作者：Russell Crane和Matthew Kucic

與標準D類放大器相比，智能放大器可以改善您的音頻解決方案

還記得您將兩個錫罐串在一起打個電話的日子嗎？不幸的是，由于設備（包括揚聲器）的小型化，手機音頻聽起來很像那些錫罐。除非在過去的幾年中將手機升級為頂級手機，否則您會很痛苦地使用揚聲器來語音或音頻。這是因為手機制造商在使音頻成為高端手機中的與眾不同之處方面進展緩慢，而且幾乎沒有低頻音頻（通常稱為低音）。

現在，由于我們稱之為智能放大器或智能放大器的技術，這種情況正在改變，因為與傳統放大器不同，它們可以安全，暫時地將揚聲器推到極限。通過在播放音樂時感應揚聲器的操作并應用高級算法，智能放大器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關鍵部分：揚聲器。不管放大器是什么，如果揚聲器的設計不當，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發動機中—所有這些動力都無法使用。但是，如果您從一個合理的引擎開始，那么添加一個智能放大器就如同添加一個渦輪增壓器，以可控的方式將其推向極限。

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

演講者的解剖

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

是什么使放大器變得智能？

我們如何從給定的揚聲器中提取最大聲壓級（SPL），同時仍確保安全操作？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推動即時峰值。智能放大器分為兩類。第一個是前饋，其中創建了揚聲器模型，并且通過這些模型饋送了音頻以預測揚聲器的行為。前饋往往適用于較大的揚聲器，其變化較小且操作更線性。即使使用更大的揚聲器，我們也必須考慮凈空中揚聲器的變化，但是動態系統可以暫時將揚聲器推到極限，以產生響亮的音頻。

智能手機中常用的微型揚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）感測添加到數模轉換器（DAC）和前饋解決方案的D類。這種IV感應使我們能夠直接測量揚聲器的音圈溫度，并檢測由于單元之間的變化，環境溫度和揚聲器負載（例如將手放在揚聲器端口上）而引起的揚聲器變化。該信息允許算法從揚聲器中提取其他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（最好是數字信號處理器或DSP）來解析此數據，并應用復雜的算法來提取最佳性能和聲音，同時保持揚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計人員的成本，上市時間和性能要求。

認識您的演講者

在基本了解揚聲器和智能放大器如何協同工作以在更大音量下提供更好的聲音的基礎上，我們可以討論如何使用該技術將您的產品推向市場。第一步是創建一個揚聲器特征，測量揚聲器的多個方面以識別其局限性。必須充分理解這些限制，以使揚聲器獲得最大聲音和最高品質的聲音而不會對其造成損壞。進行詳細的測量以開發準確的揚聲器模型。一種方法是使用TI的PurePath Console 3（PPC3）和配套的學習板。該組合可以使用易于遵循的程序來執行這些測量。

這些測量包括但不限于系統檢查，偏移特性，熱特性和SPL測量。盡管可以使用揚聲器數據表中的參數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。TI的智能放大器學習板可通過使用激光以及用于SPL測量的麥克風來提供所需的所有數據采集，從而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據圖，包括偏移與頻率以及安全工作區域限制。

TI的PPC3可以簡化調整過程。其先進的工具套件可自動將低端阻抗測量結果與高頻麥克風測量結果合并。這將創建干凈的全頻SPL測量，以開始進行調諧。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，可以快速調整低頻低音區域以推動低音。智能放大器會動態調整此濾波器，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輕松進行揚聲器發聲。用戶只需指定目標EQ曲線，PPC3將計算必要的濾波器，以調整揚聲器對目標EQ的測得的SPL響應。該工具會進行所有數學運算，

全部放在一起

完成揚聲器的表征和微調后，重要的是要確保您的選擇可以在較大的揚聲器樣本中安全可靠地運行。可靠性測試是將您的產品帶入裝配線之前的重要步驟。不論揚聲器制造商如何，揚聲器之間總是存在差異。盡管調音聽起來不錯，而且似乎在安全的操作范圍之內，但是其他揚聲器可能不如您在前面的步驟中一直在努力的目標那樣強大。建議您通過壽命測試來獲取更大的揚聲器樣本。該樣本至少應有20位發言人，您應該在更長的時間和極端溫度下對其進行測試，以模擬預期的客戶用例。

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時間。此外，如果您的應用處理器已升級或更改，則無需重新集成排序和設置。

當您移至生產線時，可以實施快速而強大的測試程序，以確保最終產品符合開發期間設置的參數。生產線軟件可以幫助篩選揚聲器，確保揚聲器在預設的范圍內并且在組裝過程中沒有損壞。另外，可以測量和存儲揚聲器之間的阻抗變化。此步驟確保可以使用每個揚聲器的全部散熱空間。
編輯：hfy