智能手機(jī)的聲音系統(tǒng)設(shè)計(jì)解決方案.docVIP

智能手機(jī)的聲音系統(tǒng)設(shè)計(jì)解決方案大家下午好！我是Knowles電子的銷售王強(qiáng)，今天帶給大家的信息是未來的手機(jī)設(shè)計(jì)對(duì)聲音這方面的一些要求。在我介紹之前，我先簡(jiǎn)單地介紹一 下 Knowles公司，這個(gè)公司實(shí)際上一直專注在聲學(xué)的領(lǐng)域，到現(xiàn)在已經(jīng)有超過60年的歷史。有幾個(gè)重要的里程碑，大家可以看到，實(shí)際上在阿波羅登月的時(shí) 候，上面用的麥克風(fēng)就是Knowles的產(chǎn)品。還有一個(gè)比較重要的里程碑，我想關(guān)于麥克風(fēng)現(xiàn)在很多人已經(jīng)比較熟悉，這個(gè)產(chǎn)品實(shí)際上在Knowles 1986年就在研發(fā)，但這個(gè)產(chǎn)品一直到2003年初才在市場(chǎng)上量產(chǎn)，所以整個(gè)研發(fā)過程花了10年的時(shí)間，這個(gè)在一般的公司，這么長的研發(fā)投入期簡(jiǎn)直不可想 象。我在麥克風(fēng)行業(yè)已經(jīng)有很多年，在我剛剛進(jìn)入這個(gè)行業(yè)時(shí)有一種非常不好的印象。因?yàn)槭謾C(jī)實(shí)際上是個(gè)通訊工具，但很多人不太在意麥克風(fēng)，我甚至覺得 有些工程師在想是不是可以省掉麥克風(fēng)！但現(xiàn)在越來越多的人，甚至包括運(yùn)營商，由于運(yùn)營商的推動(dòng)或不同降噪公司、芯片廠商的努力，大家對(duì)于手機(jī)通訊的品質(zhì)越 來越重視。說到這里還得先對(duì)本次研討會(huì)的主辦方中國電子展（CEF）、電子元件技術(shù)網(wǎng)及我愛方案網(wǎng)（） 說聲感謝！能讓有這個(gè)機(jī)會(huì)站在這里跟大家交流！好話說回來，大家之所以這么重視，這一點(diǎn)實(shí)際上從我們現(xiàn)在整個(gè)產(chǎn)品的出貨量上面已經(jīng)得到了比較好的體現(xiàn)。在 我們談到麥克風(fēng)時(shí)有兩個(gè)最基本的用途：一是語音通訊，二是錄音。但實(shí)際上，我想你們可以看到現(xiàn)在隨著手機(jī)功能的不斷強(qiáng)大，很少有人再拿著攝像機(jī)或者照相 機(jī)，基本上拿著手機(jī)在外面隨時(shí)隨地拍攝一些短片和照片上傳到網(wǎng)上。這是現(xiàn)在手機(jī)具備的一些基本功能：攝像、拍照，甚至隨著3G的應(yīng)用，提供了更大的帶寬， 以及上網(wǎng)的速度更快。所以大家隨時(shí)可以通過手機(jī)做一些社交活動(dòng)。隨著像iPhone 推出來的Facetime、MonoTouch等基于網(wǎng)絡(luò)通訊的即時(shí)通信手段，現(xiàn)在不斷植入到手機(jī)里，所以這些對(duì)語音的要求，實(shí)際上會(huì)越來越苛刻、越來越 嚴(yán)格。我們?cè)谡劦戒浵駮r(shí)，實(shí)際上現(xiàn)在很多手機(jī)已經(jīng)具備很強(qiáng)大的對(duì)圖象品質(zhì)方面的嚴(yán)格要求，比如HDTV，或者SD圖象、SD Video。現(xiàn)在有一些手機(jī)甚至具備HDMI的接口，但是在我們談到聲音，大家去錄像時(shí)發(fā)現(xiàn)圖象非常好，但有時(shí)聲音是一團(tuán)的糟。接下來的語音通訊，我想大家可以看到現(xiàn)在在歐洲已經(jīng)是寬帶的語音通訊。歐洲在2014年準(zhǔn)備強(qiáng)制推行超寬帶，但我們國內(nèi)是什么狀況？國內(nèi)還是窄 帶，4G通訊的帶寬。這是我們?cè)趯?shí)際應(yīng)用當(dāng)中碰到的不同的一些語音通訊時(shí)的場(chǎng)景。大家可以看到左上角，你在周邊環(huán)境噪聲比較小，比較安靜的情況下，你講電 話時(shí)，比較近距離的講電話，這時(shí)候噪音不是主要的問題。再到右上角你就會(huì)看到，比如在一個(gè)公共場(chǎng)合的噪聲環(huán)境時(shí)，這時(shí)候?qū)β曇舴矫娴奶魬?zhàn)，這時(shí)有很多廠商 在提供降噪的算法，在處理環(huán)境噪聲的問題。另外針對(duì)speak phone狀態(tài)時(shí)，對(duì)聲音、對(duì)麥克風(fēng)到底有什么新的要求？在speak phone的情況下，在邊上嘈雜環(huán)境時(shí)，我想這對(duì)各位的挑戰(zhàn)就更大?；谶\(yùn)營商的角度，他有什么要求？我想運(yùn)營商有兩個(gè)基本的要求：一是通話的時(shí)長，你講話越長，運(yùn)營商越賺錢。二是數(shù)據(jù)的流量，如果你數(shù)據(jù)流量使 用得越多，運(yùn)營商就越高興。所以接下來3G的時(shí)代，實(shí)際上是運(yùn)營商主導(dǎo)手機(jī)市場(chǎng)的時(shí)代，甚至運(yùn)營商逐漸參與到對(duì)手機(jī)標(biāo)準(zhǔn)的定制當(dāng)中。接下來我們對(duì)聲音方面 需要做哪些應(yīng)對(duì)措施？在錄音的時(shí)候有兩種情況：一種是非常安靜的情況，一種是非常嘈雜的情況，這時(shí)候你怎么樣做到立體聲錄音？怎么樣達(dá)到Audio很好的 效果？甚至大家可能會(huì)碰到一種情況，你拿一個(gè)手機(jī)或者拿任何一個(gè)攝像機(jī)到外面去拍你小孩玩耍的鏡頭，他一下子跑遠(yuǎn)了，你可以通過焦距的變化很容易把小孩子 的圖象抓得很清楚，但是聲音怎么辦？所以現(xiàn)在也有一些新技術(shù)在提供一種Audio zoom的解決方案，這時(shí)候聲音也可以調(diào)整，通過特別的算法來處理。剛才我講了我們實(shí)際應(yīng)用的一些情況，這些情況對(duì)各位做手機(jī)設(shè)計(jì)帶來的挑戰(zhàn)是什么樣子？在不同的噪聲環(huán)境下，這時(shí)候是在比較嘈雜的環(huán)境下，我想各 位都希望得到清晰、非常容易辨識(shí)的通話效果。剛才Audience的朋友，包括一些芯片廠商，他們都在提供降噪方案，這時(shí)候肯定會(huì)有不同的方案供大家去選 擇。在針對(duì)多媒體錄音方面，你可能需要更高的靈敏度，更高的HDTV，還有更高的降噪比，更寬的屏寬，以達(dá)到更好的錄音效果。在一個(gè)非常安靜的噪音情況 下，這時(shí)候?qū)溈孙L(fēng)的挑戰(zhàn)是怎樣的？可能你噪聲環(huán)境比較大時(shí)，麥克風(fēng)的本體噪聲不重要。但是在非常安靜的時(shí)候，比如一個(gè)演唱會(huì)，你要去錄鋼琴演奏的聲音， 會(huì)場(chǎng)非常安靜。這時(shí)候最主要的噪音源就是麥克風(fēng)的本體噪音。然后還有一個(gè)最大的挑戰(zhàn)，就是麥克風(fēng)的一致性和可靠性有非常大的影響。實(shí)際上對(duì)Knowles來 講，我們關(guān)注在聲音方面，所以我們對(duì)聲學(xué)的測(cè)試，除了我們自己提供非常好的辨聲產(chǎn)品之外，我們對(duì)聲學(xué)的測(cè)試也花了很多努力。在模擬不同的噪聲環(huán)境，比如在 Babble這個(gè)環(huán)境下，主要是人的噪聲，你講時(shí)，周圍有很多其他人講話的聲音。在餐廳里面，你會(huì)碰到的不僅僅是講話的聲音，這時(shí)候你碰到的背景噪聲是盤 子、碗、餐具碰撞的聲音。還有風(fēng)噪，你在室外講話，風(fēng)噪是非常低頻的噪聲。我們把噪音基本上分為Non-Stationary noise和Stationary noise?；旧戏€(wěn)態(tài)的噪聲，比如在車?yán)锩?、旅行或一些比較穩(wěn)定的噪聲，這通過一些算法是很容易去掉。對(duì)于非穩(wěn)態(tài)的噪聲，語音還有一些其他的噪聲，因?yàn)?它跟語音的頻率、頻段有些差異，這個(gè)比較容易，但是風(fēng)噪，是比較困難的，它有時(shí)候非常容易讓麥克風(fēng)處于飽和狀態(tài)，風(fēng)噪非常大，麥克風(fēng)接受不了其他的聲音。 Knowles有兩個(gè)聲學(xué)實(shí)驗(yàn)室，一個(gè)在美國，一個(gè)在蘇州。實(shí)驗(yàn)室可以去模擬不同的噪聲環(huán)境，然后去比較一下不同的算法對(duì)噪音消除的效果；同時(shí)我們也非常 好的了解到不同噪音消除的算法對(duì)麥克風(fēng)的性能有什么特別的要求。這是我們比較一些算法的結(jié)果：實(shí)際上有一些算法，不同的顏色代表了不同的算法。大家可以看到左邊這個(gè)坐標(biāo)代表我前面介紹的不同狀況下的噪聲，實(shí) 際上沒有一種算法能把所有的噪音都做得非常完美。通過我們的測(cè)試可以看得到有些不同的算法對(duì)一些穩(wěn)態(tài)的噪聲有比較好的消除效果。對(duì)非穩(wěn)態(tài)的噪聲，大家可以 看到右邊的縱坐標(biāo)有一個(gè)分值，分值是表示不同算法的效果，分值越高效果越好。對(duì)Knowles來講，用我們的麥克風(fēng)產(chǎn)品去配合不同算法時(shí)也得到了非常好的 效果。你看分值最高的，基本上是用Knowles的麥克風(fēng)。這是目前市場(chǎng)上比較通行的幾種降噪算法，ANC是最早的，現(xiàn)在在市場(chǎng)上已有幾十年。現(xiàn)在比較常用的算法是基于CASA、PhaT這幾個(gè)是最新的 算法，我想 Audience的算法基本上是基于CASA的基礎(chǔ)上延伸出來的。不同的算法，最外面的這一圈是不同的算法對(duì)麥克風(fēng)的不同要求，基本上有些設(shè)計(jì)對(duì)麥克風(fēng)靈 敏度需求高、相位差要做到非常小，還有麥克風(fēng)的一致性。這里我簡(jiǎn)單做了一個(gè)Summary，在手機(jī)設(shè)計(jì)當(dāng)中有一個(gè)麥克風(fēng)，以及兩個(gè)麥克 風(fēng)，甚至多個(gè)麥克風(fēng)時(shí)，你怎么樣去選擇合適的麥克風(fēng)產(chǎn)品？我在想一般你用一個(gè)麥克風(fēng)時(shí)，我想普通的模擬信號(hào)麥克風(fēng)可以解決問題。你需要達(dá)到更好的條件，你 可能需要一個(gè)金屬麥克風(fēng)，可以避免RF的干擾。這時(shí)候數(shù)字麥克風(fēng)不推薦使用，是因?yàn)閿?shù)字麥克風(fēng)的成本畢竟會(huì)比較高。當(dāng)用到兩個(gè)麥克風(fēng)時(shí)，我們推薦用RF麥 克風(fēng)和數(shù)字麥克風(fēng)，因?yàn)閷?duì)你的線路設(shè)計(jì)更方便。當(dāng)用到多個(gè)麥克風(fēng)時(shí)，不得不選擇數(shù)字麥克風(fēng)，因?yàn)檫@時(shí)候線路是一個(gè)很大的問題。剛才我介紹的是這樣一些內(nèi) 容，這是Knowles全球分布的狀況。謝謝大家！那今天演講就先到這里，更多的內(nèi)容可以去主辦方網(wǎng)站上看：/public/seminar/content/type/article/rid/213/sid/52！下 面是大家更關(guān)注的提問、問題實(shí)戰(zhàn)環(huán)節(jié)！提問：您好，我想問一下從做麥克風(fēng)的角度來說，麥克風(fēng)的相位差異和靈敏度的差異哪個(gè)難度更高一點(diǎn)？王強(qiáng)：靈敏度的差異，基本上現(xiàn)在比較 容易去實(shí)現(xiàn)，實(shí)際上對(duì)麥克風(fēng)本體來講都不是特別大的挑戰(zhàn)。對(duì)麥克風(fēng)的靈敏度，因?yàn)楝F(xiàn)在半導(dǎo)體的技術(shù)，麥克風(fēng)的（ACK）非常地關(guān)鍵。未來我們可以提供正負(fù) 1、0的麥克風(fēng)，我可以一次性的把（ACK）直接燒好之后，knowles出來的麥克風(fēng)靈敏度都保持在正負(fù)1 之內(nèi)。但談到相位的話，因?yàn)楹芏鄷r(shí)候跟手機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)。你把麥克風(fēng)擺在手機(jī)不同的位置，比如不同的算法對(duì)麥克風(fēng)的位置是不一樣的。比如像 Audience，大家知道蘋果的手機(jī)用到Audience，他們賣得非常好。像Audience，它基本上對(duì)麥克風(fēng)擺放的位置一個(gè)在上面，一個(gè)在下面。 但我們也看到其他不同的算法，比如高通自帶的麥克風(fēng)會(huì)放上面一個(gè)、背后一個(gè)，所以這些都造成相位的差異，相位的差異在設(shè)計(jì)上并不完全由麥克風(fēng)決定的。提問：您的意思是說麥克風(fēng)本身的相位差異很難縮到很好？王強(qiáng)：我想你說的這是一個(gè)問題，一般麥克風(fēng)本身的相位差異可能做得比較好，相位 差異大概小于2度，甚至有很多算法，它對(duì)麥克風(fēng)相位差實(shí)際上有一個(gè)可接受的范圍，所以相位差越小對(duì)麥克風(fēng)來講越好。提問：還有一個(gè)問題，現(xiàn)在Knowles可以達(dá)到wifi的要求嗎？王強(qiáng)：是這樣，我們很多麥克風(fēng)可以達(dá)到wifi的要求。我倒是覺得 目前wifi并不是對(duì)麥克風(fēng)常壓的挑戰(zhàn)，而是對(duì)運(yùn)營商的挑戰(zhàn)會(huì)多一點(diǎn)。因?yàn)樵缙诘氖謾C(jī)設(shè)計(jì)，包括我們目前在國內(nèi)市場(chǎng)銷售的手機(jī)絕大多數(shù)還是在窄帶的音頻。比較了算法以后，我們來看看什么樣的麥克風(fēng)才是最好的麥克風(fēng)。這里很多客戶給出了一個(gè)非常完美的答案，當(dāng)然這是一個(gè)非常完美的麥克風(fēng)。一是非常 高的降噪比；二是非常小的尺寸。因?yàn)榘凑帐謾C(jī)現(xiàn)在的算法，通常配的不只是一個(gè)麥克風(fēng)，手機(jī)對(duì)麥克風(fēng)的應(yīng)用趨勢(shì)是2-4個(gè)麥克風(fēng)，所以就需要麥克風(fēng)的尺寸更 小。然后你的平滑曲線要更平，達(dá)到寬平的要求。在做錄音時(shí)，麥克風(fēng)必須還能承受很高的SPL，就是聲音的響度。比如演唱會(huì)，周圍的喇叭聲音非常高，麥克風(fēng) 就會(huì)死掉，不工作。另外是對(duì)靈敏度的差異范圍、相位的差異要非常小。另外在手機(jī)上面，大家知道手機(jī)現(xiàn)在越做越復(fù)雜，對(duì)聲音挑戰(zhàn)、應(yīng)用挑戰(zhàn)更大，很大程度是 來自于手機(jī)板上的硬件設(shè)施。比如以前的手機(jī)做得很簡(jiǎn)單，比較大，天線在上面，麥克風(fēng)在下面。現(xiàn)在手機(jī)越來越復(fù)雜，放6-7個(gè)天線，天線不能扎堆放在一起， 所以很多天線必須放在下面來，離麥克風(fēng)很近，很多人都會(huì)覺得RF問題是很大的苦惱。Knowles可以給大家提供一個(gè)什么樣的產(chǎn)品呢？實(shí)際上這個(gè)是基于Knowles現(xiàn)在在各方面具備的技術(shù)背景的條件下。比如我們談到硅麥時(shí)， 其實(shí)硅麥不僅僅是變聲的技術(shù)，它是不同學(xué)科技術(shù)的一個(gè)融合，比如半導(dǎo)體技術(shù)。Knowles現(xiàn)在可以研發(fā)自己的MEMS技術(shù)，我們有自己的ASIC設(shè)計(jì)團(tuán) 隊(duì)，自己設(shè)計(jì)麥克風(fēng)的封裝，我們有自己獨(dú)立的工廠做封裝和測(cè)試。所以這一系列的便利條件讓Knowles可以在更快、更短的時(shí)間做出更新的產(chǎn)品，適合大家 的需求。目前我們可以提供23種不同型號(hào)，5 footprints，還有2種不同開孔的方向，一個(gè)是板上行，一個(gè)是板下行。另外RF比較關(guān)注的話，我們有3種不同RF Protection levels，所以你看麥克風(fēng)的尺寸也是越來越小。大家可以看到Knowles硅麥發(fā)展的歷程。早期的麥克風(fēng)我們已經(jīng)停產(chǎn)了，大家可以看到早期的麥克風(fēng)非常大?，F(xiàn)在還有一些工程師比較喜歡用 ECM麥克風(fēng)。早期的麥克風(fēng)，縱坐標(biāo)表示面積，我們第一代產(chǎn)品的面積基本上在16米毫米。到今年2011年，我們量產(chǎn)的麥克風(fēng)面積大概不到6毫米，所以麥 克風(fēng)已經(jīng)縮小了非常多。麥克風(fēng)縮小給人帶來什么樣的便利？在設(shè)計(jì)上更有彈性、更便利，產(chǎn)品可以做得更小一點(diǎn)。另外是它的靈敏度，從最早的58到68。還有 一些寬屏的應(yīng)用。這個(gè)是對(duì)RF的保護(hù)，我們的RF現(xiàn)在可以做到很好的抗干擾。這是實(shí)際測(cè)試的效果，用我們金屬的麥克風(fēng)可以把TDMA Wind Noise降低30個(gè)DB，可以達(dá)到更好的抗干擾的效果。另外我們的麥克風(fēng)也有一些特殊的設(shè)計(jì)，在低頻可以把風(fēng)噪降低15DB，有一個(gè)很好降風(fēng)噪的效果。 這是對(duì)模擬麥克風(fēng)來講一些主要的優(yōu)點(diǎn)。我順便提一下，因?yàn)槲覀兛吹轿磥硎謾C(jī)設(shè)計(jì)實(shí)際上對(duì)數(shù)字麥克風(fēng)有更多的要求，為什么會(huì)有這樣的要求呢？大家可以有很好 的解決方案。比如語音降噪，我有很好的麥克風(fēng)產(chǎn)品。接下來講大家