哪些核心問題影響著便攜性 MP3 或手機對耳機的驅動力？

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便攜性MP3和手機適配的耳機阻抗一般在16歐到32歐，無法驅動一些阻抗較高的高端耳機，這一情況通過怎樣的設計或者硬體能夠得到改善？

目前影響手機或攜帶型 MP3 對耳機的驅動力核心問題顯然只有兩個——電源續航與元件體積。

而這兩個問題必然會得到解決，因為限制它們的因素並非是機械或者物理上的因素，而是元件自身性能受限所導致的問題。所以這兩個問題實際上也是目前業界正在集中攻關的熱點問題。

首先來分析電源續航。@堂主已經說的很清楚了，在目前電池技術沒有得到突破的大前提下，電源一直是手機和攜帶型 MP3 難言的痛，尤其是在當前情況下，主流市場需求決定了更大更清晰的屏幕還有速度更快，反應更流暢的處理器應當是最優先被照顧的對象。

但是在電池技術沒有取得大的突破的前提下，手機或者便攜 MP3 有可能把輸出功率做上去么？完全有可能，而且我相信在未來，這一夢想很快就會被實現——因為我們忽略了一點，就是目前音頻功放電路還低得可憐的工作效率。

音頻功放電路的工作效率之低，主要是由於其基本元器件——晶體管的固有缺陷所引起的。有人會問，即使是工作效率最低的甲類運放，其效率最高也能達到 40%，聽說 D 類功放效率竟能達到 96% 以上，為什麼你還說耳機上的功放效率還很有提升空間？下面給一張對比圖：

引用來源：《如何為攜帶型音頻應用選用耳機放大器》（wolfson公司商業宣傳材料）

通過該圖片我們可以看到，在 5mW 輸出的前提下，幾種典型的放大器輸出效率甚至不到 1/4，也就是說大約 75% 的能量都被損耗掉了。為什麼它們的工作效率如此低？這是因為它們的輸出功率都很低——要知道，放大電路的工作效率並非一個恆定值，而是與其輸出功率有關。而由於晶體管固有的管耗問題，使得晶體管的工作電壓/電流越低，相對損失的能量就越多——所以最後的結果就是，輸出功率越小，則工作效率越低。可見如果能夠將放大器在低功率下的工作效率提升的話，也可以實現放大器的高驅動輸出。

目前為了提升放大電路的工作效率，大多數手機晶元組廠商開始從過去傳統的 AB 類放大電路轉移到新的放大技術，目前的研製方向分為兩類——一類是 D 類放大，另一類是自適應電源供電的放大（如 G 類、I 類放大）。這兩類放大器的設計完全體現著兩種思想：

D 類放大作為一種顛覆了傳統線性工作方式的放大模式，通過演算法將原待放大的線性信號，變換成了僅包含1，0兩種狀態的離散信號，使得晶體管在放大這一新信號時，能夠繞開其工作效率很低的線性放大區，始終工作在高效的開關（飽和——截止）狀態，從而有效提升放大電路工作效率。該技術早已在大功率用電器上開花結果，例如變頻空調，變頻冰箱等。

自適應電源供電的放大技術則是老樹開新花，在已經沿用了幾十年的線性放大技術上，通過智能調節放大電路的供電電壓，從而達到改善目前線性放大電路工作效率較差的目的。這一技術成型較晚，但是發展很快，蘋果公司的 iPod 的續航時間從 iPod video 的 10+ 小時提升至 iPod classic 的 30+ 小時，iPod classic 採用的 G 類耳機放大電路功不可沒。

一張圖說明 G 類放大器提高工作效率的原理：

參考來源：《I2C音量控制G類耳機放大器簡析》（摘自《電子設計應用》）

接下來，我們來看看兩種改進是從何出發點來考慮的？

不妨打個比方：假設放大器是一個公司的翻譯部門，他們的任務就是將公司遞交的材料（從 DAC 輸入的信號電流）按時翻譯出來（放大輸出），但是這個部門的缺點就是，公司下發的任務量不固定。為了滿足公司布置下來的任務，這個部門就得時刻保持僱傭著一定數量的翻譯，以提供足夠的人手來滿足翻譯任務，例如為了滿足每天10萬字的翻譯量，而每個人每天只能翻譯5000字，就必須要給20個人開出工資。由於公司給的活我們只知道最大的時候會給多少（信號滿格輸入），所以哪怕某天的任務量一共只有1000字，翻譯部門也必須維持在20個人的數量。這樣的話公司就得時刻為這20個人付工資，而回報卻不高。

為了壓榨翻譯們的剩餘價值，A 公司和 B 公司的財務分別出了兩個餿主意：

A 公司的財務發現，他們所在的國家（電子電路）神奇的勞動法（物理規律）有漏洞，雖然規定了翻譯們的基本工資必須得付，但是僱傭/開除翻譯的成本卻很低，而且不愁雇不到。於是他們的餿主意就是找一個人來將公司派下的翻譯任務換算成工作量，以10萬字為100%，而1千字就是1%，接下來的翻譯工作，則通過和這20個翻譯不斷簽約/解約……來實現。如果公司給的任務是1千字，那麼就和20個人簽 86400/100 =864 (秒) 的工作協議，等他們把活幹完就一腳踹走，等下一次來任務了，再雇20個人……後來，人們把這類吝嗇的公司稱之為「D類」
B 公司的財務則發現，公司只要求自己派下的工作量必須完成，但並未要求一定得時刻保持 20 個人的翻譯隊伍才可以。於是他把這 20 個人分成兩組，平時當任務量小於5萬字的時候，就只讓其中一個組來翻譯，這樣就節省了一半的花銷；等到任務量大於5萬字的時候，再臨時把另一個組的人僱傭來幹活……後來，人們把這類吝嗇的公司稱之為「G類」

相對來講，D 類放大器理論上效率最高，但是由於耳機放大電路始終工作在較低功率範圍內，D 類放大電路的優勢無法完全施展，或者說，在手機上使用 D 類放大器還是有點「張飛穿針眼，大眼瞪小眼」的感覺，因此其工作效率仍有提升空間。

目前業界最新的研究熱點，則集中於全新的 I 類放大器。該放大器的基本思想與 G 類近似，但 G 類放大器的供電電源輸出幅度只能在幾個預訂的值之間跳動，I 類放大器則是在保證一定冗餘的前提下，供電電源大小隨著信號幅度變化而連續變化，因此可以比 G 類功放提供更高的工作效率。但是目前 I 類放大器應該還在實驗室研製中，沒有成品問世。類似的全新放大技術還有 AD 類放大，目前也在研製中，同樣以提高放大電路工作效率為目的。

引用來源：《帶自適應電源的高效線性音頻功率放大器的研究與設計》（復旦大學博士畢業設計論文）

除此之外，對手機以及 MP3 超薄的體積還有更低的發熱量這些額外需求，也在限制著便攜播放器放大電路的設計。但是隨著目前工藝的提升，小體積元器件的性能正在變得越來越強大，正如現在一個指甲蓋大小的晶體管性能遠超過去的大燈泡（電子管）一樣，曾經的電解電容以及陶瓷電感，如今都可以做成貼片元器件，而性能則依舊保持相近。

murata 公司最新開發的電感，比現有產品面積縮小 75%（引用來源：http://www.murata-china.com/）

即便以上兩點可以被忽略，我們仍未提起未來電池技術取得突破性進展的可能性——而目前一個個高性能的電池正在不斷被研製出來，電池密度記錄正在不斷被刷新。

所以總體來說，我對未來手機和便攜 MP3 的音質抱有絕對的信心。即使目前我們還停留在晶體管時代，但是手掌的方寸之間還有巨大的潛力供人研究和挖掘。而隨著智能手機市場的全面開戰，越來越多的目光已經集中在了過去乏人問津的音樂手機概念上——雖然其中也存在著類似 HTC 炒作 beats 概念這樣嘩眾取寵的廠商，但主流廠商已經開始將自己的精力放在了踏實做出好音質的姿態上。過去安卓手機和高通晶元組的 SRC 問題令人詬病，而如今這一問題已經逐漸在各家廠商的產品中得以解決正說明了這一點——那麼既有集成模擬器件性能開始爆發的天時，又有智能手機廠商開始追捧概念的人和，還有什麼理由去看衰手機 HiFi 呢？

影響攜帶型播放器和手機驅動能力的核心問題——並且是唯一的核心問題——就是供電。

如果有足夠的電源供應，它們分分鐘都可以被設計成能推動巨無霸耳機的輸出能力。

不就是幾百毫瓦嘛。

可惜手機如果要輸出300mw給耳機，估計5個小時就沒電了。

這是最大的障礙。

大家對耳機的阻抗似乎有一種看法，就是阻抗高意味著難推，阻抗低意味著好推。

這裡也涉及到，究竟什麼才是所謂「好推」？

好推意味著兩件事：

1、容易得到較大的音量

2、對振膜的控制比較精準

音量大小，其實和阻抗無關，只和靈敏度（或者說電聲轉換效率）有關。

靈敏度指的是1mw輸出到耳機，耳機會發出多少分貝的音量。

一副耳機如果靈敏度很低，無論阻抗多少，都無法插在手機上獲得足夠的響度。

因而市面上用來搭配手機的耳機，幾乎一定是高敏的。

但高敏耳機常常在一定程度上壓縮了動態範圍——比方說那些高敏動鐵很容易聽到音源的本底雜訊，有人以為那是耳機分析力高，實際上是低電平信號被放大，高電平信號被壓縮了。

對振膜的控制水平，決定了失真有多大。控制的越差，失真就越大。

這和音量無關。控制得不好，小音量下，也會有大的失真。

決定控制水平的是「阻尼係數」http://www.hudong.com/wiki/%E9%98%BB%E5%B0%BC%E7%B3%BB%E6%95%B0，也即耳機阻抗和驅動設備（播放器、手機、耳放等）的輸出阻抗的比值。

耳機阻抗越大，阻尼係數也就越大，聲音越乾淨，失真越小，聽感越輕鬆。

但是大部分人在意的不是「乾淨輕鬆」，而是「夠不夠響」。很多32歐、50歐、68歐的耳機，也是採用高靈敏度設計，插在手機上都夠響。

高級耳機，常常是高阻+低敏的。

高阻，可以帶來對耳機振膜的極佳的控制力。

低敏，則使得耳機可以提供較大的動態範圍。

但前端設備就需要有足夠的輸出能力。

而便攜播放器和手機，在電池技術發生巨大飛躍之前，很難能夠真正提高其驅動力。