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智能手機音頻音質應當包含兩方面的內容：第一，作為便攜式通信設備的音質；第二，作為智能手機“音樂播放器”的高保真還原。本期方案快訊將立足于高保真（Hi-Fi）音頻音質，從芯片選用、電路設計、處理算法入手，提出了NCN技術、均衡器過濾算法、PCB布線技巧、miniDSP Codec和MEMS器件的選用等。 1、便攜式通信設備的音質 隨著智能手機的消費群體日益擴張，以及人們對智能手機所帶來生活的高質量化，消費者都要求能在嘈雜環境下不用大聲通話和能聽到對方的說話，并且能不受回聲干擾。從各種數據可以看出，影響音頻效果的因素眾多，如高分辨率音頻放大器的引入、射頻干擾、PCB布線、電力不足等都能對通話質量造成影響。這些影響消費者音頻體驗的因素，使得他們要求制造商和系統設計人員在便攜通信設備中集成包含軟、硬件在內的更先進音頻處理功能，令嘈雜環境下的語音通話即使聲音不大也可被聽清楚，以及消除回聲等。這帶動了那些具有高保真(Hi-Fi)效果的音頻處理解決方案更受到消費者的青睞。 這些要求為設計人員帶來挑戰，因為他們通常必須在更小的外形尺寸，以及不影響功耗(電池壽命)、重量(電池大小)和成本(消費類設備尤其敏感)等設計限制下完成。下面是對以上一些因素的研究和解決方案，希望對工程師、開發者有所幫助： 高分辨率音頻放大器引入引起的噪聲 不管手機使用的網絡是GSM 還是TDMA，RF 發送器的開關動作都會產生嚴重影響電源的噪聲，因為射頻功放的開關頻率為217Hz。功放在每次開關時都會從電源吸取很大的電流(典型情況下高達1.7A)，使得電池等效串聯電阻(ESR)上將產生高達500mV 的突發壓降。對于嵌入了高分辨率音頻轉換器和音頻放大器的SoC 設計或者高靈敏的MEMS 來說，這種變化將危害SoC 的總體性能，特別是音頻質量將受到嚴重影響，會聽得到嗡嗡的噪聲。本資料提出來 PSRR 的概念（PSRR 代表了穩壓器在輸入電壓變化時保持輸出電壓穩定的能力），詳細分析了PSRR和其它電源因素對手機音頻質量的影響。例子： 射頻載波干擾 目前，音頻放大器受射頻強電場干擾的機會是越來越多。許多音頻放大器在設計時并沒有考慮到高頻信號干擾問題，因此很容易將射頻載波信息解調進音頻頻帶中，從而造成射頻干擾。本資料提出了一下幾種方法來減少射頻噪聲影響： 1、將音頻放大器集成到基帶器件中 2、優化電路板設計 3、采用不受射頻影響的音頻放大器 PCB布線改善蜂窩電話音質 蜂窩電話電路板布線是PCB布線工程師所面臨的極大挑戰，現代蜂窩電話幾乎囊括了便攜式的所有子系統，每個子系統都有相互矛盾的需求。一個設計完美的 PCB必須在充分發揮每個互聯設備性能優勢的同時，避免子系統之間的相互干擾，因此，對于相互沖突的要求不得不對每個子系統性能進行折衷考慮。雖然蜂窩電話的音頻功能在持續增加，但給予音頻電路PCB布線的關注卻很少。本資料提出了PCB布線與蜂窩電話音質之間的關系，從布線上來降低智能手機的通話噪聲。 先進器件選型，降低通話噪聲 越來越多的移動設備，如手機、耳機、相機和MP3，采用了先進的降噪技術，以消除背景音，提高聲音質量。為此，愛普科斯生產的MEMS麥克風不僅具有抗射頻和電磁干擾的能力，還具有極小的尺寸，是符合現代智能手機設計的理想解決方案；Texas Instruments 推出了超低功耗 miniDSP 音頻 Codec 集成了雙miniDSP內核，可在耗電極低的工作狀態下為電池供電的便攜式產品提供高性能的語音及音樂處理能力。2、智能手機“音樂播放器”高保真還原 在2009年，全球在Feature phones（多功能手機）和Smart phones（智能手機）的出貨量將超過10億部，占所有手機出貨量的80%以上。在目前中國手機市場上,Feature Phone和Smart Phone的發展也是最為迅速的。在這些手機中，用于音樂播放的手機揚聲器已經是一個標準配置了，可以說現在大部分的手機都是音樂手機。“想唱就唱，唱得響亮”是對音樂手機的要求，但是現在手機在音樂播放方面遇到了挺多問題，從MP3 源文件、手機放大器的硬件設計、播放器的軟件設計等都會引入噪聲，從而對還原之后的聲音丟失了原本的色彩。下面將從幾方面來對這些因素進行技術綜述： 無破音（NCN）技術 所謂 NCN 技術就是指在音量增大或者電源電壓變化的時候，音樂中的大聲音不會超過最大的不失真幅度，形成破音，做到音質的“大而不破”。無破音（NCN）功能采用的是專業音響系統中的壓縮/限幅技術(Compression &limiting)，有門限閾值、啟動時間和釋放時間等重要參數。 音頻處理算法 提升手機音頻質量并非易事，其中兩個主要因素就是手機外形尺寸的大小，以及音頻文件的壓縮程度。 于手機的小尺寸中獲得高質的音頻效果，確實是個挑戰，而要想應對該挑戰，只能依靠由工業、機電、電子學領域的設計師們組成的交叉功能團隊來實現了，于是電子工程師提出了這一個倡儀：使用音頻處理算法。于壓縮音頻，音頻通常被壓縮成較小文件以供用戶下載，文件壓縮是通過編碼算法實現的(如MP3)，文件的減小可能會造成信息的缺失，最終影響音頻效果，所以，音頻處理算法同樣也可以派上用場。 噪聲及其解決方案 在當前功能集中的便攜式多媒體設備中，有越來越多的功能正被集成到越來越小的系統中。音頻是市場上任何具有多媒體功能的系統中最基本的功能，但系統設計師通常更關注‘吸引人眼球’的特性，如無線連接、視頻處理、圖像捕獲和顯示等。其結果是，在眾多的重要元器件之間，哪里有一點空間，就把音頻電路擠身到哪里，從而導致音頻質量非常一般乃至低劣。然而，只要稍加注意，良好的音頻質量就能與用戶要求的眾多其它性能一起被無縫集成到系統中。本文提供了一些與包含有音頻回放和/或記錄功能的任何便攜式系統設計相關的優秀系統設計和PCB版圖設計的各種建議，以及分析了在便攜式音頻系統中存在的許多引起劣質音頻的模擬音頻信號上影響音質的噪聲源。 高清語音技術 高清語音也被稱為寬帶語音，是一種能為蜂窩網絡、移動電話和無線耳機傳輸高清、自然語音質量的音頻技術。與傳統的窄帶電話相比，高清語音很大程度上提高了語音質量，減少了聽覺負擔。隨著窄帶網絡和設備向高清語音過渡，一種名為帶寬擴展(BWE)的語音處理技術可以用來在接收終端設備上模擬類似于高清語音的通話質量，為不支持高清語音的設備提供了一個折中的解決方案。本文將詳細介紹 BWE 技術。 |
