Murata スマートフォンのオーディオ・ライン・ノイズ抑制

オーディオの歪みとは？

オーディオ品質に影響を及ぼすことなく電磁ノイズを除去するフィルタは、オーディオ回路でのノイズ抑制製品としての使用に適しています。人間の耳の可聴範囲は20Hz～20kHzであると言われており、オーディオ歪みはこの可聴範囲に影響すると考えられます。これを簡単な言葉で説明するために、Murataでは1kHzのサウンドをサンプルとして使用しています。オーディオ歪みがない場合、（下の）図1に示すように、時間領域全体で正弦波を観察することができます。その一方で、周波数スペクトルには基本的な周波数が1つしか示されていません。

ただし、オーディオで歪みが発生すると正弦波の形状が変化します。周波数スペクトルのレビューでは、基本周波数に加えて高調波スペクトルラインも示しています。

計測値をオーディオパラメータとして表すと、THD + N（全高調波歪み +ノイズ）がもたらされます。これは、生成される高調波比を示しています。ノイズフィルタの場合、オーディオ信号が流れるときに高調波歪みが発生しないことが重要です。

オーディオ歪みの概念図

Class Dアンプのノイズ抑制

フィルタレスClass Dアンプは、スマートフォンでのオーディオ信号の増幅に使用されます。これらのフィルタレスClass Dアンプにオーディオ復調用のLCフィルタは不要で、アンプとスピーカを接続する小型スケールの回路に配置できます。ただし、信号を増幅するプロセスでスイッチングノイズが発生し、それが周囲の空間に放出され、その独自のアンテナとの結合によって受信感度が低下する原因となります。

このようにノイズが発生するため、Murataは別の種類のアンプの使用を検討していました。そうは言っても、フィルタレスClass Dアンプは、ミニチュアサイズで効率性に優れているために不可欠で、スマートフォンの電力消費を削減できます。

図2（下）は、ノイズがアンテナと結合（干渉）した例を示しています。高レベルのノイズは、セルラー帯域内に見られます。

MurataのNFZ15SGオーディオライン・ノイズ・フィルタを使用すると、低減されたノイズのレベルに応じてノイズレベルの低減と受信感度の向上を実現できます。新しく開発されたNFZシリーズは、セルラー帯域でのインピーダンス特性に優れており、受信感度の向上に効果的です。

スマートフォン・オーディオ回路のブロック図

スピーカ、イヤホンの絶縁対策

アンテナが電波を効率的に放出するためには、アンテナ自体を分離する必要があります。ただし実際には、電子回路がアンテナ周辺に集積され構成されており、アンテナの特性を低くしてしまっています。

下記の2つの方法を対策として考慮できます。
        1. オーディオ回路をアンテナから物理的に分離します。
        2. 2つの素子を電気的に分離（絶縁）します。

近年、スマートフォンの回路密度が増加しているため、1の方法は採用しにくいと言えます。これは、2の方法のようにコンポーネントを電気的に絶縁する必要があることを意味します。

絶縁を達成するために、集積経路または回路接合部のインピーダンスを高め、あたかも回路がまったく接続されていないようにすることが不可欠です。

図3（下）は、イヤホンの接合部にそのような対策を適用する例を示しています。（測定結果TRPは、アンテナによって放射される電力の大きさを示しています。)

セルラー帯域で高インピーダンス・オーディオライン・ノイズ・フィルタ（NFZまたはLQWシリーズ）を使用すると絶縁を実現でき、対策を講じなくてもアンテナに比較べて電波放射の効率を向上できます。

イヤホン接合の対策の一例

マイクのTDMA対策

マイクによる音のピックアップが繊細であるため、コーデックに構築され音として検出された低ノイズアンプ（LNA）によって増幅されます。LNAレシーバは、概して高インピーダンスに対応しています。これは、ワイヤレス通信からのRF信号の干渉が高電圧として検出されることを意味します。

とりわけ、GSM通信中に音声帯域でRF信号が検出されます。これによって、発信者のスピーカとレシーバ、および相手のレシーバで「ブーン」というノイズが発生する可能性があります（キー付きキャリアノイズ）。これは、GSM通信で使用される方法の特性です。規格によって4.6ms間隔で最高33dBmまでの高出力が規定されているため、217Hzの周波数成分が音として聞こえます。そのため、この問題の対策は世界中で以前として求められています。

この対策において、音に影響を与えない通信帯域での高インピーダンスのフィルタは、RF信号干渉を防止する最適な方法です。

（下の）図4に示すように、フィルタが挿入されていないと可聴範囲（20Hz～20kHz）で大きなスペクトル・ノイズが検出されます。他方、NFZ15SGオーディオラインフィルタを使用すると、ノイズレベルを大幅に低減できます。

オーディオ線フィルタを使用することでノイズを低減

オーディオ線フィルタのアイテム一覧

上述したように、オーディオ品質の低下を回避すると同時に、オーディオ線のノイズと絶縁対策におけるノイズレベルと受信感度のターゲット特性を満たすことが重要です。

Murataは、両方の要件に適合すために、NFZおよびLQWシリーズのオーディオラインノイズフィルタを提供しています。

これらのオーディオライン対策部品を採用することで、メーカーは小型で高品質のオーディオ回路を搭載したスマートフォンの設計が可能になります。

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