[分享]漫谈电脑音频技术

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<br>漫谈电脑音频技术 <br> <br><br>　　从多媒体电脑时代起，声卡和有源音箱就红火了起来，即使到了现在进入后PC时代，也极少有不用它来娱乐的。 有源音箱基本上是为家用电脑开发的，市场定位在于普通的家用市场，而且是作为电脑的一个配件被购买下来的，给人的第一印象是价格便宜,小巧玲珑,放置占地较少。开始是塑料壳的,四四方方乳白色，使用普通收录机全频扬声器，谈不上音质。后来有了木壳的,塑料的也改进了不少,已有较多采用两分频结构，高低音单元分开，声音已像模像样。近来有源音箱打着廉价家庭影院的旗号，有的内置SRS、BBE等声场处理器,更多的是2.1，4.1，5.1系统。在这数百种有源音箱中，真正音质好的不多。直到最近惠威推出M-200高保真多媒体音箱，M-200 MKⅡ发烧级多媒体音箱，以及M-2000 2.1高保真多媒体音箱,并引发了这场电脑音频网上技术讨论。看了众多佳贴，感受到众多音乐爱好者对电脑音频高保真重放的追求。作为一名音响电脑双重发烧友，并且是一名音响电脑双重从业人员，我也谈谈对电脑音频高保真重放的一些看法。要想在电脑上加上DVD-ROM和4.1，5.1音频系统，实现Hi-Fi级的家庭影院，投资极大，相同投资由电视+AV功放+5.1音箱组成家庭影院，效果要好得多。两年前，实达电脑曾推出过蓝天霹雳电脑影院，光那台29寸PANASONIC彩显就值约￥10000。所以本文不想讨论4.1，5.1电脑音频系统，只谈在目前条件下更好的达到电脑音频双声道高保真重放，包括2.1电脑音频系统。<br><br>　　首先从电脑合理配置的角度，谈谈多媒体音箱的价格定位。我们可以把电脑分为基本运行部分，视频部分，音频部分，其他部分。基本运行部分包括CPU，主板，内存，硬盘，电源，机箱，软驱，键盘，鼠标等；视频部分包括显卡，显示器；音频部分包括光驱，声卡，音箱及功放；其他部分包括个人需要而在基本配置上增加的配件，比如游戏杆，RAID卡,SCSI卡，扫描仪，打印机等等。基本运行部分和其他部分不谈，视频部分目前主流是TNT2+15寸彩显，约￥2000；再高一点，Geforce2 MX+17寸普通彩显，约￥3000；再发烧一点，Geforce2 GTS+17寸纯平彩显，约￥5500；最发烧（专业不谈）就是Geforce2 Ultra+19寸以上平面彩显，约￥10000。音频部分相对应的话，主流是AC97或相同价位百元左右声卡+百元左右音箱，约￥200；再高一点，两百元左右声卡如PCI128+两百元左右音箱, 约￥500; 再发烧一点，创新SB Live数码版、豪华版+五百元左右音箱，约￥1200; 最发烧（专业不谈）就是 创新SB Live白金版+千元左右音箱，如惠威推出的M-200高保真多媒体音箱，M-200 MKⅡ发烧级多媒体音箱，约￥3000。因为光驱除算入音频部分外，还是基本运行部分，安装各种软件都需要它，并且主流价格都在￥400（CD-ROM）,所以没计入上面计算。从市场看，五百元左右的声卡和音箱生产商还不多，国内Hi-Fi传统生产厂家还有很大的运作空间，约￥1200的价位也易被较多的电脑音频发烧友所接受；如上最发烧的配置搭配不合理，声卡比音箱贵太多，对电脑音频发烧友来说，约￥3000还可以有更好的解决方案。<br><br>　　接着结合目前电脑音频存在的问题，说说我的发烧解决方案。<br><br>　　先说说声卡：<br><br>　　1．受电脑的电磁干扰，声卡是插在主板上PCI槽(或ISA槽)，与其他板卡共享一个开关电源，由电源带来的高频干扰，很难滤除。<br><br>　　2．时钟问题，以YMF724为例，声卡使用一个24.576M晶体（也有高档声卡使用晶振）作主时钟，但是声卡处理数据时还需要使用到其他频率的时钟，就需要声卡芯片中有若干个分频器和锁相环，比如内部PLL0，锁出33.87M的时钟，供MPU401、Joytick；PLL1，锁出49.152M的时钟，供AC97、SRC、SPDIF、PCI Audio。PCI CLOCK 供S-IRQ、D-DMA、PCI I/F，这些电路部分的设计好坏，Δ∑DAC I2S 总线BCK时钟触发沿波形陡缓程度，都对输出有一定的影响。<br><br>　　3．芯片内集成的DAC 形式、位数、性能指标；MP3、WMA等压缩音频格式的软解压算法；对EAX、A3D的支持等等，也对输出有一定的影响。<br><br>　　4．印制板布局、走线；板上元器件的选用，也对输出有一定的影响。受成本的限制，大部分声卡选用的元器件都是很低档次的，比如那几个普通滤波电解比主板上CPU边那些高频甚至高温电解要差好几个档次，更不用说音频专用电解了。<br><br>　　再说说音箱：<br><br>　　1．音箱是整个电脑音频系统中最关键的部分，现代声卡技术的发展使高素质声卡音质日益提高，只追求低成本不关注音质表现的多媒体音箱却无法跟上声卡发展的步伐，成为多媒体电脑中的音质瓶颈，导致人们普遍认为多媒体音箱与高保真音质无缘。受成本、体积限制，有源音箱使用5寸以下低音单元要做到较低的低频下限是不大可能的，-3dB做到60HZ，-10dB做到50HZ就相当不错了。使用的高音单元又多为塑料膜球顶、金属膜球顶，软丝膜球顶较少应用，带式高音价格较贵，不适合应用。分频器，大多数音箱是用一个电容分频， 如果根据扬声器频响特性，选择合理分频点，专业设计分频器，对电脑音频高保真重放又提供了一个良好的基础。<br><br>　　2． 扬声器单元，市场上音箱水分最大的部分。“心脏不好，叫人怎么跑”，没有好的单元，其他一切都白谈。好在大家都知道怎么回事，也一言难尽，不说了。<br><br>　　3． 有源音箱的结构看，要追求Hi-Fi是困难的。如果功率放大部分在音箱内，变压器和功放电路的散热很困难。功放部分封闭起来，占掉的音箱空间就大, 减少了共鸣箱的体积；如果功率放大部分在主音箱内，就使两只共鸣箱的实际体积不等，频响特性无法对称，无法获得良好的立体声声场定位能力。而不加封闭，元器件又会受到喇叭声波冲击而产生微振动，影响功放的独立工作，降低清晰度，使高音染色。由于功放部分的存在，使得音箱使用吸音材料进退两难。不用，不利于大声压时的音质；用，又使功放部分盖上了隔热层，更不利散热。当有源音箱功率增大后，问题还会突出，不得不增加散热器，并露出音箱后盖，但电源变压器的散热仍无法解决。当两只音箱拉开一定距离后，功放输出到两只音箱的喇叭线无法对称，一只在箱内就接通；另一只加了一根两只音箱间距那么长的导线。要对称性好，必须制成二个单独的单声道有源音箱，左右声道音箱从内部结构到外观是完全一样的音箱，内部良好地屏蔽和隔离，系统处理音频信号时左右声道不共用任何元件和线路，完全独立运作，彼此直接杜绝了干扰和音染，左右声道分离度大幅提高，使音质更为纯净清晰，产生最佳的空间感、定位感，就如M-200 MKⅡ发烧级多媒体音箱，也便于生产。不过即使这样，大型散热器与音箱后盖之间的连接、固定、密封也较麻烦；而对以上诸如音箱使用吸音材料几个问题并没有解决。还不如选用立体声功放加无源音箱。<br><br>　　再谈谈功放：<br><br>　　1．为便于设计、生产，很多音箱用集成块功放，实际上用集成块功放是能做出好声，小功率可以用TDA1521，TDA2030，TDA1514，LM1875，个人倾向于后两种；大一点功率可以用国半序曲系列，如LM3886，ST TDA729X系列，个人倾向于TDA7294。本人做过采用LM3886 和TDA7294的两款AV功放，经对比，LM3886 力度较好，动态也不错，适合于爵士乐，打击乐；TDA7294 音色较柔和，解析力较好，比较耐听。<br><br>　　2．集成块功放的驱动能力普遍不强，推灵敏度不高的音箱就显得力不从心。而象LM3886约￥18，TDA7294约￥24，同样的钱也可以买一对大功率发烧级输出对管，比如常用的TOSHIBA 2SA1943/2SC5200，SANKEN 2SA1294/2SC3263，一个声道一对，甲乙类，出50W毫无问题，音色上也有更多的校声余地，具体电路我就不多说了。<br><br>　　3． 变压器余量要足，有源音箱一般要取RMS功率的1.5~2倍；整流滤波电容，用4700uF以上的电容；用好的阻容元件，敷铜厚的印制板。而这些都要提高成本的，市场上的音箱90%以上都没这样做，变压器很小，还加了音调控制，3D芯片等华而不实的设计。象SRS5250，NJW2178这类SRS芯片都会降低信噪比，音乐欣赏时严重影响声场定位。<br><br>　　我的发烧解决方案：<br><br>　　1．最理想的方案：在目前的声卡芯片中选出一两款支持SPDIF输出， 支持MIDI 、WAV 、MP3、WMA、AAC等格式, 支持EAX和A3D技术，性能指标较好，音质最好的芯片，设计一块Hi-Fi声卡，不做模拟输出，MIC输入，Joytick接口，不用芯片内DAC，只做SPDIF输出，CD-ROM Digital Out与其双输出，选择切换可做在声卡上，也可做在外解码器上，手动切换。在声卡电源供电线路上增加滤波元件，如磁珠，表贴三端滤波器。数字输出加缓冲级。用上高频电解电容、高精度晶振、四层印制板等等。我已经收集了YAMAHA、ESS、ADI的大部分声卡芯片DATA SHEET，创新的一部分，业余时间整理比较，有时间就做几块样板，测试一下。再做一个带解码器的功放，可以用CIRRIS 的CS8412解码，用BB 的PCM1710、CIRRIS 的CS4329 DAC，再好的器件就用不着了。Digital In 一定要加隔离变压器，这样靠CS8412锁相环再生出精确时钟给DAC，将极大提高信噪比、谐波失真。前级用OPA2134、OP275之类做音量、放大，用较好的电位器；或者直接用带音量控制的DAC。功放用分立器件，一个声道一对输出管。整个带解码器的功放可以做在如科颂的u系列功放一样的机箱内。音箱吗，可选的余地很大，小型的Hi-Fi书架近场监听箱基本上都能用，比如惠威的M1，甚至M3.1R环绕箱也不错。整套成本约￥300+￥600+￥X，X为可选。<br><br>　　2．给M-200高保真多媒体音箱，M-200 MKⅡ发烧级多媒体音箱做块Hi-Fi声卡。<br> <br>