超越播放器?手机音频解码芯片的发展

2016-08-24 10:37:47     作者:马俊杰      来源:雷锋网

标签: Hi-Fi 音频芯片 DAC ADC

自vivo在vivo X1引入独立DAC之后,Hi-Fi手机开始崛起,之后连续几款vivo手机都用上了独立的Hi-Fi芯片。同时,消费者也开始被这些不明觉厉的芯

自vivo在vivo X1引入独立DAC之后,Hi-Fi手机开始崛起,之后连续几款vivo手机都用上了独立的Hi-Fi芯片。同时,消费者也开始被这些不明觉厉的芯片型号给搞混了:DAC、ADC和DSP,运放和耳放,codec和独立DAC。除此以外,Hi-Fi芯片的组合方案更是一绝,同一家厂商不同功能Hi-Fi芯片,相同功能Hi-Fi芯片分别有啥不同。不同厂商不同功能或者相同功能Hi-Fi芯片又有啥区别?今天我们先从简单入手,重点聊聊DAC、ADC、DSP、codec、运放、耳放这6个术语是什么。


ADC和DAC、DSP

ADC是模拟转数字信号编码芯片,例如TLV320ADC,DAC是数字转模拟信号解码芯片,例如ES9028,前者一般用于录音而后者一般用于解码音频。中间数字信号处理过程交由DSP进行操作。模拟信号从ADC输入,经过编码变成数字信号,交由DSP进行运算和处理,最终交给DAC将数字信号重新解码为模拟信号后输出。


运放和耳放

耳放是一类产品的名称,而不是芯片类型。一个耳放里面可能会有多个运放芯片,例如OPA1612和OPA2604。另外,运放芯片之间也有分类,有些只作用于外放而不作用于耳机,例如NXP的TFA9890。有些只作用于耳机而不作用于外放,例如Maxim的MAX97220。而OPA1612和OPA2604这两块运放芯片能够同时作用于耳机和外放。


codec和独立DAC

一直以来我们总以为codec一定是集成在SoC之中的,而独立DAC则是外置于SoC,所以通过芯片之间位置排列能够很好地识别codec和独立DAC,其实这是错误的想法。

codec也能够独立于SoC,例如三星和苹果手机的codec一般都独立于SoC,也算是独立的音频芯片。换句话说,三星S7(骁龙820版)那颗Qualcomm家的WCD9335 codec也是独立的音频芯片,只是解码效果没有CS4398之类的芯片好而已。同理,vivo Xplay5同时拥有WCD9335 codec和CS4398 DAC两颗解码芯片。为啥codec没有独立的DAC那么好?

codec同时集成ADC、DAC以及其它各种音频相关模块,例如AK4961就是同时集成ADC、DAC和amp功能,是一套完整的音频方案,按道理应该比只懂得解码,无法独立使用的独立DAC要强大吧?问题就在专注度上。codec整合功能多了,兼顾的事情就自然多了,运算量自然会被多种功能模块分摊调度,解码效率和效果自然就不及独立DAC好了。

前几年仿佛更流行三种芯片都独立出来的Hi-Fi方案,例如vivo Xshot,TLV320ADC+CS4398+MAX97220。自SABRE9018Q2C和ES9118这些高整合了运放芯片的DAC出现之后,业界仿佛也开始关注起这种全新的Hi-Fi方案。这样做最大的好处就是节省了手机内部空间,同时也能够继续满足消费者喜欢在Hi-Fi电路上堆料的心病,集成度在codec和独立DAC之间,兼顾解码效果和效率。

最后让我们看看市面上独立DAC、整合了运放芯片的DAC和codec三种方案的主流Hi-Fi芯片,以及对应的机型都有哪些?


独立DAC系列

主流独立DAC横向对比

ES9018K2M:vivo X3、vivo Xplay3S、vivo X5Max、小米Note标配版、魅族MX4 Pro和魅族PRO 5、蓝魔MOS1 max、TCL东东枪2和Gigaset ME和Gigaset ME pro

SABRE9018C2M:LG V10、联想乐檬X3、小米Note顶配版

ES9018AQ2M:Geek Out V2便携式解码耳放一体机,可以搭配智能手机使用,一般最好找USB输出功率比较大的手机,功率太低会带不动这种便携一体机。由于功耗和发热都比较大,所以不建议长时间搭配手机使用,而且音质也没有接在电脑上面那么好。

ES9028Q2M:vivo X6Plus、vivo Xplay5旗舰版

ES9028C2M:LG G5 B&O Hi-Fi模块

AK4490:中兴天机7

AK4375:nubia Z9 Max、nubia Z9 Max精英版和nubia My 布拉格,vivo X5ProV、vivo Y27、vivo X6和vivo X6S,Gigaset ME pure

CS4398:vivo X1、vivo Xplay、vivo Xshot、vivo X5、vivo X5F、vivo X5Pro、vivo Xplay5、vivo X6S Plus

不少读者可能会疑问,同样是ES90xx芯片,C2M、Q2M之类的后缀是啥意思呢?其实代表着该芯片的封装方式不同。C2M是三种封装规格中面积最小的,K2M封装面积在C2M和Q2M之间,Q2M是三种封装规格中面积最大的。综合对比上面ESS各款DAC芯片参数来看,LG G5 B&O Hi-Fi模块使用的ES9028C2M相对是最好的。不过类似Geek Out V2这种独立解码耳放一体机,LG那款Hi-Fi模块也存在发热大和功耗高的问题。


整合了运放芯片的DAC芯片

整合了运放芯片DAC横向对比

AK4376:代表机型为nubia Z11和vivo X7

ES9118:无具体机型

SABRE9018Q2C:无具体机型


codec系列

主流codec横向对比

338S1285:iPhone 6s

338S1201:iPhone 6 Plus

338S1117:iPhone 5

Lucky CS47L91:三星S7(Exynos 8890版)

CS43L36:魅族PRO 6

WM5102:三星S4、魅族MX3、联想K860i

WCD9335:三星S7(骁龙820版)

AK4961:nubia Z7和nubia Z9


总结

使用这些芯片的手机有很多,但是他们从供电规模、运放数量上都和随身听差很远,所以声音没法比。举个最简单例子,手机上面那颗ES9018K2M其实是ES9018的缩水版,专门针对移动设备进行定制的,前者是双声道,后者则是8声道。无论是动态范围还是信噪比等参数,ES9018都要远胜ES9018K2M。例如HIFIMAN 901采用了两块ES9018 DAC,同时,HIFIMAN 901采用专业运放芯片型号也比Hi-Fi手机更高级,数量也更多,分别是两颗OPA2107和两颗OPA627。

如上图所示,从ES9018K2M到ES9028Q2M/C2M,相比ES9018S在关键指标上逐步缩短距离,另一方面,ES9038PRO这块新品芯片在关键指标上继续作出突破,DNR和THD+N提升到新的高度。

另一方面,回到Hi-Fi手机三种主流芯片方案上,独立DAC和整合了运放芯片的DAC在音质表现上相比codec方案一般会好一点,其中更节省机身内部空间的整合了运放芯片的DAC将会成为未来的主流解决方案,用于Hi-Fi手机之中。

最后就是在短时间内,表现较好、综合水平更高的Hi-Fi芯片在续航和发热上表现一般更糟,这也是无法回避的技术瓶颈,正如录制和解码4K视频时候,手机的功耗和发热也会上去一样。更好的音质和更出众的画质表现肯定是需要付出一定代价的。

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