電聲元件趨勢/技術層出不窮　手機音訊晶片挑戰加劇

陣列式喇叭架構風行　驅動晶片設計挑戰大  

為了提供給使用者更好的環繞音效，手機音訊半導體廠商過去一直在音訊編解碼器(Audio Codec)與數位訊號處理器技術上著手，希望能透過各種軟體虛擬的方式「欺騙」人類的聽覺感官，以單一喇叭盡可能創造出最佳的環繞音效。  

如美國國家半導體(NS)、德州儀器(TI)、歐勝(Wolfson)、亞德諾(ADI)等公司，以往皆曾推出過類似的晶片解決方案。歐勝微電子亞洲區業務副總裁盧能相指出，事實上，即便是在陣列式喇叭大行其道的今日，音訊編解碼器對於提升消費者的聆聽體驗，仍扮演著關鍵要角。畢竟扣除山寨手機這類入門級價格，卻具備超高檔音訊系統配置的手機，目前手機市場上還是有很多架構簡單的入門級手機。要在這類手機上提升音訊品質，使用軟體模擬的方式仍是最具競爭力的作法。  

然而，陣列式喇叭架構的流行，對手機音訊放大器供應商而言，畢竟是不可忽略，甚至是期盼已久的趨勢。德州儀器應用工程師彭翔宇表示，消費者對內建陣列式喇叭架構的手機需求越大，越會帶動獨立音訊擴大器的市場需求，因為手機製造商勢必要採用獨立的音訊擴大器方案，才能驅動多顆喇叭。一般低成本手機普遍以類比基頻直接驅動手機喇叭的作法，要套用在具備陣列式喇叭的手機系統上，仍有一定技術難度。畢竟在陣列式喇叭架構下，手機系統對於音訊輸出功率的要求門檻也相對提高了。事實上，在針對手機等可攜式裝置所設計的D類音訊放大器市場上，輸出功率一直是各家供應商彼此較勁的項目，市場主流也從以往每通道輸出功率從不足1瓦，提升到目前1.2瓦到1.4瓦間。  

陣列式喇叭帶動晶片功能整合趨勢持續延燒  

另一個手機晶片業界因應陣列式喇叭潮流的作法，則是將音訊編解碼與簡單的數位訊號處理功能整合成單晶片，藉此讓手機製造商能夠更自由地使用來自不同供應商、不同型號的喇叭元件。目前歐勝與德州儀器都已推出這類方案。盧能相認為，對於擁有完整音訊解決方案廠商而言，要在編解碼器內建簡單的數位訊號處理(DSP)功能並非相當高的技術門檻，問題在於對客戶的需求是否能準確掌握。  

若是整合的數位訊號處理功能太過強大，不僅造成不必要的晶片成本上升，也會增加元件的功耗。在陣列式喇叭架構日漸成為市場主流之際，手機客戶在挑選喇叭時，所面臨的考量勢必更多，若編解碼器本身具備某種程度的補償功能，可以讓來自不同供應商或不同型號的喇叭元件有類似的音質表現，將是一項有利的賣點。  

圖1　德州儀器類比音頻/視頻訊號產品行銷經理梁逢烈認為，在消費者對音質的要求日益嚴苛之際，動態範圍壓縮技術的發展前景可期。

駐極體喇叭問世電壓驅動電聲元件尋求敗部復活  

另一項近來電聲產業界廣受矚目的技術突破--駐極體喇叭，由於與陶瓷喇叭一樣採用電壓驅動，與目前絕大多數的電聲元件採電流驅動的作法大不相同，而引發業界討論，對其未來發展看好或唱衰者皆有之。  

易祿達CNLA校正與測試領域負責人陳本立認為，要討論駐極體喇叭未來的發展契機，或許可先從與其有著類似特性的陶瓷喇叭談起。陶瓷喇叭又可稱之為壓電式平面喇叭(圖2)，與傳統動圈式喇叭比較，陶瓷喇叭具有音質佳、厚度薄、耗電低、體積小且無電磁波(EMI)干擾等特性，而且不用搭配音箱設計，可以大幅度縮減體積，在早期傳統動圈式喇叭微型化遇到瓶頸時，一度被認為是取代微型揚聲器的最佳選擇。

資料來源：易祿達 圖2　陶瓷喇叭本體

不過陶瓷喇叭必須透過能輸出高電壓的晶片組來驅動，此晶片單價較高而且取得不易，市場上僅美國國家半導體等少數廠商有對應解決方案，另外一點則是陶瓷喇叭的一致性低，固定組裝在可攜式裝置都相當困難，也因此陶瓷喇叭在市場上的發展，近幾年可以算是停擺狀態。  

但駐極體喇叭擁有一項陶瓷喇叭望塵莫及的可撓式特性，因此其應用的想像空間遠比陶瓷喇叭更大。如最近非常熱門的音樂播放器底座產品，若是採用駐極體喇叭技術，在產品的外觀設計上將可更不受拘束，更具時尚感，而且其大面積發聲的特性，將帶來非常特殊的音響效果，因此目前要斷言駐極體喇叭未來的成敗，還言之過早。唯一可確定的是，這種喇叭由於其超薄特性，若要改善其低頻響應性能，將面臨蠻大的技術挑戰，這點倒是跟陶瓷喇叭一致。  

陳本立認為，或許短時間之內，駐極體喇叭應先朝向與非電子類的生活用品結合的方向來思考其應用，不必急著進軍消費性電子或手持式裝置，畢竟在目前高壓驅動元件供應商少，本身的低頻響應性能又未臻理想的情況下，貿然進軍已經對音質要求已經相當高的應用市場，並非明智之舉。  

駐極體喇叭發明人之一的工研院電光所奈米電子技術組研發組長陳明道也坦承，雖然駐極體喇叭可以用捲繞式方式進行量產，成本可以相當低廉，但現階段這種喇叭的低頻響應效果確實還有改善空間，有待從結構面上進行改良。即便如此，工研院電光所與工研院材化所還是聯手成立了台灣駐極體科技公司，進行駐極體喇叭的推廣，顯示其可撓式特性的確相當誘人。  

美國國家半導體產品應用經理林漢恭則是非常看好駐極體喇叭的應用前景，並指出駐極體喇叭技術的可撓式特性使其運用產品可望與生活中的各種日常生活用品、家具等結合在一起，便是其最大的優勢。如具備喇叭功能的屏風、壁紙等，便是很有潛力的市場。

專業耳機技術走向音樂手機市場音質大考驗即將來臨

對手機製造商與相關半導體廠商而言，電聲元件的演進雖然帶來許多新的商機，但也同樣挑戰產品開發人員的設計功力，特別是在聲音再生元件不斷性能提升，高傳真音響帶著走的理想可能很快就能實現。在專業監聽耳機、醫療助聽器等專業耳機器材市場上擁有超過90%市占率的樓氏電子(Knowles Acoustics)，便準備將其迷你揚聲器技術推廣到消費性耳機市場上，甚至鎖定音樂手機周邊配件市場，讓一般消費者也能享受到近似高傳真音響的音質。  

樓氏電子業務經理張慈斌指出，從醫療助聽器等專業設備起家的樓氏電子，近年來一直注意尋找高階耳機可以切入市場的最佳時間點，而音樂手機的流行，以及越來越多消費者寧願自掏腰包購買動輒數百美元耳機的趨勢，說明了現在就是將迷你耳機單體推向消費性耳機最佳的時間點。  

其實，迷你耳機單體已經問世非常久了，這種採用平衡電梳(Balance Armature)架構的迷你耳機單體(圖3)，是一種非常微型化的聲音再生元件，因此可以在狹小的耳機尺寸內實現多顆單體的系統設計，再透過耳機內建的分頻器將聲音分離成高頻、中頻與低頻等不同頻段，由不同單體負責聲音的再生動作。

資料來源：樓氏電子 圖3　樓氏電子所推出的迷你耳機單體

這種架構非常類似高傳真音響或高階多媒體喇叭所使用多喇叭單元音箱，比起現有磁圈式耳機單體由一顆單體負責全頻域的聲音再生，在聲音的傳真度上有非常顯著的改善。事實上，如德國森海塞爾(Sennheiser)、美國Bose、日本鐵三角(Audio Technica)等知名專業耳機大廠，皆已推出採用此一架構的產品(圖4)。

資料來源：鐵三角 圖4　採用多枚迷你耳機單體的高階耳機

張慈斌指出，隨著消費者對手機音質的要求日趨嚴苛，也願意為更好的聆聽效果投資，各家手機製造商與相關配件製造商也看出高階耳機的商機，樓氏電子收到相關解決方案的詢問也比以往多出許多。  

雖然這種耳機受限於售價的關係，很難在市場上全面普及，但隨著更多製造商有投入開發產品的意願，這種脫胎自專業耳機的技術，有機會占據一定比重的市場。若有更多手機大廠願意將其列為音樂手機的配件出貨，對於市場推廣而言絕對有助益。事實上，採用多重迷你耳機單體的耳機，已經獲得某手機大廠認可，未來將列為標準配件。  

這種新型耳機的導入與普及，將對手機音訊半導體方案帶來哪些影響，目前還不得而知。盧能相指出，從訊噪比(SNR)、總諧波失真(THD+N)、耳機阻抗值等量化指標來看，現有半導體方案似乎不至於受到高解析度耳機導入的衝擊。  

產業鏈通力合作　手機音質升級有譜  

但由於消費者是從系統的整體表現來評斷產品的好壞，而非晶片廠商的元件規格，因此手機製造商會不會為了設計保險起見，回過頭來要求元件供應商提供性能更好的元件方案，目前仍不得而知。但不論如何，產業鏈要更緊密合作，以滿足消費者日益挑剔的耳朵，是免不了的趨勢。陳本立總結說：「畢竟聲學是一門跨領域的專業，不是半導體廠商或系統設計業者可以一手包辦的。」