為聽戴式設計選擇音訊放大器

作者 : Steve Taranovich

在聽戴式裝置設計,類比電路透過麥克風轉換聲音,進行放大和調節後,再將其發送到MCU,進一步調節並過濾訊號,最後驅動微型揚聲器...

「音訊放大器」(audio amplifier)是插入耳內或置於耳後的智慧聽戴式裝置(hearable devices;無論是有線的還是無線)之主要組成部份。

針對聽戴式裝置設計,類比電路透過麥克風轉換聲音,進行放大和調節後,再將其發送到微控制器(MCU),讓MCU進一步調節並過濾訊號,最後驅動微型揚聲器,將訊號傳送至耳膜。基於微處理單元(MPU)的數位處理可以促進背景雜訊和聲學反饋消除,增強語音效果,並提供自動增益控制(AGC)。

圖1:方塊圖中顯示聽戴式裝置設計的基本建構模組。(來源:Texas Instruments)

音訊放大器採用線性模式的電晶體來形成輸出電壓,該輸出電壓可說是輸入電壓的可縮放版本。

音訊系統通常使用A類(class A)、B類(class B)和AB類(class AB)放大器。但是,對於微型的聽戴式裝置,B類和AB類放大器由於功耗很大,因此並不是務實的選擇。只要設計工程師能夠確保在放大器的線性範圍內操作,為前置放大器(pre-amp)選擇一款有助於降低失真的A類放大器似乎才是理想的選擇。

A類放大器具有低失真和迴音。問題在於,當使用小型電池時,A類放大器的能耗較高,動態範圍也不大。因此,A類放大器的高能效版本——H類(class H)前置放大器或許會是更好的選擇。

然而,實際上,D類放大器正逐漸成為聽戴式設計的最佳選擇。早在1958年即已被提出的D類放大器,其功耗比上述的放大器更少得多了。因此,D類放大器更具有能源效率,並因而延長了電池壽命。

圖2:數位輸入的D類放大器讓系統設計幾乎得以隨插即用。(來源:Maxim Integrated)

更重要的是,D類放大器無需使用數位類比轉換器(DAC)的需求,因而能夠直接驅動揚聲器。聲音不必經過數位處理,因此,放大後的聲音更清晰、更自然,也更悅耳。

在將更具功效的放大功能帶到聽戴式裝置等小型裝置方面,D類放大器顯然扮演著至關重要的角色。醫療助聽器正是D類放大器的電源效率和低雜訊特性得以大顯手的另一項設計前線。

編譯:Susan Hong

(參考原文:Audio amplifier selection in hearable designs,by Steve Taranovich)

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