全程解密 电脑是如何发出好声音的 (1)

第一部分，声卡是如何发出好声音的。

为了全面，我们以结构完整的独立声卡为例。常见的板载声卡，只是比较简单的结构而已，其内容自然会涵盖在我们分析的独立声卡范围内。同时在分析独立声卡时，我们主要以被广泛使用的创新EMU10KX系列声卡为例，以便更具代表性。如下图

一般的声卡结构，主要就是包含7个部分：数据处理部分DSP，数模转换DAC，模数转换ADC，运放部分Op Amp，声卡的“bios”EEPROM芯片，晶震以及周边电路部分。下面我们就逐步分析，这些硬件部分，是如何协同工作的，又是如何影响着声卡的性能。

1.声卡的运算单元DSP。

DSP（digital signal processor）即数字信号处理器。是我们一般的通用的叫法，DSP指的就是一种具有特殊结构的微处理器。（关于DSP深入得解析，我们会在下期做专题解释）。基于芯片研发能力的提高，DSP的内部结构，也做了一些改变，使得处理性能大大增强。为了强化自己的芯片处理能力，一些研发机构采用了新的命名，比如我们熟悉的EMU10KX系列，就命名为digital audio processor。这里，大家明确这种称呼即可。按照约定俗成得叫法，我们下面得内容，依然采用DSP这个名字来进行分析。

DSP的性能，在决定了声卡的音频信号处理性能。通过下面的比较，我们便会知道如何衡量DSP的处理能力。

我们以大家广为熟悉的SBLIVE声卡的EMU10K1和目前AUDIGY系列采用的EMU10K2来进行分析：

●EMU10K1：采用0.35微米的CMOS工艺，在6.7x6.5mm的DIE上集成了2439711个晶体管。内部音频始终频率为50MHz和100MHz。执行能力为1000MIPs（Million Instructions Per Second，每秒执行百万条指令）。

●EMU10K2: 采用0.18微米COMS工艺，其他参数无法得知，但官方透露，处理能力为EMU10K1的4倍。

从上面可以看出，随着制造工艺的提升和研发的深入，新一代的DSP的执行能力成倍的提升。这样带来的直接的好处就是：

①降低CPU的资源占用率。

毫无疑问，使用EMU10K2的声卡是目前CPU占有率最低的声卡，大家在众多的评测已经看到了相关的内容。这里我们不再赘述这方面的内容，我们来简单的分析一下，DSP是如何提高处理能力，降低CPU占用率的。

DSP采用了数据总线和程序总线分离的哈佛结构，这样程序与数据存储空间分开，各自有独立的地址总线和数据总线，取指和读数可以同时进行。我们知道，降低处理器性能的就是延迟，简单来说，就是等待，一条指令处理完了，等到下一条的指令的时间，是被白白的浪费的。把两类总线分开，互不干扰，同时进行，自然可以提高处理性能。

目前高性能的处理器，都采用了流水线设计，大家在接触CPU相关知识时，会经常遇到这个概念。所谓的流水线，就是把要执行每条执行划分为取指令、译码、执行等若干步骤，由片内多个功能单元分别完成。这是一种非常优秀的设计思路。在不大量增加硬件成本的基础上，就可以成倍的提高性能。同时我们还知道，采用多级流水线，可以最大限度的提升频率。简单来说，级数越多，好比是同一件工作，交给越多的人来完成，这样每个人工作量就越少，完成工作所用的时间就少，效率就高。从处理器的角度来说，也是这个道理，流水线级数越少，数据通路越长，执行起来所用的时间就越长，频率就越低。级数越多，流水段的负荷越小，单个流水段的执行时间就越短，时钟频率就越高。高的频率是提高处理器执行效能很关键的一个方面。

DSP采用多套的独立的运算单元，多个运算单元同时执行，并行处理，自然提高了执行效能。同时DSP内采用了一组或多组的独立的DMA总线和控制器与CPU的程序、数据总线并行工作，数据的传递和处理可以独立进行。DMA内部总线与系统总线完全分开，避开了总线使用上的瓶颈。

从上面的分析，我们便可以了解到，高性能的DSP，可以极大的提高处理能力，同时降低了CPU的干预，独立进行运算，自然降低了CPU的占用率。从节省系统执行资源的角度来说，采用的DSP执行效能越高的声卡，性能就越好。

②可以处理更多的特效。

DSP执行能力高的好处，更体现在可以增加更多的特效，这对应声卡来说，尤为重要。我们拿创新的EAX来举例。EAX（Environment Audio eXtentions），通过强大的EMU10KX的执行能力，结合EAX5.0，除了可以加载原来的效果器外，还可以搭载5组外挂的VST，以及DXi效果器，和100多种特殊背景环境音效。从下面下面相关资料的描述，可见一斑，“卡啦OK不单只是开回音，你甚至可以选择均化你的声音，变声唱歌，搭配背景有人安可与鼓掌。对专业的录音工作者而言，支持标准ASIO 2.0的Audigy3实时搭载这些效果器，也不会对监听造成太大的延迟。据了解透过Emu10K3的强大运算性能，以往最令人头痛的MIDI效果器对应问题也解决了，可自由对应。”
实现如此激动人心的效果，和DSP强大的执行能力是密不可分的。

综上所述，声卡的运算单元执行效能越高，声卡的性能越好。