打造身臨其境的汽車音頻體驗

從 1930 年代汽車音響作為簡單的 AM 儀表板噪聲源開始，到今天完全沉浸式、多揚聲器、數百（甚至數千）瓦的劇院式環境，這是一段非凡的旅程。

早期的高端汽車音響是一個利基市場，由少數發燒友推動，他們尋求為輪式環境帶來更好的聲音體驗。最終，隨著音頻技術的進步，小眾音頻市場很快采用了它。今天，幾乎入門級的車輛擁有某種形式的優質音頻環境。

然而，這段旅程并非沒有挑戰。隨著系統功率的增加，音頻放大器的占用空間變得笨重。AB 類放大器需要大量的車輛功率和越來越大的熱管理解決方案。因此，設計師開始尋找新的方向，以吸引電力怪物，尤其是對于每一瓦特都寶貴的電動汽車。

一些組件（如 RF 前端和前置放大器）是高度集成的，并且具有相對較小的尺寸和功率要求。它們不會特別挑戰空間或功率限制。但是，高功率 AB 類音頻放大器可以。它們是效率相對較低的設備，最大的音頻系統組件（揚聲器除外）是更高效的音頻系統設計面臨的主要挑戰。

第二個挑戰是機艙環境。除了這些高功率系統之外，還需要改進機艙以獲得更好的聲學特性。

應用物理聲學解決方案有其局限性。物理材料只會增加重量并占用空間，這是不切實際的。因此，設計師再次尋求技術解決方案。

他們通過 D 類放大器和高度集成的微控制器找到了它們。讓我們深入了解一下設計師如何將汽車音響發展成當今的沉浸式系統。

首先是音頻放大器

多年來，主打產品是 AB 類音頻放大器。它的模擬輸出設計允許該設備直接連接到揚聲器，電路中除了電容器之外什么都沒有。然而，隨著電力需求的增加，AB 類變得笨拙。高功率系統的冷卻和電源要求導致占用空間大，需要強大的熱管理，即大型散熱器、良好的通風和大量可用電力——在許多輪式環境中都是寶貴的商品。

設計人員決定用 D 類電路取代根深蒂固、效率適中（通常為 50% 至 70%）的 AB 類電路。D 類是一個理想的解決方案。這是一個交換平臺，效率更高（超過 90%）。D 類的效率意味著放大器使用更少的功率并產生更少的熱量，從而實現更小、更耗電的占用空間。

然而，有一個陷阱（當然）。雖然 D 類電路已經克服了早期的音質問題，但它們的數字信號無法直接連接到揚聲器。此外，該信號包含不可接受的紋波量。這意味著在放大器和揚聲器的輸出之間需要額外的組件。一種簡單、經濟高效的解決方案是通過 L/C 濾波器耦合揚聲器。此濾波器提供適當的輸出信號和濾波。

然而，放大器的高功率輸出使 L/C 元件變得很大，尤其是串聯電感器。每個音頻通道需要兩個電感器。需要一個更好的解決方案。

該設計采用新型 D 類音頻放大器，具有較慢的開關速度 （2.1 MHz） 和專有的單電感器 （1L） 調制技術。通過取消一個電感并重新設計剩余的電感，這種創新設計允許使用更小、更具成本效益的電路（圖 1）。這滿足了優質音頻的高功率需求，優化了空間和成本。

圖1. 省去一個電感器并重新設計剩余的電感器，從而實現了更緊湊的 D 類放大器。管理小屋

設計師接下來解決了機艙環境問題。如前所述，為聲學環境管理添加物理介質不是一個可接受的解決方案。這種材料的空間很小，它只是增加了更多的重量。

因此，唯一的選擇是用技術來補償環境。這以最先進的、高度集成的汽車處理器的形式出現，例如 AM62D-Q1 處理器和 AM275x-Q1 微控制器 （MCU）。

微控制器在高端音頻系統中已經使用了一段時間。典型設計采用分布在多個傳感器和麥克風上的多個 IC、MCU 和數字處理器 （DSP）（圖 2）。雖然實現了預期的結果，但這會導致系統復雜性、占用空間和成本增加。

圖2. 典型的音頻系統設計采用分布在多個傳感器和麥克風上的多個 IC、MCU 和數字處理器。

為了解決這種分布式架構問題，設計人員轉向了通過傳統算法和基于 AI 的算法增強的下一代 MCU。這些設計與高性能音頻放大器 IC （TAS6754-Q1） 和電源管理 IC （TPS65224-Q1） 相結合，實現了降低成本和復雜性的目標（圖 3）。

圖3. 開發先進的分布式架構通常涉及整合通過傳統和基于 AI 的算法增強的下一代 MCU，以及高性能音頻放大器 IC （TAS6754-Q1） 和電源管理 IC （TPS65224-Q1）。

這種單芯片架構通過將多個高端音頻功能整合到單個集成電路中，大大簡化了音頻系統設計。這項創新減少了對多個芯片組件的依賴，這既使制造復雜化又增加了成本。單芯片解決方案可提高性能，最大限度地降低功耗，并簡化整體系統架構。

真實世界的可見性

使用這些集成組件實現系統設計不僅使其更簡單，而且還在車輛性能和功能方面提供了許多特性和增強功能。

首先，它可以提高安全性。這種基于 AI 的系統能夠分析車輛的內部和外部環境。外部揚聲器可以提醒行人附近有車輛。而且，特別是對于電動汽車，它們會模擬機艙內的發動機聲音。

另一個功能是系統可以定制聲音的發源位置，例如減少外部揚聲器并將聲音路由到駕駛員后面的頭枕以進行電話呼叫。

可擴展性是另一個好處。集成系統使添加功能或升級變得更加簡單。只有一個中心組件需要處理。

結論

隨著組件變得更加先進和集成，汽車音響將繼續飆升至新的高度。車輛已經與通信、無線網絡、交通基礎設施、衛星等集成在一起。車輛音響將變得更加身臨其境，同時監控內部和外部的環境，并提供一個在許多不同元素之間緊密相連的座艙音響環境。