【元件篇④】确保高音质的降噪滤波器

声音信号由基本频率波和整数倍的高谐波构成

音高一般由频率决定。不过即使音高相同，乐器的音色也千差万别。这是因为乐器的音色中，除了基音的频率，还复杂地包含了其整数倍的倍音。发现这件事的人是大家通过欧姆定律所熟知的德国物理学家欧姆，而之后的德国物理和生物学家赫姆霍兹继往开来，奠定了音响学的基础。

乐器的倍音拥有基本波的整数倍的波形，一般称为高谐波。乐声和人声等波形可被分解为基本波及其整数倍的高谐波，这点已由法国数学家傅里叶算出的傅里叶级数展开进行了论证。根据此理论，以一定间隔重复的周期波形可表示为振幅不同的多个正弦波的合成。反过来说，无论是乐声还是人声，只要是声音信号，无论周期波形怎么复杂，都可以将其分解成基本频率波和高谐波的正弦波。FFT（快速傅里叶变换）分析仪就应用了这个原理。除了将测量对象的信号波分解为基本波和高谐波，它还能以频谱形式，显示各频率的大小。因此，它也称为频谱分析仪。

手机的“自身中毒”问题和“声音失真”问题

数字声音设备会将作为模拟信号的声音进行AD转换（模拟-数字），记录为0或1的数字信号，再将其进行DA转换（数字-模拟），由扬声器或耳机播放。这是用数值化的数字信号来传递声音，因此无论播放多少次都不会产生音质劣化。不过，实际通过电路时，信号中会混入原来没有的高谐波，即噪声成分，播放时的音质会变差。

此外，手机虽然也可用作数字音频播放器，但它也是无线通信设备，内置了很多天线。随着手机的多功能化，它的内部电路也处于超密集的状态，因此不采取对策的话，耳机或扬声器等设备的音频线发出的电磁噪声会干扰附近安装的蜂窝天线等线路，从而引发收信灵敏度降低的问题。

电子设备自身发出的电磁噪声会对自己的功能造成负面影响，这属于“自身中毒”现象。不过，插入噪声滤波器进行应对后，则会引其下面提到的音质劣化问题。融合了高级数字技术和无线通信技术的手机，面临着普通数字音频设备所没有的难题。

超越贴片磁珠极限的降噪滤波器

为了应对智能手机的音频线中的辐射噪声，人们以前采用的是贴片磁珠。贴片磁珠是EMC对策元件，采用铁氧体元件中包含线圈的构造。在低频领域，线圈的电抗成分发挥作用，反射噪声并阻止它，而在高频领域，铁氧体的电阻成分会吸收噪声，转换为热量。

手机的扬声器线等线路中，流动这比普通信号线更大的电流，因此使用的是电阻成分较大的铁氧体。不过，这类贴片磁珠虽然除噪效果好，但提高功率时，高谐波成分也随之增加，从而导致声音失真加剧的问题。也就是说，如果是采用传统铁氧体材料的贴片磁珠，就难以兼顾除噪和缓解失真这两点。

根据材料成分和烧制条件，铁氧体有着各种特性，可谓是具有无限可能性的磁性材料。因此，TDK运用擅长的铁氧体技术开发了新的铁氧体材料，在保留除噪特性的同色，也兼顾了缓解失真的功能。手机等设备的音频线除噪的EMC对策元件得以被商品化。这边说降噪滤波器。

解决声音失真问题，实现清晰音质

TDK的降噪滤波器包括了各种根据用途优化的产品。在主要蜂窝频段具有高衰减特性的产品在插入手机的扬声器线或耳机线时，能够大幅改善收信灵敏度下降这一“自身中毒”问题。

此外，针对扬声器线优化的产品能大幅一直高谐波噪声，发挥良好的音质保真效果。扬声器线的声音失真程度一般以THD+N（Total Harmonic Distortion + Noise:总高谐波失真+噪声)的数值表示。这代表高谐波导致的失真以及其它噪声相比于原信号占据了多少比例（单位为%），数值越小，音质就越好。

以下图表对比了手机扬声器线插入传统贴片磁珠和插入采样滤波器的情况。贴片磁珠的功率在超过200mW时，THD+N的数值急剧上升。这表示声音失真开始显著出现。另一方面，在插入采样滤波器的情况下，技术在1000mW的水平，其特性也和无滤波器时基本相同。因此就能发现，对于高谐波造成的声音失真，将采样滤波器运用于扬声器线是极为有效的办法。

在手动操作的移动设备上，人体的静电放电（ESD）会导致集成电路故障。在手机上，耳机端口等会成为静电放电的入口。贴片磁珠和采样滤波器都是ESD对策元件，在并用它们时，以扬声器线为代表的音频线就能获得万全的除噪措施保护。

作为多功能移动设备，手机是对噪声极为敏感的电子设备。为了确保播放音频时的优秀音质，噪声抑制滤波器和贴片压敏电阻等TDK的各种EMC对策元件都发挥了作用。