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(guò)10億部，占所有手機出貨量的80%以上。在目前中國便攜式播放器上,Feature Phone和Smart Phone的發(fā)展也是最為迅速的。在這些便攜式播放器中，用于音樂(lè )播放的揚聲器已經(jīng)是一個(gè)標準配置了。

        “想唱就唱，唱得響亮”是對便攜式播放器的要求，但手機用戶(hù)經(jīng)常會(huì )碰到這樣的情況：從網(wǎng)上下載的 自己中意的mp3歌曲，音量大小參差不齊，聽(tīng)某一首歌曲時(shí)覺(jué)得聲音較小，但音量調高后，在聽(tīng)下一首歌時(shí)有發(fā)現音量太大，出現了破音，音質(zhì)變差的情況，頻繁 的調整音量，很麻煩，很頭疼。另外，一般的手機用戶(hù)也喜歡比較大音量長(cháng)時(shí)間的播放音樂(lè )，但是由于輸出功率過(guò)高，揚聲器超載，長(cháng)時(shí)間使用，很容易損壞揚聲 器，造成手機返修率過(guò)高。這兩個(gè)問(wèn)題也是手機基帶設計工程師所關(guān)注的問(wèn)題，在設計音頻模塊時(shí)，經(jīng)常要反復的調試音頻功放的增益，又希望音量大，又希望不出 現破音。有沒(méi)有更好的手段來(lái)解決這兩個(gè)問(wèn)題？有！下面重點(diǎn)介紹一種防破音Non-Clip技術(shù)，可以有效地解決手機音頻系統中這兩個(gè)難纏的問(wèn)題，讓基帶工程師無(wú)須耗費太多精力，所設計的手機輕松達到“想唱就唱，唱得響亮”的目的。

        為什么需要無(wú)破音（NCN）功能

         在一首歌曲中，有的時(shí)段聲音大，有的時(shí)段聲音小，最大聲音到最小聲音的范圍是這首歌曲的動(dòng)態(tài)范圍（Dynamic Range），一般歌曲的動(dòng)態(tài)范圍在40-60dB。下圖是一首普通mp3歌曲的波形曲線(xiàn)。       

         對不同的音樂(lè )文件，如mp3，音量大小也會(huì )有很大的差別，有的mp3音量大，有的音樂(lè )音量 小。但是手機用戶(hù)在播放音樂(lè )的時(shí)候，通常喜歡增大音量來(lái)表現自己的手機夠“酷”夠“炫”。但是，音量的增加其實(shí)受到了電池電壓和揚聲器、音腔的約束，都會(huì ) 有一個(gè)最大的不破音輸出幅度，超過(guò)了這個(gè)幅度就會(huì )產(chǎn)生削波失真。比如說(shuō)，當電池充滿(mǎn)電時(shí)，電池電壓是4.2～4.3V，這時(shí)就可以播放出比較大的音 量，當手機使用了一段時(shí)間，電池電壓下降到3.6V，那么能播出的最大音量也會(huì )相應下降，如果仍然使用4.2V時(shí)的音量設置，在3.6V的時(shí)候就會(huì )破音失 真，這是電學(xué)方面的影響。另外手機中使用的揚聲器的直徑、動(dòng)態(tài)范圍、頻響特性，音腔設計，也對最終音質(zhì)有較大的影響，即便電信號足夠大，但是聲電轉換環(huán)節 效率不高，也會(huì )影響最終的音量以及音色。
將上面的音樂(lè )放大，如下圖所示：為了避免削波失真，小聲音放不大，和背景噪音混在一起聽(tīng)不清楚；要聽(tīng)到小的聲音，將音量加大，大的聲音就發(fā)生削波失真，產(chǎn)生破音，而且信號削波后會(huì )產(chǎn)生大量諧波，對揚聲器造成很大的沖擊，很容易損壞揚聲器單元。

        由上可以看出，用便攜式播放器播放音樂(lè )的時(shí)候，通過(guò)簡(jiǎn)單的音量調節很難在小聲音和大聲音之間折衷。這時(shí)就需要使用防破音Non-Clip技術(shù)，在音量增大的時(shí)候，大聲音也不會(huì )超過(guò)最大的不失真幅度。如下圖所示，上面的音樂(lè )經(jīng)過(guò)防破音Non-Clip處理后，做到了“大而不破”。

       防破音Non-Clip功能的實(shí)現

       防破音Non-Clip功能采用的是專(zhuān)業(yè)音響系統中的壓縮/限幅技術(shù)(Compression & limiting)，有門(mén)限閾值、啟動(dòng)時(shí)間和釋放時(shí)間等重要參數。

        門(mén)限閾值（Threshold）：?jiǎn)��?dòng)無(wú)破音（NCN）功能的閾值電壓大小，就是系統所允許的最大不失真輸出幅度。

        啟動(dòng)時(shí)間（Attack Time）：從檢測的信號超過(guò)閾值電壓后，到壓縮功能全部展開(kāi)的時(shí)間。啟動(dòng)時(shí)間很大程度上取決于被處理聲音信號的種類(lèi)和希望得到的特點(diǎn)：短的啟動(dòng)時(shí)間通常 使聲音“圓潤”，很快就可以使聲音進(jìn)入完全的壓縮狀態(tài)；長(cháng)的啟動(dòng)時(shí)間可以較好地反映悠長(cháng)、緩慢變化的信號。典型的啟動(dòng)時(shí)間范圍是1ms～100ms。

        釋放時(shí)間（Release Time）：與啟動(dòng)時(shí)間相反，釋放時(shí)間是檢測信號低于閾值電壓時(shí)，壓縮功能完全釋放的時(shí)間。與啟動(dòng)時(shí)間一樣，釋放時(shí)間的選擇也取決于被處理聲音信號的種類(lèi) 和希望得到的特點(diǎn)：短的釋放時(shí)間可以很好地響應快速變化的聲音信號，比如急促的槍炮聲和尖銳短暫的報警聲；長(cháng)的釋放時(shí)間會(huì )使聲音平滑，柔和。典型的釋放時(shí) 間范圍是20ms～5s。

        下面是不同參數設定情況下的時(shí)序特點(diǎn)：

        通過(guò)上面對防破音Non-Clip功能的分析，可以看出通過(guò)使用防破音Non-Clip功能:
        1. 調整了音樂(lè )的動(dòng)態(tài)范圍，使大的信號不會(huì )削波失真，小的信號可以得到充分的放大，提高了整體音樂(lè )的音量，實(shí)現了“大而不破”的聽(tīng)音感受。
        2. 限制了聲音中的尖峰信號，保護揚聲器不被損壞，大大減小了由于揚聲器損壞所引起的手機返修率。

        從上面可以看出，防破音Non-Clip功能對提升手機的音量、音質(zhì)非常具有誘惑力，但防破音Non-Clip功能對音響處理的專(zhuān)業(yè)性要求比較強。通過(guò)對音樂(lè )文件和揚聲器的特點(diǎn)深入地分析，采用獨有的、防破音Non-Clip技術(shù)將合適的門(mén)限閾值，啟動(dòng)時(shí)間，釋放時(shí)間等重要參數完全設計在音頻功率放大器內部，讓手機音頻設計更為簡(jiǎn)易，加快了手機的上市時(shí)間。

        一直以來(lái)，便攜式播放器總是按照MP3播放器的標準要求自己，但電力續航是永遠的痛。電 話(huà)，大屏，GPS，上網(wǎng)等繁多的功能已經(jīng)讓電池的續航能力頗感頭痛，而音樂(lè )播放功能更是讓電力續航捉襟見(jiàn)肘，因此高效率、低功耗的D類(lèi)放大器越來(lái)越受 到歡迎。根據市場(chǎng)調研機構 Gartner的報告，Class D放大器在2006年至2011年之間的復合年成長(cháng)率將達15.6%，從3.34億美元成長(cháng)至6.88億美元。主要的成長(cháng)動(dòng)力來(lái)自便攜式裝置及空間受限的 消費類(lèi)電子產(chǎn)品。