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利用心理声学低音增强技术 ,克服超薄智慧型手机的物理限制
 

【作者: Charles Limonard,Dialog Semiconductor,Product Marketing Manager】2013年12月23日 星期一

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消费者愈来愈常将智慧型手机做为他们的主要音乐储存及消费装置,这就导引出一种需求,智慧型手机需使用更精密复杂的音讯编解码技术,这类技术具有专属的数位讯号处理器(Digital Signal Processor)及先进的新软体,可以提供心理声学低音增强功能。这让消费者在听音乐时得以感受到音乐中更丰富、更低沉的低音效果,听觉享受胜过现今的超薄智慧型手机扬声器所能提供。


音讯编解码IC能为所有音讯信号提供开关及路径中枢。 Codec(编解码器)是Coder-Decoder (编码器-解码器)的缩写,一般是指类比至数位转换器(ADC)及数位至类比转换器(DAC)。音讯可能来自多个来源,包括内建在手机中的麦克风、有线或蓝芽耳机,或是在通话中交由手机基频处理器处理的语音等。针对手机内建扬声器、扩大器、有线或蓝芽耳机、头戴式耳机或扬声器,以及在通话中传送至基频处理器的语音,不同的输出方式是必要的。


例如,你正使用有线头戴式耳机聆听手机里的音乐时,此时若有来电,就得停下音乐并导引至免持听筒模式中的铃声,或是两者混合。如果你接听了这通来电,你可能会想使用你的头戴式耳机,但是不要让对话在免持听筒模式中被广播出来。



图一 : 数字信号处理器编译码范例(DSP Codec):Dialog Semiconductor的DA7320
图一 : 数字信号处理器编译码范例(DSP Codec):Dialog Semiconductor的DA7320

在下载音乐时,你通常能选择音乐的位元率(bit-rate)。较高的位元率可以让音质较好,但是一首曲子就需要更多的储存空间。音乐的位元率可能是每秒256千位元组(kbp/s),铃声则是64千位元组。这两种音讯信号无法只是简单的加在一起,它们必须被转换为相同的取样率。在结合来自不同音源的音讯信号时,这些讯号的两种时脉可能是不同步的。存在于编解码器或数位讯号处理器引擎的非同步取样率转换器(Asynchronous Sample Rate Conversion, ASRC)技术,可以将这些经过取样率转换的音讯信号同步。


与心理声学低音增强有关的一大创新,在于它能解决超薄智慧型手机扬声器缺少低音的问题。简单的物理原则告诉我们,扬声器圆锥体的表面积越小,则扬声器重生(reproduce)低频的能力就会降低,这是因为它无法移动足够的空气,所以无法在可听见的音量范围内重生那些低频。许多智慧型手机扬声器拥有数百赫兹的低截止频率( low cut off frequency),但是大部分音乐中的低音都远低于此,无法由扬声器重生,所以无法吸引人耳。


解决方法很简单且巧妙:有一些方法可以欺骗你的大脑,让它以为听到了扬声器无法重生的频率。我们混合低频的泛音(overtones)和低音(undertone),然后大脑会填补少掉的基音(fundamentals),这让听者可以感知到低频。如此一来,心理声学低音增强解决方案能让小型扬声器传输出更强的低音,创造更棒的听觉体验。


数位讯号处理器的动态范围压缩(Dynamic Range Compressor, DRC)演算法可以放大柔和讯号,并降低太大声的讯号,这种讯号可能会损害扬声器,结果就是「平均」音量会较高,所以听起来就比较大声。电视广告时间就会使用这种动态范围压缩(DRC)技术,你的耳朵会察觉它变得比较大声,然而峰值讯号和非广告时间是一样的。在嘈杂环境中戴着耳机时,这个方法也有所​​帮助:当我们很难听到柔和声音及不够大声的响亮声音时,动态压缩技术可以「让我们的耳朵好过些」。


现今的智慧型手机采用了许多其他的演算法,包括五频道等化器(5-band equalizer)、风声、噪音及杂讯减少、回音消除、立体扩大效果及3D音效等,智慧型手机及个人音讯装置已经能提供真正的高传真音响(Hi-Fi),但这个领域仍然期待更多的创新。


对音讯编解码器业者而言,趋势是很明显的:更多的类比及数位输入和输出,处理能力更强大的数位讯号处理器引擎,但同时功耗要最小化。这将让消费者能从智慧型手机中获得更优质的音响效能,满足他们期望。


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