作者：Russell Crane和Matthew Kucic

與標(biāo)準(zhǔn)D類放大器相比，智能放大器可以改善您的音頻解決方案

還記得您將兩個(gè)錫罐串在一起打個(gè)電話的日子嗎？不幸的是，由于設(shè)備（包括揚(yáng)聲器）的小型化，手機(jī)音頻聽起來很像那些錫罐。除非在過去的幾年中將手機(jī)升級為頂級手機(jī)，否則您會很痛苦地使用揚(yáng)聲器來語音或音頻。這是因?yàn)槭謾C(jī)制造商在使音頻成為高端手機(jī)中的與眾不同之處方面進(jìn)展緩慢，而且?guī)缀鯖]有低頻音頻（通常稱為低音）。

現(xiàn)在，由于我們稱之為智能放大器或智能放大器的技術(shù)，這種情況正在改變，因?yàn)榕c傳統(tǒng)放大器不同，它們可以安全，暫時(shí)地將揚(yáng)聲器推到極限。通過在播放音樂時(shí)感應(yīng)揚(yáng)聲器的操作并應(yīng)用高級算法，智能放大器可以從手機(jī)的微型揚(yáng)聲器中獲得大量聲音，而不會傷害您的耳朵。

今天的演講者中有什么？

在討論智能放大器的工作原理之前，重要的是要了解音頻信號鏈中的另一個(gè)關(guān)鍵部分：揚(yáng)聲器。不管放大器是什么，如果揚(yáng)聲器的設(shè)計(jì)不當(dāng)，都不會克服任何音頻處理或放大問題。這就好比將火箭燃料投入到割草機(jī)發(fā)動機(jī)中—所有這些動力都無法使用。但是，如果您從一個(gè)合理的引擎開始，那么添加一個(gè)智能放大器就如同添加一個(gè)渦輪增壓器，以可控的方式將其推向極限。

揚(yáng)聲器由框架，磁鐵，音圈和振動膜構(gòu)成（圖1）。電流流經(jīng)音圈，使其與揚(yáng)聲器的固定磁鐵發(fā)生反應(yīng)而使其磁化。該電動機(jī)使附著在線圈上的薄膜向上和向下移動，并發(fā)出實(shí)際上可聽見的聲波。我們稱振動膜片的運(yùn)動為極限，這種運(yùn)動是有局限性的。當(dāng)超出偏移極限時(shí)，會發(fā)生聽覺失真。在極端情況下，損壞的揚(yáng)聲器可能會導(dǎo)致故障。傳統(tǒng)放大器使用簡單均衡（EQ）來限制偏移。但是，為了保護(hù)所有揚(yáng)聲器的變化，工作條件和音頻信號，這些濾波器通常是保守的-放棄了將揚(yáng)聲器推到真正極限的能力。

演講者的解剖

揚(yáng)聲器的第二個(gè)問題是，當(dāng)電流通過音圈時(shí)，一些能量會轉(zhuǎn)化為熱量而不是聲音。用力推揚(yáng)聲器，這種加熱可能會熔化電磁線上的清漆，從而損壞音圈。當(dāng)音圈從放大器傳遞的能量中加熱時(shí)，音圈必須通過磁鐵冷卻到周圍的結(jié)構(gòu)中。在傳統(tǒng)的放大器中，最大功率被限制在一個(gè)值，如果連續(xù)提供，則不會損壞揚(yáng)聲器。該最大功率值必須涵蓋所有揚(yáng)聲器變化，工作條件和信號。因此，此值通常低于揚(yáng)聲器可以處理的值，因此比較保守。

是什么使放大器變得智能？

我們?nèi)绾螐慕o定的揚(yáng)聲器中提取最大聲壓級（SPL），同時(shí)仍確保安全操作？我們可以使用智能放大器。音頻具有峰均比（PAR），可讓我們在保持平均或安全水平的同時(shí)推動即時(shí)峰值。智能放大器分為兩類。第一個(gè)是前饋，其中創(chuàng)建了揚(yáng)聲器模型，并且通過這些模型饋送了音頻以預(yù)測揚(yáng)聲器的行為。前饋往往適用于較大的揚(yáng)聲器，其變化較小且操作更線性。即使使用更大的揚(yáng)聲器，我們也必須考慮凈空中揚(yáng)聲器的變化，但是動態(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)聲器需要更高級的智能放大器。第二類是反饋智能放大器，它們將電流和電壓（IV）感測添加到數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）和前饋解決方案的D類。這種IV感應(yīng)使我們能夠直接測量揚(yáng)聲器的音圈溫度，并檢測由于單元之間的變化，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）而引起的揚(yáng)聲器變化。該信息允許算法從揚(yáng)聲器中提取其他SPL，否則將通過限制輸出以覆蓋這些變化而丟失。

為了利用電壓和電流感測信息，智能放大器需要處理器（最好是數(shù)字信號處理器或DSP）來解析此數(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)保持揚(yáng)聲器的安全工作條件。帶有或不帶有集成DSP的智能放大器均可滿足設(shè)計(jì)人員的成本，上市時(shí)間和性能要求。

認(rèn)識您的演講者

在基本了解揚(yáng)聲器和智能放大器如何協(xié)同工作以在更大音量下提供更好的聲音的基礎(chǔ)上，我們可以討論如何使用該技術(shù)將您的產(chǎn)品推向市場。第一步是創(chuàng)建一個(gè)揚(yáng)聲器特征，測量揚(yáng)聲器的多個(gè)方面以識別其局限性。必須充分理解這些限制，以使揚(yáng)聲器獲得最大聲音和最高品質(zhì)的聲音而不會對其造成損壞。進(jìn)行詳細(xì)的測量以開發(fā)準(zhǔn)確的揚(yáng)聲器模型。一種方法是使用TI的PurePath Console 3（PPC3）和配套的學(xué)習(xí)板。該組合可以使用易于遵循的程序來執(zhí)行這些測量。

這些測量包括但不限于系統(tǒng)檢查，偏移特性，熱特性和SPL測量。盡管可以使用揚(yáng)聲器數(shù)據(jù)表中的參數(shù)來完成偏移量的測量，但更精確的方法是使用激光位移傳感器來測量偏移量并提取所需的參數(shù)。TI的智能放大器學(xué)習(xí)板可通過使用激光以及用于SPL測量的麥克風(fēng)來提供所需的所有數(shù)據(jù)采集，從而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量數(shù)據(jù)圖，包括偏移與頻率以及安全工作區(qū)域限制。

TI的PPC3可以簡化調(diào)整過程。其先進(jìn)的工具套件可自動將低端阻抗測量結(jié)果與高頻麥克風(fēng)測量結(jié)果合并。這將創(chuàng)建干凈的全頻SPL測量，以開始進(jìn)行調(diào)諧。通過輕松選擇各種對齊濾波器并允許軟件自動生成所需的補(bǔ)償濾波器，可以快速調(diào)整低頻低音區(qū)域以推動低音。智能放大器會動態(tài)調(diào)整此濾波器，以在不超出偏移限制的情況下推動最大低音。接下來，可以使用SmartEQ輕松進(jìn)行揚(yáng)聲器發(fā)聲。用戶只需指定目標(biāo)EQ曲線，PPC3將計(jì)算必要的濾波器，以調(diào)整揚(yáng)聲器對目標(biāo)EQ的測得的SPL響應(yīng)。該工具會進(jìn)行所有數(shù)學(xué)運(yùn)算，

全部放在一起

完成揚(yáng)聲器的表征和微調(diào)后，重要的是要確保您的選擇可以在較大的揚(yáng)聲器樣本中安全可靠地運(yùn)行?？煽啃詼y試是將您的產(chǎn)品帶入裝配線之前的重要步驟。不論揚(yáng)聲器制造商如何，揚(yáng)聲器之間總是存在差異。盡管調(diào)音聽起來不錯(cuò)，而且似乎在安全的操作范圍之內(nèi)，但是其他揚(yáng)聲器可能不如您在前面的步驟中一直在努力的目標(biāo)那樣強(qiáng)大。建議您通過壽命測試來獲取更大的揚(yáng)聲器樣本。該樣本至少應(yīng)有20位發(fā)言人，您應(yīng)該在更長的時(shí)間和極端溫度下對其進(jìn)行測試，以模擬預(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的排序和設(shè)置集成到主機(jī)處理器中，因?yàn)镈SP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)用處理器已升級或更改，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)施快速而強(qiáng)大的測試程序，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，確保揚(yáng)聲器在預(yù)設(shè)的范圍內(nèi)并且在組裝過程中沒有損壞。另外，可以測量和存儲揚(yáng)聲器之間的阻抗變化。此步驟確?？梢允褂妹總€(gè)揚(yáng)聲器的全部散熱空間。
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