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智能家居音频设计入门

宣布时间:2019年05月23日 11:05    宣布者:eechina
要害词: 智能家居 , 音频设计
作者:德州仪器Zachary Kingsak 和 Avi Yashar

近年来,智能家居手艺一直在迅速生长。愈来愈多的家庭接纳 Amazon Echo 和 Google Home 等智能扬声器。一度只临盆质朴家用装备的公司,现正面临着高保真音频输入的需求。这类音频输入远远不止于浅易的哔哔声或是告诉衣服曾经洗濯终了的音乐声;此音频手艺能使电冰箱年夜声报读食物清单,或让照明开关提醒人们在脱离房间之前关灯。

增添先进的音频功效是令人怯步的艰辛使命,会使本已主要的工程设计团队的时间表变得严重年夜重大。在本篇博文中,我将探讨与智能家居音频设计相关的四年夜寻衅和若何简化设计历程的措施。

1.难以界说项目请求。

您要从事的项目听上去很质朴:让这件装备讲话。但陪同音频输入的是许多设计选择和寻衅,从一眼看之前都异常近似的海量选择中遴选出合适的镌汰年夜器,不是一件容易的使命。

为了简化选择镌汰年夜器的历程,TI 的交互式框图针对特定智能家居应用供应组件方面的建议。例如,图 1 显示的智能扬声器框图,重点简介了功效能够知足多种智能家居设计请求的音频子系统和年夜量扬声器镌汰年夜器。统一页上的音频参考设计附带可用作项目模板的原理图和配套部门,既增添了系统级知识,又降低了组件选择的难度。

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图 1:智能扬声器框图

TI 框图是泉源设计的很棒的第一步,然则扬声器镌汰年夜器的选择事实将取决于您的项目请求。最有数的智能家居产物请求中的两个,是高效力和精练而重点了了的装备提要文件。

2.音频输入和先进功效会降低动力效力。

为智能家居装备添加特殊功效会增添功耗,音频功效也会招致这样的效果。随着科技公司赓续起劲开发绿色环保手艺和政府颁布有关备用电源的律例,优化下一代产物使其功耗赓续降攀援变得日趋主要了。低效力的音频系统是铺张功率和降低用户知足度的主要元凶之一,它增添电费开支,还能更快速地消耗电池电能,以致使装备发烧。

音频镌汰年夜器不总是起到上述作用,然则在用户须要反映或告诉时,它们则必须照顾;想想闲置形式下的安防摄像机或智能显示屏,就会明确其中的事理。此外一方面,在开泳池派对时,蓝牙扬声器须要高效播放夏日乐单,这样它的电池才干保持一整天。

为处置赏罚赏罚以智能家居为焦点的应用效果,TI 最新的扬声器镌汰年夜用具有了先进的内置功耗治理功效。这一专有的混淆调制妄图可将 >12-V 系统中的待机电流消耗降至最低,同时接纳音频旌旗暗记包络跟踪算法的板载 H 类升压设置,能够将电池供电系统的电池续航时间延伸多达 40%。图 2 说清晰了了受算法控制的多步升压,特殊是在播放音频且增益较低的情形下,是若何显着节约结实式 12V 电源轨的功耗的。

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图 2:H 类多步升压轨为结实式 12V 电源轨显着节俭功耗

3.物理条件局限限制了音频性能。

电子装备曾经缩水为极精练的设计。家用装备小巧的形状从未给音频功效留缺乏地,这使得添加特殊组件,好比镌汰年夜器、数字旌旗暗记处置赏罚赏罚器(DSP)、升压转换器和扬声器,而又不增年夜全体尺寸成为一件艰辛的使命。

TI 的音频团队充实推敲了这些局限,把主要精神放在制造集成更多功效的镌汰年夜器上,以便增添外部组件并优化音频子系统占用的空间。

智能家居生态系统的焦点是智能扬声器,它的高品行音乐和虚拟赞助反映关于博取高用户知足度相当主要。增添音频 DSP 来发生高品行输入,亦同时增添了资源和印刷电路板(PCB)体积。TI 供应集成了处置赏罚赏罚才干的音频镌汰年夜器,因此用户可以调治扬声器输入最清晰的虚拟赞助照顾和最富厚的音乐体验。外部回声扫除算法以致能够应用预处置赏罚赏罚后的旌旗暗记,赞助智能扬声器更准确地分辨音频输入和用户语音敕令。

D 类扬声器镌汰年夜器的高开关频率,招致电磁滋扰(EMI),使音频旌旗暗记掉落真。这通常须要由多个年夜型电感器阻拦榨取。然则诸如扩年夜频谱和相位优化等功效不须要外部电感器便可以榨取 EMI,既节俭空间和资源,又能发生超低掉落真的音频输入。

浅易来讲,扬声器输入功率与其尺寸慎密相关;假定您想要更年夜的音量,就须要更年夜的换能器,但在设计空间窄小的产物时能够没法应用换能器。可视门铃须要高声和清晰地输削发庭主人说的话,纵然在闹热热烈富贵情形中也必须做到这一点,同时还要保持小巧纤薄的形状。合适这些设计的智能扬声器,输入的功率也较低,是以更容易于因过热和超温而破损。但由于有了 TI 扬声器掩护算法,较小的扬声器也能安然输入较高音量,达致史无前例的优胜音质。

如图 3 所示,接纳扬声器掩护算法的 TI 智能镌汰年夜器,使工程师能够充实应用扬声器功效和输入更高的匀称功率,而又不会把换能器集成从设计中拿掉落落。在智能家居中,音量的视场所变换意味着访客坐在车里,纵然旁边有汽车飞驰而过,也能轻松听到主人的声响。

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图 3:扬声器掩护算法使扬声器能够输入比传统镌汰年夜器赶过两倍的音量,同时不会破损元器件

小形状装配散热不佳,也给赓续镌汰的智能家居产物带来了效果。热量可以风险外部组件,组成不良的用户体验,或许假定未能准确处置赏罚赏罚会惹起装配起火。设计时切记散热,就体现推敲 PCB 结构和铜线厚度,或部署如温度折返等功效使扬声器镌汰年夜器增添散热,措施是在过热忱况下,静态调治音频旌旗暗记的增益。在设计安然可靠产物的初始阶段,就必须切记热量治理。

4.应用先进的音频镌汰年夜器手艺/功效,请求深挚的专业手艺,而且实验起来有难度。

先进功效能处置赏罚赏罚许多效果,这在妄图研究阶段听上去很不错,但假定很难实验就没有甚么价值了,特殊关于首次设计音频的工程师而言更是云云。从零泉源构建特点或经由历程外部组件实验是艰辛的,一来不克不及有用应用 PCB 空间,二来须要电力电子和旌旗暗记处置赏罚赏罚方面的专业知识。为简化下一代产物的设计,TI 不只为镌汰年夜器集成了多种功效,而且还供应收费的软件工具赞助用户轻松控制它们。

PurePath Console 3 软件套装经由历程毗连各装备的评价模块(EVM)简化了对这些装备的操控,便于工程师在现代化且易于应用的图形用户界面中迅速调剂音频输入、标定设置和体现扬声器的特点。

徐徐调治和特点化向导及年夜量培训资源,拉平了与学习新工具相关的学习曲线(即,降低了学习难度,增添了学习时间)。该软件兼容多种 TI 音频评价模块(EVM),支持项目在未往复收新装备,软件套件则不须要变换。

由于功耗治理、扬声器掩护和音频平衡都集成到了 TI 装备中,经由历程 PurePath Console 软件可以轻松装备它们。它们只须要很少或完全不须要特此外软件开发使命,这使得我们应用这些装备和软件便能够创作缔造出高功耗治理效力、高保真的音频子系统,在前进用户知足度之余,有很年夜的控制能够契合全体项目时间部署。
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