手機正從最初的一種語(yǔ)音通訊工具持續演進(jìn)成為更複雜先進(jìn)的系統與娛樂(lè )設備。隨著(zhù)智慧手機問(wèn)世，用戶(hù)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、藍牙，以及GPS等等，甚至再配備一個(gè)觸控螢幕介面。
此外，似乎具有無(wú)限應用潛力的真正多工任務(wù)作業(yè)系統也隨之推出，從而催生出一種功能強大的手持式設備。智慧手機的確是彰顯工程創(chuàng )新如何改變人們生活的一個(gè)最佳寫(xiě)照。
除了這種功能性之外，智慧手機用戶(hù)還期望擁有更高的性能。本文將探討手機性能的一個(gè)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(wú)用的內容。有用的音訊內容為音樂(lè )或影像訊號；而無(wú)用的內容為電源雜訊、諧波失真、串擾和數據壓縮等，這些都會(huì )破壞收聽(tīng)體驗。音樂(lè )內容本身也可能帶有雜訊，若設計不夠謹慎，主要的雜訊來(lái)源可能就會(huì )是音訊耳機放大器和放大器周?chē)南到y。
在放大器雜訊方面，關(guān)鍵參數是訊號雜訊比(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(gè)音訊輸出都有一個(gè)‘雜訊基底’，即系統和音訊IC的原有雜訊。正如IC設計最佳化一樣，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(wú)用內容)和音樂(lè )訊號(有用內容)之間的振幅差距盡可能最大。在樂(lè )曲與樂(lè )曲間的靜默階段，或是播放具有高動(dòng)態(tài)範圍(音樂(lè )中高昂和輕柔片段間的落差較大，如古典音樂(lè ))的內容時(shí)，雜訊最明顯。
SNR是有用內容與無(wú)用內容的比值。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(gè)比值公式採用對數的形式表示。
在此，Psignal為有用訊號(音樂(lè ))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設計中，通常會(huì )為Asignal提供一個(gè)參考值──在總諧波失真+雜訊 (THD+N)為1%時(shí)，放大器為32Ω負載電阻提供1KHz正弦波訊號時(shí)的最大輸出電平。值得注意的是，有些製造廠(chǎng)商為了刻意提升SNR參數規格，而將Asignal參考值設置為放大器在空載條件下或較高THD+N值時(shí)的最大輸出電平。
取決於不同的設計與佈局需求，所有的IC放大器都有一個(gè)與其相關(guān)的SNR。在用戶(hù)使用手機聽(tīng)音樂(lè )或看影片時(shí)，這些放大器為外部耳機供電�？紤]到組成媒體的數據已經(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(guò)了CD播放器的SNR理論上限值96dB。
首先，數據壓縮和雜訊是導致音訊品質(zhì)降低的兩種截然不同組成。數據壓縮基於失真演算法(lossy algorithm)──透過(guò)消除或阻障內容中人耳不容易聽(tīng)見(jiàn)的部份，從而縮減檔案的大小。因此，數據一經(jīng)壓縮後就無(wú)法再恢復遺失的內容。此外，原始記錄中原生的雜訊也無(wú)法縮減。不過(guò)，在手機設計中增加的雜訊，如耳機放大器IC造成的雜訊則可加以減小。
放大器的SNR規格可在實(shí)驗室中以固定的Asignal數值測得。值得注意的是，這並不是一種典型的聽(tīng)力水平。例如，許多IC耳機放大器能夠為32Ω的負載電阻提供超過(guò)30mW的功率。如果調高音量，甚至可在房間另一頭聽(tīng)到耳機的聲音！
實(shí)際上，由於耳機插入耳道而與耳膜緊密耦合，對於32Ω負載電阻而言，根據耳機的效率不同，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(gè)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(shí)際的聽(tīng)力水平可為聽(tīng)者明顯降低SNR。
例如，一個(gè)具有105dB SNR規格的放大器，在30mWRMS功率至32Ω負載電阻時(shí)，使用Asignal 1KHz音訊，並具有1%THD+N。在此，首先把30mWRMS 轉換為VRMS：
PRMS = (VRMS)2/R
或 VRMS = sqrt(PRMS x R) = sqrt(.03WRMS x 32?) = .979 VRMS
現在我們可以利用以下算式來(lái)計算Anoise：
所以105dB = 20log10 (.979VRMS /AnoiseRMS)
或
inv-log10 (105dB/20) = .979VRMS / AnoiseRMS
故 Anoise = 5.5μVRMS
或者，可以?huà)裼靡韵掠嬎惴绞剑?
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(gè)放大器，我們即可確定SNR。再次運用以下算式：
首先把0.1WRMS 轉換為VRMS：
PRMS = (VRMS)2/R
或 VRMS = sqrt(PRMS x R) = sqrt(.001WRMS x 32?) = .179VRMS
現在計算新的SNR：
SNRdB = 20log10(.179VRMS /5.5μVRMS) = 90.24dB。注意，在典型音量水平，這大約低了15dB。
SNR測量結果是衡量音訊放大器品質(zhì)的關(guān)鍵指標。由於用戶(hù)期望手機音訊品質(zhì)能和MP3播放器聽(tīng)到的一樣好，在設計時(shí)就必須特別注意這項重要的參數。
我司的耳機放大器資料請查閱：http://www.webuyspringsrealestate.com/product_1040.htm |
