佳工机电网 在线工博会 我的佳工网 手机版 English
关键字  
  选择展区 >>
您的位置: 首页 > 电子元器件及材料展区 > 音频器件/扬声器展厅 > 产品库 > 音频功率放大器 > 技术论文 > 正文 产品库 会展 人才 帮助 | 注册 登录  
音频器件/扬声器
 按行业筛选
 按产品筛选
查看本类全部文章
e展厅 产品库 最新动态 技术文章 企业目录 资料下载 视频/样本 反馈/论坛
  技术应用 | 基础知识 | 外刊文摘 | 业内专家 | 文章点评 投稿 发表科技文章 
手机MP3播放器到耳机的音频输出
作者:飞兆半导体公司 Greg Davis
欢迎访问e展厅
展厅
10
音频器件/扬声器展厅
音频功率放大器, 语音芯片, 喇叭, 扬声器, 蜂鸣器, ...
手机正在从最初的语音通信工具不断演进为更复杂完善的系统性娱乐设备。随着智能手机的面市,用户可以享受到丰富的便携功能,如集成MP3播放器、视频播放、视频摄像机和静态图像相机、蓝牙,以及GPS等等,而且所有这些功能都带有一个触摸屏接口。此外,真正的多任务操作系统也随看似无限的应用而推出,从而催生出一种功能强大的手持式设备。智能手机的确是彰显工程创新如何改变人们生活的一个鲜明示例。

除了这种功能性之外,智能手机用户还期望拥有很高的性能。本文将探讨手机性能的一个关键方面,即手机音频播放,特别是MP3播放器到耳机的音频输出。

音频中包含有用的内容和无用的内容。有用的音频内容为音乐或电影信号;无用的内容为电源噪声、谐波失真、串扰和数据压缩等,会破坏收听体验。音乐内容本身也可能带有噪声,若不认真设计,主要的噪声源可能是音频IC耳机放大器和放大器周围的系统。

在放大器噪声方面,关键参数是信噪比(SNR)。SNR越高,音频质量就越好;反之,SNR低,输出信号就比较嘈杂。让我们首先定义SNR。每一个音频输出都有一个“噪声基底”,即系统和音频IC的固有噪声。正如IC设计优化,电路板版图优化也有助于减小噪声基底。其目的是保持噪声基底(无用内容)和音乐信号(有用内容)的振幅之间的差距尽可能大。在乐曲与乐曲间的静默阶段,或者是在播放动态范围很大(即音乐中高昂和轻柔片段间的落差较大,如古典音乐)的内容时,噪声最明显。

SNR是有用内容与无用内容的比率。由于噪声基底和有用信号的振幅差异极大,为便于分析,这个比率公式采用对数形式表示。

newmaker.com

这里,Psignal为有用信号(音乐)的平均功率,Pnoise为噪声基底的平均功率。若采用电压表示,则为:

newmaker.com

这里,A为信号的均方根(RMS)电压值。

其中,A为电压的均方根值。

在音频IC设计中,常常为Asignal提供有一个参考值。在总谐波失真+ 噪声 (THD+N) 为1%,放大器为32Ω负载电阻提供1KHz正弦波信号的情况下的最大输出电平即为上述参考值。但是,在有些制造厂商规格中,为了人为提升SNR参数,Asignal参考值被设置为放大器在空载条件下或THD+N较大情况下的最大输出电平。

所有IC放大器都有一个依赖于其设计和布板的相关SNR。在用户使用手机听音乐、看电影时,这些放大器为外部耳机供电。考虑到组成媒体的数据已经高度压缩(通常为MP3、AVI或MOV格式),为什么会要求耳机放大器的SNR大于100dB,这甚至超过了CD播放器的SNR理论上限值96dB。

首先,数据压缩和噪声是导致音频质量下降的两个截然不同的成分。数据压缩基于有损算法(lossy algorithm),该算法通过清除或屏蔽内容中人耳不容易听见的部分来减小文件的大小。因此,数据被压缩后是不能恢复丢失内容的。此外,原始记录中本身带有的噪声也是无法减小的。不过,在手机设计中增加的噪声,如耳机放大器IC造成的噪声,则是可以减小的。

放大器的SNR规格是在实验室中测得,其分子(Asignal)的值是固定的。需注意的一个重要问题是,这不是针对典型的听力水平。例如,许多IC耳机放大器能够为32Ω的负载电阻提供超过30mW的功率。如果调大音量,甚至可以在房间另一头听到耳机的声音!而实际上,由于耳机插入耳道,与耳膜紧密耦合,对32Ω负载电阻,0.1mW - 0.5mW的输出功率即可获得合理的音量水平,具体取决于耳机的效率。这仅仅是整个输出功率的一小部分。由于SNR是信号与噪声的比率,而且噪声基底是不变的,利用这些实际的听力水平可降低听者表面上的SNR。

举例说明,某个放大器105dB SNR规格,Asignal 1KHz音频,30mWRMS功率,32?负载电阻,1%THD+N。 首先把30mWRMS 转换为VRMS:

PRMS = (VRMS)2/R

或 VRMS = sqrt(PRMS x R) = sqrt(.03WRMS x 32Ω) = .979 VRMS

现在我们可以利用下式来计算Anoise:

newmaker.com

所以105dB = 20log10 (.979VRMS /AnoiseRMS)



inv-log10 (105dB/20) = .979VRMS / AnoiseRMS

故 Anoise = 5.5μVRMS

或者,可以计算如下:

105dB/20 = log10 (.979VRMS /Anoise)



10105dB/20 = .979 VRMS /AnoiseRMS



Anoise = .979 VRMS / 10105dB/20 = 5.5μVRMS

至此,我们已知道了噪声基底Anoise。在相同的条件下,对于0.1mWRMS的典型音量水平,利用同一个放大器,我们可以确定SNR。再一次运用下式:

newmaker.com

首先把0.1WRMS 转换为VRMS:

PRMS = (VRMS)2/R

或 VRMS = sqrt(PRMS x R) = sqrt(.001WRMS x 32?) = .179VRMS

现在计算新的SNR:

SNRdB = 20log10(.179VRMS /5.5μVRMS) = 90.24dB。注意,在典型音量水平,这大约低了15dB。

SNR测量结果是衡量音频放大器质量的关键指标。若用户期望其手机音频质量和MP3播放器上的一样,就必须特别关注这一主要参数。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (4/11/2011)
查看更多音频功率放大器相关文章: more
·G/H类放大器:如何实现高音质和低功耗的承诺? 奥地利微电子公司 (11/4/2010)
·单端输出D类音频功放的“电源泵”问题 美信集成产品公司 Marshall Chiu (1/5/2010)
·高效D类音频功放在便携设备中的应用 上海贝岭股份有限公司 (12/7/2009)
查看更多音频器件/扬声器相关文章: more
·音频处理算法助升小型扬声器的音质 德州仪器 Luca Cacioli (3/9/2011)
·语音芯片在智能仪表中的应用 上海大学微电子中心 张春燕 严利民 (12/31/2010)
·MEMS麦克风可以有效改善音质 newmaker (11/29/2010)
·G/H类放大器:如何实现高音质和低功耗的承诺? 奥地利微电子公司 (11/4/2010)
·小型化超薄高信噪比驻极体麦克风(ECM)设计 newmaker (2/8/2010)
·单端输出D类音频功放的“电源泵”问题 美信集成产品公司 Marshall Chiu (1/5/2010)
·高效D类音频功放在便携设备中的应用 上海贝岭股份有限公司 (12/7/2009)
·数字时代里的模拟语音 欧胜微电子有限公司 John Crawford (11/6/2009)
·解密音频放大器MAX9789A中集成的LDO模块 圣景微电子 (6/18/2009)
·无破音(NCN)技术有效地提高音乐感受并保护扬声器 上海艾为电子 张振浩 (6/8/2009)
查看相关文章目录:
·电子元器件及材料展区 > 音频器件/扬声器展厅 > 音频功率放大器 > 音频器件/扬声器文章
·电子/通讯/办公文具展区 > 手机/通信/网络设备展厅 > 手机 > 手机/通信/网络设备文章
·家电/照明/健康设备展区 > 音响/数码产品展厅 > 音响/数码产品文章
文章点评 查看全部点评 投稿 进入贴吧


对 音频器件/扬声器 有何见解?请到 音频器件/扬声器论坛 畅所欲言吧!


网站简介 | 企业会员服务 | 广告服务 | 服务条款 | English | Showsbee | 会员登录  
© 1999-2024 newmaker.com. 佳工机电网·嘉工科技