2016年8月25日 星期四

超越播放器?手機音頻解碼晶片的發展

自vivo在vivo X1引入獨立DAC之後,Hi-Fi手機開始崛起,之後連續幾款vivo手機都用上了獨立的Hi-Fi晶片。同時,消費者也開始被這些不明覺厲的晶片型號給搞混了:DAC、ADC和DSP,運放和耳放,codec和獨立DAC。除此以外,Hi-Fi晶片的組合方案更是一絕,同一家廠商不同功能Hi-Fi晶片,相同功能Hi-Fi晶片分別有啥不同。不同廠商不同功能或者相同功能Hi-Fi晶片又有啥區別?今天我們先從簡單入手,重點聊聊DAC、ADC、DSP、codec、運放、耳放這6個術語是什麼。

ADC和DAC、DSP
ADC是類比轉數位信號編碼晶片,例如TLV320ADC,DAC是數位轉類比信號解碼晶片,例如ES9028,前者一般用於錄音而後者一般用於解碼音訊。中間數位信號處理過程交由DSP進行操作。類比信號從ADC輸入,經過編碼變成數位信號,交由DSP進行運算和處理,最終交給DAC將數位信號重新解碼為類比信號後輸出。

運放和耳放
耳放是一類產品的名稱,而不是晶片類型。一個耳放裡面可能會有多個運放晶片,例如OPA1612和OPA2604。另外,運放晶片之間也有分類,有些只作用於外放而不作用於耳機,例如NXP的TFA9890。有些只作用於耳機而不作用於外放,例如Maxim的MAX97220。而OPA1612和OPA2604這兩塊運放晶片能夠同時作用於耳機和外放。

codec和獨立DAC
一直以來我們總以為codec一定是集成在SoC之中的,而獨立DAC則是外置於SoC,所以通過晶片之間位置排列能夠很好地識別codec和獨立DAC,其實這是錯誤的想法。

codec也能夠獨立於SoC,例如三星和蘋果手機的codec一般都獨立於SoC,也算是獨立的音訊晶片。換句話說,三星S7(驍龍820版)那顆Qualcomm家的WCD9335 codec也是獨立的音訊晶片,只是解碼效果沒有CS4398之類的晶片好而已。同理,vivo Xplay5同時擁有WCD9335 codec和CS4398 DAC兩顆解碼晶片。為啥codec沒有獨立的DAC那麼好?

codec同時集成ADC、DAC以及其它各種音訊相關模組,例如AK4961就是同時集成ADC、DAC和amp功能,是一套完整的音訊方案,按道理應該比只懂得解碼,無法獨立使用的獨立DAC要強大吧?問題就在專注度上。codec整合功能多了,兼顧的事情就自然多了,運算量自然會被多種功能模組分攤調度,解碼效率和效果自然就不及獨立DAC好了。
前幾年彷彿更流行三種晶片都獨立出來的Hi-Fi方案,例如vivo Xshot,TLV320ADC+CS4398+MAX97220。自SABRE9018Q2C和ES9118這些高整合了運放晶片的DAC出現之後,業界彷彿也開始關注起這種全新的Hi-Fi方案。這樣做最大的好處就是節省了手機內部空間,同時也能夠繼續滿足消費者喜歡在Hi-Fi電路上堆料的心病,集成度在codec和獨立DAC之間,兼顧解碼效果和效率。

最後讓我們看看市面上獨立DAC、整合了運放晶片的DAC和codec三種方案的主流Hi-Fi晶片,以及對應的機型都有哪些?


獨立DAC系列
主流獨立DAC橫向對比
ES9018K2M:vivo X3、vivo Xplay3S、vivo X5Max、小米Note標配版、魅族MX4 Pro和魅族PRO 5、藍魔MOS1 max、TCL東東槍2和Gigaset ME和Gigaset ME pro

SABRE9018C2M:LG V10、聯想樂檬X3、小米Note頂配版

ES9018AQ2M:Geek Out V2便攜式解碼耳放一體機,可以搭配智慧手機使用,一般最好找USB輸出功率比較大的手機,功率太低會帶不動這種便攜一體機。由於功耗和發熱都比較大,所以不建議長時間搭配手機使用,而且音質也沒有接在電腦上面那麼好。

ES9028Q2M:vivo X6Plus、vivo Xplay5旗艦版

ES9028C2M:LG G5 B&O Hi-Fi模組

AK4490:中興天機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

不少讀者可能會疑問,同樣是ES90xx晶片,C2M、Q2M之類的後綴是啥意思呢?其實代表著該晶片的封裝方式不同。C2M是三種封裝規格中面積最小的,K2M封裝面積在C2M和Q2M之間,Q2M是三種封裝規格中面積最大的。綜合對比上面ESS各款DAC晶片參數來看,LG G5 B&O Hi-Fi模組使用的ES9028C2M相對是最好的。不過類似Geek Out V2這種獨立解碼耳放一體機,LG那款Hi-Fi模組也存在發熱大和功耗高的問題。

整合了運放晶片的DAC晶片
整合了運放晶片DAC橫向對比
AK4376:代表機型為nubia Z11和vivo X7

ES9118:無具體機型

SABRE9018Q2C:無具體機型

codec系列
主流codec橫向對比
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、聯想K860i

WCD9335:三星S7(驍龍820版)

AK4961:nubia Z7和nubia Z9

總結
使用這些晶片的手機有很多,但是他們從供電規模、運放數量上都和隨身聽差很遠,所以聲音沒法比。舉個最簡單例子,手機上面那顆ES9018K2M其實是ES9018的縮水版,專門針對移動設備進行定制的,前者是雙聲道,後者則是8聲道。無論是動態範圍還是信噪比等參數,ES9018都要遠勝ES9018K2M。例如HIFIMAN 901採用了兩塊ES9018 DAC,同時,HIFIMAN 901採用專業運放晶片型號也比Hi-Fi手機更高級,數量也更多,分別是兩顆OPA2107和兩顆OPA627。


如上圖所示,從ES9018K2M到ES9028Q2M/C2M,相比ES9018S在關鍵指標上逐步縮短距離,另一方面,ES9038PRO這塊新品晶片在關鍵指標上繼續作出突破,DNR和THD+N提升到新的高度。

另一方面,回到Hi-Fi手機三種主流晶片方案上,獨立DAC和整合了運放晶片的DAC在音質表現上相比codec方案一般會好一點,其中更節省機身內部空間的整合了運放晶片的DAC將會成為未來的主流解決方案,用於Hi-Fi手機之中。

最後就是在短時間內,表現較好、綜合水平更高的Hi-Fi晶片在續航和發熱上表現一般更糟,這也是無法迴避的技術瓶頸,正如錄製和解碼4K視頻時候,手機的功耗和發熱也會上去一樣。更好的音質和更出眾的畫質表現肯定是需要付出一定代價的。

文章來源:愛搞機   作者:馬俊杰