小外形智能揚(yáng)聲器，效果超乎想象

　　作者：德州儀器Mike Spence

　　智能揚(yáng)聲器是一類精巧實用的設(shè)備，可以用于播送天氣預(yù)報、點餐或播放喜愛的歌曲。隨著消費者發(fā)現(xiàn)了虛擬助手的更多用途，這些設(shè)備逐漸在更多的空間中得到應(yīng)用，而且它們的外觀大小也越來越小巧，不會讓人感覺突兀顯眼。

　　但是，揚(yáng)聲器的體積與輸出功率有直接關(guān)系。智能揚(yáng)聲器的形狀因數(shù)越小，其體積也越小。如果揚(yáng)聲器的體積縮小，其功率處理能力會受到影響，從而導(dǎo)致其產(chǎn)生的聲壓級降低。較小的揚(yáng)聲器可以營造更安靜的環(huán)境，但同時也會減弱聲音的清晰度，用戶可能會因為無法在房間的各個角落聽到智能揚(yáng)聲器的響應(yīng)，而降低滿意度(圖1)。

　　圖1：智能揚(yáng)聲器可以在房間的各個角落聽到你的聲音，但你能聽到它的響應(yīng)嗎?

　　此外，產(chǎn)品價位也是導(dǎo)致消費者購買性能較弱、體積較小的揚(yáng)聲器的因素。換言之，消費者希望買到更小巧、更美觀、且成本更低的智能揚(yáng)聲器，但這樣的揚(yáng)聲器往往在音頻輸出電平和音頻質(zhì)量方面差強(qiáng)人意。

　　有哪些選項可用于增加較小揚(yáng)聲器的輸出功率?

　　到目前為止，連續(xù)功率設(shè)計方法將音頻放大器與揚(yáng)聲器的性能范圍相匹配。這種方法提供了足夠的功率來創(chuàng)建低頻和高頻，而不會損壞揚(yáng)聲器。但這也是揚(yáng)聲器體積減小導(dǎo)致聲音變輕的原因。揚(yáng)聲器體積越小，聲音越輕。

　　解決連續(xù)功率設(shè)計問題的一個辦法是使用揚(yáng)聲器保護(hù)放大器，可以在不改變工業(yè)設(shè)計、揚(yáng)聲器尺寸或增加揚(yáng)聲器成本的情況下提高響度和音頻質(zhì)量(圖2)。

　　圖2：揚(yáng)聲器保護(hù)放大器可以讓較小的揚(yáng)聲器發(fā)出更大的聲音

　　為什么要如此重視揚(yáng)聲器的問題呢?智能揚(yáng)聲器與許多消費類電子產(chǎn)品不同，它的作用是音頻采集和音頻播放。音頻播放系統(tǒng)中最重要的部分不是放大器，而是揚(yáng)聲器。

　　揚(yáng)聲器保護(hù)放大器通過實時修改電信號，使揚(yáng)聲器充分發(fā)揮出功能，從而有效提高揚(yáng)聲器的性能。音頻揚(yáng)聲器是一種電機(jī)，可將電力轉(zhuǎn)換為磁力產(chǎn)生的運動，使揚(yáng)聲器膜片快速來回移動，從而產(chǎn)生可聽音。

　　揚(yáng)聲器在低頻狀態(tài)下推動空氣發(fā)生運動，在高頻狀態(tài)下散熱。但是這兩種行為發(fā)生太多就會造成損害。在低頻時，不利因素是過度偏移，揚(yáng)聲器的音圈向前或向后移動得太遠(yuǎn)而損壞自身或揚(yáng)聲器膜片。而當(dāng)電力轉(zhuǎn)換成高速運動時，高頻會產(chǎn)生過多熱量而導(dǎo)致?lián)P聲器受損。過熱會造成各種損壞：揚(yáng)聲器中的膠粘劑會融化，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效;音圈中的磁鐵會發(fā)生消磁;音圈會因過熱而變形。

　　為了在避免損傷的情況下提高性能，揚(yáng)聲器保護(hù)放大器不僅基于復(fù)雜的信號分析，還借助揚(yáng)聲器模型，能夠瞬間提供高達(dá)揚(yáng)聲器標(biāo)稱額定值5倍的峰值功率。這些計算程序能夠使揚(yáng)聲器能夠達(dá)到峰值功率，使其輸出增加9dB至12dB，比采用傳統(tǒng)放大器的相同揚(yáng)聲器的聲音響2至3倍左右。圖3顯示了典型智能揚(yáng)聲器頻率響應(yīng)方面的改進(jìn)。欲詳細(xì)了解揚(yáng)聲器保護(hù)算法的工作原理，請查看智能放大器調(diào)諧指南。

　　圖3：揚(yáng)聲器保護(hù)放大器使傳統(tǒng)放大器的響度加倍

　　借助模型和信號分析，這些計算程序還能補(bǔ)償揚(yáng)聲器在標(biāo)稱和更高輸出電平下的頻率響應(yīng)問題，從而有助于提高音頻質(zhì)量和清晰度。

　　揚(yáng)聲器保護(hù)放大器是一種經(jīng)過實踐驗證的可靠技術(shù)，廣泛應(yīng)用于各種智能手機(jī)、恒溫器和筆記本電腦中。欲了解它們?nèi)绾谓鉀Q智能揚(yáng)聲器的難題，請閱讀TI的智能放大器揚(yáng)聲器保護(hù)放大器。