高保真音频的测试及最新半导体解决方案

如果你正在设计音频系统的模拟部分，那么这有助于了解两件事：听众期望什么，以及你如何来客观地证明你实现了这些期望。但是，将工程测量与听觉这种主观的听觉感受相关联是非常困难的。在今年6月，我开始明确了解到听觉并非是线性连续的。

美国国家半导体公司想要向我展示一些产品，这些产品已经为那些要求音频系统绝对完美的消费者进行了优化，他们是硬核、双扬声器的高保真音响爱好者。这些产品包括一系列具有极低失真的高压运算放大器以及音频功率放大器的驱动器。二者都旨在取代高端高保真前置放大器以及放大器中的大量分立元件。设计高端音频系统的工程师仍坚持采用分立器件，而国家半导体公司已开始转变他们的思路。

国家半导体公司成立了一个听觉上理想的音响室，其具备一副Wilson Audio公司的专业Watt-Puppy扬声器以及在新芯片周围构建了参考设计模拟音频链。它还有其自己的CD来展示忠实信徒所尊崇的特色，但我也应邀提供了自己的光碟。于是，我从汽车遮阳板的架子上取了一片贝多芬钢琴奏鸣曲的光碟。三角钢琴是一种微妙的乐器，而贝多芬钢琴奏鸣曲不可能进行很多的后处理"增强"。

我的期望很低，因为我的听力一直在随年龄、汽车、飞机、摩托车而减弱。明知如此，我走进听音间，其价值2.6万美元的扬声器连接到国家半导体公司定制的电子设备上，这对我50美元的耳朵而言简直是矫枉过正了。也就是说，我认为对我个人使用而言，50美元是花在耳机或扬声器上的全部费用。而结果呢？我被所听到的一切吓了一跳。

对于国家半导体公司的演示录音，我能分辨出那个高音最长。我还可以听到歌手嘴唇发出的声音，这是当你分开嘴唇而又有些唾液在它们上面时发出的声音。在我的贝多芬CD上，我能听到踏板的动作并非是机械作用，而作为艺术家脚下的踩踏有着不同的声调--这刚好踩在拍子上。

我感到困惑。我所知道的有关"金耳朵"最多的事，是一个人可以不带耳机听到这些声音。我又是如何可以从听了几百次的录音中听得到这么多新的声音呢？我向国家半导体公司资深音频应用工程师以及该听音室的创建人Mark Brasfield提出了这一问题(图1)。

有趣的是，Brasfield承认说，他也有听力损失。但他说，根据产业研究显示，到了某一程度，听力敏锐程度下降的人，实际上能比具有完美听力的人听到更多的高端音频。

专业测试

我向测试设备生产商Audio Precision公司创建人兼总裁Bruce Hofer表示，希望了解哪种测试可以用于对比音频系统(参见www.electronicdesign.com上的 "The Challenges Of Audio Testing"一文)。Audio Precision公司大概是最受瞩目的纯音频测试设备生产商(图2)。但如果我希望进行明确的度量，Hofer的话令我感到气馁。

"经过三十年的时间到现在，人们认识到对耳朵和大脑系统并不了解，"Hofer说。"在Audio Precision公司，我们对音频设备都作客观度量。但世界也就是有关知觉和度量，其中，就其本质而言，是不会完全跟踪你真正试图测定的事物。"

Hofer表示，Audio Precision公司没有音频失真分析，也就是说目前仅仅是"大/好/坏"。他的测试设备只简单提供数量和性能的测量，通常沿不同的轴进行削减，例如频率响应、失真因子或噪音等。Hofer说，尽管这些指标全部有效，但耳朵的行为则比这更为微妙得多。

许多公司和研究人员在其评测中采用人体，而不是高精密测试设备。Hofer说，最好的例子包括Fraunhofer和杜比(Dolby)公司，他们采用人体来收听真实的录音以测量有损压缩算法对真实性能的捕获效果如何(参见"Testing For Audio Transparency"一文)。

Hofer解释说，Audio Precision公司的分析师所做的分析测量是要通过描述高度数学定义的信号来避免主观测量的失败。描述与原始数学定义信号有关的失真、交流噪声、噪声的影响是一个直截了当的过程。

"但即使这样，如果你以数字化对广泛的多频音输入进行录音，测量将显示出某些音调会完全丢失，而不是减弱，"Hofer说。"有损压缩算法要在信号的某些部分不浪费任何数据位，这是因为这些部分不满足可听性的阈值"。

如果对算法进行真正优化，即使采用模拟测试设备，人的耳朵和大脑也不会注意到丢失的信息。

其它观点

因此，如果设计师不能明确与主观经验有关的客观测量，那该怎么办？很显然，大多数公司关注功率效率与集成度水平。

我曾与一些国半的竞争对手就模拟音频芯片市场进行过对话，而他们中没有人追求极端