音效卡技術大揭秘——CODEC的秘密
Audio100.com 劉恩惠
一直以來，電腦多媒體音頻始終給我們一種“高貴”不起來的感覺，即使用目前市場上技術最領先的CREATIVE SB Live!系列音效卡與DTT3500 Digital或者惠威M-200這類頂級多媒體音箱搭配，也肯定會有不少專業人士會投來輕視的眼光。電腦多媒體音頻到底能不能Hi-fi？這是很多電腦音箱雙重發燒友共同關注的話題！首先，我們必須認准一點，讓個人電腦擁有高質量的音頻重播能力或者實現家庭影院組合，是完全有潛力和市場可挖掘的。電腦音頻系統有其靈活性高、占地面積小等多種優勢。隨著技術的發展，PC已經可以方便簡易的實現對各種外部音源設備的連接與控制。USB、IEEE1394等新一代高速介面在多媒體音頻領域大顯身手的時代已經來臨。國內外許多傳統的Hi-fi音響廠家開始逐步涉及到電腦音頻系統的開發和研究，似乎預示著新紀元的開始。
當然，在這場“未來革命”降臨之前，我們還得面對現實。畢竟擺在我們面前的這台電腦在多媒體音頻方面的表現，肯定會存在一些缺陷。音效卡作爲電腦音頻系統的核心，其重要地位不言而喻。但是一直以來大家對於音效卡的瞭解一直停留在比較膚淺的水平，筆者想通過這篇文章，和大家一起進行深入的探討。
一、從CODEC晶片揭示音效卡工作原理
音效卡主音頻處理晶片的重要性大家一定已經非常明確了，它肩負著一塊音效卡最爲主要的幾大處理功能。隨著技術的發展，目前最新推出的音頻處理晶片大多都是擁有強大運算能力和衆多輔助功能的DSP（數位信號處理器）。這類DSP能夠完成如下主要工作——三維音效處理的運算和加速、MIDI波表合成引擎以及硬體等級的聲音處理（如硬體EQ等化器、各類混響處理等）。而對聲音信號的採樣與編碼則被分離出來，這個任務交給了一個被稱作“CODEC”的晶片來完成。以往我們選購音效卡時，主要側重於分析主晶片的功能和處理能力，而從純音質角度上考慮，CODEC晶片將起到更加關鍵的作用。
1、CODEC晶片的功能簡述\r
CODEC的完整的稱呼是“多媒體數位信號編解碼器”，一般我們把它簡稱爲“混音晶片”。說道CODEC晶片就必須提到Intel公司制定的AC'97音頻規範，這份文件中建議爲了提高聲音信號轉換過程中的信噪比，減少電磁干擾，應該把數模轉換（D/A）和模數轉換（A/D）部分從主晶片中脫離出來，採用一個獨立的處理單元來進行聲音採樣和編碼，CODEC也就應運而生了。它一般是一塊48pin或者64pin的小晶片，相對主晶片來說它並不太起眼。當然CODEC技術只是Intel的建議，而非強制的標準，譬如採用C-Media公司CMI8738系列晶片的音效卡就沒有獨立的CODEC晶片，原因在於CMI8738以及前幾代産品一直都採用單晶片解決方案，D/A和A/D內置在主晶片內。這樣做的好處是簡化音效卡的PCB設計、降低總體成本，但不利於提高音效卡的信噪比。CODEC技術成熟以後，板載AC'97軟音效卡也就誕生了，在主板上集成一塊混音晶片，而將除了信號採樣編碼之外的各種聲音處理都交由CPU來完成運算，犧牲系統資源和很多附帶功能，來換取性價比。\r
2、音效卡的工作流程
通過上面的介紹，我們可以知道音效卡類比通道輸出聲音的基本工作流程是——數位聲音信號首先通過音效卡主晶片進行處理和運算，隨後被傳輸到CODEC晶片進行D/A轉換，隨之信號再經過放大器的放大，通過多媒體音箱輸出，而被用戶的耳朵最終接收到。而錄音的過程則恰恰相反——信號通過麥克風或者Line in通道進入，首先經過CODEC晶片進行A/D轉換，隨後通過主晶片處理，或者被錄製成音效檔案，或者再通過D/A轉換放大輸出。CODEC晶片對信號的編解碼混合雖然只是其中一道流程，但卻對提高最終聲音輸出的品質有比較重要的影響。
3、CODEC晶片取決音效卡的信噪比
上面我們瞭解了CODEC晶片的功能與其重要性。由於它肩負著採樣編解碼工作，所以CODEC晶片的處理能力和信噪比對最終的聲音輸出品質有很大的影響。它有幾個主要的性能參數：
a、DAC信噪比——DAC即“數位類比轉換器”，它的信噪比高低將直接關係到最終音效卡成品的信噪比，可謂CODEC的核心參數。目前流行的CODEC晶片此項數值普遍在95db左右，但最是否是能夠達到標稱的數值還將受到其他很多因素影響。
b、Mixer信噪比——CODEC也負責對聲音的疊加與混合處理，所以Mixer（混音器信噪比）信噪比也非常重要，一般此參數與DAC信噪比相同或相近，差距在-1db左右。
c、DAC通道數目——在多聲道趨於流行的時代，CODEC晶片是否具有多通道DAC功能就顯得尤爲重要。目前新一代的産品已經普遍可以支援四通道的DAC轉換。但目前也有不少四聲道音效卡採用兩塊雙通道DAC CODEC協同工作的方式。一些支援類比六聲道分離輸出的音效卡，則用一塊支援四通道的晶片作爲Master CODEC，負責前後置，再用一塊雙通道晶片做Slave CODEC，用來負責中央聲道與重低音的數位類比轉換。ADC由於主要負責聲音的錄製，所以一般都是兩通道的。
d、PCM格式轉換時所支援的最高採樣位元數和採樣頻率——眼下最新的CODEC晶片一般可以最高支援48KHz採樣率以及18Bit身歷聲A/D轉換和18Bit身歷聲D/A轉換（一些高檔的型號甚至支援20Bit D/A轉換）。採樣bit數越高，對聲音資料的處理能力就越強；採樣頻率值越大聲音信號的解析度就越高，聲音轉換中的失真就越小。
e、A/D和D/A的頻率回應範圍——頻響範圍也是非常重要的指標，值得欣慰的是大部分CODEC晶片都能夠支援20Hz-20KHz的頻響範圍，這已經是人耳所能聽到的最大範圍。
其實對於CODEC晶片，用戶可選擇的餘地很小。一般廠家都會結合每一塊主音頻晶片的處理能力和實際情況爲它們選擇出其最佳的CODEC搭檔。板卡生産廠家無論是採用公板設計還是自己的設計，一般都不會輕易去改動主晶片和CODEC的搭配模式，當然也有部分例外。筆者化了較大的篇幅介紹CODEC晶片也是因爲這一技術的運用，確實給音質改善帶來了正面影響。另外一直以來，很多朋友都認爲主晶片取決了音效卡的一切，其實這是一個誤區。
目前最新的CODEC晶片，在符合AC'97規範的同時還符合CNR（Communications and Network Riser）規範，以便相容未來主板的全新介面，可見CODEC技術將走向多功能和整合化。在市場上採用比較廣泛的CODEC晶片主要來自四大公司——Crystal、ESS、Wolfson和SigmaTel。Crystal、ESS公司的CODEC晶片一般主要用來搭配自産品牌的音效卡晶片。譬如，ESS Canyon3D（DIAMOND MX400音效卡）採用ESS AC'97 V2.1 CODEC；Crystal CS4201 CODEC搭配Crystal CS4630晶片。當然他們也有部分型號的産品提供給第三方産品。Wolfson和SigmaTel公司不設計音效卡主晶片，而是專門的CODEC晶片研發銷售機構。Wolfson的WM系列擁有較高的技術規格，FM801晶片搭配的主CODEC晶片就採用WM9704；而SigmaTel公司的産品更加容易被市場所接受。經典的YAMAHA YMF724音頻處理晶片搭配的就是該公司出品的STAC9704身歷聲CODEC晶片；CREATIVE SB Live!系列則採用了SigmaTel公司的STAC9721T配合PCM1275（最新的SB Live!5.1改用了STAC9708）；Aureal SQ2500則採用他們的真四聲道CODEC——STAC9708。下面是幾款目前比較流行的CODEC晶片的具體參數：
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名稱 支援聲道數 DAC信噪比 Mixer信噪比 PCM OUT DAC PCM IN ADC
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STAC9708 4聲道 95db 95db 4 DACS 18Bit 48Khz 2 ADCS 18Bit 48Khz
STAC9721 2聲道 95db 95db 2 DACS 18Bit 48Khz 2 ADCS 18Bit 48Khz
WM9704 4聲道 96db 95db 4 DACS 18Bit 48Khz 2 ADCS 18Bit 48Khz
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4、主晶片依然是音效卡靈魂
雖然CODEC非常重要，但是大家千萬不要以爲主晶片不負責對聲音的原始處理，它就對整體音質表現不再産生影響，答案是否定的。由於聲音在進行D/A或者A/D轉換前後，依舊需要通過主晶片處理，由此可見主晶片的優劣對於聲音輸出仍然有著非常重要的影響。
在這?塈畯怑n澄清主晶片與CODEC晶片的相互影響關係。主音頻處理晶片依然是音效卡的靈魂所在，音效卡能夠支援哪些規格的信號採樣位元數和頻率最終還是由主晶片來決定的。換而言之，如果主晶片只支援16Bit的CODEC晶片，那麽即使採用18Bit規格的CODEC，信號處理依然是以16Bit來進行。只有能夠良好支援18Bit CODEC的主晶片與之配合才能發揮出最大的功效！同時主晶片在信號處理時也有信噪比的差異，這種差距是可以比較輕易被人耳察覺出來的。加上許\多高檔音頻處理器還採用了一系列獨特的音效處理技術，以提高表現力，最典型的當數CREATIVE公司EMU10K1的“8點式插值”。綜上所述，主晶片對於音質的影響是最底層、最基礎的！目前具有良好聲音處理品質的音效卡晶片主要包括CREATIVE EMU-10K1、Aureal AU88X0系列、ESS Canyon 3D系列（包括最新問世的II代）、Crystal CS4630、PHILIPS ThunderBird Avenger DSP等。這類産品具有的共同特點是——自身擁有強大的數位信號處理能力，信噪比高，允許搭配高品質的CODEC晶片，力求輸出儘量純淨的音質。
我們去探究一塊音效卡的音質優劣，不能單純把眼光放在主晶片或者CODEC晶片的資料上，影響音效卡音質表現還有其他很多因素。我們應該著重考察其最終信號輸出時的信噪比，這樣才是最科學合理的。可惜目前真正符合這類測試要求的對比資料很少，筆者願意與大家在未來一同進一步探索！
音效卡技術大揭秘——CODEC的秘密(BIG5版本)
版主: DearHoney
