手機正從最初的一種語音通訊工具持續(xù)演進(jìn)成為更複雜先進(jìn)的系統(tǒng)與娛樂設(shè)備。隨著智慧手機問世，用戶可以享受到各種豐富的可攜式功能，如整合MP3播放器、視訊播放、視訊攝影機和靜態(tài)影像相機、藍(lán)牙，以及GPS等等，甚至再配備一個觸控螢?zāi)唤槊妗?
此外，似乎具有無限應(yīng)用潛力的真正多工任務(wù)作業(yè)系統(tǒng)也隨之推出，從而催生出一種功能強大的手持式設(shè)備。智慧手機的確是彰顯工程創(chuàng)新如何改變?nèi)藗兩畹囊粋�最佳寫照。
除了這種功能性之外，智慧手機用戶還期望擁有更高的性能。本文將探討手機性能的一個關(guān)鍵領(lǐng)域，即手機音訊播放，特別是MP3播放器輸出至耳機的音訊品質(zhì)。
音訊中包含有用和無用的內(nèi)容。有用的音訊內(nèi)容為音樂或影像訊號；而無用的內(nèi)容為電源雜訊、諧波失真、串?dāng)_和數(shù)據(jù)壓縮等，這些都會破壞收聽體驗。音樂內(nèi)容本身也可能帶有雜訊，若設(shè)計不夠謹(jǐn)慎，主要的雜訊來源可能就會是音訊耳機放大器和放大器周圍的系統(tǒng)。
在放大器雜訊方面，關(guān)鍵參數(shù)是訊號雜訊比(SNR)。SNR越高，音訊品質(zhì)越好；反之，SNR較低，輸出訊號就比較嘈雜。讓我們首先定義SNR。每一個音訊輸出都有一個‘雜訊基底’，即系統(tǒng)和音訊IC的原有雜訊。正如IC設(shè)計最佳化一樣，最佳的電路板佈局也有助於減小雜訊基底。其目的是保持雜訊基底(無用內(nèi)容)和音樂訊號(有用內(nèi)容)之間的振幅差距盡可能最大。在樂曲與樂曲間的靜默階段，或是播放具有高動態(tài)範(fàn)圍(音樂中高昂和輕柔片段間的落差較大，如古典音樂)的內(nèi)容時，雜訊最明顯。
SNR是有用內(nèi)容與無用內(nèi)容的比值。由於雜訊基底和有用訊號間的振幅差異極大，為了便於分析，這個比值公式採用對數(shù)的形式表示。
在此，Psignal為有用訊號(音樂)的平均功率，而Pnoise為雜訊基底的平均功率�？蓲裼秒妷罕硎緸椋�
其中，A為訊號的均方根(RMS)電壓值。
在音訊IC設(shè)計中，通常會為Asignal提供一個參考值──在總諧波失真+雜訊 (THD+N)為1%時，放大器為32Ω負(fù)載電阻提供1KHz正弦波訊號時的最大輸出電平。值得注意的是，有些製造廠商為了刻意提升SNR參數(shù)規(guī)格，而將Asignal參考值設(shè)置為放大器在空載條件下或較高THD+N值時的最大輸出電平。
取決於不同的設(shè)計與佈局需求，所有的IC放大器都有一個與其相關(guān)的SNR。在用戶使用手機聽音樂或看影片時，這些放大器為外部耳機供電�？紤]到組成媒體的數(shù)據(jù)已經(jīng)高度壓縮了(通常為MP3、AVI或MOV格式)，為什麼還得要求耳機放大器的SNR大於100dB？這甚至已經(jīng)超過了CD播放器的SNR理論上限值96dB。
首先，數(shù)據(jù)壓縮和雜訊是導(dǎo)致音訊品質(zhì)降低的兩種截然不同組成。數(shù)據(jù)壓縮基於失真演算法(lossy algorithm)──透過消除或阻障內(nèi)容中人耳不容易聽見的部份，從而縮減檔案的大小。因此，數(shù)據(jù)一經(jīng)壓縮後就無法再恢復(fù)遺失的內(nèi)容。此外，原始記錄中原生的雜訊也無法縮減。不過，在手機設(shè)計中增加的雜訊，如耳機放大器IC造成的雜訊則可加以減小。
放大器的SNR規(guī)格可在實驗室中以固定的Asignal數(shù)值測得。值得注意的是，這並不是一種典型的聽力水平。例如，許多IC耳機放大器能夠為32Ω的負(fù)載電阻提供超過30mW的功率。如果調(diào)高音量，甚至可在房間另一頭聽到耳機的聲音！
實際上，由於耳機插入耳道而與耳膜緊密耦合，對於32Ω負(fù)載電阻而言，根據(jù)耳機的效率不同，0.1mW-0.5mW的輸出功率一般是較合理的音量水平。但這僅僅是整個輸出功率的一小部份。由於SNR是訊號與雜訊之比，而且雜訊基底是不變的，利用這些實際的聽力水平可為聽者明顯降低SNR。
例如，一個具有105dB SNR規(guī)格的放大器，在30mWRMS功率至32Ω負(fù)載電阻時，使用Asignal 1KHz音訊，並具有1%THD+N。在此，首先把30mWRMS 轉(zhuǎn)換為VRMS：
PRMS = (VRMS)2/R
或 VRMS = sqrt(PRMS x R) = sqrt(.03WRMS x 32?) = .979 VRMS
現(xiàn)在我們可以利用以下算式來計算Anoise：
所以105dB = 20log10 (.979VRMS /AnoiseRMS)
或
inv-log10 (105dB/20) = .979VRMS / AnoiseRMS
故 Anoise = 5.5μVRMS
或者，可以採用以下計算方式：
105dB/20 = log10 (.979VRMS /Anoise)
或
10105dB/20 = .979 VRMS /AnoiseRMS
或
Anoise = .979 VRMS / 10105dB/20 = 5.5μVRMS
因此，我們已知道了雜訊基底Anoise。在相同的條件下，以0.1mWRMS的典型音量水平，並利用同一個放大器，我們即可確定SNR。再次運用以下算式：
首先把0.1WRMS 轉(zhuǎn)換為VRMS：
PRMS = (VRMS)2/R
或 VRMS = sqrt(PRMS x R) = sqrt(.001WRMS x 32?) = .179VRMS
現(xiàn)在計算新的SNR：
SNRdB = 20log10(.179VRMS /5.5μVRMS) = 90.24dB。注意，在典型音量水平，這大約低了15dB。
SNR測量結(jié)果是衡量音訊放大器品質(zhì)的關(guān)鍵指標(biāo)。由於用戶期望手機音訊品質(zhì)能和MP3播放器聽到的一樣好，在設(shè)計時就必須特別注意這項重要的參數(shù)。
我司的耳機放大器資料請查閱：http://m.uxxk.cn/product_1040.htm |
