還記得你把兩個(gè)錫罐串在一起做成電話的日子嗎?不幸的是，由于包括揚(yáng)聲器在內(nèi)的設(shè)備的小型化，手機(jī)音頻聽起來很像那些錫罐。除非您在過去幾年中將手機(jī)升級(jí)為頂級(jí)手機(jī)，否則您知道使用揚(yáng)聲器播放語(yǔ)音或音頻可能會(huì)很痛苦。這是因?yàn)槭謾C(jī)制造商在讓音頻成為高端手機(jī)的差異化因素方面進(jìn)展緩慢，而且?guī)缀鯖]有低頻音頻，通常稱為低音。

現(xiàn)在這種情況正在發(fā)生變化，這要?dú)w功于我們稱之為智能放大器或智能放大器的技術(shù)，因?yàn)榕c傳統(tǒng)放大器不同，它們可以安全地暫時(shí)將揚(yáng)聲器推到極限。通過在播放音樂時(shí)感知揚(yáng)聲器的操作并應(yīng)用先進(jìn)的算法，智能耳放可以從手機(jī)的微型揚(yáng)聲器中獲得大量聲音，而不會(huì)傷害您的耳朵。

今天的揚(yáng)聲器里有什么?

在我們討論智能放大器的工作原理之前，了解音頻信號(hào)鏈的另一個(gè)關(guān)鍵部分很重要：揚(yáng)聲器。無論放大器如何，如果揚(yáng)聲器設(shè)計(jì)不當(dāng)，再多的音頻處理或放大都無法克服其缺點(diǎn)。這就像將火箭燃料放入割草機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中一樣——所有的動(dòng)力都無法使用。但是，如果您從合理的引擎開始，添加智能放大器就像添加渦輪增壓器以受控方式將其推向極限。

揚(yáng)聲器由框架、磁鐵、音圈和振膜構(gòu)成。電流通過音圈，通過與揚(yáng)聲器的固定磁鐵發(fā)生反應(yīng)而使其磁化。該電機(jī)使附著在線圈上的薄膜上下移動(dòng)并發(fā)出實(shí)際可聽見的聲波。我們把橫膈膜的運(yùn)動(dòng)稱為偏移，這種偏移是有限制的。當(dāng)超出偏移限制時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)聲音失真。在極端情況下，損壞的揚(yáng)聲器可能會(huì)導(dǎo)致故障。傳統(tǒng)放大器使用簡(jiǎn)單的均衡 (EQ) 來限制偏移。然而，為了保護(hù)所有揚(yáng)聲器變化、操作條件和音頻信號(hào)，這些濾波器通常是保守的——放棄了將揚(yáng)聲器推到其真正極限的能力。

揚(yáng)聲器的第二個(gè)問題是，當(dāng)電流通過音圈時(shí)，一些能量會(huì)轉(zhuǎn)化為熱量而不是聲音。用力推動(dòng)揚(yáng)聲器，這種加熱可能會(huì)通過熔化磁線上的清漆而損壞音圈。當(dāng)音圈從放大器傳遞的能量中加熱時(shí)，它必須通過磁鐵冷卻到周圍的結(jié)構(gòu)中。在傳統(tǒng)放大器中，最大功率被限制在一個(gè)值，如果持續(xù)提供，不會(huì)損壞揚(yáng)聲器。此最大功率值必須涵蓋所有揚(yáng)聲器變化、操作條件和信號(hào)。因此，這個(gè)值通常低于說話者可以處理的值，因此是保守的。

是什么讓放大器變得智能?

我們?nèi)绾螐慕o定的揚(yáng)聲器中提取最大聲壓級(jí) (SPL) 并仍然確保安全操作?我們可以使用智能放大器。音頻具有峰均比 (PAR)，使我們能夠在保持平均或安全水平的同時(shí)推動(dòng)瞬時(shí)峰值。智能放大器分為兩類。第一個(gè)是前饋，其中創(chuàng)建揚(yáng)聲器模型，并通過這些模型饋送音頻以預(yù)測(cè)揚(yáng)聲器的行為。前饋往往適用于變化較小且操作更線性的較大揚(yáng)聲器。即使使用較大的揚(yáng)聲器，我們也必須考慮揚(yáng)聲器在動(dòng)態(tài)余量中的變化，但動(dòng)態(tài)系統(tǒng)可以暫時(shí)將揚(yáng)聲器推到極限以產(chǎn)生響亮的音頻。

智能手機(jī)中常用的微型揚(yáng)聲器需要稍微先進(jìn)的智能放大器。第二類是反饋智能放大器，它為前饋解決方案的數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC) 和 D 類增加了電流和電壓 (IV) 感應(yīng)。這種 IV-sense 使我們能夠直接測(cè)量揚(yáng)聲器的音圈溫度，并檢測(cè)由于單元間的變化、環(huán)境溫度和揚(yáng)聲器負(fù)載(例如將手放在揚(yáng)聲器端口上)而導(dǎo)致的揚(yáng)聲器變化。該信息允許算法從揚(yáng)聲器中提取額外的聲壓級(jí)，否則這些聲壓級(jí)會(huì)因限制輸出以覆蓋這些變化而丟失。

為了利用電壓和電流感應(yīng)信息，智能放大器需要一個(gè)處理器(最好是數(shù)字信號(hào)處理器或 DSP)來解析這些數(shù)據(jù)并應(yīng)用復(fù)雜的算法來提取最佳性能和聲音，同時(shí)保持安全的揚(yáng)聲器工作條件。可提供帶或不帶集成 DSP 的智能放大器，以滿足設(shè)計(jì)人員的成本、上市時(shí)間和性能預(yù)期。

了解您的揚(yáng)聲器

對(duì)揚(yáng)聲器和智能放大器如何協(xié)同工作以在更高音量下提供更好的聲音有基本的了解后，我們可以討論如何使用該技術(shù)將您的產(chǎn)品推向市場(chǎng)。第一步是創(chuàng)建一個(gè)揚(yáng)聲器特性，測(cè)量揚(yáng)聲器的多個(gè)方面以確定其限制。必須充分了解這些限制，才能在不損壞揚(yáng)聲器的情況下從揚(yáng)聲器中獲得最響亮和最高質(zhì)量的聲音。進(jìn)行詳細(xì)測(cè)量以開發(fā)揚(yáng)聲器的準(zhǔn)確模型。一種方法是使用 TI 的 PurePath Console 3 (PPC3) 以及配套的學(xué)習(xí)板;該組合可以使用易于遵循的程序執(zhí)行這些測(cè)量。

這些測(cè)量包括但不限于系統(tǒng)檢查、偏移特性、熱特性和 SPL 測(cè)量。雖然可以使用揚(yáng)聲器數(shù)據(jù)表中的參數(shù)進(jìn)行偏移測(cè)量，但更準(zhǔn)確的方法是使用激光位移傳感器測(cè)量偏移并提取所需參數(shù)。TI 的智能放大器學(xué)習(xí)板通過提供使用激光器所需的所有數(shù)據(jù)采集以及用于 SPL 測(cè)量的麥克風(fēng)，使工程師能夠輕松地表征揚(yáng)聲器。完成后，用戶可以快速查看不同的測(cè)量數(shù)據(jù)圖，包括偏移與頻率的關(guān)系以及安全工作區(qū)域限制。

TI 的 PPC3 可以簡(jiǎn)化調(diào)整過程。其復(fù)雜的工具套件自動(dòng)將低端阻抗測(cè)量與高頻麥克風(fēng)測(cè)量合并。這將創(chuàng)建一個(gè)干凈的全頻 SPL 測(cè)量以開始調(diào)諧。通過輕松選擇各種對(duì)齊濾波器并允許軟件自動(dòng)生成所需的補(bǔ)償濾波器，可以快速調(diào)整低頻低音區(qū)域以推動(dòng)低音。智能放大器動(dòng)態(tài)調(diào)整此濾波器以在不超過偏移限制的情況下推動(dòng)最大低音。接下來，可以使用 SmartEQ 輕松執(zhí)行揚(yáng)聲器發(fā)聲。用戶可以簡(jiǎn)單地指定目標(biāo) EQ 曲線，PPC3 將計(jì)算必要的濾波器來調(diào)整揚(yáng)聲器測(cè)量的 SPL 響應(yīng)到目標(biāo) EQ。該工具可以完成所有數(shù)學(xué)運(yùn)算，

把它們放在一起

完成揚(yáng)聲器表征和微調(diào)后，確保您的選擇可以在更大的揚(yáng)聲器樣本中安全可靠地運(yùn)行非常重要。這種可靠性測(cè)試是將您的產(chǎn)品帶入裝配線之前的重要一步。無論揚(yáng)聲器制造商如何，揚(yáng)聲器之間總是存在差異。雖然調(diào)音聽起來不錯(cuò)，而且似乎在安全操作范圍內(nèi)，但額外的揚(yáng)聲器可能不如您在前面步驟中處理的目標(biāo)那么強(qiáng)大。建議您通過終身測(cè)試對(duì)揚(yáng)聲器進(jìn)行更大的采樣。此示例應(yīng)至少包含 20 個(gè)揚(yáng)聲器，您應(yīng)該在更長(zhǎng)的時(shí)間和極端溫度下對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，以模擬您預(yù)期的客戶用例。

如果您使用的是 TI TAS2555智能放大器，則無需將智能放大器排序和設(shè)置集成到主機(jī)處理器中，因?yàn)?DSP 已完全集成到智能放大器中。這大大減少了軟件開發(fā)時(shí)間。此外，如果您的應(yīng)用處理器升級(jí)或更改，則無需重新集成排序和設(shè)置。

當(dāng)您移至生產(chǎn)線時(shí)，可以實(shí)施快速而穩(wěn)健的測(cè)試程序，以確保最終產(chǎn)品符合開發(fā)期間設(shè)置的參數(shù)。生產(chǎn)線軟件可以幫助篩選揚(yáng)聲器，確保它們?cè)陬A(yù)設(shè)范圍內(nèi)并且在組裝過程中沒有損壞。此外，可以測(cè)量和存儲(chǔ)揚(yáng)聲器之間的阻抗變化。此步驟可確?？梢允褂妹總€(gè)揚(yáng)聲器的全部熱余量。

審核編輯：湯梓紅

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