在一套多媒體電腦中﹐音效卡扮演了一個重要的角色。通過一塊優質的音效卡﹐加上一對不錯音箱﹐我們便可得到動聽的音效。現在的音效卡很便宜﹐只要花二三百元就可以買到一張功能齊全的。所以人們在購買電腦時﹐音效卡就成了基本的配置﹐但其中多數人對音效卡的功能並不了解。其實﹐只要我們多些了解音效卡的功能﹐對音效卡的使用知識多一些﹐就會明白一塊優質的音效卡能帶給我們多少樂趣。以下我就將電腦音響中常用音效卡的術語及常識作一些介紹或許您除了玩專業音響之外也能在電腦音響中尋找出一些樂趣。

音效卡 (Sound Card)﹕顧名思義﹐就是發聲的卡片﹐它象人喉嚨中的聲帶一樣﹐有了它就能發出聲音﹐就能交流﹐你還可以唱歌。音效卡在電腦中的作用也是這樣﹐它可以實現人機交流﹐如學習外語﹐語音輸入等。音效卡在港臺地區稱為音效卡或聲效卡﹐是多媒體電腦中必不可少的﹐電腦也就有發聲的功能。音效卡對於電腦音樂人來說是必備部件﹐因為用它作出來的音樂比用傳統製作方法要好很多。音效卡它帶你進入了一個”五彩繽紛”的有聲世界.讓你充分感到大自然的奇妙。
音效卡錄制與播放﹕音效卡錄制與播放的聲音﹐都是一連串變化不同的類比信號。錄音時利用類比/數位轉換(AD/DA)﹐將聲音轉換成0和1的數位信號儲存起來﹔播放時再將數位信號轉換成原來的類比聲音信號﹐驅動喇叭發聲。我們經常說8位音效卡和16位音效卡﹐所指是該數位信號的細分值。8位的音效卡將信號分成256等份﹔而16位的音效卡則將信號分成65536等份。所以16位音效卡在錄制與播放聲音時﹐音質會比較接近願音。另一概念是採樣頻率(Sample Rate)﹐採樣頻率越高﹐錄制的音質越好。像CD的錄制標準就是16位﹐44.1KHz採樣頻率﹐並以STEREO(立體聲)錄制。通常人們所說的“CD音質”就是這麼一回事。
音效卡中的合成技術﹕音效卡的音源產生電路(通常是方波)由軟件控制發聲﹐它可以類比出各種樂樂器的聲音﹐而且構造簡單﹑成本低。音效卡中的合成技術有兩種類型﹐第一﹐FM合成技術(Frenquency Modulation頻率調制);第二﹐WAVE TABLE(波表)合成技術。
(一)FM合成技術﹕用計算的方法來把樂器的真實聲音表現出來﹐它不需要很大的存儲容量就能類比出多種聲音來﹐它的結構簡單﹐成本低﹐但它的模仿能力很差。其中Yamaha的OPL3就是著名的一種﹐它使用獨家的FM合成音源技術﹐最多能以18聲道合成﹐產生各種樂器的聲音。
(二)WAVE TABLE(波表)合成技術﹕波表的英文名稱為“WAVE TABLE”﹐從字面翻譯就是“波形表格”的意思。其實它是將各種真實樂器所能發出的所有聲音(包括各個音域﹑聲調)錄制下來﹐存貯為一個波表文件。播放時﹐根據MIDI文件紀錄的樂曲信息向波表發出指令﹐從波表庫逐一找出對應的聲音信息﹐經過合成﹑加工後回放出來。由於它採用的是真實樂器的採樣﹐所以效果自然要好於FM。一般波表的樂器聲音信息都以44.1KHz﹑16Bit的精度錄制﹐以達到最真實回放效果。”軟”波表技術﹕它是軟件的形式(音效卡中WAVE TABLE存放在硬盤中,用的時候CPU調出)代替WAVE TABLE。

波表升級子卡﹕可以將FM音效卡升級為WAVE TABLE音效卡。但是原音效卡必須帶有升級接口。由於各種音效卡的品牌及音效卡上所支持的存儲器是不同的﹐因此價格差別就很大。對於用FM音效卡的朋友來說﹐波表升級子卡是很不錯的選擇。但它也有一個性能/價格比的問題﹐是否值得要詳加權衡。
MIDI音源﹕它不是音樂信號﹐所記錄的聲音要想播放出來就必須通過MIDI界面的設置。是電子合成器與數位音樂的使用標準﹐同時也是電腦和電子樂器之間的橋樑。對於電腦音樂愛好者來說是一個不錯的選擇。具有MIDI(Muscial Instrument Digital Interface樂器數碼界面)連接功能的音效卡可通過MIDI連接﹐抓取到一些內置於MIDI電子琴或音源器的聲音資料﹐並加以合成輸出。例如要抓口琴的聲音﹐就要通過MIDI界面﹐令電子琴或音源器輸出所彈奏的音色﹑音高﹑節奏等資料。再通過MIDI卡傳送給電腦﹐由專業的軟件做修補﹑剪輯與合成的工作﹐到最後制成。這種MIDI卡連同音源器﹑電子琴等設備﹐從幾千元到數十萬以至上百萬的專業設備都有。被廣泛應用在電影配樂﹑場景音效﹑專輯製作等等。所以MIDI是屬於專業音樂製作者和一些發燒MIDI玩家的。
MIDI卡由於它直接從真實樂器中錄音,音質當然細膩逼真,聲音效果亦一流。不過因為競爭和為了遊戲或軟件的聲音效果﹐生產商就運用這種技術﹐將數十到一百多種樂器的聲音資料預先錄到Mask Rom﹐普通的音效卡也擁有專業級樂器音質的效果。這種等級的音效卡﹐就是我們上面所稱的“波表”音效卡。一般又稱為“OPL4”。這類音效卡除了16位錄音和OPL3的FM合成器﹐亦有混音器﹑MIDI等等。Wave Table的音色和音質是FM合成器所不能比擬的。而Mask Rom的大小也要注意。一般來說﹐Mask Rom或DRAM的數量越多﹐所錄制的樂器的音色和音質越好。現時的Mask Rom多數為1-2MB﹐而3-4MB也不算多。

DSP﹕即Digital Signal Processing (數位信號處理)。DSP技術在音調控制﹑失真效果器﹑Wah-wah踏板等類比電子領域有廣泛的應用。同時﹐DSP在類比均衡和混響等多種效果上也能大顯身手 。通過電腦CPU或專門的DSP芯片都可以進行DSP 動作,不同的是,專門的DSP芯片處理要比電腦CPU處理更優化﹐速度更快 。
DAC﹕電腦對聲音這種信號不能直接處理﹐先把它轉化成電腦能識別的數位信號﹐就要用到音效卡中的DAC(數位/類比轉換)﹐它把聲音信號轉換成數位信號﹐要分兩步進行﹐採樣和轉換。
編碼和解碼﹕在數位音頻技術中﹐用數位大小來代替聲音強弱高低的類比電壓﹐並對音頻數據進行壓縮的過程叫做編碼﹔在重放音樂時﹐再將壓縮的數據還原﹐稱為解碼。
採樣﹕把類比音頻轉成數位音頻的過程,就稱作採樣﹐所用到的主要設備便是類比/數位轉換器(Analog to Digital Converter﹐即ADC﹐與之對應的是數位/類比換器,即DAC)。採樣的過程實際上是將通常的類比音頻信號的電信號轉換成二進制碼0和1﹐這些0和1便構成了數位音頻文件。採樣的頻率越大則音質越有保證。由於採樣頻率一定要高於錄制的最高頻率的兩倍才不會產生失真,而人類的聽力範圍是20Hz~20KHz﹐所以採樣頻率至少得是20k×2=40KHz﹐才能保證不產生低頻失真,這也是CD音質採用44.1KHz(稍高於40kHz是為了留有餘地)的原因。
採樣位數﹕即採樣值或取樣值。它是用來衡量聲音波動變化的一個參數﹐也就是音效卡的分辨率。它的數值越大﹐分辨率也就越高﹐所發出聲音的能力越強。音效卡的位是指音效卡在採集和播放聲音文件時所使用數位聲音信號的二進制位數。音效卡的位客觀地反映了數位聲音信號對輸入聲音信號描述的準確程度。在多媒體電腦中用16位的音效卡就可以了﹐因為人耳對聲音精確度的分辨率達不到16位。
採樣頻率﹕即取樣頻率,指每秒鐘取得聲音樣本的次數.它的採樣頻率越高,聲音的質量也就越好,但是它佔的內存比較多.由於人耳的分辨率很有限,所以太高的頻率就分辨不出好壞來.採樣頻率一般共分為22.05KHz﹑44.1KHz﹑48KHz三個等級﹐22.05只能達到FM廣播的聲音品質﹐44.1KHz則是理論上的CD音質界限﹐48KHz則更加精確一些。對於高於48KHz的採樣頻率人耳已無法辨別出來了﹐所以在電腦上沒有多少使用價值。
頻率響應 (FR﹕Frequency Response)﹕它是對音效卡的ADC和AC轉換器頻率響應能力的一個評價標準。人耳對聲音的接收範圍是20HZ-20KHZ﹐因此音效卡在這個範圍內音頻信號始終要保持成一條直線式的響應效果。如果突起(在音效卡資料中是用功率增益來表示)或下滑(用功率衰減)都是失真的表現.
信噪比 (SNR﹕Signal to Noise Ratio)﹕它是判斷音效卡噪聲能力的一個重要指標。用信號和噪聲信號的功率的比值即SNR﹐單位分貝。SNR值越大音效卡的濾波效果越好﹐一般是大於80分貝。低於75dB這個指標﹐噪音在寂靜時有可能被發現。AWE64 Gold音效卡的信噪比是80dB﹐較為合理。SB Live!更是宣稱超過120dB的頂級信噪比。總的說來,由於電腦裏的高頻干擾太大﹐所以音效卡的信噪比往往不能令人滿意。但SB Live!提供了一個數位輸出口SPDIF﹐可繞過輸出時的類比部分﹐極大地減少了噪音和失真﹐同時又極大地提高了動態範圍和清晰度
DLS﹕可下載音源模塊它是一種新型PCI音效卡所採用的一種技術,它將波表存放在硬盤上,需要是再調入內存.但它與WAVE TABLE有一定的區別,DLS要用專用芯片的PCI音效卡來實現音樂合成,而軟波表技術是要通過CPU來實現音樂合成的.
Sound Font﹕新加坡創新公司在中檔音效卡上使用的音色庫技術。它是用字符合成的﹐一個Sound Fond表現出一組音樂符號。用MIDI鍵盤輸入樂符時﹐會自動記下MIDI的參數﹐最後在Sound Fond中查找﹐當你需要它時﹐就下載到音效卡上。它有一個最大的好處就是﹐不會因音效卡的存儲容量不夠而影響到聲音的質量﹐能夠達到全音調和音色的理想環境。現在﹐只有在高檔音效卡上才採用這種方式。當然了原因有兩種﹐在創新的這種音色庫以外﹐還有就是微軟的DLS標準。相比較來說﹐Sound Font技術實用性突出﹐但是只有創新音效卡能用﹐微軟的DLS多用在PCI音效卡上。
音源﹕從字面意思理解就是聲音的來源﹐即聲音來自何方。它主要把聲音完全準確地表現出來。分為兩種形式﹐外置式﹐它不受音效卡的制約﹐聲音的質量能很好的保存下來﹐但是成本要求很高。內置式﹐也稱音源字卡。
音源字卡﹕它自己本身帶有音樂的來源但又必須依附在音效卡上使用的一塊硬盤。在你的電腦上帶有WAVE BLASTER插頭的音效卡﹐就可以用音源字卡。用音源字卡的要求很低﹐它設置時不佔用中斷﹐地址不會重新選擇﹐也不用驅動程序﹐只要把MIDI的端口設置成SB MIDI OUT即可。
複音 (Polyphone)﹕這個複音可不是在英語中所學的“輔音”﹐是指在同一時間內音效卡所能發出聲音的數量.如果你放一首MIDI音樂的時候,它所含的複音數必須小於或等於你所用的音效卡的複音數,就能聽到最佳的效果.因此,你的音效卡的複音數越多,你將能聽到許多美妙的音樂.但是你將花更多的錢.
MP3﹕它是將聲音文件按1比10的比例壓縮成很小的文件存儲在光盤上.我們通常所聽的VCD一張盤也就只有一二十首,但是經過MP3文件加工的一張光盤可放幾百首是不成問題的,這對於電腦音樂的發燒友來說是再好不過了
WAV﹕在Windows中﹐把聲音文件存儲到硬盤上的擴展名為WAV。WAV記錄的是聲音的本身﹐所以它佔的硬盤空間大的很。例如﹕16位的44.1KHZ的立體聲聲音一分鐘要佔用大約10MB的容量﹐和MIDI相比就差的很遠。這樣看來﹐音效卡的壓縮功能同樣重要。
WOC﹕它是聲音文件的一種存放形式。只要擴展名為VOC的文件在DOS系統下即可播放。它與WAV只是格式不同﹐核心部分沒有根本的區別。這種形式都是先將數位化信號經過數位/類比轉換後﹐由放大器送到喇叭發出聲音。
AVI﹕(Audio-Video Interactive)音頻視頻交互﹐它是微軟公司(Microsoft)推出的一個音頻﹑視頻信號壓縮標準。
單聲道﹕單聲道是比較原始的聲音復制形式﹐早期的音效卡採用的比較普遍。當通過兩個揚聲器回放單聲道信息的時候﹐我們可以明顯感覺到聲音是從兩個音箱中間傳遞到我們耳朵裏的。這種缺乏位置感的錄制方式是很落後的﹐但在音效卡剛剛起步時﹐已經是非常先進的技術了。
3D立體聲系統﹕它就是我們通常所說的三維.從三個方面增強了音效卡的音響的效果,第一:我們所聽到的聲音立體聲增強,第二;聲音位移;第三,混響效果.不管是在自己家裏,還是在電影院裏,不管是放VCD還是影碟,每次在屏幕上都會出現兩個聲道讓你選擇即”左聲道”"右聲道”,我們就要把它全選,兩種聲道的聲音混合在一起,聽起來有一種震撼的感覺.但它沒有3D環繞立體聲系統好.
3D環繞立體聲系統﹕從八十年代3D的出現到至今,有十幾種3D系統投入使用.到現在有兩種技術在多媒體電腦上使用,即Space(空間)均衡器和SRS(Sound Retrieval System)聲音修正系統.先講一下Space:它利用音響的效果和仿聲學的原理,根據人的耳廓對聲音的感應不同,而且也不增加聲道,就得到3D效果,人感覺聲音來自各方﹔SRS:它是完全利用仿聲學的原理和人耳的空間聲音的感應不同,對雙聲道的立體聲信號加工處理,儘管聲音來自前方,但人誤認為是來自各個方向.這種系統只用兩只普通音響就可以,就能有音樂廳那種震撼的效果,它不加成本,所以很有吸引力.
準立體聲﹕準立體聲音效卡的基本概念就是﹕在錄制聲音的時候採用單聲道﹐而放音有時是立體聲﹐有時是單聲道。採用這種技術的音效卡也曾在市面上流行過一段時間﹐但現在已經銷聲匿跡了。
四聲道環繞﹕四聲道環繞規定了4個發音點﹕前左﹑前右﹐後左﹑後右﹐聽眾則被包圍在這中間。同時還可增加一個低音音箱﹐以加強對低頻信號的回放處理(就是4.1聲道音箱系統)。就整體效果而言﹐四聲道系統可以為聽眾帶來來自多個不同方向的聲音環繞﹐可以獲得身臨各種不同環境的聽覺感受﹐給用戶以全新的體驗。如今四聲道技術已經廣泛融入於各類中高檔音效卡的設計中﹐成為未來發展的主流趨勢。
5.1聲道﹕一些比較知名的聲音錄制壓縮格式﹐譬如杜比AC-3(Dolby Digital)﹑DTS等都是以5.1聲音系統為技術藍本的。其實5.1聲音系統來源於4.1環繞﹐不同之處在於它增加了一個中置單元。這個中置單元負責傳送低於80Hz的聲音信號﹐在欣賞影片時有利於加強人聲﹐把對話集中在整個聲場的中部﹐以增加整體效果。
杜比定邏輯技術﹕杜比定邏輯(Dolby Pro-Logic)是美國杜比實驗室研制的,它用來把聲音還原,它有一個很大的特點,就是將四個聲道(前後左右)的原始聲音進行編碼,把它形成雙聲道的信號,放聲的時候先通過解碼器再送給放大器,借助中間環節環繞聲音箱,這樣就有臨場的環繞立體聲效果,使以前的平面聲場得到改變.
DDP電路﹕DDP(Double Detect and Protect:二重探測與保護),它可以使Space對輸入的信號不再重複處理,同時對聲音的頻率和方向進行探測,而且自動調整,得到最佳的效果.
DSP (Digtal Signal Processor:數位信號處理器)﹕它是一種專用的數位信號處理器﹐在當時高檔的16位音效卡上曾“一展風採”。為高檔的音效卡實現環繞立體聲立下了不可磨滅的功勳。但是﹐隨著新技術的不斷發展DSP的矛盾越來越突出﹐音效卡商為了自身的利益不得不“忍痛割愛”來降低成本。
HZ 赫茲﹕用於描述聲音振動頻率的單位﹐也稱為CPS(Cycles Per Second)每秒一個振動周期稱為1HZ﹐人耳可聽到的音頻約為20HZ到20KHZ。
總諧波失真(THD+N﹕Total Harmonic Distortion+Noise)﹕THS+N是對音效卡是否傳真度的評價指標。它對音效卡輸入的信號和輸出信號的波形的吻合程度進行比較。數值越低失真度就越小。在這個式子中的“+N”表示了在考慮傳真度的同時也對噪聲進行了考慮。
Direct Sound 3D﹕源自於Microsoft DirectX的老牌音頻API。它的作用在於幫助開發者定義聲音在3D空間中的定位和聲響﹐然後把它交給DS3D兼容的音效卡﹐讓它們用各種算法去實現。定位聲音的效果實際上取決於音效卡所採用的算法。對不能支持DS3D的音效卡﹐它的作用是一個需要佔用CPU的三維音效HRTF算法﹐使這些早期產品擁有處理三維音效的能力。但是從實際效果和執行效率看都不能令人滿意。所以﹐此後推出的音效卡都擁有了一個所謂的“硬件支持DS3D”能力。DS3D在這類音效卡上就成為了API接口﹐其實際聽覺效果則要看音效卡自身採用的HRTF算法能力的強弱。
EAX﹕環境音效擴展﹐Environmental Audio Extensions﹐EAX 是由創新和微軟聯合提供﹐作為DirectSound3D 擴展的一套開放性的API﹔它是創新通過獨家的EMU10K1 數位信號處理器嵌入到SB-LIVE中﹐來體現出來的﹔由於EAX目前必須依賴於DirectSound3D﹐所以基本上是用於遊戲之中。在正常情況下﹐遊戲程序師都是用DirectSound 3D來使硬件與軟件相互溝通﹐EAX將提供新的指令給設計人員﹐允許實時生成一些不同環境回聲之類的特殊效果(如三面有牆房間的回聲不同於完全封閉房間的回聲)﹐換言之﹐EAX是一種擴展集合﹐加強了DirectSound 3D的功能。
A3D﹕是Aureal Semiconductor開發的一種突破性的新的互動3D定位音效技術﹐使用這一技術的應用程序(通常是遊戲)可以根據用戶的輸入而決定音效的變化﹐產生圍繞聽者的3維空間中精確的定位音效﹐帶來真實的聽覺體驗﹐而且可以只用兩只普通的音箱或一對耳機在實現﹐而通過四聲道﹐就能很好的去體現出它的定位效果。
H3D﹕其實和A3D有著差不多的功效﹐但是由於A3D的技術是給Aureal Semiconductor註冊的﹐所以廠家就只能用H3D來命名﹐Zoltrix速捷時的AP 6400夜鶯﹐用的是C-Media CMI8738/C3DX的芯片﹐不要小看這個芯片﹐因為它本身可以支持上面所說的H3D技術﹑可支持四聲道﹑它本身還帶有MODEM的功能。
Sensaura/Q3D﹕CRL和QSound是主要出售和開發HRTF算法的公司﹐自己並不推出指令集。CRL開發的HRTF算法叫做Sensaura﹐支持包括A3D 1.0和EAX﹑DS3D在內的大部分主流3D音頻API。並且此技術已經廣泛運用於ESS﹑YAMAHA和CMI的音效卡芯片上﹐從而成為了影響比較大的一種技術﹐從實際試聽效果來看也的確不錯。而QSound開發的Q3D可以提供一個與EAX相仿的環境類比功能﹐但效果還比較單一﹐與Sensaura大而全的性能指標相比稍遜一籌。QSound還提供三種其它的音效技術﹐分別是QXpander﹑QMSS和2D-to-3D remap。其中QXpander是一種立體聲擴展技術﹔QMSS是用於4喇叭模式的多音箱環繞技術﹐可以把立體聲擴展到4通道輸出﹐但並不加入混響效果。2D-to-3D remap則是為DirectSound3D的遊戲而設﹐可以把立體聲的數據映射到一個可變寬度的3D空間中去﹐這個技術支持使用Q3D技術的音效卡。
IAS(Interactive Around-Sound)﹕從上面談到的各種API和技術看各有特點﹐它們有的相互兼容﹑有的卻水火不容。對於遊戲開發者來說﹐為了讓所有的用戶都滿意﹐很多時候必須針對不同的系統和API編寫多套代碼﹐這是一件十分麻煩的事情。如果又有新的音頻技術出現﹐開發者就又要再來一次。IAS就是針對這個麻煩而來的。IAS是Extreme Audio Re-ality,Inc(EAR)公司在開發者和硬件廠商的協助下開發出來的專利音頻技術﹐這個技術能測試系統硬件﹐管理所有的音效平臺需求﹐從而允許開發者只寫一次﹐即能隨處運行。IAS為音效設計者管理所有的音效資源﹐提供了DS3D支持和其它環繞聲的執行。這樣﹐開發者就可以騰出更多的精力去創作真實的3D音效﹐而無須為兼容性之類的問題擔心。
HRTF﹕是一種音效定位算法﹐它的實際作用在於欺騙我們的耳朵。簡單說這就是個頭部反應傳送函數(Head-Response Transfer Function)。要具體點呢﹐可以分成幾個主要的步驟來描述其功用。 第一步﹕製作一個頭部模型並安裝一支麥克風到耳膜的位置﹔ 第二步﹕從固定的位置發出一些聲音﹔ 第三步﹕分析從麥克風中得到聲音並得出被模型所改變的具體數據﹔ 第四步﹕設計一個音頻過濾器來模仿那個效果﹔ 第五步﹕當你需要模仿某個位置所發出的聲音的時候就使用上述過濾器來模仿即可。 過濾器的回應就被認為是一個HRTF﹐你需要為每個可能存在聲源的地方來設置一個HRTF。其實我們並不需要無限多個HRTF。這裏的原因也很簡單﹐我們的大腦並不能如此精確。對於從我們的頭部為原點的半球形表面上大約分布1000個這樣的函數就足夠了﹐而另一半應該是對稱的。至於距離感應該由回響﹑響度等數據變化來實現。

 

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