音频处理算法提升扬声器音质

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         现代智能手机机身灵巧且功能强大,虽然手机尺寸随机型而有所不同,但总体而言,一款业界一流的器件可将诸多特性封装到一个大约110x60x15mm的封装中。

  如果将显示屏和电路板考虑在内的话,那么留给扬声器的空间就不多了。现在,让我们想象一下家庭影院中一个低音炮扬声器所占的空间大小,也许大多数人会觉得这完全是两码事甚至不具备任何可比性。从某种程度上来讲,的确可以这么理解。然而事实上,即便他们确实是两种截然不同的应用,但它们运行的内容却日趋相似。移动通信的高速技术(3G、3.5G、4G)及其支撑网络实现了手机音频和视频的下载功能和回放功能。手机用户在希望更高带宽的同时,也希望能有更好的音频和视频质量享受。

  问题是提升音频质量并非易事。手持设备生产厂商面临着诸多限制,其中两个主要因素就是手机外形尺寸的大小,以及音频文件的压缩程度。下面我们这两方面做些讨论。

  外形尺寸

  扬声器通过前后移动隔膜将电能转化为声波。隔膜推动空气,产生声波,经由我们的耳朵转化为声音。考虑到上面提到的尺寸限制,手机能够供以移动的空间并不大,所以只能使用带有很小隔膜的小型扬声器,而只允许小范围的移动。

  在静态集成电路里,由于扬声器需要移动而显得有些麻烦。而小扬声器没法产生很好的音频效果,而当中要数低音频率所受影响最大了。从小型便携式消费类电子产品中获得高质的音频效果确实是个挑战,而要想应对该挑战,只能依靠由工业、机电、电子学领域的设计师们组成的交叉功能团队来实现了。电子工程师提出了这一个倡仪:使用音频处理算法。

  压缩音频

  音频通常被压缩成较小文件以供用户下载。文件压缩是通过编码算法实现的(如MP3)。文件的减小可能会造成信息的缺失,最终影响音频效果。在这种情况下,音频处理算法同样也可以派上用场。

  音频处理算法

  目前,音频信号处理并提高收听体验的算法多种多样。

  基本处理算法是通过均衡器过滤不同频带振幅变化,从而克服扬声器的缺陷。通过观察扬声器的频率响应,我们可以判断出哪些可以重现哪些不能,然后可以相应地设计出均衡曲线。目标就是获取具恒定振幅的音频,无论扬声器频率的大小如何。

  基本均衡的利用在当前已经十分普遍,市面上销售的大多数音频转换器都使用了均衡技术。但遗憾的是,有时这还不足以改善音频质量。事实上,扬声器具有随着音频信号的强弱而发生改变的频率响应(参见图1)。

  


 

  图1:扬声器+音箱频率响应以及信号电平失真。
 

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