如何解决超薄笔记本电脑的音频挑战？

作者：Cirrus Logic PC产品市场负责人Nick Skinner

笔记本电脑音频的重要性与日俱增

在工作环境中，人们使用笔记本电脑的方式不断发生意想不到的变化。疫情使得远程办公已成为一种常态化。而在各种远程位置的混合办公环境这一趋势则推动了对便携性和更佳音频体验的更高偏好。根据 IDC PCD Tracker Historical 2022年第三季度报告（图1所示），行业正在加速采用超薄笔记本电脑。

图 1：根据 IDC 的数据，越来越多的用户选择超薄笔记本电脑，因为这些设备的厚度接近手机的厚度。

随着笔记本电脑的外形越来越轻薄，有些甚至接近 10-15 毫米（与手机厚度相同），同时随着 360度翻转、可拆卸二合一和对开本等新型笔记本电脑外形的出现，声学挑战也变得越来越复杂。

例如，远程办公的日渐流行提高了笔记本电脑电话会议中音频的重要性（图 2），尤其是在嘈杂的环境中更是如此。办公环境的这些变化需要一款易于携带且具有出色音频体验的笔记本电脑，不受耳机和外部扬声器所限。好的笔记本电脑音频体验意味着用户可以在任何地方工作——即使那个地方可能有嘈杂的背景噪音，例如孩子、咖啡馆、割草机、建筑或机场的噪音。

因此，随着多扬声器笔记本电脑越来越薄，厚度从 20 毫米降至 10 毫米，智能功放成为推动和解决这些音频工程挑战的智能设计的核心。

图 2：视频通话的音频质量和一致性对于远程办公人员而言变得尤为重要。

设计出色的笔记本电脑扬声器音频困难重重

当今的超薄笔记本电脑在各种各样的方式和条件下得到使用，但都需要始终如一的高质量音频。这意味着这些超薄笔记本电脑中的扬声器必须更小更薄。然而，物理限制使得很难从这些微型扬声器中获得响亮的声音和足够的低频。在所有不同的使用情况下，音频也应该是一致的。不断变化的位置和不断变化的环境可能会极大影响笔记本电脑的音频一致性。例如，用户可以选择在平板电脑模式、帐篷模式或笔记本电脑模式下收听二合一设备，如图 4 所示。此外，低电池电量会限制音频的响度。影响笔记本电脑音质一致性的其他用例包括不同的音量级别和音频内容类型，例如语音、电影、音乐和游戏。最后，音频质量应该会随着时间的推移而保持稳定，而不会出现明显的扬声器性能退化或故障。这些应用场景中的每一个都有不同的声学和电气挑战。

图 3：Cirrus Logic 支持对每种模式进行音效细调并适应不同的声学效果，确保为笔记本电脑、平板电脑和帐篷模式应用场景提供始终如一的响度和高质量音频。

对优质扬声器音频的需求促使OEM将智能功放作为首选技术。智能功放技术从笔记本电脑极具挑战的声学设计中提取最佳音频性能。为了获得高质量的音频输出信号，笔记本电脑的设计必须具有饱满的低音、低失真、平衡的声音以及有限的杂音和振动。智能功放集软硬件为一体，可最大限度地提高响度、质量和一致性，同时最大限度地减少杂音并保护扬声器免受损坏。

然而，将扬声器驱动到最大响度是一个微妙的平衡。如果驱动得太过，扬声器会失真甚至遭受永久性损坏。调高音量也会导致扬声器、键盘、机壳或其他组件发出杂音。用户将这种杂音视为失真，并且会感觉到不想要的振动。在最坏的情况下，制造商通过调低音量来防止发出杂音，但这会损害音频的良好、响度、质量和一致性，从而影响看电影或玩游戏的整体体验。

最大的挑战在于让一台超薄笔记本电脑在不同的用途和条件下都能保持良好的音质。对于不同的内容类型（例如语音、音乐和游戏）以及在不同的音量和电池电量下，音频信号必须听起来一致。随着时间的推移，这些设备的音频质量应该保持一致，没有明显的扬声器性能退化或故障。

DSP智能功放解决响度问题

智能功放（图 4）通过将功放与集成的数字信号处理器 (DSP) 相结合来解决这些挑战，该智能功放运行带有扬声器物理模型的智能算法，以最大限度地提高扬声器性能和一致性。该处理器与扬声器状态感应硬件相结合，可让功放更有力地推动扬声器，同时保护扬声器免受损坏。

与基本功放相比，智能功放可以达到 2 倍或更多的声压级 (SPL)。此外，OEM正在通过旨在提取更好音频的新型尖端扬声器类型来克服响度限制，包括大振幅和力消除扬声器。这些新型扬声器需要具有高驱动强度的智能功放才能实现最佳性能。

图 4：高质量音频需要具有高驱动强度的智能功放，以实现最大的音频响度和性能。

保持高品质

每个人对音质的定义都不一样。但总的来说，普遍关心的问题包括响度、低失真、平衡的响应、透明度和更少的杂音。智能功放有助于将微型扬声器驱动到低音区域的极限，并且在许多情况下，可以扩展频率范围以获得更深沉的低音。当没有单一频率范围（如低音、中音或高音）占主导地位时，可能会出现平衡或“平坦”的响应。通过片上算法实施此策略可产生更悦耳的声音。

低失真有助于提升清晰度和可理解度，尤其对于语音通话而言更是如此。增强算法通过测量扬声器的频率响应来消除任何不需要的波峰或波谷从而来帮助平衡扬声器的响应。

如图 5 所示，杂音是一个动态且棘手的音频问题。铃声和人声等某些特定内容可能会造成杂音，而其他内容（如流行音乐）可能不会触发杂音。当扬声器振动时，它会引起连锁反应，系统的其他部分（如键盘或机壳）会发出杂音。不需要的振动是一种糟糕的体验，用户甚至可能将杂音视为音频失真，这会损害清晰度和可理解度。

图 5：Cirrus Logic 算法可减少超薄笔记本电脑的杂音并最大限度地减少振动，同时确保响亮、优质的音频。

具有片上信号处理功能的 Cirrus Logic 智能功放可以通过增强算法实现更高的质量。动态低音扩展算法可将任何音量级别的低音响度和深度实现最大化。快速调音和适应功能可优化每种不同产品形态的音质，例如平板电脑、帐篷或笔记本电脑模式。最后，电池管理算法会在电池电压下降时调整调音参数，以最大限度地提高响度并减少失真。

智能功放推动笔记本电脑音频走向未来

随着这十年对移动性和远程办公的需求与日俱增，笔记本电脑音频已成为我们生活和工作的一部分。将笔记本电脑的尺寸大幅缩小至超薄、轻便和灵活的产品形态，使得远程和移动用户环境中的音频挑战变得更加复杂。最新、最具创新性的笔记本电脑使用智能功放来充分发挥设计优势，为消费者带来震撼的音效体验。尽管当今的移动用户环境需求严苛，但采用高级算法的智能功放可通过多个扬声器提供卓越的音频质量，为电影、音乐、游戏和语音带来身临其境的音频体验。