在2009年，全球在Feature phones（多功能手機(jī)）和Smart phones（智能手機(jī)）的出貨量將超過10億部，占所有手機(jī)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，用于音樂播放的揚(yáng)聲器已經(jīng)是一個標(biāo)準(zhǔn)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(jī)用戶經(jīng)常會碰到這樣的情況：從網(wǎng)上下載的 自己中意的mp3歌曲，音量大小參差不齊，聽某一首歌曲時覺得聲音較小，但音量調(diào)高后，在聽下一首歌時有發(fā)現(xiàn)音量太大，出現(xiàn)了破音，音質(zhì)變差的情況，頻繁 的調(diào)整音量，很麻煩，很頭疼。另外，一般的手機(jī)用戶也喜歡比較大音量長時間的播放音樂，但是由于輸出功率過高，揚(yáng)聲器超載，長時間使用，很容易損壞揚(yáng)聲 器，造成手機(jī)返修率過高。這兩個問題也是手機(jī)基帶設(shè)計工程師所關(guān)注的問題，在設(shè)計音頻模塊時，經(jīng)常要反復(fù)的調(diào)試音頻功放的增益，又希望音量大，又希望不出 現(xiàn)破音。有沒有更好的手段來解決這兩個問題？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(jī)音頻系統(tǒng)中這兩個難纏的問題，讓基帶工程師無須耗費(fèi)太多精力，所設(shè)計的手機(jī)輕松達(dá)到“想唱就唱，唱得響亮”的目的。
為什么需要無破音（NCN）功能
在一首歌曲中，有的時段聲音大，有的時段聲音小，最大聲音到最小聲音的范圍是這首歌曲的動態(tài)范圍（Dynamic Range），一般歌曲的動態(tài)范圍在40-60dB。下圖是一首普通mp3歌曲的波形曲線。
對不同的音樂文件，如mp3，音量大小也會有很大的差別，有的mp3音量大，有的音樂音量 小。但是手機(jī)用戶在播放音樂的時候，通常喜歡增大音量來表現(xiàn)自己的手機(jī)夠“酷”夠“炫”。但是，音量的增加其實受到了電池電壓和揚(yáng)聲器、音腔的約束，都會 有一個最大的不破音輸出幅度，超過了這個幅度就會產(chǎn)生削波失真。比如說，當(dāng)電池充滿電時，電池電壓是4.2～4.3V，這時就可以播放出比較大的音 量，當(dāng)手機(jī)使用了一段時間，電池電壓下降到3.6V，那么能播出的最大音量也會相應(yīng)下降，如果仍然使用4.2V時的音量設(shè)置，在3.6V的時候就會破音失 真，這是電學(xué)方面的影響。另外手機(jī)中使用的揚(yáng)聲器的直徑、動態(tài)范圍、頻響特性，音腔設(shè)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(zhuǎn)換環(huán)節(jié) 效率不高，也會影響最終的音量以及音色。
將上面的音樂放大，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不清楚；要聽到小的聲音，將音量加大，大的聲音就發(fā)生削波失真，產(chǎn)生破音，而且信號削波后會產(chǎn)生大量諧波，對揚(yáng)聲器造成很大的沖擊，很容易損壞揚(yáng)聲器單元。
由上可以看出，用便攜式播放器播放音樂的時候，通過簡單的音量調(diào)節(jié)很難在小聲音和大聲音之間折衷。這時就需要使用防破音Non-Clip技術(shù)，在音量增大的時候，大聲音也不會超過最大的不失真幅度。如下圖所示，上面的音樂經(jīng)過防破音Non-Clip處理后，做到了“大而不破”。
防破音Non-Clip功能的實現(xiàn)
防破音Non-Clip功能采用的是專業(yè)音響系統(tǒng)中的壓縮/限幅技術(shù)(Compression & limiting)，有門限閾值、啟動時間和釋放時間等重要參數(shù)。
門限閾值（Threshold）：啟動無破音（NCN）功能的閾值電壓大小，就是系統(tǒng)所允許的最大不失真輸出幅度。
啟動時間（Attack Time）：從檢測的信號超過閾值電壓后，到壓縮功能全部展開的時間。啟動時間很大程度上取決于被處理聲音信號的種類和希望得到的特點(diǎn)：短的啟動時間通常 使聲音“圓潤”，很快就可以使聲音進(jìn)入完全的壓縮狀態(tài)；長的啟動時間可以較好地反映悠長、緩慢變化的信號。典型的啟動時間范圍是1ms～100ms。
釋放時間（Release Time）：與啟動時間相反，釋放時間是檢測信號低于閾值電壓時，壓縮功能完全釋放的時間。與啟動時間一樣，釋放時間的選擇也取決于被處理聲音信號的種類 和希望得到的特點(diǎn)：短的釋放時間可以很好地響應(yīng)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；長的釋放時間會使聲音平滑，柔和。典型的釋放時 間范圍是20ms～5s。
下面是不同參數(shù)設(shè)定情況下的時序特點(diǎn)：
通過上面對防破音Non-Clip功能的分析，可以看出通過使用防破音Non-Clip功能:
1. 調(diào)整了音樂的動態(tài)范圍，使大的信號不會削波失真，小的信號可以得到充分的放大，提高了整體音樂的音量，實現(xiàn)了“大而不破”的聽音感受。
2. 限制了聲音中的尖峰信號，保護(hù)揚(yáng)聲器不被損壞，大大減小了由于揚(yáng)聲器損壞所引起的手機(jī)返修率。
從上面可以看出，防破音Non-Clip功能對提升手機(jī)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業(yè)性要求比較強(qiáng)。通過對音樂文件和揚(yáng)聲器的特點(diǎn)深入地分析，采用獨(dú)有的、防破音Non-Clip技術(shù)將合適的門限閾值，啟動時間，釋放時間等重要參數(shù)完全設(shè)計在音頻功率放大器內(nèi)部，讓手機(jī)音頻設(shè)計更為簡易，加快了手機(jī)的上市時間。
一直以來，便攜式播放器總是按照MP3播放器的標(biāo)準(zhǔn)要求自己，但電力續(xù)航是永遠(yuǎn)的痛。電 話，大屏，GPS，上網(wǎng)等繁多的功能已經(jīng)讓電池的續(xù)航能力頗感頭痛，而音樂播放功能更是讓電力續(xù)航捉襟見肘，因此高效率、低功耗的D類放大器越來越受 到歡迎。根據(jù)市場調(diào)研機(jī)構(gòu) Gartner的報告，Class D放大器在2006年至2011年之間的復(fù)合年成長率將達(dá)15.6%，從3.34億美元成長至6.88億美元。主要的成長動力來自便攜式裝置及空間受限的 消費(fèi)類電子產(chǎn)品。 |
