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iPhone 7为何音质差?原来是手机HiFi捣的鬼

2017-7-17 11:16| 发布者: zjmanager| 查看: 577| 评论: 0|来自: 快科技

摘要: 手机HiFi是什么?HiFi又有哪些技术指标?常见手机HiFi芯片有哪些类型,手机HiFi又有着怎样的表现?看完这篇文章你就知道啦!

  智能手机的快速发展,手机HiFi一直都是一个热度不减的话题,近期发布的不少手机也都在主打HiFi音质:采用ES9318 DAC+耳放二合一音频芯片的vivo X9s Plus,采用AKM HiFi芯片并配备HUAWEI histen音效的荣耀9,支持蓝牙aptX & aptX HD高清音乐传输的一加5等等,都证明了手机音频在业界一直存在于重要位置。那么什么是手机HiFi?HiFi又有哪些技术指标?常见手机HiFi芯片有哪些类型?手机HiFi又有着怎样的表现?看完这篇文章你就知道啦!


  HiFi全称High Fidelity,直译为"高保真”,说白了就是与原来的声音高度相似的重放声音。在网络上传播数字音乐往往需要压制一下,就有了有损压缩和无损压缩,我们常见是MP3是一种有损压缩,会对音质有影响。

  播放音乐则是将数字信号转变成模拟信号,然后将模拟信号放大后传导到耳机或音箱。手机HiFi就是让最后播放出来的音乐接近制作人员制作完毕想让你听到的声音,也就是音质好。

  当然音质和听感并不是一个概念,之所以说音频是一门玄学,是因为听感会因人而异,所以才有“金耳”、“木耳”之说,而音频终端的耳机或者音响也会因为各种差异而存在不同的输出表现。同时,杜比音效,SRS音效这类东西都是制造失真来提升听感的。我们在这里聊的手机HiFi,更多是在说作为输出前端的手机能有怎样的音频输出。

HiFi有哪些常见技术指标

  对于音频老烧来说,手机作为前端往往都是他们不屑一顾的,因为手机HiFi对比专业的音频播放器来说存在着难以弥补的硬件差距,这个笔者会在后边提到。但对于普通消费者来说,一款经过精心音频系统设计的手机已经足够作为音频入门的玩具。

  相信用手机听歌的用户也不在少数,但了解HiFi的人却并不多,而且去看专业的音频评测,有许多技术指标看不懂,但了解音频的又不愿意多做解释。音响系统常见的技术指标有: 频率响应、信噪比、动态范围、失真度、瞬态、立体声分离度、立体声平衡度、音频采样等等。在这里笔者分别进行一下解释。

  频率响应:音响设备重放时的频率范围以及信号幅度随频率的变化关系(幅频特性)。幅度的单位是dB,频率的单位是Hz。音响系统的频率响应至少达到32-18000Hz,在此频率范围内信号幅度变化应小于2dB。

  信噪比:在同一参考点有用信号、与噪音的比值的对数。在音箱输入点信噪比70dB,人耳距音箱一米噪音几乎不可闻,HiFi系统一般达到110dB以上。

  动态范围音响设备重放时最大不失真输出功率与静态时系统噪音输出功率之比的对数,HiFi系统一般达到100dB以上。

  失真度音响设备重放时,音源信号的失真程度,音频功放的失真分为电失真和声失真两大类。电失真是由电路引起的,声失真是由还音器件扬声器引起的。电失真的类型有:谐波失真、互调失真、瞬态失真。声失真主要是交流接口失真。HiFi系统谐波失真一般小于1%。

  立体声分离度左右两声道的分离度。反映左右两声道的串扰程度。

  立体声平衡度左右两声道的信号增益之差。

  瞬态:指乐曲(特别是打击乐)中那些短暂而有爆发性的声音,通常,这些声音是难于准确重放出来的。表示在两相邻稳定状态之间变化的物理量或物理现象,其变化时间小于所关注的时间尺度。

  音频采样:数码音频系统是通过将声波波形转换成一连串的二进制数据来再现原始声音的,实现这个步骤使用的设备是模/数转换器(A/D)它以每秒上万次的速率对声波进行采样,每一次采样都记录下了原始模拟声波在某一时刻的状态,称之为样本。

  将一串的样本连接起来,就可以描述一段声波了,把每一秒钟所采样的数目称为采样频率或采率,单位为HZ(赫兹),采样频率越高所能描述的声波频率就越高。

部分音频芯片参数

  信噪比、立体声分离度、立体声平衡度是人耳可以判别的,其他指标需要通过多系统比较作出对比。了解了这些,我们再去看那些手机音频芯片的技术参数时,就不是那么难以理解了。

我们谈论的HiFi有哪些常见的评定要素

  看音频评测时,对于刚刚入门的人来说经常搞得一脸懵,因为不了解那些评定要素到底指的是什么,虽然只是一段音乐,但门道颇多。所以在这里,笔者选取三项常见的评定要素为大家解释一下:声音解析力、频段、音场。

  声音解析力

  解析力直观的说就是声音的清晰度和细节信息量的表现能力。打个比方说,这就好比显示屏幕的分辨率,分辨率越高,画面越清晰,在音频设备上同样如此,但并无一个明确的量化指标来衡量,只能靠人耳来进行主观评测。

  器材解析力对人耳的听感影响是全面性的,包括声底干净程度,泛音的表现、音色的饱和度、声音结像形态的清晰程度,声音的质感等,简单的说就是“不丢信息的音乐细节分析能力”。

  手机HiFi接触到的大多是关于耳机单元的解析力。而耳机单元的解析力主要和振膜的材质、厚度以及线圈技术有关,对技术要求很高,是厂商研发中投入比重较大的一块,因而直接决定了单元的研发和生产成本。

  除了声音的清晰度和细节信息量这两方面的听感,高解析力带来的好处还有明显的人声、乐器分离度。所谓分离度,就是音乐的层次感,层次感越好,我们就可以更容易的分辨出人声和背景配乐,分离度低的人声和乐器声就会混在一起。

  当然,分离度在一定程度上是可以调控的,比如减少低频,突出中高频,这样细节会很清晰,但问题就在于低频的信息量减少了,这时候音乐就会显得单薄。

  但解析力过高也会带来问题,那就是失真。一般售价较高的耳机会拥有较高的解析力,但由于单单通过提高单元振膜对电流的灵敏度而抬升解析度会造成严重失真,所以通常低阻耳机解析力不会设定过高,因为前端(功放电路)控制力有限,强解析力会带来较大动态失真,这也是高端耳机多是高阻抗的原因。

300欧姆阻抗的森海塞尔HD650

  但手机HiFi这种便携式音乐播放器存在的问题就是推力不足。而阻抗越大,灵敏度越小,耳机就越不容易推动。

  所以给手机配耳机时只看价格购买高阻抗的高端耳机并不是明智的选择,推力不足带来的最严重的后果就是音乐的动态较差,在同一个时间内听到的所有细节声音都会被压缩在一个平面内展现出来,声音没有起伏,人声乐器没有对比,缺少感情,形象一点说就是像白开水,失真严重。在高解析力的系统中,除了单元素质外,前端系统的控制能力就显得尤为重要。

  频段

  所谓高、中、低频段的能力分布,就是指在器材所能发出的频率范围内,各频段量的多与少。有些器材高频段较多,有些低频感强一些,也有些中频段的人声特别饱满,但高低两段的量就不是那么多了。

  高频对每种听音要求和每个人的听音习惯都是不同的,对音乐而言,上到音乐本身所达到的频段而又不尖锐,也就是说:不闷而又润滑就可以说是优秀;中频跟高频和低频的双连接很困难,几乎所有的耳机耳塞都无法完美演绎厚实男低音和轻薄女高音的同时再完美演绎每个配乐乐器的特点;低频是最难做的频段,下潜、弹性、回放时的泛音都是不容易做好的,所以高档耳机耳塞都是在这方面下工夫。

  各频段量感的多寡并没有绝对的好坏之分,重要的是整体搭配之后要取得平衡。而对各频段的控制力就比较考验音频器材的能力了,比如低频松散还是紧密,高频是润滑还是尖锐等等。

  音场

  音场,就是两只喇叭所发出的声音能够凝集成形的范围,通常如果两只喇叭的摆位恰当(包括与后墙及侧墙的距离,喇叭的高度及向内倾侧的角度等)一个具体成型的音场就会浮现出来。你甚至可以“看到”在喇叭的后方各个发声乐器及人声的位置和远近,说白了就是让人身临其境的听感。

音场感受和音响布局有很大关系

  理论上来讲,人耳之所以能感受到声场是因为左右耳的响度差和时间差,声道声音越大,给人的感觉就是距离人耳越近,左右耳响度差使得人耳能辨别音源方位;同时,声音的延迟(残响)又进一步增强了声音的立体感。

  但想要形成良好的音场却是不容易的。因为人耳对不同频率的声音敏感程度不同,不是所有频率的声音都能分辨距离和方位,大概7kHz左右最为敏感,而极高频和极低频的声音都是不具有指向性或极弱指向性。相对而言低频指向性更差,低频延迟对场感体验是十分关键的素质。

  除了对声音范围(宽度、纵深)的场感,结像力也是评定音场的一大指标。声音的形、立体程度、距离感则是结像力的具体表现,形象一点得说就是通过听感看到演奏现场,不同的乐器或者人声有不同的位置、大小、特征,纳入眼底的是所有乐器和人声的集合画面,但却又单独存在,你可以看到他们每个人或者乐器单独的特征。

音场结像优秀 宛若置身音乐会现场

  结像力对音频系统的要求就比较高了,不仅跟前端的硬件素质和音质调教有关,不同的耳机展现出来的结像力也大有不同,高性能的器材配合优化调教能够展现出极佳的临场感,但对于仅仅是附加功能的手机HiFi来说,不管是从硬件支持还是从软件调教上,都是十分严峻的考验。

  当然除了这三项常见的评定指标,评定音频的方向还有不少,比如乐器人声比例、整体平衡性等,不过了解了以上三项评定要素,我们就可以看懂大部分的音频评测了。

手机HiFi那些代号都是啥 什么原因制约了手机HiFi

小米Note的HiFi系统

  我们在看厂商宣传HiFi卖点时,总会出现DAC、ADC、运放这类的词汇。但对于音频小白来说往往看得一头雾水。下面就为大家简单的介绍一下常见术语词汇的指代:ADC、SRC、DAC、运放。

德州仪器51AP8LI ADC3001音频转换芯片

  ADC代表模拟转数字信号编码芯片,这个装置在手机HiFi的宣传中并不多见,主要是用于音频的录入。

独立双时钟晶振

  CD的采样率是16bit、44.1K,还有48k、96K、192K等采样率,而到了后面的处理往往只能处理一种,就需要做一个转换,这个转换过程叫SRC,这个过程很容易劣化音质。需要特别注意,这是智能手机做HIFI的一个重点。

  这样的转码芯片(比如CS8422)比较昂贵,这时候就出现了独立双时钟晶振完美解决了这种问题:一块对应44.1K,一块对应48K以及其整数倍,来什么格式的音乐用什么晶振,低成本的解决了SRC问题。

ES9018K2M DAC

  DAC则是比较多见的部件了,代表数字转模拟信号解码芯片,是将手机中存储的数字格式音频文件转化成模拟信号的装置。手机厂商们大多宣传的独立音频芯片就是这个,比如魅族PRO6 Plus的ES9018 K2M。DAC的素质往往代表着前端一部分的素质参数,比如动态范围、信噪比、失真度等。

"539Y5P"就是AD45257运放芯片

  DAC完成模拟信号转换,但输出的模拟信号十分微弱,这时候运放就开始运转了。运放的全称叫做运算放大器,在多媒体音箱领域,运放芯片则主要负责音量、音调和周边效果调节的运算功能,例如音响中的前级和耳机放大器(耳放)中都会使用集成运算放大器。比如常见的OPA1612和OPA2604就是运放芯片,而且一个耳放里可以集成多枚运放芯片。目前市面上的HiFi手机采用的音频芯片大多来自AKM和ESS,举几个比较典型的例子:

AK4490EN芯片

  AK4490EN是一个解决移动设备非常理想的音频芯片,支持32BIT/768KHz 源码输出,还支持高规格的11.2MHz DSD文件。代表作为中兴天机7。

ES9018K2M芯片

  魅族PRO 6 Plus所使用的ES9018K2M芯片拥有127dB的动态范围,能将音乐的细节充分展示出来。-120dB THD+N的超低失真,更好的还原音乐本质。

  vivo Xplay6搭载了ES9038Q2M,并同时搭配了3颗OPA1622运放,动态范围达到129dB,失真为-120dB,支持DSD硬解。

ACS43L36解码耳放一体芯片

  当然除了这两家的芯片,CirrusLogic解码耳放一体芯片CS43L36也在魅族的PRO 6上出现过,基本上PRO 6涉及到的音频部分都是由它在管控。

  虽然HiFi手机搭载专业的音频芯片,但与高品质的随身听,不管是解析力、动态响应,还是推力,都与专业随身听有一定的差距,其原因就是供电规模、解码芯片规格、运放数量不如后者,比如刚才提到的ES9018K2M其实是ES9018的缩水版,是专门针对移动设备进行定制的低功耗版本,前者是双声道,后者则是8声道。无论是动态范围还是信噪比等参数,ES9018都要远胜ES9018K2M。

  发烧友们不愿意使用手机来驱动高素质耳机聆听的主要原因还是因为手机对于耳机的推力问题,它们并不能够将好的耳机发挥出绝佳的素质。

手机HiFi还会朝着哪个方向发展

  就目前而言,受制于手机的电路结构和电源供应,要做到追平专业设备的音质水平还有很远的路要走,当然我们也不排除手机电池技术精进、电路设计进一步优化、高品质音频芯片进一步控制发热和功耗的可能,但一时半会儿是难以实现了。

将解码运放集成到耳机端也有好处

  另外,现在手机逐渐向着轻薄发展,电池容量和芯片功耗的矛盾日益突出,而且有大面积取消3.5mm耳机插口的迹象。

  最典型的就是iPhone 7系列手机,3.5mm耳机接口取消,Lightning数据接口只能输出数字信号,解码和运放就要集成到耳机端。虽然可采用比手机高端的音频电路无信号干扰,进一步降低底噪,但耳机的功耗较为严重,而且高集成度的解码和运放在一定程度上有损音质输出,线路设计不合理也会产生一定的底噪。

主动降噪原理

  还好现在在手机HiFi方面的补救方案还是蛮多的,比如在耳机端采用更加出色的音频技术,例如1MORE的Tiinlab A2专属主动降噪芯片,它可以以宽频EQ调整针对降噪的频段作补充,同时拥有非常好的适应面,例如Lightning与USB Type C数字接口。

  得益于自主规划的Tiinlab A2专属主动降噪芯片,1MORE全时降噪技术实现了降噪效果与音质的完美平衡。Tiinlab A2在50-2000Hz这个区间,已经覆盖了很大部分商务、生活频段,比大部分降噪耳机只集中在1000Hz之内的频段都要宽广,但同时也控制了降噪深度,吸入感不会太强。

HTC 智能声呐耳机

  另外一个比较有意思的就是HTC的HTC USonic智能声纳耳机。此款耳机通过采用声纳感知耳蜗构造,将信号反馈到手机中,根据每个耳朵的特定形状进行自定义调整,再通过USB-C接口输出无损音色,提供良好的音频体验。

索尼MDR-XB950BT蓝牙耳机

  在文初我们提到,一加5支持aptX & aptX HD 高清音乐传输。无疑,无线蓝牙也将是未来手机HiFi的解决方案之一。

  目前主要的蓝牙音频编码音质水准从低到高依次为SBC、AAC、aptX、LDAC。SBC兼容性最好,音质也最差;AAC相对好一些,如果手机播放的是AAC音频文件,那么使用AAC蓝牙编码传输可以少一个编码转换的步骤,音质更加保真,但离无损差距不小;aptX是更高一档的蓝牙音频编码,aptX-HD可以做到接近无损音质;LDAC是索尼力推的蓝牙音频编码,能够做到Hi-Res无损音频传输,音质是最好的,但是目前除了索尼自己的设备,支持这种编码的不多,但却是未来的发展方向。

写在最后

  看完以上这些内容,相信大家已经对音频以及手机HiFi有了一定的了解,虽然这些只是音频界的九牛一毛,但看懂了这些,我们就能大致明白手机厂商宣传的手机HiFi是个什么水准,选配耳机时看专业评测也能有一定的基础知识支持。当然需要谨记的是,即便是HiFi手机选购耳机时也不能只看价格,毕竟手机的推力有限,而且不同的耳机也有不同的风格,前后端搭配恰当才是最优选择。


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