常見雜音問題及形成原理知識歸納

音頻雜音對于很多音頻工作人員都是一個經(jīng)常要面對，又比較頭疼的問題。主要是因?yàn)橐纛l雜音形成的原因多樣，問題分析的寬度比較大，不方便定位。下面我們就針對常見的雜音問題以及形成原理進(jìn)行了歸納整理以方便大家揭開音頻雜音的小秘密，讓工程師對音頻問題處理起來得心應(yīng)手。 ?

音頻雜音分類

音頻雜音問題從分類上講主要包含以下雜音情況： ?

?- 電信號雜音 -? ? 在電信號雜音中，比較常見的有削波雜音、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的一種現(xiàn)象，具體波形如下圖。 ?

常見原因是信號經(jīng)過功放放大后超過了PVDD 電壓。例如功放的放大倍數(shù)是12倍，輸入1Vp的電壓信號，功放最大放大能力是10V，那么Vout=12*1Vp>10V，那超出的電壓就會形成削波失真，對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問題。

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，失真波形個數(shù)比較少如1-3個波形，在消費(fèi)者耳中不會清晰感覺出雜音。 ? ?- 采樣率不夠引起的底噪雜音 -? ? 采樣率不夠引起的底噪雜音是另一種比較常見的底噪雜音，但是很多音頻工作者不太容易發(fā)現(xiàn)。其主要現(xiàn)象是播放出來的聲音底噪聲很大，單獨(dú)試聽音源又沒有問題，用比較小的聲音可以聽到很大的底噪。具體波形如下圖。 ?

在我們講清楚這個原因前，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，位深影響信號的信噪比和動態(tài)范圍，如果說采樣頻率是對聲波水平進(jìn)行的X軸切割，那么量化精度（位深）則是對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，常見的位數(shù)選擇有16Bit、24Bit。根據(jù)取樣定理，一個波形周期中至少要采樣2個點(diǎn)才能描述一個波形。對于16Bit采樣，-78dBB以下的信號，最多有兩個點(diǎn)，所以會形成采樣失真導(dǎo)致底噪偏大。 ? -?喇叭雜音 - ? 喇叭本身的雜音問題，應(yīng)該是最普遍的一種雜音現(xiàn)象，問題形成原因也較多，常見以下幾種情況： ?

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)喇叭振幅超過額定振幅時(shí)，這個時(shí)候會拉動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，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，則會導(dǎo)致線圈打磨磁鋼引起雜音。 ?

3. 喇叭THD失真大

在喇叭選型中，有的喇叭本身較差也會導(dǎo)致雜音天然比較大。 ? ?

4. 防塵網(wǎng)

如果在使用過程中，防塵網(wǎng)沒有貼牢固、貼偏了、或者防塵網(wǎng)的透氣性過差也會導(dǎo)致喇叭雜音。 ?

5. 泄露孔

在實(shí)驗(yàn)或者裝配過程中不小心堵住了泄漏孔或者泄漏孔開孔過大也會導(dǎo)致喇叭雜音。 ?

6. 漏氣

常見的用人工點(diǎn)膠的工程樣品、超聲密封沒有做好的喇叭或者是結(jié)構(gòu)音腔沒有做好組裝、泡棉厚度不夠，均會引起漏氣產(chǎn)生音頻雜音。 ? ? 當(dāng)然還有喇叭內(nèi)部出音沒有做好或者后音腔太小等等原因均可導(dǎo)致雜音。此類問題的常見分析思路：

測試組裝好的喇叭失真曲線，容易提前發(fā)現(xiàn)一些大的喇叭問題

窮舉法，對以上容易導(dǎo)致漏氣的位置人工檢查

對喇叭進(jìn)行振幅測試

資深的工程師可以通過不同電壓下掃頻測試試聽，快速定位問題

- 應(yīng)用器件雜音 - ? 音頻是一整個系統(tǒng)，如果外圍器件出現(xiàn)異常，也會導(dǎo)致雜音，比較常見的有以下幾種情況： ?

1. 磁珠引起的雜音

如上圖為磁珠的等效公式，經(jīng)過七七四九天的解方程可得如下公式： ?

*式

具體來說，對于手機(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，即使在磁化過程中發(fā)生100%的變化，X2相對于R2也可忽略，因此上述*式中，表征電流波形幅度的部分可視為恒定值而無須分析，X的變化主要影響電流波形的相位。 ? 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)際磁場并非完美正弦磁場，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，又由于磁場與磁化電流成正比，由此得到電流波形I（t）。可見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測試磁珠的電感量，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題，這種情況下可以省掉磁珠

2. 嘯叫

嘯叫一般有兩種，電容嘯叫和電感嘯叫。 ? 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，正對著擺放。 ? 電感嘯叫：由于負(fù)載不穩(wěn)定、輕載過載或者感值容值不合適等因素，開關(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。對于這種問題的處理一般是更換器件，或者調(diào)整器件參數(shù)等綜合考量來解決。 ?

3. TDD

對于TDD 的形成原因，艾為的很多功放的規(guī)格書都有描述，這里做直接的引用，內(nèi)容如下截圖。在2018年之前這種問題比較常見，后面艾為功放新的功放全系列對產(chǎn)品PSRR做了迭代升級，目前都可以做到-80dB 以上，目前比較少見。 ? 解決思路：

判斷來源是傳導(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，每一個幀再分割成若干個時(shí)隙向基站發(fā)送信號，基站發(fā)向多個移動終端的信號也都按順序安排在預(yù)定的時(shí)隙中傳輸。這其中每個TDMA幀含8個時(shí)隙，整個幀時(shí)長約為4.615ms，每個時(shí)隙時(shí)長為0.577ms。 ? GSM制式的手機(jī)，RF功率放大器每隔4.615ms（217Hz）就會有一次訊號傳輸，訊號傳輸時(shí)會產(chǎn)生間歇的Burst電流和很強(qiáng)的電磁輻射。間歇的Burst電流會形成217Hz的電源波動，900MHz和1800MHz的高頻RF信號形成了217Hz的射頻包絡(luò)信號。217Hz的電源波動會通過傳導(dǎo)耦合到音頻訊號通路中，217Hz的射頻包絡(luò)信號會通過輻射耦合到音頻訊號通路中，如果防護(hù)不好，就會產(chǎn)生可聽到的TDD Noise，其中包括了217Hz噪聲和217Hz的諧波噪聲信號。 ?

GSM射頻工作時(shí)電源電壓和RF信號示意圖

RNS技術(shù)通過艾為特有的電路架構(gòu)對傳導(dǎo)和輻射的干擾進(jìn)行了全方面的抑制。有效提高對TDD Noise的抑制能力。 ? - 超聲交調(diào)雜音 - ? 形成機(jī)理如下：超聲信號耦合到音頻帶內(nèi)，當(dāng)不同頻率的信號進(jìn)入放大器被放大時(shí)，在非線性作用下，會產(chǎn)生與有用信號頻率相同或相近的頻率組合，自動相加和相減，產(chǎn)生出兩個在原訊號中沒有的額外訊號，從而對通信系統(tǒng)構(gòu)成的一種干擾，音頻系統(tǒng)很難做成一個絕對線性的系統(tǒng)，會有一定的非線性存在。當(dāng)超聲信號和語音信號同時(shí)存在經(jīng)過音頻系統(tǒng)會產(chǎn)生很多的交調(diào)分量，對于聲音表現(xiàn)上就會判定為雜音。

- 異常雜音 - ? 產(chǎn)品最終歸宿一定是走向市場，在萬千人員使用中，必然會有售后問題，在售后問題中也會經(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 - ? 低電量雜音也是一種比較常見的雜音，對于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)系來做的升壓，常見有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高于滿電量的削波失真，如果工程師測試的時(shí)候一直是滿電狀態(tài)，就會忽略掉這種情況，引起低電量雜音。 ? 解決方案：

在測試環(huán)節(jié)納入低電量測試

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 升壓會有穩(wěn)定的電壓輸出，但是同樣會加大在低電量時(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 電壓也會下降，若VDD電壓小于功放關(guān)斷電壓，則會導(dǎo)致功放進(jìn)入抽電關(guān)斷，停止抽電功放打開的循環(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，太長VDD 走線阻抗偏大，分壓也會偏大

艾為的BOOST功放都會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

音頻雜音問題嘗嘗要系統(tǒng)的去考慮，包含平臺、功放、線路、喇叭等，單一的思考往往會讓工程師陷入誤區(qū)，問題遲遲無法得到根本解決。以上是我們對常見問題問題的一些歸納總結(jié)，并不是音頻雜音問題的全部，例如：信號干擾、平臺+線路+功放的組合雜音問題等疑難問題因?yàn)槠鶝]有做過多的介紹。

審核編輯：黃飛