高保真音頻處理技術(shù)在家電產(chǎn)品中的應(yīng)用

王麟

（四川長(zhǎng)虹電器股份有限公司 四川省綿陽市 621000）

通常，我們將帶有語音和音效，并出現(xiàn)規(guī)律變化聲波頻率的信息載體統(tǒng)稱為音頻信號(hào)，而音頻處理技術(shù)就是處理的這個(gè)信號(hào)。隨著社會(huì)和科技的不斷進(jìn)步，人們對(duì)高品質(zhì)音質(zhì)的追求也越發(fā)強(qiáng)烈，傳統(tǒng)的音頻處理技術(shù)存在很多缺點(diǎn)，不能在保證在音頻處理中能夠提高音質(zhì)效果，所以，提高音頻處理技術(shù)的創(chuàng)新能力，研究出高品質(zhì)音頻處理技術(shù)是這個(gè)領(lǐng)域的熱門話題。

1 高保真音頻處理的分析與討論

國(guó)際上一場(chǎng)有名的音樂會(huì)舉辦完美結(jié)束，欣賞過音樂會(huì)的音樂家們紛紛夸贊歌手們唱功精湛，同時(shí)對(duì)這種高保真的音頻處理技術(shù)連連稱贊。通過先進(jìn)的音頻處理技術(shù)將音頻信號(hào)的相位和幅度補(bǔ)償，使得處理得到的音頻更生動(dòng)真實(shí)，讓聽眾可以體會(huì)到真正的身臨其境感覺。

1.1 聲學(xué)成像在提高音效品質(zhì)上的作用

傳統(tǒng)意義上的聲學(xué)成像系統(tǒng)經(jīng)過軟件應(yīng)用系統(tǒng)做出了進(jìn)一步的升級(jí)改進(jìn)，就是新一代的高保真音頻處理技術(shù)。整個(gè)聲學(xué)成像系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)版規(guī)范在了一個(gè)單級(jí)制應(yīng)用系統(tǒng)當(dāng)中就是它改進(jìn)的核心。這個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)用可以在一連串的加工處理工作的配合之下確保它運(yùn)轉(zhuǎn)過程中相對(duì)于立體聲麥脈沖信號(hào)的響應(yīng)速度。而與其不同的是：以前老舊的音頻處理過程當(dāng)中對(duì)整個(gè)音頻范圍進(jìn)行方向指令的下達(dá)作業(yè)往往需要以左右分頻處理為前提，這一類型的問題在新一代的高保真音頻處理技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用過程當(dāng)中相當(dāng)明顯的得到很好的處理。

1.2 低音增強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)版在提高音效品質(zhì)上的作用

新一代的高保真音頻處理技術(shù)能夠在應(yīng)用天然有限脈沖響應(yīng)濾波器裝置的過程當(dāng)中實(shí)現(xiàn)低音標(biāo)準(zhǔn)版特性的強(qiáng)化。這也就意味著在高保真音頻處理技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用過程當(dāng)中，整個(gè)音頻處理裝置能夠根據(jù)音源對(duì)系數(shù)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的變化作出及時(shí)性響應(yīng)，從而確保整個(gè)裝置對(duì)低音音調(diào)的增強(qiáng)處理，進(jìn)而確保高保真方案的高效實(shí)現(xiàn)。特別值得注意的一點(diǎn)在于：新一代高保真音頻處理技術(shù)當(dāng)中低音標(biāo)準(zhǔn)版的增強(qiáng)加入了有關(guān)失去基本代碼的編碼數(shù)據(jù)，這也就意味著其能夠針對(duì)基本代碼在特殊相對(duì)幅度的變化趨勢(shì)作用之下依托于低頻率泛音音調(diào)的加入來更好的體現(xiàn)頻率在高保真音頻處理過程當(dāng)中的應(yīng)用特性。

1.3 中央揚(yáng)聲器裝置在提高音效品質(zhì)上的作用

圖1：輸入信號(hào)的三個(gè)頻段

圖2：索尼PNG 高保真音頻系統(tǒng)

新一代高保真音頻處理系統(tǒng)當(dāng)中所配備的中央揚(yáng)聲器裝置從本質(zhì)上來說是一種基于左右立體聲道對(duì)共同化音頻信號(hào)進(jìn)行提取作業(yè)，并將所提取的共同化音頻信號(hào)輸送至系統(tǒng)裝置內(nèi)部的特殊性中央揚(yáng)聲器裝置，其一般性工作原理與條形音箱是基本一致的。要想在高保真音頻處理系統(tǒng)運(yùn)行過程當(dāng)中發(fā)揮中央揚(yáng)聲器裝置后所具備的此類應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，僅需要音頻處理系統(tǒng)具備支持FFT 的DSP 搭載裝置即可完成。

1.4 揚(yáng)聲器裝置優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)版在提高音效品質(zhì)上的作用

高保真音頻處理技術(shù)中揚(yáng)聲器裝置優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)版在原來具備的功能之上又增加了一些新的功能和裝置，比如增加了獨(dú)立運(yùn)行的放大器裝置，這個(gè)裝置能夠在對(duì)音頻信號(hào)處理的同時(shí)形成一個(gè)高中低頻的分類系統(tǒng)，這樣就可以保證音頻信號(hào)在分頻中準(zhǔn)確無誤，使得音響在播放音樂時(shí)能夠更加清晰且清脆。這樣就能在很大程度上改善音頻的質(zhì)量，提高音效的品質(zhì)。

2 BBE音頻處理技術(shù)的應(yīng)用與分析

2.1 BBE的工作原理

我們首先需要了解BBE 音頻處理技術(shù)的工作原理，在了解它的工作原理之前需要先認(rèn)識(shí)一下?lián)P聲器的工作特點(diǎn)。揚(yáng)聲器有許多特性，但是最為重要的是在工作時(shí)能不能產(chǎn)生瞬間的振動(dòng)能量。當(dāng)音膜振動(dòng)產(chǎn)生了瞬間的音頻信號(hào)，這些信號(hào)速度非常快并且?guī)в兄C波，如果諧波的相位和幅度發(fā)生變化，就會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生的音頻信號(hào)失真。揚(yáng)聲器瞬間的信號(hào)響應(yīng)表現(xiàn)為幅頻響應(yīng)，但是相位頻響也是值得注意的。而幅頻響應(yīng)和相位頻響的精確度直接關(guān)系到功放的聲音質(zhì)量。如果幅頻響應(yīng)的曲線符合線性關(guān)系，那么說明高低頻關(guān)系沒有問題。如果相位特性曲線符合線性關(guān)系，這樣就會(huì)使得高低頻將按照音頻信號(hào)給出的順序傳入聲膜，就會(huì)出現(xiàn)身臨其境的感覺。BBE 系統(tǒng)可以準(zhǔn)確無誤的來回調(diào)整音頻信號(hào)的高頻、中頻和低頻的相位關(guān)系，從而解決了上面的問題。揚(yáng)聲器其中的一個(gè)特性是高頻延遲的時(shí)間長(zhǎng)，BBE 系統(tǒng)根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)，讓低頻延遲時(shí)間也增加，擬合出了鏡像延遲時(shí)間曲線，這樣就可以消除聲音失真。

2.2 BBE 音頻高分辨率處理芯片

現(xiàn)在市場(chǎng)上常用的BBE 音頻處理芯片主要有XR-1075，XR-1071，BA3884 和M2150A 等芯片。XR-1071 芯片和M2150A 芯片是現(xiàn)在比較先進(jìn)的BBE 音頻處理芯片，跟以前的芯片相比有巨大的改進(jìn)，它們都應(yīng)用于雙聲道配對(duì)音響，主要用來加強(qiáng)音響的音質(zhì)立體效果，不管發(fā)聲的源頭是什么，都能做到讓使用者有如臨現(xiàn)場(chǎng)的感覺。而對(duì)于XR-1071 來說，它是用雙極性器件制造而成的，幾乎沒有噪音，聲音不會(huì)失真，調(diào)節(jié)范圍大等特點(diǎn)。

XR-1071 測(cè)試條件：Ta =25℃，VCC-+5VDC, VEE=-5VDC

2.3 BBE音頻信號(hào)處理的方式

2.3.1 相位補(bǔ)償

輸入信號(hào)根據(jù)頻率的高低分成三個(gè)階段，分別為低頻，中頻和高頻（圖1）。聲音的基波位于中頻階段，高次諧波位于高頻階段。所以我們一般讓中頻段和高頻段的相位再次組合使用。相位差調(diào)整了每個(gè)階段的延遲特性，調(diào)整低頻段延遲2.5 毫秒，而中頻段延遲0.5毫秒，然后調(diào)節(jié)聲音的上升邊緣失真最小。

2.3.2 幅度補(bǔ)償

通過高速檢波器和高性能的VCA 電路( 用于高音成分的幅度控制)，提高高音區(qū)域( 由諧波組成) 的能聽度和平衡度。以通過“DEFINITION”輸入端的直流電平為基礎(chǔ)，來計(jì)算補(bǔ)償值。從以上的計(jì)算得到一個(gè)內(nèi)部控制信號(hào)來補(bǔ)償輸入VCA 的高音成分的幅度，通過幅度補(bǔ)償恢復(fù)了諧波成份，提高重放聲音的清晰度。通過“DEFINITION”控制，可對(duì)各種不同口徑的揚(yáng)聲器和不同的聽音環(huán)境進(jìn)行調(diào)整，來滿足聆聽者的個(gè)人愛好。

2.3.3 低音提升

恢復(fù)了高次諧波的時(shí)間位置和幅度，還需適當(dāng)?shù)牡鸵魜韺?shí)現(xiàn)最佳平衡。為了得到最佳頻響平衡，處理系統(tǒng)采用了低音提升電路。從50～ 150 Hz 可實(shí)現(xiàn)最理想的線性上升，最大提升幅度可達(dá)9.9 dB。低音提升控制是通過配合高頻段的動(dòng)態(tài)改變，以給出更完美的聲音。

2.3.4 電源連接

XR-1071 是原廠推薦應(yīng)用電路圖對(duì)模擬基準(zhǔn)來說具有內(nèi)部偏置，在單端供電應(yīng)用中不需要外部偏置電源。但XR-1071 也可用于雙電源供電，這時(shí)BBE Gnd 輸出處于兩供電電壓的約一半之處。

3 創(chuàng)新高保真音頻處理技術(shù)在家電中應(yīng)用

溫州市的創(chuàng)嘉科技有限公司用的是美國(guó)EXAR 公司的XR-1071芯片，而且引用了美國(guó)BBE sound Inc.公司很有名且質(zhì)優(yōu)的BBE處理系統(tǒng)—SCE-100 型電路，而研制成的嘉韻( CLARION )一號(hào)BBE 處理器的實(shí)路印板圖，如下圖2 所示。在使用時(shí)，需要用戶著重注意要按不同的音源和聽音地點(diǎn)來調(diào)整實(shí)際使用的電高低音提升量。特別是高音清楚的程度提升要趨向完美。原因是這個(gè)電路的矯正效果是十分明顯的，正常調(diào)到居中的話有些許小，就可獲得很好不錯(cuò)的效果。若是一直要求高提升量，也許會(huì)因?yàn)楦咭籼^超前，有些作做、沒有自然流暢，會(huì)影響到用戶的聽感。一般使用的情況，把BBE 處理系統(tǒng)增加到不一個(gè)檔次的音頻重放設(shè)備中，都可以在相當(dāng)大的程度上提高該設(shè)備音頻重放效果的清楚程度、保真度、臨場(chǎng)感和場(chǎng)面氛圍感。比如，日本索尼公司采用該技術(shù)研發(fā)而成的CMT-SX7B AirPlay，具有非常好的效果，如圖2 所示。

資深音樂人Chrisvernon 于2004年創(chuàng)辦英國(guó)音頻技術(shù)公司Sonia，這個(gè)公司主要開發(fā)制作新一代的數(shù)字音頻處理技術(shù),它面向的市場(chǎng)有iPod 底座系統(tǒng)、平板電視、筆記本電腦、有源音箱、MP3 播放器和家庭影院等。Sonia 獲得的投資含有ARM 創(chuàng)始人在內(nèi),它的目標(biāo)是要成為3DHD 音頻的最大供應(yīng)商。Sonia 揚(yáng)聲器優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)版通過在消音室的測(cè)驗(yàn)來為揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器和箱身性能量身定做一套方案。與此同時(shí), Sonia 也用相位（時(shí)域）優(yōu)化以及頻域處理技術(shù),呈現(xiàn)了一個(gè)比單用頻域處理的解決方案準(zhǔn)確率更高的聲音再現(xiàn)效果。和別的通用的“空間優(yōu)化”對(duì)比,該方案優(yōu)化了揚(yáng)聲器，并不是改造了空間、所以相當(dāng)大的降低了聲音失真的程度,聽感上聲音會(huì)更加的清晰又自然。

4 結(jié)論

我國(guó)的科學(xué)技術(shù)在飛速的發(fā)展，社會(huì)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)得到了進(jìn)一步的完善。人民群眾的物質(zhì)和精神文化需求都對(duì)現(xiàn)在時(shí)期的音頻處理的技術(shù)有了更加全面與系統(tǒng)的發(fā)展要求。目前技術(shù)條件支持下音頻技術(shù)解決的最主要的發(fā)展方向是高保真音頻處理技術(shù)，它在音效的改進(jìn)過程中具有很重要的意義。總的來說，以上文章論述是對(duì)新高保真音頻處理技術(shù)相對(duì)于音效的提升作用一系列的問題做出了著重的分析與說明，希望能夠引起各方關(guān)注與重視。