探究智能手機(jī)音頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

廣東省通訊終端產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心 李 惠 邱秀鳳 邱淋用 黃廣斌

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探究智能手機(jī)音頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

廣東省通訊終端產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心 李 惠 邱秀鳳 邱淋用 黃廣斌

【摘要】音頻系統(tǒng)在智能手機(jī)中具有十分重要的作用，有效的對(duì)手機(jī)的音頻系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，能夠提高手機(jī)的性能和聲音的品質(zhì)。通過對(duì)手機(jī)的麥克風(fēng)、受話器、音頻功放電路等相關(guān)的電路設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，并對(duì)手機(jī)的后音腔、前音腔、出聲孔等相關(guān)的影響因素進(jìn)行探究，分析了出聲孔的面積與手機(jī)音頻系統(tǒng)的低頻諧振峰點(diǎn)之間的關(guān)系，指出了影響智能手機(jī)音頻系統(tǒng)的主要因素。

【關(guān)鍵詞】智能手機(jī)；音頻系統(tǒng)；高清聲音

智能手機(jī)的重要功能就是語音業(yè)務(wù)的功能，手機(jī)語音質(zhì)量的好壞，起決定作用的是手機(jī)音頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，隨著智能手機(jī)的功能越來越強(qiáng)大，人們對(duì)手機(jī)的功能要求也越來越高，智能手機(jī)的功能不再局限于傳統(tǒng)的語音與短信的功能，還需要為人們提供音樂、視頻等娛樂元素的功能，以滿足人們生活不斷增長的需要。特別是在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)不斷發(fā)展的情況下，智能手機(jī)的音頻系統(tǒng)成為人們衡量手機(jī)功能、質(zhì)量好與壞的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。

一、音頻電路的設(shè)計(jì)

（1）麥克風(fēng)電路的設(shè)計(jì)

麥克風(fēng)是智能手機(jī)的音頻系統(tǒng)的輸入口，需要具備錄音與擴(kuò)音兩大功能。麥克風(fēng)需要具備良好的性能和噪聲抑制的功能，同時(shí)它還是一種有源電聲元器件，在具體的工作中還需要一定的電源供電。我們選取麥克風(fēng)的駐極體（ECM）為共達(dá)（GETTOP）生產(chǎn)的麥克風(fēng)作為系統(tǒng)的電聲元器件。

在具體的工作過程中，需要在麥克風(fēng)上加載偏置電壓，才能有效的保證電路的正常工作，在電路圖中，R3100、R3107、L3100、L3107與C3113組成一個(gè)RC濾波電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)麥克風(fēng)的電路供電，保證麥克風(fēng)的電壓頻率在50HZ工頻的電壓噪聲。在組成的濾波電路中，R3100的選擇十分重要，要求它的阻值在1～2000歐姆之間，R3100的大小決定了駐極體內(nèi)部的電壓工作區(qū)間，只有在其工作的飽和區(qū)間才能有效的保證麥克風(fēng)電路正常的工作。而電路中的可變電阻R3112的主要功能是自動(dòng)調(diào)節(jié)麥克風(fēng)兩端的電壓，使其電壓穩(wěn)定在2.2伏左右，才能有效的抑制電路中共模信號(hào)對(duì)音頻電路帶來的影響。

（2）音頻功放電路的設(shè)計(jì)

音頻功放電路的設(shè)計(jì)直接影響著智能手機(jī)揚(yáng)聲器的音頻質(zhì)量，在具體的設(shè)計(jì)中，需要綜合的考慮各個(gè)因素，在這里我們選擇AB類音頻功率放大器NCP2991功率放大器。

通過對(duì)功放的穩(wěn)壓電路情況進(jìn)行分析，可以知道該電路具有如下的電氣特性：

1）保證電路的額定輸出功率為1.35W；

2）電路的負(fù)載動(dòng)態(tài)在4-8歐姆之間；

3）電路的工作電壓在2.5-4.5伏之間；

4）電路工作的啟動(dòng)時(shí)間為10～30毫秒之間；

5）系統(tǒng)電路采用單端的輸出時(shí)可以忽略POP噪聲。

6）當(dāng)整個(gè)音頻電路處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，電路具有超低的電流特性，一般低于10nA。

通過對(duì)音頻電路的設(shè)計(jì)，整個(gè)電路采用的是VBAT供電模式，單邊輸入供電的模式對(duì)電路進(jìn)行供電，電路中的C3137作為濾波電容，用于對(duì)電路耦合過程中的噪聲抑制，R3106與R3102的主要功能是對(duì)電路中的增益進(jìn)行控制和管理。

（3）受話器電路的設(shè)計(jì)

受話器是智能手機(jī)中的重要的電聲元器件，它的功能是將音頻電信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲頻電信號(hào)，具有良好的性能，受話器輸出的信號(hào)主要是基于一個(gè)壓力場的聲信號(hào)，因此，對(duì)受話器的電路設(shè)計(jì)十分重要。

受話器電路采用雙端差分輸入接口，這樣可以對(duì)兩路的信號(hào)進(jìn)行控制，控制器控制器AB3100分別向電路傳輸兩路信號(hào)源，其中電容V3103與V3105均為33pF與L3104、L3105形成濾波電路，共同濾除電路中的高頻噪聲源，將音頻的信號(hào)干擾降低到最低，V3103的功能是受話器進(jìn)行保護(hù)，防止電路中的靜電對(duì)受話器造成損傷。

二、手機(jī)音腔設(shè)計(jì)

（1）后聲腔的設(shè)計(jì)

后聲腔對(duì)智能手機(jī)的音質(zhì)品質(zhì)影響十分重要，它主要對(duì)音頻信號(hào)的低頻信號(hào)產(chǎn)生影響，對(duì)音頻信號(hào)的高頻影響作用不是十分強(qiáng)烈，而智能手機(jī)的音質(zhì)主要是由低頻信號(hào)和低頻波峰點(diǎn)的頻率決定的，波峰點(diǎn)的頻率越低，低音效果就越好，手機(jī)的低音效果就越好。因此，對(duì)手機(jī)后聲腔的設(shè)計(jì)，主要以降低音頻的低頻共振點(diǎn)的頻率，加強(qiáng)低頻的分量為主，是提高智能手機(jī)音質(zhì)的重要方式。一般情況下，手機(jī)的后音腔體積會(huì)不斷的增大，這時(shí)它的低頻共振峰點(diǎn)就會(huì)隨著體積的變大而降低，所得到的聲頻信號(hào)的低頻特性也在不斷的改善，得到的音質(zhì)也就比較好，但是，二者之間的關(guān)系也不是線性變化的，聲信號(hào)的低頻性能在后聲腔的體積增大到某一個(gè)范圍值時(shí)，低頻特征就會(huì)急劇的下降。

需要說明的是，不同的聲音低頻信號(hào)還是要受到揚(yáng)聲器的性能和特征的影響和揚(yáng)聲器的單體品質(zhì)的影響，盡管在理想的情況下，在后聲腔的設(shè)計(jì)下安裝揚(yáng)聲器，也不一定能夠達(dá)到單體揚(yáng)聲器的品質(zhì)，而且不同直徑的揚(yáng)聲器的性能和品質(zhì)對(duì)智能手機(jī)的音質(zhì)也影響著聲頻信號(hào)的低頻特性。

（2）前聲腔的設(shè)計(jì)

手機(jī)音頻系統(tǒng)的前聲腔對(duì)智能手機(jī)的音頻輸出影響也是比較大的，但是，它與后聲腔的影響恰好相反，對(duì)聲頻的低頻影響不是很大，而是對(duì)高頻的影響比較大。而且隨著前音腔的體積增大，聲頻的響應(yīng)曲線的高頻共振峰點(diǎn)隨著前聲腔的體積而增大，二者之間幾乎呈線性關(guān)系的變化。

前聲腔的大小要適中，使得聲頻系統(tǒng)的總體效果剛好能夠滿足手機(jī)聲頻輸出的要求，但是在具體的設(shè)計(jì)過程中，需要根據(jù)音色的情況，考慮手機(jī)出聲孔的設(shè)計(jì)，需要聯(lián)合對(duì)二者進(jìn)行設(shè)計(jì)，因?yàn)榍奥暻慌c出聲孔的大小是成正比的，如果需要甜美的聲音，采用大聲孔就不能滿足要求。但是，在具體的設(shè)計(jì)過程中，如果前聲腔體積偏小時(shí)，會(huì)對(duì)手機(jī)的聲腔造成影響，會(huì)增加出聲孔對(duì)手機(jī)高頻分量的頻率，這樣就會(huì)給手機(jī)的設(shè)計(jì)帶來影響，不利于智能手機(jī)的音頻的設(shè)計(jì)。

（3）出聲孔的設(shè)計(jì)

出聲孔的大小對(duì)智能手機(jī)音頻影響十分關(guān)鍵，結(jié)合音頻電路的設(shè)計(jì)，對(duì)手機(jī)出聲孔的位置、數(shù)量和具體的分析和孔之間的間隔進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣才能有效的保證出聲的音質(zhì)。對(duì)手機(jī)音頻出聲孔的設(shè)計(jì)，需要結(jié)合前音腔和后音腔的體積，對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)。前聲腔體積越大，出聲孔的其他因素對(duì)聲的高頻頻頻影響就不是十分明顯。出聲孔的大小對(duì)手機(jī)的音頻曲線的影響十分顯著，它影響著手機(jī)音頻段的所有頻段，而且出聲孔的位置、數(shù)量以及出聲孔的間隔也會(huì)對(duì)音腔頻響曲線造成影響。但是，如果出聲孔的面積低于某一固定的音閾時(shí)，就會(huì)使得手機(jī)的音頻曲線的升壓迅速下降，導(dǎo)致手機(jī)的聲音聲強(qiáng)壓力變小，導(dǎo)致手機(jī)的聲音不能滿足要求。同樣，如果將手機(jī)的出聲孔的面積設(shè)計(jì)過大，手機(jī)的聲頻的高低頻諧振點(diǎn)都會(huì)相應(yīng)的增大，通過上面的分析可以看出，出聲孔的面積過大，對(duì)聲頻的高頻段會(huì)產(chǎn)生影響，而對(duì)低頻段影響不大，所以說手機(jī)的出聲孔的大小主要影響手機(jī)聲頻的高頻性能。

三、結(jié)束語

智能手機(jī)的音頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要綜合考慮多方面的因素，對(duì)手機(jī)的麥克風(fēng)、受話器、耳機(jī)、音頻功放等電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，將電路中的增益降低到合適的位置，便于有效的對(duì)手機(jī)的聲音進(jìn)行控制。通過對(duì)手機(jī)的揚(yáng)聲器、后音腔、前音腔、出聲孔等相關(guān)特征進(jìn)行分析，對(duì)手機(jī)音頻的影響還有對(duì)手機(jī)聲頻的諧振曲線進(jìn)行分析，要能夠避免手機(jī)聲頻受到低頻的缺失與高頻的刺激帶來的手機(jī)聲音失真，影響手機(jī)的音質(zhì)。

參考文獻(xiàn)

［1］張佳進(jìn)，陳立暢，唐愛.基于FT311 D的Android移動(dòng)設(shè)備硬件接口拓展設(shè)計(jì)［J］.單片機(jī)與嵌人式系統(tǒng)應(yīng)用，2014（3）.

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