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

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探究智能手機音頻系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

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

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

【關(guān)鍵詞】智能手機；音頻系統(tǒng)；高清聲音

智能手機的重要功能就是語音業(yè)務的功能，手機語音質(zhì)量的好壞，起決定作用的是手機音頻系統(tǒng)的設計，隨著智能手機的功能越來越強大，人們對手機的功能要求也越來越高，智能手機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。特別是在移動互聯(lián)網(wǎng)不斷發(fā)展的情況下，智能手機的音頻系統(tǒng)成為人們衡量手機功能、質(zhì)量好與壞的重要標準之一。

一、音頻電路的設計

（1）麥克風電路的設計

麥克風是智能手機的音頻系統(tǒng)的輸入口，需要具備錄音與擴音兩大功能。麥克風需要具備良好的性能和噪聲抑制的功能，同時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。我們選取麥克風的駐極體（ECM）為共達（GETTOP）生產(chǎn)的麥克風作為系統(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RC濾波電路，實現(xiàn)對麥克風的電路供電，保證麥克風的電壓頻率在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的主要功能是自動調(diào)節(jié)麥克風兩端的電壓，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對音頻電路帶來的影響。

（2）音頻功放電路的設計

音頻功放電路的設計直接影響著智能手機揚聲器的音頻質(zhì)量，在具體的設計中，需要綜合的考慮各個因素，在這里我們選擇AB類音頻功率放大器NCP2991功率放大器。

通過對功放的穩(wěn)壓電路情況進行分析，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）電路的負載動態(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）電路工作的啟動時間為10～30毫秒之間；

5）系統(tǒng)電路采用單端的輸出時可以忽略POP噪聲。

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

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

（3）受話器電路的設計

受話器是智能手機中的重要的電聲元器件，它的功能是將音頻電信號轉(zhuǎn)換為聲頻電信號，具有良好的性能，受話器輸出的信號主要是基于一個壓力場的聲信號，因此，對受話器的電路設計十分重要。

受話器電路采用雙端差分輸入接口，這樣可以對兩路的信號進行控制，控制器控制器AB3100分別向電路傳輸兩路信號源，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，將音頻的信號干擾降低到最低，V3103的功能是受話器進行保護，防止電路中的靜電對受話器造成損傷。

二、手機音腔設計

（1）后聲腔的設計

后聲腔對智能手機的音質(zhì)品質(zhì)影響十分重要，它主要對音頻信號的低頻信號產(chǎn)生影響，對音頻信號的高頻影響作用不是十分強烈，而智能手機的音質(zhì)主要是由低頻信號和低頻波峰點的頻率決定的，波峰點的頻率越低，低音效果就越好，手機的低音效果就越好。因此，對手機后聲腔的設計，主要以降低音頻的低頻共振點的頻率，加強低頻的分量為主，是提高智能手機音質(zhì)的重要方式。一般情況下，手機的后音腔體積會不斷的增大，這時它的低頻共振峰點就會隨著體積的變大而降低，所得到的聲頻信號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，聲信號的低頻性能在后聲腔的體積增大到某一個范圍值時，低頻特征就會急劇的下降。

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

（2）前聲腔的設計

手機音頻系統(tǒng)的前聲腔對智能手機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，對聲頻的低頻影響不是很大，而是對高頻的影響比較大。而且隨著前音腔的體積增大，聲頻的響應曲線的高頻共振峰點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聲頻輸出的要求，但是在具體的設計過程中，需要根據(jù)音色的情況，考慮手機出聲孔的設計，需要聯(lián)合對二者進行設計，因為前聲腔與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，在具體的設計過程中，如果前聲腔體積偏小時，會對手機的聲腔造成影響，會增加出聲孔對手機高頻分量的頻率，這樣就會給手機的設計帶來影響，不利于智能手機的音頻的設計。

（3）出聲孔的設計

出聲孔的大小對智能手機音頻影響十分關(guān)鍵，結(jié)合音頻電路的設計，對手機出聲孔的位置、數(shù)量和具體的分析和孔之間的間隔進行設計，這樣才能有效的保證出聲的音質(zhì)。對手機音頻出聲孔的設計，需要結(jié)合前音腔和后音腔的體積，對其進行設計。前聲腔體積越大，出聲孔的其他因素對聲的高頻頻頻影響就不是十分明顯。出聲孔的大小對手機的音頻曲線的影響十分顯著，它影響著手機音頻段的所有頻段，而且出聲孔的位置、數(shù)量以及出聲孔的間隔也會對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，就會使得手機的音頻曲線的升壓迅速下降，導致手機的聲音聲強壓力變小，導致手機的聲音不能滿足要求。同樣，如果將手機的出聲孔的面積設計過大，手機的聲頻的高低頻諧振點都會相應的增大，通過上面的分析可以看出，出聲孔的面積過大，對聲頻的高頻段會產(chǎn)生影響，而對低頻段影響不大，所以說手機的出聲孔的大小主要影響手機聲頻的高頻性能。

三、結(jié)束語

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

參考文獻

［1］張佳進，陳立暢，唐愛.基于FT311 D的Android移動設備硬件接口拓展設計［J］.單片機與嵌人式系統(tǒng)應用，2014（3）.

［2］Ericsson AB3100 Analog Baseband Controller datasheet， Ericsson Company INC.，2006.