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利用心理聲學低音增強技術 ,克服超薄智慧型手機的物理限制
 
【作者: Charles Limonard,Dialog Semiconductor,Product Marketing Manager】   2013年12月23日 星期一

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消費者愈來愈常將智慧型手機做為他們的主要音樂儲存及消費裝置,這就導引出一種需求,智慧型手機需使用更精密複雜的音訊編解碼技術,這類技術具有專屬的數位訊號處理器(Digital Signal Processor)及先進的新軟體,可以提供心理聲學低音增強功能。這讓消費者在聽音樂時得以感受到音樂中更豐富、更低沉的低音效果,聽覺享受勝過現今的超薄智慧型手機揚聲器所能提供。


音訊編解碼IC能為所有音訊信號提供開關及路徑中樞。Codec(編解碼器)是Coder-Decoder (編碼器-解碼器)的縮寫,一般是指類比至數位轉換器(ADC)及數位至類比轉換器(DAC)。音訊可能來自多個來源,包括內建在手機中的麥克風、有線或藍芽耳機,或是在通話中交由手機基頻處理器處理的語音等。針對手機內建揚聲器、擴大器、有線或藍芽耳機、頭戴式耳機或揚聲器,以及在通話中傳送至基頻處理器的語音,不同的輸出方式是必要的。


例如,你正使用有線頭戴式耳機聆聽手機裡的音樂時,此時若有來電,就得停下音樂並導引至免持聽筒模式中的鈴聲,或是兩者混合。如果你接聽了這通來電,你可能會想使用你的頭戴式耳機,但是不要讓對話在免持聽筒模式中被廣播出來。



圖一 : 數位訊號處理器編解碼範例(DSP Codec):Dialog Semiconductor的DA7320
圖一 : 數位訊號處理器編解碼範例(DSP Codec):Dialog Semiconductor的DA7320

在下載音樂時,你通常能選擇音樂的位元率(bit-rate)。較高的位元率可以讓音質較好,但是一首曲子就需要更多的儲存空間。音樂的位元率可能是每秒256千位元組(kbp/s),鈴聲則是64千位元組。這兩種音訊信號無法只是簡單的加在一起,它們必須被轉換為相同的取樣率。在結合來自不同音源的音訊信號時,這些訊號的兩種時脈可能是不同步的。存在於編解碼器或數位訊號處理器引擎的非同步取樣率轉換器(Asynchronous Sample Rate Conversion, ASRC)技術,可以將這些經過取樣率轉換的音訊信號同步。


與心理聲學低音增強有關的一大創新,在於它能解決超薄智慧型手機揚聲器缺少低音的問題。簡單的物理原則告訴我們,揚聲器圓錐體的表面積越小,則揚聲器重生(reproduce)低頻的能力就會降低,這是因為它無法移動足夠的空氣,所以無法在可聽見的音量範圍內重生那些低頻。 許多智慧型手機揚聲器擁有數百赫茲的低截止頻率( low cut off frequency),但是大部分音樂中的低音都遠低於此,無法由揚聲器重生,所以無法吸引人耳。


解決方法很簡單且巧妙:有一些方法可以欺騙你的大腦,讓它以為聽到了揚聲器無法重生的頻率。我們混合低頻的泛音(overtones)和低音(undertone),然後大腦會填補少掉的基音(fundamentals),這讓聽者可以感知到低頻。如此一來,心理聲學低音增強解決方案能讓小型揚聲器傳輸出更強的低音,創造更棒的聽覺體驗。


數位訊號處理器的動態範圍壓縮(Dynamic Range Compressor, DRC)演算法可以放大柔和訊號,並降低太大聲的訊號,這種訊號可能會損害揚聲器,結果就是「平均」音量會較高,所以聽起來就比較大聲。電視廣告時間就會使用這種動態範圍壓縮(DRC)技術,你的耳朵會察覺它變得比較大聲,然而峰值訊號和非廣告時間是一樣的。在嘈雜環境中戴著耳機時,這個方法也有所幫助:當我們很難聽到柔和聲音及不夠大聲的響亮聲音時,動態壓縮技術可以「讓我們的耳朵好過些」。


現今的智慧型手機採用了許多其他的演算法,包括五頻道等化器(5-band equalizer)、風聲、噪音及雜訊減少、回音消除、立體擴大效果及3D音效等,智慧型手機及個人音訊裝置已經能提供真正的高傳真音響(Hi-Fi),但這個領域仍然期待更多的創新。


對音訊編解碼器業者而言,趨勢是很明顯的:更多的類比及數位輸入和輸出,處理能力更強大的數位訊號處理器引擎,但同時功耗要最小化。這將讓消費者能從智慧型手機中獲得更優質的音響效能,滿足他們期望。




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