喇叭构造结构 从上图很好地看到整个音箱喇叭的构造结构,电信号主要就是通过直接或者间接驱动磁体、盆架、纸盘三个部分,最终让电信号转化为声音,还原到人耳,这部分内容由于和Hi-Fi芯片关系不大,所以请各位读者有选择性地看看就好。当放大后的交流电通过喇叭上一圈一圈的线圈,根据“安培定则”的原理,通电线圈附近就会产生磁场,同时,根据“安培力”的定义:通电导体处于磁场中的时候会受到安培力的作用。“安培力”的方向我们可以通过“左手定则”进行判断。在喇叭这个例子中,“安培力”方向会不断变化,主要是因为通电线圈所产生的磁场方向,会随着交流电方向不断变化,从而时刻改变“安培力”的方向。 另外,喇叭上固定的磁铁也会产生磁场,磁场方向是恒定的,这就会和上述磁场相互作用,从而削弱和增强这种“安培力”的效果。具体的两种情况请看下图: 两个磁场方向相同 两个磁场方向相反 两个磁场相互作用下的“安培力”最终就会推动线圈在两个相反的方向来回移动,从而带动连接在线圈的纸盘震动,纸盘震动从而让附近的空气不断经历压缩和膨胀两个过程,最终形成声波,简简单单的喇叭原理,牵扯到电学、力学和声学三门物理学知识。 了解了声音的传播原理和Hi-Fi芯片分别作用于声音传播的哪些环节,接下来我们总结一下: 1、输入阶段:ADC,例如TI TLV320ADC 2、解码阶段:DAC,例如Cirrus Logic CS4398 3、输出前放大信号阶段:运放/功放/耳放,例如OPA2604 编辑: 杰 和Hi-Fi芯片有关的基本术语 (谐波)失真:简单来说就是,实际的音频功率放大器有各种谐波造成的失真及由器件内或外部造成的噪声,这个值一般在0.00n%~10%之间(n=1~9)。 互调失真:和“谐波失真”类似,也是采用百分比来表示,数值越小越好。上面的(谐波)失真是指单频率下,所产生的干扰,而互调失真则是两个频率下所产生的谐波干扰,这种组合又能够互相叠加(和、差两种运算),形成更多的谐波干扰。 噪声:和“失真”有一定相似,都是原输出音频信号没有的东西,属于干扰听感和音质的事物,“失真”一般是有规律可循的,“噪声”则是不可预见和突发的。 信噪比/讯噪比:一个电子设备或者电子系统中信号和噪声的比例,采用dB做单位,数值越大,还原的声音越清晰,没有乱七八糟的杂音。在本文中用于表征手机中输出的音频信号对底噪和外界干扰信号的抵御能力。 动态范围:这个参数是指手机的最大信号和最小信号之间的幅度差,最大信号就是指音频重放时最大不失真输出功率,最小信号则是手机不播放音乐时系统噪声(底噪)输出功率。单位dB,数值越大越好。 声音分离度:简单来说就是左声道和右声道输出声音之间的隔离度,如果分离度不够,左右声道产生串扰,不仅无法形成立体声效果,连声音基本的清晰度也会大打折扣。这就好比3D眼镜如果设计得不合理,观看电影时经常出现“重影”现象,让人无法观看。 频率响应:以恒定电压输出的音频信号与系统相连时,扬声器产生的声压随频率的变化而发生增大或衰减、相位随频率而产生变化的现象。用来描述音频设备对于不同频率的信号处理能力的差异。针对手机而言,主要强调其对任何频率的信号都能够保持稳定的放大率,并且对于相应的负载具有同等的驱动能力。最直接的体现就是RMAA波形图中应该近似地接近一条直线。 共模抑制比:在本文主要是针对Hi-Fi芯片中的运放/功放芯片(例如OPA1612)而言,类似“信噪比”,也是一种比值。不过这种比值的分子和分母比较难理解,分别是差模信号电压放大倍数(Aud)和共模信号电压放大倍数(Auc),即CMRR=|Aud/Auc|。我们姑且记住结论,CMRR(共模抑制比)越大,运放/功放芯片的放大性能越好。回到手机界,魅族MX4 Pro第一次采用OPA1612替代OPA2604的时候,宣传过这个参数。 来自魅族官网(CMRR介绍) 增益:要解释“推力”这个重要术语之前,我们必须介绍一下什么是“增益”?根据声音传播和发声原理,要让智能手机中发声单元发声,我们需要通电,让电流克服电路电阻做功,经过一系列的电磁效应之后,驱动喇叭振动发声。通过控制电位器(手机机身的音量加减键)可以调整通电时候的电流大小,从而控制手机的音量。通过按下“音量+”键来提高音量输出,按下“音量-”键来减少音量输出。 另外,众所周知,部分Hi-Fi手机内部有耳放或者运放/功放芯片,这些芯片主要作用就是放大输出信号。结合上面的音量键(电位器)知识来解释什么是“增益”。“增益”就是表示每当按下音量+(音量-)键时候,系统内部的耳放/运放/功放芯片能够将原输出信号相比放大前增加(减少)多少倍,可以近似看成是一种比值,增益的单位一般用“dB”表示。 假设不用运放/功放芯片,按一下“音量+”键增加了5dB的响度,采用运放/功放芯片放大信号输出之后,按一下“音量+”键增加了10dB的响度。再将响度换算为功率P,代入“增益”的计算公式(小编不敢写,怕读者关闭浏览器)上,即可求得按一下“音量+”键获得的“增益”是多少? 如何得到“增益”数值 为了让读者更好地理解,小编不禁想起了魅族MX4 Pro中提供了“Hi-Fi Sound”的几种输出模式,碰巧就是用“增益”划分的,最具代表性的低增益模式和高增益模式。 魅族“Hi-Fi Sound”设置选项 举个例子,小编手上有两条耳机,根据阻抗和灵敏度的不同,分别适配上述两种模式,如下图所示。 几种不同的Hi-Fi Sound模式 看完了上图我们就能够更加容易理解“增益”是什么。低增益模式明显是用来推“高灵敏低阻抗”这种俗称“容易推”的耳机,而高增益模式则是用来推“低灵敏高阻抗”这种俗称“比较难推”的耳机,说明“推力”和“增益”有关。 推力:了解了“增益”之后,接下来我们探究一下“推力”和“增益”的关系。还是上面魅族MX4 Pro例子,系统中选择“线路输出”模式,接外置功放/声卡和监听音箱,当音箱响度达到相同分贝的时候,两台手机相比(假设和魅族PRO 5相比),哪台手机需要的增益越大,证明该手机的推力越小,相反,则越大。增益和推力一般成反比关系。简而言之,“推力大”表示通过尽可能少的增益,就能够输出用户需要的响度的一种能力。 解析力:这也是Hi-Fi发烧友认为最难解释清楚的术语之一,Hi-Fi领域所谓的解析力受多个因素综合影响,失真、底噪、采样率、压缩率等指标都能够影响解析力,是一个综合指标。正如手机摄像头的解析力,不仅和摄像头像素有关,而且还和光学镜头/镜片质素、传感器尺寸大小、单位像素面积、对焦速度、防抖表现等参数有关。小编觉得,高解析力的手机,最基本应该做到将声场准确还原,能够清晰听到每一样乐器分别在自己的哪些方位发出声音,此乃其一。另外,将音频文件细节交代得一清二楚的同时,应该很有层级感,所谓层次感就是一堆乐器同时演奏,手机能够分清主次进行表达,让我们分清楚哪些是主要乐器,例如大提琴、钢琴,哪些是次要乐器,例如三角铁、鼓。 编辑: 杰 各家芯片厂商的代表作 了解了发声原理,普及了音频专业术语之后,接下来我们开始聊聊那些Hi-Fi芯片。下图是小编总结了市面上智能手机搭载的一些主流Hi-Fi芯片。 主流手机Hi-Fi芯片 如图所示,TI和ESS两家厂商不仅仅生产单一环节的Hi-Fi芯片,例如ESS,除了生产解压和解码环节的DAC芯片,还生产放大信号环节的运放/功放芯片。接下来,小编按照厂商顺序分别聊聊上述的一些Hi-Fi芯片。PS:下面的芯片参数全部来自芯片厂商或者手机厂商公布在官方网站的数据。 Wolfson/欧胜 2014年5月,Wolfson/欧胜正式宣布被最大竞争对手Cirrus Logic收购,同年8月,收购完成。如今,在Cirrus Logic的芯片官网,已经能够看到Wolfson/欧胜以前和现在的一些电子芯片资料和白皮书。在智能机诞生早期,也就是Cirrus Logic和ESS没被vivo扶正的时代,欧胜的音频解码芯片还是挺受欢迎的,不少手机厂商,例如三星,不想使用处理器自带SoC中的集成音频芯片,所以选择了和欧胜采购WM系列解码芯片。 经典芯片参数对比 从上面6款欧胜的经典解码芯片中可以得知,WM5102的综合音频参数最佳,而这颗芯片曾被用在三星S4、联想K860i和魅族MX3上,巧合的是这三套平台都是采用了三星Exynos处理器。据业界的专业人士反应,早期三星处理器平台的音频解决方案一般比Qualcomm处理器平台的要好一点点。三星也不是第一次在自家的SoC平台上引入独立音频解码芯片,早在三星S3和三星Note II时候就已经使用过另一颗芯片——WM8958。 WM1811可以看作是WM5102的低功耗版本,而WM8994和WM5102的性能指标很相似,被用于魅族MX2上。WM8918则被酷比和飞利浦手机用过,酷比手机也是近年来仅次于vivo,在智能机上广泛引入Hi-Fi芯片的厂商,只不过品牌名气不高而已。而WM8281最为熟悉,就是前些日子主打“全时Hi-Fi”的联想乐檬X3其中一块解码芯片。仔细观察,你会发现这6颗芯片不再局限于44.1kHz/16bit的CD音频采样标准,时代在进步,消费者和厂商对音频文件的采样率也提出了进一步的要求,不过正如上文所说,采样率高还要保证压缩率低,采用无损压缩为最佳,否则糟蹋了辛辛苦苦采样的音频文件。 |