人們在智慧型手機、平板電腦或其他可攜式裝置上消費的內容似乎沒有盡頭。隨著智慧型手機螢幕變得越來越大、越來越亮,並提供更好的整體視覺體驗,消費者不僅僅透過耳機,而是正以全新的方式體驗行動內容。朋友聚在一起,把手機橫過來利用手機的外部喇叭看視訊、分享觀看和聆聽的體驗很常見。

多年來,許多手機的螢幕尺寸變得更大,但音訊體驗並非總能並駕齊驅,特別是在「響亮」喇叭模式下。 因此,更多的高階手機提供立體聲作為附加功能,通常在頂部和底部設置微型喇叭。現在,當用戶從側面看其立體聲增強型手機時(即橫向視圖),會發現兩側都有一個喇叭,以幫助創建更好的「立體聲」收聽體驗。

智慧型手機和其他音訊播放裝置中採用立體聲音訊的趨勢顯示,音訊放大器在智慧型手機設計中扮演著尤為重要的角色。因此,音訊放大器在容量和技術兩方面都出現了大幅成長(見圖1)。

根據SAR Insight & Consulting音訊功率放大器市場增長報告:「與2010年相較,2018年音訊放大器的市場出貨量增加了3倍,這不僅因為音訊播放裝置出貨量增加,而且每台裝置的通道數量也在增加。」該報告還指出,立體聲喇叭已經廣泛應用於售價超過550美元的高階智慧型手機市場,特別是自2016年iPhone 7行動數位裝置立體聲的推出以來。從那時起,許多其他旗艦智慧型手機也在其產品中採用了立體聲喇叭。該分析公司還預計,立體聲將擴展到定價在200美元至500美元間的中階手機,估計2018年有近6億個放大器用於中階市場,到2023年預計將增加到近7億個。

圖1:終端市場獨立喇叭放大器全球市場一覽
(來源:SAR Insight & Consulting發佈的2019年一季度報告)

升壓音訊放大器重要性與日俱增

然而,在智慧型手機中包含立體聲的廣泛趨勢並不一定能確保高品質的音訊體驗。為此,微型喇叭還應配備智慧升壓音訊放大器,在保護喇叭免受損壞的同時使喇叭達到最大響度。智慧型手機音訊設計人員應使用高壓音訊放大器、喇叭監控類比數位轉換器(ADC)以及將微型喇叭保持在安全運行狀態的先進演算法,確保更佳、更響亮、更清晰的音訊聲音。另外,兩個喇叭通常意味著兩個放大器。因此,尺寸、效率、電池電流管理和音訊性能都是兩倍的重要。因此,隨著智慧型手機走向立體聲,先前未出現的音訊放大器起著更為重要的作用。

以下是確保智慧升壓音訊放大器發揮最大作用的設計清單

尺寸:將各種功能納入可攜式裝置時,板空間始終是一個考慮因素,一種選擇是將兩個微型喇叭放置在手機的頂部和底部。音訊放大器必須更小、更整合,特別是現在有兩個元件的情況下。為了解決尺寸問題,Cirrus Logic使用55奈米(nm)技術設計其最新搭載DSP的智慧升壓放大器,使OEM更容易採用雙喇叭設計,而不會犧牲其他新功能所需的空間。

功效:SAR Insight的研究還證實,由於D類音訊放大器的效率提升,D類在許多市場上幾乎都取代了AB類放大器。在設計中也可以實現更高的功效。例如,Cirrus Logic的11伏(V)升壓D類放大器也使用H類DC-DC轉換器,以比G類更高的效率增強供應,同時額外的電池管理系統可預測地適應不斷變化的音訊、喇叭和電池情況以調節電池電流和節省電力。這強調了升壓音訊放大器不斷演進的技術和「增強」作用,如圖2所示。

圖2:G類和H類供電軌電壓vs時間

喇叭保護:根據SAR Insight & Consulting,在智慧型手機等使用小型喇叭的許多應用中,放大器中嵌入式DSP使用喇叭保護演算法已變得越來越普遍。這些演算法可在不損壞喇叭的情況下實現更高的輸出。例如,透過音訊放大器在1W喇叭中實現超過5W的功率。這種新型升壓音訊放大器可以提供更高偏移所需的功率,以生成更響亮、更清晰的音訊,特別是在免持電話上,而不會損壞超小型微型喇叭。SAR Insight的報告進一步指出,「自2013年以來,中階智慧型手機中喇叭保護的使用迅速增加,因為OEM希望最大限度地提高喇叭性能,並將其與其他增強功能(例如高階轉碼器)結合使用,以實現差異化的設計。」

音訊增強:即使具有這些功能,並非所有音訊增強都是相同的。為了產生更好的清晰度和增強的立體聲音訊以匹配那些生動、更大的螢幕和視覺內容,整合DSP中的先進演算法還應解決音訊設計問題,如均衡、壓縮和心理聲學增強,以微調音訊重播。

隨著使用者放棄傳統的有線或衛星電視,並希望看到更多不受限制的內容,智慧型手機和其他行動裝置正迅速成為串流媒體和欣賞內容的主要平台。為了配合更清晰、更明亮的視覺體驗,越來越多的手機正從單聲道或單聲道音訊設計轉向雙聲道立體聲,以提供更好的聆聽體驗。

隨著這種趨勢的繼續,對智慧功率放大器的需求變得越來越重要。這意味著智慧型手機OEM不僅會在耳機和免持模式下尋求空間的節省,還能追求能效和音訊清晰度的提升,讓其產品在市場競爭中脫穎而出。