現(xiàn)代智能手機(jī)機(jī)身靈巧且功能強(qiáng)大,，雖然手機(jī)尺寸隨機(jī)型而有所不同,，但總體而言，一款業(yè)界一流的器件可將諸多特性封裝到一個(gè)大約 110 x 60 x 15mm 的封裝中,。
如果將顯示屏和電路板考慮在內(nèi)的話,，那么留給揚(yáng)聲器的空間就不多了。現(xiàn)在,，讓我們想象一下家庭影院中一個(gè)低音炮揚(yáng)聲器所占的空間大小，也許你們中大多數(shù)人會(huì)覺得這完全是兩碼事甚至不具備任何可比性,。從某種程度上來(lái)講,，的確可以這么說(shuō)。然而事實(shí)上,，即便他們確實(shí)是兩種截然不同的應(yīng)用,，但它們運(yùn)行的內(nèi)容卻日趨相似。移動(dòng)通信的高速技術(shù)（3G,、3.5G,、4G）及其支撐網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了手機(jī)音頻和視頻的下載功能和回放功能。手機(jī)用戶在希望更高帶寬的同時(shí),，也希望能有更好的音頻和視頻質(zhì)量享受,。
問題是提升音頻質(zhì)量并非易事。手持設(shè)備生產(chǎn)廠商面臨著諸多限制,，其中兩個(gè)主要因素就是手機(jī)外形尺寸的大小,，以及音頻文件的壓縮程度。下面我們做些檢驗(yàn),。
A,、外形尺寸
揚(yáng)聲器通過(guò)前后移動(dòng)隔膜將電能轉(zhuǎn)化為聲波,。隔膜推動(dòng)空氣，產(chǎn)生聲波,，經(jīng)由我們的耳朵轉(zhuǎn)化為聲音,。考慮到上面提到的尺寸限制,，手機(jī)能夠供以移動(dòng)的空間并不大,，所以只能使用帶有很小隔膜的小型揚(yáng)聲器，只能允許小范圍的移動(dòng),。
在靜態(tài)集成電路里,，由于揚(yáng)聲器需要移動(dòng)而顯得有些麻煩。而小揚(yáng)聲器沒法產(chǎn)生很好的音頻效果,，而當(dāng)中要數(shù)低音頻率所受影響最大了,。從小型便攜式消費(fèi)類電子產(chǎn)品中獲得高質(zhì)的音頻效果確實(shí)是個(gè)挑戰(zhàn)，而要想應(yīng)對(duì)該挑戰(zhàn),，只能依靠由工業(yè),、機(jī)電、電子學(xué)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)師們組成的交叉功能團(tuán)隊(duì)來(lái)實(shí)現(xiàn)了,。電子工程師提出了這一個(gè)倡儀：使用音頻處理算法,。
B、壓縮音頻
音頻通常被壓縮成較小文件以供用戶下載,。文件壓縮是通過(guò)編碼算法實(shí)現(xiàn)的（如MP3）,。文件的減小可能會(huì)造成信息的缺失，最終影響音頻效果,。在這種情況下,，音頻處理算法同樣也可以派上用場(chǎng)。
音頻處理算法
目前,，音頻信號(hào)處理并提高收聽體驗(yàn)的算法多種多樣,。
基本處理算法是通過(guò)均衡器過(guò)濾不同頻帶振幅變化，從而克服揚(yáng)聲器的缺陷,。通過(guò)觀察揚(yáng)聲器的頻率響應(yīng),，我們可以判斷出哪些可以重現(xiàn)哪些不能,，然后可以相應(yīng)地設(shè)計(jì)出均衡曲線,。目標(biāo)就是獲取具恒定振幅的音頻，無(wú)論揚(yáng)聲器頻率的大小如何,。
基本均衡的利用在當(dāng)前已經(jīng)十分普遍,，市面上銷售的大多數(shù)音頻轉(zhuǎn)換器都使用了均衡技術(shù)。但遺憾的是,，有時(shí)這還不足以改善音頻質(zhì)量,。事實(shí)上，揚(yáng)聲器具有隨著音頻信號(hào)的強(qiáng)弱而發(fā)生改變的頻率響應(yīng)（請(qǐng)參見圖1）,。
圖 1 揚(yáng)聲器+音箱頻率響應(yīng)以及信號(hào)電平失真
為了彌補(bǔ)這個(gè)影響,，必須得使用動(dòng)態(tài)濾波器。揚(yáng)聲器的頻率響應(yīng)會(huì)隨著信號(hào)振幅發(fā)生變化,，而這些濾波器的極點(diǎn)與零點(diǎn)也會(huì)相應(yīng)隨其變化而變化,。實(shí)施動(dòng)態(tài)濾波器時(shí)，類似 DSP 的處理功能必不可少,。絕大多數(shù)低功率音頻轉(zhuǎn)換器的功率都不能實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。
另一個(gè)有趣的算法是低音增強(qiáng),。該算法通過(guò)利用基頻缺失的音質(zhì)原理改善了低音頻率的重現(xiàn)。
觀察小型揚(yáng)聲器的頻率響應(yīng),，我們可以發(fā)現(xiàn)它們的低音響應(yīng)是 3 分貝,，其可以是數(shù)百赫茲范圍。這就是說(shuō)這樣的揚(yáng)聲器并不能很好地重現(xiàn)更低的頻率了,。用這些低頻率驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器是沒意義的（因?yàn)樗鼈兪遣豢赡鼙恢噩F(xiàn)的）,，甚至是有害的。低頻率將迫使揚(yáng)聲器作超出其能力范圍的移動(dòng),，最終會(huì)給更高頻率造成更多的失真,。
低音增強(qiáng)（請(qǐng)參見圖2）汲取揚(yáng)聲器無(wú)法重現(xiàn)的低音內(nèi)容，再將其抬高一個(gè)倍頻至揚(yáng)聲器能夠很好工作的位置,。比如：假設(shè)揚(yáng)聲器為 300 赫茲點(diǎn)上 3 分貝,，而播放內(nèi)容僅為 200 赫茲，這時(shí)低音增強(qiáng)便會(huì)將之提升到 400 赫茲,，使其得以播放?？紤]到音頻內(nèi)容的音相距 8 度,，人的耳朵和大腦會(huì)被誘導(dǎo)認(rèn)為聽到了低頻內(nèi)容（基頻缺失原理）。現(xiàn)在,，我們可以采用濾波器去除所有這些不能被重現(xiàn)的低音頻內(nèi)容使其無(wú)法到達(dá)揚(yáng)聲器,。低音增強(qiáng)及高通濾波器的同步使用將可以極大地改善小型揚(yáng)聲器的低音重現(xiàn)功能。
圖 2 低音增強(qiáng)原理
音頻處理算法 (cont.)
音頻也可以通過(guò)虛擬化法（也稱為 3D）加以改善,。其通過(guò)創(chuàng)造沉浸式聽覺體驗(yàn),，增強(qiáng)了經(jīng)由揚(yáng)聲器或耳機(jī)播放出來(lái)的音頻。虛擬化算法使音響得以擴(kuò)大,，甚至能讓小型便攜設(shè)備有效產(chǎn)生出虛擬環(huán)繞立體聲,。他們對(duì)經(jīng)由立體聲系統(tǒng)雙通道播放出來(lái)的音頻進(jìn)行了異同點(diǎn)分析,，并對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)化，從而使用戶相信聲音來(lái)自于四面八方,。這種算法利用了所謂的人腦相關(guān)轉(zhuǎn)換功能 (HRTF)，其解釋了聲音是如何與人類大腦,，耳朵,，大腦系統(tǒng)相互作用并如何被人腦所詮釋的。
另一些算法則主要是集中在改善壓縮音頻,。在這種情況下,，他們?cè)噲D恢復(fù)在壓縮過(guò)程中丟失了的信息,。其往往能對(duì)高音頻內(nèi)容起特別作用（大約千赫茲）,，提高了清晰度。這種算法實(shí)現(xiàn)了高音頻,，如電影里的雨聲或歌里邊的吉他獨(dú)奏,，可以栩栩如生得到重現(xiàn)。
很多的音頻轉(zhuǎn)換器（ADC,、CODEC 以及 DAC）都支持音頻高級(jí)處理功能,。在TI，音頻數(shù)字信號(hào)處理器 (DSP)（或 miniDSP）中都運(yùn)行了這些算法,，這些算法集成到了音頻轉(zhuǎn)換器中,。這款迷你數(shù)字信號(hào)處理器是在 PurePath™ Studio 圖像開發(fā)環(huán)境中進(jìn)行編程的。TLV320AIC36 憑借其模擬輸入與輸出的特性成為了眾多手機(jī)產(chǎn)品可以使用的一款器件之一,。
總之,，實(shí)現(xiàn)手持設(shè)備的高質(zhì)量音頻重現(xiàn)是一項(xiàng)艱巨而復(fù)雜的任務(wù)，它要求要有交叉功能設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的投入,。幸運(yùn)的是,，電子工程師現(xiàn)在已經(jīng)找到了正確的工具：音頻處理算法，諸如現(xiàn)在描述的這些,。
參考文獻(xiàn)
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如欲了解有關(guān)音頻轉(zhuǎn)換器并了解其如何提升音頻質(zhì)量的更多詳情,，敬請(qǐng)?jiān)L問：www.ti.com.cn/audio,。
作者簡(jiǎn)介
Luca Cacioli現(xiàn)任 TI 便攜式音頻產(chǎn)品市場(chǎng)營(yíng)銷經(jīng)理。他畢業(yè)于佛羅倫薩大學(xué)(Universita' di Firenze, Florence, Italy),，獲電子工程理學(xué)士學(xué)位和電子工程碩士學(xué)位,，后又畢業(yè)于南衛(wèi)理公會(huì)大學(xué) (Southern Methodist University (SMU), Dallas, Texas.)，獲 MBA,。