在智能音箱的設(shè)計(jì)過程中，功放設(shè)計(jì)和 AEC電路回采是極為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，它們直接影響著音箱的音質(zhì)、穩(wěn)定性以及整體性能。今天就來和大家分享一下在這兩方面的6點(diǎn)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)心得。讓你一文搞定智能音箱硬件設(shè)計(jì)：功放與AEC回采設(shè)計(jì)要點(diǎn)。
一、功放類型大PK：效率是關(guān)鍵！
面對(duì)多種功放類型，如何選擇？
- A類 (純甲類)：線性度最好，音色純凈自然，高保真。但效率極低(20%-30%)，發(fā)熱巨大。
- B類 (乙類)： 效率較高(約70%)。但存在“交越失真”，音質(zhì)有妥協(xié)。
- AB類 (甲乙類)： A類和B類的折中。效率待提升，但顯著改善了交越失真，是多年前，汽車用音響等領(lǐng)域的常用方案。
- D類 (模擬輸入和數(shù)字信號(hào)2種通信)： 基于高速開關(guān)工作原理。優(yōu)點(diǎn)顯著：效率超高！ (90%以上) 。發(fā)熱極小體積可以做得很緊湊。
結(jié)論： 為實(shí)現(xiàn)≥85%的高效率目標(biāo)，成本限制，高效D類功放是不二之選！
追求更多的音效算法，和效率---數(shù)字功放最優(yōu)選！讓小體積設(shè)備也能擁有澎湃音質(zhì)！
二、電路關(guān)鍵點(diǎn)：功放輸出濾波
- 輸出濾波（核心）：因D類功放輸出的是高頻PWM方波，需要LC低通濾波器還原成平滑的音頻信號(hào)。根據(jù)奈奎斯特定理，濾波器的截止頻率必須遠(yuǎn)高于音頻最高頻率（通常>30kHz），才能有效濾除PWM載波（通常在幾百kHz）而不影響音頻本身。原因：人耳可聽音頻上限為20kHz。
- LC元件選擇的參數(shù)如何選擇：截止頻率(fc) > 30kHz。
- 計(jì)算公式：
fc=1/(2πLC) （例圖中計(jì)算約為27kHz）。
三、電路關(guān)鍵點(diǎn)：喇叭信號(hào)回采AEC電路作用！
AEC的全稱是Acoustic Echo Cancellation (聲學(xué)回聲消除)的核心功能是從喇叭（揚(yáng)聲器）輸出端提取音頻信號(hào)，用于后續(xù)的信號(hào)處理（如回聲消除、音質(zhì)監(jiān)測(cè)、反饋控制等）。
回聲消除：如智能音箱中，麥克風(fēng)會(huì)同時(shí)拾取環(huán)境音和喇叭播放的聲音，回采喇叭信號(hào)后，可通過算法抵消這部分 “回聲”，讓語音識(shí)別更準(zhǔn)確；
音質(zhì)監(jiān)測(cè)：實(shí)時(shí)采集喇叭信號(hào)，分析失真、噪聲等參數(shù)，反饋給功放調(diào)整輸出；
反饋控制：在功放電路中，回采信號(hào)用于閉環(huán)控制，穩(wěn)定輸出功率或降低失真。
四、關(guān)鍵設(shè)計(jì)需求--回采電路需解決3個(gè)核心問題
信號(hào)電平適配：
喇叭兩端電壓通常較高（功放輸出可能達(dá)±10V及更高）而后續(xù)處理的芯片（如ADC、DSP）音頻輸入范圍有限（通常0~3.3V），需將高電壓衰減到安全范圍。
無干擾原電路：
回采電路不能影響喇叭正常工作（如分流導(dǎo)致音量變小）因此輸入阻抗需足夠高，避免“加載”到喇叭回路。
信號(hào)保真與降噪：
保留音頻信號(hào)（20Hz~20kHz），濾除高頻噪聲、電源干擾等。
典型電路結(jié)構(gòu)通常由衰減網(wǎng)絡(luò)、濾波電路、耦合整組成，以下是具體原理：
1. 衰減網(wǎng)絡(luò)：降低信號(hào)電壓。喇叭兩端的音頻信號(hào)是交流電壓，用電阻串聯(lián)，可將比如±10V信號(hào)衰減至±0.9V（符合ADC輸入范圍）。分壓電阻需選用高精度1%誤差、低溫漂電阻，避免信號(hào)失真；總阻抗需足夠高，確保對(duì)喇叭回路的分流可忽略（不影響喇叭電流）。
2. RC低通濾波電路：保留有效信號(hào)，濾除噪聲。喇叭是感性負(fù)載（音圈有電感），且功放輸出可能混入高頻噪聲（如開關(guān)電源干擾、射頻干擾），需通過濾波電路提取純凈的音頻信號(hào)（20Hz~20kHz）。計(jì)算公式：fc=1/(2πrc)。截止頻率可濾除20kHz 以上的高頻噪聲，保留音頻信號(hào)。
3. 耦合：適配后續(xù)電路的信號(hào)極性喇叭信號(hào)是交流信號(hào)，還有別的感擾信號(hào)，需通過電容耦合到ADC芯片。
五、完整喇叭信號(hào)回采的工作流程為：
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plaintext喇叭輸出端（高電壓交流信號(hào)）
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→ 衰減網(wǎng)絡(luò)：電阻分壓，降低電壓至安全范圍。
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→ 濾波電路：RC低通/高通，濾除噪聲，保留20Hz~20kHz音頻。
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→ 送入ADC/DSP（將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)）
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→ 算法處理（如回聲消除、失真分析等）
六、關(guān)鍵參數(shù)與設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)
衰減比計(jì)算：根據(jù)喇叭最大電壓和ADC輸入上限計(jì)算，例如喇叭最大±30V，ADC上限 3.3V，需衰減比≥30:3.3≈9:1（實(shí)際取 10:1 留冗余）；
阻抗匹配：回采電路輸入阻抗需≥喇叭阻抗的10倍（如4Ω喇叭，回采輸入阻≥40Ω，實(shí)際通常用10kΩ以上），避免分流影響喇叭音量；
接地處理：回采電路需單點(diǎn)接地，避免與功放、麥克風(fēng)電路共地引入噪聲；
動(dòng)態(tài)范圍：衰減后的信號(hào)峰峰值需小于ADC滿量程（如 3.3V ADC，信號(hào)峰峰值 ≤3V），避免削波失真。通常音頻信號(hào)小于1V。
通過以上設(shè)計(jì)，喇叭信號(hào)回采電路可在不干擾喇叭工作的前提下，準(zhǔn)確提取音頻信號(hào)，為后續(xù)的回聲消除、音質(zhì)優(yōu)化等功能提供原始數(shù)據(jù)支撐。
重點(diǎn)總結(jié)：對(duì)于不同DSP芯片，AEC電路不同！
對(duì)于有ADC輸入的芯片，喇叭直接用衰減電路，后接入芯片的模擬音頻輸入口。
（PS：有些芯片內(nèi)部支持ADC輸出檢測(cè)，軟件自帶AEC功能，更省事）對(duì)于沒有ADC輸入的芯片，如I2S通信，需增加 ADC轉(zhuǎn)換芯片。
AEC回采信號(hào)通過差分走線輸入到ADC芯片，MIC信號(hào)通常在mV級(jí)別，注意輸入信號(hào)不要超過芯片輸入的最大范圍內(nèi)，避免信號(hào)削波失真！ |
