【iShout】Smartisan T1 耳机 HiFi 研发故事

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2014-12-23 15:40

本文作者为王君康,目前任锤子科技音频软件工程师。

我是锤子科技第 132 号员工,在硬件 BSP 部门负责第一代产品 T1 的音频驱动和软件调试方面的工作。在来到锤子科技之前,我一直从事手机音频软件,驱动和调试方面的工作。

由于一直从事手机音频相关的工作,我很了解现在的手机芯片供应商实际上已经把音频的软硬件整体方案做得十分成熟了 – 如大家熟知的高通。而像手机这样的终端产品厂商只要严格按照供应商提供的解决方案,就能比较容易的把自己项目的音频模块产品化。由于一直以来大家都认为手机的音质并不是主要的卖点(vivo 除外),所以愿意在手机上花费大量的人力和物力打造高音质手机的产品厂商并不多。所以作为音频工程师的我,在接到锤子科技的面试邀请的时候,内心也充满了犹豫和猜测。

犹豫来自于我一直以来对老罗的关注给我感觉他就是一个很能忽悠的老板,一个门外汉,这样的公司对我来说是否会是一个不错的选择;同时我也很好奇在这样一个竞争激烈的行业里,他拥有一支怎样的团队,他对产品的定义什么,当然,我更感兴趣的是这个产品上音频模块的定义是什么。

出于对这家公司的兴趣,我来锤子科技面试了,面试和其他科技类的公司一样,先是几个工程师问了我技术和经验相关的问题,然后提到 T1 在音频方面做 HiFi 音质的计划(可能是出于产品保密的原因,并没有聊太多细节),最后是和钱晨博士(后来知道是 CTO)聊了聊我对产品的理解和看法。整个流程和别的公司没有太大区别,而对当时的我来说,最大的收获是知道了整个硬件和产品团队的成员都是前摩托罗拉的资深工程师,而他们来这家公司的目的都是为了打造出一款高品质的产品。这样的团队配置打消了我之前对公司团队的猜测。而从我个人的角度,由于一直从事音频相关的工作,我非常希望有一天用户能在我们的手机上享受到高品质的音乐,而不是总是另外再携带一个 iPod。带着这样的愿望,我加入了锤子科技。

进入公司的 BSP 多媒体组后,我第一次看到了我们的两个硬件方案:

A:一颗外置的 DAC 芯片,再加上一颗专业级运算放大器芯片,同时还带一颗能给这颗芯片供给足够稳定电压的 DCDC;

B:只有一颗专业级运算放大器芯片和一颗能给这颗芯片供给足够稳定电压的 DCDC。

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我们在评估了众多音乐旗舰机型后,vivo Xplay 被认为是当时音质非常出色的手机,而且它也使用了外置的 DAC 芯片。于是我们选定了这款手机作为对比机型。并对它进行了各项测试。

我当时就在想,既然是这样,为什么还要有第二个方案,第一个不就是最好的了吗。这时硬件工程师给我的一组参数对比让我明白了方案二的意义, 从这一组参数对比上能看到两个方案里 DAC 芯片唯一明显的差异只有 THD+N(总谐波失真加噪声),但是这是芯片单个的参数,不能代表方案完成后系统的实际值。于是我们决定同时进行两个方案的研发,最后基于客观和主观测试决定使用哪一个。同时,T1 的音频软件方案要求我们支持的无损音频源的编码格式到 24 比特,最高 192kHz 的采样率。

基于这样的方案设计,我们的硬件和软件团队就开始了各自的研发工作。

在第一个方案和第二个方案的硬件和驱动部分工作完成后,我们已经能够通过 DSP 直接播放无损音源,这样我们就能对这两个方案做初步测试了。我们先测试了两个方案的基本参数,如信噪比,THD+N 和频响曲线,并和参考机对比了这些参数。这时我们发现,基本的参数并没有明显的区别,令我意外的是,第二个方案的 THD+N 测试值好于对比机型 3dB 左右,而硬件工程师对滤波电路的优化和软件的调试还未开始,这就大大增强了我们的信心。在客观数据略优的情况下,我们选择先由公司内部的金耳朵(音频品质工程师)L 进行主观测试,也就是盲听(使用我们自己的方案的手机和对比机)。 L 选定了十首他熟悉的不同风格的音乐进行盲听测试后,测试结果一边倒的倾向我们的方案二。当时在场的工程师都兴奋不已。另外,我们小范围的找了几个常听耳放的同事也进行了盲听测试,测试结果也偏向于方案二。而这时,老罗也听说了这个小范围盲测的结果,于是要求对他也进行一次盲测。在当时,罗老师对他自己的耳朵是非常自信的。盲测结果也是方案二胜出。同时,另一组数据的初步测试也坚定了对方案二的选择,方案二比其他方案的对比机省电 100mA 左右。

在初次盲测过后,我们增加了更详细的测试:互调失真,多频音失真,crosstalk 等,并借助这些反馈开始了方案二硬件电路和软换调试的优化,同时软件 24-bit/192kHz 的方案也逐渐完善。而这时,我们又和对比机进行了一次人数更多(30 人左右)的盲测,测试结果还是倾向方案二。同时,我们的改动实测频响曲线在高频部分出现问题,同时从盲测数据的反馈也反映出高频存在失真。于是我们又更改了滤波电路对高频部分进行优化,这样的反复迭代一直到我们迎来了一个强有力的对手:vivo Xplay 3S,依然是外置 DAC 芯片,但是这次 vivo 用的是 ES9018, 一颗数据怪兽:动态范围 (127dB), THD+N(-120dB)。硬件同事对这款机型进行了客观数据的测试,除去动态范围的优势,THD+N,互调失真也比方案二略优。在继续进行了软件和硬件的调试后,我们开始了与这款旗舰机型的主观测试,同样在我们自己的音频品质工程师盲测后,我们的金耳朵听出来了 T1 在不同风格的曲类与 Xplay 3S 的区别。而随后我们进行的公司内部的大规模盲测发现并没有没有明显的倾向,甚至很多人听不出来。

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最后,罗老师也进行了盲测,结果是……他听不出来! 在进行了反复切换歌曲和机器后,罗老师终于投降了,承认自己不是金耳朵了。而同时,罗老师也怀疑是否确实有人能很轻易的听出来区别,虽然我们的金耳朵 L(音频品质工程师)在反复的测试中,对同样的曲目都做出了一致的判断。罗老师还是决定请更专业的人士来盲测。于是,我们从专业的音频评测媒体请到了 3 位资深的金耳朵,各自带上自己的专业耳机来做了 T1 和 Xplay 3S 的主观听感测试。在测试过程中,他们都比较容易的区分出了两款机器,并且区分出了 T1 和 Xplay 3S 适合的不同风格。至此,T1 的 HiFi 音质调试最终定版。

从一个工程人员的角度,T1 在客观数据上是不如 Xplay 3S 的,这归咎于它没有采用外置独立 DAC 芯片的先天不足,但是我们的研发和调试最终在最大限度上保证了 T1 的主观听感,可以自豪的说,T1 绝对是一款可以让你享受高音质的手机。

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