德州儀器：提升智能音箱的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，把握下一個(gè)市場機(jī)遇！

    智能音箱行業(yè)的競爭愈發(fā)激烈，各大制造商都在爭相開發(fā)功能更強(qiáng)大、使用更方便的產(chǎn)品。當(dāng)今的智能音箱擁有語音交互、人工智能、智能家居控制及多媒體播放等豐富的功能。要在競爭中占據(jù)先機(jī)，智能音箱的設(shè)計(jì)必須在總體系統(tǒng)成本、電池續(xù)航能力、熱效應(yīng)、回聲消除和音質(zhì)方面具備優(yōu)勢。

　　總體系統(tǒng)成本

　　降低系統(tǒng)成本是整個(gè)智能家居行業(yè)的重中之重。在智能音箱設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員最有可能做到的是通過音頻放大器降低系統(tǒng)成本。德州儀器(TI)的音頻設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)并未犧牲音質(zhì)表現(xiàn)來換取系統(tǒng)成本，而是另辟蹊徑，圍繞音頻放大器開發(fā)了一系列解決方案，可在提升性能的同時(shí)降低系統(tǒng)成本。

　　例如，針對 10 W 以下的音頻系統(tǒng)，TI 電磁干擾抑制技術(shù)用鐵氧體磁珠取代了電感器。4 個(gè)電感器的平均成本為 0.16 美元，而 4 個(gè)鐵氧體磁珠的平均成本僅為 0.04 美元。這樣，僅這一項(xiàng)，設(shè)計(jì)人員就可在一個(gè)雙聲道系統(tǒng)中平均節(jié)約 0.12 美元。

　　電池續(xù)航能力和熱效應(yīng)

　　小尺寸電池可以使智能音箱更小巧、更輕、更便攜。而更高的效率和優(yōu)化的熱效應(yīng)，不僅有助于減小電池尺寸，還可以保持電池的續(xù)航能力。

　　麥克風(fēng)和片上系統(tǒng)(SoC)是主要的耗電組件，但它們需要持續(xù)聽取指令。因此，要降低待機(jī)功率和熱耗散，設(shè)計(jì)人員必須從其它方面著手。。

　　從音頻放大器著手是其中一個(gè)理想選擇，因?yàn)槌齋oC外，它的待機(jī)功耗最高，熱耗散也最大。要降低待機(jī)功耗，運(yùn)用混合調(diào)制模塊音頻放大器可調(diào)整輸出脈沖寬度調(diào)制的工作周期，控制從電感器到音箱的電流，從而減少 50% 的閑置電流。這樣，便可以降低總體功耗，優(yōu)化熱耗散，最終無需增加電池尺寸即可延長電池的續(xù)航時(shí)間。

　　回聲消除

　　語音識別的準(zhǔn)確性會(huì)影響虛擬助手的性能，也是智能音箱性能的一個(gè)重要指標(biāo)。其中的一項(xiàng)挑戰(zhàn)就是，麥克風(fēng)會(huì)拾取各種各樣的環(huán)境噪聲，包括其它電器、人員對話，甚至是智能音箱正在播放的音樂。為了過濾環(huán)境噪聲，更準(zhǔn)確地識別用戶的語音命令，智能音箱應(yīng)配置多個(gè)麥克風(fēng)，并采用綜合技術(shù)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的語音識別。

　　其中一項(xiàng)技術(shù)就是回聲消除，它可以識別播放中音樂的數(shù)字信號，然后將該信號從麥克風(fēng)輸入中去除。回聲消除以數(shù)字化方式消除一切背景噪聲，包括音樂。為了更好地濾除環(huán)境噪聲，帶有回聲消除功能的音頻放大器有一個(gè)SDOUT (電子聲音輸出)信號。如圖 1 所示，SDOUT 信號饋入 SoC，濾除麥克風(fēng)收到的音樂信號。

　　圖 1：回聲消除系統(tǒng)框圖

　　高音質(zhì)

　　智能音箱的設(shè)計(jì)小巧美觀。但尺寸小了，音頻輸出功率也會(huì)減小。具備良好音箱保護(hù)功能的放大器可在無損音質(zhì)的情況下增大音箱的音量輸出。利用算法和模型，音箱保護(hù)放大器可分析輸入的音樂信號，然后提供 5 倍于音箱額定功率的峰值輸出功率，最終實(shí)現(xiàn)兩到三倍的輸出音量放大效果，而且不會(huì)影響音箱的音效。如此一來，外形小巧的智能音箱也能實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)音效。

　　下一個(gè)機(jī)遇是什么?

　　除了在傳統(tǒng)音箱中加入語音互動(dòng)功能之外，智能音箱市場的另一個(gè)關(guān)注重點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)高保真聲音。盡管目前市場上的大部分藍(lán)牙(Bluetooth? )音箱都不具備語音識別或語音交互功能，但在不久的將來，藍(lán)牙加上語音識別、語音交互將成為市場標(biāo)配。

　　自帶電池的便攜式智能音箱，需要實(shí)現(xiàn)具有和線路供電音箱同等的功率，這將成為智能音箱設(shè)計(jì)的下一個(gè)機(jī)遇。

　　在過去的 10 年里，音箱設(shè)計(jì)已從大型、家用型慢慢向更小巧便攜、更智能的個(gè)人應(yīng)用演變，在這個(gè)過程中，德州儀器提供了大量的技術(shù)和系統(tǒng)解決方案，以實(shí)現(xiàn)智能音箱更長的續(xù)航時(shí)間、更好的音質(zhì)體驗(yàn)、穩(wěn)定的連接性以及快速的充電效果，并盡可能地為客戶降低系統(tǒng)成本圖 2 展示了德州儀器的智能音箱系統(tǒng)框圖，可供快速進(jìn)行系統(tǒng)選型和設(shè)計(jì)。

　　圖 2：TI 智能音箱系統(tǒng)框圖

　　請點(diǎn)擊查看交互式框圖，或?yàn)g覽更多參考設(shè)計(jì)、應(yīng)用手冊以及其它智能音箱設(shè)計(jì)資源。

　　作者：

　　Benwei Xin，德州儀器(TI)市場業(yè)務(wù)經(jīng)理

　　Wenchau Albert Lo，德州儀器(TI)個(gè)人電子產(chǎn)品系統(tǒng)工程師