目錄

1    音頻技術(shù)簡(jiǎn)介

1.1    音頻數(shù)字化

1.1.1    采樣和采樣頻率

1.1.2    量化和量化精度

1.1.3    編碼和壓縮

1.2    音頻模塊組成

2    常見的音頻數(shù)字接口

2.1    I2S

2.1.1    概述

2.1.2    信號(hào)簡(jiǎn)介

2.2    HDA

2.2.1    概述

2.2.2    數(shù)據(jù)流和聲道

2.2.3    DMA通道

2.2.4    初始化和枚舉

3    音頻接口電路設(shè)計(jì)

3.1    耳機(jī)接口電路

3.2    麥克風(fēng)接口電路

3.3    設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4    音頻連接器

4.1    概述

4.2    規(guī)格尺寸

4.3    可靠性要求

5    常見音頻問題分析

5.1    錄音音量偏小問題

5.1.1    增大偏置電壓

5.1.2    增大負(fù)載電阻RL

6    參考文檔

1    音頻技術(shù)簡(jiǎn)介

1.1    音頻數(shù)字化

數(shù)字化是計(jì)算機(jī)應(yīng)用的基礎(chǔ)，音頻也不例外。模擬的聲音信號(hào)只有經(jīng)過數(shù)字化，才能轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)可存儲(chǔ)和處理的信息。音頻通常采用PCM編碼（脈沖代碼調(diào)制編碼），即通過采樣、量化、編碼三個(gè)步驟將連續(xù)變化的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。

1.1.1    采樣和采樣頻率

采樣，就是每隔一段時(shí)間間隔讀一次音頻信號(hào)的幅度。單位時(shí)間內(nèi)采樣的次數(shù)稱為采樣頻率。

采樣率越高，數(shù)字波形的形狀越接近原始模擬波形。低采樣率會(huì)限制可錄制的頻率范圍，這可導(dǎo)致錄音表現(xiàn)原始聲音的效果不佳或失真。通常人耳可以聽到的頻率在20Hz到20KHz。根據(jù)奈奎斯特定理，為了重現(xiàn)給定頻率，采樣率必須至少是該頻率的兩倍。例如，CD 的采樣率為44.1kHz，可重現(xiàn)頻率為22.05kHz，此頻率剛好超過人類的聽力極限 20kHz。

1.1.2    量化和量化精度

采樣得到的信號(hào)雖然在時(shí)間軸上是離散的，但仍然是模擬信號(hào)。為了實(shí)現(xiàn)以數(shù)字碼表示樣值，必須采用“四舍五入”的方法把樣值分級(jí)取整。這一過程稱為量化。

量化后的采樣信號(hào)與量化前相比，當(dāng)然有所失真，且不再是模擬信號(hào)。這種量化失真在接收端還原模擬信號(hào)時(shí)表現(xiàn)為噪聲，并稱為量化噪聲。量化噪聲的大小取決于把樣值分級(jí)取整的方式，分的級(jí)數(shù)越多，可提供的可能幅值更多，動(dòng)態(tài)范圍更大；同時(shí)量化級(jí)差或間隔越小，量化噪聲也越小。

量化精度，是指可以將模擬信號(hào)分成多少個(gè)等級(jí)，量化精度越高，音頻的聲壓振幅越接近原聲。在二進(jìn)制世界中，也可以理解為用多少個(gè)二進(jìn)制位來表示每一個(gè)采樣值（也稱為量化位數(shù)、采樣深度等）。

1.1.3    編碼和壓縮

量化后的采樣信號(hào)在一定的取值范圍內(nèi)僅有有限個(gè)可取的樣值，且信號(hào)正、負(fù)幅度分布的對(duì)稱性使正、負(fù)樣值的個(gè)數(shù)相等，正、負(fù)向的量化級(jí)對(duì)稱分布。若將有限個(gè)量化樣值的絕對(duì)值從小到大依次排列，并對(duì)應(yīng)地依次賦予一個(gè)十進(jìn)制數(shù)字代碼（例如，賦予樣值0的十進(jìn)制數(shù)字代碼為0），在碼前以“+”、“－”號(hào)來區(qū)分樣值的正、負(fù)，則量化后的采樣信號(hào)就轉(zhuǎn)化為按采樣時(shí)序排列的一串十進(jìn)制數(shù)字碼流，即十進(jìn)制數(shù)字信號(hào)。而計(jì)算機(jī)能夠直接處理的數(shù)據(jù)系統(tǒng)是二進(jìn)制編碼系統(tǒng)，因此，應(yīng)將十進(jìn)制數(shù)字代碼變換成二進(jìn)制編碼。根據(jù)十進(jìn)制數(shù)字代碼的總個(gè)數(shù)，可以確定所需二進(jìn)制編碼的位數(shù)，即字長(zhǎng)。這種把量化的采樣信號(hào)變換成給定字長(zhǎng)的二進(jìn)制碼流的過程就稱為編碼。常見的編碼方式為PCM。

而為了降低傳輸或存儲(chǔ)的費(fèi)用，必須對(duì)數(shù)字音頻信號(hào)進(jìn)行編碼壓縮。 以Windows系統(tǒng)中常見的WAV音頻文件為例，采樣頻率44.1kHz，量化位數(shù)16位，雙聲道，則一分鐘音頻所需要的存儲(chǔ)量為44.1*16*2*60/8/1000=10.584（MB）。可見十分耗費(fèi)硬盤存儲(chǔ)空間，因此，才會(huì)出現(xiàn)各種音頻壓縮編/解碼技術(shù)。數(shù)字音頻編碼壓縮的目的是在不影響人們使用的情況下盡量減少數(shù)字音頻的數(shù)據(jù)量。

總之，數(shù)字化音頻的過程始于空氣中的壓力波。麥克風(fēng)將此壓力波轉(zhuǎn)換為電壓變化，聲卡將這些電壓變化轉(zhuǎn)換為數(shù)字采樣。在模擬聲音變成數(shù)字音頻之后，計(jì)算機(jī)就可以進(jìn)行錄制、編輯、處理和混音等各種操作，實(shí)現(xiàn)各種可能性。

了解更多詳細(xì)信息請(qǐng)點(diǎn)擊查看，或掃描二維碼查看。