音頻雜音是音頻從業(yè)人員日常工作中頻繁遭遇、且難以快速定位解決的棘手問(wèn)題。其核心痛點(diǎn)在于雜音形成機(jī)理復(fù)雜、誘因多樣，導(dǎo)致問(wèn)題排查的范圍廣、難度高。為幫助各位工程師高效破解音頻雜音難題，精準(zhǔn)定位問(wèn)題根源、提升處理效率，本文將對(duì)常見(jiàn)音頻雜音類型、形成原理、排查思路及解決方案進(jìn)行系統(tǒng)歸納整理。需說(shuō)明的是，本文旨在梳理傳承現(xiàn)有技術(shù)知識(shí)，部分內(nèi)容可能存在引用，敬請(qǐng)諒解。

音頻雜音分類

結(jié)合音頻工作實(shí)操經(jīng)驗(yàn)，常見(jiàn)的音頻雜音可按形成根源分為以下幾大類，每類雜音均對(duì)應(yīng)明確的現(xiàn)象、機(jī)理及處理方向，具體如下：

圖1 音頻雜音分類

01

電信號(hào)雜音

電信號(hào)雜音源于音頻信號(hào)傳輸、處理過(guò)程中的電信號(hào)異常，是音頻系統(tǒng)中最易出現(xiàn)的雜音類型之一。其中，削波雜音、采樣失真及底噪引發(fā)的誤判，是此類雜音中最常見(jiàn)的三種情況。

削波雜音

削波失真是音頻雜音中極具代表性的一種現(xiàn)象，其典型波形如圖2所示：

圖2 削波雜音典型波形圖

形成原因：核心是信號(hào)經(jīng)功放放大后，輸出電壓超過(guò)了功放的PVDD最大輸出電壓，導(dǎo)致信號(hào)波形被“削平”，進(jìn)而產(chǎn)生雜音。例如，若功放放大倍數(shù)為12倍，輸入信號(hào)電壓為1Vp，而功放最大輸出能力為10V，則輸出電壓Vout=12×1Vp=12V。

超出額定值的部分會(huì)形成削波失真。針對(duì)此類問(wèn)題，艾為功放的AGC（自動(dòng)增益控制）技術(shù)可實(shí)現(xiàn)有效改善，具體效果可參考如下截圖：

圖3 艾為功放AGC技術(shù)有效改善削波失真

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(gè)問(wèn)題

抓取音頻鏈路到喇叭端的電壓波形，觀察是否有截定失真

注：根據(jù)過(guò)往調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，鋁膜小喇叭中，若失真波形數(shù)量較少（1-3個(gè)），消費(fèi)者通常不會(huì)清晰感知到雜音，可結(jié)合實(shí)際場(chǎng)景判斷是否需要優(yōu)化。

02

采樣率不夠引起的底噪雜音

此類底噪雜音較為隱蔽，易被音頻工作人員忽略。其典型現(xiàn)象為：播放音頻時(shí)底噪聲明顯偏大，但單獨(dú)試聽(tīng)音源本身無(wú)任何異常，且在低音量播放時(shí)，底噪會(huì)更加突出，其典型波形如圖所示：

圖4 采樣率不夠引起的底噪雜音

要明確其形成原因，需先理解“位深”的核心概念：位深（Bit depth）又稱采樣精度，單位為Bit，主要影響音頻信號(hào)的信噪比和動(dòng)態(tài)范圍。若將采樣頻率類比為對(duì)聲波水平方向（X軸）的切割，那么位深（量化精度）就是對(duì)聲波垂直方向（Y軸）的切割，其最大振幅可劃分為2的n次方個(gè)等級(jí)（2倍振幅差異對(duì)應(yīng)6dB的聲壓差異），其中n即為位深數(shù)值。常見(jiàn)的位深選擇有16Bit、24Bit兩種。

根據(jù)采樣定理，一個(gè)完整的波形周期中，至少需要采樣2個(gè)點(diǎn)才能準(zhǔn)確描述波形特征。對(duì)于16Bit采樣精度而言，-78dB以下的微弱信號(hào)，每個(gè)波形周期最多只能采集到2個(gè)采樣點(diǎn)，無(wú)法完整還原信號(hào)本身，進(jìn)而形成采樣失真，最終表現(xiàn)為底噪偏大。

03

喇叭雜音

喇叭作為音頻輸出的終端器件，其自身故障或裝配異常是引發(fā)雜音的最普遍原因，誘因多樣，結(jié)合實(shí)操經(jīng)驗(yàn)，常見(jiàn)情況及機(jī)理如下：

FPC共振雜音：喇叭連接的FPC（柔性電路板）在音頻振動(dòng)過(guò)程中發(fā)生共振，進(jìn)而產(chǎn)生雜音，具體共振位置可參考下圖:

圖5 FPC共振雜音

喇叭超振幅與線圈打磨磁鋼：結(jié)合喇叭結(jié)構(gòu)圖（略），當(dāng)喇叭振動(dòng)振幅超過(guò)其額定振幅時(shí)，會(huì)拉動(dòng)線圈或線圈羊角產(chǎn)生較大形變，引發(fā)機(jī)械失真，進(jìn)而產(chǎn)生雜音。尤其對(duì)于側(cè)出音喇叭，大振幅振動(dòng)時(shí)，出音孔處與音腔內(nèi)部存在氣壓差，會(huì)進(jìn)一步加劇形變；若線圈與磁鋼間距過(guò)小，形變會(huì)導(dǎo)致線圈與磁鋼發(fā)生摩擦（即“打磨磁鋼”），形成明顯雜音；

喇叭自身THD失真過(guò)大：部分喇叭因選型不當(dāng)（自身品質(zhì)較差），出廠時(shí)THD（總諧波失真）指標(biāo)不達(dá)標(biāo)，會(huì)導(dǎo)致雜音天然偏大，此類問(wèn)題需在選型階段規(guī)避；

圖6 喇叭自身THD失真過(guò)大

防塵網(wǎng)異常：裝配過(guò)程中，若防塵網(wǎng)粘貼不牢固、粘貼偏移，或防塵網(wǎng)透氣性過(guò)差，會(huì)阻礙喇叭振動(dòng)，引發(fā)雜音；

泄露孔異常：實(shí)驗(yàn)或裝配過(guò)程中，若不小心堵塞泄露孔，或泄露孔開(kāi)孔過(guò)大，會(huì)破壞音腔氣壓平衡，影響喇叭正常振動(dòng)，產(chǎn)生雜音；

漏氣問(wèn)題：人工點(diǎn)膠的工程樣品、超聲密封工藝不合格的喇叭、音腔結(jié)構(gòu)組裝不到位，或音腔泡棉厚度不足，均會(huì)導(dǎo)致音腔漏氣，破壞振動(dòng)環(huán)境，引發(fā)音頻雜音。

此外，喇叭內(nèi)部出音結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理、后音腔體積過(guò)小等因素，也可能導(dǎo)致雜音產(chǎn)生。

此類雜音的常見(jiàn)排查思路：

對(duì)組裝完成的喇叭進(jìn)行失真測(cè)試，可提前發(fā)現(xiàn)大部分明顯的喇叭自身故障；

采用窮舉法，人工檢查上述易引發(fā)漏氣、共振的關(guān)鍵位置，排查裝配異常；

對(duì)喇叭進(jìn)行振幅測(cè)試，判斷是否存在超額定振幅的情況；

資深工程師可通過(guò)不同電壓下的掃頻測(cè)試及試聽(tīng)，快速定位雜音根源（如共振、摩擦等）。

04

功放外圍器件雜音

音頻系統(tǒng)是一個(gè)完整的閉環(huán)，外圍應(yīng)用器件出現(xiàn)異常，同樣會(huì)傳導(dǎo)至音頻鏈路，引發(fā)雜音。結(jié)合實(shí)操場(chǎng)景，以下幾種器件異常最為常見(jiàn)：

磁珠引起的雜音

如下圖為磁珠的等效公式，通過(guò)理論推導(dǎo)可得出如下電流表達(dá)式

圖7 磁珠等效公式

具體機(jī)理如下：手機(jī)音頻線路中常用的磁珠，電感量普遍較低（如600Ω磁珠，電感量約1uH），在音頻頻段內(nèi)，感抗X=2πfL較小，即使在磁化過(guò)程中發(fā)生100%的變化，X2相對(duì)于R2也可忽略，因此上述*式中，表征電流波形幅度的部分V?/√(R^2+X^2 )可視為恒定值而無(wú)須分析，X的變化主要影響電流波形的相位θ=arctan?X/R）。

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(chǎng)并非完美正弦磁場(chǎng)，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(chǎng)，又由于磁場(chǎng)與磁化電流成正比，由此得到電流波形I（t）?？梢?jiàn)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。

典型特征：以固定頻率、固定幅度的信號(hào)測(cè)試磁珠電感量，若電感量變化幅度較大，則對(duì)應(yīng)的THD數(shù)值偏高；且磁珠尺寸越小、阻抗越高，其磁滯特性越明顯，雜音風(fēng)險(xiǎn)越高。

圖8 磁滯畸變

解決方案：

篩選適配的磁珠型號(hào)進(jìn)行替換，重點(diǎn)關(guān)注磁珠的磁滯特性指標(biāo)；

若為FM模式下的干擾，需在輸出端加磁珠抑制干擾，可選用艾為AW87390功放，其支持AB類模式，在FM模式下切換至AB類工作模式，可直接解決干擾問(wèn)題，無(wú)需額外添加磁珠，降低成本及裝配復(fù)雜度。

05

嘯叫

嘯叫是應(yīng)用器件雜音中極具辨識(shí)度的一種，主要分為電容嘯叫和電感嘯叫兩類，二者機(jī)理及解決方案差異較大，具體如下：

電容嘯叫：本質(zhì)是電容的壓電效應(yīng)，導(dǎo)致PCB（印制電路板）發(fā)生微小形變，進(jìn)而產(chǎn)生嘯叫。抑制核心是減少或抵消PCB的形變，常用措施包括：將引發(fā)嘯叫的電容在同一PCB面以不同角度擺放，或在PCB正反兩面正對(duì)擺放，抵消形變影響；

電感嘯叫：核心誘因是負(fù)載不穩(wěn)定、輕載/過(guò)載，或電感、電容的參數(shù)選型不當(dāng)，導(dǎo)致開(kāi)關(guān)電源進(jìn)入自我調(diào)節(jié)狀態(tài)（不同芯片調(diào)節(jié)方式不同：部分芯片降低工作頻率，部分芯片周期性丟脈沖，表現(xiàn)為間歇工作）。這種調(diào)節(jié)會(huì)導(dǎo)致電感相位不穩(wěn)定，輸出開(kāi)關(guān)電流的頻率落入音頻可聽(tīng)范圍，或周期性方波群的周期頻率進(jìn)入音頻范圍，最終形成嘯叫。

解決方案：結(jié)合具體誘因，通過(guò)更換適配器件、調(diào)整器件參數(shù)（電感量、容值等）、優(yōu)化負(fù)載穩(wěn)定性等綜合措施解決。

06

TDD干擾雜音

TDD（時(shí)分雙工）干擾引發(fā)的雜音，其形成機(jī)理在艾為多款功放的規(guī)格書(shū)中均有詳細(xì)描述，詳情可查看如下TDD Noise原因分析。此類問(wèn)題在2018年之前較為普遍，后續(xù)艾為對(duì)全系列功放的PSRR（電源抑制比）指標(biāo)進(jìn)行了迭代升級(jí)，目前全系列功放PSRR均可達(dá)到-80dB以上，TDD干擾雜音已較為少見(jiàn)。

排查及解決方案：

?首先判斷干擾來(lái)源為傳導(dǎo)干擾還是輻射干擾；

?若為傳導(dǎo)干擾，進(jìn)一步排查是電源鏈路還是回路走線異常導(dǎo)致；

?若為輻射干擾，可通過(guò)增加屏蔽結(jié)構(gòu)、增設(shè)輸入/輸出電容等方式抑制干擾；

?選型階段優(yōu)先選用PSRR指標(biāo)較高的功放，從源頭規(guī)避干擾風(fēng)險(xiǎn)。

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(gè)幀再分割成若干個(gè)時(shí)隙向基站發(fā)送信號(hào)，基站發(fā)向多個(gè)移動(dòng)終端的信號(hào)也都按順序安排在預(yù)定的時(shí)隙中傳輸。這其中每個(gè)TDMA幀含8個(gè)時(shí)隙，整個(gè)幀時(shí)長(zhǎng)約為4.615ms，每個(gè)時(shí)隙時(shí)長(zhǎng)為0.577ms。

GSM制式的手機(jī)，RF功率放大器每隔4.615ms（217Hz）就會(huì)有一次訊號(hào)傳輸，訊號(hào)傳輸時(shí)會(huì)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(huì)形成217Hz的電源波動(dòng)；900MHz和1800MHz的高頻RF信號(hào)形成了217Hz的射頻包絡(luò)信號(hào)。217Hz的電源波動(dòng)會(huì)通過(guò)傳導(dǎo)耦合到音頻訊號(hào)通路中，217Hz的射頻包絡(luò)信號(hào)會(huì)通過(guò)輻射耦合到音頻訊號(hào)通路中，如果防護(hù)不好，就會(huì)產(chǎn)生可聽(tīng)到的TDD Noise，其中包括了217Hz噪聲和217Hz的諧波噪聲信號(hào)。

圖9 GSM射頻工作時(shí)電源電壓和RF信號(hào)示意圖

RNS技術(shù)通過(guò)艾為特有的電路架構(gòu)對(duì)傳導(dǎo)和輻射的干擾進(jìn)行了全方面的抑制。有效提高對(duì)TDD Noise的抑制能力。

07

超聲交調(diào)雜音

此類雜音源于超聲信號(hào)與音頻信號(hào)的相互干擾，其形成機(jī)理如下：超聲信號(hào)通過(guò)電磁耦合等方式進(jìn)入音頻頻段，當(dāng)超聲信號(hào)與有用音頻信號(hào)同時(shí)進(jìn)入放大器被放大時(shí)，由于音頻系統(tǒng)無(wú)法做到絕對(duì)線性，在非線性作用下，兩種不同頻率的信號(hào)會(huì)發(fā)生交調(diào)作用，產(chǎn)生與有用音頻信號(hào)頻率相同或相近的額外頻率分量（即交調(diào)產(chǎn)物），這些額外分量不屬于原始音頻信號(hào)，進(jìn)而對(duì)音頻系統(tǒng)形成干擾，表現(xiàn)為雜音。

核心關(guān)鍵點(diǎn)：音頻系統(tǒng)的非線性特性是此類雜音產(chǎn)生的前提，即便設(shè)計(jì)精良的音頻系統(tǒng)，也會(huì)存在輕微非線性，因此當(dāng)超聲信號(hào)存在時(shí)，就可能產(chǎn)生交調(diào)雜音。

圖10 超聲交調(diào)雜音

08

電路異常雜音

產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)后，售后反饋的雜音問(wèn)題，多與電路異常相關(guān)。結(jié)合BOOST電路典型圖如下圖，售后場(chǎng)景中常見(jiàn)的異常雜音誘因及機(jī)理如下：

SW引腳與PVDD電壓端發(fā)生異常短路、Boost升壓電路工作異常，或功放輸出端故障，均會(huì)引發(fā)雜音；

電感損傷（如電感阻值異常變大），會(huì)導(dǎo)致輸出電壓降低，音頻信號(hào)放大異常，產(chǎn)生雜音；

PVDD端電容損傷，導(dǎo)致功放輸出端缺乏穩(wěn)定的穩(wěn)壓支撐，電壓波動(dòng)過(guò)大，引發(fā)雜音。

圖11 BOOST電路典型圖

09

低電量雜音

低電量雜音是消費(fèi)類音頻產(chǎn)品（如手機(jī)、耳機(jī)）中常見(jiàn)的雜音類型，其形成機(jī)理與功放升壓方式直接相關(guān)，主要分為Chargpump（電荷泵）升壓和Boost升壓兩種情況，二者機(jī)理及解決方案差異較大，具體如下：

（一）Chargpump升壓模式下的低電量雜音

采用電荷泵升壓的功放，其輸出電壓與供電電壓VDD呈固定倍數(shù)關(guān)系，常見(jiàn)升壓倍數(shù)為1.5倍、2倍、3倍。隨著電池電量下降，電池輸出電壓VDD會(huì)同步降低，進(jìn)而導(dǎo)致功放輸出電壓下降，引發(fā)削波失真，最終產(chǎn)生雜音。

以手機(jī)為例，結(jié)合具體數(shù)值可更清晰理解：手機(jī)電池滿電時(shí)輸出電壓約為4.4V，電量降至10%以下時(shí)，輸出電壓僅為3.6-3.8V，對(duì)應(yīng)功放輸出電壓變化如下：

滿電狀態(tài)：Vout（滿電）=1.5×4.4V=6.6V（通常6V規(guī)格功放會(huì)將輸出電壓限制在6V左右）；

低電狀態(tài)：Vout（低電）=1.5×3.6V=5.4V；

可見(jiàn)，低電量狀態(tài)下，功放輸出電壓降低，削波失真程度會(huì)顯著高于滿電狀態(tài)。若工程師在測(cè)試階段僅針對(duì)滿電狀態(tài)進(jìn)行測(cè)試，易忽略此類問(wèn)題，導(dǎo)致產(chǎn)品在低電量使用時(shí)出現(xiàn)雜音。

解決方案：

1.將低電量測(cè)試納入產(chǎn)品常規(guī)測(cè)試環(huán)節(jié)，模擬實(shí)際低電量使用場(chǎng)景；

2.優(yōu)化輸入信號(hào)電壓，降低削波失真風(fēng)險(xiǎn)；

3.調(diào)整功放放大倍數(shù)，適配低電量狀態(tài)下的供電電壓。

（二）Boost升壓模式下的低電量雜音

與電荷泵升壓不同，Boost升壓模式可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的輸出電壓，但在低電量狀態(tài)下，會(huì)顯著加大電池電流抽取量，進(jìn)而引發(fā)雜音，具體機(jī)理結(jié)合實(shí)例說(shuō)明如下：

以5W音頻輸出為例，假設(shè)功放效率η=80%，結(jié)合電池不同電量對(duì)應(yīng)的輸出電壓，可換算出電池峰值電流（為簡(jiǎn)化計(jì)算，公式未考慮Rdson等損耗因素）：

滿電狀態(tài)（Vin=4.4V）：I（滿電）=5W/（η×Vin）×2≈2.82A；

低電狀態(tài)（Vin=3.6V）：I（低電）=5W/（η×Vin）×2≈3.46A；

可見(jiàn)，低電量狀態(tài)下，電池的電流抽取量遠(yuǎn)高于滿電狀態(tài)，此時(shí)功放供電電壓VDD會(huì)隨之下降。若VDD電壓低于功放關(guān)斷電壓閾值，會(huì)導(dǎo)致功放進(jìn)入“抽電-關(guān)斷”循環(huán)：電流抽取時(shí)VDD下降，功放關(guān)斷；停止抽電后VDD回升，功放重新開(kāi)啟，該循環(huán)會(huì)表現(xiàn)為“咔噠咔噠”的雜音。若整機(jī)供電電流不足，還可能導(dǎo)致整機(jī)關(guān)機(jī)。

解決方案：

優(yōu)化VDD線路設(shè)計(jì)，縮短走線長(zhǎng)度，降低線路損耗，減少電壓下降幅度；

選用艾為Boost升壓系列功放，其搭配專屬低電量算法，可有效緩解低電量電流抽取異常問(wèn)題；

選型階段重點(diǎn)匹配電池供電電流與功放最大抽電流，確保低電量狀態(tài)下供電穩(wěn)定。

音頻雜音問(wèn)題嘗嘗要系統(tǒng)的去考慮，包含平臺(tái)，功放，線路，喇叭等；單一的思考往往會(huì)讓工程師陷入誤區(qū)，問(wèn)題遲遲無(wú)法得到根本解決。以上是我們對(duì)常見(jiàn)問(wèn)題問(wèn)題的一些歸納總結(jié)，并不是音頻雜音問(wèn)題的全部；例如：信號(hào)干擾、平臺(tái)+線路+功放的組合雜音問(wèn)題等疑難問(wèn)題因?yàn)槠邢逈](méi)有做過(guò)多的介紹。如果有遇到都可以聯(lián)系我們。