便携式智能音箱音频解决方案

描述

便携式智能音箱由于其小巧、美观、便携的特点,受到广大消费者的青睐。国内外科技巨头们通过掌握的各类先进技术,纷纷进场,也拔高了整体行业的门槛和技术深度。音质作为音箱的第一卖点,成为技术提升的核心目标,而功放芯片更是核心中的核心。

如何为便携音箱选择一款优秀的功放芯片?艾为拥有话语权。此次,艾为电子为市场带来一款全新的数字Smart K Plus立体声音频功放——AW85825。

AW85825是一款内置强大DSP、集成了艾为国民神仙算法SKTune、支持PVDD外供4.5~26.4V宽压,可以实现65W高功率输出以及21mA极致低功耗的数字立体声音频功放。

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图1 AW85825芯片介绍   不过,这块芯片的能力,还远不止这些。如下的性能参数上体现出的压倒性优势,可知一二。  

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图2 AW85825参数规格   对芯片有了一个初步印象后,在音箱产品的设计中,有哪些关注点?这款AMP能给音箱提供哪些价值呢?通过便携式音箱的设计方案展示为例,可以一探究竟。  

智能音箱功放设计

当前市面上,便携式智能音箱以其方便携带、小巧可爱、外观炫酷等特点,成功跻身为智能音箱产品中发展最为迅速的产品品类之一。这类的音箱,通常个头不大,为了便于携带,以电池供电为主。因此便携式智能音箱在满足自身设计特色的情况下,又对续航功耗、音质,有着极高的要求。  

便携式智能音箱主流音频设计

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单声道音箱(Mono)

在单声道的设计中,需要通过单个全频扬声器,实现更低的下潜深度以及更高的高频响应。对于AMP来说,既要有足够的功率去推动低频音效的输出而不至于乏力,也需要有足够的高频延展,甚至可以拓展到超声频段。那么具备PBTL模式以及采样率扩展到了192KHz的AW85825显然可以胜任这些要求。PBTL模式又称并联桥接负载模式,额定输出功率可达65W@1% 4Ω PVDD=24V,极端条件下,可以实现80W@10% 4Ω PVDD=24V的高功率输出。  

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图3 AW85825单声道PBTL电路参考设计 注:PVDD外供范围:4.5~26.4V 芯片底部的 Thermal pad 需接地  

2

2.0声道立体声音箱(Stereo)

立体声的音箱在市场中也极为常见,2个扬声器单元分别负责系统L/R声道的信号输出。相比于单声道,立体声音箱在声音空间感、听感音质上,有着显著的变化。AW85825的BTL模式,即可以协助声学设计师打造真立体声音箱。BTL模式又称桥接负载模式,支持L/R立体声声道。在这个模式下,单个通路的额定输出功率为33W@1% 8Ω PVDD=24V,极端条件下,可以实现40W@10% 8Ω PVDD=24V的功率输出。另外,我们利用AW85825的L/R声道同源应用,配合高、低频扬声器单元分频输出时,又可以进一步延展音箱的音域。  

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图4 AW85825立体声BTL电路参考设计 注:PVDD外供范围:4.5~26.4V 芯片底部的 Thermal pad 需接地  

3

2.1声道音箱(2.1 Channel System)

2.1声道作为流行多年的经典系统,以其系统简单、声音方向感清晰、低音震憾,广为消费者喜爱。那么如何利用艾为电子的AW85825实现经典的2.1声道系统呢?PBTL以及BTL模式的组合,能助一臂之力。其中高功率的PBTL模式芯片作为Woofer超低音单元Driver,而BTL模式芯片作为Tweeter中高音单元Driver,一套2.1声道系统即搭建完成。  

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图5 AW85825 2.1Channel System电路参考设计 注:PVDD外供范围:4.5~26.4V 芯片底部的 Thermal pad 需接地    

提高音箱续航

音箱开发过程中,除了第一部分的音频系统化设计,另一个重要的关注点,便是续航。为了便携性,大部分音箱采用为电池供电。在有限的电池容量下,如何提高系统效率以及进一步降低芯片各种工作条件下的耗散,成了研发工程师们深夜还在辗转反侧的挂念。艾为电子的数字功放芯片AW85825针对降低耗散、提高效率的特色功能,就显得非常值得学习。

PTC(Power Tracking Control)

AW85825可以支持的PTC功能是个什么样的绝活?它是通过检测即将到来的音频信号,动态调节片外DC-DC所提供的PVDD电压,保持AMP自身在工作时,能够有足够的电压余量。芯片动态提供的足够大的音频信号动态范围,即防止信号截顶失真,又可以有效提高音频系统效率,一举两得。  

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图6 PTC功能框图  

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图7 PTC效率曲线(ON/OFF)   通过AW85825芯片在播放歌曲时候的实测数据显示,打开PTC功能得到的收益是惊人的: 大信号功耗平均降低约11%左右 小信号功耗平均降低约29%左右  

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图8  PTC模式歌曲平均功耗对比    

3种调制模式

BD、LLM(Low-Loss Mode)、LLM Plus

通过调节AMP对输入的音频信号的采样率以及P/N端的占空比,实现AMP工作时,性能与功耗的平衡。    

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 图9  3种调试模式功耗对比    

4种工作模式

Play、Hiz、Sleep、Deep Sleep

在不需要播放音乐时,可将AMP置于除Play外的其他State,以节省静态功耗。最低功耗低至 IPVDD+IDVDD < 1mA 。  

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图10  4种工作模式功耗对比    

提升音箱音质

音频系统方案以及整机续航是便携式智能音箱产品的硬实力,更是一台优秀音箱产品的必备条件。而在固化的硬实力之后,如何进一步提升智能音箱的音质?Awinic SKTune给出了答案。SKTune庞大的功能以及各项特色音效,将音箱对音质的追求展现的淋漓尽致。

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图11  AW85825集成SKTune音效功能   除了业内大家所熟知的基础版本音效,SKTune在AW85825上还重点引入了几个特色算法。  

•SFE(Sound Field Enhancement)

方法:分策略处理,人声得到增强,伴奏得到拓宽。

收益:有效提高人声与伴奏的纵深度和宽广度,带来“声”临其境的体验。

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图12  SFE声场效果扩展效果图  

•ASE(Awinic Sound Enhancement )

方法:通过分频器把信号分成不同的频段,对不同的频段添加不同的延时。

收益:提升低音部分的厚实感,降低人声的毛刺感。

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图13 声音增强算法示意图  

•低音增强(Bass Booster)

方法:通过重建扬声器低频谐波的能量以实现低频的听感效果。

收益:有效提升鼓声力度、下潜度,提升人声厚实度和氛围感。

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图14 Bass Booster低频增强  

•低功耗算法(APS)

方法:通过对音频信号时域、频域上多特征精准建模。

收益:可以实现高达10%~15%的功耗降低。

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图15 APS效果实测    

保护模式

音箱的设计是基于特定的物理条件下,但似乎每个声学设计师们,都期望自己的作品更美更优秀,以至于在不断地挑战自己以及音箱产品的极限。已知的是输入信号,未知的是每个器件的物理极值点。一场已知与未知之间的战斗,也就此展开。保护算法,便是这场战斗中必须要遵循的规则。AW85825芯片,作为信号放大最后一级各个信号的枢纽,对规则(保护算法)的制定,有着天然的优势。  

•低压保护(Low Power Protection)

方法:DSP检测到当前的电池供电电压小于阈值时,对输出信号进行衰减,保证输出信号不会出现截顶现象。

收益:减少在电池低压条件下的杂音以及降低失真,提升音质听感。

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图16 低压保护示意图  

总结

便携式智能音箱这类产品,还有着非常多的特色功能。这里重点关注了音频方向上的功放方案设计、功耗续航、提升音质以及保护机制等几个主要模块。并以艾为电子最新推出的AW85825数字Smart K Plus立体声音频功放为数据参考提供了一些新的思路。更多更丰富的技术展示,请继续关注艾为之家公众号。  

AW858xx系列产品推荐列表

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图17 AW858xx系列产品推荐列表    

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