便攜式智能音箱音頻解決方案

便攜式智能音箱由于其小巧、美觀、便攜的特點(diǎn)，受到廣大消費(fèi)者的青睞。國(guó)內(nèi)外科技巨頭們通過(guò)掌握的各類先進(jìn)技術(shù)，紛紛進(jìn)場(chǎng)，也拔高了整體行業(yè)的門檻和技術(shù)深度。音質(zhì)作為音箱的第一賣點(diǎn)，成為技術(shù)提升的核心目標(biāo)，而功放芯片更是核心中的核心。

如何為便攜音箱選擇一款優(yōu)秀的功放芯片？艾為擁有話語(yǔ)權(quán)。此次，艾為電子為市場(chǎng)帶來(lái)一款全新的數(shù)字Smart K Plus立體聲音頻功放——AW85825。

AW85825是一款內(nèi)置強(qiáng)大DSP、集成了艾為國(guó)民神仙算法SKTune、支持PVDD外供4.5~26.4V寬壓，可以實(shí)現(xiàn)65W高功率輸出以及21mA極致低功耗的數(shù)字立體聲音頻功放。

圖1 AW85825芯片介紹 不過(guò)，這塊芯片的能力，還遠(yuǎn)不止這些。如下的性能參數(shù)上體現(xiàn)出的壓倒性優(yōu)勢(shì)，可知一二。

圖2 AW85825參數(shù)規(guī)格 對(duì)芯片有了一個(gè)初步印象后，在音箱產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，有哪些關(guān)注點(diǎn)？這款A(yù)MP能給音箱提供哪些價(jià)值呢？通過(guò)便攜式音箱的設(shè)計(jì)方案展示為例，可以一探究竟。

智能音箱功放設(shè)計(jì)

當(dāng)前市面上，便攜式智能音箱以其方便攜帶、小巧可愛、外觀炫酷等特點(diǎn)，成功躋身為智能音箱產(chǎn)品中發(fā)展最為迅速的產(chǎn)品品類之一。這類的音箱，通常個(gè)頭不大，為了便于攜帶，以電池供電為主。因此便攜式智能音箱在滿足自身設(shè)計(jì)特色的情況下，又對(duì)續(xù)航功耗、音質(zhì)，有著極高的要求。

便攜式智能音箱主流音頻設(shè)計(jì)

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單聲道音箱（Mono）

在單聲道的設(shè)計(jì)中，需要通過(guò)單個(gè)全頻揚(yáng)聲器，實(shí)現(xiàn)更低的下潛深度以及更高的高頻響應(yīng)。對(duì)于AMP來(lái)說(shuō)，既要有足夠的功率去推動(dòng)低頻音效的輸出而不至于乏力，也需要有足夠的高頻延展，甚至可以拓展到超聲頻段。那么具備PBTL模式以及采樣率擴(kuò)展到了192KHz的AW85825顯然可以勝任這些要求。PBTL模式又稱并聯(lián)橋接負(fù)載模式，額定輸出功率可達(dá)65W@1% 4Ω PVDD=24V，極端條件下，可以實(shí)現(xiàn)80W@10% 4Ω PVDD=24V的高功率輸出。

圖3 AW85825單聲道PBTL電路參考設(shè)計(jì) 注：PVDD外供范圍：4.5~26.4V 芯片底部的 Thermal pad 需接地

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2.0聲道立體聲音箱（Stereo）

立體聲的音箱在市場(chǎng)中也極為常見，2個(gè)揚(yáng)聲器單元分別負(fù)責(zé)系統(tǒng)L/R聲道的信號(hào)輸出。相比于單聲道，立體聲音箱在聲音空間感、聽感音質(zhì)上，有著顯著的變化。AW85825的BTL模式，即可以協(xié)助聲學(xué)設(shè)計(jì)師打造真立體聲音箱。BTL模式又稱橋接負(fù)載模式，支持L/R立體聲聲道。在這個(gè)模式下，單個(gè)通路的額定輸出功率為33W@1% 8Ω PVDD=24V，極端條件下，可以實(shí)現(xiàn)40W@10% 8Ω PVDD=24V的功率輸出。另外，我們利用AW85825的L/R聲道同源應(yīng)用，配合高、低頻揚(yáng)聲器單元分頻輸出時(shí)，又可以進(jìn)一步延展音箱的音域。

圖4 AW85825立體聲BTL電路參考設(shè)計(jì) 注：PVDD外供范圍：4.5~26.4V 芯片底部的 Thermal pad 需接地

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2.1聲道音箱（2.1 Channel System）

2.1聲道作為流行多年的經(jīng)典系統(tǒng)，以其系統(tǒng)簡(jiǎn)單、聲音方向感清晰、低音震憾，廣為消費(fèi)者喜愛。那么如何利用艾為電子的AW85825實(shí)現(xiàn)經(jīng)典的2.1聲道系統(tǒng)呢？PBTL以及BTL模式的組合，能助一臂之力。其中高功率的PBTL模式芯片作為Woofer超低音單元Driver，而BTL模式芯片作為Tweeter中高音單元Driver，一套2.1聲道系統(tǒng)即搭建完成。

圖5 AW858252.1Channel System電路參考設(shè)計(jì) 注：PVDD外供范圍：4.5~26.4V 芯片底部的 Thermal pad 需接地

提高音箱續(xù)航

音箱開發(fā)過(guò)程中，除了第一部分的音頻系統(tǒng)化設(shè)計(jì)，另一個(gè)重要的關(guān)注點(diǎn)，便是續(xù)航。為了便攜性，大部分音箱采用為電池供電。在有限的電池容量下，如何提高系統(tǒng)效率以及進(jìn)一步降低芯片各種工作條件下的耗散，成了研發(fā)工程師們深夜還在輾轉(zhuǎn)反側(cè)的掛念。艾為電子的數(shù)字功放芯片AW85825針對(duì)降低耗散、提高效率的特色功能，就顯得非常值得學(xué)習(xí)。

PTC（Power Tracking Control）

AW85825可以支持的PTC功能是個(gè)什么樣的絕活？它是通過(guò)檢測(cè)即將到來(lái)的音頻信號(hào)，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)片外DC-DC所提供的PVDD電壓，保持AMP自身在工作時(shí)，能夠有足夠的電壓余量。芯片動(dòng)態(tài)提供的足夠大的音頻信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍，即防止信號(hào)截頂失真，又可以有效提高音頻系統(tǒng)效率，一舉兩得。

圖6 PTC功能框圖

圖7 PTC效率曲線（ON/OFF） 通過(guò)AW85825芯片在播放歌曲時(shí)候的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，打開PTC功能得到的收益是驚人的： 大信號(hào)功耗平均降低約11%左右 小信號(hào)功耗平均降低約29%左右

圖8 PTC模式歌曲平均功耗對(duì)比

3種調(diào)制模式

BD、LLM（Low-Loss Mode）、LLM Plus

通過(guò)調(diào)節(jié)AMP對(duì)輸入的音頻信號(hào)的采樣率以及P/N端的占空比，實(shí)現(xiàn)AMP工作時(shí)，性能與功耗的平衡。

圖9 3種調(diào)試模式功耗對(duì)比

4種工作模式

Play、Hiz、Sleep、Deep Sleep

在不需要播放音樂(lè)時(shí)，可將AMP置于除Play外的其他State，以節(jié)省靜態(tài)功耗。最低功耗低至 IPVDD+IDVDD < 1mA 。

圖10 4種工作模式功耗對(duì)比

提升音箱音質(zhì)

音頻系統(tǒng)方案以及整機(jī)續(xù)航是便攜式智能音箱產(chǎn)品的硬實(shí)力，更是一臺(tái)優(yōu)秀音箱產(chǎn)品的必備條件。而在固化的硬實(shí)力之后，如何進(jìn)一步提升智能音箱的音質(zhì)？Awinic SKTune給出了答案。SKTune龐大的功能以及各項(xiàng)特色音效，將音箱對(duì)音質(zhì)的追求展現(xiàn)的淋漓盡致。

圖11 AW85825集成SKTune音效功能 除了業(yè)內(nèi)大家所熟知的基礎(chǔ)版本音效，SKTune在AW85825上還重點(diǎn)引入了幾個(gè)特色算法。

?SFE（Sound Field Enhancement）

方法：分策略處理，人聲得到增強(qiáng)，伴奏得到拓寬。

收益：有效提高人聲與伴奏的縱深度和寬廣度，帶來(lái)“聲”臨其境的體驗(yàn)。

圖12 SFE聲場(chǎng)效果擴(kuò)展效果圖

?ASE（Awinic Sound Enhancement ）

方法：通過(guò)分頻器把信號(hào)分成不同的頻段，對(duì)不同的頻段添加不同的延時(shí)。

收益：提升低音部分的厚實(shí)感，降低人聲的毛刺感。

圖13 聲音增強(qiáng)算法示意圖

?低音增強(qiáng)（Bass Booster）

方法：通過(guò)重建揚(yáng)聲器低頻諧波的能量以實(shí)現(xiàn)低頻的聽感效果。

收益：有效提升鼓聲力度、下潛度，提升人聲厚實(shí)度和氛圍感。

圖14 Bass Booster低頻增強(qiáng)

?低功耗算法（APS）

方法：通過(guò)對(duì)音頻信號(hào)時(shí)域、頻域上多特征精準(zhǔn)建模。

收益：可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)10%~15%的功耗降低。

圖15 APS效果實(shí)測(cè)

保護(hù)模式

音箱的設(shè)計(jì)是基于特定的物理?xiàng)l件下，但似乎每個(gè)聲學(xué)設(shè)計(jì)師們，都期望自己的作品更美更優(yōu)秀，以至于在不斷地挑戰(zhàn)自己以及音箱產(chǎn)品的極限。已知的是輸入信號(hào)，未知的是每個(gè)器件的物理極值點(diǎn)。一場(chǎng)已知與未知之間的戰(zhàn)斗，也就此展開。保護(hù)算法，便是這場(chǎng)戰(zhàn)斗中必須要遵循的規(guī)則。AW85825芯片，作為信號(hào)放大最后一級(jí)各個(gè)信號(hào)的樞紐，對(duì)規(guī)則（保護(hù)算法）的制定，有著天然的優(yōu)勢(shì)。

?低壓保護(hù)（Low Power Protection）

方法：DSP檢測(cè)到當(dāng)前的電池供電電壓小于閾值時(shí)，對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行衰減，保證輸出信號(hào)不會(huì)出現(xiàn)截頂現(xiàn)象。

收益：減少在電池低壓條件下的雜音以及降低失真，提升音質(zhì)聽感。

圖16 低壓保護(hù)示意圖

總結(jié)

便攜式智能音箱這類產(chǎn)品，還有著非常多的特色功能。這里重點(diǎn)關(guān)注了音頻方向上的功放方案設(shè)計(jì)、功耗續(xù)航、提升音質(zhì)以及保護(hù)機(jī)制等幾個(gè)主要模塊。并以艾為電子最新推出的AW85825數(shù)字Smart K Plus立體聲音頻功放為數(shù)據(jù)參考提供了一些新的思路。更多更豐富的技術(shù)展示，請(qǐng)繼續(xù)關(guān)注艾為之家公眾號(hào)。

AW858xx系列產(chǎn)品推薦列表

圖17 AW858xx系列產(chǎn)品推薦列表