谨以此文，作为我过去几年在音频方面的投入的一个纪念。这次Audio概述将分为两部分，这一篇偏重于实践与应用方面，上一篇偏重于理论方面。

本文的主要内容有：

• 音频接口类型
• 音频格式类型
• 音频常见系统框图
• 音频常见问题及原因（主要是功放）
  • THD/SNR差
  • 过热
  • 声音断续
  • 功率不足
  • EMC超标
  • Pop音
  • 电流音
  • 听感不好/频响不佳
  • 烧芯片

 

1. 音频接口类型

• 模拟音频接口分为平衡式、非平衡式
• 模拟音频接口
  • TRS（Tip、Ring、Sleeve）接头：2.5mm、3.5mm、6.3mm
  • RCA（Radio Corporation of America）接头：白左红右
  • XLR（卡农头）接头

▲XLR卡农头

▲TRS及RCA接口

• 数字音频接口
  • 三芯XLR接头（AES/EBU接口）
  • RCA同轴（S/PDIF接口）
  • BNC同轴（S/PDIF接口）
  • 光纤（TosLink）
  • HDMI

▲设备上可以看到SPDIF、TOSLink等接口

 

2. 音频格式类型：了解音频文件里面存了啥

2.1 音频里的几个概念

• 音频里面的几个概念：Sample Rate、Bit Rate、bps（bit per sample）
• WAV文件
  • 微软公司开发的一种声音文件格式，也叫波形声音文件，是最早的数字音频格式
• Bitrate = Sample rate × Channels × Bits per sample=1411200 bps
• 文件大小 File Size= Bitrate×Time=817 614 000 Bytes

2.2 认识音频波形

如果我们使用Audition生成一个wav文件：

• 正弦波440Hz
• 采样率44100
• Channels=1
• 分辨率8位

我们就可以看到，里面的数据是离散的正弦波，绘制成曲线就是一个标准的正弦波曲线。放大之后可以看到各个离散的点。

2.3 音频文件类型

• 无压缩类型：
  • wav文件、aiff文件
• 无损压缩类型：
  • ape文件、flac文件、alac文件、
• 有损压缩类型：
  • mp3文件、ogg文件、aac文件、wma文件、m4a文件、
• 乐谱类：
  • midi文件

 

3. 音频常见系统框图

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▲MOJO

▲Charge 2

▲JBL Home Theater large

 

4. 音频常见问题及原因

常见的音频问题有以下几种，这里给出了最详尽的可能原因，每一个原因背后都是一个血泪故事。

• THD/SNR差
• 过热
• 声音断续
• 功率不足
• EMC超标
• Pop音
• 电流音
• 听感不好/频响不佳
• 烧芯片

4.1 THD/SNR差

• 测试问题：
  • 测试D类放大器时未添加AES-17滤波器
  • SNR值跟输出电压大小相关，可能此时的配置不能使SNR最佳
  • 测试环境有其他电器干扰
• Layout问题：
  • PVDD退耦不佳、不足，地回路问题
  • 音频走线被串扰
• 设计问题：
  • 输出削波
• IC本身问题：
  • THD/SNR对成本影响大
  • 工作频率相关

▲测试D类放大器时未添加AES-17滤波器

4.2 过热

• Layout问题
  • 不合适的布局，发热器件过于集中
  • 避免用于散热的GND被腰斩
  • 如果出线，尽量放射状出线
• 设计问题：
  • 部分功放在idle下就已经有40+度的温升（尤其是AD模式下）
  • 根据IC散热方式选择合适的散热方法
  • 选用了不合适的喇叭
• IC原厂本身问题：
  • 标注的功率大部分为最理想的电压、最理想的喇叭、最强的散热下的失真10%的功率
  • 该功率还可能仅仅是峰值而不是持续值

▲TI的智能功放TAS5766，标称2x50w，但在良好散热条件下，实际能持续出15w就非常不错了。

4.3 声音断续

• 测试问题：
  • 工作条件出发了过热保护
  • 看音源是否是无线音源
• Layout问题：
  • PVDD退耦不足或不佳
• 设计问题：
  • 电源塌陷
  • Peaking
  • 电感饱和（尤其注意！）
  • 喇叭曾经经历过热

▲功放会有Peaking的问题，会导致很多次生问题

4.4 功率不足

• 测试问题
  • 此时THD未达到10%
• 设计问题：
  • 供电电压所限
  • 供电电流所限
  • 功放驱动的喇叭阻抗限制
  • SE、BTL、PBTL方式选择
  • 过热

▲SE与BTL方式选择

4.5 EMC超标

• Layout问题：
  • GND回流处理
  • 屏蔽处理
  • 强弱信号分割
  • 功率信号过强或干扰了其他长走线
• 设计问题：
  • 屏蔽电感/非屏蔽电感
  • AD/BD模式选择
  • 滤波器方案选择
  • 电源串接滤波电感

▲AD与BD对EMC的影响示意图

4.6 Pop音

• 设计问题：
• 方案选择：数字输入功放 优于 模拟输入功放；BTL输出 优于 SE输出
• 外部添加额外的去pop电路
• Pop音是整个信号链路的问题，可能前级、甚至主控就有pop音
• 上电时序
• 方案选择：
• 带PDN、MUTE引脚

4.7 电流音

• 设计问题：PSRR差
• 电源工作在PFM模式
• 输出方式选择：BTL下PSRR优于SE下
• 相同电源下的其他负载的干扰
• 设备外部干扰
• Layout问题：
• 被走线或电感串扰
• 退耦电容放置不合理

4.8 听感不好/频响不佳

• 设计问题：
• 最终的听感是播放器频响、Codec的频响、功放的频响、喇叭的频响、人耳的敏感度频响多个因素的叠加
• 喇叭对听感影响很大
• 调整EQ改善听感
• 避免提升10kHz以上部分
• 避免低音部分产生共振或颤音
• 使用DRC来避免功率过大造成明显失真
• 调整输出LC，带宽不是越宽越好
• 单喇叭需要带腔体，双喇叭需要注意喇叭区分正负避免声波干涉
• 调音经验：
• 此部分需要技巧极高，不同的听感对应哪种调音方式需要多年的积累，有时候一个问题调好了会带来10+的其他问题
• 常用的试音曲《加州旅馆》、《渡口》需要熟悉其中的每一个声音细节

4.9 烧芯片/器件

• Layout问题：
• 退耦不足
• 地回路不完整
• 设计问题：
• 电感饱和
• GVDD供电不足
• 供电过压（EMC滤波器共振、前级电源动态特性不佳）
• PBTL并联的电感放置位置错误
• 电感、磁珠选择参数考虑不周
• Peaking导致电容超过耐压
• IC设计问题：
• 没有过热保护
• 没有开路保护