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如何從微型揚(yáng)聲器中獲得更響亮的聲音

星星科技指導(dǎo)員 ? 來(lái)源:Maxim ? 作者:Greg Mow,Michael Tu ? 2022-05-26 14:36 ? 次閱讀

當(dāng)您準(zhǔn)備工作時(shí),您開(kāi)始從智能手機(jī)播放您最喜愛(ài)的音樂(lè)。你刷牙,穿好衣服,讓音樂(lè)把你帶到你最后一次看到這個(gè)樂(lè)隊(duì)演奏的音樂(lè)會(huì)場(chǎng)地。聲音如此豐富,如此響亮,以至于您幾乎忘記它來(lái)自您的手機(jī)

隨著趨勢(shì)繼續(xù)朝著更小、更時(shí)尚的外形發(fā)展,您的工程師想知道:“如何確保我的便攜式設(shè)備能夠繼續(xù)提供消費(fèi)者所需的更響亮、更豐富的聲音?我的設(shè)備如何跟上其他時(shí)尚、高性能的消費(fèi)設(shè)備?我的客戶(hù)什么時(shí)候會(huì)要求獲得同樣的體驗(yàn)?”

微型揚(yáng)聲器已在手機(jī)、平板電腦、個(gè)人電腦、可穿戴設(shè)備、游戲系統(tǒng)甚至物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中無(wú)處不在。智能手機(jī)率先推動(dòng)了這些微型揚(yáng)聲器的大規(guī)模采用,這些微型揚(yáng)聲器與傳統(tǒng)揚(yáng)聲器相似,但更簡(jiǎn)單且體積更小。當(dāng)今傳統(tǒng)揚(yáng)聲器中的動(dòng)態(tài)揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器具有三個(gè)基本組件:振膜、音圈和磁鐵。

隔膜是一張扁平的紙、塑料或金屬。偏移是產(chǎn)生聲音的隔膜的運(yùn)動(dòng)。

“音圈”是一個(gè)非常細(xì)的絕緣線線圈,用于在施加變化的電流時(shí)制造可變電磁體。音圈附在膜片上。

磁鐵提供一個(gè)靜磁場(chǎng),因此音圈可以推拉它。

微型揚(yáng)聲器具有與傳統(tǒng)揚(yáng)聲器相同的三個(gè)基本組件,但由于其尺寸,結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單得多。(微型揚(yáng)聲器通常比存儲(chǔ)卡小。)。

當(dāng)揚(yáng)聲器振膜移動(dòng)產(chǎn)生聲音時(shí),它會(huì)在前面產(chǎn)生聲波。但是,它也會(huì)在后面產(chǎn)生相反相位的聲波。如果前波沒(méi)有與后波分開(kāi),它們可以抵消。這就是為什么揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器安裝在盒子或外殼內(nèi)的原因;外殼確保后波不會(huì)抵消前波。盒子的實(shí)際尺寸和形狀通常取決于最終產(chǎn)品的外形尺寸。盒子越小,揚(yáng)聲器系統(tǒng)的效率就越低,這是由于移動(dòng)的膜片對(duì)盒子中微小的空氣量的推拉產(chǎn)生的背壓。

所有揚(yáng)聲器都有一個(gè)最大額定功率,其限制由兩個(gè)關(guān)鍵因素驅(qū)動(dòng):熱(在微型揚(yáng)聲器部件熔化之前音圈可以變得多熱)和機(jī)械(在發(fā)生機(jī)械破損之前隔膜可以移動(dòng)多遠(yuǎn)) 。 隨著揚(yáng)聲器變小,它們的響度或聲壓級(jí) (SPL) 會(huì)下降,而共振頻率會(huì)上升,從而導(dǎo)致低音減少。用力驅(qū)動(dòng)這些揚(yáng)聲器可以增加響度和低音響應(yīng);但是,如果沒(méi)有適當(dāng)?shù)膿P(yáng)聲器保護(hù),這種方法很容易損壞微型揚(yáng)聲器,因?yàn)樗鼤?huì)導(dǎo)致過(guò)熱和過(guò)度偏移。

為了正確保護(hù)揚(yáng)聲器,放大器中提高音頻信號(hào)響度的算法必須了解揚(yáng)聲器的特性(例如,其外殼內(nèi)的諧振頻率、偏移限制和音圈熱限制)。采用傳統(tǒng)方法的設(shè)計(jì)人員將不得不進(jìn)行耗時(shí)、復(fù)雜的揚(yáng)聲器表征工作,或者依賴(lài)供應(yīng)商來(lái)完成。在考慮使用不同揚(yáng)聲器的多個(gè)項(xiàng)目時(shí),可以想象這種努力如何對(duì)上市時(shí)間產(chǎn)生負(fù)面影響,增加設(shè)計(jì)復(fù)雜性以及增加所需的設(shè)計(jì)資源。

Maxim 的 DSM 驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器超越最大額定功率

在這個(gè)快速發(fā)展的世界中,消費(fèi)者不愿意以音頻性能換取外形尺寸。今天,他們需要性能和時(shí)尚的設(shè)計(jì)。幸運(yùn)的是,有一種方法可以使用 Maxim 的專(zhuān)利動(dòng)態(tài)揚(yáng)聲器管理 (DSM?) 技術(shù)安全地驅(qū)動(dòng)微型揚(yáng)聲器超出其指定的最大額定功率。DSM 算法以業(yè)界領(lǐng)先的功耗提供更響亮的聲音和更豐富的低音。采用 Maxim 久經(jīng)考驗(yàn)的熱保護(hù),它根據(jù)音圈的溫度系數(shù) (Ohms/C) 和直流電阻 (RDC) 對(duì)揚(yáng)聲器進(jìn)行建模,DSM 允許設(shè)計(jì)工程師安全地將揚(yáng)聲器推至超出其規(guī)定的額定功率,以最大限度地提高響度。DSM 還提供偏移保護(hù),允許設(shè)計(jì)人員將揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)到指定的偏移限制,

Maxim 的 DSM 智能放大器采用我們的高性能電流和電壓 (IV) 傳感放大器,并將我們的專(zhuān)利 DSM 算法集成到易于使用的固定功能 DSP 中。Maxim 最新的帶 DSM 的智能放大器是MAX98390,這是一款升壓型數(shù)字 DG DSM 智能放大器。MAX98390,采用 6.3mm 2封裝,通過(guò)安全地將更高的功率水平(高達(dá) 5.1W)驅(qū)動(dòng)到通常額定功率低得多(高達(dá)約 3W)的微型揚(yáng)聲器中,釋放系統(tǒng)的全部音頻潛力。與傳統(tǒng)的 5V 放大器相比,MAX98390 可提供高達(dá) 2.5 倍的響度和兩個(gè)八度的低音。其約 24mW 的靜態(tài)功耗幾乎是最接近的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的一半,該器件還提供 86% 的峰值效率,這兩者都有助于延長(zhǎng)終端設(shè)備的電池壽命。除了這些行業(yè)領(lǐng)先的功耗規(guī)格外,MAX98390 還具有感知功率降低 (PPR) 功能,通過(guò)使用通過(guò) DSM 獲得的揚(yáng)聲器 SPL 響應(yīng)以及人類(lèi)聽(tīng)覺(jué)閾值,動(dòng)態(tài)消除高達(dá) 25% 的功率聽(tīng)者聽(tīng)不見(jiàn)的部分音頻信號(hào)。

在固定功能 DSP 中實(shí)現(xiàn)我們的算法消除了對(duì)復(fù)雜編程的需要。我們易于使用的 DSM Sound Studio GUI 也有助于減少設(shè)計(jì)時(shí)間和設(shè)計(jì)資源。DSM Sound Studio GUI 可實(shí)現(xiàn)快速輕松的揚(yáng)聲器表征、聲學(xué)調(diào)諧和原型設(shè)計(jì)。GUI 還自動(dòng)為 MAX98390 生成完整的寄存器映射,包括揚(yáng)聲器保護(hù)和調(diào)諧參數(shù),只需在啟動(dòng)時(shí)加載到放大器中。這消除了復(fù)雜的編程:只需打開(kāi)放大器,初始化 I2C 寄存器,然后開(kāi)始播放音頻。DSM Sound Studio 具有快速演示功能,它使用我們的合作伙伴之一PUI Audio提供的參考揚(yáng)聲器,讓您在幾分鐘內(nèi)就能聽(tīng)到 DSM 的不同之處。

審核編輯:郭婷

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