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2010-09-09

行動多媒體娛樂裝置音效IC選用與整合趨勢

2010/09/09-DIGITIMES企劃
 
當人們對MID、Tablet PC或智慧型手機的應用功能,慢慢從單純運算轉移到多媒體娛樂用途時,對系統工程師來說,建構運算環境除要考量效能、功耗與整合特性外,對於音效系統的重現能力,也必須慎重納入設計要求,以期達到表現更好的音效重現體驗。

消費者對於行動裝置的應用,已經從單傳的處理資料進階到娛樂、工作、溝通多元應用方式,其中「音效」表現或許在工作用途干擾較小,但實際上在目前日趨成為主流的娛樂與溝通應用,音效的表現即會影響消費者是否購買裝置的關鍵因素。

以目前熱門的行動裝置來說,以行動電話的應用與音效關係最大,當行動電話應用的環境,可能面對音效的態度會有截然不同的要求,例如,語音使用狀態下必須取得清晰的抗噪收音與清晰的音效呈現,而作為鈴聲、MP3音樂重現用途,音訊的重播要求又以真實呈現與提供更表現更好的空間感為前提。

發展音訊設計 音質素材內容需界定明確

多數多媒體裝置,在開發之初,必須將音訊的處理原則做一個明確的界定,例如,數位音訊可以劃分為通訊、溝通與Hi-Fi高傳真兩大區塊,所謂通訊與溝通應用,意指以8位元、8kHz數位化音源為主,因為設備處理語音不需接收過多訊息,內容必須朝更清晰呈現為主,加上傳送方式的限制(無線傳送),訊息必須經過有效壓縮與快速解壓縮重現,才不會出現不同步的延遲問題,因此內容的取樣與壓縮會控制在較低的水準同時又不會影響內容的清晰度。

而Hi-Fi高傳真內容的定義,多半是以CD音樂光碟為基礎,如44.1kHz取樣、16位元為主,因為CD音樂的重現品質已經是消費者能認同的高音質表現基礎,因此可攜式多媒體裝置依此要求還算可以達到一般對高傳真音效的水準表現。

以溝通應用為主的音訊設計,關鍵在於低取樣率、較低音質以達到高壓縮比、資料量壓縮的要求,而針對高傳真多媒體娛樂應用,則是採與CD音樂相同等級的高取樣率、高音質配置。

Hi-Fi高音質的處理可利用多位元的音效處理IC進行設計,同時改善音質表現,而針對兩種截然不同的應用模式,所使用的連結技術也會不一樣,例如,Hi-Fi高傳真音效數據格式會採Inter-IC Sound(I2S)處理,溝通用的設計方案使用的解碼IC,通常會採行採PCM(脈衝調變)為主的設計方案,但實際的狀況是,PCM的應用在今日的IC技術,已可應付如Hi-Fi或是高壓縮比的溝通音訊處理。

早期音訊應用多採整合設計

而在電腦應用領域,其實對於音訊的處理要求,也出現與行動裝置類似的現象,電腦近年大量以AC’97標準搭配解碼晶片處理各式音訊應用,雖然透過軟體來轉換音訊理論上可行,但成本可能會太過高昂,以AC’97來說就是將音訊處理轉由硬體解碼晶片處理,由於採行專用的硬體處理音訊,因此整體的轉換效率可大幅提升,目前AC’97儼然已經成為電腦產品的業界標準。

但從早期的多媒體播放設備的設計方案,例如,MP3隨身聽、MD/CD隨身聽,多半仍採I2S DAC轉換器進行線路設計,這種狀況若是出現在支援音效重播功能的MID、PDA、行動電話上,多半也會採行複合式的系統配置。

例如同時具備PCM方式的脈衝編碼、調半晶片與AC’97/I2S Hi-Fi高傳真音源處理晶片,但系統設計者或許有注意到兩種音訊子系統間的可能問題,例如雜訊干擾、諧波失真等,影響了不同音訊應用可能出現的音質問題,甚至也因為採離散式的主/被動元件配置,讓有限的PCB主版空間被各式數位、類比元件所佔據,而元件增多也容易因生產問題造成產品良率與回修成本提高。

 

透過整合技術 提升各方面音訊水準

而在半導體技術方面,對於元件整合的趨勢也在持續進行中,電子裝置所需的音訊處理應用,也有相關的整合解決方案作法,例如,採SoC的概念,可將音效處理相關的D/A轉換器、功放迴路或其他大型的IC元件進行整合,但透過此方法整合的成品在實踐Hi-Fi高音質表現仍有段理想差距。

例如,把電源管理或是其他數位應用IC,進一步整合音效功能時,就會面臨處理雜訊的問題,整合數位IC和音訊線路,對於同一晶片共處兩種以上的電子電路,可能在設計上就會有所折衷,例如受限於數位IC功能,讓音訊無法獲得最佳發揮,或是為了提升品質,讓封裝後的體積變得過大,亦失去整合的目的。

此外,對於音訊的後端放大設計線路,例如喇叭的功放迴路,就特別難以整合進同一個IC,因為功放迴路會產生大量的熱源,整合後的IC必須針對散熱進行相關處理措施,折衷的作法可能是數位IC與主要的D/A、解碼功能單元進行整合,再將推動喇叭的功放迴路採獨立元件處理線路實踐,成為類SoC的音訊整合解決方案。

還有音訊設計最常看到的問題,就是在類比輸出/輸入的設計有限,因為就IC的整合設計概念,多半要求IC外型越小越好,例如採方形的扁平無導線QFN晶片封裝方式設計,若要增加接腳,也會讓整合案例無法有效微縮產品體積,佔板面積將會大幅提升,失去整合的效益。
 

 

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