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(lèi)精巧實(shí)用的設(shè)備，可以用于播送天氣預(yù)報(bào)、點(diǎn)餐或播放喜愛(ài)的歌曲。隨著消費(fèi)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(lái)越小巧，不會(huì)讓人感覺(jué)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(huì)受到影響，從而導(dǎo)致其產(chǎn)生的聲壓級(jí)降低。較小的揚(yáng)聲器可以營(yíng)造更安靜的環(huán)境，但同時(shí)也會(huì)減弱聲音的清晰度，用戶(hù)可能會(huì)因?yàn)闊o(wú)法在房間的各個(gè)角落聽(tīng)到智能揚(yáng)聲器的響應(yīng)，而降低滿(mǎn)意度(圖1)。

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

　　此外，產(chǎn)品價(jià)位也是導(dǎo)致消費(fèi)者購(gòu)買(mǎi)性能較弱、體積較小的揚(yáng)聲器的因素。換言之，消費(fèi)者希望買(mǎi)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(xiàng)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(jì)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(lái)創(chuàng)建低頻和高頻，而不會(huì)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(jì)問(wèn)題的一個(gè)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(jì)、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(wèn)題呢?智能揚(yáng)聲器與許多消費(fèi)類(lèi)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(guò)實(shí)時(shí)修改電信號(hào)，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(yùn)動(dòng)，使揚(yáng)聲器膜片快速來(lái)回移動(dòng)，從而產(chǎn)生可聽(tīng)音。

　　揚(yáng)聲器在低頻狀態(tài)下推動(dòng)空氣發(fā)生運(yùn)動(dòng)，在高頻狀態(tài)下散熱。但是這兩種行為發(fā)生太多就會(huì)造成損害。在低頻時(shí)，不利因素是過(guò)度偏移，揚(yáng)聲器的音圈向前或向后移動(dòng)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(yùn)動(dòng)時(shí)，高頻會(huì)產(chǎn)生過(guò)多熱量而導(dǎo)致?lián)P聲器受損。過(guò)熱會(huì)造成各種損壞：揚(yáng)聲器中的膠粘劑會(huì)融化，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效;音圈中的磁鐵會(huì)發(fā)生消磁;音圈會(huì)因過(guò)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(hào)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(chēng)額定值5倍的峰值功率。這些計(jì)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(qǐng)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(hào)分析，這些計(jì)算程序還能補(bǔ)償揚(yáng)聲器在標(biāo)稱(chēng)和更高輸出電平下的頻率響應(yīng)問(wèn)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(guò)實(shí)踐驗(yàn)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(qǐng)閱讀TI的智能放大器揚(yáng)聲器保護(hù)放大器。