多媒體產(chǎn)品(Multimedia)是指能夠同時(shí)表現(xiàn)2種以上文字、圖表、影像、聲音與動(dòng)畫等訊息的產(chǎn)品，不過(guò)訊息雖多，但是結(jié)合影像與聲音的影音多媒體，則一直占主流地位，因此能傳達(dá)此類訊息的表現(xiàn)方式，如電視、電影，都被稱為強(qiáng)勢(shì)媒體。
過(guò)去能播放影音多媒體的設(shè)備，體積都相當(dāng)龐大。拜IT產(chǎn)業(yè)進(jìn)步，IT與CE設(shè)備中，多媒體產(chǎn)品如雨后春筍，種類與數(shù)量愈來(lái)愈多，體積也有縮小化趨勢(shì)，例如多媒體個(gè)人計(jì)算機(jī)、筆記型計(jì)算機(jī)、手機(jī)、游戲機(jī)、專業(yè)機(jī)(如電子字典、電子書閱讀機(jī))、MP3音樂(lè)播放機(jī)、可攜式多媒體播放機(jī)(PMP)、個(gè)人數(shù)字導(dǎo)航設(shè)備(PND)等。
由上述分類可知，IT/CE產(chǎn)品以影音應(yīng)用產(chǎn)品為市場(chǎng)大宗，就算原非多媒體用途(如PC/NB，手機(jī))，也跨足影音領(lǐng)域。很明顯，IT/CE產(chǎn)品從單純的「計(jì)算器」走進(jìn)消費(fèi)性電子產(chǎn)品市場(chǎng)，進(jìn)而創(chuàng)造廣大商機(jī)，影像播放與聲音聆聽(tīng)的多媒體需求，絕對(duì)是最重要的殺手級(jí)應(yīng)用。
當(dāng)然，影音多媒體并不完全局限于娛樂(lè)用途，舉凡商品或服務(wù)展示、簡(jiǎn)報(bào)、意見(jiàn)咨詢、科學(xué)研究、教學(xué)訓(xùn)練、雙向互動(dòng)等各種用途，都可用多媒體實(shí)現(xiàn)。
圖說(shuō)：原本以傳輸語(yǔ)音為主的手機(jī)，目前卻被賦予豐富的娛樂(lè)用途，播放音樂(lè)亦是重點(diǎn)應(yīng)用。圖中的Nokia 6233甚至配備雙揚(yáng)聲器，強(qiáng)化聆聽(tīng)音質(zhì)。
多媒體產(chǎn)品影音失衡 音效功能長(zhǎng)期被忽略
影音多媒體設(shè)計(jì)上，長(zhǎng)久以來(lái)多半是由影像功能掛帥，無(wú)論是機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)或是市場(chǎng)宣傳，影像的訴求遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于聲音。例如IT設(shè)備中的筆記型計(jì)算機(jī)，強(qiáng)調(diào)多媒體用途者，多半以大屏幕與強(qiáng)力顯卡為訴求，音效功能則多輕描淡寫。
反觀CE產(chǎn)品類，也是如此，以多媒體手機(jī)為例，雖手機(jī)以傳送語(yǔ)音起家，但是搖身變成多媒體手機(jī)后，幾乎都以強(qiáng)調(diào)顯示功能為主，甚至將多媒體手機(jī)分為單色、CSTN、STN、TFT、AM OLED等，完全以影像為分類主導(dǎo)，對(duì)聲音則鮮少著墨，幾乎沒(méi)有研究將多媒體手機(jī)音效的進(jìn)步，列為分類重點(diǎn)。
這樣的發(fā)展趨勢(shì)，原因之一在于人類的感官中，80%是倚賴視覺(jué)，因此在多媒體中，視覺(jué)所占的重要性也相對(duì)提高。其次根據(jù)人類聽(tīng)覺(jué)特性，也不是所有的聲音都能感受、分辨，許多音效壓縮格式多將一般人耳無(wú)法查覺(jué)變化的音頻舍棄，減少音訊編碼的數(shù)據(jù)量，就算解壓縮后的音質(zhì)與來(lái)源不盡相同，對(duì)還原后的音質(zhì)體驗(yàn)感受差異不大，此稱為感知編碼 (Perceptual Coding)，因?yàn)橛嵦?hào)源已經(jīng)處理略微劣化，多媒體播放出來(lái)的聲音自然無(wú)法追求質(zhì)量。
再者，電子環(huán)境對(duì)于音效的質(zhì)量，也是相對(duì)不友善的環(huán)境，充滿噪聲與干擾。傳統(tǒng)的模擬音效環(huán)境，例如音響，無(wú)論訊源、前級(jí)、后級(jí)部分，雖有電子設(shè)備與電源，但是擁有良好的屏避與阻隔，設(shè)計(jì)者較能掌握、排除其對(duì)音質(zhì)的干擾。
但音效設(shè)計(jì)場(chǎng)景換到IT/CE設(shè)備，因電路版空間有限，不可能針對(duì)單一訊號(hào)進(jìn)行太多遮蔽、改善，且受限成本考慮，通常也很難利用較好的電容或電感，來(lái)減輕或阻絕交換式電源供應(yīng)器天生的噪聲，加上其它設(shè)備的電磁波干擾，聲音表現(xiàn)自然大打折扣。
在如此發(fā)展趨勢(shì)下，影音受重視的程度逐漸失衡，此點(diǎn)由多媒體中數(shù)字影像規(guī)格，由高度破壞性壓縮的Mpeg格式進(jìn)展到Mpeg2，甚至目前的各種HD規(guī)格，畫質(zhì)表現(xiàn)愈來(lái)愈清晰、分辨率不斷飆升，追求質(zhì)量的趨勢(shì)相當(dāng)明顯。但數(shù)字音效卻反其道發(fā)展，破壞性壓縮的mp3格式甚至AC3等盤據(jù)主流市場(chǎng)，音質(zhì)較佳的無(wú)失真壓縮反而成了小小眾。消費(fèi)者長(zhǎng)期受到此趨勢(shì)影響，對(duì)于多媒體中聲音質(zhì)量的要求，多半也以「有聲音」就好的態(tài)度面對(duì)。
圖說(shuō)：MP3就是音樂(lè)播放產(chǎn)品，音樂(lè)的播放效果即音質(zhì)優(yōu)劣，便成為評(píng)斷MP3的最終條件。不過(guò)目前許多廠商卻在外型、功能上大做文章，似乎本末倒置。
影像發(fā)展紅海競(jìng)爭(zhēng) 強(qiáng)化音質(zhì)成多媒體產(chǎn)品差異化活路
如前述，因影像功能獲得的重視遠(yuǎn)大于聲音，因此多媒體產(chǎn)品在影像部分的競(jìng)爭(zhēng)相當(dāng)激烈，但由于零組件多半由特定供貨商提供，設(shè)計(jì)人員雖然可在布線、調(diào)整上，做出修正，取得更好的影像質(zhì)量，但是實(shí)質(zhì)差異通常不會(huì)太大，最后產(chǎn)品上市后，由于與競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品沒(méi)什么差異，往往陷入白熱化的價(jià)格戰(zhàn)。這樣的紅海市場(chǎng)，相信是許多廠商的痛，卻又不得不奮力肉搏，不過(guò)音效卻可能成為多媒體產(chǎn)品拉開(kāi)差異化的救贖。
例如宏碁2007年，隨著Santa Rosa平臺(tái)，推出的一系列筆記型計(jì)算機(jī)，舍棄傳統(tǒng)強(qiáng)調(diào)性能的宣傳模式，而將訴求重點(diǎn)放在提高聲音質(zhì)量，以「有杜比，最動(dòng)聽(tīng)」的口號(hào)，成功的打動(dòng)消費(fèi)者，因此在筆電市場(chǎng)創(chuàng)造亮眼銷售佳績(jī)。由此例可見(jiàn)，高音質(zhì)的數(shù)字裝置，并不是沒(méi)有市場(chǎng)，只是過(guò)去沒(méi)有選擇，一旦有音質(zhì)較佳的產(chǎn)品出現(xiàn)，就能夠迅速拉開(kāi)產(chǎn)品差異性。
不過(guò)要設(shè)計(jì)好的數(shù)字音效裝置，并不是那么容易，設(shè)計(jì)者首先要能掌握數(shù)字音效原理，了解數(shù)字音效原理、編碼模式、音質(zhì)好壞標(biāo)準(zhǔn)，接著認(rèn)知目前影響數(shù)字音效質(zhì)量的關(guān)鍵零組件。
圖說(shuō)：宏碁筆記型計(jì)算機(jī)在2007成功以較佳的音效，拉出與對(duì)手產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)差距，創(chuàng)造銷售佳績(jī)，就是以音效為產(chǎn)品創(chuàng)造差異化、提升競(jìng)爭(zhēng)力的實(shí)例。
音效原理與壓縮格式掌握 設(shè)計(jì)高質(zhì)量音效裝置的第一步
聲音是一個(gè)籠統(tǒng)的名詞，以物理性分析，聲音由4種特性組成：
1、音高：震動(dòng)頻率(Frequency)，指單獨(dú)一個(gè)音在整個(gè)音域中的位置。音根據(jù)音波振動(dòng)的頻率在音高上有高或低等分別。
2、響度：震動(dòng)幅度(Amplitude)，聲音的強(qiáng)弱稱為「響度」，通常以「分貝」(dB)來(lái)表示響度大小。
3、音色：震動(dòng)波形(Wave Form)，又稱音品，聲音在真實(shí)世界由震動(dòng)產(chǎn)生，而不同的物體振動(dòng)的原理和情況都不同，震動(dòng)波形相異，就會(huì)形成各種不同的音色，如纖細(xì)、渾厚等。
4、方位：音源(Source)與聽(tīng)者的相對(duì)位置，但人的雙耳除了判斷聲音的方位之外，也可感受聲音的空間感，空間感由聲音的直接音(direct sound)、早期反射(early reflection)、回響(reverberation)等3部分重現(xiàn)。
重現(xiàn)聲音，對(duì)于數(shù)字音效來(lái)說(shuō)，卻具有天生上的難度，因?yàn)閿?shù)字音效常常都是壓縮、編碼、重制后的產(chǎn)物，主要原因是為了滿足儲(chǔ)存容量的需求，因此利用音訊編碼(Digital Audio Coding)可實(shí)現(xiàn)聲音數(shù)字化后檔案體積小、復(fù)制不失真、容易保存及保密等優(yōu)點(diǎn)。
音訊編碼其中一種方式是以無(wú)失真 (Lossless) 為原則，意指當(dāng)經(jīng)過(guò)壓縮過(guò)的訊號(hào)，再解壓縮之后，可以還原成幾乎與未經(jīng)壓縮的訊號(hào)質(zhì)量一致，這種方法對(duì)音樂(lè)質(zhì)量有較好的保障，然而所付出的代價(jià)是壓縮率偏低，像DVD Audio規(guī)格采用的MLP (Meridian Lossless Packing) 就是無(wú)失真壓縮的一例，壓縮率只有50%左右。
目前主流編碼格式則反其道而行，為得到較高的壓縮效率，根據(jù)人類聽(tīng)覺(jué)特性，將一般人耳無(wú)法查覺(jué)其變化的高低頻數(shù)據(jù)舍棄，減少音訊編碼的數(shù)據(jù)量，與解壓縮后的數(shù)據(jù)不盡相同也無(wú)妨，這一種壓縮方式泛稱為感知編碼 (Perceptual Coding) 或是感觀式編碼。
音訊編碼有許多種，針對(duì)聲音的編碼有PCM、ADPCM、DM、PWM、WMA、OGG、ACC、MP3Pro以及MP3等等；針對(duì)人類語(yǔ)音有LPC、CELP與ACELP等。
圖說(shuō)：數(shù)字音效在編碼時(shí)如果采用更高的取樣率、或是數(shù)據(jù)分辨率，還原后的音質(zhì)就越能夠接近原音。
音效評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)掌握 設(shè)計(jì)高質(zhì)量播放裝置基準(zhǔn)
音樂(lè)好不好聽(tīng)，見(jiàn)仁見(jiàn)智，但是音質(zhì)好不好，卻可以精確評(píng)估。一般所謂音質(zhì)好，就是發(fā)聲裝置能夠真實(shí)重現(xiàn)上述4種聲音的物理特性。換句話說(shuō)，無(wú)論以模擬或數(shù)字方式重現(xiàn)，都以音頻信號(hào)范圍越準(zhǔn)確、失真度與干擾(例如噪訊)越少，聲音越能接近來(lái)源越好。
以數(shù)字音效來(lái)說(shuō)，又可分為語(yǔ)音類與音樂(lè)類重現(xiàn)。語(yǔ)音類相對(duì)較單純，通常以5個(gè)等級(jí)評(píng)估，一般只要與音頻率達(dá)到7Hz以上，并且使用者不察覺(jué)失真，即可評(píng)估為優(yōu)良。
但是IT/CE多媒體設(shè)備所播放的數(shù)字音樂(lè)，原音重現(xiàn)就相當(dāng)困難，由于數(shù)字音樂(lè)本身通常就并非由來(lái)源100%轉(zhuǎn)換，因此數(shù)字音樂(lè)的取樣率，分辨率，壓縮格式都會(huì)影響聲音質(zhì)量甚巨，再者如噪訊比(SNR)、總諧波失真(THD)等因素，也都會(huì)影響數(shù)字音樂(lè)質(zhì)量。
而且，數(shù)字音樂(lè)的質(zhì)量評(píng)估，也較語(yǔ)音類困難許多，因?yàn)橐魳?lè)重現(xiàn)質(zhì)量?jī)?yōu)劣取決于多種因素綜合評(píng)量，如聲源(聲壓、頻率、頻譜等)、訊號(hào)(失真度、響度、動(dòng)態(tài)范圍、噪訊比、瞬態(tài)響應(yīng)、聲道分離度等)、音場(chǎng)與方位性(直接音、前期反射聲、混響聲、立體感、基準(zhǔn)振動(dòng)、吸聲率等)、聽(tīng)覺(jué)特性(可聽(tīng)范圍、各種聽(tīng)感)等。
由于評(píng)估的要點(diǎn)眾多，甚至連人聲與音樂(lè)評(píng)估都必須分開(kāi)處理，因此評(píng)估方式也較為復(fù)雜，分主觀與客觀2種方式處理。主觀方式評(píng)估參數(shù)為立體感、定位感、空間感、層次感、厚度感等5大方向，由于主觀方式較無(wú)標(biāo)準(zhǔn)可言，因此詳細(xì)評(píng)估細(xì)節(jié)在此不多贅述。
客觀評(píng)估方式多以儀器或是測(cè)試軟件評(píng)量，通常會(huì)有下列幾種標(biāo)準(zhǔn)：
1、總諧波失真(THD)
失真是檢驗(yàn)數(shù)字音樂(lè)是否接近原音重現(xiàn)的關(guān)鍵，若失真度太大，則其它評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)表現(xiàn)再優(yōu)異也沒(méi)用�？傊C波失真(Total Harmonic Distortion，THD)則是檢查的第一關(guān)。主要是評(píng)估數(shù)字音效是否有非線性失真(Nonlinear Distortion)產(chǎn)生。
非線性失真是指輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后，輸出時(shí)所產(chǎn)生的錯(cuò)誤部分，而這個(gè)錯(cuò)誤部分則與原本的輸入信號(hào)完全無(wú)關(guān)，例如不是因破壞性壓縮格式所造成，是在輸入信號(hào)以外的頻率產(chǎn)生的其它類錯(cuò)誤信號(hào)。這些屬于非線性失真的頻率就稱為諧波(harmonics)，諧波產(chǎn)生的位置是原始信號(hào)頻率的整倍數(shù)的位置，例如，1KHz的諧波就是2kHz、3kHz、4kHz。
2、互調(diào)失真(IMD)
互調(diào)失真(Intermodulation Distortion)是指2個(gè)頻率間，因?yàn)轭l率混合所產(chǎn)生的和、差、乘積的失真頻率，例如輸入頻率為2KHz與6KHz的訊號(hào)后，產(chǎn)生8KHz、4KHz、16KHz的訊號(hào)，甚至原始輸入訊號(hào)2KHz與失真的8KHz，又可能產(chǎn)生10KHz的訊號(hào)，這些失真的訊號(hào)亦稱為諧波，以數(shù)字播放裝置來(lái)說(shuō)，這些互調(diào)失真的諧波當(dāng)然越少越好。
3、相位失真(Phase Error)
相位失真則是1種線性失真，系指音源信號(hào)在傳輸和放大過(guò)程中發(fā)生時(shí)間延遲。因?yàn)殡娮右粲嵲O(shè)備，在其輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間一般是存在相位差，例如電容和電感對(duì)交流信號(hào)(電壓或電流)具延遲作用。當(dāng)一個(gè)交流信號(hào)經(jīng)過(guò)電容、電感和電阻時(shí)，或多或少造成延遲現(xiàn)象，這會(huì)導(dǎo)致這個(gè)交流信號(hào)的幅度變化時(shí)間向后推遲一段時(shí)間，造成聲音訊號(hào)不一致，對(duì)于需要定位性的聲音，如立體聲，影響更大。
4、頻率響應(yīng)(Frequency Response)
頻率響應(yīng)是對(duì)DAC/ADC轉(zhuǎn)換器頻率響應(yīng)能力的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)之1。最佳狀態(tài)是在每1個(gè)頻率都能輸出穩(wěn)定，換句話說(shuō)，輸出質(zhì)量越好的裝置，頻率響應(yīng)曲線就越平直，反之則不但在高或低頻衰減得很快(因?yàn)楦叩皖l訊號(hào)重建困難)，在一般頻段，即人耳對(duì)聲音的可接收范圍20HZ-20KHZ內(nèi)，亦可能呈現(xiàn)抖動(dòng)的現(xiàn)象，無(wú)論是曲線突起(功率增益過(guò)大)或下滑(功率衰減)都是音質(zhì)失真的表現(xiàn)。
5、噪訊比(Noise Level)
訊噪比是指最大不失真訊號(hào)與噪音之間的比例，噪音分為2種，首先在數(shù)字音效的轉(zhuǎn)換過(guò)程中，每個(gè)相關(guān)零件都可能產(chǎn)生噪聲，并成為處理中的數(shù)字音效的一部分，這些訊號(hào)與輸入信號(hào)無(wú)關(guān)，但卻會(huì)隨著訊號(hào)源進(jìn)入下一個(gè)處理單元或是輸出成聲音，換言之，就是設(shè)備自己發(fā)出的噪音。此外，當(dāng)有訊號(hào)發(fā)出時(shí)所伴隨的調(diào)變?cè)胗?Modulation Noise)，也是噪音的一種。噪訊比以S/N或SNR(dB)表示。于音效播放裝置來(lái)說(shuō)，比值當(dāng)然越大越好，例如Hi-Fi音響的SNR>70dB，CD機(jī)要求SNR>90dB。在實(shí)際設(shè)計(jì)上，因?yàn)槿硕鷮?duì)4~8kHz的噪聲最靈敏，所以這個(gè)范圍的噪聲對(duì)于實(shí)際聆聽(tīng)的影響較大。
6、動(dòng)態(tài)范圍(Dynamic Range)
動(dòng)態(tài)范圍表示的是最大不失真信號(hào)與噪聲值的比例，此處的噪聲指的是沒(méi)有信號(hào)輸出時(shí)的噪聲值。如音頻信號(hào)無(wú)失真最強(qiáng)部分與最微弱部分之間的電平差，這個(gè)比值為越大越好。不過(guò)動(dòng)態(tài)范圍跟響度有關(guān)，并不是無(wú)限制的，即從最小的響度到最大不失真響度間的范圍，以CD為例，其聲音采樣分辨率為16bit，因此動(dòng)態(tài)范圍就算毫無(wú)瑕疵，也只有65,536種響度變化，不可能超過(guò)。
7、立體聲分離度(Stereo Channels Crosstalk)
單聲道基本上不可能創(chuàng)造出立體感的聲音，只有2聲道以上才能辦到，就是所謂的立體聲。所謂聲道分離度，就是指不同聲道間立體聲之間的隔離程度，通常用1個(gè)聲道的信號(hào)電平與串入另1聲道的信號(hào)電平差來(lái)表示，換句話說(shuō)，就是數(shù)字播放器左(右)聲道的聲音，傳到相對(duì)應(yīng)另一聲道的情況。這個(gè)數(shù)值越大越好。一般要求Hi-Fi音響分離度>50dB。。
實(shí)際上，在數(shù)字信號(hào)中，要做到100%的左右聲道獨(dú)立是非常簡(jiǎn)單的事情，然而實(shí)際能夠聽(tīng)的聲音，卻是模擬信號(hào)，而能發(fā)出模擬信號(hào)的設(shè)備，本身就無(wú)法達(dá)到這一理想值，就是串音(Crosstalk)了，為一種訊號(hào)干擾，模擬在線相鄰訊號(hào)間的耦合干擾，會(huì)影響到彼此的訊號(hào)接收。例如在左聲道的信號(hào)，也能在右聲道取得一點(diǎn)點(diǎn)細(xì)微的相同信號(hào)，就會(huì)造成立體聲無(wú)法達(dá)到聽(tīng)覺(jué)上的良好分離狀態(tài)。
此外，還有聲道平衡度，是指2個(gè)聲道的增益、頻響等特性的一致性。否則，將造成聲道或聲相偏移。
圖說(shuō)：透過(guò)軟硬件設(shè)備與各種客觀標(biāo)準(zhǔn)，音效可以評(píng)估優(yōu)劣以及加以調(diào)整。
先天不足可后天加料 音效合成亦是研發(fā)重點(diǎn)
雖原汁原味是許多人追求音質(zhì)表現(xiàn)極致的至高標(biāo)準(zhǔn)，但是因上述各種原因，通常無(wú)法達(dá)到，所以音樂(lè)播放過(guò)程中，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的呈現(xiàn)結(jié)果最重要是要防止在模擬儲(chǔ)存、和運(yùn)作時(shí)所造成的音質(zhì)損耗。但是如果無(wú)法避免錯(cuò)誤時(shí)，則也可以利用后天的方式彌補(bǔ)、修正。
例如以均衡器(Equalizer)能將不同頻率范圍的訊號(hào)分別濾出，然后再各別放大或縮小處理，最后再合成，藉此補(bǔ)償訊號(hào)的頻率衰減，使音質(zhì)回復(fù)至接近原音，或者也能補(bǔ)償輸入的不足，即針對(duì)一個(gè)音程里的倍頻點(diǎn)，可以去補(bǔ)償與衰減，在聆聽(tīng)上，馬上可以得到實(shí)時(shí)的修正，使音質(zhì)達(dá)到接近理想狀態(tài)。由于人類的聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)在低頻及高頻的接收上感受度較差，透過(guò)均衡器強(qiáng)化或補(bǔ)足聲音的功能，能彌補(bǔ)人們?cè)诼?tīng)覺(jué)上的盲點(diǎn)。
如將頻率為100Hz的組成泛音放大，就會(huì)讓聲音中100Hz左右的低頻部分聽(tīng)起來(lái)更震撼一些，若覺(jué)得聲音的低頻部分不夠明顯，也可以用均衡器加以補(bǔ)足。像目前MP3播放器幾乎都有Equalizer的功能，使用者可選定或自定不同的播放音場(chǎng)(抒情、爵士、搖滾、流行音樂(lè)等)，充份表現(xiàn)出音樂(lè)的個(gè)性化。
圖說(shuō)：均衡器目前已經(jīng)以數(shù)字方式，內(nèi)建在大部分的播放裝置中，彌補(bǔ)聲音表現(xiàn)的不足或展現(xiàn)個(gè)性化音樂(lè)風(fēng)格。
IT/CE類的音效播放設(shè)備提升音質(zhì)的方式很多，不過(guò)從關(guān)鍵零組件下手，通常能展現(xiàn)立竿見(jiàn)影的效果，對(duì)于開(kāi)發(fā)上的難度來(lái)說(shuō)，也相對(duì)較低，當(dāng)然聲音表現(xiàn)在「一分錢，一分貨」的情況下雖然提高了，但是也讓開(kāi)發(fā)案的成本，可能因此居高不下，但參考前篇的例證，提高音質(zhì)能夠拉開(kāi)與競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品的差距，應(yīng)值得開(kāi)發(fā)者投資。
音質(zhì)提高的關(guān)鍵零組件在于DSP、Codec、DAC、與放大IC，一個(gè)個(gè)都成為今日數(shù)字音樂(lè)播放裝置音質(zhì)展現(xiàn)的瓶頸，以下將分別探討。除零組件外，實(shí)際電路設(shè)計(jì)、EMI與差動(dòng)信號(hào)，連電源供應(yīng)都會(huì)影響音質(zhì)，如果采用高質(zhì)量零組件，卻敗在這幾個(gè)可能被研發(fā)人員忽略的細(xì)節(jié)，相信也會(huì)令開(kāi)發(fā)者遺憾。
數(shù)字音效音訊處理關(guān)鍵 DSP勝過(guò)純軟件譯碼模式
數(shù)字音效如前所述，幾乎都是壓縮格式，處理第一步，就是將壓縮格式經(jīng)譯碼還原，在PC類的音效裝置上，這個(gè)步驟由于有強(qiáng)力CPU代勞，所以幾乎可以將此必經(jīng)過(guò)程忽略不計(jì)，但是其它CE等級(jí)的音效播放裝置，特別是最熱門的手持類裝置，由于功耗與散熱限制較多，無(wú)法使用效能較高的CPU，故譯碼就成為音質(zhì)提升的第一個(gè)關(guān)鍵。
許多兼具影音功能的多媒體裝置，多半采用多媒體處理器進(jìn)行譯碼，此種處理器包括TI的OMAP、Freesale的i.MX系列、ST的Nomadik、Renesas的SH-Mobile、NXP的Nexperia、ADI的Blackfin，以及Marvell的Xscale等。
不過(guò)采用處理器譯碼的方式，基本上可歸類為沒(méi)有硬件加速的純軟件譯碼，譯碼效率并不高，許多研發(fā)人員認(rèn)為這部分對(duì)于音質(zhì)沒(méi)有影響，實(shí)際上的譯碼速度、精確度以及噪訊比等性能，通常較硬件譯碼表現(xiàn)略微遜色，因此終端輸出音質(zhì)也不用抱太多期待。此外，由于軟件譯碼，也不容易加入音效的后制處理，因此無(wú)法表現(xiàn)出音場(chǎng)，或者是不同音樂(lè)頻譜的動(dòng)態(tài)調(diào)整等進(jìn)階音樂(lè)表現(xiàn)能力。
因此，提升音質(zhì)的第一步，音訊譯碼應(yīng)該用硬件處理為佳，在設(shè)計(jì)中加入采用純?yōu)橐粜ёg碼設(shè)計(jì)的DSP，讓譯碼精確度以及噪訊比等關(guān)鍵性能都有所提升，音質(zhì)自然會(huì)更好。甚至有的DSP還通過(guò)高音質(zhì)認(rèn)證，如德州儀器(Texas Instruments，TI)推出的DA7xx系列，可同時(shí)執(zhí)行DTS-HD Master Audio串流解碼、8聲道192kHz原聲音訊及所有后段處理。
圖說(shuō)：專業(yè)DSP需要為其開(kāi)發(fā)最佳化軟件，音效DSP亦然，其算法考驗(yàn)設(shè)計(jì)者功力。
Codec位居音效裝置數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換要津 亦是音質(zhì)掌握關(guān)鍵
音效裝置輸入或輸出的是模擬訊號(hào)，人耳才能聽(tīng)到，但是中間所處理的全是數(shù)字訊號(hào)，兩者間的轉(zhuǎn)換，也是影響音質(zhì)的重點(diǎn)，把數(shù)字音效數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可輸出的模擬訊號(hào)階段，因成本與布線等因素考慮，大多由音效Codec芯片所負(fù)責(zé)。
大部分的Codec芯片，同時(shí)具有D/A(數(shù)字訊號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬訊號(hào))和A/D(模擬訊號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字訊號(hào))轉(zhuǎn)換功能。音效輸出時(shí)利用的是D/A轉(zhuǎn)換功能。以接收到來(lái)源數(shù)字訊號(hào)相同情況下，D/A性能好壞直接決定音效裝置的輸出音質(zhì)，所以包著D/A的Codec芯片，其處理能力和訊噪比，對(duì)最終的聲音輸出質(zhì)量有很大的影響。
Codec的性能好壞，可由性能規(guī)格進(jìn)行分析，例如支持可處理的數(shù)據(jù)位、取樣頻率、噪訊比、動(dòng)態(tài)范圍與各項(xiàng)失真值等，有些codec已支持HD格式，在數(shù)據(jù)呈現(xiàn)上比較漂亮，但真實(shí)音質(zhì)未必比較好。決定Codec音質(zhì)關(guān)鍵簡(jiǎn)述如下：
1、DAC訊噪比：DAC是Codec中真正負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)換工作的單元，其訊噪比高低，將直接關(guān)系到最終音效聲波輸出的訊噪比，因此其性能為Codec的核心參數(shù)。大部分Codec芯片此項(xiàng)數(shù)值約在95db，但實(shí)際上，最后是否是能夠達(dá)到供貨商標(biāo)示的數(shù)值，還是會(huì)受到很多其它因素影響。
2、Mixer訊噪比：Codec中有Mixer，也就是混音器，負(fù)責(zé)對(duì)聲音的迭加與混合處理，即可將2個(gè)或多個(gè)輸入音效流結(jié)合為1個(gè)輸出流，并可選擇各個(gè)輸入流的增益，所以Mixer噪訊比也是Codec影響音質(zhì)的因素，一般此項(xiàng)性能參數(shù)與DAC噪訊比約略相同或相近，差距在-1db左右。
3、DAC通道數(shù)目：許多音效裝置已開(kāi)始支持多聲道，Codec芯片支持多信道能力，也是靠多信道DAC，其性能也會(huì)影響多聲道時(shí)音質(zhì)的表現(xiàn)。目前較新的Codec芯片大多已可以支持8通道的DAC轉(zhuǎn)換。
4、PCM格式轉(zhuǎn)換時(shí)所支持的最高取樣分辨率、和取樣頻率：以音質(zhì)的角度分析，取樣分辨率越高，對(duì)聲音數(shù)據(jù)的處理能力就越強(qiáng)；取樣頻率值越大聲音訊號(hào)的分辨率就越高，聲音轉(zhuǎn)換中的失真就越小。Codec芯片一般可以最高支持192KHz取樣頻率以及24Bit立體聲A/D轉(zhuǎn)換和24Bit立體聲D/A轉(zhuǎn)換。
5、A/D和D/A的頻率響應(yīng)范圍：頻響范圍也是音質(zhì)中重要的指標(biāo)，不過(guò)由于人耳的限制，只能聽(tīng)到20Hz~20KHz的頻響范圍，因此超過(guò)此頻率的聲音就算處理得再好，使用者也聽(tīng)不到，因此目前絕大多數(shù)的DAC頻響范圍，都在20Hz~20KHz之內(nèi)。
嫌包山包海Codec音質(zhì)不好 采用直接DAC音質(zhì)更上層樓
如前所述，DAC目前大多已經(jīng)包在Codec內(nèi)，不過(guò)以音質(zhì)的角度觀察，Codec號(hào)稱樣樣通，可能就表示每樣表現(xiàn)都很平庸，例如在音頻信號(hào)處理上，Codec的精準(zhǔn)度就不如獨(dú)立的DAC。
再者，Codec的Jitter控制力也不如獨(dú)立的DAC，Jitter指時(shí)基誤差，會(huì)造成音質(zhì)劣化，成因并非震動(dòng)幅度等數(shù)據(jù)本身的錯(cuò)誤，而是時(shí)間部分出錯(cuò)了，造成聲音的波形扭曲，很明顯的，這對(duì)音質(zhì)高規(guī)格要求來(lái)說(shuō)，絕對(duì)是一大殺手。
除了處理能力比較差外，目前主流多通道Codec在設(shè)計(jì)上很難避免多通道間的干擾，音質(zhì)表現(xiàn)會(huì)比2聲道Codec差一些，因此講求多聲道支持，又兼顧音質(zhì)的設(shè)計(jì)，會(huì)改用多顆雙通道DAC的方式解決需求。
雖然采用DAC的方式比Codec成本高，但是音質(zhì)比較好，目前講求音質(zhì)的裝置，越來(lái)越多采用專業(yè)DAC，如iPod、iRiver、Zune等。
專業(yè)的高音質(zhì)DAC廠商不多，較著名的有歐勝微電子(Wolfson)、德州儀器、恩智浦半導(dǎo)體(NXP Semiconductors)、Cirrus Logic等。
DAC音質(zhì)判斷的標(biāo)準(zhǔn)與要點(diǎn)，與前述的Codec差別不大，不過(guò)以規(guī)格來(lái)說(shuō)，DAC的效能都略勝一籌，因此通常判斷的標(biāo)準(zhǔn)會(huì)更為嚴(yán)格，除了原本就被考慮的分辨率、取樣率，噪訊比、總諧波失真這幾項(xiàng)因素外，通常還會(huì)把有效位數(shù)(Estimated Number Of Bits，ENOB)、噪訊加失真比(SIgnal-to-Noise And Distortion，SINAD)、無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范疇(Spurious Free Dynamic Range，SFDR)、
差分性失真(Differential Non-Linearity，DNL)、積分性失真(Integral Non-Linearity，INL)等參數(shù)列入評(píng)比。
DAC的硬件規(guī)格通常也比較好。以Wolfson的WM8978為例，噪訊比達(dá)98db，具有改良的HI-FI級(jí)數(shù)位信號(hào)處理核心，支持增強(qiáng)型3D硬件環(huán)繞音效，以及5頻段的硬件均衡器，以改善音質(zhì)；并有一個(gè)可程序化的陷波濾波器，用以去除音效裝置因?yàn)轱@示屏幕開(kāi)關(guān)或切換時(shí)產(chǎn)生的干擾噪音。
除了DAC，許多播放音效的裝置，如果擁有錄音功能，那ADC的質(zhì)量也相當(dāng)重要，判斷標(biāo)準(zhǔn)與DAC相同。
放大IC攸關(guān)音質(zhì)與功耗 D類放大成首選
前述探討的幾個(gè)零件，都在于訊號(hào)轉(zhuǎn)換的部分，不過(guò)當(dāng)數(shù)字音訊數(shù)據(jù)處理完畢，成為模擬的聲音訊號(hào)后，必須加以放大輸出，因此放大IC也是攸關(guān)音質(zhì)高低的重要環(huán)節(jié)。
不過(guò)放大技術(shù)與音質(zhì)的關(guān)連性，卻不能完全以音質(zhì)的角度出發(fā)，以傳統(tǒng)的Class A/AB放大技術(shù)來(lái)看，A類放大的音質(zhì)最好，其原理是純粹的以模擬訊號(hào)進(jìn)行線性放大，音質(zhì)沒(méi)有失真。
不過(guò)，A類放大雖具有最佳的信號(hào)傳真性，但卻相當(dāng)耗電，一般來(lái)說(shuō)，電能利用率只有20%~30%，例如供應(yīng)100W電力給A類放大裝置，最后真正輸出到喇叭發(fā)聲功率的只有25W左右，其余的75W通通損耗掉，除了電力效率不佳，高耗能也代表會(huì)產(chǎn)生高廢熱，常需要在放大晶體管上配裝大型的散熱片輔助散熱。對(duì)手持式裝置來(lái)說(shuō)，高功耗與高熱都是設(shè)計(jì)上的原罪，開(kāi)發(fā)者避之唯恐不及。
另一種B類放大設(shè)計(jì)，雖省電性較佳，但信號(hào)失真影響音質(zhì)甚巨，因此衍生兼具兩者優(yōu)點(diǎn)的AB類放大，在音質(zhì)與省電性取得較能接受的均衡點(diǎn)，過(guò)去成為消費(fèi)性音響領(lǐng)域最受歡迎的放大方式。
但目前在數(shù)字播放裝置，越來(lái)越講求整體電路配置空間縮小、并且降低功耗讓產(chǎn)品更省電，以維持電池續(xù)航力等種種發(fā)展趨勢(shì)下，于1958年就提出的D類放大(Class D Audio Power Amplifier)，目前成為當(dāng)紅炸子雞。
D類放大利用的原理為PWM(Pulse Width Modulation)，作用方式類似于主機(jī)板上交換式電源概念，即利用數(shù)字頻率波型的疏密來(lái)輸出模擬振幅的高低大小，頻率密則振幅高，反之頻率疏時(shí)則振幅降低。也因此運(yùn)作模式，D類放大亦被稱為為數(shù)字式功率放大或數(shù)字功放。
D類放大省略了傳統(tǒng)AB類晶體放大，在作成大功率機(jī)型時(shí)所需的大型變壓器、超大濾波電容，可改以小電容與類似交換式電源供應(yīng)模式(Switching Power)的小型變壓器取代，使得電能可以快速直接地驅(qū)動(dòng)喇叭單體。此運(yùn)作模式提供了極高的電能利用率，純理論上是100%運(yùn)用，實(shí)務(wù)上電能利用率也經(jīng)常在80%、90%水平。
由上述驅(qū)動(dòng)模式即可發(fā)現(xiàn)，D類放大電路當(dāng)然在工作時(shí)不易產(chǎn)生高熱，所以可以免掉占空間的散熱片，此外，由于采用PWM模式，D類放大電路所需的體積，會(huì)比傳統(tǒng)的功率放大電路小了許多，成本也較低，加上低耗熱優(yōu)點(diǎn)，D類放大電路非常適合塞在小小空間里。
不過(guò)以音質(zhì)的角度檢視，D類放大的缺點(diǎn)是以調(diào)變程序所形成的放大，其結(jié)果必然與原始信號(hào)有些出入，但在一般消費(fèi)性產(chǎn)品的音樂(lè)播放上，其質(zhì)量可被接受，甚至在目前的技術(shù)下，D類放大的音質(zhì)越來(lái)越好，特別是在低瓦數(shù)的狀況下。
例如，以采用D類放大器IRS2092S D的IRAUDAMP5設(shè)計(jì)方案，與同等級(jí)AB類放大輸入比較，在1kHZ、接4Ω負(fù)載時(shí)，80W以下區(qū)域，D類放大的THD+N實(shí)際上是低于AB類放大器，而在60W附近，D類放大的THD+N更是進(jìn)步到了0.005%的水平。
只有在80W到140W區(qū)域，AB類放大的性能才稍高過(guò)D類放大，不過(guò)即使到了120W，D類放大的THD仍不超過(guò)1%。對(duì)于大部分?jǐn)?shù)字音效裝置來(lái)說(shuō)，很少用到高功率，低功率的情況比較常見(jiàn)，此時(shí)D類放大的反而占有音質(zhì)優(yōu)勢(shì)。
D類放大的優(yōu)劣評(píng)估，在于供電抑制率(Power Supply Rejection Rate；PSRR)以dB為單位，PSRR必須盡可能高。對(duì)于音質(zhì)方面，則為總諧波失真加噪訊比(TDH+N)要求，此點(diǎn)以百分比(%)為單位，，THD+N則是盡量低，一般不超過(guò)10%，高標(biāo)要求上還要低于0.1%、0.01%。不過(guò)THD+N建議與負(fù)載阻抗Rl、輸出功率(Output Power)、PWM的調(diào)變頻率(f)等做比較，才能準(zhǔn)確判斷。
此外，D類放大有獨(dú)特的電子特性，因此在音質(zhì)評(píng)估時(shí)，必須注意EMI電磁干擾問(wèn)題。因D類放大IC會(huì)持續(xù)、頻繁地進(jìn)行晶體管的導(dǎo)通、關(guān)閉作業(yè)，所以很容易產(chǎn)生電磁干擾，對(duì)于音質(zhì)當(dāng)然有不利影響。因此越能降低降低電磁干擾的發(fā)散度的產(chǎn)品當(dāng)然越好，不過(guò)此點(diǎn)在空間與成本許可的情況下，可用金屬外覆來(lái)屏蔽。
此外，許多D類放大IC在省電性、控制性、體積縮小、彈性、保護(hù)能力上都有所著墨，形成各家的特色，大部分與音質(zhì)沒(méi)有太大關(guān)系，不過(guò)有些設(shè)計(jì)如果太過(guò)頭，對(duì)于音質(zhì)就會(huì)有影響。
例如一些D類放大IC減少后段的LC低通濾波電路質(zhì)量，如使用更小的電容，或根本省去電容(Cap-Free)，甚至有些設(shè)計(jì)連外接電感都一并省去(LC-Free、Filter-Free)，直接將揚(yáng)聲器的音圈之漏電感來(lái)充當(dāng)LC用，當(dāng)然，此種D類放大IC能夠達(dá)到相當(dāng)小的體積，因其輸出接腳可與喇叭、耳機(jī)直接相連。
雖此種設(shè)計(jì)方式可將體積縮至極小，但高頻部分未經(jīng)過(guò)濾就直接輸出，喇叭不易將20kHz以上的頻率發(fā)聲，即便發(fā)出人耳也聽(tīng)不到20kHz以上的頻率，但如果省過(guò)頭，也可能對(duì)可聽(tīng)范圍內(nèi)的音質(zhì)產(chǎn)生負(fù)面影響。D類放大IC的提供商有ADI、Cirrus Logic、MAXIM、Motorola、NS、Philips、Sanyo、ST、TI、TriPath等。
圖說(shuō)：D類放大原理與AB類放大比較。
零件優(yōu)秀一時(shí)之選 整合電路也需配合才能發(fā)揮最高音質(zhì)
由于目前的數(shù)字音效播放裝置，大多在內(nèi)部整合各種電路，以及相關(guān)的數(shù)字IC，為達(dá)產(chǎn)品體積的集縮需求，各項(xiàng)組件間靠的非常緊密，組件間將無(wú)法保持足夠的距離隔開(kāi)對(duì)音效處理組件的干擾，因此音樂(lè)透過(guò)模擬電路輸出時(shí)，幾乎都可以聽(tīng)到程度不等的電子噪音夾雜其中。
針對(duì)此問(wèn)題，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)該在印刷電路板規(guī)劃中，盡量將模擬電路和數(shù)字電路隔離，并確保模擬訊號(hào)布線遠(yuǎn)離數(shù)字或功率開(kāi)關(guān)布線。
此外，EMI干擾也是音質(zhì)殺手，開(kāi)發(fā)者當(dāng)然有許多傳統(tǒng)方式針對(duì)EMI做減低或隔離，但是最有效的方式為差動(dòng)信號(hào)，即利用2個(gè)完全相同，但具有不同極性的訊號(hào)，取代單端電路。
例如在一個(gè)對(duì)稱布局中，2個(gè)路徑相鄰運(yùn)作，一旦發(fā)生EMI干擾，則相同的EMI突波會(huì)被導(dǎo)入這2個(gè)信號(hào)中，但是，因?yàn)?個(gè)信號(hào)的接收側(cè)不同，所以EMI會(huì)被抵銷，換言之，共模抑制比(common-mode rejection ratio，CMRR)越高，則抑制EMI的效果就越好。此外，兩個(gè)鏡像也能夠增大訊號(hào)，使任何殘余的噪聲都會(huì)較不明顯。
再者，電源供應(yīng)是數(shù)字裝置一定具備的組件，但也提供了噪聲干擾音質(zhì)的管道。對(duì)于線性電源供應(yīng)產(chǎn)生的低頻電源線漣波，以及交換式電源供應(yīng)器產(chǎn)生的高頻交換式噪聲，因此在設(shè)計(jì)上應(yīng)該避免共享電源回路，此外，也可以藉由適當(dāng)?shù)姆�(wěn)壓器與高質(zhì)量電容器，加以過(guò)濾、抑制、消除，例如將低ESR電容放在音效IC的電源接腳附近，這可減輕交流噪聲影響，并且可以降低電源突波發(fā)生，
音質(zhì)提高，除了本篇提到的關(guān)鍵零組件(主動(dòng)組件)外，被動(dòng)組件(電阻、電容)的用料也相當(dāng)重要，除影響前述的電源濾波質(zhì)量，在音效處理路徑中的交連電容、回授電容以及電組，都會(huì)因?yàn)槠渥陨淼碾娮犹匦�，影響輸出的模擬訊號(hào)質(zhì)量，這部分的設(shè)計(jì)調(diào)整，對(duì)于最后音質(zhì)的細(xì)節(jié)影響也頗大，不過(guò)這是在主動(dòng)組件已經(jīng)相差無(wú)幾的情況下，才能比較出差異。 |
