隨著汽車油耗標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高（根據(jù)美國環(huán)境保護(hù)署的規(guī)定，2026年每加侖汽油的行駛里程需提升至40英里），汽車音響設(shè)計(jì)人員面臨的挑戰(zhàn)是如何提供身臨其境的音頻體驗(yàn)，同時(shí)減輕車輛重量并提高整體效率。
如果需要設(shè)計(jì)汽車外部放大器，可以通過增加輸出功率、利用更高阻抗的揚(yáng)聲器以及在系統(tǒng)中實(shí)施H類控制來升級音頻系統(tǒng)架構(gòu)，從而增強(qiáng)用戶體驗(yàn)。本文將詳細(xì)介紹每種方法，包括這些方法對音頻系統(tǒng)重量和性能的影響。
使用更高的電源電壓和更高的輸出電流支持更高的輸出功率
除了原始設(shè)備制造商 （OEM） 要求減輕車輛重量外，消費(fèi)者還希望獲得出色的音頻性能，能夠在車內(nèi)享受身臨其境的音頻體驗(yàn)。為了開發(fā)能帶來這種體驗(yàn)的系統(tǒng)，設(shè)計(jì)人員喜歡集成性能更強(qiáng)大的低音炮：這些低音炮能夠持續(xù)輸出震耳欲聾的低音，并提供更大動態(tài)范圍（以分貝計(jì)量的最低聲音和最高聲音之間的差異）的聲音復(fù)制。
為了增加動態(tài)范圍以及提高輸出功率，可考慮提高輸入電源電壓。表1展示了在揚(yáng)聲器阻抗增加時(shí)為了保持75W輸出功率而需要的電源電壓和輸出電流值。
表1：各種通道需求之間的關(guān)系（相同功率）
表2展示了增加的功率需求與電源電壓/輸出電流之間的相關(guān)性。在本例中，為了提高輸出功率，需要在相同的揚(yáng)聲器阻抗下增加電源電壓和輸出電流。
表2：各種通道需求之間的關(guān)系（增加功率）
為何高阻抗揚(yáng)聲器可以減輕整體重量
如表1所示，使用高阻抗揚(yáng)聲器的一個(gè)好處是，在保持相同輸出功率的情況下，輸出電流顯著下降。進(jìn)而，由于所需的輸出電流降低，也可以減小銅線的相對尺寸（直徑）。例如，在相同輸出功率下，與4Ω或2Ω揚(yáng)聲器相比，8Ω揚(yáng)聲器可以使用直徑更小的銅線，這有助于減輕音頻電纜的重量。圖1所示的簡化安裝圖展示了一個(gè)六揚(yáng)聲器汽車音頻系統(tǒng)，每扇車門有一個(gè)中音揚(yáng)聲器，后部還有兩個(gè)額外的揚(yáng)聲器，總共需要大約76英尺的銅線來連接所有揚(yáng)聲器。
圖 1：連接典型的六揚(yáng)聲器汽車音頻系統(tǒng)所需的銅線長度
增加揚(yáng)聲器阻抗的一個(gè)好處是可以減小電纜直徑。再加上通常情況下用于將所有揚(yáng)聲器連接到音頻外部放大器的布線十分輕量，因此可真正降低音頻系統(tǒng)的整體重量。
實(shí)施 H 類控制以優(yōu)化系統(tǒng)效率并進(jìn)一步減輕重量
如圖2所示，在傳統(tǒng)的音頻系統(tǒng)中，為了提供音頻負(fù)載所需的峰值功率，電源解決方案通常將所有揚(yáng)聲器的音頻放大器電源電壓（標(biāo)記為PVDD）設(shè)置為所需的最高電壓。
圖 2：未實(shí)施 H 類控制的傳統(tǒng)音頻系統(tǒng)中的 PVDD
實(shí)施“H類控制”技術(shù)（使用汽車D類音頻放大器，例如TAS6584-Q1）可以優(yōu)化提供給放大器的PVDD電壓（請參閱圖3），并動態(tài)跟蹤音頻波形的包絡(luò)。H類控制可以顯著提高音頻設(shè)計(jì)的效率，并節(jié)省了原本PVDD電壓固定為42V時(shí)會耗散的功率。
圖 3：采用H類控制的PVDD
為了進(jìn)一步說明H類控制對效率的影響，讓我們看一下表3中的數(shù)據(jù)。表3使用基于TAS6584-Q1的汽車H類音頻和跟蹤電源參考設(shè)計(jì)來啟用或禁用H類控制，比較了系統(tǒng)中的電源輸入 （Pin） 與功耗 （Pout）。利用H類控制，升壓電源控制器和音頻放大器之間的系統(tǒng)效率增益接近10%。
表 3：使用 H 類控制提高效率
如圖 4 所示，提高效率還可以降低外部放大器的總體功率損耗。
圖 4：不使用 H 類控制降低總體功率損耗
為了進(jìn)一步說明這一點(diǎn)，讓我們看一下TAS6584-Q1音頻放大器和LM5123-Q1升壓控制器電源在啟用和禁用 H 類控制時(shí)的熱像儀圖像，并比較它們的熱特征。圖 5 展示了 H 類控制的實(shí)施如何顯著降低總熱負(fù)荷。
如圖 5 所示，H 類控制效率的提高（通過降低功率損耗）有助于降低熱負(fù)荷，從而可以選擇更小的散熱器來散發(fā)內(nèi)部熱量。
圖 5：不采用和采用 H 類控制時(shí)的溫度對比
表 4：LM15123-Q1 和 TAS6584-Q1 熱成像的溫度比較表
結(jié)語
希望本文已經(jīng)清晰地為各位介紹了如何利用更高阻抗的揚(yáng)聲器和實(shí)施 H 類控制來幫助您開發(fā)重量更輕的音頻系統(tǒng)以及外部放大器減輕重量如何轉(zhuǎn)化為延長車輛續(xù)航里程這一優(yōu)勢。這將幫助您在整體音頻設(shè)計(jì)中加入更多數(shù)量的揚(yáng)聲器通道并為現(xiàn)有數(shù)量的汽車揚(yáng)聲器增加每個(gè)通道的總體平均輸出功率。
關(guān)于德州儀器 （TI）
德州儀器（TI）（納斯達(dá)克股票代碼：TXN）是一家全球性的半導(dǎo)體公司，致力于設(shè)計(jì)、制造、測試和銷售模擬和嵌入式處理芯片，用于工業(yè)、汽車、個(gè)人電子產(chǎn)品、通信設(shè)備和企業(yè)系統(tǒng)等市場。我們致力于通過半導(dǎo)體技術(shù)讓電子產(chǎn)品更經(jīng)濟(jì)實(shí)用，創(chuàng)造一個(gè)更美好的世界。如今，每一代創(chuàng)新都建立在上一代創(chuàng)新的基礎(chǔ)之上，使我們的技術(shù)變得更小巧、更快速、更可靠、更實(shí)惠，從而實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體在電子產(chǎn)品領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，這就是工程的進(jìn)步。這正是我們數(shù)十年來乃至現(xiàn)在一直在做的事。
