让我们聊聊手机Hifi芯片那点事儿

2016-01-05 10:08:09来源: 手机中国
手机Hi-Fi的学问很多,小编今天着重和大伙聊聊Hi-Fi芯片的那些事。还记得当年vivo X1将解决SRC问题的CS8422和DAC解码芯片CS4398塞进去手机之后,引起了业界轰动,从此,手机Hi-Fi热潮正式被掀起。那个时候,还有很多人沉浸在苹果的音质上,一个劲地说iPhone好,Hi-Fi手机没用。之后vivo Xplay用OPA2604这颗运放/功放芯片,让vivo手机再一次成为Hi-Fi手机的象征,同时也引起了疑问,在手机中塞下需要单独供电的独立运放/功放芯片有用吗,会不会得不偿失?

 

  

  漠视众人的怀疑眼光,vivo锲而不舍地在vivo X3上玩起了Hi-Fi,用上了ES9018K2M解码芯片,同时为其配备了MAX97220耳放芯片。vivo Xplay3S更将ES9018K2M和OPA2604完美地搭配在一起。但是业界支持和仿效的声音依然微薄,此时乃2013年底。

  2014年第四季度,vivo Xplay系列已经接近一年没有更新产品线,正当不少支持手机Hi-Fi的消费者开始动摇之际,魅族宣布正式回归音乐,魅族MX4 Pro也用上了Hi-Fi芯片,延续了vivo Xplay3S上的ES9018K2M DAC,还把运放/功放从OPA2604升级到OPA1612,用行动支持手机Hi-Fi,同时也标志着vivo不再孤军作战。

  无独有偶,魅族宣布自家的Retina Sound体系不久,vivo卷土重来,vivo X5Max在保持极致轻薄的前提下,用上了Hi-Fi 2.0架构,继承了ES9018K2M DAC,还把运放/功放系统升级为前后两级,引入ES9601和OPA1612双运放/功放芯片,除了听觉享受,在录音方面引入了雅马哈YSS205X-CZE2数字环绕声信号处理芯片,实时耳返功能打造随身KTV。

  2015年初,小米Note正式加入Hi-Fi手机阵营,ES9018K2M依然没有缺席,前后级功放芯片更换成ADA4896和OPA1612的组合,同时用独立双时钟晶振解决SRC问题。顶配版更将ES9018K2M更换成了SABRE9018C2M,让Hi-Fi芯片性能保持不变情况下体积变得更小。

  2015年,金立S7,乐视超级手机,nubia Z9,魅族PRO 5不约而同地加入了Hi-Fi芯片,直到最近发布的联想乐檬X3和vivo X6、vivo X6Plus,还在更换Hi-Fi芯片组合,寻求更多更好的Hi-Fi方案。

  如今,还有很多消费者对手机是否需要添加Hi-Fi芯片抱着怀疑态度,这也是本文需要和各位读者探究的问题,就让我们从声音的传播原理开始,然后再聊一下那些Hi-Fi芯片分别作用于声音传播的哪些环节,看看是否真的能够让手机Hi-Fi起来。

  Hi-Fi和声学

  Hi-Fi和家庭影音系统其实并不是指同一样事情,相反,他们是相对的,Hi-Fi全称是High-Fidelity,意思为“高保真”,根据百度百科的定义,Hi-Fi是指与原来的声音高度相似的重放声音。而家庭影音系统的组成,根据百度百科的定义,包括:影碟机、调谐机、电唱机、均衡器、效果器、卡拉OK机、调音台、功放前级和功放。从定义来看,Hi-Fi和家庭影音系统存在着明显的区别,前者讲求“高保真”,需要准确还原每一件乐器的声音和位置。而家庭影音系统则讲求震撼和排山倒海的视听效果,只要能够感受到炮火在不同方位爆炸,直升飞机在你头顶盘旋,仿佛身临其境即可,必要时还能够加入音效进行修饰。或者使用音效工具将声音的音调、频率、振幅等指标调得面目全非,和Hi-Fi追求的“准确”有很大区别。

  搞清楚了两者区别,今天我们的定调也就清晰了,本文介绍的是Hi-Fi芯片和Hi-Fi系统,而不是家庭影院系统,所以在下文主要还是讲述Hi-Fi芯片如何让智能手机的Hi-Fi系统变得更加“高保真”。

  每一块Hi-Fi芯片加入Hi-Fi系统中每一个环节,其实都有其自身的作用,不过要了解这些Hi-Fi芯片的作用,我们必须先了解一下声音的传播原理和Hi-Fi系统的各个组成部分。

  先回顾一下物理课知识,模拟信号和数字信号的区别:根据百度百科的定义,模拟信号是指连续变化的物理量所表达的信息,如温度、湿度、压力、长度、电流、电压等,模拟信号在一定时间内有无限个不同的取值,表现在图表上一般就是连续而平滑的曲线。

  相应地,数字信号是离散的、不连续的信号,举个最简单例子,由于数字信号只有两种状态,1和0,以电压为例,我们假设“1”是高电平,“0”是低电平,同时以5V为分界线,高于5V为高电平,低于或者等于5V为低电平,这个时候就可以用两种状态去描述不断变化的电压。聪明的伙伴应该意识到,数字信号并不是记录连续变化的物理量,而是在一定时间间隔,通过采样来记录相关物理量,所以最终在图表上显示的图案并不是一段曲线,而是棱角分明的类似柱形图的形状。注意,电压这种物理量既能够用模拟信号表示,也能够用数字信号表示。

  声音的传播过程,简而言之就是将声波变成电信号,将电信号从模拟信号(经过采样、量化和编码)转变为数字信号,再放在信道(可以看作是声音的传播通道,类比汽车行驶的高速公路)进行传播,抵达接收端的时候,再将数字信号还原为模拟信号,最终将电信号还原为声波。为什么不直接用模拟信号进行传播呢?很简单,还是电压这个例子,3.5V和4V对于模拟信号来说区别很大,如果直接用模拟信号传播的话,在复杂多变的信道环境中很容易受到干扰,让3.5V电压值畸变成4V,数据无效,需要重传数据。

  将模拟信号转换为数字信号再进行传播的话,即使遇到干扰和噪声,让3.5V电压值变成了4V,根据上文提及的数字信号的特征,我们假定了在5V以下,3.5V和4V都属于低电平,也就是“0”这种状态,所以数字信号在信道传输过程中,即使被干扰也只会出现“0”这种信号,最终抵达接收端的时候,通过解码程序就能够准确无误将“0”这种数字信号状态还原成“3.5V”这个模拟信号物理量。请看下图:

  

  声音的传播过程

  最左边的红色字体标示了四个关键设备:输入设备(麦克风/录音机)、前端(播放器/手机)、后端(耳放/运放/功放)、输出设备(耳机/音箱),这些也是声音能否真实还原的关键,也就是“高保真”的关键。

  接着我们再看上图最右边的区域,首先我们先聊聊录音部分,一段声音首先必须通过输入设备的“高保真”记录之后,才能够在最终回放环节获得原汁原味的重现。这也是声音转变成电信号之后,再由模拟信号转变成数字信号的重要环节,在手机Hi-Fi体系中我们用ADC这种芯片进行把关,例如vivo Xshot中采用TI的TLV320ADC。而ADC芯片的作用,其实就是负责在模拟信号转变为数字信号的时候,尽量提高采样率,同时减少压缩率。

  

  输入设备

  采样率分为采样速度和量化位数,不懂?192kHz/24bit有印象吧?这年头不要说索尼、魅族和vivo,连小米、nubia、联想等不是音乐播放器起家的厂商也在追求这项参数。192kHz指的是采样速度,24bit指的是量化位数。由于采样速度和量化位数的内容牵扯到很多音频知识,但是它们不是今天的主题,所以请各位读者姑且记住,这对数值越大越好,也就是192kHz/24bit相比以前的44.1kHz/16bit(CD标准)采样率要好。

  提高采样率的同时,我们需要减少压缩率,也就是和MP3格式之类的高压缩音频文件说再见。还记得以前没有出现192kHz/24bit的所谓“高保真”音频文件的时候,我们买CD听的时候也会觉得CD的音质很好。而上文提过,CD标准的采样率只是44.1kHz/16bit,为什么相比如今那么多所谓采用192kHz/24bit采样率的音源文件(MP3格式),音质上好上不少,这就是压缩率的原因。

  MP3、OGG格式的音频文件经过压缩之后,把很多细节阉割掉,音质差了不少。采用这种有损压缩格式进行存储音乐文件的原因,主要还是因为采用了高采样率采样的音频文件体积庞大,不便于后期存储和移植到其它地方分享、传播。而CD标准的压缩率普遍不高,所以即使采用率不高,但是依然能够拥有很好的音质。

  像MP3、OGG这类依靠丢失细节和损害音质,从而大幅度压缩文件大小的音频格式,我们称为有损压缩。另一种相对的压缩方式就是无损压缩。常见的无损压缩格式有FLAC、WAV、DSD、APE,这几种格式压缩率不高,很好地还原了音频文件的细节,缺点就是生成的文件体积比较大。

  解释了ADC职能,接下来我们看看前端。前端的作用就是把刚刚录制好的声音片段(已经变成了数字信号),通过软件和硬件结合调用的方式进行解压缩和解码。既然有了将模拟信号编码成数字信号,之后进行了压缩的步骤(录音),根据对称性,肯定有解压缩,并且将数字信号还原成模拟信号的步骤(回放声音)。

  

  前端

  关于解压和解码,以本文的重点——智能手机为例,回放音乐时候,我们首先打开音乐播放器,这时候音乐播放器就会有两种选择,要么调用专门的DSP芯片(例如Cirrus Logic的CS4398)对音频文件进行解压缩和解码(俗称硬解),要么就推给万能的CPU进行处理(俗称软解)。CPU日常工作本身就很多,再扔给它处理音频解压和解码无疑增加了CPU的运算压力,不要以为如今的CPU已经拥有8核心,上了64位架构运算能力就很了不起,音频文件需要处理的信息量也与日俱增,更别提有时候CPU还要兼顾处理4K视频等庞大的信息量。所以为了减轻处理器的工作压力,手机厂商在硬件层面上引入一些芯片分担处理器运算压力,除了本文提及的DSP(DAC、ADC等),最常见的例子还有苹果和华为如今大肆宣传的协处理器。

  言归正传,专职负责音频解压和解码工作的DSP芯片,常见的有CS4398和ES9018K2M。当然,在解压音频文件的过程中,手机厂商特别喜欢加入“音效混响”来优化音质的表现。加入不同的音效进行优化,都会让最终的音频文件在回放时候走向两种不同的结果。结合百度百科的资料和小编的理解,业界喜欢将能够提高“Hi-Fi”音质的音效称为“还原性音效”,而将能够让音质变得更加符合用户个人喜好的音效称为“修饰性音效”。前者的调音结果很好理解,就是将解压后的音频文件尽量弥补、修复、还原,调整到和录音时候无异,后者的调音结果则是千差万别,极端情况下,还能够让一首充满喜感的曲目变成哀乐,街边商铺经常播放的那些disco版本的伤感歌曲其实可以通过修饰性音效获得。

  “还原性音效”的代表就是Dirac、Beats、BBE,“修饰性音效”的代表就是SRS。小编发现了一个规律,在手机上的SRS、调调、MaxxAudio中的MAXXEQ工具都提供了很多对音频文件进行调整的选项,人声强化、弱化背景、摇滚音效、电子风、爵士味等多种选项的组合就能够将一首曲目改得面目全非。相反,所谓的BBE和Beats音效,在vivo和HTC的手机上只有区区一个简单的开关,让用户选择是否开启。大概这就是“还原性音效”和“修饰性音效”的区别吧,一个一切从简,另一个包罗万象。

  解压完毕,接下来就进入解码阶段,依然是CS4398等DAC芯片的职能,将离散型的脉冲电流(数字信号)变成喇叭能够识别的交流电信号(模拟信号)。

  注意,以下这部分内容比较偏向学术性,所以不是太感兴趣的读者可以适当跳过这部分的内容。(对应下图的蓝色字部分)

  

  后端和输出设备

  DAC解码之后,由数字信号(脉冲电流)还原得到的模拟信号(交流电),信号一般都比较弱,手机厂商为了让这种交流电能够更好地推动耳机和喇叭工作,通常都会加入耳放/功放/运放芯片,放大模拟信号,增加交流电的电流强度,推动阻抗更高的耳机/喇叭,或者驱动灵敏度更低的耳机/喇叭。这部分的职能由OPA2604等运放/功放芯片和MAX97220等耳放芯片负责。

  模拟信号经过耳放/功放/运放的放大后可以输出到输出设备(喇叭)上了。耳机和音箱的主要元件就是喇叭,所以接下来我们看看喇叭的工作原理,请看下图:

  

  喇叭构造结构

  从上图很好地看到整个音箱喇叭的构造结构,电信号主要就是通过直接或者间接驱动磁体、盆架、纸盘三个部分,最终让电信号转化为声音,还原到人耳,这部分内容由于和Hi-Fi芯片关系不大,所以请各位读者有选择性地看看就好。当放大后的交流电通过喇叭上一圈一圈的线圈,根据“安培定则”的原理,通电线圈附近就会产生磁场,同时,根据“安培力”的定义:通电导体处于磁场中的时候会受到安培力的作用。“安培力”的方向我们可以通过“左手定则”进行判断。在喇叭这个例子中,“安培力”方向会不断变化,主要是因为通电线圈所产生的磁场方向,会随着交流电方向不断变化,从而时刻改变“安培力”的方向。

  另外,喇叭上固定的磁铁也会产生磁场,磁场方向是恒定的,这就会和上述磁场相互作用,从而削弱和增强这种“安培力”的效果。具体的两种情况请看下图:

  

  两个磁场方向相同

  

  两个磁场方向相反

  两个磁场相互作用下的“安培力”最终就会推动线圈在两个相反的方向来回移动,从而带动连接在线圈的纸盘震动,纸盘震动从而让附近的空气不断经历压缩和膨胀两个过程,最终形成声波,简简单单的喇叭原理,牵扯到电学、力学和声学三门物理学知识。

  了解了声音的传播原理和Hi-Fi芯片分别作用于声音传播的哪些环节,接下来我们总结一下:

  1、输入阶段:ADC,例如TI TLV320ADC

  2、解码阶段:DAC,例如Cirrus Logic CS4398

  3、输出前放大信号阶段:运放/功放/耳放,例如OPA2604

  和Hi-Fi芯片有关的基本术语

  (谐波)失真:简单来说就是,实际的音频功率放大器有各种谐波造成的失真及由器件内或外部造成的噪声,这个值一般在0.00n%~10%之间(n=1~9)。

  互调失真:和“谐波失真”类似,也是采用百分比来表示,数值越小越好。上面的(谐波)失真是指单频率下,所产生的干扰,而互调失真则是两个频率下所产生的谐波干扰,这种组合又能够互相叠加(和、差两种运算),形成更多的谐波干扰。

  噪声:和“失真”有一定相似,都是原输出音频信号没有的东西,属于干扰听感和音质的事物,“失真”一般是有规律可循的,“噪声”则是不可预见和突发的。

  信噪比/讯噪比:一个电子设备或者电子系统中信号和噪声的比例,采用dB做单位,数值越大,还原的声音越清晰,没有乱七八糟的杂音。在本文中用于表征手机中输出的音频信号对底噪和外界干扰信号的抵御能力。

  动态范围:这个参数是指手机的最大信号和最小信号之间的幅度差,最大信号就是指音频重放时最大不失真输出功率,最小信号则是手机不播放音乐时系统噪声(底噪)输出功率。单位dB,数值越大越好。

  声音分离度:简单来说就是左声道和右声道输出声音之间的隔离度,如果分离度不够,左右声道产生串扰,不仅无法形成立体声效果,连声音基本的清晰度也会大打折扣。这就好比3D眼镜如果设计得不合理,观看电影时经常出现“重影”现象,让人无法观看。

  频率响应:以恒定电压输出的音频信号与系统相连时,扬声器产生的声压随频率的变化而发生增大或衰减、相位随频率而产生变化的现象。用来描述音频设备对于不同频率的信号处理能力的差异。针对手机而言,主要强调其对任何频率的信号都能够保持稳定的放大率,并且对于相应的负载具有同等的驱动能力。最直接的体现就是RMAA波形图中应该近似地接近一条直线。

  共模抑制比:在本文主要是针对Hi-Fi芯片中的运放/功放芯片(例如OPA1612)而言,类似“信噪比”,也是一种比值。不过这种比值的分子和分母比较难理解,分别是差模信号电压放大倍数(Aud)和共模信号电压放大倍数(Auc),即CMRR=|Aud/Auc|。我们姑且记住结论,CMRR(共模抑制比)越大,运放/功放芯片的放大性能越好。回到手机界,魅族MX4 Pro第一次采用OPA1612替代OPA2604的时候,宣传过这个参数。

  

  来自魅族官网(CMRR介绍)

  增益:要解释“推力”这个重要术语之前,我们必须介绍一下什么是“增益”?根据声音传播和发声原理,要让智能手机中发声单元发声,我们需要通电,让电流克服电路电阻做功,经过一系列的电磁效应之后,驱动喇叭振动发声。通过控制电位器(手机机身的音量加减键)可以调整通电时候的电流大小,从而控制手机的音量。通过按下“音量+”键来提高音量输出,按下“音量-”键来减少音量输出。

  另外,众所周知,部分Hi-Fi手机内部有耳放或者运放/功放芯片,这些芯片主要作用就是放大输出信号。结合上面的音量键(电位器)知识来解释什么是“增益”。“增益”就是表示每当按下音量+(音量-)键时候,系统内部的耳放/运放/功放芯片能够将原输出信号相比放大前增加(减少)多少倍,可以近似看成是一种比值,增益的单位一般用“dB”表示。

  假设不用运放/功放芯片,按一下“音量+”键增加了5dB的响度,采用运放/功放芯片放大信号输出之后,按一下“音量+”键增加了10dB的响度。再将响度换算为功率P,代入“增益”的计算公式(小编不敢写,怕读者关闭浏览器)上,即可求得按一下“音量+”键获得的“增益”是多少?

  

  如何得到“增益”数值

  为了让读者更好地理解,小编不禁想起了魅族MX4 Pro中提供了“Hi-Fi Sound”的几种输出模式,碰巧就是用“增益”划分的,最具代表性的低增益模式和高增益模式。

  

  魅族“Hi-Fi Sound”设置选项

  举个例子,小编手上有两条耳机,根据阻抗和灵敏度的不同,分别适配上述两种模式,如下图所示。

  

  几种不同的Hi-Fi Sound模式

  看完了上图我们就能够更加容易理解“增益”是什么。低增益模式明显是用来推“高灵敏低阻抗”这种俗称“容易推”的耳机,而高增益模式则是用来推“低灵敏高阻抗”这种俗称“比较难推”的耳机,说明“推力”和“增益”有关。

  推力:了解了“增益”之后,接下来我们探究一下“推力”和“增益”的关系。还是上面魅族MX4 Pro例子,系统中选择“线路输出”模式,接外置功放/声卡和监听音箱,当音箱响度达到相同分贝的时候,两台手机相比(假设和魅族PRO 5相比),哪台手机需要的增益越大,证明该手机的推力越小,相反,则越大。增益和推力一般成反比关系。简而言之,“推力大”表示通过尽可能少的增益,就能够输出用户需要的响度的一种能力。

  解析力:这也是Hi-Fi发烧友认为最难解释清楚的术语之一,Hi-Fi领域所谓的解析力受多个因素综合影响,失真、底噪、采样率、压缩率等指标都能够影响解析力,是一个综合指标。正如手机摄像头的解析力,不仅和摄像头像素有关,而且还和光学镜头/镜片质素、传感器尺寸大小、单位像素面积、对焦速度、防抖表现等参数有关。小编觉得,高解析力的手机,最基本应该做到将声场准确还原,能够清晰听到每一样乐器分别在自己的哪些方位发出声音,此乃其一。另外,将音频文件细节交代得一清二楚的同时,应该很有层级感,所谓层次感就是一堆乐器同时演奏,手机能够分清主次进行表达,让我们分清楚哪些是主要乐器,例如大提琴、钢琴,哪些是次要乐器,例如三角铁、鼓。

  各家芯片厂商的代表作

  了解了发声原理,普及了音频专业术语之后,接下来我们开始聊聊那些Hi-Fi芯片。下图是小编总结了市面上智能手机搭载的一些主流Hi-Fi芯片。

  

  主流手机Hi-Fi芯片

  如图所示,TI和ESS两家厂商不仅仅生产单一环节的Hi-Fi芯片,例如ESS,除了生产解压和解码环节的DAC芯片,还生产放大信号环节的运放/功放芯片。接下来,小编按照厂商顺序分别聊聊上述的一些Hi-Fi芯片。PS:下面的芯片参数全部来自芯片厂商或者手机厂商公布在官方网站的数据。

  Wolfson/欧胜

  2014年5月,Wolfson/欧胜正式宣布被最大竞争对手Cirrus Logic收购,同年8月,收购完成。如今,在Cirrus Logic的芯片官网,已经能够看到Wolfson/欧胜以前和现在的一些电子芯片资料和白皮书。在智能机诞生早期,也就是Cirrus Logic和ESS没被vivo扶正的时代,欧胜的音频解码芯片还是挺受欢迎的,不少手机厂商,例如三星,不想使用处理器自带SoC中的集成音频芯片,所以选择了和欧胜采购WM系列解码芯片。

  经典芯片参数对比

  从上面6款欧胜的经典解码芯片中可以得知,WM5102的综合音频参数最佳,而这颗芯片曾被用在三星S4、联想K860i和魅族MX3上,巧合的是这三套平台都是采用了三星Exynos处理器。据业界的专业人士反应,早期三星处理器平台的音频解决方案一般比Qualcomm处理器平台的要好一点点。三星也不是第一次在自家的SoC平台上引入独立音频解码芯片,早在三星S3和三星Note II时候就已经使用过另一颗芯片——WM8958。

  WM1811可以看作是WM5102的低功耗版本,而WM8994和WM5102的性能指标很相似,被用于魅族MX2上。WM8918则被酷比和飞利浦手机用过,酷比手机也是近年来仅次于vivo,在智能机上广泛引入Hi-Fi芯片的厂商,只不过品牌名气不高而已。而WM8281最为熟悉,就是前些日子主打“全时Hi-Fi”的联想乐檬X3其中一块解码芯片。仔细观察,你会发现这6颗芯片不再局限于44.1kHz/16bit的CD音频采样标准,时代在进步,消费者和厂商对音频文件的采样率也提出了进一步的要求,不过正如上文所说,采样率高还要保证压缩率低,采用无损压缩为最佳,否则糟蹋了辛辛苦苦采样的音频文件。

  Cirrus Logic

  自从vivo X1引入CS8422之后,SRC问题被解决了,同时手机解码音质也被CS4398变得更有“胆味”,这是以往智能手机从未出现过的两项新革命。从此,Cirrus Logic和vivo形影不离,vivo三大系列(X、Xplay、Xshot)旗舰机不少都使用过Cirrus Logic的解码芯片,而CS4398也是vivo用得最为成熟的解码方案,不亚于ESS平台。

  经典芯片参数对比

  CS4398曾经是业界知名“胆机”的解码芯片,所以才一直被Hi-Fi发烧友抱以高度评价,至于CS4353则是vivo X1S时候,由于供货紧张导致产能不足,vivo将CS4353替换掉CS4398,两者在参数上还是有一定区别的,不过实际听感可能未必如参数那样明显。至于CS8422则是专门用于解决SRC问题,这颗芯片的参数本身也不低,甚至高于CS4398。关于SRC问题,小编在这里不展开讨论了,简单来说就是更高保真地还原声音,减少Android和ARM架构处理器共同对音频解码过程中产生的负面影响。通过国内外的评测机构拆机发现,CS37系列解码芯片曾经被用于iPhone上,当然,也是定制版。至于CS42L73则被用于小米手机3(移动版,Tegra 4处理器平台)上。

  ESS

  又让我想起老白的经典语录,“魅族MX4 Pro的动态范围是知名的音乐播放器HIFIMAN HM-901的4倍”。不过也正因为这样的对比,才进一步凸显了ES9018K2M在智能手机中的地位,纵然表现上相比专业播放器中那块ES9018解码芯片还有一段很大的距离,但是能够将低功耗版的ES9018K2M塞进去手机中,vivo和魅族等厂商也是蛮拼的。专业播放器领域有不少彪悍的Hi-Fi芯片,知名的芯片厂商也不只Cirrus Logic和ESS这几家,但是能够在保证性能不被大幅缩水基础上将Hi-Fi芯片体积缩小,并塞下手机之中,Cirrus Logic和ESS确实树立起标杆作用。

  

  经典芯片参数对比

  ES9018K2M自vivo X3上首发开始,出色的性能参数让其逐步取代CS4398,成为了业界公认的手机音频解码芯片之王,除了vivo,还有酷比、小米、魅族、TCL和IFA之后比较火的Gigaset的部分机型都选择了这颗解码芯片。而SABRE9018C2M则是小米Note 顶配版和联想乐檬X3上出现的进阶版ES9018K2M,从上面表格可得,相比参数上略微提升一点点而言,体积缩小这个优势无疑更具吸引力,让更多主打轻薄的智能机都能够塞下这颗旗舰级别解码芯片。ES9028Q2M则是vivo X6Plus最新搭载的解码芯片,由于ESS和vivo官网暂时都没有公布其完整的参数指标,所以小编从其它专业评测机构上借用其中两项公布数值。

  除了解码芯片,ESS还有两颗运放/功放芯片:ES9601和ES9603Q比较知名,分别用于vivo X5Max和vivo X6Plus上。类似地,ESS官网对于这两颗功放芯片的参数公布也比较少。

  TI/Texas Instruments

  纵然TI的OMAP系列处理器已经退出了手机市场的竞逐,但是TI大量的传感器和音频芯片却依然活跃在智能手机行业中,其中Moto特别喜欢采用TI家的传感器,代表作为Moto X的两颗低功耗的DSP(自然语言处理器和语境计算处理器),而TI在音频芯片方面代表作有OPA1612和OPA2604。

  类似ESS,TI的官网对于自家的音频芯片在参数上的宣传也比较低调,我们无法直接获得信噪比、动态范围等技术指标,但是可以通过手机厂商纷纷入手这些芯片的态度,间接体会到这两颗运放/功放芯片的实力。

  OPA2604第一次出现在智能手机上是在vivo Xplay,当时引起了业界轰动,主要还是因为这颗运放/功放芯片本身是一颗双极运放/功放,需要正负电压双供电电路,对于如此苛刻的供电需求,更盛传在vivo Xplay上市前更换了不少新的电压控制IC来驾驭它。这也是vivo Xplay成功的地方,试问昔日又有多少手机厂商能够将这种需要独立供电的运放/功放芯片引入到体积本来就不大的手机中?除了vivo两代Xplay系列旗舰搭载了这颗芯片,锤子Smartisan T1也引入了这颗Hi-Fi芯片,不同的是,老罗并没有像vivo那样引入独立的DAC。

  

  OPA1612(截图来自魅族官网)

  而OPA1612则是魅族MX4 Pro开始,正式取替OPA2604成为业界主流的运放/功放芯片,代表机型还有vivo X5Max、小米Note、魅族PRO 5、联想乐檬X3,以及最近发布的锤子Smartisan T2。OPA1612最突出的优点是CMRR(共模抑制比)值极其稳定,从1Hz到80 KHz都始终保持120dB不变,这样使得OPA1612在整个音频里都能保持优秀的高解析力,而且失真度很低。这也就不难理解为什么小米Note连续用了两颗OPA1612,在联想乐檬X3上更连续用了三颗。

  除了独立运放/功放芯片,TI还生产像TLV320ADC的模拟转数字信号芯片,正如上文所说,ADC主要是作用在录音阶段的芯片,保证高保真地录入音频文件。vivo Xshot是一款经典的Hi-Fi手机,不是因为其参数和表现比vivo X5Max或者vivo X6Plus更加出色,而是因为vivo Xshot从音频在输入到手机(TLV320ADC)、在手机中解压解码(CS4398)、从手机输出到耳机(MAX97220)全过程都有Hi-Fi芯片的引入,所以才称其为经典和蓝本。

  AKM

  自vivo将Cirrus Logic和ESS两家厂商的Hi-Fi芯片引入到手机端之后,欧胜的地位一落千丈,最终也在2014年被Cirrus Logic收购。除了Cirrus Logic和ESS双雄争霸,业界也有不少手机厂商尝试和其它Hi-Fi芯片厂商合作,寻求新的火花。其中,AKM的解码芯片在这一两年被nubia引入到手机中。

  

  经典芯片参数对比

  AK4961最早出现在nubia Z7上,是AKM专为智能手机与平板产品打造的高级音频DSP编解码器,从AKM官网公布的参数看,这一解码器和ES9018K2M类似,支持192kHz/32bit采样率,不过信噪比可能不够ES9018K2M出色。在专业评测机构报告中也显示,AK4961纵然是AKM面向旗舰机定制的Hi-Fi芯片,但是相比ES9018K2M的信噪比、动态范围、谐波失真、互调失真和立体声分离度的得分都要低。

  而15年年度旗舰nubia Z9同样采用了这颗AK4961,和下文提及的YAMAHA那颗YSS205X-CZE2一样,支持实时耳返功能,可以充当一个口袋录音棚,兼容当前业界大部分K歌app。再者,AK4961集成了低噪音低功耗的麦克风放大器,能够实现语音方面的操作,例如降噪和消除回声等。

  AK4375则是AK4961的缩水版,纵然在上面表格参数上并没有直观反映出来,根据资料显示,nubia Z9 Max、nubia Z9 Max 精英版、nubia My 布拉格三款产品都搭载了这颗芯片,除此以外,vivo和Gigaset两家厂商的部分机型也有搭载这颗定位中端的解码芯片。nubia的品牌设计总监王汇也在接受媒体采访的时候表示,AK4961重点是解码,而AK4375则是为了获得更好的功放效果,不属于同一个类型。

  YAMAHA

  YSS205X-CZE2首次出现在手机上是vivo X5的时候,但是在KTV领域早就享誉盛名,vivo并不是创新地将一颗Hi-Fi芯片从无到有打造出来,而是善于将Hi-Fi音频领域的芯片引进到手机上,和业界知名厂商(Cirrus Logic、ESS、YAMAHA等)合力打造定制版的Hi-Fi芯片,让手机用户也能够过把Hi-Fi瘾。YSS205X-CZE2是一颗在智能终端上搭载的专业级卡拉OK数字环绕声信号处理芯片,正如上文所说,这块芯片具有专业的实时耳返功能,同时还能够实现多种混响空间音效和实时算法,例如实时消除人声算法、实时升降调算法、防啸叫算法、回音消除AEC算法和实施降噪算法。

  

  截图来自vivo官网

  采用这颗YSS205X-CZE2芯片进行K歌时,演唱者声音的录制和耳放存放在同一颗IC内进行处理,换句话说从声音的录制、到音频信号的处理、再到声音的播放,都能够通过YSS205X-CZE2在硬件级别实时处理,减少数据在缓冲区一层层传递,所以缩短了耳返时间。正如大部分手机都能够通过软件级别实现“先拍照后对焦”功能,但是只有HTC One(M8)那种硬件级别实现方式,才称得上虚化自然,指哪打哪,而且还能够在相册中随时调整对焦点,让照片焕然一新。有些功能用硬件实现虽然提高成本,但是带来的效果相比软件实现更加出色,拍照如此,音频处理如此。除了vivo X5,vivo X5F、vivo X5Max和vivo X6Plus也采用了这颗YSS205X-CZE2。不过在YAMAHA的官网,并没有公布这颗YSS205X-CZE2信噪比、失真等参数。

  除了YSS205X-CZE2,还有很多厂商机型宣传采用了雅马哈功放或者耳放,但是并没有具体说明是哪一颗,例如三星、nubia、OPPO、酷比、卓普等厂商。

  ADI/Analog Devices

  小米Note采用了ADA4896,这是一颗出自Analog Devices(ADI)的运放/功放芯片。小米Note和vivo X5Max一样,采用了二级运算放大系统,分为前级放大电路和后级放大电路,后级放大电路都是采用OPA1612,区别在于前级放大电路,小米Note将vivo X5Max上的ES9601替换成ADA4896。

  

  截图来自小米官网

  根据ADI官网显示,ADA4896的共模抑制比(CMRR)相比OPA1612相差无几,另一方面,ADA4896的谐波失真(-115dB)相比CS4398(-107dB)还要高,但是略低于ES9018K2M(-120dB)。至于ES9601和ADA4896都作为前级放大电路芯片,在参数上哪一块更优秀,由于ESS官网并没有公布ES9601具体参数,所以暂时无法对比。但是可以肯定的是,小米Note为米粉们定制的这颗ADI运放/功放芯片也是品质不错的选择,体现了小米对Hi-Fi有自己一套态度。

  其它

  市面上还有其它一些Hi-Fi芯片并不是源于Cirrus Logic和ESS这些名气比较大的厂商,我们也来认识一下他们。

  AW8736是AWINIC/上海艾为电子技术的运放/功放芯片,nubia Z9 Max 精英版除了搭载了AK4375解码芯片,还追加了一枚AW8736,AWINIC官网公布的参数可知其谐波失真为0.02%。

  NXP/恩智浦半导体的TFA9890功放曾经搭载在TCL S838M(俗称东东枪2)和刚发布的锤子Smartisan T2上。虽然信噪比只有100dB,但是相比采用集成音频芯片方案的机型还是体现了其优势和诚意。

  

  锤子Smartisan T2的Hi-Fi体系

  vivo很多Hi-Fi手机都采用了MAX97220耳放(AB类耳放),这颗大名鼎鼎的芯片其实出自Maxim之手。凭借112dB信噪比,低于-90dB的谐波失真,让MAX97220作为很多厂商在耳放上的首选。除了vivo,TCL和酷比也有机型用上了这颗耳放芯片。

  细心的读者也会发现,耳放芯片相比运放/功放芯片的选择窄了不少,除了上述的Maxim MAX97220以外,就好像只有英国Graham Slee的Solo耳放,这颗耳放芯片也是魅族PRO 5相比魅族MX4 Pro其中一项改进。

  主观听感和结论

  小编结合自己使用过的一些手机(采用了本文提及的Hi-Fi芯片),表达一下Hi-Fi芯片为听感带来了哪些提升。

  vivo X5Pro

  先说说小编之前写过的对比评测中的两台手机:vivo X5Pro和联想乐檬X3。对客观数据感兴趣的读者可以移步到RMAA的专项评测文章。

  文章链接如下:http://www.cnmo.com/reviews/528727_all.html?#p528976。

  主观上,vivo X5Pro整体听感和vivo Xshot很相似,之前看到网上说这两款机型听感一个偏暖一个偏冷,真机上手之后对比了半天,从流行曲对比到古典音乐,愣是没发现有什么明显区别。主要还是因为两款手机采用的Hi-Fi芯片方案基本一致,所以结果也是意料之中。需要强调的是,vivo大部分Hi-Fi手机都有一个特点,如果不开启自带音乐播放器的“Hi-Fi”模式,系统是不会自动调用Hi-Fi芯片的,这一点从听音乐的时候来回开启和关闭“Hi-Fi”模式这个选项就能够明显感觉到。

  

  Hi-Fi模式

  联想乐檬X3

  联想乐檬X3最大特点就是用了两颗不同功能的解码芯片,分别作用于Standard Hi-Fi模式(WM8281)和Turbo Hi-Fi模式(SABRE9018C2M),另外,Turbo Hi-Fi模式还额外调用了三颗OPA1612运放/功放芯片,实际听感上存在着明显区别,小编在多首曲目而且是同一音量下,不断切换两种Hi-Fi模式,发现偏向低功耗节能的Standard Hi-Fi模式,相比火力全开的Turbo Hi-Fi模式,在响度上弱了不少,当然响度并不能完全作为Hi-Fi芯片的评价指标。另一方面,Turbo Hi-Fi模式能够听到更多的细节,立体声环绕和低音效果明显更好。为了排除耳机的加分作用,小编特意选了一条几十块钱的入门耳塞式耳机做上述的实验,这款耳机公认低音表现不突出,所以对最终结论影响相比中高端入耳式耳机和头戴式耳机客观得多。

  

  联想乐檬X3全时Hi-Fi体系

  vivo Xshot

  根据vivo公布的参数,vivo Xshot配备了CS4398 DAC,支持192kHz/24bit采样率。小编使用了几首192kHz/24bit的WAV无损压缩格式的音频文件,测试一下这块芯片是否能够正常解码,答案是肯定的。类似地,上述提及到另一块支持192kHz/24bit采样率的SABRE9018C2M DAC,在联想乐檬X3上同样能够成功解码这些高采样率的音频文件。

  客观地说,192kHz/24bit音频文件相比44.1kHz/16bit的CD碟片,在音箱(外放)上表现,人耳可能未必能够明显感觉到区别,毕竟外放时候声波经过众多障碍物的干扰之后,最终抵达人耳时候的变数实在太多,192kHz/24bit和44.1kHz/16bit即使有区别,差距也会被弱化了不少。

  而在耳机上回放,由于耳机密闭性做得比较好(尤其是入耳式和头戴式),能够让客观干扰因素尽量减少,保证音频在整个传播途径中尽可能少地失真和引入噪声,所以192kHz/24bit和44.1kHz/16bit的采样率下,分别生成的同一格式的音频文件,还是能够感受到细节上区别。

  综上所述,如果经常使用外放来听音乐,那么支持192kHz/24bit采样率的Hi-Fi芯片未必能够打动你,但是,如果你是喜欢戴上耳机,做一个安静的美男子坐在角落上聆听音乐的话,支持192kHz/24bit采样率的Hi-Fi芯片还是具有一定吸引力的。

  长江后浪推前浪

  如果几年前有人说Hi-Fi芯片作用不明显,小编可能还会有点认同,毕竟在小编的手机库中,三星S3和魅族MX3上的欧胜WM系列独立音频芯片表现并不见得要比集成在处理器SoC中的音频芯片要好上多少,换条好一点耳机带来的音质提升相比换台手机带来的音质提升更大。以小编为例,前阵子也将索尼和vivo两条入耳式耳机替代了蓝魔和酷比魔方两条耳塞式耳机。发现三星S3和魅族MX3也终于有一点Hi-Fi味儿了,主要是低频量感足了不少,不过这是耳机带来的听感提升,而不是手机的Hi-Fi芯片。

  

  截图来自乐视超级手机官网

  但是随着时代变迁,魅族MX3也更替到魅族PRO 5,Hi-Fi芯片也换了几代,市场反馈是最好的佐证,魅族、vivo、小米、乐视等厂商如今使用的Hi-Fi芯片也早已不是当年被收购的欧胜WM系列芯片,手机音频电路也早已不再是当年那么简单,凭借双晶振电路、前后级运放/功放电路、双解码芯片等层出不穷的设计,呈现出长江后浪推前浪的变革趋势。

  结束语:如果Hi-Fi只是噱头的话,为什么除了vivo,还有那么多厂商愿意争相效仿、借鉴或者赶超vivo?如果Hi-Fi只是营销概念,为什么还有那么多手机厂商钻研着不同的Hi-Fi芯片组合,选择和ESS、Cirrus Logic、欧胜、AKM、TI等国际知名的音频芯片厂商合作?如果Hi-Fi只是浮云,为什么坚持了几年依然方兴未艾,让那么多手机厂商为了解决SRC、低频不足、中音不准、高音不甜、临场感不够、耳机推力不足、左右声道分离度差等问题,而不断改善和优化音频电路,加入更多高品质的电阻、电容等电子元件来提升手机Hi-Fi表现?

  正如上文所说,每一块Hi-Fi芯片加入到手机中都是有原因的,分别作用于声音传播过程中不同的阶段。无论是主观听感还是客观数据,无论是厂商公布的技术指标还是小编用RMAA去印证这些参数,最终得到的结论都显示Hi-Fi芯片的引入是干货而不是噱头。智能穿戴设备没有进入寒冬,手机Hi-Fi同样刚刚才崭露头角,正走向全新的时代。


关键字:芯片  Hifi

编辑:冀凯 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/xfdz/article_47155.html
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