聲卡

世界上第一塊聲卡叫做ADLIB魔奇音效卡，於1984年誕生於英國的ADLIB AUDIO公司。可以説ADLIB公司是名副其實的“聲卡之父”。當然，那時的技術還很落後，在性能上存在着許多不足之處，就拿這塊聲卡來説，它是單聲道的，而且音質簡直是爛到極點，但無疑它的誕生，開創了電腦音頻技術的先河 ^[2]  。

真正把聲卡帶入個人電腦領域的，是由新加坡創新公司董事長沈望傅先生髮明的Sound Blaster“聲霸卡”。這隻聲卡在當時引起了一場轟動。有的人認為，這是一個很好的開端，因為PC終於可以“説話”了，並聯想到將來多媒體PC的模樣。但另有一些人卻認為，這只是一場鬧劇（因為當時的聲卡根本不能夠發出很真實的聲音）。但是，10年過後，正如前者所預料的，多媒體PC成了現今的標準，每個人都能利用自己的PC來聽CD、玩有聲遊戲、通過手機等網絡電話來交談，幾乎每一樣事情都和PC音頻發生關係，也就有了繽紛多彩的多媒體世界 ^[3]  。

就在人們對PC音頻滿懷疑慮的時候，第一張“真正”的聲卡出現了，它就是著名的Sound blaster 16，這塊卡之所以名為16，是因為它擁有16位的複音數（是指在回放MIDI時由聲卡模擬出所能同時模擬發聲的樂器數目），該聲卡能較為完美地合成音頻效果，具有劃時代的意義，我們終於能把煩人的PC喇叭給拆掉了 ^[3]  。

第二次重大變革是Sound blaster 64 Gold，這是第一隻讓人發出驚歎的聲卡，採用了EMU8000音頻芯片的SB 64 Gold無論是其價格還是性能都讓人大吃一驚，原來聲卡也可以賣那麼貴啊？原來聲卡發出的聲音也能如此動聽！Emu8000芯片破天荒地支持64位複音數（32個是硬件執行，另外32個由Creative開發的軟件生成），鍍金的接線端子，120db的動態範圍，96db的信噪比，相信音質比那時的一些國產CD機還要好！一切都是為了獲得最高質量的音響效果而定做的。當然，該聲卡的缺點還是明顯的，一是使用了ISA總線，限制了PC音頻系統的發揮，只能實現虛擬的3D音頻技術，而且在播放中，由於使用了低帶寬的ISA總線，因此在信噪比和保真度方面還有一定的問題；另外就是必須採用板載的“聲存”（用來存放音色庫的內存），而且這些聲卡的內存異常昂貴（其實也不就是普通的DRAM嘛），原來只帶了4MB，為了能獲得更好的合成效果，許多專業的MIDI製作人士還是掏錢加上了更多的聲存，以存放更好效果的音色庫。通過這樣的結合，Sound blaster 64 Gold能回放出很悦耳的合成音樂，一度令許多電腦MIDI發燒友為之興奮 ^[3]  。

在這兩個發展階段裏，Creative成了老大哥，其他的聲卡產品相比起它來就像是綠葉和紅花的關係，越發襯托出Sound blaster的偉大。當然，在其他的聲卡中也出了幾個精品，像Ess logic的ESS688F，Topstar的Als007等，它們都是以極為低廉的價格提供了與Sound blaster 16相近的性能，當年很多兼容機裝的都是這兩種聲卡。在聲卡的發展歷史上，有代表性的作品幾乎都是Creative（創新）公司的產品，由此我們也看出該公司在這方面的領導作用。Creative在聲卡界的地位就和CPU界的Intel以及軟件業的Microsoft一樣，是行業中的標準 ^[3]  。

對3D音效的渴求促使了第三次聲卡大變革，Soundblaster 64 Gold率先支持了模擬3D音效，但同時由於ISA總線帶寬太窄了，限制了聲卡的再度發展，因此PCI聲卡是註定要誕生的。第一隻PCI聲卡是S3的Sonics Vibes，它擁有一個32位複音的波表生成器，支持Microsoft Direct Sound和Direct Music加速。並且附帶了SRS 3D音效和Infinipatch downloadable音色庫下載標準。同時，它也帶來了與DOS環境的極不兼容（那時還有相當一部分人使用DOS操作系統）音頻回放時的爆音，回放MIDI時的噪音和相對拙劣的回放效果，這使得PCI聲卡產品成為了一種讓人們產生爭議的產品 ^[3]  。

但隨着Sound blaster推出了另一個劃時代的鉅作Sound blaster Live，之後（在此之前發佈的PCI64、128等聲卡是收購了Ensoniq公司後採用它們開發的芯片製作的），人們對PCI聲卡的優越性也深信不疑了（看看那個價錢，你當然要相信它是好東西了）。由於採用了PCI總線結構，聲卡與系統的連接有了更大的帶寬，一些在ISA聲卡上沒有能力實現的效果，如使用Downloadable（能夠下載）的音色庫，更為逼真的3D音效，更好的音質和信噪比等，都把PC音頻推向了另一個高峯。在這裏，我們要留意，PC音頻更新的週期沒有CPU和顯示卡那麼快，它只是一個循序漸進的過程，真的不夠用了，才會出現和研發它的改進或替代產品，所以説，投資一個好的PC音頻系統是非常值得的，起碼不會迅速地被淘汰 ^[3]  。

當今PC音頻的進一步發展變化將主要體現在以下4個方面：ISA聲卡向PCI聲卡過渡；更為逼真的回放效果；高質量的3D音效；轉向USB音頻設備 ^[3]  。

數字信號處理芯片可以完成各種信號的記錄和播放任務，還可以完成許多處理工作，如音頻壓縮與解壓縮運算、改變採樣頻率、解釋MIDI指令或符號以及控制和協調直接存儲器訪問（DMA）工作 ^[4]  。

A/D和D/A轉換器

聲音原本以模擬波形的形式出現，必須轉換成數字形式才能在計算機中使用。為實現這種轉換，聲音卡含有把模擬信號轉成數字信號的A/D轉換器，使數據可存入磁盤中 ^[4]  。

為了把聲音輸出信號送給喇叭或其他設備播出，聲卡必須使用D/A轉換器，把計算機中以數字形式表示的聲音轉變成模擬信號播出 ^[4]  。

總線接口芯片

總線接口芯片在聲卡與系統總線之間傳輸命令與數據 ^[4]  。

音樂合成器負責將數字音頻波形數據或MIDI消息合成為聲音 ^[4]  。

混音器可以將不同途徑，如話筒或線路輸入、CD輸入的聲音信號進行混合。此外，混音器還為用户提供軟件控制音量的功能 ^[4]  。

聲音控制芯片是把從輸入設備中獲取聲音模擬信號，通過模數轉換器，將聲波信號轉換成一串數字信號，採樣存儲到電腦中。重放時，這些數字信號送到一個數模轉換器還原為模擬波形，放大後送到揚聲器發聲 ^[5]  。

DSP芯片通過編程實現各種功能。它可以處理有關聲音的命令、執行壓縮和解壓縮程序、增加特殊聲效和傳真MODEM等。大大減輕了CPU的負擔，加速了多媒體軟件的執行。但是，低檔聲卡一般沒有安裝DSP，高檔聲卡才配有DSP芯片 ^[6]  。

低檔聲卡一般採用FM合成聲音，以降低成本。FM合成芯片的作用就是用來產生合成聲音 ^[6]  。

在波表ROM中存放有實際樂音的聲音樣本，供播放MIDI使用。一般的中高檔聲卡都採用波表方式，可以獲得十分逼真的使用效果 ^[6]  。

波表合成器芯片

該芯片的功能是按照MIDI命令，讀取波表ROM中的樣本聲音合成並轉換成實際的樂音。低檔聲卡沒有這個芯片 ^[6]  。

跳線是用來設置聲卡的硬件設備，包括CD-ROM的I/O地址、聲卡的I/O地址的設置。聲卡上游戲端口的設置(開或關)、聲卡的IRQ(中斷請求號)和DMA通道的設置，不能與系統上其他設備的設置相沖突，否則，聲卡無法工作甚至使整個計算機死機 ^[7]  。

PC機所連接的外設都擁有一個輸入/輸出地址，即I/O地址。每個設備必須使用唯一的I/O地址，聲卡在出廠時通常設有缺省的I/O地址，其地址範圍為220H～260H ^[7]  。

（2）IRQ(中斷請求)號

每個外部設備都有唯一的一個中斷號。聲卡Sound Blaster缺省IRQ號為7，而Sound Blaster PRO的缺省IRQ號為5 ^[7]  。

聲卡錄製或播放數字音頻時，將使用DMA通道，在其本身與RAM之間傳送音頻數據，而無需CPU干預，以提高數據傳輸率和CPU的利用率。16位聲卡有兩個DMA通道，一個用於8位音頻數據傳輸，另一個則用於16位音頻數據傳輸 ^[7]  。

（4）遊戲杆端口

聲卡上有一個遊戲杆連接器。若一個遊戲杆已經連在機器上，則應使聲卡上的遊戲杆跳接器處於未選用狀態。否則，2個遊戲杆互相沖突 ^[7]  。

聲卡從話筒中獲取聲音模擬信號，通過模數轉換器(ADC)，將聲波振幅信號採樣轉換成一串數字信號，存儲到計算機中。重放時，這些數字信號送到數模轉換器(DAC)，以同樣的採樣速度還原為模擬波形，放大後送到揚聲器發聲，這一技術稱為脈衝編碼調製技術(PCM) ^[8]  。

1、數字聲音文件。通過聲卡及相應的驅動程序的控制，採集來自話筒、收錄機等音源的信號，壓縮後被存放在計算機系統的內存或硬盤中 ^[6]  。

2、激光盤壓縮的數字化聲音文件還原成高質量的聲音信號，放大後通過揚聲器放出 ^[6]  。

3、數字化的聲音文件進行加工，以達到某一特定的音頻效果 ^[6]  。

4、音量，對各種音源進行組合，實現混響器的功能 ^[6]  。

5、合成技術，通過聲卡朗讀文本信息。如讀英語單詞和句子，奏音樂等 ^[6]  。

6、音頻識別功能，讓操作者用口令指揮計算機工作 ^[6]  。

7、電子樂器。另外，在驅動程序的作用下，聲卡可以將MIDI格式存放的文件輸出到相應的電子樂器中，發出相應的聲音。使電子樂器受聲卡的指揮 ^[6]  。

聲卡發展至今，主要分為板卡式、集成式和外置式三種接口類型，以適用不同用户的需求，三種類型的產品各有優缺點 ^[9]  。

卡式產品是現今市場上的中堅力量，產品涵蓋低、中、高各檔次，售價從幾十元至上千元不等。早期的板卡式產品多為ISA接口，由於此接口總線帶寬較低、功能單一、佔用系統資源過多，已被淘汰。PCI則取代了ISA接口成為主流，它們擁有更好的性能及兼容性，支持即插即用，安裝使用都很方便 ^[9]  。

聲卡只會影響到電腦的音質，對PC用户較敏感的系統性能並沒有什麼關係。因此，大多用户對聲卡的要求都滿足於能用就行，更願將資金投入到能增強系統性能的部分。雖然板卡式產品的兼容性、易用性及性能都能滿足市場需求，但為了追求更為廉價與簡便，集成式聲卡出現了 ^[9]  。

此類產品集成在主板上，具有不佔用PCI接口、成本更為低廉、兼容性更好等優勢，能夠滿足普通用户的絕大多數音頻需求，自然就受到市場青睞。而且集成聲卡的技術也在不斷進步，PCI聲卡具有的多聲道、低CPU佔有率等優勢也相繼出現在集成聲卡上，它也由此佔據了主導地位，佔據了聲卡市場的大半壁江山 ^[9]  。

集成聲卡大致可分為軟聲卡和硬聲卡，軟聲卡僅集成了一塊信號採集編碼的Audio CODEC芯片，聲音部分的數據處理運算由CPU來完成，因此對cpu的佔有率相對較高。硬聲卡的設計與pci式聲卡相同，只是將兩塊芯片集成在主板上 ^[9]  。

是創新公司獨家推出的一個新興事物，它通過USB接口與PC連接，具有使用方便、便於移動等優勢。但這類產品主要應用於特殊環境，如連接筆記本實現更好的音質等。市場上的外置聲卡並不多 ^[9]  。