一種提升音響續(xù)航能力的方法

摘要：隨著鋰電池的普及，越來越多的音響內(nèi)置了電池。但由于市場競爭激烈，誰能在成本不變的前提下，提高音響的續(xù)航能力，哪怕一點點，都會在市場上占領(lǐng)先機。目前常見的提高續(xù)航的方法有增加電池容量、硬件動態(tài)調(diào)壓等。增加電池容量會使得音響加重，不方便攜帶。硬件動態(tài)調(diào)壓會提高音響的電子成本。本文介紹一種基于軟件實現(xiàn)的動態(tài)調(diào)壓方法，以實現(xiàn)在成本不變的前提下，提高音響的續(xù)航能力。

關(guān)鍵詞：續(xù)航、音響、動態(tài)調(diào)壓

1.硬件動態(tài)調(diào)壓

硬件動態(tài)調(diào)壓是指通過硬件電路來控制功放兩端的供電電壓，進而實現(xiàn)省電的目的。這種方法由于增加了硬件電路，所以成本有所增加。下圖是TI公司提供的典型動態(tài)調(diào)壓電路：

其中，J5 J6分別是模擬音頻輸出的左右聲道，經(jīng)過運放處理后，控制Q1BSS138的導通電流，以改變并在R2兩端的阻值，進而改變VOUT的輸出。

2.軟件動態(tài)調(diào)壓

軟件調(diào)壓的原理是將當前播放的音頻文件的能量值計算出來，根據(jù)該能量值來調(diào)節(jié)功放供電電壓，進而達到省電的目的。

2.1能量值計算

通過調(diào)節(jié)值，來改變Q（n） 的輸出，進而控制輸出電壓。

2.2嵌入式平臺實現(xiàn)框圖

QCC5125是高通公司QCC5100系列芯片中的一員，是一款低功耗藍牙soc，支持SBC、AAC、APTX adaptive等協(xié)議，可廣泛應(yīng)用于藍牙音響、立體聲TWS耳機、耳塞等產(chǎn)品開發(fā)。下圖為芯片內(nèi)部組織框圖：

下圖是基于QCC5125平臺的動態(tài)調(diào)壓實現(xiàn)：

（1）Audio Stream：來自外部的音頻數(shù)據(jù)流，例如BT-A2dp、wifi流媒體、usb-audio、line-in、optical等。

（2）Audio Post Processing：包括EQ、DRC、虛擬環(huán)繞等音效。

（3）動態(tài)調(diào)壓算法：根據(jù)當前的音頻輸入計算出能量值。

（4）Audio output：經(jīng)過EQ、DRC、虛擬環(huán)繞等音效處理后的音頻數(shù)據(jù)流。

（5）Power Amplifier：電壓可調(diào)節(jié)的放大器。

（6）PWM output：根據(jù)計算的能量值實時調(diào)整GPIO的脈寬占空比，進而達到調(diào)整輸出電壓的目的。

2.3 算法運行平臺要求

動態(tài)電壓調(diào)整模塊運算性能要求可以參考QC5125平臺的性能：

QCC5125平臺的DSP參數(shù)：

DSP RAM： 80kB （ P ） + 256kB （ D ）

DSP Technology： 1x Qualcomm? Kalimba? DSP， Configurable DSP

DSP Clock Speed： 1x 120 MHz DSP

3.測試方法

采用QCC5125藍牙芯片作為主控，選用兩款不同的DAC芯片，其中MA12070內(nèi)部自帶動態(tài)調(diào)壓電路，TI3130不帶動態(tài)調(diào)壓電路，但在QCC5125端運行軟件動態(tài)調(diào)壓算法。

3.1測試平臺介紹：

（1）平臺1：QCC5125+TI3130

（2）平臺2：QCC5125+Meruse MA12070

（3）電池都是 LG 18650 4.2v/2600mah 新電池。

（4）兩個平臺分別連接相同型號的手機OPPO A53;

（5）兩個平臺循環(huán)播放同一播放列表。

3.2測試步驟

（1）測試前，兩平臺都是用4歐姆電阻負載，播放0db正弦波，調(diào)整音量使負載端測得5W RMS功率;

（2）兩平臺在各自標定5W輸出的音量下，開始循環(huán)播放10首混合風格的測試歌曲;

（3）測試從電池4.2v掉到3.0v結(jié)束，統(tǒng)計播放時長;

（4）兩平臺設(shè)計峰值功率20W，功放最高供電電壓14V，meruse功放自帶4段電壓調(diào)制，標稱高效省電，merus固定14V供電。TI使用動態(tài)電壓供電。

3.3測試結(jié)果

由此可見，同樣的測試條件下，merus播放（紫色曲線）從11：54持續(xù)到了15：54。而運行了動態(tài)調(diào)壓算法的TI平臺，播放（黃色曲線）從11：54持續(xù)到了18：40。

4.總結(jié)

本文實現(xiàn)了一種軟件動態(tài)調(diào)壓的算法，進而提高了帶電池音響的續(xù)航能力，無需增加額外的成本。只要能計算出音頻文件的能量值，就可以實現(xiàn)控制，對主芯片的占用資源很少，可適用于藍牙音響、智能語音音響等便攜式個人消費類產(chǎn)品。

參考文獻：

[1] 王利軍，詹克團.可動態(tài)調(diào)壓的DC-DC轉(zhuǎn)換電路。CN201711455399.2

[2] 張松濤，一種動態(tài)調(diào)節(jié)輸出電壓的Buck電路及動態(tài)調(diào)節(jié)方法。CN112350575

作者簡介：

姓名：耿海飛 出生年：1985-7-23 性別：男 籍貫：山西省晉中市 民族：漢

職稱：資深工程師 學歷：華南理工大學碩士 研究方向： 嵌入式系統(tǒng)集成

國光電器股份有限公司