揚聲器和智能放大器:一切都與低音有關(guān)

還記得你把兩個錫罐串在一起做成電話的日子嗎?不幸的是，由于包括揚聲器在內(nèi)的設(shè)備的小型化，手機音頻聽起來很像那些錫罐。除非您在過去幾年中將手機升級為頂級手機，否則您知道使用揚聲器播放語音或音頻可能會很痛苦。這是因為手機制造商在讓音頻成為高端手機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，這要歸功于我們稱之為智能放大器或智能放大器的技術(shù)，因為與傳統(tǒng)放大器不同，它們可以安全地暫時將揚聲器推到極限。通過在播放音樂時感知揚聲器的操作并應(yīng)用先進(jìn)的算法，智能耳放可以從手機的微型揚聲器中獲得大量聲音，而不會傷害您的耳朵。

今天的揚聲器里有什么?

在我們討論智能放大器的工作原理之前，了解音頻信號鏈的另一個關(guān)鍵部分很重要：揚聲器。無論放大器如何，如果揚聲器設(shè)計不當(dāng)，再多的音頻處理或放大都無法克服其缺點。這就像將火箭燃料放入割草機發(fā)動機中一樣——所有的動力都無法使用。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，通過與揚聲器的固定磁鐵發(fā)生反應(yīng)而使其磁化。該電機使附著在線圈上的薄膜上下移動并發(fā)出實際可聽見的聲波。我們把橫膈膜的運動稱為偏移，這種偏移是有限制的。當(dāng)超出偏移限制時，可能會出現(xiàn)聲音失真。在極端情況下，損壞的揚聲器可能會導(dǎo)致故障。傳統(tǒng)放大器使用簡單的均衡 (EQ) 來限制偏移。然而，為了保護(hù)所有揚聲器變化、操作條件和音頻信號，這些濾波器通常是保守的——放棄了將揚聲器推到其真正極限的能力。

揚聲器的第二個問題是，當(dāng)電流通過音圈時，一些能量會轉(zhuǎn)化為熱量而不是聲音。用力推動揚聲器，這種加熱可能會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，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值，如果持續(xù)提供，不會損壞揚聲器。此最大功率值必須涵蓋所有揚聲器變化、操作條件和信號。因此，這個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定的揚聲器中提取最大聲壓級 (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推動瞬時峰值。智能放大器分為兩類。第一個是前饋，其中創(chuàng)建揚聲器模型，并通過這些模型饋送音頻以預(yù)測揚聲器的行為。前饋往往適用于變化較小且操作更線性的較大揚聲器。即使使用較大的揚聲器，我們也必須考慮揚聲器在動態(tài)余量中的變化，但動態(tài)系統(tǒng)可以暫時將揚聲器推到極限以產(chǎn)生響亮的音頻。

智能手機中常用的微型揚聲器需要稍微先進(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 使我們能夠直接測量揚聲器的音圈溫度，并檢測由于單元間的變化、環(huán)境溫度和揚聲器負(fù)載(例如將手放在揚聲器端口上)而導(dǎo)致的揚聲器變化。該信息允許算法從揚聲器中提取額外的聲壓級，否則這些聲壓級會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處理器(最好是數(shù)字信號處理器或 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，同時保持安全的揚聲器工作條件?？商峁Щ虿粠Ъ?DSP 的智能放大器，以滿足設(shè)計人員的成本、上市時間和性能預(yù)期。

了解您的揚聲器

對揚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。第一步是創(chuàng)建一個揚聲器特性，測量揚聲器的多個方面以確定其限制。必須充分了解這些限制，才能在不損壞揚聲器的情況下從揚聲器中獲得最響亮和最高質(zhì)量的聲音。進(jìn)行詳細(xì)測量以開發(fā)揚聲器的準(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。雖然可以使用揚聲器數(shù)據(jù)表中的參數(shù)進(jìn)行偏移測量，但更準(zhǔn)確的方法是使用激光位移傳感器測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 測量的麥克風(fēng)，使工程師能夠輕松地表征揚聲器。完成后，用戶可以快速查看不同的測量數(shù)據(jù)圖，包括偏移與頻率的關(guān)系以及安全工作區(qū)域限制。

TI 的 PPC3 可以簡化調(diào)整過程。其復(fù)雜的工具套件自動將低端阻抗測量與高頻麥克風(fēng)測量合并。這將創(chuàng)建一個干凈的全頻 SPL 測量以開始調(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。智能放大器動態(tài)調(diào)整此濾波器以在不超過偏移限制的情況下推動最大低音。接下來，可以使用 SmartEQ 輕松執(zhí)行揚聲器發(fā)聲。用戶可以簡單地指定目標(biāo) EQ 曲線，PPC3 將計算必要的濾波器來調(diào)整揚聲器測量的 SPL 響應(yīng)到目標(biāo) EQ。該工具可以完成所有數(shù)學(xué)運算，

把它們放在一起

完成揚聲器表征和微調(diào)后，確保您的選擇可以在更大的揚聲器樣本中安全可靠地運行非常重要。這種可靠性測試是將您的產(chǎn)品帶入裝配線之前的重要一步。無論揚聲器制造商如何，揚聲器之間總是存在差異。雖然調(diào)音聽起來不錯，而且似乎在安全操作范圍內(nèi)，但額外的揚聲器可能不如您在前面步驟中處理的目標(biāo)那么強大。建議您通過終身測試對揚聲器進(jìn)行更大的采樣。此示例應(yīng)至少包含 20 個揚聲器，您應(yīng)該在更長的時間和極端溫度下對其進(jìn)行測試，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)置集成到主機處理器中，因為 DSP 已完全集成到智能放大器中。這大大減少了軟件開發(fā)時間。此外，如果您的應(yīng)用處理器升級或更改，則無需重新集成排序和設(shè)置。

當(dāng)您移至生產(chǎn)線時，可以實施快速而穩(wěn)健的測試程序，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聲器，確保它們在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)并且在組裝過程中沒有損壞。此外，可以測量和存儲揚聲器之間的阻抗變化。此步驟可確?？梢允褂妹總€揚聲器的全部熱余量。

審核編輯：湯梓紅

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