推进手机和平板电脑音频开展的重要穿插要素有两个,即:1.日益添加的产品差异化需求;2.更高的客户期望。智能手机和平板电脑原始设备制作商正在运用各个商用IC供货商的运用处理器和基带调制解调器(集成和组合)的各种组合,环绕芯片组建立渠道。因而,原始设备制作商不会像在规则和/或规划芯片组时所做的那样操控或区别功用组。现在,他们有必要寻求其它办法发明差异化的移动用户体会,包含供给随时随地的音频体会。为完结这一方针,需求充分运用手机和平板电脑的扬声器,而众所周知,它们的音量很小。因而,就需求添加DSP动静处理(又叫:音频后处理),消除噗噗声,并运用其它音频技巧,制作功耗低且不会发生不必要的继发影响(如电磁搅扰等)的高输出(高音量)扬声器放大器;还需确认工程师用来供给更好的动静的一些重要参数、技能、趋势和立异手法。
手机公司运用商用芯片组时,需寻觅新的途径,完结多样化的产品外观、手感、动静,及能让用户体会何种功用。关于动静来说,在不久之前,手机用户对音频功用的要求很低,因而,不管将何种放大器置入中心芯片组都不错。可是,跟着商场上出现越来越多的立异型电话、平板电脑和运用程序,用户期望也敏捷前进,其间也包含音频。用户期望随时随地享受音质杰出的音频。
经过添加DSP动静处理(又叫:音频后处理),可消除噗噗声,并运用其它音频技巧,能制作高输出(高音量)扬声器放大器。
音频工程是一件艺术性作业,由于动静是一种片面的个人体会,音频工程需求进行不断的权衡和判别。以下比如展现了音频工程师为给移动渠道引进更好动静所运用的几种技能。每一种都值得深入探讨,可是咱们仅做简略介绍,以回忆几个重要的问题、趋势和处理计划。
1.动态规模、信噪比(SNR)和总谐波失真加噪声(THD+N)
音频功用的经典衡量办法是信噪比或动态规模。好像产品功用的许多其它可比衡量办法相同,信噪比受“技能指标距离”的约束,而“技能指标距离”的不同解读办法被用来最好地定位产品,并非彻底考虑客观纯度。为了供给更好的客观性,音频工程师协会(AES)为音频工程衡量创立了规范。总谐波失真加噪声是一种比独自总谐波失真更常用、更有用的衡量规范,由于能更精确地再现运用事例(即噪声物质)。将其带入公式即:总谐波失真+噪声=谐波功率+噪声功率总和除以总输出功率。留意,仅当丈量时的失真水平一守时,输出功率才有意义。
图1 音频产品的动态规模
图1比较了从CD到专业音频等不同音频设备的动态规模。手机和平板电脑音频功用的推进力是赶超MP3播放器的动态规模(约100 dB),而现在的手机和平板电脑商场也正在完结这一方针。
2.麦克风和音频后处理
移动渠道支撑几个麦克风变得十分必要,由于DSP回音消除以及其它先进音频和语音处理都需求多个麦克风。差分麦克风输入被用于下降噪声、射频和串扰的发生。在移动音频体系中,麦克风、音频编解码器和DSP处理器共同来完结先进功用。智能机音频的前进正在往DSP这个战场会集,DSP回声消除、3D空间和其它音频功用运用多个麦克风为处理供给输入。一个简略的比如是需求至少两个麦克风,是为了将语音信号与背景噪声分隔。一个麦克风听语音和背景噪声,另一个仅听背景噪声。DSP/编解码体系然后收到那些信号,减除噪声,以供给更明晰的语音信号。
运用数字麦克风(驻极体电容麦克风和微机电体系麦克风)替代模仿麦克风逐步盛行,遭到移动原始设备制作商的推进,由于其数字痕迹对手机处理器和播送集成电路(如基带调制解调器)的噪声侵扰具有更好的免疫力。
3.削减噗噗声
噗噗噪声是音频中的经典问题,常常发生于音频输入开机、关机、静音或衔接至不同负荷时,或许发生瞬变,可经过扬声器或耳机听到。削减噗噗声在移动运用程序中日渐重要,由于移动操作很自然会导致物体关机,以节约电力。当然,这意味着,应再将其翻开,以创立开/关和关/开过渡,导致动静瞬变。在曩昔,削减噗噗声是经过外部电容处理的。可是,跟着集成水平的前进,为了削减开支,前进功用,需求消减电容,供给立异芯片办法来削减噗噗声。
刺进手机时,内外部麦克风之间的转化是噗噗声的另一个来历。这可经过供给刺进检测电路进行办理。缓慢翻开和封闭是按捺噗噗声的另一种办法。缓慢翻开和封闭关于不具有隔直%&&&&&%的音频驱动器来说十分有用,由于它可发生直流偏移电压。缓慢翻开,正如其字面意思,斜变切换电阻,使得负载电压摆率渐渐前进,然后使噗噗声不会出现。一种办法是运用缓慢敞开的集成音频开关。图2的飞兆缓慢敞开音频开关展现了这一理念。此产品具有可调理(缓慢)翻开和封闭,其规模为1毫秒~200毫秒。此图显现了100毫秒的设置。
特别是对移动设备来说,噗噗声规划窍门变得十分要害,这是音频工程看起来像艺术的另一个原因,由于噗噗声的感知很片面,使得经历和一些小的技巧成为成功的重要部分。
4.动态规模操控(DRC)和扬声器维护
将家用立体声放大器动静(未)调高的人,会亲近留意到扬声器过度驱动时的状况。你的耳朵将不得不忍耐尖锐的失真声。另一方面,假如放大器不挨近于扬声器的最大极限,扬声器便不会发生巨大动静。需求挨近一条微线。一种办法是经过动态规模操控来操控放大器的增益,测验优化音质,以在记载信号水平最大化时避免失真。这就像曾经进行模仿录音时,你能够边调查录音机VU表(图3),边手动调整输入音量,以使指针在嘹亮通路时一直坐落赤色区域之外,并在安静期间前进音量,掩盖模仿录音机的误差动静。
图2 缓慢翻开/封闭时刻
这字面意思即为手动动态规模紧缩。现在,这能够经过%&&&&&%自动完结,监控信号水平并供给反应,以添加或削减增益。其结果是按捺动静规模(即凹凸水平缓低高水平),使聆听者听到的动静更好。可是,小扬声器音量水平前进的一起,损坏风险也随之上升。因而,扬声器维护办法正变得日益重要。
扬声器或许会出现的一个最风险的现象是消波现象。放大器驱动超越扬声器约束时,消波就会发生,这会使信号看起来越来越像一个方波,而不是一般的音频信号。运用术语“消波”是由于其上部看起来削平了(图4)。
消波对扬声器来说很风险的原因是,信号开端削平常,更多的高次谐波就会发生,然后出现超出扬声器能够承受的能量,形成永久损坏。移动音频放大器现在增添了防消波机制,以约束其输出,更好地匹配扬声器。最基本的防消波办法是设置增益,使其不高于运用自动增益操控(AGC)技能预设的水平。现在正在开发其它愈加老练的扬声器维护办法,自动监控扬声器状况,并将信息反应给放大器,以确保操作安全。一些自动的扬声器维护计划能够运用放大器自身的小信号处理器进行信号剖析。一切类型的扬声器维护,不管是自动的仍是被迫的,都能够使移动渠道制作商愈加简洁地供给动静更大、更耐久的音频,因而,扬声器维护将持续成为音频王国的要害事项。
5.噪声门限
某些移动音频放大器现在供给噪声门限功用。当信号低于指定水平常,噪声门限会使输出静音,就像旧式的静噪按捺电路相同,削减体系中的播送、DAC和其它噪声(图5)。相关于音乐来说,噪声门限功用对语音更有用。依据规划,有时会运用介入和衰减参数操控并设置噪声门限。
图4 消波信号 图5 噪声门限
6.均衡化
均衡器仅是一套运用于整个音频规模内频率规模窄片的音量操控器。五段均衡器特别适用于移动渠道。均衡器可使体系规划者定制输出信号,以在特定环境中优化扬声器的功用。在高保真立体声前期,一般音频顾客开端知道均衡器。有人指出,一旦均衡器进行设置,担任房间内的特别音响就都是“一次性”的。这是一个类似的事例;可是相关于房间,移动规划者更关怀手机和平板电脑。其理念是使扬声器和最佳声学功用盒子相匹配。假如将扬声器塞入盒子中的非最佳方位(由于工业规划考虑要素,常常发生),均衡化就十分重要。芯片组内部编解码器或外部音频编解码器上的均衡器可为特别的外壳(盒子)设置参数,然后改进产品的全体音质。均衡化可被视为一种重要的DSP功用,可使手机音质更佳。
7.D类放大器和下降电磁搅扰
音频评论终究好像还得环绕类别之争理念—其意义是不同类别音频放大器的比较。让咱们看看吧。D类对移动设备来讲是一种杰出的技能,因其功率相较于AB类好许多,可是D类的缺陷是电磁搅扰,并且其音质没有AB类的好。商场无形之手现已权衡了利害,好像D类对扬声器放大器来说更可承受,至少在现在是如此的。关于耳机来说,AB类、G类和H类仍然是遍及的挑选,虽然D类有时也会用到。
D类的趋势是消除其内置脉宽宽度调制式转化架构发生的不必要的电磁搅扰,这需求用不同的办法按捺电磁搅扰。一种运用于脉宽宽度调制式体系(如D类)的按捺办法是扩频调制,其间输出桥转化频率环绕中心转化频率改动。跟着频率随机改动,电磁能量愈加广泛地发出,峰值辐射能量削减。
另一种削减电磁搅扰的办法是边际速率操控(ERC)。在D类产品中,高频率能量坐落脉宽宽度调制式方波输出的边际,因而更快的输出上升下降次数将发生更高的频率能量。削减边际的尖利度,高频率能量就会削减。回忆一下,方波越完美(即越方),就会发生越多的谐波,因而,削减方波的完美度可下降发生辐射的高频率谐波成分。可是,这又会耗费更多的功率。一起,现在,咱们应清楚改动方波的形状实际上是在损坏它,然后添加总谐波失真加噪声,虽然这时是故意为之。因而,在决议什么可承受时,需求进行权衡。咱们可再一次才智到进行适合的权衡真的是杰出音频工程艺术的一部分。
8.增强型扬声器放大器
移动音频的一个重要趋势是向动静更大的音频转化,这可经过高输出扬声器放大器来完结。高输出经过将直流-直流升压转化器适合地添加至扬声器放大器IC上。D类内置升压放大器的一个很好的比如是飞兆FAB3103(图6)。
图6 D类升压扬声器放大器架构
添加直流/直流升压转化器对音频IC分区具有十分重要的影响,由于升压电路电压水平的原因,不适合集成到模仿移动基带或许音频编码I C内部。因而,更大声的需求现已敞开了将音频放大器独立于编解码体系和模仿基带设备之外的趋势。
扬声器放大器现在的输出功率在1.7W~2.5W之间,还在添加,由于移动渠道制作商称他们期望输出的动静尽量大。更高的输出驱动,当然意味着更多的功率耗费,这并不是移动渠道制作商所期望的。所以,音频工程师正在寻觅新的途径,从头运用老办法来下降功率。现在适用于D类的一种立异办法是借用G类的理念,即运用电源多路复用器。飞兆FAB3103是运用此技能的一种D类音频放大器。
9.新方向
移动音频前进的新领域是平板膜扬声器,乃至是将手机或平板电脑的表面作为扬声器。还有一种观念,是将云中流出的高清音乐分流。职业研究者称,移动音乐分流将使注册者数量从2011年的600万添加至2016年的1.6亿,归纳年添加率高达95%.跟着音频分流的敏捷添加,手机和平板电脑硬件产品将需求装备音频%&&&&&%,完结随时随地的移动音频体会。