如何抑制藍牙音頻設備的噪聲和提升其音質？

作者：時間：2023-02-01 來源：TDK

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近年來無需有線連接的無線音頻得到日益普及。隨著高分辨音源的增加、手機App音樂訂閱服務的興起，不使用CD等傳統(tǒng)媒體的網(wǎng)絡音頻受眾也在不斷擴大。此類新音頻服務的利用大多以智能手機為中心，通過藍牙（Bluetooth）連接輸出音頻的揚聲器或耳機。

本文引用地址：http://www.butianyuan.cn/article/202302/442874.htm

TWS（真無線立體聲）藍牙耳機的出現(xiàn)改善了耳機佩戴的舒適性，打開主動降噪功能后即使在嘈雜環(huán)境中也無需提高播放音量，亦無需擔心耳機聲音的外漏。此外，帶有藍牙功能的播放器在工作時不需要有線連接，播放設備之間能夠自由切換，配備電池驅動和內置放大器后就是可以隨身攜帶的便攜式音箱。

雖然藍牙音頻（Bluetooth Audio）設備具有輕巧便捷等諸多優(yōu)點，但必須使用無線信號工作的特點也使其會經(jīng)常出現(xiàn)一些有線設備不會出現(xiàn)的問題。本期推文就為您介紹在藍牙音頻設計中會出現(xiàn)的問題及其對策示例。

對于擺脫了有線連接的無線連接設備來說，決定數(shù)據(jù)收發(fā)性能的射頻連接質量（接收靈敏度）會影響到其工作和電池壽命。在小型無線設備中，電路板或各種輸入/輸出的布線會與用于發(fā)送和接收的天線距離較近。而天線輸出的射頻信號如果被麥克風、揚聲器等的音頻線吸收就會變成射頻噪聲，從而導致音頻質量降低。

另一方面，音頻設備上使用的數(shù)字放大器的開關動作會導致音頻線路產(chǎn)生諧波，干擾天線收發(fā)的藍牙射頻信號。此外，天線與音頻線路之間的距離如果較近，還會發(fā)生電磁耦合現(xiàn)象，這也會導致天線性能劣化以及接收靈敏度降低。

圖1 射頻信號和對操作的影響示意圖

Bluetooth Classic Audio的通信方式（TDD通信）是以固定周期進行的，但是當射頻信號進入到音頻放大器時，會根據(jù)非線性效應而輸出包絡波形。由于這種包絡波形的頻率在可聽范圍內，因此會與音頻一起從揚聲器輸出，變?yōu)槟苈牭降脑肼暎═DD噪聲）。

RF射頻無線電的包絡波形引起的可聽噪聲問題并不是藍牙獨有的，而是在蜂窩系統(tǒng)和Wi-Fi中也會出現(xiàn)的一種現(xiàn)象。

圖2 揚聲器線路中的噪聲問題示意圖

噪音示例1 揚聲器線路

由于包絡波形引起的噪聲在可聽頻率范圍內，若使用濾波器對其進行過濾，音頻信號也會發(fā)生衰減，從而影響揚聲器輸出。因此適用于揚聲器線路的噪聲對策是應該盡量衰減導致包絡波形產(chǎn)生的藍牙射頻信號（2.4GHz頻段）。這可通過添加一個小的無源過濾器來實現(xiàn)，比如TDK的MAF系列噪聲抑制過濾器。圖3顯示了MAF0603GW抑制器（/Z/）的頻率特性。

圖3 MAF0603GW抑制器（/Z/）的頻率特性

此外，TWS耳機在使用時是經(jīng)常會用手觸碰的產(chǎn)品，外部的靜電很容易通過麥克風和揚聲器進入設備內部，因此與藍牙SoC相連的電路部分需要采取防ESD措施。TDK已推出具有ESD保護功能的陷波濾波器產(chǎn)品，可同時應對音頻信號線路的射頻噪聲和ESD問題。圖4顯示了帶ESD保護功能的AVRF系列陷波濾波器的插入損耗頻率特性（左）和放電電壓波形（右）。