Audio Overall View－蕭尼克的Audio Sharing

　　今天想要來談談的是關於整個音訊(audio) 的架構, 有時候我會把它叫做Audio Signal Chain.

　　綜觀整個聲音世界，沒有一個單一科系能教會你整個系統，因為它太過龐大，龐大到窮盡一生之力都難以貫通，就如同現在電子業內容已切的很細一般。這篇文章，我想不管是學生老師，工程師，主管，業餘愛好者應該都可以好好看一下，不管是你想聘雇新的工程師，或是想知道自己所鑽研的是位在哪一區間。下圖是一個聲音訊號從頭（軟體）到尾（人耳）的一個簡圖，包括了資訊工程：資料壓縮、編解碼、演算法，硬體：DSP(Digital Signal Processing)、擴大機(Amplifier)、電路、傳輸介面．聲學：喇叭、耳機、麥克風，感知：耳朵、嘴巴、心理。

　　Fig. 1 - 音訊架構

　　如果以工程的角度來看，我喜歡用類似通訊常用的疊構方式來表達，對於喜歡看圖思考的朋友應該更好懂了些。通常發燒友們聚焦在右側的analog(類比端)，硬體電子工程師則專注於紅色的方塊，多跨了傳輸介面，但少了最末端的電聲部份，而軟體工程師＼音效開發則位於深藍色方塊的數位領域。當我們了解這些不同的領域後，在交流或學習上會比較順利些，或者是想為自己的影音系統做更好的投資較能把有限的金額花在刀口上。

　　Fig. 2 - 工程的音訊架構

　　舉個例子，也許你就能知道其中的複雜度。一個具有主動抗噪(ANC, Active Noise Cancellation, 或有人叫它ANR, Active Noise Reduction)的藍芽耳機(Bluetooth headsets)。

　　當一首歌曲在手機播放時，訊號從mp3(MEPG-3, 一種基於心理聲學的音訊壓縮編碼)被轉換成A2DP(Bluetooth profile, Advanced Audio Distribution Profile)透過手機的2.4GHz天線，傳送到藍芽耳機的接收天線，這時BT chipset再把A2DP還原成pcm(Pulse-Code Modulation)，進到DSP做ANC演算法處理(ANC tuning需要考慮到聲學，這點往後會談)，再來經過DAC(Digital-to-Analog Convertor)接到Amplifier送給小喇叭單元(動圈或動鐵式等喇叭, 一樣是往後會談到)，之後小喇叭送出音樂與反相噪音（與一般噪音在耳道相抵消用），最終由人耳聽到純淨的音樂。

　　初期開發上，任何一個環結都有可能出錯，一定要有個懂全部樣貌的工程師分段檢查。通常公司內會由電子工程師掌握開發時程，所以在類比端只要先照公版標準開發即可有８０分的水準，在電聲介面比較好切開，大部份都藉由電子儀器算出 Amplifier(大小, Voltage)與THD+N (Total Harnomic Distortion + Noise)，所以可以完完全全切開是否為喇叭或麥克風的問題。而傳輸介面上先把最單純的Path (路徑)開通，好比說是USB讀檔播放，先用軟體最不可能出錯的情況來檢查硬體設計有無問題。硬體端達標後，開始加入軟體或更複雜的使用行為，好比說藍芽等等。A2DP有沒有被正確編碼，傳送與接收端的編解碼有無問題，DSP運算上有沒有問題。通常軟體或介面的問題必須由THD+N或搭配時間波型去看，因為編解碼相關問題常對訊號造成失真\不連續。如果沒有先把某一區塊的設計做好，一步步前進，很容易遇到問題而找不到方向。

　　這中間只要有一個環結失敗了，聲音就會變差或不能運作，這就是他們的複雜度，也是工程師的專業度。