手機耳放趨向HiFi，電路設計面臨新挑戰

摘要：在小米公司近期舉行的小米Note發(fā)布會(huì )中，小米掌門(mén)人雷軍特別提及了ADI的ADA4896運算放大器，為消費者帶來(lái)HiFi級的耳放體驗。本文通過(guò)走訪(fǎng)ADI的放大器專(zhuān)家，指出部分手機廠(chǎng)商已不滿(mǎn)足聲音音質(zhì)的完善，還在追求聽(tīng)感效果，并進(jìn)一步探討了實(shí)現HiFi耳放的設計考慮。

1 本土廠(chǎng)商：從音質(zhì)到音感的飛越

　　近兩三年來(lái)，本土手機廠(chǎng)商在音頻方面正追求極致。據ADI公司消費性產(chǎn)品亞洲區市場(chǎng)行銷(xiāo)經(jīng)理Stephen Wu稱(chēng)，他在過(guò)去接觸了幾家中國手機客戶(hù)之后，發(fā)現他們對聲音的要求越來(lái)越高。過(guò)去對聲音的要求是干凈、沒(méi)有雜音，但現在他們更關(guān)注心理層面的體驗?！八麄円呀?jīng)跳離了過(guò)去便宜又好的設計方針，現在追求的可能是類(lèi)似一臺四位數、五位數價(jià)錢(qián)放大器的效果，音效可以實(shí)現聲音甜美、透明、溫暖甚至聽(tīng)了想流淚等心理層面的感覺(jué)?！?/p>

　　不過(guò)，由于手機腔體過(guò)小，手機內置喇叭已經(jīng)無(wú)法實(shí)現音質(zhì)的完美呈現，因此客戶(hù)會(huì )采用耳放技術(shù)，再讓耳放連接耳機。ADI公司通訊和消費客戶(hù)事業(yè)部銷(xiāo)售經(jīng)理趙傳禹先生指出?！笆謾C如果搭配比較好的耳機，完全可以達到近似HiFi(高保真)的效果?！?/p>

　　HiFi效果包含音質(zhì)和音感。音質(zhì)是客觀(guān)的，可以通過(guò)信噪比、動(dòng)態(tài)范圍等指標測量出來(lái)。聽(tīng)感是主觀(guān)的，可能有人喜歡圓潤一點(diǎn)、有人喜歡尖銳一點(diǎn)的聲音，因人而異。這兩方面是客戶(hù)設計時(shí)兼顧的平衡。

　　為了在指標上把音質(zhì)的出色性體現出來(lái)，vivo、魅族、小米等手機廠(chǎng)商在市場(chǎng)宣傳方面會(huì )大肆渲染。聽(tīng)感方面，他們也會(huì )找很多金耳朵，不僅從每家公司的內部，還會(huì )找很多音樂(lè )發(fā)燒友，請他們來(lái)聽(tīng)和評判，怎樣的聽(tīng)感是比較理想的結果。

2 音質(zhì)挑戰

　　手機要做到HiFi，有三個(gè)較大的音質(zhì)損失環(huán)節，一是采樣頻率的轉換，因為CD有44.1kHz或者48kHz等的采樣頻率、16bit，但是對于手機，手機對音頻信號的處理只能是固定在少數特定采樣頻率，這樣對于高品質(zhì)音源信號就往往需要進(jìn)行采樣頻率的轉換，轉換過(guò)程容易造成音質(zhì)損失。第二個(gè)環(huán)節是數字信號轉換成模擬信號。第三就是輸出的信號通常比較微弱，要推動(dòng)耳機必須要做信號的放大，放大也會(huì )有音質(zhì)損失。

　　vivo、小米首先解決了從數字到模擬的挑戰，方法是采用專(zhuān)用的Audio DAC，使音質(zhì)不受損失，可以把信噪比做得很好。轉換完成之后，ADI和其他一些公司所提供電源、模擬運算放大器，解決了從小信號放大成大信號(來(lái)推動(dòng)耳機)環(huán)節里導致的音質(zhì)損失。

　　HiFi耳放的運放有幾種，一種是一級放大，像錘子(包括魅族)手機只用了一個(gè)運放。小米Note以及Vivo X5 Max的方案是兩級運放，以提供更好音質(zhì)以及聽(tīng)感的輸出信號。由此看出，如果移動(dòng)終端廠(chǎng)商想做一些差異化，就得在放大電路上下足功夫，一種辦法是左右聲道分離，共兩路(圖1);還有一種方法是做多級放大，以更加精細的調理輸出信號，從而保證音頻輸出的音質(zhì)和聽(tīng)感的平衡,這兩級對運放的要求是不太一樣的，第一級通常更多關(guān)心性能指標，把信噪比提高，第二級的驅動(dòng)能力是關(guān)鍵，即要推得動(dòng)各種耳機，使聽(tīng)感比較理想。例如一些發(fā)燒級的耳機可能會(huì )高達一兩千美元，阻抗可能達到300~600Ω，需要很大的推力，推力不足就會(huì )失真，無(wú)法享受到高端音響設備所能提供的震撼感。

　　ADI給小米的芯片方案——ADA4896，當初并不是為聲音設計的，是用于工業(yè)儀器的。因為高保真(HiFi)應用的本質(zhì)也是要求足夠精準、失真小、干擾小。而且現在越來(lái)越多的應用是跨界的，ADI的策略是把一些其它領(lǐng)域的芯片改進(jìn)后，推給消費客戶(hù)。

　　除了ADA4896，ADI還推薦AD4841音頻放大器，可以實(shí)現業(yè)界同類(lèi)運放的最低功耗，以及兼顧性能的低成本設計。

3 HiFi到底是不是未來(lái)趨勢?

　　4G、WIFI等無(wú)線(xiàn)通訊的快速發(fā)展是促成HiFi流行的關(guān)鍵因素之一。例如4G、5G通信之后，頻帶更寬，運營(yíng)商可以推無(wú)損音樂(lè )、4K高清影像等。

　　從指標上看，現在一些熱門(mén)的移動(dòng)終端設備的在失真、噪聲方面都已經(jīng)做到極高的水準，相當于上千元入門(mén)級音樂(lè )播放器上才能做到的指標，但如今手機上就可以享受這樣的效果。所以從技術(shù)的演進(jìn)角度，可以預見(jiàn)便攜式的音樂(lè )播放器可能很快會(huì )被手機所取代。

　　但是針對特別的音樂(lè )發(fā)燒友，有很多時(shí)候會(huì )追求某一個(gè)頻段的音感效果，這是手機無(wú)法照顧到的細分市場(chǎng)。這塊市場(chǎng)也許有時(shí)由5位數、6位數的頂級器材堆積起來(lái)彌補的。但相比之前，大家拿手機只是聽(tīng)MP3流行歌曲的時(shí)期，現在手機搭配較好的耳機后，已可以體驗到近似音樂(lè )會(huì )的聽(tīng)覺(jué)享受，這是一個(gè)巨大的技術(shù)進(jìn)步，與多年前手機照相取代卡片相機的過(guò)程類(lèi)似。盡管現在也有人拍照使用單反相機，但是對于絕大多數人而言，用手機拍照可以基本滿(mǎn)足日常需要。

　　那么，一些大牌手機廠(chǎng)商為何沒(méi)有一些大牌廠(chǎng)商為何沒(méi)有投入手機HiFi的陣營(yíng)?這是仁者見(jiàn)仁，智者見(jiàn)智。HiFi應該是人們追求的最終體驗，實(shí)際上多種技術(shù)可以實(shí)現這種體驗。小米、vivo等后面加上二級運放是一種方式。一些大牌手機的音質(zhì)也已經(jīng)比過(guò)往有大幅度提升。從這些廠(chǎng)商角度，它們也許不認為HiFi是手機主要的差異點(diǎn)或賣(mài)點(diǎn)，因此就不用在這上面投資。因為投資這種電路對布板面積要求很高，這也是跟每家手機廠(chǎng)商對自己的定位有關(guān)系。因此，每家公司只要找準定位，都可以有很好的市場(chǎng)?，F在有越來(lái)越多的廠(chǎng)商把HiFi作為自己的賣(mài)點(diǎn)，使人們對HiFi未來(lái)的前景充滿(mǎn)樂(lè )觀(guān)。

　　另外，這和社會(huì )習慣也有關(guān)。在中國，人們聽(tīng)耳機的機會(huì )比較多。在美國，開(kāi)車(chē)的機會(huì )相對更多。所以聽(tīng)音樂(lè )的時(shí)候，在美國可能選擇HiFi臺式設備。高端產(chǎn)品每年都只出一款，因此可能不會(huì )為中國市場(chǎng)特別定制。但是中國本土企業(yè)會(huì )有很多新產(chǎn)品。

4 聲音的未來(lái)：聲音識別

　　作為一家專(zhuān)注音頻的公司，ADI多年前收購了MIT Lyric lab，是麻省研究院的一個(gè)學(xué)術(shù)單位，主要聚焦在人工智能上，例如，如何更清楚地抓取聲音，尤其是在嘈雜、復雜的環(huán)境下識別聲音信號?，F在美國熱議的一個(gè)話(huà)題是，未來(lái)當你用聲音操控人機界面設備時(shí)，不需要關(guān)掉家里所有的聲音，可以身處嘈雜環(huán)境或看電視時(shí)隨時(shí)控制。

參考文獻：

　　[1] 蘭建軍,侯思澤,李超.基于Δ-Σ調制技術(shù)的無(wú)線(xiàn)音頻傳輸裝置.電子產(chǎn)品世界,2014(11):28

　　[2] Brown J.功率和音頻：不折不扣地集成在一起.電子產(chǎn)品世界,2012(4): 57

　　[3]Ian Smith高能效音頻延長(cháng)電池壽命.電子產(chǎn)品世界,2012(5): 49

　　[4]葉鐘靈.手機改變世界(1).電子產(chǎn)品世界,2015(5):5

　　[5]王瑩.擺脫價(jià)格戰,靠品質(zhì)立足.電子產(chǎn)品世界,2012(4):21