隨身音樂大時代：淺談你所不知的智慧型手機音訊處理

隨著智慧型手機的大爆發，市場對隨身音樂的需求，也達到非常高的水平。事實上在智慧型手機之前，隨身聽就已經開始被人們廣泛接受，隨身聽開始發跡的歷史可以追朔到1979年7月，由Sony推出的Walkman隨身聽正式開啟隨身音樂世代。其內部儲存媒介由最早的磁帶卡匣，歷經Compact Disc（CD）、Mini-Disc（MD）演進，Walkman可以說是隨身聽市場的代名詞。

數位音樂潮流崛起

當Apple在2001年發表第一代iPod時，賈伯斯（Steve Jobs）用一句：「iPod，將1000首歌曲放進你的口袋」，這一句簡單的話，從此改變音樂市場的生態。數位音樂真正進入一般人的生活中，人們不用再攜帶占據空間的卡匣、CD、MD和龐大播放器，只需要1台隨身數位音樂播放器，上千首音樂就這樣放入口袋中。

受限於當時的技術，早期的數位音樂聲檔案音品質，普遍無法和CD 相比。但隨著播放器本身和音樂格式不斷地改善，現在每一位使用者都可以在隨身播放器上，享受接近甚至超越CD規格的音樂，讓熱愛音樂的樂迷隨時隨地都可以體驗高品質音樂。

原本預期就此蓬勃發展的隨身播放器，卻在同樣是由Apple帶起的智慧型手機風潮中，面臨強大的挑戰。智慧型手機擁有多樣化的功能，以及完整的音樂服務，更不用提便利且包含數百萬首歌曲的音樂串流服務。這些因素驅使隨身播放器產品朝向不同的領域發展，轉變為標榜擁有更好音質和高質感的方向邁進，也使得價格如同其他音響產品一樣，出現慢慢走高的趨勢。

▲Apple的iPod和iPhone成為改變音樂市場的生態的推手，圖中下為iPod Classic 5th，上為iPhone 4。

淺談數位音訊處理流程

對於非專注於音質的使用者來說，一般智慧型手機就可以滿足大部分聽音樂的需求，但是對於熱愛音樂的愛樂者，獲取更優良的聲音品質是一個非常重要的考量，如何挑選一台音質優異的智慧型手機，就成了相當艱難的決定，底下就讓筆者來為各位就目前智慧型手機的音訊處理架構和問題，做幾個扼要的介紹。

▲早些年不少人使用過的隨身碟MP3播放器，圖中為Transcend T. sonic 320。

數位訊號處理器種類多

在開始介紹智慧型手機前，我們先來簡單的分享一下音訊處理程序，雖然智慧型手機擁有非常強大的運算能力，有時候甚至可以比擬高端電腦配備。但是這看似強大的運算能力，當音訊輸入至數位訊號處理器（DSP，Digital Signal Processor）後，卻又不能套用相同的概念。

各式DSP都被設計用來完成不同的專屬作業，並且各自擁有不同的時脈週期，猶如顯示晶片被設計成專門處理影像任務，擁有其自己的時脈週期來決定其運算能力一樣。音訊處理器也是相同的概念，於是智慧型手機的中央處理器有多少GHz時脈週期，有時不能直接等於其音訊處理的運算能力。

▲高階隨身播放已經開始往更加注重音質的方向邁進，圖中由左至右為FiiO X5、HiFiMan HM-802、HM-901。

即時音訊處理延遲問題

在處理即時的音訊時，浮點（Floating-point）運算能力，和單指令流多資料流（single instruction，multiple data）處理的速度則顯得更加重要。由於聲音是一個連續性的資訊，所有上述的處理流程，都必須在每1個聲音取樣周期內被完整的重現。一般常見的音訊格式取樣頻率大多為44.1或48 kHz，如果使用中央處理器來運算音訊數據，除了會造成大量的電力消耗，也會產生不能接受的延遲。

在沒有使用專屬DSP的情況下，這個延遲大多落在100～250毫秒（ms，millisecond），在一般即時音訊處理的情況下，目前的認知是延遲最好不要超過20ms，這大概是人耳能夠分辨的最小延遲。任何超過這個數值的聲音延遲，都會讓使用者覺得音訊輸入和輸出有時間上的差距，同時音訊處理的延遲也許會造成音質劣化。

音訊編解碼器則擁有高精度的浮點運算單元在其DSP中，利用高速的浮點運算能力，專用音訊處理架構來解決延遲問題。此外由於大多數的DSP演算法並沒有為多核心最佳化，所以這時中央處理器核心數量就顯得不是那麼重要，反倒是記憶體頻寬和DSP的時脈週期，對於降低聲音訊號處理延遲有更大的幫助。

▲聲波經由麥克風轉變成類比電壓，再經由類比數位轉換器、電腦、數位類比轉換器、喇叭後，最終轉變為聲波的簡易流程圖。

(下頁有智慧型手機音訊處理器演進介紹)