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| 解决条形音响设计上的限制和困难 |
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| 文章来源： 更新时间：2016/8/23 10:59:00 |
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Intersil公司
在影像处理技术高速发展下，影像的品质越来越高，高清、3D等格式已经基本上成为平板电视标准规格。高质量影像同时推动高质量音响的需求，平板电视的简单音频设备及效果已经远远不能满足用户。用户盼望能享受到与影像匹配的高动态效果以及高保真重播和逼真的专业影院效果。
用户新需求产生了条形音响这种新产品。但是，为了与平板电视设计相配，特别是LED 超薄电视的出现后，条形音响的设计必须维持在一定的细薄尺寸，这要求对声音重播的动态进行限制。另外，一体化音箱的规格也限制了音频、音场的表现。在信号源处理上，除了传统上的立体声模拟音频信号外，市场也需求条形音响能同时处理通用的多声道加密信号，如杜比 AC3、 DTS和AAC。
英特矽尔（Intersil）D2Audio的 Digital Audio Engine (DAE) 一体化解决方案为平板电视，条形音响提供了完整的答案：专利数字处理技术(SoundSuite) 突破箱体小于并薄的限制，大大改善动态表现。强大的信号处理流程软件 (Audio Canvas III)，令定制设计师确切需要的数字信号处理流程更简单和快速。DAE产品系列支援包括杜比AC3、DTS及AAC等多种解码处理。另外，Intersil的多种成熟的虚拟处理技术可以满足不同客户的影院空间效果要求。
传统条形音响结构
首先，传统的条形音响系统架构简单分为输入接口及转换、数字信号处理器以及输出功率放大器三个部分，如图1所示。
图1 传统条形音响系统结构
输入接口及转换：一个外置的ADC（模数转换器），把模拟立体声信号转换成数字信号，S/PDIF Rx负责把数字光纤、数字同轴信号进行转换。这样一来，设计上就需要另外的PLL或SRC来支持不同采样频率的信号源。不仅如此，这种设计在EMI及Jitter方面考虑也不理想。
数字信号处理器：要求大量存储器支持，需要额外的MCU处理按键或者显示屏的工作，或需要额外DSP来满足虚拟环绕音频修正处理等需求。
输出功率放大器：从DSP输出的信号，需要外置DAC及PWM驱动让音频指标降级。PWM控制，纠正困难，同样的，在EMI方面考虑也不甚理想。如果是带有无线低音炮的系统，还需要DSP中产生低音炮的信号。
总的来说，使用传统的条形音响系统架构合计多达十多个元件。
D2Audio架构
Intersil D2Audio Simply Smarter SoundBar架构和传统的架构比较之后，可以发现D2Audio的架构可以减少总计一半左右的元件数量。D2Audio Simply Smarter SoundBar架构如图2所示。
图2 Intersil D2Audio Simply Smarter SoundBar架构
从这个框图可以看到输入的部分基本上都包含在芯片里面，所以数字的光纤或者都可以由这个芯片处理。内置SRC，支持不同采样频率信号，只需要Flash作为存储器。简单的系统可以不需要用MCU。在DSP方面，架构中包括完整系列DSP：DAE1/3/4/6，能支持不同处理应用需求。可控GPIO支持界面控制，内置PWM驱动，可以直推后级功放，也可以使用DSP调节PWM优化输出指标，提高效率，EMI及音频表现较为理想。Intersil IPS直驱后级，支持不同功率及配置需求。后处理I2S/SPDIF输出满足不同无线内容需求。
D2Audio特点
• SoC高度集成芯片设计让产品设计更紧密，更简单，更快速，更低的总体成本。
•英特矽尔D2Audio自主开发SoundSuiteTM 音频效果增强运算，提供丰富效果处理，同时节省昂贵第三方专利费用。
•先进的 DSP 控制编程软件Audio Canvas III让自主设计DSP信号流程变得更加简单，更加灵活，更加快速。
•英特矽尔 D2Audio 产品应用广泛，质量稳定。
开发工具
KS10/11-6T评估板特点：DAE-6/DAE-3作为DSP主控芯片；六路模拟输入；S/PDIF 数字输入，即光纤及同轴；支援IEC60958及IEC61937；六路喇叭放大输出，包括5路卫星喇叭及1路有源低音炮；支持立体声PWMDAC耳机输出；通过DSP的设定，支持5.1独立多声道或2.0、2.1、3.1、4.1虚拟多声道输出；另提供后处理信号源连接无线模块选项；D2Audio IPS集成30W后级功率放大器。
KS10/11-6T评估板规格：
•功率输出: 卫星喇叭8W×5，8Ω；低音炮: 30W，8Ω
•失真THD+N: < 0.5% (20Hz-20kHz, 8Ω, 30W)
•信噪比SNR/DNR: > 105dB (unweighted)
•频率响应: 20Hz~20kHz，+/- 0.5dB
•耳机输出
•完整的系统保护监控
•效率优化支持“Green Mode”及“Dynatiming”
KS10/11-6T评估板应用范围：
•平板电视，条形音箱:支持高至5.1声道
•电脑多媒体喇叭:支持高至5.1声道
•多声道家庭影院:支持高至5.1声道
•无线喇叭选项
KS10/11-6T评估板软件功能：
•多声道解码 (Dolby Digital，DTS，AAC)
•多声道虚拟环绕 (D2Audio WideSoundx4)
• Audio Canvas III 实时开发工具软件
用户可完全自编信号流程，自定义“Shell”创立允许客户自定义 I/O 满足硬件要求；保密复合块（Compound Block）允许客户自定义特殊保密功能模块，个性化调音面板创立允许客户根据要求设计控制面板风格，清晰视窗管理允许设计工程师更有效率操作及减低错误，有自动连接DSP功能。
KS10-6T评估板系统方块图如图3所示，其中，并英特矽尔产品有：DAE3/DAE6 D2-92633/92634/71583为数字音频处理控制芯片，ISL8540/ISL8560为高效率、低噪声、支持同步DC/DC的芯片，IPS1 D2-24044-MR为30W×2集成数字后级芯片。
图3 KS10-6T评估板系统方块图
在软件方面，Audio Canvas III开发工具如图4所示，Audio Canvas III具有众多功能模块。DSP 数字信号处理器控制，包括实时DSP资源跟踪处理、大量成熟的音频处理功能库以及用户自定保密复合音频处理模块（custom compound audio processing blocks）。硬件支持控制包括客户硬件平台支持和产品生产环境支持。可配置硬件接口支持（Shell Architecture）包括实时放大器硬件参数控制、独立声道PWM开关延时控制以及独立声道保护及硬件监控配置。
图4 Audio Canvas III开发工具界面
值得注意的是，开发工具具有一些特殊功能。第一个特殊功能是实时DSP资源跟踪处理，这个功能可以提供实时DSP最新可用MIPS资源，允许设计师更简单，更合理地设计信号流程，与此同时，也可以提供实时存储器可用空间。通过实时的资源变化，可以让用户实时根据情况进行设计。第二个特殊功能是用户自定保密复合模块，通过这个功能，用户可以定义一个简单的新模块，用户可以直接使用这个新模块中可调的寄存器。第三个特殊功能是独立声道PWM延时控制，其中包括输出开关延迟时间控制、最小脉宽调节、输出交错延迟控制。
无线低音炮配套参考设计ZS100-3如图5所示。由于现在的条形音响主箱体外形很薄，那么低音的表现通常没办法满足需求，所以现在大部分的设计都会外挂一个无线低音炮。DAE-4 DSP芯片通过无线模块可以接收到从主箱体发出的低音炮信号，通过DAE-4增加DSP补偿和低音效果，可以达到100W，10Ω的输出功率。另外，在一些特别的产品里面，通过DSP的调节，可以支持100W、50W和25W三路输出。
图5 无线低音炮配套参考设计ZS100-3
总结
新一代条形音响设计的重点考虑因素包括音响的表现，丰富的产品线以满足不同客户不同要求和丰富广泛的软件支持。
D2Audio在系统设计的考虑上，最值得关注的是外围元件的减少，当设计变得简单，成本也随之降低了，当设计简单了以后，还有一个好处就是生产出错的问题也可以大大降低。D2Audio可以使客户按照自己的需要、自己的经验简单快速地完成开发设计自己的DSP软件，同时让系统功能更加特别，增加差异化。
问答选编
问：请问一体化解决方案是基于什么芯片方案实现的？
答：一体化解决方案的意思是针对目前的条形音响，Intersil有整体的解决方案，根据整体输出功率及声道不同，提供不同的方案。例如，现在比较常见的2.1声道，有3合1的DAE-4P方案，每个通道的输出功率可以达到30W，如果需要更高的功率则需要用Intersil其他的方案，例如DAE-3，DAE-6等。
问：D2Audio系列的动态范围实际上能达到多少?
答：D2Audio系列芯片动态范围超过-120Db，在产品层面上，基本上可以到达-100dB的动态范围指标。
问：解决方案可以同时输出几路音频信号？
答：从简单的4路到最高的12路输出。DSP可以设置输出的格式去满足设计的要求。
问：可以提供的最大功率是多少？
答：可以提供的最大功率在于设计架构及目标市场定义。在Intersil完全集成的方案中使用2.1声道，左右声道可以提供各30W的输出功率。 低音炮则可以自己通过有源的方式提供功率50W以上。 如果使用D2-IPS（D2-24044）设计成全桥的，每个通道也可以提供功率30W，或者使用外置的MOSFET，功率可以更高。Intersil现有的评估方案整体输出可以提供功率1200W。
问：DAE-3与DAE-6的在相同功率输出的情况下，功耗上哪个更有优势？
答：DAE-3与DAE-6二者本质是一样。不同的地方在于声效处理上面，所以DAE-3与DAE-6在功率上没有区别。
问：条形音响对扬声器的阻抗功率有没有要求？
答：条形音响对扬声器的阻抗功率基本上是没有要求的。但是，一般来说，主箱体要求比较薄，因此功率太大的话容易使箱体不稳定。一般现在几乎都是固定在20W~25W左右。
问：采用D2Audio处理音频信号，其失真和噪音能达到什么水平?
答：音频功放的指标主要取决于输出级的指标，DAE方案的信噪比在120dB以上，失真度非常小，几乎可以忽略不计。
问：如何通过微机进行应用设计与操作？
答：如果使用Intersil的产品，Intersil会提供专门的软件， Canvas II或者CanvasIII，通过软件就可以直接进行设计、调试等工作，会配备I2C转换USB的模块。
问：采用D2Audio音频IC设计时，不同的扬声器会有哪些不同？需要注意哪些问题？
答：不同的喇叭它的输出特性取线会有不同，主要体现在SPL这个数据上。SPL的表现直接影响人们听出来的声音感觉。D2Audio提供的parametric EQ可以优化及纠正喇叭在SPL出现的问题。Parametric EQ除了可以改变频率和增益外，EQ的频宽Q-factor也可以案需要去调节。
问：KS10/11-6T评估板都包含哪些配件？
答：KS10-6和KS11-6T包括了六路喇叭输出，输入部分带有六路模拟及光纤/同轴，支持Dolby和DTS 解码。基本上只需要提供单路25V供电就可以了。 连接电脑后直接可以利用Audio Canvas III 去控制和设置DSP数据，是一个容易，简单的平台。
问：Intersil D2Audio，Digital Audio Engine(DAE)一体化解决方案的适用范围？
答：从简单的两路音响系统，到现在流行的iPhone/iPad docking station、电视的声音条音箱、汽车音响和高端专业音响都适合。
问：在生产厂的应用或产品应用的案例有哪些？
答：有应用于Ipod docking的，也有用于条形音响的，还有应用于计算机有源音响的。
问：D2Audio音频SoC适合那些类型的扬声器?
答：选择扬声器和功率输出级有关系，只有DAE-4P是集成了功放级，如果是全桥输出，建议用8Ω的扬声器。
问：32kHz~192kHz的采样率范围适用于哪些应用？
答：各种数字音频的取样频率是不一样的，比较通用的是48k Hz，新的音频标准可能会用到192k Hz，所以DAE系列产品集成了SRC功能块，以支持各种各样的信号。
问：DAE-6系列与先前的DAE-3系列引脚是否兼容？
答：是的，DAE3和DAE6的封装和引脚是兼容的。
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