作者：
Benwei Xin，德州儀器（TI）市場(chǎng)業(yè)務(wù)經(jīng)理
Wenchau Albert Lo，德州儀器（TI）個(gè)人電子產(chǎn)品系統工程師
智能音箱行業(yè)的競爭愈發(fā)激烈，各大制造商都在爭相開(kāi)發(fā)功能更強大、使用更方便的產(chǎn)品。當今的智能音箱擁有語(yǔ)音交互、人工智能、智能家居控制及多媒體播放等豐富的功能。要在競爭中占據先機，智能音箱的設計必須在總體系統成本、電池續航能力、熱效應、回聲消除和音質(zhì)方面具備優(yōu)勢。
總體系統成本
降低系統成本是整個(gè)智能家居行業(yè)的重中之重。在智能音箱設計中，設計人員最有可能做到的是通過(guò)音頻放大器降低系統成本。德州儀器（TI）的音頻設計團隊并未犧牲音質(zhì)表現來(lái)?yè)Q取系統成本，而是另辟蹊徑，圍繞音頻放大器開(kāi)發(fā)了一系列解決方案，可在提升性能的同時(shí)降低系統成本。
例如，針對 10 W 以下的音頻系統，TI 電磁干擾抑制技術(shù)用鐵氧體磁珠取代了電感器。4 個(gè)電感器的平均成本為 0.16 美元，而 4 個(gè)鐵氧體磁珠的平均成本僅為 0.04 美元。這樣，僅這一項，設計人員就可在一個(gè)雙聲道系統中平均節約 0.12 美元。
電池續航能力和熱效應
小尺寸電池可以使智能音箱更小巧、更輕、更便攜。而更高的效率和優(yōu)化的熱效應，不僅有助于減小電池尺寸，還可以保持電池的續航能力。
麥克風(fēng)和片上系統（SoC）是主要的耗電組件，但它們需要持續聽(tīng)取指令。因此，要降低待機功率和熱耗散，設計人員必須從其它方面著(zhù)手。。
從音頻放大器著(zhù)手是其中一個(gè)理想選擇，因為除SoC外，它的待機功耗最高，熱耗散也最大。要降低待機功耗，運用混合調制模塊音頻放大器可調整輸出脈沖寬度調制的工作周期，控制從電感器到音箱的電流，從而減少 50% 的閑置電流。這樣，便可以降低總體功耗，優(yōu)化熱耗散，最終無(wú)需增加電池尺寸即可延長(cháng)電池的續航時(shí)間。
回聲消除
語(yǔ)音識別的準確性會(huì )影響虛擬助手的性能，也是智能音箱性能的一個(gè)重要指標。其中的一項挑戰就是，麥克風(fēng)會(huì )拾取各種各樣的環(huán)境噪聲，包括其它電器、人員對話(huà)，甚至是智能音箱正在播放的音樂(lè )。為了過(guò)濾環(huán)境噪聲，更準確地識別用戶(hù)的語(yǔ)音命令，智能音箱應配置多個(gè)麥克風(fēng)，并采用綜合技術(shù)實(shí)現準確的語(yǔ)音識別。
其中一項技術(shù)就是回聲消除，它可以識別播放中音樂(lè )的數字信號，然后將該信號從麥克風(fēng)輸入中去除�；芈曄詳底只绞较磺斜尘霸肼�，包括音樂(lè )。為了更好地濾除環(huán)境噪聲，帶有回聲消除功能的音頻放大器有一個(gè)SDOUT （電子聲音輸出）信號。如圖 1 所示，SDOUT 信號饋入 SoC，濾除麥克風(fēng)收到的音樂(lè )信號。
圖 1：回聲消除系統框圖
高音質(zhì)
智能音箱的設計小巧美觀(guān)。但尺寸小了，音頻輸出功率也會(huì )減小。具備良好音箱保護功能的放大器可在無(wú)損音質(zhì)的情況下增大音箱的音量輸出。利用算法和模型，音箱保護放大器可分析輸入的音樂(lè )信號，然后提供 5 倍于音箱額定功率的峰值輸出功率，最終實(shí)現兩到三倍的輸出音量放大效果，而且不會(huì )影響音箱的音效。如此一來(lái)，外形小巧的智能音箱也能實(shí)現高品質(zhì)音效。
下一個(gè)機遇是什么？
除了在傳統音箱中加入語(yǔ)音互動(dòng)功能之外，智能音箱市場(chǎng)的另一個(gè)關(guān)注重點(diǎn)是實(shí)現高保真聲音。盡管目前市場(chǎng)上的大部分藍牙（Bluetooth® ）音箱都不具備語(yǔ)音識別或語(yǔ)音交互功能，但在不久的將來(lái)，藍牙加上語(yǔ)音識別、語(yǔ)音交互將成為市場(chǎng)標配。
自帶電池的便攜式智能音箱，需要實(shí)現具有和線(xiàn)路供電音箱同等的功率，這將成為智能音箱設計的下一個(gè)機遇。
在過(guò)去的 10 年里，音箱設計已從大型、家用型慢慢向更小巧便攜、更智能的個(gè)人應用演變，在這個(gè)過(guò)程中，德州儀器提供了大量的技術(shù)和系統解決方案，以實(shí)現智能音箱更長(cháng)的續航時(shí)間、更好的音質(zhì)體驗、穩定的連接性以及快速的充電效果，并盡可能地為客戶(hù)降低系統成本圖 2 展示了德州儀器的智能音箱系統框圖，可供快速進(jìn)行系統選型和設計。
圖 2：TI 智能音箱系統框圖
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