板载声卡

更新时间:2023-07-07 22:20

板载声卡主要是指集成在电脑主板上的声卡,相对于独立声卡而存在。主要负责电脑声音处理。

定义

板载声卡一般有软声卡和硬声卡之分。这里的软硬之分,指的是板载声卡是否具有声卡主处理芯片之分,一般软声卡没有主处理芯片,只有一个解码芯片,通过CPU的运算来代替声卡主处理芯片的作用。而板载硬声卡带有主处理芯片,很多音效处理工作就不再需要CPU参与了。

板载声卡分类

集成声卡

因为板载软声卡没有声卡主处理芯片,处理音频数据的时候会占用CPU资源,CPU主频不高的情况下会影响到使用性能。CPU主频早已用GHz来进行计算,对系统性能的影响也微乎其微了,几乎可以忽略。“音质”问题也是板载软声卡的一大弊病,比较突出的就是信噪比低。

AC'97

AC'97的全称是Audio CODEC'97,这是一个由英特尔、雅玛哈等多家厂商联合研发并制定的一个音频电路系统标准。它并不是一个实实在在的声卡种类,只是一个标准。目前最新的版本已经达到了2.3。现在市场上能看到的声卡大部分的CODEC都是符合AC'97标准。厂商也习惯用符合CODEC的标准来衡量声卡,因此很多的主板产品,不管采用的何种声卡芯片或声卡类型,都称为AC'97声卡。

根据通俗的分类,AC'97声卡被分为硬声卡和软声卡两种,其中AC'97硬声卡,首先大部分独立声卡都是硬声卡;而集成在主板上的声卡也有硬声卡:这些声卡除了包含有Audio Codec芯片之外,还在主板上集成了Digital Control芯片,即把芯片及辅助电路都集成到主板上。这些声卡芯片提供了独立的数字音频处理单元和ADC与DAC的转换系统,最终输出模拟的声音信号。这种硬声卡和普通独立声卡区别不大,更像是一种全部集成在主板上的独立声卡,而由于集成度的提高,CPU的负荷减轻,音质也有所提高,不过相应的成本也有所增加,2010年后已很少被主板厂商采用。

AC'97软声卡则仅在主板上集成Audio Codec,而Digital Control这部分则由CPU完全取代,节约了不少成本。根据AC'97标准的规定,不同Audio Codec97芯片之间的引脚兼容,原则上可以互相替换。也就是说,AC'97软声卡只是一片基于AC'97标准的CODEC芯片,不含数字音频处理单元,因此电脑在播放音频信息时,除了D/A和A/D转换以外所有的处理工作都要交给CPU来完成。可以这样说,AC’97软声卡只是简化了硬件,而设计思路仍是贯彻AC'97的规格标准的声卡。也有部分消费者就认为:软声卡就是没有Digital Control芯片,而是采用软件模拟,所以就存在两个问题:首先其CPU占用率肯定较高,容易产生爆音,其次音质也不可以和普通的独立声卡相提并论。

其实随着CPU主频的不断提高,音频数据处理量却并没有增加多少,所谓的CPU占用率的问题早已被忽略不计。而关于音质方面,虽然还难以和高档的独立声卡相比较,但是随着SoundMAX 3.0驱动的不断升级和改进,使AC'97软声卡拥有硬件级的数据处理转换能力和最高94dB信噪比的专业音质回放能力,增加的Sensaura为3D定位音效,与XG兼容的Sondius-XG的MIDI软波表,以及最新的音效演算法SPX,将AC'97软声卡提升至一个前所未有的高度,彻底改变了消费者心目中音质不佳的形象。

也就是说,除非你的耳朵特别挑剔、或者你是搞音乐专业的,一般主板集成的声卡就够人们用了。

HDAudio

HD Audio是High Definition Audio(高保真音频)的缩写,原称Azalia,是Intel与杜比(Dolby)公司合力推出的新一代音频规范。主要是Intel 915/925系列芯片组的ICH6系列南桥芯片所采用。

HD Audio的制定是为了取代AC’97音频规范,与AC’97有许多共通之处,某种程度上可以说是AC’97的增强版,但并不能向下兼容AC’97标准。它在AC’97的基础上提供了全新的连接总线,支持更高品质的音频以及更多的功能。与AC’97音频解决方案相类似,HD Audio同样是一种软硬混合的音频规范,集成在ICH6芯片中(除去Codec部分)。与现行的AC’97相比,HD Audio具有数据传输带宽大、音频回放精度高、支持多声道阵列麦克风音频输入、CPU的占用率更低和底层驱动程序可以通用等特点。

特别有意思的是HD Audio有一个非常人性化的设计,HD Audio支持设备感知和接口定义功能,即所有输入输出接口可以自动感应设备接入并给出提示,而且每个接口的功能可以随意设定。该功能不仅能自行判断哪个端口有设备插入,还能为接口定义功能。例如用户将MIC插入音频输出接口,HD Audio便能探测到该接口有设备连接,并且能自动侦测设备类型,将该接口定义为MIC输入接口,改变原接口属性。由此看来,用户连接音箱、耳机和MIC就像连接USB设备一样简单,在控制面板上点几下鼠标即可完成接口的切换,即便是复杂的多声道音箱,菜鸟级用户也能做到“即插即用”。

优缺点

板载软声卡没有声卡主处理芯片,在处理音频数据的时候会占用部分CPU资源,在CPU主频不太高的情况下会略微影响到系统性能。随着CPU主频早已用GHz来进行计算,对性能的影响几乎可以忽略。

“音质”问题也是板载软声卡的一大弊病,比较突出的就是信噪比较低,实这个问题并不是因为板载软声卡对音频处理有缺陷造成的,主要是因为主板制造厂商设计板载声卡时的布线不合理,以及用料做工等方面,过于节约成本造成的。

集成声卡最大的优势就是性价比,而且随着声卡驱动程序的不断完善,主板厂商的设计能力的提高,以及板载声卡芯片性能的提高和价格的下降,板载声卡越来越得到用户的认可。

板载声卡的劣势却正是独立声卡的优势,而独立声卡的劣势又正是板载声卡的优势。独立声卡从几十元到几千元有着各种不同的档次,从性能上讲集成声卡完全不输给中低端的独立声卡,在性价比上集成声卡又占尽优势。在中低端市场,在追求性价的用户中,集成声卡是不错的选择。

主要厂商

Advance Logic:Advance Logic 是一家老资格的音频芯片设计制造商,主攻低端市场,远在ISA世代,就有一款著名的ALS007的音频控制芯片,到了PCI时代,Advance Logic仍旧主攻低端市场,ALS4000便是一款比较著名的芯片,ALS4000功能简单,音质也一般,但价格确很便宜。随着竞争的加剧,Advance Logic在低端市场的份额也遭到AC'97软卡的侵蚀,Advance Logic并没有放弃声卡市场,转而主攻Codec市场,著名的ALC系列Codec就是他们的杰作,Advance Logic扮演了一个很出色的角色,极大的推动了AC'97软卡的音质提升。

傲锐Aureal:在ISA时代,Aureal这个名字并不为人所知,但到了PCI时代,Aureal的名字迅速随着帝盟S90这款声卡传播开来,S90这款声卡获得游戏玩家的广泛赞扬,Aureal也名声大振。S90就是采用的傲锐公司的Vortex AU8820的音频控制芯片。支持A3D 1.0,就是这款S90让很多人接受了3D音效这个概念,虽然最后的果子是创新摘走了,但栽树的是A3D,A3D带来了逼真的3D音效仿真。随后傲锐发布Vortex-2 AU8830音频控制芯片,支持A3D 2.0,帝盟发布基于这款芯片的MX300声卡,用于和创新Live!系列争夺市场,后来傲锐和帝盟结束了合作关系,不久傲锐被对手创新收购,A3D和傲锐成为历史。

Ensoniq:1997年,Ensoniq可谓出尽风头,Ensoniq是最早开发出 PCI 音频控制芯片的厂商之一,ES1370芯片被众多厂家采用,创新也是Ensoniq的客户之一,ES1370支持32个硬件复音,通过相应的软波表扩充到64复音,支持2-8M音色库。硬件支持Direct Sound、Direct Sound 3D,以及软件模拟A3D 1.0和EAX,成为当时中档PCI声卡的首选芯片,由于创新需要一个中档次的芯片扩充产品线,Ensoniq不久便被创新收购。Ensoniq发展出的PCI音频控制芯片一共有三款——ES1370、ES1371、ES1373,音质好,功能少,信噪比出众是Ensoniq系列最大的特点。但是他们也有个显著的缺点,不支持多音频流,好在随着WDM驱动的推出,这些都算不上缺点了。在创新完成收购后,创新也推出了CT5507、CT2518、CT5880等芯片,著名的中低端声卡PCI128就采用了CT-5880芯片。

E-mu:E-mu是一家实力强劲的音频控制芯片设计商,主要从事音频芯片开发以及合成技术研究,后被创新收购,经典的创新AWE64系列就采用了E-mu的Emu8000芯片,其出色的波表合成能力让听过的人都印象深刻,E-mu的音频控制芯片主要面向高端市场,讲究性能、品质以及功能,开发实力少有对手,是创新最强有力的技术支持。Emu8000有一个衍生版本——Emu8008,是Emu8000的PCI版本,创新曾经推出过一款AWE64的PCI版本,就是采用的Emu8008,但是市场上非常少见。

好在E-mu及时开发出了跨时代的Emu10k1,让创新公司成功推出了SoundBlaster Live!系列。Emu10k1诸多崭新的特征,是一颗可编程的DSP芯片,即时是几年后的今天,也不会觉得这款芯片太落伍,事实上,基于这款芯片的Live!能够胜任大部分游戏的需求。2001年,Emu再度开发出比Emu10k1更强的芯片,也就是Audigy系列采用的音频控制芯片,这款芯片继承了Emu10k1的所有优点,改善了MIDI等方面的不足,并将运算能力提升4倍,足够满足所有游戏的需求。2002年,创新推出Audigy2。

ESS:在ISA时代,ESS是创新最大的竞争对手,产品线丰富,性价比优秀,当年的ESS688/1868等都是非常优秀的芯片,良好的兼容性以及低廉的价格受到众多板卡商的青睐,市场占有率极大,是中低端市场的绝对首选。进入PCI时代后,ESS也积极扩展,前后推出了ESS Maestro-I、ESS Maestro-II、ESS Canyon3D等芯片,ESS的兼容性历来口碑甚佳,ESS Maestro-II更是获得了帝盟的青睐,著名的S70声卡就是基于这款芯片,这款芯片有一个简化的版本SOLO-I,主要交给主板商集成用,很少作为独立的声卡芯片使用。Canyon3D是ESS最强的芯片,又被称作Maestro-2e,也是ESS第一款支持多声道的芯片,著名的帝盟MX400声卡正是采用了此款芯片,这款芯片运算能力强大。2001年,ESS 再度发布Canyon3D-2,但是这个时候创新已经垄断市场了,Canyon3D-2没有得到应有的名气和市场,ESS也逐渐在声卡市场消失,这个创新最老的竞争对手,终于也扛不住压力退出竞争了,但ESS这家公司还存在,主要扩展消费类电子市场。

骅讯C-Media:台湾骅讯也是一家拥有广泛影响力的厂家,他们推出的CMI-8338/8738芯片曾经深深的影响了低端市场,CMI系列追求性价比,集成了Codec,降低了成本,还节约了PCB的制造和设计费用,因此这几款芯片往往出现在超低价的独立声卡或者主板上,即便在低廉的价格上,CMI系列还提供了24bit/44.1kHz或48kHz的S/PDIF输入输出的功能,这点做得甚至比某些高端芯片还好。在很多人眼里,CMI是一组非常不值得一提的芯片,事实上并非如此,8338/8738在最基本的功能——输入输出方面做得很好,但是市场上很少有一款像样的8338/8738声卡,但这并不表示8338/8738音质就一定不行,虽然他们的运算能力确实很弱。

相关资料

板载音效-数模转换器

声卡最重要的功能就是将数字化的音乐信号转化为模拟类信号,完成这一功能的部件称为DAC(Digital-Analog Converter:数字-模拟转换器,简称数模转换器),DAC的品质决定了整个声卡的音质输出品质,如果声卡是数字输出的话,那末级的DAC决定音质。

大多数声卡使用了符合AC97的Codec(数字信号编码解码器,DAC和ADC的结合体),由于AC97的标准定义了输入输出的采样频率都是48kHz这一个频率,所以如果Codec接收到其他采样频率的音频流,便会经过SRC(Sample Rate Converter:采样频率转换器),将频率转换到统一的48kHz,在这个转换过程中,音频流中的数据便会由于转换算法而损失一部分细节,造成音质的损失,所以AC97除了播放48kHz的音频流音质还不错以外,播放其它采样频率的音频流都不能得到很好的回放音质。当然,如果在Codec以后做修正电路可以提高一些音质,这就因厂商而异了。

板载音效-声道数

声卡所支持的声道数是衡量声卡档次的重要指标之一,从单声道到最新的环绕立体声,下面一一详细介绍:

1.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自然是很落后的,但在声卡起步时,已经是非常先进的技术了。

2.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。

3.准立体声

准立体声声卡的基本概念就是:在录制声音的时候采用单声道,而放音有时是立体声,有时是单声道。采用这种技术的声卡也曾在市面上流行过一段时间,已经销声匿迹了。

4.四声道环绕

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。由于PCI声卡的出现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,但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。

5.5.1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,其中“.1”声道,则是一个专门设计的超低音声道,这一声道可以产生频响范围20~120Hz的超低音。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。

千万不要以为5.1已经是环绕立体声的顶峰了,更强大的7.1系统已经出现了。它在5.1的基础上又增加了中左和中右两个发音点,以求达到更加完美的境界。以前由于成本比较高,没有广泛普及,7.1声道的声卡也比较多了。

板载音效-音效

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必须依赖于DirectSound3D,所以基本上是用于游戏之中。在正常情况下,游戏程序师都是用DirectSound 3D来使硬件与软件相互沟通,EAX将提供新的指令给设计人员,允许实时生成一些不同环境回声之类的特殊效果(如三面有墙房间的回声不同于完全封闭房间的回声),换言之,EAX是一种扩展集合,加强了DirectSound 3D的功能。

A3D:是Aureal Semiconductor开发的一种突破性的新的互动3D定位音效技术,使用这一技术的应用程序(通常是游戏)可以根据用户的输入而决定音效的变化,产生围绕听者的3维空间中精确的定位音效,带来真实的听觉体验,而且可以只用两只普通的音箱或一对耳机在实现,而通过四声道,就能很好的去体现出它的定位效果。

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,Zoltrix速捷时的AP 6400夜莺,用的是C-Media CMI8738/C3DX的芯片,不要小看这个芯片,因为它本身可以支持上面所说的H3D技术、可支持四声道、它本身还带有MODEM的功能。

Sensaura/Q3D:CRL和QSound是主要出售和开发HRTF算法的公司,自己并不推出指令集。CRL开发的HRTF算法叫做Sensaura,支持包括A3D 1.0和EAX、DS3D在内的大部分主流3D音频API。并且此技术已经广泛运用于ESS、YAMAHA和CMI的声卡芯片上,从而成为了影响比较大的一种技术,从实际试听效果来看也的确不错。而QSound开发的Q3D可以提供一个与EAX相仿的环境模拟功能,但效果还比较单一,与Sensaura大而全的性能指标相比稍逊一筹。QSound还提供三种其它的音效技术,分别是QXpander、QMSS和2D-to-3D remap。其中QXpander是一种立体声扩展技术;QMSS是用于4喇叭模式的多音箱环绕技术,可以把立体声扩展到4通道输出,但并不加入混响效果。2D-to-3D remap则是为DirectSound3D的游戏而设,可以把立体声的数据映射到一个可变宽度的3D空间中去,这个技术支持使用Q3D技术的声卡。

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