作者：德州儀器Mike Spence

智能揚聲器是一類(lèi)精巧實(shí)用的設備，可以用于播送天氣預報、點(diǎn)餐或播放喜愛(ài)的歌曲。隨著(zhù)消費者發(fā)現了虛擬助手的更多用途，這些設備逐漸在更多的空間中得到應用，而且它們的外觀(guān)大小也越來(lái)越小巧，不會(huì )讓人感覺(jué)突兀顯眼。

但是，揚聲器的體積與輸出功率有直接關(guān)系。智能揚聲器的形狀因數越小，其體積也越小。如果揚聲器的體積縮小，其功率處理能力會(huì )受到影響，從而導致其產(chǎn)生的聲壓級降低。較小的揚聲器可以營(yíng)造更安靜的環(huán)境，但同時(shí)也會(huì )減弱聲音的清晰度，用戶(hù)可能會(huì )因為無(wú)法在房間的各個(gè)角落聽(tīng)到智能揚聲器的響應，而降低滿(mǎn)意度（圖1）。

圖1：智能揚聲器可以在房間的各個(gè)角落聽(tīng)到你的聲音，但你能聽(tīng)到它的響應嗎？

此外，產(chǎn)品價(jià)位也是導致消費者購買(mǎi)性能較弱、體積較小的揚聲器的因素。換言之，消費者希望買(mǎi)到更小巧、更美觀(guān)、且成本更低的智能揚聲器，但這樣的揚聲器往往在音頻輸出電平和音頻質(zhì)量方面差強人意。

有哪些選項可用于增加較小揚聲器的輸出功率？

到目前為止，連續功率設計方法將音頻放大器與揚聲器的性能范圍相匹配。這種方法提供了足夠的功率來(lái)創(chuàng )建低頻和高頻，而不會(huì )損壞揚聲器。但這也是揚聲器體積減小導致聲音變輕的原因。揚聲器體積越小，聲音越輕。

解決連續功率設計問(wèn)題的一個(gè)辦法是使用揚聲器保護放大器，可以在不改變工業(yè)設計、揚聲器尺寸或增加揚聲器成本的情況下提高響度和音頻質(zhì)量（圖2）。

圖2：揚聲器保護放大器可以讓較小的揚聲器發(fā)出更大的聲音

為什么要如此重視揚聲器的問(wèn)題呢？智能揚聲器與許多消費類(lèi)電子產(chǎn)品不同，它的作用是音頻采集和音頻播放。音頻播放系統中最重要的部分不是放大器，而是揚聲器。

揚聲器保護放大器通過(guò)實(shí)時(shí)修改電信號，使揚聲器充分發(fā)揮出功能，從而有效提高揚聲器的性能。音頻揚聲器是一種電機，可將電力轉換為磁力產(chǎn)生的運動(dòng)，使揚聲器膜片快速來(lái)回移動(dòng)，從而產(chǎn)生可聽(tīng)音。

揚聲器在低頻狀態(tài)下推動(dòng)空氣發(fā)生運動(dòng)，在高頻狀態(tài)下散熱。但是這兩種行為發(fā)生太多就會(huì )造成損害。在低頻時(shí)，不利因素是過(guò)度偏移，揚聲器的音圈向前或向后移動(dòng)得太遠而損壞自身或揚聲器膜片。而當電力轉換成高速運動(dòng)時(shí)，高頻會(huì )產(chǎn)生過(guò)多熱量而導致?lián)P聲器受損。過(guò)熱會(huì )造成各種損壞：揚聲器中的膠粘劑會(huì )融化，從而導致結構失效；音圈中的磁鐵會(huì )發(fā)生消磁；音圈會(huì )因過(guò)熱而變形。

為了在避免損傷的情況下提高性能，揚聲器保護放大器不僅基于復雜的信號分析，還借助揚聲器模型，能夠瞬間提供高達揚聲器標稱(chēng)額定值5倍的峰值功率。這些計算程序能夠使揚聲器能夠達到峰值功率，使其輸出增加9dB至12dB，比采用傳統放大器的相同揚聲器的聲音響2至3倍左右。圖3顯示了典型智能揚聲器頻率響應方面的改進(jìn)。

圖3：揚聲器保護放大器使傳統放大器的響度加倍

借助模型和信號分析，這些計算程序還能補償揚聲器在標稱(chēng)和更高輸出電平下的頻率響應問(wèn)題，從而有助于提高音頻質(zhì)量和清晰度。                                                                                                    

揚聲器保護放大器是一種經(jīng)過(guò)實(shí)踐驗證的可靠技術(shù)，廣泛應用于各種智能手機、恒溫器和筆記本電腦中。