手机耳放趋向HiFi，电路设计面临新挑战

摘要：在小米公司近期举行的小米Note发布会中，小米掌门人雷军特别提及了ADI的ADA4896运算放大器，为消费者带来HiFi级的耳放体验。本文通过走访ADI的放大器专家，指出部分手机厂商已不满足声音音质的完善，还在追求听感效果，并进一步探讨了实现HiFi耳放的设计考虑。

1 本土厂商：从音质到音感的飞越

　　近两三年来，本土手机厂商在音频方面正追求极致。据ADI公司消费性产品亚洲区市场行销经理Stephen Wu称，他在过去接触了几家中国手机客户之后，发现他们对声音的要求越来越高。过去对声音的要求是干净、没有杂音，但现在他们更关注心理层面的体验。“他们已经跳离了过去便宜又好的设计方针，现在追求的可能是类似一台四位数、五位数价钱放大器的效果，音效可以实现声音甜美、透明、温暖甚至听了想流泪等心理层面的感觉。”

　　不过，由于手机腔体过小，手机内置喇叭已经无法实现音质的完美呈现，因此客户会采用耳放技术，再让耳放连接耳机。ADI公司通讯和消费客户事业部销售经理赵传禹先生指出。“手机如果搭配比较好的耳机，完全可以达到近似HiFi(高保真)的效果。”

　　HiFi效果包含音质和音感。音质是客观的，可以通过信噪比、动态范围等指标测量出来。听感是主观的，可能有人喜欢圆润一点、有人喜欢尖锐一点的声音，因人而异。这两方面是客户设计时兼顾的平衡。

　　为了在指标上把音质的出色性体现出来，vivo、魅族、小米等手机厂商在市场宣传方面会大肆渲染。听感方面，他们也会找很多金耳朵，不仅从每家公司的内部，还会找很多音乐发烧友，请他们来听和评判，怎样的听感是比较理想的结果。

2 音质挑战

　　手机要做到HiFi，有三个较大的音质损失环节，一是采样频率的转换，因为CD有44.1kHz或者48kHz等的采样频率、16bit，但是对于手机，手机对音频信号的处理只能是固定在少数特定采样频率，这样对于高品质音源信号就往往需要进行采样频率的转换，转换过程容易造成音质损失。第二个环节是数字信号转换成模拟信号。第三就是输出的信号通常比较微弱，要推动耳机必须要做信号的放大，放大也会有音质损失。

　　vivo、小米首先解决了从数字到模拟的挑战，方法是采用专用的Audio DAC，使音质不受损失，可以把信噪比做得很好。转换完成之后，ADI和其他一些公司所提供电源、模拟运算放大器，解决了从小信号放大成大信号(来推动耳机)环节里导致的音质损失。

　　HiFi耳放的运放有几种，一种是一级放大，像锤子(包括魅族)手机只用了一个运放。小米Note以及Vivo X5 Max的方案是两级运放，以提供更好音质以及听感的输出信号。由此看出，如果移动终端厂商想做一些差异化，就得在放大电路上下足功夫，一种办法是左右声道分离，共两路(图1);还有一种方法是做多级放大，以更加精细的调理输出信号，从而保证音频输出的音质和听感的平衡,这两级对运放的要求是不太一样的，第一级通常更多关心性能指标，把信噪比提高，第二级的驱动能力是关键，即要推得动各种耳机，使听感比较理想。例如一些发烧级的耳机可能会高达一两千美元，阻抗可能达到300~600Ω，需要很大的推力，推力不足就会失真，无法享受到高端音响设备所能提供的震撼感。

　　ADI给小米的芯片方案——ADA4896，当初并不是为声音设计的，是用于工业仪器的。因为高保真(HiFi)应用的本质也是要求足够精准、失真小、干扰小。而且现在越来越多的应用是跨界的，ADI的策略是把一些其它领域的芯片改进后，推给消费客户。

　　除了ADA4896，ADI还推荐AD4841音频放大器，可以实现业界同类运放的最低功耗，以及兼顾性能的低成本设计。

3 HiFi到底是不是未来趋势?

　　4G、WIFI等无线通讯的快速发展是促成HiFi流行的关键因素之一。例如4G、5G通信之后，频带更宽，运营商可以推无损音乐、4K高清影像等。

　　从指标上看，现在一些热门的移动终端设备的在失真、噪声方面都已经做到极高的水准，相当于上千元入门级音乐播放器上才能做到的指标，但如今手机上就可以享受这样的效果。所以从技术的演进角度，可以预见便携式的音乐播放器可能很快会被手机所取代。

　　但是针对特别的音乐发烧友，有很多时候会追求某一个频段的音感效果，这是手机无法照顾到的细分市场。这块市场也许有时由5位数、6位数的顶级器材堆积起来弥补的。但相比之前，大家拿手机只是听MP3流行歌曲的时期，现在手机搭配较好的耳机后，已可以体验到近似音乐会的听觉享受，这是一个巨大的技术进步，与多年前手机照相取代卡片相机的过程类似。尽管现在也有人拍照使用单反相机，但是对于绝大多数人而言，用手机拍照可以基本满足日常需要。

　　那么，一些大牌手机厂商为何没有一些大牌厂商为何没有投入手机HiFi的阵营?这是仁者见仁，智者见智。HiFi应该是人们追求的最终体验，实际上多种技术可以实现这种体验。小米、vivo等后面加上二级运放是一种方式。一些大牌手机的音质也已经比过往有大幅度提升。从这些厂商角度，它们也许不认为HiFi是手机主要的差异点或卖点，因此就不用在这上面投资。因为投资这种电路对布板面积要求很高，这也是跟每家手机厂商对自己的定位有关系。因此，每家公司只要找准定位，都可以有很好的市场。现在有越来越多的厂商把HiFi作为自己的卖点，使人们对HiFi未来的前景充满乐观。

　　另外，这和社会习惯也有关。在中国，人们听耳机的机会比较多。在美国，开车的机会相对更多。所以听音乐的时候，在美国可能选择HiFi台式设备。高端产品每年都只出一款，因此可能不会为中国市场特别定制。但是中国本土企业会有很多新产品。

4 声音的未来：声音识别

　　作为一家专注音频的公司，ADI多年前收购了MIT Lyric lab，是麻省研究院的一个学术单位，主要聚焦在人工智能上，例如，如何更清楚地抓取声音，尤其是在嘈杂、复杂的环境下识别声音信号。现在美国热议的一个话题是，未来当你用声音操控人机界面设备时，不需要关掉家里所有的声音，可以身处嘈杂环境或看电视时随时控制。

参考文献：

　　[1] 兰建军,侯思泽,李超.基于Δ-Σ调制技术的无线音频传输装置.电子产品世界,2014(11):28

　　[2] Brown J.功率和音频：不折不扣地集成在一起.电子产品世界,2012(4): 57

　　[3]Ian Smith高能效音频延长电池寿命.电子产品世界,2012(5): 49

　　[4]叶钟灵.手机改变世界(1).电子产品世界,2015(5):5

　　[5]王莹.摆脱价格战,靠品质立足.电子产品世界,2012(4):21