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移動(dòng)設備的高質(zhì)量音頻隨時(shí)隨地就可實(shí)現?

發(fā)布時(shí)間:2014-10-27 責任編輯:echolady

【導讀】眾所周知,手機和平板等移動(dòng)設備的揚聲器聲音很小,那么如何實(shí)現高質(zhì)量音頻?首先添加DSP聲音處理,消除噗噗聲,然后利用音頻技巧制造功耗低且避免繼發(fā)影響的高輸出揚聲器放大器,最后工程師確定參數、技術(shù)、革新等手段進(jìn)行完善。

手機公司利用商用芯片組時(shí),需尋找新的途徑,實(shí)現多樣化的產(chǎn)品外觀(guān)、手感、聲音,及能讓用戶(hù)體驗何種功能。對于聲音來(lái)說(shuō),在不久之前,手機用戶(hù)對音頻性能的要求很低,因此,無(wú)論將何種放大器置入核心芯片組都不錯。但是,隨著(zhù)市場(chǎng)上出現越來(lái)越多的創(chuàng )新型電話(huà)、平板電腦和應用程序,用戶(hù)期望也迅速提高,其中也包括音頻。用戶(hù)希望隨時(shí)隨地享用音質(zhì)良好的音頻。

通過(guò)添加DSP聲音處理(又名:音頻后處理),可消除噗噗聲,并利用其它音頻技巧,能制造高輸出(高音量)揚聲器放大器。
音頻工程是一件藝術(shù)性工作,因為聲音是一種主觀(guān)的個(gè)人體驗,音頻工程需要進(jìn)行不斷的權衡和判斷。以下例子展示了音頻工程師為給移動(dòng)平臺引入更好聲音所運用的幾種技術(shù)。每一種都值得深入探討,但是我們僅做簡(jiǎn)單介紹,以回顧幾個(gè)重要的問(wèn)題、趨勢和解決方案。

一、動(dòng)態(tài)范圍控制(DRC)和揚聲器保護

將家用立體聲放大器聲音(未)調高的人,會(huì )密切注意到揚聲器過(guò)度驅動(dòng)時(shí)的情況。你的耳朵將不得不忍受刺耳的失真聲。另一方面,如果放大器不接近于揚聲器的最大限度,揚聲器便不會(huì )產(chǎn)生巨大聲響。需要接近一條微線(xiàn)。一種方法是通過(guò)動(dòng)態(tài)范圍控制來(lái)控制放大器的增益,嘗試優(yōu)化音質(zhì),以在記錄信號水平最大化時(shí)防止失真。這就像以前進(jìn)行模擬錄音時(shí),你可以邊觀(guān)察錄音機VU表(圖3),邊手動(dòng)調整輸入音量,以使指針在響亮通路時(shí)始終位于紅色區域之外,并在安靜期間提高音量,掩蓋模擬錄音機的偏差聲音。

移動(dòng)設備的高質(zhì)量音頻隨時(shí)隨地就可實(shí)現?
圖1:緩慢打開(kāi)關(guān)閉時(shí)間
 
這字面意思即為手動(dòng)動(dòng)態(tài)范圍壓縮。如今,這可以通過(guò)集成電路自動(dòng)完成,監控信號水平并提供反饋,以增加或減少增益。其結果是抑制聲音范圍(即高低水平和低高水平),使聆聽(tīng)者聽(tīng)到的聲音更好。但是,小揚聲器音量水平提高的同時(shí),損壞風(fēng)險也隨之上升。因此,揚聲器保護方法正變得日益重要。
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二、動(dòng)態(tài)范圍、信噪比(SNR)和總諧波失真加噪聲(THD+N)

音頻性能的經(jīng)典衡量方式是信噪比或動(dòng)態(tài)范圍。如同產(chǎn)品性能的許多其它可比衡量方式一樣,信噪比受“技術(shù)指標差距”的制約,而“技術(shù)指標差距”的不同解讀方式被用來(lái)最好地定位產(chǎn)品,并非完全考慮客觀(guān)純度。為了提供更好的客觀(guān)性,音頻工程師協(xié)會(huì )(AES)為音頻工程衡量創(chuàng )建了標準??傊C波失真加噪聲是一種比單獨總諧波失真更常用、更有用的衡量標準,因為能更準確地再現使用案例(即噪聲物質(zhì))。將其帶入公式即:總諧波失真+噪聲=諧波功率+噪聲功率總和除以總輸出功率。注意,僅當測量時(shí)的失真水平一定時(shí),輸出功率才有意義。

移動(dòng)設備的高質(zhì)量音頻隨時(shí)隨地就可實(shí)現?
圖2:音頻產(chǎn)品動(dòng)態(tài)范圍
 
圖1比較了從CD到專(zhuān)業(yè)音頻等不同音頻設備的動(dòng)態(tài)范圍。手機和平板電腦音頻性能的推動(dòng)力是趕超MP3播放器的動(dòng)態(tài)范圍(約100 dB),而如今的手機和平板電腦市場(chǎng)也正在實(shí)現這一目標。

三、麥克風(fēng)和音頻后處理

移動(dòng)平臺支持幾個(gè)麥克風(fēng)變得非常必要,因為DSP回音消除以及其它先進(jìn)音頻和語(yǔ)音處理都需要多個(gè)麥克風(fēng)。差分麥克風(fēng)輸入被用于降低噪聲、射頻和串擾的發(fā)生。在移動(dòng)音頻系統中,麥克風(fēng)、音頻編解碼器和DSP處理器共同來(lái)實(shí)現先進(jìn)功能。智能機音頻的提升正在往DSP這個(gè)戰場(chǎng)集中,DSP回聲消除、3D空間和其它音頻功能利用多個(gè)麥克風(fēng)為處理提供輸入。一個(gè)簡(jiǎn)單的例子是需要至少兩個(gè)麥克風(fēng),是為了將語(yǔ)音信號與背景噪聲分開(kāi)。一個(gè)麥克風(fēng)聽(tīng)語(yǔ)音和背景噪聲,另一個(gè)僅聽(tīng)背景噪聲。DSP/編解碼系統然后收到那些信號,減除噪聲,以提供更清晰的語(yǔ)音信號。

使用數字麥克風(fēng)(駐極體電容麥克風(fēng)和微機電系統麥克風(fēng))代替模擬麥克風(fēng)逐漸流行,受到移動(dòng)原始設備制造商的推動(dòng),因為其數字痕跡對手機處理器和廣播集成電路(如基帶調制解調器)的噪聲侵擾具有更好的免疫力。

四、減少噗噗聲

噗噗噪聲是音頻中的經(jīng)典問(wèn)題,常常發(fā)生于音頻輸入開(kāi)機、關(guān)機、靜音或連接至不同負荷時(shí),可能產(chǎn)生瞬變,可通過(guò)揚聲器或耳機聽(tīng)到。減少噗噗聲在移動(dòng)應用程序中日漸重要,因為移動(dòng)操作很自然會(huì )導致物體關(guān)機,以節省電力。當然,這意味著(zhù),應再將其打開(kāi),以創(chuàng )建開(kāi)/關(guān)和關(guān)/開(kāi)過(guò)渡,導致聲音瞬變。在過(guò)去,減少噗噗聲是通過(guò)外部電容解決的。但是,隨著(zhù)集成水平的提高,為了減少開(kāi)支,提高性能,需要消減電容,提供創(chuàng )新芯片方法來(lái)減少噗噗聲。

插入手機時(shí),內外部麥克風(fēng)之間的轉換是噗噗聲的另一個(gè)來(lái)源。這可通過(guò)提供插入檢測電路進(jìn)行管理。緩慢打開(kāi)和關(guān)閉是抑制噗噗聲的另一種方法。緩慢打開(kāi)和關(guān)閉對于不具有隔直電容的音頻驅動(dòng)器來(lái)說(shuō)非常有用,因為它可產(chǎn)生直流偏移電壓。緩慢打開(kāi),正如其字面意思,斜變切換電阻,使得負載電壓擺率慢慢提高,從而使噗噗聲不會(huì )出現。一種方法是使用緩慢開(kāi)啟的集成音頻開(kāi)關(guān)。圖2的飛兆緩慢開(kāi)啟音頻開(kāi)關(guān)展示了這一理念。此產(chǎn)品具有可調節(緩慢)打開(kāi)和關(guān)閉,其范圍為1毫秒~200毫秒。此圖顯示了100毫秒的設置。

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