智能手機(jī)“音樂播放器”高保真還原的解決方案

智能手機(jī)音頻音質(zhì)應(yīng)當(dāng)包含兩方面的內(nèi)容：第一，作為便攜式通信設(shè)備的音質(zhì)；第二，作為智能手機(jī)“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(zhì)，從芯片選用、電路設(shè)計(jì)、處理算法入手，提出了NCN技術(shù)、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(shè)備的音質(zhì)

隨著智能手機(jī)的消費(fèi)群體日益擴(kuò)張，以及人們對智能手機(jī)所帶來生活的高質(zhì)量化，消費(fèi)者都要求能在嘈雜環(huán)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(shù)據(jù)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(zhì)量造成影響。這些影響消費(fèi)者音頻體驗(yàn)的因素，使得他們要求制造商和系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員在便攜通信設(shè)備中集成包含軟、硬件在內(nèi)的更先進(jìn)音頻處理功能，令嘈雜環(huán)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(fèi)者的青睞。

這些要求為設(shè)計(jì)人員帶來挑戰(zhàn)，因?yàn)樗麄兺ǔ１仨氃诟〉耐庑纬叽?，以及不影響功耗（電池壽命）、重量（電池大小）和成本（消費(fèi)類設(shè)備尤其敏感）等設(shè)計(jì)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(fā)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(jī)使用的網(wǎng)絡(luò)是GSM 還是TDMA，RF 發(fā)送器的開關(guān)動作都會產(chǎn)生嚴(yán)重影響電源的噪聲，因?yàn)樯漕l功放的開關(guān)頻率為217Hz。功放在每次開關(guān)時(shí)都會從電源吸取很大的電流（典型情況下高達(dá)1.7A），使得電池等效串聯(lián)電阻（ESR）上將產(chǎn)生高達(dá)500mV 的突發(fā)壓降。對于嵌入了高分辨率音頻轉(zhuǎn)換器和音頻放大器的SoC 設(shè)計(jì)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(zhì)量將受到嚴(yán)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(wěn)壓器在輸入電壓變化時(shí)保持輸出電壓穩(wěn)定的能力），詳細(xì)分析了PSRR和其它電源因素對手機(jī)音頻質(zhì)量的影響。例子：

射頻載波干擾

目前，音頻放大器受射頻強(qiáng)電場干擾的機(jī)會是越來越多。許多音頻放大器在設(shè)計(jì)時(shí)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(diào)進(jìn)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(yōu)化電路板設(shè)計(jì)

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(zhì)

蜂窩電話電路板布線是PCB布線工程師所面臨的極大挑戰(zhàn)，現(xiàn)代蜂窩電話幾乎囊括了便攜式的所有子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)都有相互矛盾的需求。一個(gè)設(shè)計(jì)完美的 PCB必須在充分發(fā)揮每個(gè)互聯(lián)設(shè)備性能優(yōu)勢的同時(shí)，避免子系統(tǒng)之間的相互干擾，因此，對于相互沖突的要求不得不對每個(gè)子系統(tǒng)性能進(jìn)行折衷考慮。雖然蜂窩電話的音頻功能在持續(xù)增加，但給予音頻電路PCB布線的關(guān)注卻很少。本資料提出了PCB布線與蜂窩電話音質(zhì)之間的關(guān)系，從布線上來降低智能手機(jī)的通話噪聲。

先進(jìn)器件選型，降低通話噪聲

越來越多的移動設(shè)備，如手機(jī)、耳機(jī)、相機(jī)和MP3，采用了先進(jìn)的降噪技術(shù)，以消除背景音，提高聲音質(zhì)量。為此，愛普科斯生產(chǎn)的MEMS麥克風(fēng)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(xiàn)代智能手機(jī)設(shè)計(jì)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(nèi)核，可在耗電極低的工作狀態(tài)下為電池供電的便攜式產(chǎn)品提供高性能的語音及音樂處理能力。

2、智能手機(jī)“音樂播放器”高保真還原

在2009年，全球在Feature phones（多功能手機(jī)）和Smart phones（智能手機(jī)）的出貨量將超過10億部，占所有手機(jī)出貨量的80%以上。在目前中國手機(jī)市場上，F(xiàn)eature Phone和Smart Phone的發(fā)展也是最為迅速的。在這些手機(jī)中，用于音樂播放的手機(jī)揚(yáng)聲器已經(jīng)是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)配置了，可以說現(xiàn)在大部分的手機(jī)都是音樂手機(jī)?！跋氤统?，唱得響亮”是對音樂手機(jī)的要求，但是現(xiàn)在手機(jī)在音樂播放方面遇到了挺多問題，從MP3 源文件、手機(jī)放大器的硬件設(shè)計(jì)、播放器的軟件設(shè)計(jì)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(jìn)行技術(shù)綜述：

無破音（NCN）技術(shù)

所謂 NCN 技術(shù)就是指在音量增大或者電源電壓變化的時(shí)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(zhì)的“大而不破”。無破音（NCN）功能采用的是專業(yè)音響系統(tǒng)中的壓縮/限幅技術(shù)（Compression &limiting），有門限閾值、啟動時(shí)間和釋放時(shí)間等重要參數(shù)。

音頻處理算法

提升手機(jī)音頻質(zhì)量并非易事，其中兩個(gè)主要因素就是手機(jī)外形尺寸的大小，以及音頻文件的壓縮程度。

于手機(jī)的小尺寸中獲得高質(zhì)的音頻效果，確實(shí)是個(gè)挑戰(zhàn)，而要想應(yīng)對該挑戰(zhàn)，只能依靠由工業(yè)、機(jī)電、電子學(xué)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)師們組成的交叉功能團(tuán)隊(duì)來實(shí)現(xiàn)了，于是電子工程師提出了這一個(gè)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(shí)現(xiàn)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(dāng)前功能集中的便攜式多媒體設(shè)備中，有越來越多的功能正被集成到越來越小的系統(tǒng)中。音頻是市場上任何具有多媒體功能的系統(tǒng)中最基本的功能，但系統(tǒng)設(shè)計(jì)師通常更關(guān)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(jié)果是，在眾多的重要元器件之間，哪里有一點(diǎn)空間，就把音頻電路擠身到哪里，從而導(dǎo)致音頻質(zhì)量非常一般乃至低劣。然而，只要稍加注意，良好的音頻質(zhì)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(tǒng)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(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)的優(yōu)秀系統(tǒng)設(shè)計(jì)和PCB版圖設(shè)計(jì)的各種建議，以及分析了在便攜式音頻系統(tǒng)中存在的許多引起劣質(zhì)音頻的模擬音頻信號上影響音質(zhì)的噪聲源。

高清語音技術(shù)

高清語音也被稱為寬帶語音，是一種能為蜂窩網(wǎng)絡(luò)、移動電話和無線耳機(jī)傳輸高清、自然語音質(zhì)量的音頻技術(shù)。與傳統(tǒng)的窄帶電話相比，高清語音很大程度上提高了語音質(zhì)量，減少了聽覺負(fù)擔(dān)。隨著窄帶網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備向高清語音過渡，一種名為帶寬擴(kuò)展（BWE）的語音處理技術(shù)可以用來在接收終端設(shè)備上模擬類似于高清語音的通話質(zhì)量，為不支持高清語音的設(shè)備提供了一個(gè)折中的解決方案。本文將詳細(xì)介紹 BWE 技術(shù)。