nVIDIA nFORCE 音效功能剖析

nVIDIA nFORCE 音效功能剖析
2002/02/15刊出
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前言

去年 6 月 4 日，nVIDIA 在台北的 Computex Taipei 2001 會期中，首度對全世界正式發佈 nFORCE 主機板晶片組的消息後，大家莫不引頸期盼正式上市的產品，原本預計在去年第三季即可正式上市的 nFORCE，終於在去年年底問世，目前已知華碩與微星都有對應的主機板產品。

主機板的測試報告，不是我們網站的重點訴求，但是為了瞭解 nFORCE 晶片組中與我們網站主題密切相關的音效部分，所以還是要切入主機板這個主題。不過，主機板的一般性能與超頻性能，甚至細部零件與 BIOS 相關畫面，將不會在我們網站中加以介紹，我們只針對音效相關部分著墨。

在此要特別感謝熱心的網友 teru 協助，除了借給我們重要的主角：ASUS A7N266-E 主機板一張之外，還再借給我 Athlon 1.2G、散熱風扇、512MB DDR SDRAM（256*2，為了達到 nFORCE 規劃的 TwinBank 4.2GB/s 記憶體架構），讓我得以順利的使用這張主機板。

如果您想要複習 nFORCE 晶片組的基本架構，可以參考去年我在電腦玩家雜誌七月份發表的「nVIDIA nFORCE發表會」，轉載於友站 AMD Athlon 超頻網站的這裡。

外觀

以下就是 ASUS A7N266-E 主機板。這是一張支援 AMD Athlon XP/Athlon/Duron，採用 nVIDIA nFORCE 420-D 晶片組的主機板。

而我們想要瞭解的音效功能部分，就位於 nFORCE 晶片組的南橋晶片中，如下圖：

晶片上打著 Dolby Digital 的標誌，不要說是主機板了，連音效卡都沒見過 Dolby 的標誌是刻在晶片上的，給人的感覺真特別！

ASUS A7N266-E 的音效輸出入端子，是另外做在一張內附的 ACR（Advanced Communication Riser）音效子卡上，因此一般主機板上會提供音效輸出入端子的部分，在 A7N266-E 上就被省略了，只留下搖桿接頭，如下圖：

這一張 ACR 音效子卡，要插在專用的 ACR 插槽上，也就是上面主機板照片的最左邊那個位置。而這張 ACR 音效子卡的外觀，如下圖：

卡上的零件實在是很稀少。而且從零件上可以發現，並沒有提供任何的 OP 放大器，這表示直接從這張子卡接上耳機，將很容易發生破音與低頻不足等現象，甚至與一般喇叭銜接時都很容易發生低頻不足的問題。

音效子卡上有兩顆相當常見的 CODEC，前置輸出以及類比訊號輸入，都是交給上方的 STAC9721，而後置聲道與中央聲道及重低音輸出，則是交給下方的 STAC9708 來負責。這是很常見的 Master/Slave 架構。

上圖是音效子卡對外的接孔，從左至右分別是中央/重低音、後置輸出、前置輸出、Line-In、MIC-In、SPDIF OUT。

驅動程式畫面

在 Windows98 下，雖然也有提供驅動程式，但是缺乏以下要介紹的控制台畫面，再加上於 Windows98 下使用時，整個系統會被音效裝置給拖慢（有聲音輸出時就會覺得電腦變得遲緩），所以在此建議，除非你在 Windows98 下不需要使用音效，否則如果音效部分與你息息相關的話，應該直接採用 Windows2000/XP 作業系統，不但音效的表現會「比較」正常（稍後詳述），而且才會有以下的控制台可以使用。

再一次的提醒，這一篇文章只著重在 nFORCE 的音效功能，至於 nFORCE 其它的功能，例如繪圖的部分，則不在介紹之內，所以這一邊並不會刊出 nFORCE 的顯示卡相關驅動程式畫面。更何況，那些畫面對大多數的人來說都很熟悉了，就是 nVIDIA Detonator 驅動程式的介面而已。

實際使用

剛才已經提到在 Windows98 下有系統遲緩的現象了，這是說當有音效輸出的情況下，你會明顯感覺到一切都變得不是那麼順暢，因此我們不建議購買這一張主機板的人在 Windows98 下使用。我在發現這個現象後，也將測試的重心移到 WindowsXP 環境，所以以下所述，全部都是在 WindowsXP 下的表現。

聲音輸出、音質

nFORCE 的即時 Dolby Digital 編碼輸出，到底在玩什麼花樣呢？當我們透過 nFORCE 的音效控制台，將 Digital Output 那個欄位調整成 Dolby Digital 時，這表示目前所有的音效，都被編碼成 Dolby Digital 訊號輸出，也就是只要一條同軸線（RCA 線，兩端都是梅花端子），接到任何可以處理 Dolby Digital 的電腦喇叭，或是家用的環繞解碼擴大機，就可以得到 5.1 聲道輸出了。

至於在 Digital Output 這個欄位，如果調整成 Dolby-Surround，這表示輸出的是兩聲道的 PCM 數位訊號，不過這個兩聲道訊號還是有被加上即時編碼的資訊在裡面，也就是把後環繞聲音給「藏」進去了。使用者必須搭配具備 Dolby Pro Logic 解碼功能的擴大機或解碼器，才能解析出後環繞聲道，但是要注意的是，這裡的後環繞聲道是單聲道，而且聲音的頻寬很窄，與前置聲道的分離度也差，已經算是老舊的環繞系統了，完全比不上 Dolby Digital 的後環繞效果。雖然說要 Dolby Pro Logic 的解碼器才能還原出後置聲道，不過還是可以用一般二聲道的音響設備發出聲音，只是不會解出後環繞的聲音而已。

在 Analog Output，也就是類比輸出欄位，選擇 Dolby-Surround，是和上一段一模一樣的效果，正是因為 Dolby Surround 是把後環繞訊號藏進原本的主聲道裡面，所以訊號本質上還是兩聲道，既然是兩聲道，那麼用數位輸出或是類比輸出都是可以的，端看使用者想要類比還是數位訊號來接進具備 Dolby Pro Logic 解碼功能的解碼器或擴大機罷了。特別要注意的是，在類比輸出選擇 Dolby-Surround 這個模式下，nFORCE 的類比輸出只有兩聲道，音效子卡上的後置輸出與中央/超低音輸出，此時都不會有訊號輸出，因為已經被即時編碼成 Dolby Surround 訊號，從前置聲道輸出了。

而 Analog Output 選擇 Stereo，並不表示是立體聲二聲道輸出而已，實際上這是 5.1 類比輸出模式，所以想要獲得良好的遊戲多聲道以及 DVD 多聲道效果，而且是直接搭配喇叭沒有再加上解碼器的使用者，就應該選用這個模式。

雖然 Dolby Digital 的即時編碼輸出，是一項看起來很酷的功能，也方便使用者接線，但是我們也知道，Dolby Digital 編碼的原理是類似 MP3 的，也就是一種失真壓縮，適時的刪除一些人耳容易忽略的聲音，來達到資料壓縮的目的，所以在此我們檢測了 nFORCE 即時編碼的 Dolby Digital 資料，並且列出使用 Midiland ADS2000 與明騰 AD300 解碼器解碼後的聲音品質：

Midiland ADS2000 的原始頻率響應圖

Midiland ADS2000 對 nFORCE 的 Dolby Digital 解碼的頻率響應圖。

明騰 AD300 的原始頻率響應圖

明騰 AD300 對 nFORCE 的 Dolby Digital 解碼的頻率響應圖。

之所以要使用兩種解碼器來解碼，是因為我們畢竟是要還原 Dolby Digital 的訊號成類比訊號才能檢測，但是解碼器本身的輸出品質也不一樣，為了更加客觀，所以將兩種解碼器的成績都刊出，藉此來分析 Dolby Digital 對於音質的破壞程度。

從原始頻率響應圖我們可以發現 ADS2000 與 AD300 都有能力重現 20000Hz 的聲音，但是接收到 nFORCE 的 Dolby Digital 訊號後，都顯示大約在 17000Hz 至 18000Hz 就急遽衰減掉了，這就類似一般 128kbps 的 MP3 通常是把 16000Hz 以上的聲音直接砍掉的情況。除此之外，整個頻響圖也變得不是那麼平順，而是呈現上下微幅震盪的走勢。

事實上 Dolby Digital 對於音質的破壞不只是頻率響應而已，有興趣的話，請參閱我們網站的「音質報告一覽表」，裡面有更詳盡的記載以及資料檔可供下載，您就會瞭解音質被破壞的程度了。

雖然我們已經瞭解到 Dolby Digital 對於音質的破壞影響力，然而在 ASUS A7N266-E 這張主機板上，我反而建議使用數位輸出並且搭配即時 Dolby Digital 編碼來處理多聲道的輸出，當然這麼做是需要額外的解碼器的，不過，這麼做的理由在於，A7N266-E 本身的類比輸出，品質更糟，就聽感上來說，還不如使用外接的解碼器來還原出 5.1 聲道，會比 ASUS A7N266-E 自己的類比輸出要好聽許多。我們來看看 ASUS A7N266-E 本身的類比輸出頻率響應曲線：

ASUS A7N266-E 的頻率響應曲線。

高低頻部分嚴重衰減的結果，加上沒有 OP 放大器會很容易與器材產生阻抗匹配的問題（最明顯的就是容易缺低頻），自然是不會好聽了，所以雖然 Dolby Digital 會破壞音質，但是比起 ASUS A7N266-E 自身極差的類比輸出品質，還不如用外部的解碼器來避開此一問題。

遊戲效果

目前 nVIDIA 宣告 nFORCE 支援 EAX，也一再地強調過有支援多聲道的 3D 定位，但是我一再確認過，發現目前的驅動程式，在遊戲中的表現實在是需要好好的改進一番。

首先是遊戲只支援到四聲道定位效果，沒有到達五聲道。目前 SB Live! 5.1、SB Audigy、FM801-AS/AU、PHILIPS AE 等音效卡全部都能夠在遊戲中提供五聲道的定位效果，中央聲道並沒有荒廢，而 nFORCE 的中央聲道並不能夠在遊戲中加強中央前方的定位感，蠻可惜的。

再來應該是 bug。遊戲必須支援 EAX，才能夠有四聲道定位效果出來，否則只有假的四聲道，也就是前後聲道是一樣的。但是遊戲一旦支援 EAX，其強烈無比的迴音效果並不好聽。就拿 Unreal Tournament（魔域幻境之武林大會）來說，在室外與屋內的迴音效果差異太大，很突兀，一進到屋內就有極為強烈的迴音，但是一到室外時這個迴音效果立即消失，令人蠻不舒服的。

由於一定要支援 EAX 才會有四聲道定位效果出現，所以很明顯是一個 bug，我想將來應該會予以修正成只要是 DirectSound3D 就能夠達到正確的四聲道定位才對，而不是非要 EAX 不可。至於能不能夠改進到五聲道定位，這個就要看 nVIDIA 的研發團隊所決定的方向了。

此外一旦有 EAX 的迴聲效果出現，就會覺得遊戲中的音效聽起來有變暗的感覺，沒有原本的清晰。

也由於 nFORCE 的音效功能是整合在其 MCP 晶片內，所以大家很關心的一個話題就是，這一個音效裝置會不會很佔用 CPU 資源？首先我們來看看 Audio WinBench 99 所測試的結果：

我們在同一個系統上，測試了 nFORCE、SB Audigy，以及剛推出的 SB Extigy USB 外接音效裝置。使用 USB 的 SB Extigy 自然是最耗用 CPU 的，而 nFORCE 的表現也很亮眼，與 SB Audigy 互有輸贏。在此我們要瞭解一件事情，從 SB Live! 開始的一系列 Live!/Audigy 音效卡，都一直擁有比其他音效卡更低的 CPU 耗用度，不論是 Audio WinBench 99，或是其他網站以及雜誌在遊戲中所測得的 FPS（frame per second，每秒張數），SB Live!/Audigy 總是能夠爭取到最多的分數，所以在 CPU 資源的耗用上，SB Live!/Audigy 可以說向來沒有遇到敵手，不過在這一次的測試中我們發現，當發音數提高到 32 個時，就變成 nFORCE 取得優勢了，而且在發音數較少的情況下，nFORCE 也只是小輸 SB Audigy 一點而已。

接著我們以 Quake3 來測試。採用 nFORCE 內建等同於 GeForce2 MX 的顯示裝置，讓不同的音效裝置發聲，來觀察遊戲的 FPS 影響程度。為了不讓顯示卡的繪圖快慢成為影響數據的主要原因，所以我們將顯示的需求降低到 640*480 16bit，如此一來只要 CPU 被其他裝置的佔用率提高，那麼勢必就能夠在 FPS 值上造成影響。我們分別測試了 Demo001 與 Demo002 這兩個場景，成績如下：

成績也如 Audio WinBench 99 所測試出的優劣般，SB Extigy 還是最耗用 CPU，所以同樣的配備，同樣的場景，FPS 掉了一些，而 SB Audigy 與 nFORCE 的成績則只有小數點的差距而已。為了驗證顯示卡不是在這個測試中的主要影響因素，我也曾把解析度拉高到 1024*768 32bit，結果發現 SB Audigy 與 nFORCE 的成績竟然一模一樣，連小數點都無法分辨出高下，當然 SB Extigy 仍然會稍低一點，但也大致維持在同樣的差距比例之內，所以可以確定在高解析度下，同樣的測試內容將無法凸顯音效裝置對 FPS 的影響，因為這個時候 CPU 與顯示卡便成為主要影響 FPS 的因素了。從這個測試我們可以確定，nFORCE 對於 CPU 的耗用率是相當低的。

不過在此，我們有很重要的觀念要提出來，也希望大家在比較分數之餘，更要把以下的觀念給看清楚，不要讓分數代表了一切，因為有些東西，不是我們用分數就能看出來的。

32 個發音數的環境，至今沒有出現過。大家不妨想想看，在玩遊戲時，你能聽到幾個音效？最大發聲數很多，聽起來似乎很棒，但是請仔細的想一想，這有什麼用？SB Audigy 雖然回報了 31 個最大發聲數造成帳面上的最低分，但是您認為在遊戲中如果發出了 32 個獨立音效時，能全部聽清楚嗎？至今也沒有遊戲真的做到這樣的效果。所以很悲哀的是，音效音質這些東西，因為很難量化成讓人容易瞭解的數據，所以廠商只好在另外的數據方面作文章，讓不能瞭解實際需要的使用者被廠商牽著鼻子走，被灌輸「數大就是美」的觀念，然後消費者就會認為一張發聲數很多的音效卡，就是一張很棒的音效卡，這是不是很可憐？
CPU 耗用率低，與實際的 3D 定位感好壞，是沒有正相關的。即使到現在，我們聽過最好的 3D 定位音效，是 Aureal 的 AU8830(Vortex2) 音效晶片（例如 Diamond MX300 音效卡）所產生的四聲道定位音效，這仍然強過目前 SB Audigy 的五聲道定位感，可是，AU8830 耗用 CPU 的程度也最劇烈，在 Audio WinBench 99 中總是輸給 SB Live!，在遊戲中總是造成 FPS 比使用其他音效卡的時候來得低，可是沒有多少媒體與網站能夠告訴使用者，帳面上雖然低落，但是卻有最好的 3D 定位感。所以，又要馬兒好（3D 定位音效佳）又要馬兒不吃草（CPU 耗用率低）是行不通的。CPU 耗用度不代表 3D 定位感的好壞，而 3D 定位感的好壞，是沒有辦法量化成分數的。以當今電腦的迅速，如果能夠稍微犧牲一點點的 CPU，來換取更好的 3D 定位音效品質，我認為相當值得。就拿我們測試出的 Quake3 成績來說吧！每秒 127 張畫面與 135 張畫面，您的肉眼真的分得出來？如果分辨不出來，何妨多分一點 CPU 去給 3D 定位音效的運算部分，來產生更好的定位感？

由於 Aureal AU8830 已經離開市場已久，我們只能緬懷與追思，不能正式列入比較範圍之內，因此放眼當今音效卡市場上，SB Audigy 所提供的是最好的 3D 定位音效，也比之前 SB Live! 要好很多。nFORCE 目前還只有不算正常的四聲道定位，且 EAX 迴音效果太強，音色品質也有下降的感覺，純就 3D 定位品質來說，十分的糟糕。

DVD 多聲道表現

在 WindowsXP 下，不論是 WinDVD XP 3.1，或是 PowerDVD XP 4.0，都可以搭配 nFORCE 做到 5.1 聲道輸出，或是 SPDIF 輸出 Dolby Digital 與 DTS 數位訊號，所以這個部分的表現是令人滿意的。

MIDI 表現

請大家回頭觀察 nFORCE 的控制台畫面，可以發現 DLS 音色功能，甚至當我想要載入音色時才發現 nFORCE 竟然允許載入 SF2，也就是 SoundFont 音色，但是實際使用卻一點改變也沒有，不知道是不是我還有什麼地方忽略了，或是 nVIDIA 並沒有把這部分的功能給做完整。整個 MIDI 音色的表現可以說是聊勝於無，還是安裝額外的軟體音源會有更好的表現。但是以現在的娛樂用途需求來說，一定要提供自己的 MIDI 處理能力似乎不是很重要的事情，nVIDIA 花時間做出這個功能，還不如直接使用 WDM 驅動程式會附加的 Microsoft GS 軟體音源即可，然後把時間與心力花在 nFORCE 音效上的其他功能會更好。

其他使用雜記

在這幾天的使用中，陸續發生的一些怪現象，整理如下：

在 Windows98 下雖然可以將 CardDeluxe 這一張專業音效卡給安裝好，但實際上是無法使用的，系統會有疑似凍住的現象，不論 CardDeluxe 插在哪一個 PCI slot 都沒辦法正常使用。
我首先發現，Windows98 下，用來檢測音質的 RMAA 存檔時想要透過網路存到其他主機發生困難，幾乎無法存檔。接著發現在 WindowsXP 下也有這個現象，隨後更進一步的確認，只要想透過網路把檔案存到其他主機，就會發生困難，但是從其他主機讀取檔案則沒有問題。此外，使用數個小時之後，「網路芳鄰」功能會失效，變得完全無法存取其他主機，但是 WWW/FTP/TELNET 等功能仍然正常。我使用的網路卡是 D-Link DFE530-TX，但是這一張網路卡我確認是良好的，因為我原本就在使用這張網路卡，ASUS A7N266-E 用完後換回原本的主機板，就能夠正常的透過網路讀取與寫入檔案，一點問題也沒有，當然更不會有幾個小時後網路芳鄰失效的問題。
WindowsXP 下，曾發生 SB Audigy 最新修正版驅動程式無法安裝進去，出現解壓縮錯誤最後問你要不要回報此一問題給 Microsoft 的對話視窗，重開機之後竟然就可以安裝了。
一開始在 WindowsXP 下幾乎無法使用 RMAA，後來發現 RMAA 還是可以使用，但是 initialize 過程緩慢，我之前是等不下去才認為不能動作，其實多等幾秒就可以了。但是這樣一點也不正常。更奇怪的是，安裝好 CardDeluxe 後，這個現象竟然完全解除。
在 WindowsXP 下使用，雖然不像在 Windows98 中有明顯拖慢系統的問題。不過令人覺得比較「毛」的現象是，Winamp 這一個播放軟體的 EQ 等化器圖形，圖形跳動的速度比一般電腦要慢了點，以預設值來說，並不覺得圖形是很順暢的在跳動著，必須手動調快一點，才會有一般電腦的相同表現。

總結

優點：

DVD 多聲道支援完整。
Dolby Digital 即時壓縮功能可以讓使用者在電腦與環繞擴大機（或含解碼功能的電腦喇叭）之間的接線簡單化。

缺點：

ASUS A7N266-E 的類比輸出品質極糟。這不能說是 nFORCE 的缺點，但是以 nFORCE 的訴求，我們也不期望會有其他主機板廠商在音質方面下功夫，大家都是在比爛比偷料。
Dolby Digital 功能立意雖好，但是實際破壞音質的影響是很大的。
Windows98 的環境會有遲緩的現象。
3D 定位品質低落，而且只有四聲道定位，中央聲道荒廢了；EAX 迴音太強，又一定要支援 EAX 才會有四聲道定位，單純支援 DirectSound3D 時反而沒有四聲道定位。
使用起來並不覺得穩定，許多小毛病令人懊惱。

所以整體來說，我完全不建議使用 nFORCE 晶片組的主機板，這不單是音效方面的功能乏善可陳，整體穩定度也很值得懷疑，雖然要跑完 3DMark2001 這類一般網站與媒體都會用來檢測 benchmark 的程式是沒有問題的，但是我們買電腦來可不是只為了看到 3DMark2001 的分數而已，真正要能夠穩定使用才是最重要的不是嗎？更何況以 nFORCE 現在提供的音效功能來看，除非只想要輸出 DVD 5.1 聲道，並且不在乎類比輸出品質的低落，否則真的是一點也不值得使用，還是要購買像 SB Audigy 這樣獨立的音效卡，才能真正提供夠水準的娛樂效果與音質。

音質報告一覽表

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