手机之声

编/卢小雷

如今，手机和平板电脑几乎成为了我们生活中不可或缺的重要组成部分，我们随时都可能使用它们来看电影、玩游戏、看小说或是听音乐，可以说，我们每天都会花费大量的时间来观看屏幕或聆听由它们播放出的声音。对于很多人来说，手机和平板电脑就是移动的个人影音娱乐中心。正是基于这些应用的大量普及，悄然间，一些厂商开始在新上市的新品中增强了对音质的优化，将高品质的音频回放作为了产品的一大卖点。

类似的情形也出现在对显示效果的认知上，事实上，显示效果在以往的很长一段时间内都没有得到足够的重视。但这种情况在近两年发生了变化，我们经常会听到：某某机型使用的屏幕画面很细腻，而且颜色也更鲜亮。当有越来越多的用户开始谈论屏幕的显示效果时，不少厂商显然也对此投入了更多的关注。如今，你会经常看到产品的规格介绍上标有：广色域显示屏、ΔE < 3、像素密度是多少等等。回到声音上，我们毫不怀疑会有用户希望更多地了解有关音频性能的介绍，这也正是我们介绍这项测试的初衷。

评价一款智能手机，我们会看它的外观、它的造型设计得怎么样，看看屏幕的显示效果以及分辨率，另外，可能还包括：手机所采用的处理器是否足够强大，电池是不是耐用等等。但对于手机的音频质量，却极少有人真正关心，绝大多数用户都满足于能发声就行。其实不光是智能手机，传统的个人电脑早是如此，除了少数发烧友，普通的板载集成声卡在回放效果上可以说完全够用了。

毫无疑问的是，没有声音，再好的戏也出不来。拿着手机或平板电脑无论听音乐还是玩游戏，无论是通过扬声器还是借助耳机，都是对音频质量的考验。但感受音质的出色与否，很大程度上也与听音者的鉴赏水平相关，有时输出波形稍微有一点失真，带来的可能就是大量泛音频率的丢失，从而就会导致声音还原的细节表现力出现很大的偏差。当然，这些变化也并不是所有用户都能感知的，听音环境、听音器材等都会带来一些影响。AnandTech近日就组织了一次很特别的音频测试，究竟有何特别之处，我们不妨来一探究竟。

提到音频测试，自然不能忽视Audio Precision，这家历史超过四分之一个世纪的老牌公司拥有全世界质量最好的音频测试设备，模拟、HDMI、光纤、同轴、蓝牙都不在话下。事实上，几乎每一个从事音频研究的工作室、实验室内都可以找到它的身影。就在最近，Audio Precision发布了针对安卓设备的音频测试套装，再加上其专业的音频分析仪，测量精度应该是前所未有。

测试平台选用的是Audio Precision APx系列音频分析仪APx582，该设备拥有两个模拟输出、八声道模拟输入。输出这里并没有用，因为所有的测试音频都是由Audio Precision在被测设备上播放的。在每一组测试中，我们加入一个模拟的或真实的信号，来查看设备的处理能力。另外，测试所使用的耳机是很常见的苹果Earbuds，后期还会加入另外两款很有名的耳机AKG K701和Grado SR60。

测试项目包括最大输出电平（Maximum Output Level）、总谐波失真和噪音THD+N（Total Harmonic Distortion + Noise）、频率响应（Frequency Response）、动态范围（Dynamic Range）、串扰（Crosstalk）、阶跃响应（Stepped Response），以及Nexus 5、LG G2问题专场。厂商们在测试音频产品的时候用的也是这些项目，而且大多数都是在最大输出电平下进行的，因为在接近最大输出电平时，对放大器的要求都比较苛刻。

参测手机包括Apple iPhone 5、Google Nexus 5、Samsung Galaxy Note3、Samsung Galaxy S4、HTC One。AnandTech表示后续会不断补充数据，并加入更多测试项目。

总谐波失真和噪音

THD+N衡量的是输出信号对比信号源的失真程度以及设备电路本身的噪音程度。很显然，这一指标越小意味着输出信号的保真度更高。测试时，THD+N在最大音量下使用1kHz频率的正弦波作为信号源。由于手机在设计时，厂商通常会将最大音量限制在放大器的线性区间内，因此，即使选择最大电平输出时，音频输出信号的总谐波失真也不会太大。同时，电子设备的电路背景噪音是不可能完全消除的，不过，当处于最大音量时，信号的强度要远大于（噪音同样会被放大，但幅度要远小于信号的放大程度）噪音水平，噪音相对信号自然要小很多，因此最大音量输出时THD+N的测试结果通常都很理想。

THD+N的测试结果有两个：时域的正弦波曲线和频域的FFT（快速傅立叶变换）频谱。对于时域信号的考察，首先，左右两个声道所产生的正弦波信号应该在波形上完全重合，且具有完美的统一性。其次，输出音频的波形应当尽可能精确地接近正弦曲线。在频域方面，我们希望看到一个单独的1kHz峰值，而其它频率分量则应当尽可能的低，理论上要全部低于基音-120dB。不过，电路实现总不是理想的，通常情况下我们看到的频谱信息还包括1KHz的倍频处产生的谐波边带。

让我们看一下iPhone 5的测试数据，很显然，这是一个很好的范例。iPhone 5输出的正弦波看起来很漂亮，非常接近标准的正弦曲线，没有什么瑕疵；而且左右两个声道的波形也完全一致，并完美地重叠在一起。毫无疑问，这正是我们所期待的测试结果。

接下来是Nexus 5的测试结果，不用仔细观察，你会很快发现它的输出波形有些异样。在最大音量的状态下，Nexus 5的左声道（图中绿色曲线）有明显的限幅失真，其波谷的峰值部分没有达到极值。这似乎是耳机放大器的功率不足以在最大音量下同时驱动两个声道。而且，即便将系统升级到安卓4.4.1也是如此。

iPhone 5的THD+N只有微不足道的0.003134%，而Nexus 5呢，由于左声道有非线性的限幅失真现象，它的THD+N则达到了13.789197%。这有多糟糕呢？一般来说超过1%就认为不合格了，那么，至少在最大音量时，Nexus 5的表现简直糟透了，而且是硬件问题，不可能通过升级软件得到解决。为了进一步验证这一结果，我们还测试了另一台全新的Nexus 5，很遗憾，两次的测试结果完全一致。endprint

我们再来看看FFT的频谱测试结果，从中也能了解到时域中的波形失真会对频率域带来哪些影响。很显然，iPhone 5 FTT频谱非常“安静”。只是在2kHz、3kHz、50kHz出现了一些小的峰值，但幅度值对比基频（1kHz）都低很多，2kHz为-93dB，3kHz低于-109dB，而50kHz处的噪音虽大了不少，但这一频率分量已在人耳的感知范围（一般为20Hz-20kHz）之外，理论上可以将它们忽略。除了上述的情况外，其它谐波的频率分量基本都低于-120dB，这一结果还是很理想的。

Nexus 5的右声道没问题，由于该声道没有限幅失真，其2次谐波（2kHz）只有-111dB，3次谐波（3kHz）也不过-93dB，频谱特性很好。但左声道就很杂乱了，它的2次谐波（2kHz）、3次谐波（3kHz）谐波分别达到了-18dB和-24dB，这已经能对基频带来足够的干扰，即便是在9次谐波处仍然都有-52dB。正是这些谐波失真导致了超高的THD+N，在后面的测试中，我们还会看到有关该问题的更多细节。

总体来看，Galaxy S4的幅频特性不错，其各次谐波分量的幅值几乎都比iPhone 5也低不少，稍有遗憾的是，Galaxy S4的1kHz峰值也偏低。

Galaxy Note3和Galaxy S4均出自同一厂家，两者有相近的表现并不奇怪。而从图中也不难看出，Galaxy Note3的幅频特性与Galaxy S4非常类似。

接下来我们把THD+N和频率的对应关系做成曲线。图示为Galaxy S4的测试结果，左右声道的THD+N一致性很好，在整个频谱中，各个频率分量基本处于0.05%左右，波动不是很大，很稳定。

除了高频部分外，Galaxy Note3的测试结果与Galaxy S4同样很类似，其THD+N的一致性不错，在整个频谱中，各个频率分量基本处于0.08%左右。

Nexus 5则是这样的，右声道的THD+N在0.01%上下波动，而对于有限幅失真的左声道，它的THD+N却超过了3%。不过，如果你调低Nexus 5的音量，会得到截然不同的测试结果，对此，我们会在后面有进一步的说明。

iPhone 5也有明显的高低起伏，但除了20Hz-30Hz的低频和10kHz以上的高频，其它频段的THD+N都没有超过0.07%，而且左右声道保持了基本一致。

最大输出电平

最大输出电平的测试使用与THD+N项目中相同的1kHz信号源。毫无疑问，从耳机插孔输出的功率越高，接入耳机的音量也会越大，更重要的是，具有更大的功率储备意味着在播放大动态范围的音源时，输出波形更不易失真。这部分测试内容没有那些直观的图表，只提供了一些具体的测试数据。

从测试结果来看，iPhone 5无疑是本项测试中最给力的，它在最大输出电平的条件下，输出功率达到了32.46mW，其次是Nexus 5，它的输出功率为22.24mW（当然，考虑到Nexus 5在最大电平输出的失真问题，我们不认为你会选择最大电平输出），然后是Galaxy Note3的11.81mW以及Galaxy S4 的3.895mW。需要说明的是，输出功率每翻一番（例如从4mW升至8mW），输出音量就增加3dB，3dB是我们能分辨的最小音量变化。因此，即便iPhone 5的输出功率八倍于Galaxy S4，但反映在音量上也只是9dB（10dB的差异意味着音量翻一番）的差异，音量的提升还不到一倍。当然，大功率输出的价值是毋庸置疑的，如果你拥有一款高保真耳机，你肯定希望放音设备有更大的功率储备，那么，iPhone 5的大功率输出绝对是你想要的。

频率响应

为了考察频率响应，我们测试了从20Hz到20kHz间的61个频点，然后将每个频点的测试结果均相对1kHz的数据进行归一化处理，这样，我们就能看出在测试频谱范围内，哪个频点的偏差水平最大。若使用的是理想的放音设备，那么得到将是一条过零点的完美的水平直线。当你通过软件调整EQ（Equalizer）均衡器时，实际上就是在调整不同频点的增益值，此时，频率响应的“曲线”也会随之发生变化。

在这项测试中，Galaxy S4的表现最好，从20Hz到5kHz几乎为一条直线，仅在10kHz附近的高频段略有衰减，从1kHz开始的总体偏差仅为0.014dB，这一结果还是很理想的。但20kHz附近没有响应。

Galaxy Note3的表现也比较好，除了50Hz以下的低频段略有衰减外，其它频点的频率响应都不错。Galaxy Note3同样在20kHz附近没有响应。

Nexus 5的测试结果与Galaxy Note3很接近，同样过关。同时，Nexus 5的频率响应范围明显比Galaxy S4和Galaxy Note3更大一点。

相对来说，iPhone 5的测试结果略差，但总体偏差也不过0.089dB，仍在可接受的范围之内。有趣的是，iPhone 5并没有像三星和其它很多手机那样，丢掉了20kHz，它的响应范围更全面，音色自然会更丰富些。不过，频率响应的最大偏差也出现在这一区域，如果不考虑20kHz，iPhone 5的频率响应也会更出色，更接近一条直线。

反面典型是HTC One，特别是开启了Beats音效之后。60Hz-90Hz处的频率响应偏差（30Hz-300Hz之间的频率响应都偏离了0dB）最大达到了+3.5dB，显然这一音效特别加强了低音效果。之后，在300Hz-2kHz区间很快恢复正常，频率响应也相对平坦。但是超过6.5kHz的高音部分，频率响应的偏差又开始加大，达到+1.2dB左右。

动态范围

动态范围反映了最大信号与背景噪音间的差值，背景噪音残留得越多，动态范围就越小。通常情况下，更大功率的放大器对应的动态范围也更大。而背景噪音是不可能完全消除的，它也会随着音频信号一同被放大器放大。当输入信号变大时，信号与噪音间的差值也随之增加，当然，动态范围也更大了。注意：这个指标和信噪比类似，单位都是分贝，也都是越高越好，但并不相同。信噪比（SNR）是有效正常输出信号和同时产生噪音的比值。endprint

在动态范围的测试中，iPhone 5的表现又是最出色的，它的动态范围可达92.214dB；而Nexus 5则再一次垫底，其动态范围为89.332dB。不过，3dB的差异基本上无关大局。事实上，只要动态范围的指标不低于80dB，我们就无需对此担忧。

串扰

串扰可大致理解为度量一个信号由一个声道“窜”到另一个声道的程度。测试时，我们只对一个声道发出信号-比如右声道，由于电路无法做到左右声道的完全隔离，那么仍然会有一小部分信号“窜”到另一个声道-即左声道。这一现象虽无法避免，但我们希望“窜”到另一声道的信号应尽可能的小。串扰的测试结果使用-dB作为单位，或者通俗的讲，当只给出右声道信号时，左声道的安静程度，自然而然，这一指标是越低越好。

串扰的测试结果和动态范围测试像类似，还是只有数字而无图表。从测试结果来看，Galaxy Note3的表现相当出色，串扰的测试值只有-117.2dB，也就是说当信号只送到右声道时，“窜”到左声道的声音要比右声道的信号小117的dB左右，这样的声音响度是耳朵几乎不可能听到的。而iPhone 5的测试结果显然要差劲了一些，串扰的测试值为-75.624dB，尽管数值上比Galaxy Note3高出了不少，但仍然是可以接受的。

阶跃响应

阶跃响应是指当系统的输入为一个阶跃函数时，其输出的变化。也可以理解为当系统的输入在很短时间由0变成定值时，其输出的时域特性。分析阶跃响应有助于了解系统的特性，尤其是当系统接受快速而大幅度的变化时，可以更好地看出系统各个组成部分的响应特性。在进行阶跃响应测试时，我们使用的是1kHz的信号激励源，并将最大幅值定义为0dB，此时，调整音量，使其由最大值降至最小值，同时测量输出电平的变化。我们可以看到每一级音量有多大，也能了解到不同设备的音阶各有多少，一般来说，测试结果看起来像是一条阶梯状的曲线。

在阶跃响应的测试中，Galaxy Note3的表现很出色，它的测试图形绝对是个很好的范例。图中我们可以看到，每一级音量变化大约为-5dBu，其下降沿都较为陡峭，平台也都很平稳，即便是处于较低的音量级别时，系统噪音对输出的影响也不是很大。随着音量越来越低（最后一级是静音状态），噪音的影响也越来越大，到最后一级就基本上都是背景噪音了。

师出同门的Galaxy S4与Galaxy Note3的测试结果可谓是如出一辙，两者的响应特性和音阶梯度都非常类似，较为明显的差异也就是Galaxy S4的最大输出音量要比Galaxy Note3稍低一些。

我们再来看看Nexus 5的表现，注意最上边的最大音量处，可以发现左右声道的输出没有很好地重合在一起，绿线和紫线的偏离很明显。此时的最大音量对应着前面提到过的最大输出电平，而Nexus 5出现限幅失真的情况也正是在最大输出电平处。事实上，直到音量降到第四级时，左右声道的偏离现象才基本上消失。我们建议Nexus 5的用户尽量不要将音量开得过大，如果确实需要较大的音量，也最好避开最高的三档。

iPhone 5的测试结果很不错，各级音量的下降沿都较为陡峭，平台也很平稳，当音量降至较低级别时，系统噪音对输出的影响也不是很大。不过，在最低音量时，左右声道的输出存在一点偏差，但这一级别的音量人耳基本无法察觉。另外，iPhone 5的初始电平相对较高。

题外话

Nexus 5和LG G2的问题

在前面的众多测试项目中，Nexus 5好几次都出现了明显的小问题，并且集中在左声道峰值音量上。恰好，我们从其它渠道了解到，Nexus 5使用了与LG G2类似的平台，尽管两者的具体电路实现并不完全一致，但也值得一测，来看看LG G2是不是也有同样的问题。

测试过程并不复杂，我们仍然使用1kHz频率的正弦波作为信号源，并在设备的最大输出电平下检查输出的时域信号波形。具体的测试方法和考察要点可以参考前面的THD+N测试项目（Nexus 5左声道的限幅失真问题就是在该项测试中最先出现的），这里就不再赘述了。

接入信号后，这是Nexus 5所输出的时域图，我们在前面已经介绍过这张图了。我相信，你并不需要太仔细地观察仍能发现图中有哪些不协调之处。在最大音量的状态下，Nexus 5的左声道（图中绿色曲线）有明显的限幅失真，且左右两个声道所输出的正弦波型并不完全一致。

再来看看LG G2的测试结果，从图形来看，它的表现比Nexus 5强多了，左右声道的波形基本上较好地重叠在一起。但如果仔细观察，你仍能发现波形的下半周有轻微的偏差。通过计算THD+N，LG G2的左声道为0.546528%，右声道则为0.0033338%，从数据上能够很直观地看到这一失调。但比起Nexus 5，LG G2的这点偏差就显得微不足道了。

那么，为何LG G2的左声道失真要比Nexus 5小很多呢，关键在于输出电平的幅度（留意观察前两幅图的纵坐标刻度）。Nexus 5的峰值输出电压达到了1.3-1.4V，而LG G2的峰值输出电压则从未触及0.7V，两者差了足足一倍。再比较一下正弦交流信号的有效电压值，LG G2仅有475.3mVrms，而Nexus 5左右声道分别是843.6 mVrms和982mVrms。可见，LG G2给放大器施加的“压力”（不需要放大器提供很大的增益）小得多，其相对更小的放大信号可以更完整地处于放大器的线性放大区间内，从而避免了有可能出现的非线性失真问题。而反观Nexus 5，厂商在设计时显然没有特别“上心”，如此大的输出电平早已超出了放大器的线性工作区间。

为了了解更多细节，我们将THD+N的测试结果与输出电平变化对应在一起。从图中可以看到，Nexus 5的三个最大音量级别（15-13级），左声道的THD+N超过了0.3%，而右声道则低于0.01%，左右声道的偏差很大。而从12级音量开始，左右声道的THD+N就几乎都相等了。

LG G2的情况与Nexus 5有点类似，在最大音量（15级）时左声道的THD+N 为0.55%，然后降到了0.03%。最大音量时，右声道的THD+N为0.0045%左右，数据上基本相当于Nexus 5的右声道在14级音量的THD+N。从13级音量开始，左右声道的THD+N就几乎都相等了。

事实上，Nexus 5和LG G2目前有着同样的缺陷，但是，LG G2的做法显然更“聪明”一点，它通过减小放大器的增益将可能出现的限幅失真隐藏了起来，其结果无非就是最高音量偏低（放大器不提供更大的放大倍数，输出电平较小）。毫无疑问，Nexus 5播放出的声音会更大一点，但也会带来讨厌的波形失真。从用户的角度来看，声音小点并不致命，况且音量太大对保护听力也没有任何帮助。而输出波形的失真就很难让人接受了，对此，我们希望厂商能对Nexus 5进行一些简单的软件升级，比如降低系统的最大音量（即减小放大器的放大倍数），或许可以在不改动硬件的条件下有效避免出现波形失真的情况。当然，这也不意味着Nexus 5就糟透了，毕竟除了最高的3个音量需要尽可能回避外，它还有很多的音量调整空间。况且，在实际使用过程中只要别把音量调到最高，Nexus 5的表现还是很不错的。endprint