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解決條形音響設(shè)計(jì)上的限制和困難

文章來(lái)源：更新時(shí)間：2014/6/23 10:21:00

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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(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(shè)備及效果已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足用戶。用戶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業(yè)影院效果。
用戶新需求產(chǎn)生了條形音響這種新產(chǎn)品。但是，為了與平板電視設(shè)計(jì)相配，特別是LED 超薄電視的出現(xiàn)后，條形音響的設(shè)計(jì)必須維持在一定的細(xì)薄尺寸，這要求對(duì)聲音重播的動(dòng)態(tài)進(jìn)行限制。另外，一體化音箱的規(guī)格也限制了音頻、音場(chǎng)的表現(xiàn)。在信號(hào)源處理上，除了傳統(tǒng)上的立體聲模擬音頻信號(hào)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(hào)，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：專利數(shù)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(xiàn)。強(qiáng)大的信號(hào)處理流程軟件 (Audio Canvas III)，令定制設(shè)計(jì)師確切需要的數(shù)字信號(hào)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)可以滿足不同客戶的影院空間效果要求。

傳統(tǒng)條形音響結(jié)構(gòu)
首先，傳統(tǒng)的條形音響系統(tǒng)架構(gòu)簡(jiǎn)單分為輸入接口及轉(zhuǎn)換、數(shù)字信號(hào)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(tǒng)條形音響系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
輸入接口及轉(zhuǎn)換：一個(gè)外置的ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器），把模擬立體聲信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，S/PDIF Rx負(fù)責(zé)把數(shù)字光纖、數(shù)字同軸信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。這樣一來(lái)，設(shè)計(jì)上就需要另外的PLL或SRC來(lái)支持不同采樣頻率的信號(hào)源。不僅如此，這種設(shè)計(jì)在EMI及Jitter方面考慮也不理想。
數(shù)字信號(hào)處理器：要求大量存儲(chǔ)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(hào)，需要外置DAC及PWM驅(qū)動(dòng)讓音頻指標(biāo)降級(jí)。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)線低音炮的系統(tǒng)，還需要DSP中產(chǎn)生低音炮的信號(hào)。
總的來(lái)說(shuō)，使用傳統(tǒng)的條形音響系統(tǒng)架構(gòu)合計(jì)多達(dá)十多個(gè)元件。

D2Audio架構(gòu)
Intersil D2Audio Simply Smarter SoundBar架構(gòu)和傳統(tǒng)的架構(gòu)比較之后，可以發(fā)現(xiàn)D2Audio的架構(gòu)可以減少總計(jì)一半左右的元件數(shù)量。D2Audio Simply Smarter SoundBar架構(gòu)如圖2所示。

圖2 Intersil D2Audio Simply Smarter SoundBar架構(gòu)
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(shù)字的光纖或者都可以由這個(gè)芯片處理。內(nèi)置SRC，支持不同采樣頻率信號(hào)，只需要Flash作為存儲(chǔ)器。簡(jiǎn)單的系統(tǒng)可以不需要用MCU。在DSP方面，架構(gòu)中包括完整系列DSP：DAE1/3/4/6，能支持不同處理應(yīng)用需求�？煽谿PIO支持界面控制，內(nèi)置PWM驅(qū)動(dòng)，可以直推后級(jí)功放，也可以使用DSP調(diào)節(jié)PWM優(yōu)化輸出指標(biāo)，提高效率，EMI及音頻表現(xiàn)較為理想。Intersil IPS直驅(qū)后級(jí)，支持不同功率及配置需求。后處理I2S/SPDIF輸出滿足不同無(wú)線內(nèi)容需求。

D2Audio特點(diǎn)
• SoC高度集成芯片設(shè)計(jì)讓產(chǎn)品設(shè)計(jì)更緊密，更簡(jiǎn)單，更快速，更低的總體成本。
•英特矽爾D2Audio自主開發(fā)SoundSuiteTM 音頻效果增強(qiáng)運(yùn)算，提供豐富效果處理，同時(shí)節(jié)省昂貴第三方專利費(fèi)用。
•先進(jìn)的 DSP 控制編程軟件Audio Canvas III讓自主設(shè)計(jì)DSP信號(hào)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(yīng)用廣泛，質(zhì)量穩(wěn)定。

開發(fā)工具
KS10/11-6T評(píng)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(shù)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(wèi)星喇叭及1路有源低音炮；支持立體聲PWMDAC耳機(jī)輸出；通過DSP的設(shè)定，支持5.1獨(dú)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(hào)源連接無(wú)線模塊選項(xiàng)；D2Audio IPS集成30W后級(jí)功率放大器。

KS10/11-6T評(píng)估板規(guī)格：
•功率輸出: 衛(wèi)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(yīng): 20Hz~20kHz，+/- 0.5dB
•耳機(jī)輸出
•完整的系統(tǒng)保護(hù)監(jiān)控
•效率優(yōu)化支持“Green Mode”及“Dynatiming”

KS10/11-6T評(píng)估板應(yīng)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)線喇叭選項(xiàng)

KS10/11-6T評(píng)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)開發(fā)工具軟件

用戶可完全自編信號(hào)流程，自定義“Shell”創(chuàng)立允許客戶自定義 I/O 滿足硬件要求；保密復(fù)合塊（Compound Block）允許客戶自定義特殊保密功能模塊，個(gè)性化調(diào)音面板創(chuàng)立允許客戶根據(jù)要求設(shè)計(jì)控制面板風(fēng)格，清晰視窗管理允許設(shè)計(jì)工程師更有效率操作及減低錯(cuò)誤，有自動(dòng)連接DSP功能。
KS10-6T評(píng)估板系統(tǒng)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(shù)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(shù)字后級(jí)芯片。

圖3 KS10-6T評(píng)估板系統(tǒng)方塊圖
在軟件方面，Audio Canvas III開發(fā)工具如圖4所示，Audio Canvas III具有眾多功能模塊。DSP 數(shù)字信號(hào)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(kù)以及用戶自定保密復(fù)合音頻處理模塊（custom compound audio processing blocks）。硬件支持控制包括客戶硬件平臺(tái)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(shù)控制、獨(dú)立聲道PWM開關(guān)延時(shí)控制以及獨(dú)立聲道保護(hù)及硬件監(jiān)控配置。

圖4 Audio Canvas III開發(fā)工具界面
值得注意的是，開發(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(shè)計(jì)師更簡(jiǎn)單，更合理地設(shè)計(jì)信號(hào)流程，與此同時(shí)，也可以提供實(shí)時(shí)存儲(chǔ)器可用空間。通過實(shí)時(shí)的資源變化，可以讓用戶實(shí)時(shí)根據(jù)情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。第二個(gè)特殊功能是用戶自定保密復(fù)合模塊，通過這個(gè)功能，用戶可以定義一個(gè)簡(jiǎn)單的新模塊，用戶可以直接使用這個(gè)新模塊中可調(diào)的寄存器。第三個(gè)特殊功能是獨(dú)立聲道PWM延時(shí)控制，其中包括輸出開關(guān)延遲時(shí)間控制、最小脈寬調(diào)節(jié)、輸出交錯(cuò)延遲控制。
無(wú)線低音炮配套參考設(shè)計(jì)ZS100-3如圖5所示。由于現(xiàn)在的條形音響主箱體外形很薄，那么低音的表現(xiàn)通常沒辦法滿足需求，所以現(xiàn)在大部分的設(shè)計(jì)都會(huì)外掛一個(gè)無(wú)線低音炮。DAE-4 DSP芯片通過無(wú)線模塊可以接收到從主箱體發(fā)出的低音炮信號(hào)，通過DAE-4增加DSP補(bǔ)償和低音效果，可以達(dá)到100W，10Ω的輸出功率。另外，在一些特別的產(chǎn)品里面，通過DSP的調(diào)節(jié)，可以支持100W、50W和25W三路輸出。

圖5 無(wú)線低音炮配套參考設(shè)計(jì)ZS100-3

總結(jié)
新一代條形音響設(shè)計(jì)的重點(diǎn)考慮因素包括音響的表現(xiàn)，豐富的產(chǎn)品線以滿足不同客戶不同要求和豐富廣泛的軟件支持。
D2Audio在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的考慮上，最值得關(guān)注的是外圍元件的減少，當(dāng)設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單，成本也隨之降低了，當(dāng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單了以后，還有一個(gè)好處就是生產(chǎn)出錯(cuò)的問題也可以大大降低。D2Audio可以使客戶按照自己的需要、自己的經(jīng)驗(yàn)簡(jiǎn)單快速地完成開發(fā)設(shè)計(jì)自己的DSP軟件，同時(shí)讓系統(tǒng)功能更加特別，增加差異化。

問答選編
問：請(qǐng)問一體化解決方案是基于什么芯片方案實(shí)現(xiàn)的？
答：一體化解決方案的意思是針對(duì)目前的條形音響，Intersil有整體的解決方案，根據(jù)整體輸出功率及聲道不同，提供不同的方案。例如，現(xiàn)在比較常見的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(dá)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：D2Audio系列的動(dòng)態(tài)范圍實(shí)際上能達(dá)到多少?
答：D2Audio系列芯片動(dòng)態(tài)范圍超過-120Db，在產(chǎn)品層面上，基本上可以到達(dá)-100dB的動(dòng)態(tài)范圍指標(biāo)。
問：解決方案可以同時(shí)輸出幾路音頻信號(hào)？
答：從簡(jiǎn)單的4路到最高的12路輸出。DSP可以設(shè)置輸出的格式去滿足設(shè)計(jì)的要求。
問：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(shè)計(jì)架構(gòu)及目標(biāo)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有源的方式提供功率50W以上。如果使用D2-IPS（D2-24044）設(shè)計(jì)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(xiàn)有的評(píng)估方案整體輸出可以提供功率1200W。
問：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(shì)？
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在功率上沒有區(qū)別。

問：條形音響對(duì)揚(yáng)聲器的阻抗功率有沒有要求？
答：條形音響對(duì)揚(yáng)聲器的阻抗功率基本上是沒有要求的。但是，一般來(lái)說(shuō)，主箱體要求比較薄，因此功率太大的話容易使箱體不穩(wěn)定。一般現(xiàn)在幾乎都是固定在20W~25W左右。
問：采用D2Audio處理音頻信號(hào)，其失真和噪音能達(dá)到什么水平?
答：音頻功放的指標(biāo)主要取決于輸出級(jí)的指標(biāo)，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(jì)。
問：如何通過微機(jī)進(jìn)行應(yīng)用設(shè)計(jì)與操作？
答：如果使用Intersil的產(chǎn)品，Intersil會(huì)提供專門的軟件， Canvas II或者CanvasIII，通過軟件就可以直接進(jìn)行設(shè)計(jì)、調(diào)試等工作，會(huì)配備I2C轉(zhuǎn)換USB的模塊。
問：采用D2Audio音頻IC設(shè)計(jì)時(shí)，不同的揚(yáng)聲器會(huì)有哪些不同？需要注意哪些問題？
答：不同的喇叭它的輸出特性取線會(huì)有不同，主要體現(xiàn)在SPL這個(gè)數(shù)據(jù)上。SPL的表現(xiàn)直接影響人們聽出來(lái)的聲音感覺。D2Audio提供的parametric EQ可以優(yōu)化及糾正喇叭在SPL出現(xiàn)的問題。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(diào)節(jié)。
問：KS10/11-6T評(píng)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(shè)置DSP數(shù)據(jù)，是一個(gè)容易，簡(jiǎn)單的平臺(tái)。
問：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(tǒng)，到現(xiàn)在流行的iPhone/iPad docking station、電視的聲音條音箱、汽車音響和高端專業(yè)音響都適合。
問：在生產(chǎn)廠的應(yīng)用或產(chǎn)品應(yīng)用的案例有哪些？
答：有應(yīng)用于Ipod docking的，也有用于條形音響的，還有應(yīng)用于計(jì)算機(jī)有源音響的。
問：D2Audio音頻SoC適合那些類型的揚(yáng)聲器?
答：選擇揚(yáng)聲器和功率輸出級(jí)有關(guān)系，只有DAE-4P是集成了功放級(jí)，如果是全橋輸出，建議用8Ω的揚(yáng)聲器。
問：32kHz~192kHz的采樣率范圍適用于哪些應(yīng)用？
答：各種數(shù)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(biāo)準(zhǔn)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(hào)。
問：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。
在線座談（Online Seminar）是中電網(wǎng)于2000年推出的創(chuàng)新服務(wù)，通過“視頻演示＋專家解說(shuō)＋在線問答”三位一體相結(jié)合的形式，充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的便捷性，實(shí)現(xiàn)了先進(jìn)半導(dǎo)體技術(shù)提供商與系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師的實(shí)時(shí)互動(dòng)交流，其形式和內(nèi)容都廣受電子行業(yè)工程師的好評(píng)。

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