iPhone7有“嘶嘶声”声 从学角度看缺陷原因

　　苹果iPhone7/iPhone7 Plus的新机刚刚发货，最近就爆出了"嘶嘶声"的问题。目前已经有不少果粉反映iPhone7/7 Plus会在大负载工作的情况下发出"嘶嘶声"。Stephen Hackett最先在Twitter发文爆出了这个问题，还上传了一个视频来证实他的说法。Stephen的抱怨得到了不少果粉的确认，包括前苹果公关人员和科技媒体TechCrunch的编辑Darrell Etherington，之后不少用户纷纷留言表示也有同样的情况。

　　这个问题刚刚爆出，估计苹果还没有最终确认原因，但是苹果方面已经给出了更换新机的承诺。国外媒体猜测这个"嘶嘶声"可能和苹果的A10 Fusion处理器有关，理由就是这个噪声只在CPU负载大的时候才出现。

　　国内大多数果粉还没有拿到新机，暂时还无法真机测试，而且根据国外果粉的反映，这也是少部分手机才出现的问题。但是这个"嘶嘶声"到底是怎么回事？先听听Stephen Hackett上传的这个"嘶嘶声"。

　　Stephen Hackett录取的"嘶嘶声"时频分布

　　什么是"嘶嘶声"？

　　我们从视频中提取了Stephen Hackett录取的"嘶嘶声"，虽然录制过程中有其他杂音混入，总体来看还是非常类似"HISS"特征。"HISS"也就是"嘶嘶声"，是常见的噪声，很多时候我们通俗称为"电流噪声"，实际上这种噪声很难有词语准确描述出来。这种噪声普遍存在于电子产品之中，例如电脑、电视、空调、冰箱等电子设备，但是这些设备的其他噪声更加明显，很多时候由于人耳的掩蔽效应反而忽略了。但是诸如手机、音箱、耳机、收音机、充电器等设备距离用户很近，所以其"嘶嘶声"也是用户普遍抱怨的问题。

　　"HISS"是国际通用的"嘶嘶声"描述，这种噪声类似于高斯白噪声，其幅度分布服从高斯分布，功率谱密度服从均匀分布。白噪声其实借用了光谱的概念，这和白光由所有颜色的光叠加而成一样，白噪声也可以理解为所有频率的声叠加而成。高斯白噪声在可听声频段表现出来的声音非常类似iPhone 7的这种"嘶嘶声"，感兴趣的读者可以利用Matlab的WGN函数生成高斯白噪声，也可以类比汽车收音机搜寻频道时候的"嘶嘶声"。

　　怎么产生的"嘶嘶声"？

　　电子设备的噪声主要由三个来源，机械噪声、电磁干扰和电路噪声，很多时候都是这三种噪声的混合（线性或者非线性）。机械噪声一般是交变器件的机械振动所产生，这种噪声一般低频比较明显，听起来好像"翁翁声"。电磁干扰主要是高频器件产生，特别是射频器件（手机的RF）会对周边的模拟线路产生较大影响。因此手机设计经常要对高频器件进行电磁屏蔽（金属外壳），或者采用经过特殊电磁屏蔽设计的元器件，比如iPhone采用的麦克风和扬声器都经过了防RF设计。

　　电路噪声主要是指电子设备的白噪声，基本来源于热噪声和散粒噪声两类，其中热噪声主要来源于无源器件，例如电阻的电子布朗运动，而散粒噪声则来源于有源器件，例如半导体器件的电子发射不均匀性。

　　"嘶嘶声"是常见的电路噪声，类似于高斯白噪声，理论上存在于任何电子器件，但是数字器件的频率较高，超过了人耳可听的20KHz，所以我们听到的"嘶嘶声"主要还是来源于模拟电路，比如运放和电感更容易产生"嘶嘶声"。需要说明一下，电感产生的"嘶嘶声"的原因更加复杂，还要考虑交变电流的影响，有些设备"嘶嘶声"的来源主要就是电感，例如很多质量不太好的充电器。

　　为何iPhone 7有"嘶嘶声"？

　　根据上面的分析，iPhone 7的"嘶嘶声"应该不是硬件设计的缺陷，而且和CPU的关系也不会太大，CPU是高频器件，很少会集成模拟电路。至于CPU的负载较大时候才出现这种声音，很可能是与功率或者温度有关，热噪声的产生就和温度密切相关，当功率增大的时候听到"嘶嘶声"的概率也更高，特别是对一些质量不好的电子器件。iPhone 7的"嘶嘶声"最大的可能还是来源于其中的运放、电感等模拟器件，这些器件在手机中大量使用，包括了电源管理、摄像头电路、麦克风电路和扬声器电路等等，虽然仅凭现在的资料还很难定位故障原因，但是估计问题不会太过严重，应该还是iPhone 7的某些电子元器件的质量不达标导致的小规模事件。

　　事实上供应链的质量管理是所有硬件厂商头疼的事情，一部手机上的元器件数量庞大，而且大部分元器件只能进行抽检，这就无法做到100%的器件合格，即便著名的大厂也是这样。硬件设备的可靠性即便设计上没有缺陷，但是若器件的可靠性不过关，哪怕就是单个部件都有可能造成严重后果，比如最近沸沸扬扬的三星电池爆炸事件。从事硬件的厂商处处是坑，也是国内很多互联网企业无法做好硬件的主要原因。