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音頻雜音對(duì)于很多音頻工作人員都是一個(gè)經(jīng)常要面對(duì)，又比較頭疼的問(wèn)題。主要是因?yàn)橐纛l雜音形成的原因多樣，問(wèn)題分析的寬度比較大，不方便定位。下面我們就針對(duì)常見(jiàn)的雜音問(wèn)題以及形成原理進(jìn)行了歸納整理以方便大家揭開(kāi)音頻雜音的小秘密，讓工程師對(duì)音頻問(wèn)題處理起來(lái)得心應(yīng)手。
音頻雜音分類
音頻雜音問(wèn)題從分類上講主要包含以下雜音情況：
在電信號(hào)雜音中，比較常見(jiàn)的有削波雜音、采樣失真、以及音頻本身的底噪雜音引起的誤判。
? 削波雜音
削波失真是雜音中比較常見(jiàn)的一種現(xiàn)象，具體波形如下圖。
常見(jiàn)原因是信號(hào)經(jīng)過(guò)功放放大后超過(guò)了PVDD 電壓。例如功放的放大倍數(shù)是12倍，輸入1Vp的電壓信號(hào)，功放最大放大能力是10V，那么Vout=12*1Vp>10V，那超出的電壓就會(huì)形成削波失真，對(duì)于這種情況艾為功放的AGC技術(shù)可以有效改善如下截圖。
這種問(wèn)題的排查思路：
直接將音量調(diào)小到一半或者1/3（降低輸入電壓），看下是否還有雜音。如果雜音有明顯改善大概率就是這個(gè)問(wèn)題。
直接抓取音頻鏈路到喇叭端的電壓是否有圖中的截定失真。
注：按以往的調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，在鋁膜小喇叭中，失真波形個(gè)數(shù)比較少如1-3個(gè)波形，在消費(fèi)者耳中不會(huì)清晰感覺(jué)出雜音。
采樣率不夠引起的底噪雜音是另一種比較常見(jiàn)的底噪雜音，但是很多音頻工作者不太容易發(fā)現(xiàn)。其主要現(xiàn)象是播放出來(lái)的聲音底噪聲很大，單獨(dú)試聽(tīng)音源又沒(méi)有問(wèn)題，用比較小的聲音可以聽(tīng)到很大的底噪。具體波形如下圖。
在我們講清楚這個(gè)原因前，我們首先要搞清楚位深的概念。位深（Bit depth）也被稱為采樣精度，單位為Bit，位深影響信號(hào)的信噪比和動(dòng)態(tài)范圍，如果說(shuō)采樣頻率是對(duì)聲波水平進(jìn)行的X軸切割，那么量化精度（位深）則是對(duì)Y軸的切割，最大振幅切成2的n次方計(jì)算（2倍換算成dBB相當(dāng)于6dBB），n就是Bit數(shù)，1Bit也稱為1位，常見(jiàn)的位數(shù)選擇有16Bit、24Bit。根據(jù)取樣定理，一個(gè)波形周期中至少要采樣2個(gè)點(diǎn)才能描述一個(gè)波形。對(duì)于16Bit采樣，-78dBB以下的信號(hào)，最多有兩個(gè)點(diǎn)，所以會(huì)形成采樣失真導(dǎo)致底噪偏大。
喇叭本身的雜音問(wèn)題，應(yīng)該是最普遍的一種雜音現(xiàn)象，問(wèn)題形成原因也較多，常見(jiàn)以下幾種情況：
? 1. FPC 共振雜音
如下截圖位置。
? 2. 喇叭超振幅和線圈打磨磁鋼
如下是喇叭的結(jié)構(gòu)圖，當(dāng)喇叭振幅超過(guò)額定振幅時(shí)，這個(gè)時(shí)候會(huì)拉動(dòng)線圈或者線圈羊角產(chǎn)生比較大的形變，導(dǎo)致機(jī)械失真，引起雜音。尤其是側(cè)出音喇叭，當(dāng)喇叭在大振幅下振動(dòng)，由于空氣流通，出音孔處的氣壓和距離出音孔較遠(yuǎn)的位置氣壓有壓強(qiáng)差，進(jìn)一步引起形變，如果線圈和磁鋼距離較少，則會(huì)導(dǎo)致線圈打磨磁鋼引起雜音。
在喇叭選型中，有的喇叭本身較差也會(huì)導(dǎo)致雜音天然比較大。
? 4. 防塵網(wǎng)
如果在使用過(guò)程中，防塵網(wǎng)沒(méi)有貼牢固、貼偏了、或者防塵網(wǎng)的透氣性過(guò)差也會(huì)導(dǎo)致喇叭雜音。
? 5. 泄露孔
在實(shí)驗(yàn)或者裝配過(guò)程中不小心堵住了泄漏孔或者泄漏孔開(kāi)孔過(guò)大也會(huì)導(dǎo)致喇叭雜音。
? 6. 漏氣
常見(jiàn)的用人工點(diǎn)膠的工程樣品、超聲密封沒(méi)有做好的喇叭或者是結(jié)構(gòu)音腔沒(méi)有做好組裝、泡棉厚度不夠，均會(huì)引起漏氣產(chǎn)生音頻雜音。
當(dāng)然還有喇叭內(nèi)部出音沒(méi)有做好或者后音腔太小等等原因均可導(dǎo)致雜音。此類問(wèn)題的常見(jiàn)分析思路：
測(cè)試組裝好的喇叭失真曲線，容易提前發(fā)現(xiàn)一些大的喇叭問(wèn)題
窮舉法，對(duì)以上容易導(dǎo)致漏氣的位置人工檢查
對(duì)喇叭進(jìn)行振幅測(cè)試
資深的工程師可以通過(guò)不同電壓下掃頻測(cè)試試聽(tīng)，快速定位問(wèn)題
音頻是一整個(gè)系統(tǒng)，如果外圍器件出現(xiàn)異常，也會(huì)導(dǎo)致雜音，比較常見(jiàn)的有以下幾種情況：
? 1. 磁珠引起的雜音
如上圖為磁珠的等效公式，經(jīng)過(guò)七七四九天的解方程可得如下公式：
具體來(lái)說(shuō)，對(duì)于手機(jī)音頻線路常用磁珠，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，其電感量一般較低（600Ω磁珠電感量約1uH），在音頻頻段的感抗X=2πfL較小，即使在磁化過(guò)程中發(fā)生100%的變化，X2相對(duì)于R2也可忽略，因此上述*式中，表征電流波形幅度的部分圖片可視為恒定值而無(wú)須分析，X的變化主要影響電流波形的相位圖片。
當(dāng)磁珠上加載正弦電壓V0（t）時(shí)，磁珠磁化產(chǎn)生的磁通φ0（t）為正弦曲線，然而，由于磁性材料的磁滯特性，形成如φ0（t）所示正弦曲線的實(shí)際磁場(chǎng)并非完美正弦磁場(chǎng)，根據(jù)磁性材料的磁化曲線——磁滯回線可得到磁珠上實(shí)際的磁場(chǎng)，又由于磁場(chǎng)與磁化電流成正比，由此得到電流波形I（t）?？梢?jiàn)磁珠上的電流波形發(fā)生了嚴(yán)重的畸變。由此可以得出磁珠致音頻線路THD超標(biāo)的原因是磁性材料的磁滯特性。表現(xiàn)為在以一定頻率一定幅度信號(hào)測(cè)試磁珠的電感量，若電感量變化較大，則THD較高。尺寸越小、阻抗越高的磁珠磁滯特性越明顯。所以對(duì)于音頻磁珠的選型可以重點(diǎn)關(guān)注磁珠的遲滯特性。
解決方案：
尋找合適的磁珠做替換
如果是FM 模式下的干擾，導(dǎo)致需要輸出端加磁珠，艾為的AW87390功放可以支持AB類模式，在FM模式下使用AB類模式可以解決干擾問(wèn)題，這種情況下可以省掉磁珠
? 2. 嘯叫
電容嘯叫：電容嘯叫實(shí)際上是電容的壓電效應(yīng)導(dǎo)致了PCB的形變。因此，抑制電容嘯叫的主要措施是抑制或者抵消PCB的形變。比如，可以將引起嘯叫的電容在同一面，以不同的角度擺放，或者將其在正反兩面，正對(duì)著擺放。
電感嘯叫：由于負(fù)載不穩(wěn)定、輕載過(guò)載或者感值容值不合適等因素，開(kāi)關(guān)電源自我調(diào)節(jié)，不同芯片有不同處理方式：有的降低頻率，有的周期性丟脈沖即表現(xiàn)為間歇工作，導(dǎo)致電感的phase不穩(wěn)定，輸出開(kāi)關(guān)電流的頻率落入音頻范圍，或者周期性方波群的周期頻率落入音頻范圍，形成嘯叫。對(duì)于這種問(wèn)題的處理一般是更換器件，或者調(diào)整器件參數(shù)等綜合考量來(lái)解決。
? 3. TDD
對(duì)于TDD 的形成原因，艾為的很多功放的規(guī)格書(shū)都有描述，這里做直接的引用，內(nèi)容如下截圖。在2018年之前這種問(wèn)題比較常見(jiàn)，后面艾為功放新的功放全系列對(duì)產(chǎn)品PSRR做了迭代升級(jí)，目前都可以做到-80dB 以上，目前比較少見(jiàn)。
解決思路：
判斷來(lái)源是傳導(dǎo)還是輻射
傳導(dǎo)判斷電源還是回路走線導(dǎo)致
輻射判斷增加屏蔽、增加輸入輸出電容
選用高PSRR 的功放
TDD Noise產(chǎn)生的原因
GSM蜂窩電話采用TDMA：Time Division Multiple Access(時(shí)分多址)時(shí)隙分享技術(shù)。時(shí)分多址把時(shí)間分割成周期性的幀，每一個(gè)幀再分割成若干個(gè)時(shí)隙向基站發(fā)送信號(hào)，基站發(fā)向多個(gè)移動(dòng)終端的信號(hào)也都按順序安排在預(yù)定的時(shí)隙中傳輸。這其中每個(gè)TDMA幀含8個(gè)時(shí)隙，整個(gè)幀時(shí)長(zhǎng)約為4.615ms，每個(gè)時(shí)隙時(shí)長(zhǎng)為0.577ms。
GSM制式的手機(jī)，RF功率放大器每隔4.615ms（217Hz）就會(huì)有一次訊號(hào)傳輸，訊號(hào)傳輸時(shí)會(huì)產(chǎn)生間歇的Burst電流和很強(qiáng)的電磁輻射。間歇的Burst電流會(huì)形成217Hz的電源波動(dòng)，900MHz和1800MHz的高頻RF信號(hào)形成了217Hz的射頻包絡(luò)信號(hào)。217Hz的電源波動(dòng)會(huì)通過(guò)傳導(dǎo)耦合到音頻訊號(hào)通路中，217Hz的射頻包絡(luò)信號(hào)會(huì)通過(guò)輻射耦合到音頻訊號(hào)通路中，如果防護(hù)不好，就會(huì)產(chǎn)生可聽(tīng)到的TDD Noise，其中包括了217Hz噪聲和217Hz的諧波噪聲信號(hào)。
RNS技術(shù)通過(guò)艾為特有的電路架構(gòu)對(duì)傳導(dǎo)和輻射的干擾進(jìn)行了全方面的抑制。有效提高對(duì)TDD Noise的抑制能力。
形成機(jī)理如下：超聲信號(hào)耦合到音頻帶內(nèi)，當(dāng)不同頻率的信號(hào)進(jìn)入放大器被放大時(shí)，在非線性作用下，會(huì)產(chǎn)生與有用信號(hào)頻率相同或相近的頻率組合，自動(dòng)相加和相減，產(chǎn)生出兩個(gè)在原訊號(hào)中沒(méi)有的額外訊號(hào)，從而對(duì)通信系統(tǒng)構(gòu)成的一種干擾，音頻系統(tǒng)很難做成一個(gè)絕對(duì)線性的系統(tǒng)，會(huì)有一定的非線性存在。當(dāng)超聲信號(hào)和語(yǔ)音信號(hào)同時(shí)存在經(jīng)過(guò)音頻系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生很多的交調(diào)分量，對(duì)于聲音表現(xiàn)上就會(huì)判定為雜音。
產(chǎn)品最終歸宿一定是走向市場(chǎng)，在萬(wàn)千人員使用中，必然會(huì)有售后問(wèn)題，在售后問(wèn)題中也會(huì)經(jīng)常遇到雜音的反饋，結(jié)合下圖我們的BOOST 電路典型圖，常見(jiàn)的雜音原因有：
SW與PVDD 異常短路，BOOST 升壓電路異常，功放輸出異常引起雜音
電感損傷如電感阻值異常變大，引起輸出降低，引起雜音
PVDD 電容損傷，功放輸出端缺乏穩(wěn)壓源，引起雜音
低電量雜音也是一種比較常見(jiàn)的雜音，對(duì)于Chargepump 升壓和BOOST 升壓有兩種不同的分析機(jī)理。
? 1. Chargepump 升壓
電容升壓功放的升壓是基于供電電壓VDD的倍數(shù)關(guān)系來(lái)做的升壓，常見(jiàn)有1.5倍、2倍、3倍升壓。隨著電池電量的降低，電池的輸出電壓也會(huì)降低。以手機(jī)為例，滿電一般是4.4V 電壓輸出，電量到10%以下輸出就只有3.6-3.8V 的電壓，功放輸出電壓的變化為：
Vout滿電=1.5*4.4=6.6V（一般6V功放，會(huì)把輸出電壓限制在6V左右）
Vout低電=1.5*3.6=5.4V
此時(shí)低電量情況的削波失真會(huì)高于滿電量的削波失真，如果工程師測(cè)試的時(shí)候一直是滿電狀態(tài)，就會(huì)忽略掉這種情況，引起低電量雜音。
解決方案：
在測(cè)試環(huán)節(jié)納入低電量測(cè)試
調(diào)整輸入電壓
調(diào)整功放放大倍數(shù)
? 2. BOOST 升壓
BOOST 升壓相比Chargepump 升壓會(huì)有穩(wěn)定的電壓輸出，但是同樣會(huì)加大在低電量時(shí)候的電流抽取。以5W輸出為例，假設(shè)功放效率η=80%，同樣引用上面的電池電量對(duì)應(yīng)峰值電流關(guān)系換算。
I滿電=5/（η*Vin）*2=2.82A
I低電=5/（η*Vin）*2=3.46A
為了方便理解，以上公式?jīng)]有考慮Rdson等因素，可以看到低電的抽電流要比滿電時(shí)候大很多，此時(shí)功放輸入電壓VDD 電壓也會(huì)下降，若VDD電壓小于功放關(guān)斷電壓，則會(huì)導(dǎo)致功放進(jìn)入抽電關(guān)斷，停止抽電功放打開(kāi)的循環(huán)現(xiàn)象，從現(xiàn)象上看就是機(jī)器咔噠咔噠的雜音，若整機(jī)電流不足，則可能導(dǎo)致整機(jī)供電不足，引起關(guān)機(jī)。
解決方案：
注意VDD走線不要太長(zhǎng)，太長(zhǎng)VDD 走線阻抗偏大，分壓也會(huì)偏大
艾為的BOOST功放都會(huì)搭配我們的低電量算法，可引入算法解決
在選型階段一定要注意電池的供電電流是否和功放抽電流適配
音頻雜音問(wèn)題嘗嘗要系統(tǒng)的去考慮，包含平臺(tái)、功放、線路、喇叭等，單一的思考往往會(huì)讓工程師陷入誤區(qū)，問(wèn)題遲遲無(wú)法得到根本解決。以上是我們對(duì)常見(jiàn)問(wèn)題問(wèn)題的一些歸納總結(jié)，并不是音頻雜音問(wèn)題的全部，例如：信號(hào)干擾、平臺(tái)+線路+功放的組合雜音問(wèn)題等疑難問(wèn)題因?yàn)槠鶝](méi)有做過(guò)多的介紹。如果有遇到都可以聯(lián)系艾為。
