科學解讀!為何iPhone 7爆”嘶嘶聲”缺陷

  蘋果iPhone7/iPhone7 Plus的新機剛剛發貨,最近就爆出瞭”嘶嘶聲”的問題。目前已經有不少果粉反映iPhone7/7 Plus會在大負載工作的情況下發出“嘶嘶聲”。Stephen Hackett最先在Twitter發文爆出瞭這個問題,還上傳瞭一個視頻來證實他的說法。

  Stephen的抱怨得到瞭不少果粉的確認,包括前蘋果公關人員和科技媒體TechCrunch的編輯Darrell Etherington,之後不少用戶紛紛留言表示也有同樣的情況。

  這個問題剛剛爆出,估計蘋果還沒有最終確認原因,但是蘋果方面已經給出瞭更換新機的承諾。國外媒體猜測這個“嘶嘶聲”可能和蘋果的A10 Fusion處理器有關,理由就是這個噪聲隻在CPU負載大的時候才出現。

  國內大多數果粉還沒有拿到新機,暫時還無法真機測試,而且根據國外果粉的反映,這也是少部分手機才出現的問題。但是這個“嘶嘶聲”到底是怎麼回事?先聽聽Stephen Hackett上傳的這個”嘶嘶聲”。

  什麼是“嘶嘶聲”?

  我們從視頻中提取瞭Stephen Hackett錄取的“嘶嘶聲”,雖然錄制過程中有其他雜音混入,總體來看還是非常類似“HISS”特征。“HISS”也就是“嘶嘶聲”,是常見的噪聲,很多時候我們通俗稱為“電流噪聲”,實際上這種噪聲很難有詞語準確描述出來。這種噪聲普遍存在於電子產品之中,例如電腦、電視、空調、冰箱等電子設備,但是這些設備的其他噪聲更加明顯,很多時候由於人耳的掩蔽效應反而忽略瞭。但是諸如手機、音箱、耳機、收音機、充電器等設備距離用戶很近,所以其“嘶嘶聲”也是用戶普遍抱怨的問題。

Stephen Hackett錄取的“嘶嘶聲”時頻分佈

  “HISS”是國際通用的“嘶嘶聲”描述,這種噪聲類似於高斯白噪聲,其幅度分佈服從高斯分佈,功率譜密度服從均勻分佈。白噪聲其實借用瞭光譜的概念,這和白光由所有顏色的光疊加而成一樣,白噪聲也可以理解為所有頻率的聲疊加而成。高斯白噪聲在可聽聲頻段表現出來的聲音非常類似iPhone 7的這種“嘶嘶聲”,感興趣的讀者可以利用Matlab的WGN函數生成高斯白噪聲,也可以類比汽車收音機搜尋頻道時候的“嘶嘶聲”。

  怎麼產生的“嘶嘶聲”?

  電子設備的噪聲主要由三個來源,機械噪聲、電磁幹擾和電路噪聲,很多時候都是這三種噪聲的混合(線性或者非線性)。機械噪聲一般是交變器件的機械振動所產生,這種噪聲一般低頻比較明顯,聽起來好像“翁翁聲”。電磁幹擾主要是高頻器件產生,特別是射頻器件(手機的RF)會對周邊的模擬線路產生較大影響。因此手機設計經常要對高頻器件進行電磁屏蔽(金屬外殼),或者采用經過特殊電磁屏蔽設計的元器件,比如iPhone采用的麥克風和揚聲器都經過瞭防RF設計。

  電路噪聲主要是指電子設備的白噪聲,基本來源於熱噪聲和散粒噪聲兩類,其中熱噪聲主要來源於無源器件,例如電阻的電子佈朗運動,而散粒噪聲則來源於有源器件,例如半導體器件的電子發射不均勻性。

  “嘶嘶聲”是常見的電路噪聲,類似於高斯白噪聲,理論上存在於任何電子器件,但是數字器件的頻率較高,超過瞭人耳可聽的20KHz,所以我們聽到的“嘶嘶聲”主要還是來源於模擬電路,比如運放和電感更容易產生“嘶嘶聲”。需要說明一下,電感產生的“嘶嘶聲”的原因更加復雜,還要考慮交變電流的影響,有些設備“嘶嘶聲”的來源主要就是電感,例如很多質量不太好的充電器。

  為何iPhone 7有“嘶嘶聲”?

  根據上面的分析,iPhone 7的“嘶嘶聲”應該不是硬件設計的缺陷,而且和CPU的關系也不會太大,CPU是高頻器件,很少會集成模擬電路。至於CPU的負載較大時候才出現這種聲音,很可能是與功率或者溫度有關,熱噪聲的產生就和溫度密切相關,當功率增大的時候聽到“嘶嘶聲”的概率也更高,特別是對一些質量不好的電子器件。iPhone 7的“嘶嘶聲”最大的可能還是來源於其中的運放、電感等模擬器件,這些器件在手機中大量使用,包括瞭電源管理、攝像頭電路、麥克風電路和揚聲器電路等等,雖然僅憑現在的資料還很難定位故障原因,但是估計問題不會太過嚴重,應該還是iPhone 7的某些電子元器件的質量不達標導致的小規模事件。

  事實上供應鏈的質量管理是所有硬件廠商頭疼的事情,一部手機上的元器件數量龐大,而且大部分元器件隻能進行抽檢,這就無法做到100%的器件合格,即便著名的大廠也是這樣。硬件設備的可靠性即便設計上沒有缺陷,但是若器件的可靠性不過關,哪怕就是單個部件都有可能造成嚴重後果,比如最近沸沸揚揚的三星電池爆炸事件。從事硬件的廠商處處是坑,也是國內很多互聯網企業無法做好硬件的主要原因。

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