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解決條形音響設計上的限制和困難

文章來(lái)源：更新時(shí)間：2016/8/23 10:59:00

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Intersil公司

在影像處理技術(shù)高速發(fā)展下，影像的品質(zhì)越來(lái)越高，高清、3D等格式已經(jīng)基本上成為平板電視標準規格。高質(zhì)量影像同時(shí)推動(dòng)高質(zhì)量音響的需求，平板電視的簡(jiǎn)單音頻設備及效果已經(jīng)遠遠不能滿(mǎn)足用戶(hù)。用戶(hù)盼望能享受到與影像匹配的高動(dòng)態(tài)效果以及高保真重播和逼真的專(zhuān)業(yè)影院效果。

用戶(hù)新需求產(chǎn)生了條形音響這種新產(chǎn)品。但是，為了與平板電視設計相配，特別是LED 超薄電視的出現后，條形音響的設計必須維持在一定的細薄尺寸，這要求對聲音重播的動(dòng)態(tài)進(jìn)行限制。另外，一體化音箱的規格也限制了音頻、音場(chǎng)的表現。在信號源處理上，除了傳統上的立體聲模擬音頻信號外，市場(chǎng)也需求條形音響能同時(shí)處理通用的多聲道加密信號，如杜比 AC3、 DTS和AAC。

英特矽爾（Intersil）D2Audio的 Digital Audio Engine (DAE) 一體化解決方案為平板電視，條形音響提供了完整的答案：專(zhuān)利數字處理技術(shù)(SoundSuite) 突破箱體小于并薄的限制，大大改善動(dòng)態(tài)表現。強大的信號處理流程軟件 (Audio Canvas III)，令定制設計師確切需要的數字信號處理流程更簡(jiǎn)單和快速。DAE產(chǎn)品系列支援包括杜比AC3、DTS及AAC等多種解碼處理。另外，Intersil的多種成熟的虛擬處理技術(shù)可以滿(mǎn)足不同客戶(hù)的影院空間效果要求。

傳統條形音響結構

首先，傳統的條形音響系統架構簡(jiǎn)單分為輸入接口及轉換、數字信號處理器以及輸出功率放大器三個(gè)部分，如圖1所示。

圖1 傳統條形音響系統結構

輸入接口及轉換：一個(gè)外置的ADC（模數轉換器），把模擬立體聲信號轉換成數字信號，S/PDIF Rx負責把數字光纖、數字同軸信號進(jìn)行轉換。這樣一來(lái)，設計上就需要另外的PLL或SRC來(lái)支持不同采樣頻率的信號源。不僅如此，這種設計在EMI及Jitter方面考慮也不理想。

數字信號處理器：要求大量存儲器支持，需要額外的MCU處理按鍵或者顯示屏的工作，或需要額外DSP來(lái)滿(mǎn)足虛擬環(huán)繞音頻修正處理等需求。

輸出功率放大器：從DSP輸出的信號，需要外置DAC及PWM驅動(dòng)讓音頻指標降級。PWM控制，糾正困難，同樣的，在EMI方面考慮也不甚理想。如果是帶有無(wú)線(xiàn)低音炮的系統，還需要DSP中產(chǎn)生低音炮的信號。

總的來(lái)說(shuō)，使用傳統的條形音響系統架構合計多達十多個(gè)元件。

D2Audio架構

Intersil D2Audio Simply Smarter SoundBar架構和傳統的架構比較之后，可以發(fā)現D2Audio的架構可以減少總計一半左右的元件數量。D2Audio Simply Smarter SoundBar架構如圖2所示。

圖2 Intersil D2Audio Simply Smarter SoundBar架構

從這個(gè)框圖可以看到輸入的部分基本上都包含在芯片里面，所以數字的光纖或者都可以由這個(gè)芯片處理。內置SRC，支持不同采樣頻率信號，只需要Flash作為存儲器。簡(jiǎn)單的系統可以不需要用MCU。在DSP方面，架構中包括完整系列DSP：DAE1/3/4/6，能支持不同處理應用需求�？煽谿PIO支持界面控制，內置PWM驅動(dòng)，可以直推后級功放，也可以使用DSP調節PWM優(yōu)化輸出指標，提高效率，EMI及音頻表現較為理想。Intersil IPS直驅后級，支持不同功率及配置需求。后處理I2S/SPDIF輸出滿(mǎn)足不同無(wú)線(xiàn)內容需求。

D2Audio特點(diǎn)

• SoC高度集成芯片設計讓產(chǎn)品設計更緊密，更簡(jiǎn)單，更快速，更低的總體成本。

•英特矽爾D2Audio自主開(kāi)發(fā)SoundSuiteTM 音頻效果增強運算，提供豐富效果處理，同時(shí)節省昂貴第三方專(zhuān)利費用。

•先進(jìn)的 DSP 控制編程軟件Audio Canvas III讓自主設計DSP信號流程變得更加簡(jiǎn)單，更加靈活，更加快速。

•英特矽爾 D2Audio 產(chǎn)品應用廣泛，質(zhì)量穩定。

開(kāi)發(fā)工具

KS10/11-6T評估板特點(diǎn)：DAE-6/DAE-3作為DSP主控芯片；六路模擬輸入；S/PDIF 數字輸入，即光纖及同軸；支援IEC60958及IEC61937；六路喇叭放大輸出，包括5路衛星喇叭及1路有源低音炮；支持立體聲PWMDAC耳機輸出；通過(guò)DSP的設定，支持5.1獨立多聲道或2.0、2.1、3.1、4.1虛擬多聲道輸出；另提供后處理信號源連接無(wú)線(xiàn)模塊選項；D2Audio IPS集成30W后級功率放大器。

KS10/11-6T評估板規格：

•功率輸出: 衛星喇叭8W×5，8Ω；低音炮: 30W，8Ω

•失真THD+N: < 0.5% (20Hz-20kHz, 8Ω, 30W)

•信噪比SNR/DNR: > 105dB (unweighted)

•頻率響應: 20Hz~20kHz，+/- 0.5dB

•耳機輸出

•完整的系統保護監控

•效率優(yōu)化支持“Green Mode”及“Dynatiming”

KS10/11-6T評估板應用范圍：

•平板電視，條形音箱:支持高至5.1聲道

•電腦多媒體喇叭:支持高至5.1聲道

•多聲道家庭影院:支持高至5.1聲道

•無(wú)線(xiàn)喇叭選項

KS10/11-6T評估板軟件功能：

•多聲道解碼 (Dolby Digital，DTS，AAC)

•多聲道虛擬環(huán)繞 (D2Audio WideSoundx4)

• Audio Canvas III 實(shí)時(shí)開(kāi)發(fā)工具軟件

用戶(hù)可完全自編信號流程，自定義“Shell”創(chuàng )立允許客戶(hù)自定義 I/O 滿(mǎn)足硬件要求；保密復合塊（Compound Block）允許客戶(hù)自定義特殊保密功能模塊，個(gè)性化調音面板創(chuàng )立允許客戶(hù)根據要求設計控制面板風(fēng)格，清晰視窗管理允許設計工程師更有效率操作及減低錯誤，有自動(dòng)連接DSP功能。

KS10-6T評估板系統方塊圖如圖3所示，其中，并英特矽爾產(chǎn)品有：DAE3/DAE6 D2-92633/92634/71583為數字音頻處理控制芯片，ISL8540/ISL8560為高效率、低噪聲、支持同步DC/DC的芯片，IPS1 D2-24044-MR為30W×2集成數字后級芯片。

圖3 KS10-6T評估板系統方塊圖

在軟件方面，Audio Canvas III開(kāi)發(fā)工具如圖4所示，Audio Canvas III具有眾多功能模塊。DSP 數字信號處理器控制，包括實(shí)時(shí)DSP資源跟蹤處理、大量成熟的音頻處理功能庫以及用戶(hù)自定保密復合音頻處理模塊（custom compound audio processing blocks）。硬件支持控制包括客戶(hù)硬件平臺支持和產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)境支持�？膳渲糜布涌谥С郑⊿hell Architecture）包括實(shí)時(shí)放大器硬件參數控制、獨立聲道PWM開(kāi)關(guān)延時(shí)控制以及獨立聲道保護及硬件監控配置。

圖4 Audio Canvas III開(kāi)發(fā)工具界面

值得注意的是，開(kāi)發(fā)工具具有一些特殊功能。第一個(gè)特殊功能是實(shí)時(shí)DSP資源跟蹤處理，這個(gè)功能可以提供實(shí)時(shí)DSP最新可用MIPS資源，允許設計師更簡(jiǎn)單，更合理地設計信號流程，與此同時(shí)，也可以提供實(shí)時(shí)存儲器可用空間。通過(guò)實(shí)時(shí)的資源變化，可以讓用戶(hù)實(shí)時(shí)根據情況進(jìn)行設計。第二個(gè)特殊功能是用戶(hù)自定保密復合模塊，通過(guò)這個(gè)功能，用戶(hù)可以定義一個(gè)簡(jiǎn)單的新模塊，用戶(hù)可以直接使用這個(gè)新模塊中可調的寄存器。第三個(gè)特殊功能是獨立聲道PWM延時(shí)控制，其中包括輸出開(kāi)關(guān)延遲時(shí)間控制、最小脈寬調節、輸出交錯延遲控制。

無(wú)線(xiàn)低音炮配套參考設計ZS100-3如圖5所示。由于現在的條形音響主箱體外形很薄，那么低音的表現通常沒(méi)辦法滿(mǎn)足需求，所以現在大部分的設計都會(huì )外掛一個(gè)無(wú)線(xiàn)低音炮。DAE-4 DSP芯片通過(guò)無(wú)線(xiàn)模塊可以接收到從主箱體發(fā)出的低音炮信號，通過(guò)DAE-4增加DSP補償和低音效果，可以達到100W，10Ω的輸出功率。另外，在一些特別的產(chǎn)品里面，通過(guò)DSP的調節，可以支持100W、50W和25W三路輸出。

圖5 無(wú)線(xiàn)低音炮配套參考設計ZS100-3

總結

新一代條形音響設計的重點(diǎn)考慮因素包括音響的表現，豐富的產(chǎn)品線(xiàn)以滿(mǎn)足不同客戶(hù)不同要求和豐富廣泛的軟件支持。

D2Audio在系統設計的考慮上，最值得關(guān)注的是外圍元件的減少，當設計變得簡(jiǎn)單，成本也隨之降低了，當設計簡(jiǎn)單了以后，還有一個(gè)好處就是生產(chǎn)出錯的問(wèn)題也可以大大降低。D2Audio可以使客戶(hù)按照自己的需要、自己的經(jīng)驗簡(jiǎn)單快速地完成開(kāi)發(fā)設計自己的DSP軟件，同時(shí)讓系統功能更加特別，增加差異化。

問(wèn)答選編

問(wèn)：請問(wèn)一體化解決方案是基于什么芯片方案實(shí)現的？

答：一體化解決方案的意思是針對目前的條形音響，Intersil有整體的解決方案，根據整體輸出功率及聲道不同，提供不同的方案。例如，現在比較常見(jiàn)的2.1聲道，有3合1的DAE-4P方案，每個(gè)通道的輸出功率可以達到30W，如果需要更高的功率則需要用Intersil其他的方案，例如DAE-3，DAE-6等。

問(wèn)：D2Audio系列的動(dòng)態(tài)范圍實(shí)際上能達到多少?

答：D2Audio系列芯片動(dòng)態(tài)范圍超過(guò)-120Db，在產(chǎn)品層面上，基本上可以到達-100dB的動(dòng)態(tài)范圍指標。

問(wèn)：解決方案可以同時(shí)輸出幾路音頻信號？

答：從簡(jiǎn)單的4路到最高的12路輸出。DSP可以設置輸出的格式去滿(mǎn)足設計的要求。

問(wèn)：可以提供的最大功率是多少？

答：可以提供的最大功率在于設計架構及目標市場(chǎng)定義。在Intersil完全集成的方案中使用2.1聲道，左右聲道可以提供各30W的輸出功率。低音炮則可以自己通過(guò)有源的方式提供功率50W以上。如果使用D2-IPS（D2-24044）設計成全橋的，每個(gè)通道也可以提供功率30W，或者使用外置的MOSFET，功率可以更高。Intersil現有的評估方案整體輸出可以提供功率1200W。

問(wèn)：DAE-3與DAE-6的在相同功率輸出的情況下，功耗上哪個(gè)更有優(yōu)勢？

答：DAE-3與DAE-6二者本質(zhì)是一樣。不同的地方在于聲效處理上面，所以DAE-3與DAE-6在功率上沒(méi)有區別。

問(wèn)：條形音響對揚聲器的阻抗功率有沒(méi)有要求？

答：條形音響對揚聲器的阻抗功率基本上是沒(méi)有要求的。但是，一般來(lái)說(shuō)，主箱體要求比較薄，因此功率太大的話(huà)容易使箱體不穩定。一般現在幾乎都是固定在20W~25W左右。

問(wèn)：采用D2Audio處理音頻信號，其失真和噪音能達到什么水平?

答：音頻功放的指標主要取決于輸出級的指標，DAE方案的信噪比在120dB以上，失真度非常小，幾乎可以忽略不計。

問(wèn)：如何通過(guò)微機進(jìn)行應用設計與操作？

答：如果使用Intersil的產(chǎn)品，Intersil會(huì )提供專(zhuān)門(mén)的軟件， Canvas II或者CanvasIII，通過(guò)軟件就可以直接進(jìn)行設計、調試等工作，會(huì )配備I2C轉換USB的模塊。

問(wèn)：采用D2Audio音頻IC設計時(shí)，不同的揚聲器會(huì )有哪些不同？需要注意哪些問(wèn)題？

答：不同的喇叭它的輸出特性取線(xiàn)會(huì )有不同，主要體現在SPL這個(gè)數據上。SPL的表現直接影響人們聽(tīng)出來(lái)的聲音感覺(jué)。D2Audio提供的parametric EQ可以?xún)?yōu)化及糾正喇叭在SPL出現的問(wèn)題。Parametric EQ除了可以改變頻率和增益外，EQ的頻寬Q-factor也可以案需要去調節。

問(wèn)：KS10/11-6T評估板都包含哪些配件？

答：KS10-6和KS11-6T包括了六路喇叭輸出，輸入部分帶有六路模擬及光纖/同軸，支持Dolby和DTS 解碼�；旧现恍枰峁﹩温�25V供電就可以了。連接電腦后直接可以利用Audio Canvas III 去控制和設置DSP數據，是一個(gè)容易，簡(jiǎn)單的平臺。

問(wèn)：Intersil D2Audio，Digital Audio Engine(DAE)一體化解決方案的適用范圍？

答：從簡(jiǎn)單的兩路音響系統，到現在流行的iPhone/iPad docking station、電視的聲音條音箱、汽車(chē)音響和高端專(zhuān)業(yè)音響都適合。

問(wèn)：在生產(chǎn)廠(chǎng)的應用或產(chǎn)品應用的案例有哪些？

答：有應用于Ipod docking的，也有用于條形音響的，還有應用于計算機有源音響的。

問(wèn)：D2Audio音頻SoC適合那些類(lèi)型的揚聲器?

答：選擇揚聲器和功率輸出級有關(guān)系，只有DAE-4P是集成了功放級，如果是全橋輸出，建議用8Ω的揚聲器。

問(wèn)：32kHz~192kHz的采樣率范圍適用于哪些應用？

答：各種數字音頻的取樣頻率是不一樣的，比較通用的是48k Hz，新的音頻標準可能會(huì )用到192k Hz，所以DAE系列產(chǎn)品集成了SRC功能塊，以支持各種各樣的信號。

問(wèn)：DAE-6系列與先前的DAE-3系列引腳是否兼容？

答：是的，DAE3和DAE6的封裝和引腳是兼容的。

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