如何通过DSP的音频放大器提高扬声器的效率

您是否曾认为音频放大器中的集成数字信号处理器（DSP）仅用于数字滤波器、均衡或音频混合？现实情况是，现代音频放大器中集成的DSP可以带来更多好处，包括提高放大器和音频系统的效率。

电池供电的扬声器仍然是超级便捷的音频播放方法之一，适用于室内、室外或其他任何播放音乐的场合。在本文中，我将讨论具有集成DSP的音频放大器是如何提高扬声器的效率并延长其运行时间的。

“电池可以持续多久呢？”

显然，消费者希望便携式扬声器能够更持久地播放自己喜欢的播放列表或播客，并且所需的充电时间更短。扬声器生产公司已经注意到这一点，有时甚至在零售包装上列出了扬声器的播放时间。

如果电池寿命对于便携式扬声器而言如此重要，那么您应该选择容量更大的电池，对吧？对于某些设计是这样的，但对于紧凑型扬声器而言，根本没有足够的空间。或者，额外的电池容量可能会大幅增加系统成本。

在无法灵活增加电池容量的情况下，设计人员面临的问题就变为“如何用容量相同的电池实现更长的播放时间呢？”答案是提高效率。对于音频应用，中高功率（假设大于10W）的更高效放大器仍然是D类放大器，其理论效率为100%（实际大于90%）。

尽管大于90%的效率是基准，但这通常是在实验室使用恒定的输入信号和输出功率测量得到的结果。实际上，对于典型的音频片段或歌曲，测得的放大器效率会根据所提供的输出功率而不断变化。这是因为在较低的输出功率下，功率因放大器金属氧化物半导体场效应晶体管中的热量而损失的比率会增加。为了减小这些没必要的损耗，最简单的解决方案是降低电源的电压。对于音频，设计人员可能不愿意这样做，因为降低电源电压可能会降低系统提供更高输出功率的能力，尤其是在更高动态范围内提供峰值功率的能力。

中高功率扬声器的电池寿命解决方案

为了在不影响输出功率的情况下提高效率，TI推出了在DSP中采用Hybrid-Pro算法的TAS5825PD类音频放大器，该放大器通过连续分析输入的音频信号并向外部直流/直流转换器提供脉宽调制反馈，可提高系统效率并降低没必要的损耗。利用反馈，直流/直流转换器可在音频峰值需要时增大电源电压，并在不需要更高的输出功率时降低电源电压。该功能可在低音量播放音频时降低功耗并提高效率，同时不会限制放大器提供最大输出功率的能力。图1显示了TAS5825P的方框图。

图1：TAS5825P方框图

Hybrid-Pro理念很简单，它和我们在家中或工作中尝试节能的方法是相同的。例如，当不使用房间中的电灯时，您会将其关闭以减少电费。不过，对于音频放大器，您不希望只是关闭音乐！为了进行更精确的比较，请将Hybrid-Pro视为一个自动调光器。光传感器并不关闭电灯（音频放大器），而是自动将电灯调暗，使其恰好达到当时需要的亮度（放大器的电源电压）。图2说明了这一概念，其中放大器的电源电压（PVDD）会随着所需输出电压的增大而增大。

图2：TAS5825PHybrid-Pro包络跟踪

启用Hybrid-Pro运行测试可使电池供电的扬声器实现更长的运行时间。与具有固定电压轨的典型放大器相比，配置为Hybrid-Pro模式的TAS5825P可以将电池寿命延长20%以上。此外，TAS5825P中的可调音频先行缓冲器提供了高级电压轨控制，而没有音频削波的风险。

尽管DSP过去仅用于均衡和音频滤波，但在音频放大器中集成DSP所带来的好处是空前的。TI具有集成DSP的D类音频放大器产品系列不断突破极限，实现更高的系统级效率。
编辑：hfy