一種提升音響續(xù)航能力的方法

摘要：隨著鋰電池的普及，越來(lái)越多的音響內(nèi)置了電池。但由于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，誰(shuí)能在成本不變的前提下，提高音響的續(xù)航能力，哪怕一點(diǎn)點(diǎn)，都會(huì)在市場(chǎng)上占領(lǐng)先機(jī)。目前常見(jiàn)的提高續(xù)航的方法有增加電池容量、硬件動(dòng)態(tài)調(diào)壓等。增加電池容量會(huì)使得音響加重，不方便攜帶。硬件動(dòng)態(tài)調(diào)壓會(huì)提高音響的電子成本。本文介紹一種基于軟件實(shí)現(xiàn)的動(dòng)態(tài)調(diào)壓方法，以實(shí)現(xiàn)在成本不變的前提下，提高音響的續(xù)航能力。

關(guān)鍵詞：續(xù)航、音響、動(dòng)態(tài)調(diào)壓

1.硬件動(dòng)態(tài)調(diào)壓

硬件動(dòng)態(tài)調(diào)壓是指通過(guò)硬件電路來(lái)控制功放兩端的供電電壓，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)省電的目的。這種方法由于增加了硬件電路，所以成本有所增加。下圖是TI公司提供的典型動(dòng)態(tài)調(diào)壓電路：

其中，J5 J6分別是模擬音頻輸出的左右聲道，經(jīng)過(guò)運(yùn)放處理后，控制Q1BSS138的導(dǎo)通電流，以改變并在R2兩端的阻值，進(jìn)而改變VOUT的輸出。

2.軟件動(dòng)態(tài)調(diào)壓

軟件調(diào)壓的原理是將當(dāng)前播放的音頻文件的能量值計(jì)算出來(lái)，根據(jù)該能量值來(lái)調(diào)節(jié)功放供電電壓，進(jìn)而達(dá)到省電的目的。

2.1能量值計(jì)算

通過(guò)調(diào)節(jié)值，來(lái)改變Q（n） 的輸出，進(jìn)而控制輸出電壓。

2.2嵌入式平臺(tái)實(shí)現(xiàn)框圖

QCC5125是高通公司QCC5100系列芯片中的一員，是一款低功耗藍(lán)牙soc，支持SBC、AAC、APTX adaptive等協(xié)議，可廣泛應(yīng)用于藍(lán)牙音響、立體聲TWS耳機(jī)、耳塞等產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。下圖為芯片內(nèi)部組織框圖：

下圖是基于QCC5125平臺(tái)的動(dòng)態(tài)調(diào)壓實(shí)現(xiàn)：

（1）Audio Stream：來(lái)自外部的音頻數(shù)據(jù)流，例如BT-A2dp、wifi流媒體、usb-audio、line-in、optical等。

（2）Audio Post Processing：包括EQ、DRC、虛擬環(huán)繞等音效。

（3）動(dòng)態(tài)調(diào)壓算法：根據(jù)當(dāng)前的音頻輸入計(jì)算出能量值。

（4）Audio output：經(jīng)過(guò)EQ、DRC、虛擬環(huán)繞等音效處理后的音頻數(shù)據(jù)流。

（5）Power Amplifier：電壓可調(diào)節(jié)的放大器。

（6）PWM output：根據(jù)計(jì)算的能量值實(shí)時(shí)調(diào)整GPIO的脈寬占空比，進(jìn)而達(dá)到調(diào)整輸出電壓的目的。

2.3 算法運(yùn)行平臺(tái)要求

動(dòng)態(tài)電壓調(diào)整模塊運(yùn)算性能要求可以參考QC5125平臺(tái)的性能：

QCC5125平臺(tái)的DSP參數(shù)：

DSP RAM： 80kB （ P ） + 256kB （ D ）

DSP Technology： 1x Qualcomm? Kalimba? DSP， Configurable DSP

DSP Clock Speed： 1x 120 MHz DSP

3.測(cè)試方法

采用QCC5125藍(lán)牙芯片作為主控，選用兩款不同的DAC芯片，其中MA12070內(nèi)部自帶動(dòng)態(tài)調(diào)壓電路，TI3130不帶動(dòng)態(tài)調(diào)壓電路，但在QCC5125端運(yùn)行軟件動(dòng)態(tài)調(diào)壓算法。

3.1測(cè)試平臺(tái)介紹：

（1）平臺(tái)1：QCC5125+TI3130

（2）平臺(tái)2：QCC5125+Meruse MA12070

（3）電池都是 LG 18650 4.2v/2600mah 新電池。

（4）兩個(gè)平臺(tái)分別連接相同型號(hào)的手機(jī)OPPO A53;

（5）兩個(gè)平臺(tái)循環(huán)播放同一播放列表。

3.2測(cè)試步驟

（1）測(cè)試前，兩平臺(tái)都是用4歐姆電阻負(fù)載，播放0db正弦波，調(diào)整音量使負(fù)載端測(cè)得5W RMS功率;

（2）兩平臺(tái)在各自標(biāo)定5W輸出的音量下，開(kāi)始循環(huán)播放10首混合風(fēng)格的測(cè)試歌曲;

（3）測(cè)試從電池4.2v掉到3.0v結(jié)束，統(tǒng)計(jì)播放時(shí)長(zhǎng);

（4）兩平臺(tái)設(shè)計(jì)峰值功率20W，功放最高供電電壓14V，meruse功放自帶4段電壓調(diào)制，標(biāo)稱高效省電，merus固定14V供電。TI使用動(dòng)態(tài)電壓供電。

3.3測(cè)試結(jié)果

由此可見(jiàn)，同樣的測(cè)試條件下，merus播放（紫色曲線）從11：54持續(xù)到了15：54。而運(yùn)行了動(dòng)態(tài)調(diào)壓算法的TI平臺(tái)，播放（黃色曲線）從11：54持續(xù)到了18：40。

4.總結(jié)

本文實(shí)現(xiàn)了一種軟件動(dòng)態(tài)調(diào)壓的算法，進(jìn)而提高了帶電池音響的續(xù)航能力，無(wú)需增加額外的成本。只要能計(jì)算出音頻文件的能量值，就可以實(shí)現(xiàn)控制，對(duì)主芯片的占用資源很少，可適用于藍(lán)牙音響、智能語(yǔ)音音響等便攜式個(gè)人消費(fèi)類產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王利軍，詹克團(tuán).可動(dòng)態(tài)調(diào)壓的DC-DC轉(zhuǎn)換電路。CN201711455399.2

[2] 張松濤，一種動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)輸出電壓的Buck電路及動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)方法。CN112350575

作者簡(jiǎn)介：

姓名：耿海飛 出生年：1985-7-23 性別：男 籍貫：山西省晉中市 民族：漢

職稱：資深工程師 學(xué)歷：華南理工大學(xué)碩士 研究方向： 嵌入式系統(tǒng)集成

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