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(tǒng)工程師
智能音箱行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)愈發(fā)激烈，各大制造商都在爭(zhēng)相開(kāi)發(fā)功能更強(qiáng)大、使用更方便的產(chǎn)品。當(dāng)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(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)先機(jī)，智能音箱的設(shè)計(jì)必須在總體系統(tǒng)成本、電池續(xù)航能力、熱效應(yīng)、回聲消除和音質(zhì)方面具備優(yōu)勢(shì)。
總體系統(tǒng)成本
降低系統(tǒng)成本是整個(gè)智能家居行業(yè)的重中之重。在智能音箱設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員最有可能做到的是通過(guò)音頻放大器降低系統(tǒng)成本。德州儀器（TI）的音頻設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)并未犧牲音質(zhì)表現(xiàn)來(lái)?yè)Q取系統(tǒng)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(tǒng)成本。
例如，針對(duì) 10 W 以下的音頻系統(tǒng)，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(xiàng)，設(shè)計(jì)人員就可在一個(gè)雙聲道系統(tǒng)中平均節(jié)約 0.12 美元。
電池續(xù)航能力和熱效應(yīng)
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(yīng)，不僅有助于減小電池尺寸，還可以保持電池的續(xù)航能力。
麥克風(fēng)和片上系統(tǒng)（SoC）是主要的耗電組件，但它們需要持續(xù)聽(tīng)取指令。因此，要降低待機(jī)功率和熱耗散，設(shè)計(jì)人員必須從其它方面著手。。
從音頻放大器著手是其中一個(gè)理想選擇，因?yàn)槌齋oC外，它的待機(jī)功耗最高，熱耗散也最大。要降低待機(jī)功耗，運(yùn)用混合調(diào)制模塊音頻放大器可調(diào)整輸出脈沖寬度調(diào)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(zhǎng)電池的續(xù)航時(shí)間。
回聲消除
語(yǔ)音識(shí)別的準(zhǔn)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(biāo)。其中的一項(xiàng)挑戰(zhàn)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(duì)話，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(zhǔn)確地識(shí)別用戶的語(yǔ)音命令，智能音箱應(yīng)配置多個(gè)麥克風(fēng)，并采用綜合技術(shù)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的語(yǔ)音識(shí)別。
其中一項(xiàng)技術(shù)就是回聲消除，它可以識(shí)別播放中音樂(lè)的數(shù)字信號(hào)，然后將該信號(hào)從麥克風(fēng)輸入中去除�；芈曄詳�(shù)字化方式消除一切背景噪聲，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(hào)。如圖 1 所示，SDOUT 信號(hào)饋入 SoC，濾除麥克風(fēng)收到的音樂(lè)信號(hào)。
圖 1：回聲消除系統(tǒng)框圖
高音質(zhì)
智能音箱的設(shè)計(jì)小巧美觀。但尺寸小了，音頻輸出功率也會(huì)減小。具備良好音箱保護(hù)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(hù)放大器可分析輸入的音樂(lè)信號(hào)，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(xiàn)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(xiàn)高品質(zhì)音效。
下一個(gè)機(jī)遇是什么？
除了在傳統(tǒng)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(xiàn)高保真聲音。盡管目前市場(chǎng)上的大部分藍(lán)牙（Bluetooth® ）音箱都不具備語(yǔ)音識(shí)別或語(yǔ)音交互功能，但在不久的將來(lái)，藍(lán)牙加上語(yǔ)音識(shí)別、語(yǔ)音交互將成為市場(chǎng)標(biāo)配。
自帶電池的便攜式智能音箱，需要實(shí)現(xiàn)具有和線路供電音箱同等的功率，這將成為智能音箱設(shè)計(jì)的下一個(gè)機(jī)遇。
在過(guò)去的 10 年里，音箱設(shè)計(jì)已從大型、家用型慢慢向更小巧便攜、更智能的個(gè)人應(yīng)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(tǒng)解決方案，以實(shí)現(xiàn)智能音箱更長(zhǎng)的續(xù)航時(shí)間、更好的音質(zhì)體驗(yàn)、穩(wěn)定的連接性以及快速的充電效果，并盡可能地為客戶降低系統(tǒng)成本圖 2 展示了德州儀器的智能音箱系統(tǒng)框圖，可供快速進(jìn)行系統(tǒng)選型和設(shè)計(jì)。
圖 2：TI 智能音箱系統(tǒng)框圖
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