手機之聲

編/盧小雷

如今，手機和平板電腦幾乎成為了我們生活中不可或缺的重要組成部分，我們隨時都可能使用它們來看電影、玩游戲、看小說或是聽音樂，可以說，我們每天都會花費大量的時間來觀看屏幕或聆聽由它們播放出的聲音。對于很多人來說，手機和平板電腦就是移動的個人影音娛樂中心。正是基于這些應(yīng)用的大量普及，悄然間，一些廠商開始在新上市的新品中增強了對音質(zhì)的優(yōu)化，將高品質(zhì)的音頻回放作為了產(chǎn)品的一大賣點。

類似的情形也出現(xiàn)在對顯示效果的認知上，事實上，顯示效果在以往的很長一段時間內(nèi)都沒有得到足夠的重視。但這種情況在近兩年發(fā)生了變化，我們經(jīng)常會聽到：某某機型使用的屏幕畫面很細膩，而且顏色也更鮮亮。當有越來越多的用戶開始談?wù)撈聊坏娘@示效果時，不少廠商顯然也對此投入了更多的關(guān)注。如今，你會經(jīng)?？吹疆a(chǎn)品的規(guī)格介紹上標有：廣色域顯示屏、ΔE < 3、像素密度是多少等等?；氐铰曇羯希覀兒敛粦岩蓵杏脩粝Ｍ嗟亓私庥嘘P(guān)音頻性能的介紹，這也正是我們介紹這項測試的初衷。

評價一款智能手機，我們會看它的外觀、它的造型設(shè)計得怎么樣，看看屏幕的顯示效果以及分辨率，另外，可能還包括：手機所采用的處理器是否足夠強大，電池是不是耐用等等。但對于手機的音頻質(zhì)量，卻極少有人真正關(guān)心，絕大多數(shù)用戶都滿足于能發(fā)聲就行。其實不光是智能手機，傳統(tǒng)的個人電腦早是如此，除了少數(shù)發(fā)燒友，普通的板載集成聲卡在回放效果上可以說完全夠用了。

毫無疑問的是，沒有聲音，再好的戲也出不來。拿著手機或平板電腦無論聽音樂還是玩游戲，無論是通過揚聲器還是借助耳機，都是對音頻質(zhì)量的考驗。但感受音質(zhì)的出色與否，很大程度上也與聽音者的鑒賞水平相關(guān)，有時輸出波形稍微有一點失真，帶來的可能就是大量泛音頻率的丟失，從而就會導(dǎo)致聲音還原的細節(jié)表現(xiàn)力出現(xiàn)很大的偏差。當然，這些變化也并不是所有用戶都能感知的，聽音環(huán)境、聽音器材等都會帶來一些影響。AnandTech近日就組織了一次很特別的音頻測試，究竟有何特別之處，我們不妨來一探究竟。

提到音頻測試，自然不能忽視Audio Precision，這家歷史超過四分之一個世紀的老牌公司擁有全世界質(zhì)量最好的音頻測試設(shè)備，模擬、HDMI、光纖、同軸、藍牙都不在話下。事實上，幾乎每一個從事音頻研究的工作室、實驗室內(nèi)都可以找到它的身影。就在最近，Audio Precision發(fā)布了針對安卓設(shè)備的音頻測試套裝，再加上其專業(yè)的音頻分析儀，測量精度應(yīng)該是前所未有。

測試平臺選用的是Audio Precision APx系列音頻分析儀APx582，該設(shè)備擁有兩個模擬輸出、八聲道模擬輸入。輸出這里并沒有用，因為所有的測試音頻都是由Audio Precision在被測設(shè)備上播放的。在每一組測試中，我們加入一個模擬的或真實的信號，來查看設(shè)備的處理能力。另外，測試所使用的耳機是很常見的蘋果Earbuds，后期還會加入另外兩款很有名的耳機AKG K701和Grado SR60。

測試項目包括最大輸出電平（Maximum Output Level）、總諧波失真和噪音THD+N（Total Harmonic Distortion + Noise）、頻率響應(yīng)（Frequency Response）、動態(tài)范圍（Dynamic Range）、串擾（Crosstalk）、階躍響應(yīng)（Stepped Response），以及Nexus 5、LG G2問題專場。廠商們在測試音頻產(chǎn)品的時候用的也是這些項目，而且大多數(shù)都是在最大輸出電平下進行的，因為在接近最大輸出電平時，對放大器的要求都比較苛刻。

參測手機包括Apple iPhone 5、Google Nexus 5、Samsung Galaxy Note3、Samsung Galaxy S4、HTC One。AnandTech表示后續(xù)會不斷補充數(shù)據(jù)，并加入更多測試項目。

總諧波失真和噪音

THD+N衡量的是輸出信號對比信號源的失真程度以及設(shè)備電路本身的噪音程度。很顯然，這一指標越小意味著輸出信號的保真度更高。測試時，THD+N在最大音量下使用1kHz頻率的正弦波作為信號源。由于手機在設(shè)計時，廠商通常會將最大音量限制在放大器的線性區(qū)間內(nèi)，因此，即使選擇最大電平輸出時，音頻輸出信號的總諧波失真也不會太大。同時，電子設(shè)備的電路背景噪音是不可能完全消除的，不過，當處于最大音量時，信號的強度要遠大于（噪音同樣會被放大，但幅度要遠小于信號的放大程度）噪音水平，噪音相對信號自然要小很多，因此最大音量輸出時THD+N的測試結(jié)果通常都很理想。

THD+N的測試結(jié)果有兩個：時域的正弦波曲線和頻域的FFT（快速傅立葉變換）頻譜。對于時域信號的考察，首先，左右兩個聲道所產(chǎn)生的正弦波信號應(yīng)該在波形上完全重合，且具有完美的統(tǒng)一性。其次，輸出音頻的波形應(yīng)當盡可能精確地接近正弦曲線。在頻域方面，我們希望看到一個單獨的1kHz峰值，而其它頻率分量則應(yīng)當盡可能的低，理論上要全部低于基音-120dB。不過，電路實現(xiàn)總不是理想的，通常情況下我們看到的頻譜信息還包括1KHz的倍頻處產(chǎn)生的諧波邊帶。

讓我們看一下iPhone 5的測試數(shù)據(jù)，很顯然，這是一個很好的范例。iPhone 5輸出的正弦波看起來很漂亮，非常接近標準的正弦曲線，沒有什么瑕疵；而且左右兩個聲道的波形也完全一致，并完美地重疊在一起。毫無疑問，這正是我們所期待的測試結(jié)果。

接下來是Nexus 5的測試結(jié)果，不用仔細觀察，你會很快發(fā)現(xiàn)它的輸出波形有些異樣。在最大音量的狀態(tài)下，Nexus 5的左聲道（圖中綠色曲線）有明顯的限幅失真，其波谷的峰值部分沒有達到極值。這似乎是耳機放大器的功率不足以在最大音量下同時驅(qū)動兩個聲道。而且，即便將系統(tǒng)升級到安卓4.4.1也是如此。

iPhone 5的THD+N只有微不足道的0.003134%，而Nexus 5呢，由于左聲道有非線性的限幅失真現(xiàn)象，它的THD+N則達到了13.789197%。這有多糟糕呢？一般來說超過1%就認為不合格了，那么，至少在最大音量時，Nexus 5的表現(xiàn)簡直糟透了，而且是硬件問題，不可能通過升級軟件得到解決。為了進一步驗證這一結(jié)果，我們還測試了另一臺全新的Nexus 5，很遺憾，兩次的測試結(jié)果完全一致。endprint

我們再來看看FFT的頻譜測試結(jié)果，從中也能了解到時域中的波形失真會對頻率域帶來哪些影響。很顯然，iPhone 5 FTT頻譜非?！鞍察o”。只是在2kHz、3kHz、50kHz出現(xiàn)了一些小的峰值，但幅度值對比基頻（1kHz）都低很多，2kHz為-93dB，3kHz低于-109dB，而50kHz處的噪音雖大了不少，但這一頻率分量已在人耳的感知范圍（一般為20Hz-20kHz）之外，理論上可以將它們忽略。除了上述的情況外，其它諧波的頻率分量基本都低于-120dB，這一結(jié)果還是很理想的。

Nexus 5的右聲道沒問題，由于該聲道沒有限幅失真，其2次諧波（2kHz）只有-111dB，3次諧波（3kHz）也不過-93dB，頻譜特性很好。但左聲道就很雜亂了，它的2次諧波（2kHz）、3次諧波（3kHz）諧波分別達到了-18dB和-24dB，這已經(jīng)能對基頻帶來足夠的干擾，即便是在9次諧波處仍然都有-52dB。正是這些諧波失真導(dǎo)致了超高的THD+N，在后面的測試中，我們還會看到有關(guān)該問題的更多細節(jié)。

總體來看，Galaxy S4的幅頻特性不錯，其各次諧波分量的幅值幾乎都比iPhone 5也低不少，稍有遺憾的是，Galaxy S4的1kHz峰值也偏低。

Galaxy Note3和Galaxy S4均出自同一廠家，兩者有相近的表現(xiàn)并不奇怪。而從圖中也不難看出，Galaxy Note3的幅頻特性與Galaxy S4非常類似。

接下來我們把THD+N和頻率的對應(yīng)關(guān)系做成曲線。圖示為Galaxy S4的測試結(jié)果，左右聲道的THD+N一致性很好，在整個頻譜中，各個頻率分量基本處于0.05%左右，波動不是很大，很穩(wěn)定。

除了高頻部分外，Galaxy Note3的測試結(jié)果與Galaxy S4同樣很類似，其THD+N的一致性不錯，在整個頻譜中，各個頻率分量基本處于0.08%左右。

Nexus 5則是這樣的，右聲道的THD+N在0.01%上下波動，而對于有限幅失真的左聲道，它的THD+N卻超過了3%。不過，如果你調(diào)低Nexus 5的音量，會得到截然不同的測試結(jié)果，對此，我們會在后面有進一步的說明。

iPhone 5也有明顯的高低起伏，但除了20Hz-30Hz的低頻和10kHz以上的高頻，其它頻段的THD+N都沒有超過0.07%，而且左右聲道保持了基本一致。

最大輸出電平

最大輸出電平的測試使用與THD+N項目中相同的1kHz信號源。毫無疑問，從耳機插孔輸出的功率越高，接入耳機的音量也會越大，更重要的是，具有更大的功率儲備意味著在播放大動態(tài)范圍的音源時，輸出波形更不易失真。這部分測試內(nèi)容沒有那些直觀的圖表，只提供了一些具體的測試數(shù)據(jù)。

從測試結(jié)果來看，iPhone 5無疑是本項測試中最給力的，它在最大輸出電平的條件下，輸出功率達到了32.46mW，其次是Nexus 5，它的輸出功率為22.24mW（當然，考慮到Nexus 5在最大電平輸出的失真問題，我們不認為你會選擇最大電平輸出），然后是Galaxy Note3的11.81mW以及Galaxy S4 的3.895mW。需要說明的是，輸出功率每翻一番（例如從4mW升至8mW），輸出音量就增加3dB，3dB是我們能分辨的最小音量變化。因此，即便iPhone 5的輸出功率八倍于Galaxy S4，但反映在音量上也只是9dB（10dB的差異意味著音量翻一番）的差異，音量的提升還不到一倍。當然，大功率輸出的價值是毋庸置疑的，如果你擁有一款高保真耳機，你肯定希望放音設(shè)備有更大的功率儲備，那么，iPhone 5的大功率輸出絕對是你想要的。

頻率響應(yīng)

為了考察頻率響應(yīng)，我們測試了從20Hz到20kHz間的61個頻點，然后將每個頻點的測試結(jié)果均相對1kHz的數(shù)據(jù)進行歸一化處理，這樣，我們就能看出在測試頻譜范圍內(nèi)，哪個頻點的偏差水平最大。若使用的是理想的放音設(shè)備，那么得到將是一條過零點的完美的水平直線。當你通過軟件調(diào)整EQ（Equalizer）均衡器時，實際上就是在調(diào)整不同頻點的增益值，此時，頻率響應(yīng)的“曲線”也會隨之發(fā)生變化。

在這項測試中，Galaxy S4的表現(xiàn)最好，從20Hz到5kHz幾乎為一條直線，僅在10kHz附近的高頻段略有衰減，從1kHz開始的總體偏差僅為0.014dB，這一結(jié)果還是很理想的。但20kHz附近沒有響應(yīng)。

Galaxy Note3的表現(xiàn)也比較好，除了50Hz以下的低頻段略有衰減外，其它頻點的頻率響應(yīng)都不錯。Galaxy Note3同樣在20kHz附近沒有響應(yīng)。

Nexus 5的測試結(jié)果與Galaxy Note3很接近，同樣過關(guān)。同時，Nexus 5的頻率響應(yīng)范圍明顯比Galaxy S4和Galaxy Note3更大一點。

相對來說，iPhone 5的測試結(jié)果略差，但總體偏差也不過0.089dB，仍在可接受的范圍之內(nèi)。有趣的是，iPhone 5并沒有像三星和其它很多手機那樣，丟掉了20kHz，它的響應(yīng)范圍更全面，音色自然會更豐富些。不過，頻率響應(yīng)的最大偏差也出現(xiàn)在這一區(qū)域，如果不考慮20kHz，iPhone 5的頻率響應(yīng)也會更出色，更接近一條直線。

反面典型是HTC One，特別是開啟了Beats音效之后。60Hz-90Hz處的頻率響應(yīng)偏差（30Hz-300Hz之間的頻率響應(yīng)都偏離了0dB）最大達到了+3.5dB，顯然這一音效特別加強了低音效果。之后，在300Hz-2kHz區(qū)間很快恢復(fù)正常，頻率響應(yīng)也相對平坦。但是超過6.5kHz的高音部分，頻率響應(yīng)的偏差又開始加大，達到+1.2dB左右。

動態(tài)范圍

動態(tài)范圍反映了最大信號與背景噪音間的差值，背景噪音殘留得越多，動態(tài)范圍就越小。通常情況下，更大功率的放大器對應(yīng)的動態(tài)范圍也更大。而背景噪音是不可能完全消除的，它也會隨著音頻信號一同被放大器放大。當輸入信號變大時，信號與噪音間的差值也隨之增加，當然，動態(tài)范圍也更大了。注意：這個指標和信噪比類似，單位都是分貝，也都是越高越好，但并不相同。信噪比（SNR）是有效正常輸出信號和同時產(chǎn)生噪音的比值。endprint

在動態(tài)范圍的測試中，iPhone 5的表現(xiàn)又是最出色的，它的動態(tài)范圍可達92.214dB；而Nexus 5則再一次墊底，其動態(tài)范圍為89.332dB。不過，3dB的差異基本上無關(guān)大局。事實上，只要動態(tài)范圍的指標不低于80dB，我們就無需對此擔憂。

串擾

串擾可大致理解為度量一個信號由一個聲道“竄”到另一個聲道的程度。測試時，我們只對一個聲道發(fā)出信號-比如右聲道，由于電路無法做到左右聲道的完全隔離，那么仍然會有一小部分信號“竄”到另一個聲道-即左聲道。這一現(xiàn)象雖無法避免，但我們希望“竄”到另一聲道的信號應(yīng)盡可能的小。串擾的測試結(jié)果使用-dB作為單位，或者通俗的講，當只給出右聲道信號時，左聲道的安靜程度，自然而然，這一指標是越低越好。

串擾的測試結(jié)果和動態(tài)范圍測試像類似，還是只有數(shù)字而無圖表。從測試結(jié)果來看，Galaxy Note3的表現(xiàn)相當出色，串擾的測試值只有-117.2dB，也就是說當信號只送到右聲道時，“竄”到左聲道的聲音要比右聲道的信號小117的dB左右，這樣的聲音響度是耳朵幾乎不可能聽到的。而iPhone 5的測試結(jié)果顯然要差勁了一些，串擾的測試值為-75.624dB，盡管數(shù)值上比Galaxy Note3高出了不少，但仍然是可以接受的。

階躍響應(yīng)

階躍響應(yīng)是指當系統(tǒng)的輸入為一個階躍函數(shù)時，其輸出的變化。也可以理解為當系統(tǒng)的輸入在很短時間由0變成定值時，其輸出的時域特性。分析階躍響應(yīng)有助于了解系統(tǒng)的特性，尤其是當系統(tǒng)接受快速而大幅度的變化時，可以更好地看出系統(tǒng)各個組成部分的響應(yīng)特性。在進行階躍響應(yīng)測試時，我們使用的是1kHz的信號激勵源，并將最大幅值定義為0dB，此時，調(diào)整音量，使其由最大值降至最小值，同時測量輸出電平的變化。我們可以看到每一級音量有多大，也能了解到不同設(shè)備的音階各有多少，一般來說，測試結(jié)果看起來像是一條階梯狀的曲線。

在階躍響應(yīng)的測試中，Galaxy Note3的表現(xiàn)很出色，它的測試圖形絕對是個很好的范例。圖中我們可以看到，每一級音量變化大約為-5dBu，其下降沿都較為陡峭，平臺也都很平穩(wěn)，即便是處于較低的音量級別時，系統(tǒng)噪音對輸出的影響也不是很大。隨著音量越來越低（最后一級是靜音狀態(tài)），噪音的影響也越來越大，到最后一級就基本上都是背景噪音了。

師出同門的Galaxy S4與Galaxy Note3的測試結(jié)果可謂是如出一轍，兩者的響應(yīng)特性和音階梯度都非常類似，較為明顯的差異也就是Galaxy S4的最大輸出音量要比Galaxy Note3稍低一些。

我們再來看看Nexus 5的表現(xiàn)，注意最上邊的最大音量處，可以發(fā)現(xiàn)左右聲道的輸出沒有很好地重合在一起，綠線和紫線的偏離很明顯。此時的最大音量對應(yīng)著前面提到過的最大輸出電平，而Nexus 5出現(xiàn)限幅失真的情況也正是在最大輸出電平處。事實上，直到音量降到第四級時，左右聲道的偏離現(xiàn)象才基本上消失。我們建議Nexus 5的用戶盡量不要將音量開得過大，如果確實需要較大的音量，也最好避開最高的三檔。

iPhone 5的測試結(jié)果很不錯，各級音量的下降沿都較為陡峭，平臺也很平穩(wěn)，當音量降至較低級別時，系統(tǒng)噪音對輸出的影響也不是很大。不過，在最低音量時，左右聲道的輸出存在一點偏差，但這一級別的音量人耳基本無法察覺。另外，iPhone 5的初始電平相對較高。

題外話

Nexus 5和LG G2的問題

在前面的眾多測試項目中，Nexus 5好幾次都出現(xiàn)了明顯的小問題，并且集中在左聲道峰值音量上。恰好，我們從其它渠道了解到，Nexus 5使用了與LG G2類似的平臺，盡管兩者的具體電路實現(xiàn)并不完全一致，但也值得一測，來看看LG G2是不是也有同樣的問題。

測試過程并不復(fù)雜，我們?nèi)匀皇褂?kHz頻率的正弦波作為信號源，并在設(shè)備的最大輸出電平下檢查輸出的時域信號波形。具體的測試方法和考察要點可以參考前面的THD+N測試項目（Nexus 5左聲道的限幅失真問題就是在該項測試中最先出現(xiàn)的），這里就不再贅述了。

接入信號后，這是Nexus 5所輸出的時域圖，我們在前面已經(jīng)介紹過這張圖了。我相信，你并不需要太仔細地觀察仍能發(fā)現(xiàn)圖中有哪些不協(xié)調(diào)之處。在最大音量的狀態(tài)下，Nexus 5的左聲道（圖中綠色曲線）有明顯的限幅失真，且左右兩個聲道所輸出的正弦波型并不完全一致。

再來看看LG G2的測試結(jié)果，從圖形來看，它的表現(xiàn)比Nexus 5強多了，左右聲道的波形基本上較好地重疊在一起。但如果仔細觀察，你仍能發(fā)現(xiàn)波形的下半周有輕微的偏差。通過計算THD+N，LG G2的左聲道為0.546528%，右聲道則為0.0033338%，從數(shù)據(jù)上能夠很直觀地看到這一失調(diào)。但比起Nexus 5，LG G2的這點偏差就顯得微不足道了。

那么，為何LG G2的左聲道失真要比Nexus 5小很多呢，關(guān)鍵在于輸出電平的幅度（留意觀察前兩幅圖的縱坐標刻度）。Nexus 5的峰值輸出電壓達到了1.3-1.4V，而LG G2的峰值輸出電壓則從未觸及0.7V，兩者差了足足一倍。再比較一下正弦交流信號的有效電壓值，LG G2僅有475.3mVrms，而Nexus 5左右聲道分別是843.6 mVrms和982mVrms?？梢?，LG G2給放大器施加的“壓力”（不需要放大器提供很大的增益）小得多，其相對更小的放大信號可以更完整地處于放大器的線性放大區(qū)間內(nèi)，從而避免了有可能出現(xiàn)的非線性失真問題。而反觀Nexus 5，廠商在設(shè)計時顯然沒有特別“上心”，如此大的輸出電平早已超出了放大器的線性工作區(qū)間。

為了了解更多細節(jié)，我們將THD+N的測試結(jié)果與輸出電平變化對應(yīng)在一起。從圖中可以看到，Nexus 5的三個最大音量級別（15-13級），左聲道的THD+N超過了0.3%，而右聲道則低于0.01%，左右聲道的偏差很大。而從12級音量開始，左右聲道的THD+N就幾乎都相等了。

LG G2的情況與Nexus 5有點類似，在最大音量（15級）時左聲道的THD+N 為0.55%，然后降到了0.03%。最大音量時，右聲道的THD+N為0.0045%左右，數(shù)據(jù)上基本相當于Nexus 5的右聲道在14級音量的THD+N。從13級音量開始，左右聲道的THD+N就幾乎都相等了。

事實上，Nexus 5和LG G2目前有著同樣的缺陷，但是，LG G2的做法顯然更“聰明”一點，它通過減小放大器的增益將可能出現(xiàn)的限幅失真隱藏了起來，其結(jié)果無非就是最高音量偏低（放大器不提供更大的放大倍數(shù)，輸出電平較?。?。毫無疑問，Nexus 5播放出的聲音會更大一點，但也會帶來討厭的波形失真。從用戶的角度來看，聲音小點并不致命，況且音量太大對保護聽力也沒有任何幫助。而輸出波形的失真就很難讓人接受了，對此，我們希望廠商能對Nexus 5進行一些簡單的軟件升級，比如降低系統(tǒng)的最大音量（即減小放大器的放大倍數(shù)），或許可以在不改動硬件的條件下有效避免出現(xiàn)波形失真的情況。當然，這也不意味著Nexus 5就糟透了，畢竟除了最高的3個音量需要盡可能回避外，它還有很多的音量調(diào)整空間。況且，在實際使用過程中只要別把音量調(diào)到最高，Nexus 5的表現(xiàn)還是很不錯的。endprint