聲卡基本術(shù)語(yǔ)解析篇
加入技術(shù)交流群
一、關(guān)于聲音采樣
聲卡的主要的作用之一是對(duì)聲音信息進(jìn)行錄制與回放，在這個(gè)過(guò)程中采樣的位數(shù)和采樣的頻率決定了聲音采集的質(zhì)量。
1.采樣的位數(shù)
采樣位數(shù)可以理解為聲卡處理聲音的解析度。這個(gè)數(shù)值越大，解析度就越高，錄制和回放的聲音就越真實(shí)。
我們首先要知道：電腦中的聲音文件是用數(shù)字0和1來(lái)表示的。所以在電腦上錄音的本質(zhì)就是把模擬聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。反之，在播放時(shí)則是把數(shù)字信號(hào)還原成模擬聲音信號(hào)輸出。聲卡的位是指聲卡在采集和播放聲音文件時(shí)所使用數(shù)字聲音信號(hào)的二進(jìn)制位數(shù)。聲卡的位客觀地反映了數(shù)字聲音信號(hào)對(duì)輸入聲音信號(hào)描述的準(zhǔn)確程度。8位代表2的8次方——256，16位則代表2的16次方——64K。比較一下，一段相同的音樂(lè)信息，16位聲卡能把它分為64K個(gè)精度單位進(jìn)行處理，而8位聲卡只能處理256個(gè)精度單位，造成了較大的信號(hào)損失，最終的采樣效果自然是無(wú)法相提并論的。
如今市面上所有的主流產(chǎn)品都是16位的聲卡，而并非有些無(wú)知商家所鼓吹的64位乃至128位，他們將聲卡的復(fù)音概念與采樣位數(shù)概念混淆在了一起。如今功能最為強(qiáng)大的聲卡系列——Sound Blaster Live！采用的EMU10K1芯片雖然號(hào)稱可以達(dá)到32位，但是它只是建立在Direct Sound加速基礎(chǔ)上的一種多音頻流技術(shù)，其本質(zhì)還是一塊16位的聲卡。應(yīng)該說(shuō)16位的采樣精度對(duì)于電腦多媒體音頻而言已經(jīng)綽綽有余了。
2.采樣的頻率
采樣頻率是指錄音設(shè)備在一秒鐘內(nèi)對(duì)聲音信號(hào)的采樣次數(shù)，采樣頻率越高聲音的還原就越真實(shí)越自然。在當(dāng)今的主流聲卡上，采樣頻率一般共分為22.05KHz、44.1KHz、48KHz三個(gè)等級(jí)，22.05只能達(dá)到FM廣播的聲音品質(zhì)，44.1KHz則是理論上的CD音質(zhì)界限，48KHz則更加精確一些。對(duì)于高于48KHz的采樣頻率人耳已無(wú)法辨別出來(lái)了，所以在電腦上沒(méi)有多少使用價(jià)值。
二、關(guān)于聲道數(shù)的概念
聲卡所支持的聲道數(shù)也是技術(shù)發(fā)展的重要標(biāo)志，從單聲道到最新的環(huán)繞立體聲，我們來(lái)仔細(xì)來(lái)探究一番。
1.單聲道
單聲道是比較原始的聲音復(fù)制形式，早期的聲卡采用的比較普遍。當(dāng)通過(guò)兩個(gè)揚(yáng)聲器回放單聲道信息的時(shí)候，我們可以明顯感覺(jué)到聲音是從兩個(gè)音箱中間傳遞到我們耳朵里的。這種缺乏位置感的錄制方式用現(xiàn)在的眼光看自然是很落后的，但在聲卡剛剛起步時(shí)，已經(jīng)是非常先進(jìn)的技術(shù)了。
2.立體聲
單聲道缺乏對(duì)聲音的位置定位，而立體聲技術(shù)則徹底改變了這一狀況。聲音在錄制過(guò)程中被分配到兩個(gè)獨(dú)立的聲道，從而達(dá)到了很好的聲音定位效果。這種技術(shù)在音樂(lè)欣賞中顯得尤為有用，聽(tīng)眾可以清晰地分辨出各種樂(lè)器來(lái)自的方向，從而使音樂(lè)更富想象力，更加接近于臨場(chǎng)感受。立體聲技術(shù)廣泛運(yùn)用于自Sound Blaster Pro以后的大量聲卡，成為了影響深遠(yuǎn)的一個(gè)音頻標(biāo)準(zhǔn)。時(shí)至今日，立體聲依然是許多產(chǎn)品遵循的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
3.準(zhǔn)立體聲
準(zhǔn)立體聲聲卡的基本概念就是：在錄制聲音的時(shí)候采用單聲道，而放音有時(shí)是立體聲，有時(shí)是單聲道。采用這種技術(shù)的聲卡也曾在市面上流行過(guò)一段時(shí)間，但現(xiàn)在已經(jīng)銷聲匿跡了。
4.四聲道環(huán)繞
人們的欲望是無(wú)止境的，立體聲雖然滿足了人們對(duì)左右聲道位置感體驗(yàn)的要求，但是隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，大家逐漸發(fā)現(xiàn)雙聲道已經(jīng)越來(lái)越不能滿足我們的需求。在專題的第一部分筆者就提到過(guò)，PCI聲卡的大寬帶帶來(lái)了許多新的技術(shù)，其中發(fā)展最為神速的當(dāng)數(shù)三維音效。三維音效的主旨是為人們帶來(lái)一個(gè)虛擬的聲音環(huán)境，通過(guò)特殊的HRTF技術(shù)營(yíng)造一個(gè)趨于真實(shí)的聲場(chǎng)，從而獲得更好的游戲聽(tīng)覺(jué)效果和聲場(chǎng)定位（后文會(huì)有詳細(xì)介紹）。而要達(dá)到好的效果，僅僅依靠?jī)蓚€(gè)音箱是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，所以立體聲技術(shù)在三維音效面前就顯得捉襟見(jiàn)肘了，新的四聲道環(huán)繞音頻技術(shù)則很好的解決了這一問(wèn)題。
四聲道環(huán)繞規(guī)定了4個(gè)發(fā)音點(diǎn)：前左、前右，后左、后右，聽(tīng)眾則被包圍在這中間。同時(shí)還建議增加一個(gè)低音音箱，以加強(qiáng)對(duì)低頻信號(hào)的回放處理(這也就是如今4.1聲道音箱系統(tǒng)廣泛流行的原因)。就整體效果而言，四聲道系統(tǒng)可以為聽(tīng)眾帶來(lái)來(lái)自多個(gè)不同方向的聲音環(huán)繞，可以獲得身臨各種不同環(huán)境的聽(tīng)覺(jué)感受，給用戶以全新的體驗(yàn)。如今四聲道技術(shù)已經(jīng)廣泛融入于各類中高檔聲卡的設(shè)計(jì)中，成為未來(lái)發(fā)展的主流趨勢(shì)。
5.5.1聲道
5.1聲道已廣泛運(yùn)用于各類傳統(tǒng)影院和家庭影院中，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(tǒng)為技術(shù)藍(lán)本的。其實(shí)5.1聲音系統(tǒng)來(lái)源于4.1環(huán)繞，不同之處在于它增加了一個(gè)中置單元。這個(gè)中置單元負(fù)責(zé)傳送低于80Hz的聲音信號(hào)，在欣賞影片時(shí)有利于加強(qiáng)人聲，把對(duì)話集中在整個(gè)聲場(chǎng)的中部，以增加整體效果。相信每一個(gè)真正體驗(yàn)過(guò)Dolby AC-3音效的朋友都會(huì)為5.1聲道所折服。
大家千萬(wàn)不要以為5.1已經(jīng)是環(huán)繞立體聲的頂峰了，更強(qiáng)大的7.1系統(tǒng)已經(jīng)躍躍欲試了。它在5.1的基礎(chǔ)上又增加了中左和中右兩個(gè)發(fā)音點(diǎn)，以求達(dá)到更加完美的境界。當(dāng)然由于成本比較高，趨于流行還要假以時(shí)日，這里就不多介紹了。
三、三維音效概念談
作為時(shí)下眾多聲卡追求的新興技術(shù)，下面我們就來(lái)仔細(xì)看看被炒得火熱的三維音效，究竟有哪些奧秘。
1.3D音頻API與HRTF的區(qū)別與關(guān)系
API是編程接口的含義，其中包含著許多關(guān)于聲音定位與處理的指令與規(guī)范。它的性能將直接影響三維音效的表現(xiàn)力。如今比較流行的API有Direct Sound 3D、A3D和EAX等。而HRTF是“頭部相關(guān)轉(zhuǎn)換函數(shù)”的英文縮寫(xiě)，它也是實(shí)現(xiàn)三維音效比較重要的一個(gè)因素。簡(jiǎn)單講，HRTF是一種音效定位算法，它的實(shí)際作用在于欺騙我們的耳朵。眼下有不少聲音芯片設(shè)計(jì)廠商和相關(guān)領(lǐng)域的研究部門參與這種算法的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)工作。雖然原理大同小異，但由于在分析和研究過(guò)程中的手段稍有不同，所以各類HRTF算法之間也會(huì)有或多或少的性能差異。人們很容易將API與HRTF混淆起來(lái)，其實(shí)兩者有著本質(zhì)的區(qū)別，也有相互的聯(lián)系。
舉一個(gè)例子：A3D是時(shí)下最為流行的3D音頻API之一，眼下大部分主流PCI聲卡都表示支持A3D 1.0。但是有些用戶會(huì)反映，為什么我的這塊XXX聲卡號(hào)稱支持A3D，但實(shí)際效果卻為何不如朋友的那塊DIAMOND S90？原因就在于，S90采用Aureal自己的AU8820芯片，采用的HRTF算法自然也就來(lái)源于Aureal；而XXX聲卡沒(méi)有采用AU8820芯片，而采用了其他的HRTF算法，雖然也可以支持A3D的函數(shù)變化，但由于算法的先天不足并且需要經(jīng)過(guò)函數(shù)轉(zhuǎn)化，在效果上自然就不能和S90相比了。因此眼下許多聲卡稱自己支持A3D、EAX和DS3D，這只能表明它支持這些規(guī)范與指令，究竟實(shí)際效果如何，還要取決于芯片所采用的HRTF算法。在選購(gòu)聲卡前了解一下其芯片采用何種HRTF算法對(duì)于最終三維音效的實(shí)現(xiàn)能力是非常重要的。
2.主要的3D音頻PAI
(1)Direct Sound 3D——源自于Microsoft DirectX的老牌音頻API。對(duì)不能支持DS3D的聲卡，它的作用是一個(gè)需要占用CPU的三維音效HRTF算法，使這些早期產(chǎn)品擁有處理三維音效的能力。但是從實(shí)際效果和執(zhí)行效率看都不能令人滿意。所以，此后推出的聲卡都擁有了一個(gè)所謂的“硬件支持DS3D”能力。DS3D在這類聲卡上就成為了API接口，其實(shí)際聽(tīng)覺(jué)效果則要看聲卡自身采用的HRTF算法能力的強(qiáng)弱。
(2)A3D——美國(guó)Aureal公司所開(kāi)發(fā)，分為1.0和2.0。1.0版包括A3D Surround和A3D Interactive兩大應(yīng)用領(lǐng)域，特別強(qiáng)調(diào)在立體聲硬件環(huán)境下就可以得到真實(shí)的聲場(chǎng)模擬。2.0則是在1.0基礎(chǔ)上加入了聲波追蹤技術(shù)，進(jìn)一步加強(qiáng)了性能，它是當(dāng)今定位效果最好的3D音頻技術(shù)。
(3)EAX——是CREATIVE的新招牌，意為“環(huán)境音效擴(kuò)展集”。EAX是建立在DS3D上的，只是在后者的基礎(chǔ)上增加了幾種獨(dú)有的聲音效果指令。EAX特點(diǎn)是著重對(duì)各種聲音在不同環(huán)境條件下變化和表現(xiàn)進(jìn)行渲染，對(duì)聲音的定位能力不如A3D，所以EAX建議用戶配備4聲道環(huán)繞音箱系統(tǒng)。
3、主要的HRTF算法。
諸如Aureal和Creative這樣的大公司，他們既能夠開(kāi)發(fā)出強(qiáng)大指令集規(guī)范，同時(shí)也可以開(kāi)發(fā)出先進(jìn)的HRTF算法并集成在自己的芯片中。下面給大家介紹的CRL和QSound則是主要出售和開(kāi)發(fā)HRTF算法的，自己并不推出指令集。
CRL開(kāi)發(fā)的HRTF算法叫做Sensaura，支持包括A3D 1.0和EAX、DS3D在內(nèi)的大部分主流3D音頻API。并且此技術(shù)已經(jīng)廣泛運(yùn)用于ESS、YAMAHA和CMI的聲卡芯片上，從而成為了影響比較大的一種技術(shù)，從實(shí)際試聽(tīng)效果來(lái)看也的確不錯(cuò)。而QSound開(kāi)發(fā)的Q3D可以提供一個(gè)與EAX相仿的環(huán)境模擬功能，但效果還比較單一，與Sensaura大而全的性能指標(biāo)相比稍遜一籌。
四、關(guān)于MIDI
MIDI是電腦音樂(lè)的代名詞，問(wèn)世于80年代初。MIDI究竟是什么？下面讓我們來(lái)共同探究。
1.MIDI的概念
MIDI是Musical Instrument Digital Interface的簡(jiǎn)稱，意為音樂(lè)設(shè)備數(shù)字接口。它是一種電子樂(lè)器之間以及電子樂(lè)器與電腦之間的統(tǒng)一交流協(xié)議。我們可以從廣義上將為理解為電子合成器、電腦音樂(lè)的統(tǒng)稱，包括協(xié)議、設(shè)備等等相關(guān)的含義。
2.MIDI文件的本質(zhì)
眼下在一些游戲軟件和娛樂(lè)軟件中我們經(jīng)常可以發(fā)現(xiàn)很多以MID、RMI為擴(kuò)展名的音樂(lè)文件，這些就是在電腦上最為常用的MIDI格式。MIDI文件是一種描述性的“音樂(lè)語(yǔ)言”，它將所要演奏的樂(lè)曲信息用字節(jié)表述下來(lái)。譬如“在某一時(shí)刻，使用什么樂(lè)器，以什么音符開(kāi)始，以什么音調(diào)結(jié)束，加以什么伴奏”等等，所以MIDI文件非常小巧。
3.FM合成
既然MIDI文件只是一種對(duì)樂(lè)曲的描述，本身不包含任何可供回放的聲音信息，那么一首首動(dòng)聽(tīng)的電腦音樂(lè)又是如何被我們的聲卡播放出來(lái)的哪？這就要通過(guò)形式多樣的合成手段了。早先的ISA聲卡普遍使用的是FM合成，既“頻率調(diào)變”。它運(yùn)用聲音振蕩的原理對(duì)MIDI進(jìn)行合成處理。但由于技術(shù)本身的局限，加上這類聲卡采用的大多數(shù)為廉價(jià)的YAMAHA OPL系列芯片，效果自然不好。
4.波表合成
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(shí)它是將各種真實(shí)樂(lè)器所能發(fā)出的所有聲音（包括各個(gè)音域、聲調(diào)）錄制下來(lái)，存貯為一個(gè)波表文件。播放時(shí)，根據(jù)MIDI文件紀(jì)錄的樂(lè)曲信息向波表發(fā)出指令，從“表格”中逐一找出對(duì)應(yīng)的聲音信息，經(jīng)過(guò)合成、加工后回放出來(lái)。由于它采用的是真實(shí)樂(lè)器的采樣，所以效果自然要好于FM。一般波表的樂(lè)器聲音信息都以44.1KHz、16Bit的精度錄制，以達(dá)到最真實(shí)回放效果。理論上，波表容量越大合成效果越好。
5.復(fù)音數(shù)的含義
在各類聲卡的命名中，我們經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)諸如64、128之類的數(shù)字。有些用戶乃至商家將它們誤認(rèn)為是64位、128位聲卡。其實(shí)就現(xiàn)在的技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r而言，聲卡更本沒(méi)有發(fā)展到，也沒(méi)有必要發(fā)展到如此高的數(shù)據(jù)處理通道，64、128代表的只是此卡在MIDI合成時(shí)可以達(dá)到的最大復(fù)音數(shù)。所謂“復(fù)音”是指MIDI樂(lè)曲在一秒鐘內(nèi)發(fā)出的最大聲音數(shù)目。波表支持的復(fù)音值如果太小，一些比較復(fù)雜的MIDI樂(lè)曲在合成時(shí)就會(huì)出現(xiàn)某些聲部被丟失的情況，直接影響到播放效果。好在如今的波表聲卡大多提供64以上的復(fù)音值，而多數(shù)MIDI的復(fù)音數(shù)都沒(méi)有超過(guò)32，所以音色丟失的現(xiàn)象不會(huì)發(fā)生。
另外需要注意的是“硬件支持復(fù)音”和“軟件支持復(fù)音”之間的區(qū)別。所謂“硬件支持復(fù)音”是指其所有的復(fù)音數(shù)都由聲卡芯片所生成，而“軟件支持復(fù)音”則是在“硬件復(fù)音”的基礎(chǔ)上以軟件合成的方法，加大復(fù)音數(shù)，但這是需要CPU來(lái)帶動(dòng)的。眼下主流聲卡所支持的最大硬件復(fù)音為64，而軟件復(fù)音則可高達(dá)1024，令人炸舌吧！
6.DLS技術(shù)的作用
PCI聲卡的問(wèn)世和普及帶來(lái)了波表合成的一次小小“革命”，其關(guān)鍵在于DLS技術(shù)的運(yùn)用。DLS全稱為“Down Loadable Sample”，意為：可供下載的采樣音色庫(kù)”。其原理與軟波表頗有異曲同工之處，也是將音色庫(kù)存貯在硬盤中，待播放時(shí)調(diào)入系統(tǒng)內(nèi)存。但不同點(diǎn)在于運(yùn)用DLS技術(shù)后，合成MIDI時(shí)并不利用CPU來(lái)運(yùn)算，而依靠聲卡自己的音頻處理芯片進(jìn)行合成。其中原因在于PCI聲卡的數(shù)據(jù)寬帶達(dá)到133Mb/秒，大大加寬了系統(tǒng)內(nèi)存與聲卡之間的傳輸通道。從而既免去了傳統(tǒng)ISA波表聲卡所要配備的音色庫(kù)內(nèi)存，又大大降低了播放MIDI時(shí)的CPU占用率。而且這種波表庫(kù)可以隨時(shí)更新，并利用DLS音色編輯軟件進(jìn)行修改，這都是傳統(tǒng)波表所無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。
評(píng)論