立体声虽然满足了人们对左右声道位置感体验的要求,但是随着技术的进一步发展,大家逐渐发现双声道已经越来越不能满足我们的需求。PCI声卡的大宽带带来了许多新的技术,其中发展最为神速的当数三维音效。三维音效的主旨是为人们带来一个虚拟的声音环境,通过特殊的HRTF技术营造一个趋于真实的声场,从而获得更好的游戏听觉效果和声场定位。而要达到好的效果,仅仅依靠两个音箱是远远不够的,所以立体声技术在三维音效面前就显得捉襟见肘了,新的四声道环绕音频技术则很好的解决了这一问题。四声道环绕规定了4个发音点:前左、前右,后左、后右,听众则被包围在这中间。同时还建议增加一个低音音箱,以加强对低频信号的回放处理(这也就是如今4.1声道音箱系统广泛流行的原因)。就整体效果而言,四声道系统可以为听众带来来自多个不同方向的声音环绕,可以获得身临各种不同环境的听觉感受,给用户以全新的体验。如今四声道技术已经广泛融入于各类中高档声卡的设计中,成为未来发展的主流趋势。

5.1声道

5.1声道已广泛运用于各类传统影院和家庭影院中,一些比较知名的声音录制压缩格式,譬如杜比AC-3(Dolby Digital)、DTS等都是以5.1声音系统为技术蓝本的。其实5.1声音系统来源于4.1环绕,不同之处在于它增加了一个中置单元。这个中置单元负责传送低于80Hz的声音信号,在欣赏影片时有利于加强人声,把对话集中在整个声场的中部,以增加整体效果。相信每一个真正体验过Dolby AC-3音效的朋友都会为5.1声道所折服。

Full Duplex (全双工)

Full Duplex(全双工)是新型声卡必备的功能。想必各位读者都打过电话,当您在说话的同时还可以听到对方的声音,这就是基本的全双工概念,但是声卡上的全双工概念不是只有这样,严格来说,声卡上的全双工是指在录音的同时可以进行播放声音的工作,反之亦然,这才是真正的全双工作业。但是全双工与否的问题最常出现在使用Net Meeting或是网络电话之类的应用,如果声卡真正支持全双工,那么您使用Net Meeting或是网络电话应该与一般打电话是相同的,这样最大的好处是可以节省大量的通话时间(也意味着节省费用开支)。

定位音效

定位音效应用在声卡上大概是在三、四年前的A3D定位音效,这是由Aureal公司应用在其音效芯片上的一个音效定位算法,主要目的在使用二支音箱仿真声音在3D空间中的位置,由于当时声卡还没有出现多声道的产品,所以A3D定位音效的推出,震撼了喜好计算机游戏的使用者,在当时,许多游戏也标榜着使用A3D定位音效,也促使其成为业界的一个标准。除了A3D之外,还有其它的定位音效算法,其中一个是目前使用较为广泛的Q3D,在台湾大部份的声卡大概都是采用此定位音效。另一种则是Sensaura,此种定位音效则较常被国外产品所采用。不过虽说以二音箱就可仿真出3D空间的位置,但毕竟还是用「仿真」的,再怎么准确的位置恐怕也还比不上直接以四音箱的定位来得好。

环境音效

不知您是否曾经注意到,在空旷的地方与在房子内说话时,声音的感觉不一样,这种在不同的环境中所产生的不同声音效果就是环境音效。而在计算机技术快速进步的今日,利用不同的演算方式,将声音仿真成不同环境中的效果,已不是件难事,其中差别只是在于效果的真实度以及效果是否明显,其中最为使用者津津乐道的大概就属Creative的EAX环境音效了。当然,除了EAX之外还是有其它不同的算法,分别属于不同的厂商。而环境音效的应用最常出现在计算机游戏之中,特别是属于3D实时的游戏,在各种场景之中,不同的声音在不同的环境中,有着不同的效果,藉以营造出趋于真实的感受,如此使用者就很容易的溶入整个游戏的剧情之中。

CODEC

CODEC是由二个英文字的部分所组成的,它是COder与DECoder组合而成的缩写字,由这二个字直接翻译意思是编码器及译码器,而运用在声卡上就是指可将模拟讯号转成数字讯号,及将数字讯号还原成模拟讯号的组件,早期CODEC是内建在音效芯片之中,而近来因AC ’97规范的讯号品质要求,CODEC便从音效芯片中独立出来,如此在音质上便不会受到音效芯片中线路干扰的影响。声卡的声音品质与CODEC有相当密切的关系,不过目前应用在多声道声卡上的CODEC大概就属Sigmatel及Wolfson这二家的产品最普遍,所以在品质上也就没有强烈的区别。CODEC最主要的工作有二个,第一个就是将由外界录进来的声波,从模拟转成为数字的讯号交由计算机系统处理,不论是从Mic In或是Line In录进来的模拟讯号都必须经过这个程序,才能够让计算机看得懂这些资料。另一个则是反向的流程工作,也就是将储存在计算机中的数字音讯资料,透过CODEC还原成模拟的声音,由Line Out或是多声道声卡的各声道输出口送出讯号。由此可知CODEC在声卡的组件之所扮演的角色是相当的关键,没有CODEC就无法转换讯号的类型,重要性不下于音效芯片。

DSP

DSP(Digital Signal Processor:数字信号处理器)是一种内含微处理器的专用芯片,它为当时的高档16位声卡实现180°环绕立体声再现立下了汗马功劳。遗憾的是随着新技术的不断涌现,这种专用的DSP性能/价格比不高的矛盾越发突出。在这种情况下,声卡生产厂商不得不反复权衡,最后都不得不在中档以下声卡中舍去DSP芯片来降低成本。

DLS

DLS(Down Loaded Sound:下载声音)是 PCI 声卡采用的一种新技术。它是将Wave Table存储在硬盘中,用时再调入内存。要说明的是DLS与目前流行的“软波表”技术有本质区别。“软波表”是在CPU中进行样本运算,然后将16位的运算结果通过总线送到声卡的WAVE通道,也就是说,必须要通过CPU合成音效,而DLS则是通过PCI声卡主芯片来实现。

SRS

SRS(Sound Retrieval System)技术充分利用仿声学原理,根据人耳对各空间方向声音信号函数的反映不同,对双声道立体声信号中的反射声、回声等信号提取出后进行技术处理。尽管这些信号仍来自前方,但给人的错觉是来自四面八方。其过人之处是只使用两只普通音箱,在无须杜比编码前提下,可产生出仿3D环绕声五声道的放音效果,有如音乐厅的身临其境感觉。当前在电脑多媒体“家庭影院”系统中使用的Vivid 3D Pro就是SRS技术的典型应用。

3D音频API

API是编程接口的含义,其中包含着许多关于声音定位与处理的指令与规范。它的性能将直接影响三维音效的表现力。如今比较流行的API有Direct Sound 3D、A3D和EAX等。

HRTF

HRTF是“头部相关转换函数”的英文缩写,它也是实现三维音效比较重要的一个因素。简单讲,HRTF是一种音效定位算法,它的实际作用在于欺骗我们的耳朵。眼下有不少声音芯片设计厂商和相关领域的研究部门参与这种算法的开发和设计工作。虽然原理大同小异,但由于在分析和研究过程中的手段稍有不同,所以各类HRTF算法之间也会有或多或少的性能差异。人们很容易将API与HRTF混淆起来,其实两者有着本质的区别,也有相互的联系。

Direct Sound 3D

源自于Microsoft DirectX的老牌音频API。对不能支持DS3D的声卡,它的作用是一个需要占用CPU的三维音效HRTF算法,使这些早期产品拥有处理三维音效的能力。但是从实际效果和执行效率看都不能令人满意。所以,此后推出的声卡都拥有了一个所谓的“硬件支持DS3D”能力。DS3D在这类声卡上就成为了API接口,其实际听觉效果则要看声卡自身采用的HRTF算法能力的强弱。

A3D

A3D是Aureal公司联合了NASA、Matsushita、Disney等厂商经过多年开发的一项专利技术。它是在Direct Sound 3D的API界面基础上发展起来的。A3D的最大特点是能以精确定位感的3D音响增加新一代游戏软件交互性的真实感,这就是通常所说的3D定位技术。目前已有很多厂商将该技术用于最新PCI声卡中。可以肯定A3D将是新一代PCI 声卡必备的技术之一。

A3D Surround

A3D Surround技术的关键是只使用两只普通音箱(或一副耳机)在环绕三维空间中, 进行声源的精确定位。Aureal坚持认为既然可以用两只耳朵听到真实的三维声场的声音,那么就一定能用两只音箱来产生相同的效果。A3D Surround吸收了A3D技术和环绕声解码技术(如Dolby的ProLogic和 AC-3),创建一个围绕听者的5组音频流的声场,即产生五个“虚拟音箱”,它实际上是经过A3D Surround 处理后用两个音箱播放出来的。也就是说这5组音频流并不像传统的“家庭影院”那样需要用5个实际的音箱进行回放。这一技术被杜比实验室授予“Virtual Dolby”认证。

A3D Interactive

要想理解交互式3D技术,就应从交互式应用程序谈起。交互式应用程序它能生成一个虚拟环境,让游戏者能够在这个虚拟环境中随意进入不同的场景(或画面),可以选择不同的路线(或进行不同的选择),它能够让使用者有身临其境的感觉。该技术不仅为游戏、还可以为3D Internet以及一些需要有交互(也称为互动)功能的应用软件提供交互式的3D音响效果,以创造出更真实的3D听觉环境。使用A3D Interactive 技术的处理系统,再配上支持A3D的应用程序就可以实现互动式3D效果。

H3D

其实和A3D有着差不多的功效,但是由于A3D的技术是给Aureal Semiconductor注册的,所以厂家就只能用H3D来命名。

EAX

环境音效扩展,Environmental Audio Extensions,EAX 是由创新和微软联合提供,作为DirectSound3D 扩展的一套开放性的API。它是创新通过独家的EMU10K1 数字信号处理器嵌入到SB-LIVE中来体现出来的。由于EAX目前必须依赖于DirectSound3D,所以基本上是用于游戏之中。

AC3和DTS

AC3与DTS都是DVD的声音压缩格式,其中AC3由Dolby公司在1992年提出,它提供了多声道的功能,AC3的压缩率最大约为10:1,也就是经AC3压缩过的声音资料只有原来的十二分之一,不过也由于压缩率相当大,在音质上就会有相对的牺牲。而DTS也是一种声音压缩格式,同样也支持多声道,不过它不像AC3那般高的压缩率,其压缩率约在4:1,资料量比AC3来得高出不少,自然在声音的讯号就能保留更多,因此在声音的层次感、连续性、宽广度会比AC3好很多。

S/PDIF

S/PDIF(Sony/Philips Digital InterFace索尼和飞利浦数字接口的英文缩写)是由SONY公司与PHILIPS公司联合制定的一种数字音频输出接口。广泛应用在CD,声卡及家用电器等方面。其主要作用就是改善CD音质,给我们更纯正的听觉效果。


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