從 1930 年代汽車音響作為簡(jiǎn)單的 AM 儀表板噪聲源開(kāi)始，到今天完全沉浸式、多揚(yáng)聲器、數(shù)百（甚至數(shù)千）瓦的劇院式環(huán)境，這是一段非凡的旅程。

早期的高端汽車音響是一個(gè)利基市場(chǎng)，由少數(shù)發(fā)燒友推動(dòng)，他們尋求為輪式環(huán)境帶來(lái)更好的聲音體驗(yàn)。最終，隨著音頻技術(shù)的進(jìn)步，小眾音頻市場(chǎng)很快采用了它。今天，幾乎入門級(jí)的車輛擁有某種形式的優(yōu)質(zhì)音頻環(huán)境。

然而，這段旅程并非沒(méi)有挑戰(zhàn)。隨著系統(tǒng)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(lái)越大的熱管理解決方案。因此，設(shè)計(jì)師開(kāi)始尋找新的方向，以吸引電力怪物，尤其是對(duì)于每一瓦特都寶貴的電動(dòng)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(duì)較小的尺寸和功率要求。它們不會(huì)特別挑戰(zhàn)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(duì)較低的設(shè)備，最大的音頻系統(tǒng)組件（揚(yáng)聲器除外）是更高效的音頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)面臨的主要挑戰(zhàn)。

第二個(gè)挑戰(zhàn)是機(jī)艙環(huán)境。除了這些高功率系統(tǒng)之外，還需要改進(jìn)機(jī)艙以獲得更好的聲學(xué)特性。

應(yīng)用物理聲學(xué)解決方案有其局限性。物理材料只會(huì)增加重量并占用空間，這是不切實(shí)際的。因此，設(shè)計(jì)師再次尋求技術(shù)解決方案。

他們通過(guò) 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(shè)計(jì)師如何將汽車音響發(fā)展成當(dāng)今的沉浸式系統(tǒng)。

首先是音頻放大器

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

設(shè)計(jì)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(gè)理想的解決方案。這是一個(gè)交換平臺(tái)，效率更高（超過(guò) 90%）。D 類的效率意味著放大器使用更少的功率并產(chǎn)生更少的熱量，從而實(shí)現(xiàn)更小、更耗電的占用空間。

然而，有一個(gè)陷阱（當(dāng)然）。雖然 D 類電路已經(jīng)克服了早期的音質(zhì)問(wèn)題，但它們的數(shù)字信號(hào)無(wú)法直接連接到揚(yáng)聲器。此外，該信號(hào)包含不可接受的紋波量。這意味著在放大器和揚(yáng)聲器的輸出之間需要額外的組件。一種簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)高效的解決方案是通過(guò) L/C 濾波器耦合揚(yáng)聲器。此濾波器提供適當(dāng)?shù)妮敵鲂盘?hào)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(lián)電感器。每個(gè)音頻通道需要兩個(gè)電感器。需要一個(gè)更好的解決方案。

該設(shè)計(jì)采用新型 D 類音頻放大器，具有較慢的開(kāi)關(guān)速度 （2.1 MHz） 和專有的單電感器 （1L） 調(diào)制技術(shù)。通過(guò)取消一個(gè)電感并重新設(shè)計(jì)剩余的電感，這種創(chuàng)新設(shè)計(jì)允許使用更小、更具成本效益的電路（圖 1）。這滿足了優(yōu)質(zhì)音頻的高功率需求，優(yōu)化了空間和成本。

圖1. 省去一個(gè)電感器并重新設(shè)計(jì)剩余的電感器，從而實(shí)現(xiàn)了更緊湊的 D 類放大器。管理小屋

設(shè)計(jì)師接下來(lái)解決了機(jī)艙環(huán)境問(wèn)題。如前所述，為聲學(xué)環(huán)境管理添加物理介質(zhì)不是一個(gè)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(shù)來(lái)補(bǔ)償環(huán)境。這以最先進(jìn)的、高度集成的汽車處理器的形式出現(xiàn)，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(tǒng)中已經(jīng)使用了一段時(shí)間。典型設(shè)計(jì)采用分布在多個(gè)傳感器和麥克風(fēng)上的多個(gè) IC、MCU 和數(shù)字處理器 （DSP）（圖 2）。雖然實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的結(jié)果，但這會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)雜性、占用空間和成本增加。

圖2. 典型的音頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用分布在多個(gè)傳感器和麥克風(fēng)上的多個(gè) IC、MCU 和數(shù)字處理器。

為了解決這種分布式架構(gòu)問(wèn)題，設(shè)計(jì)人員轉(zhuǎn)向了通過(guò)傳統(tǒng)算法和基于 AI 的算法增強(qiáng)的下一代 MCU。這些設(shè)計(jì)與高性能音頻放大器 IC （TAS6754-Q1） 和電源管理 IC （TPS65224-Q1） 相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了降低成本和復(fù)雜性的目標(biāo)（圖 3）。

圖3. 開(kāi)發(fā)先進(jìn)的分布式架構(gòu)通常涉及整合通過(guò)傳統(tǒng)和基于 AI 的算法增強(qiáng)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(gòu)通過(guò)將多個(gè)高端音頻功能整合到單個(gè)集成電路中，大大簡(jiǎn)化了音頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)。這項(xiàng)創(chuàng)新減少了對(duì)多個(gè)芯片組件的依賴，這既使制造復(fù)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(jiǎn)化整體系統(tǒng)架構(gòu)。

真實(shí)世界的可見(jiàn)性

使用這些集成組件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)不僅使其更簡(jiǎn)單，而且還在車輛性能和功能方面提供了許多特性和增強(qiáng)功能。

首先，它可以提高安全性。這種基于 AI 的系統(tǒng)能夠分析車輛的內(nèi)部和外部環(huán)境。外部揚(yáng)聲器可以提醒行人附近有車輛。而且，特別是對(duì)于電動(dòng)汽車，它們會(huì)模擬機(jī)艙內(nèi)的發(fā)動(dòng)機(jī)聲音。

另一個(gè)功能是系統(tǒng)可以定制聲音的發(fā)源位置，例如減少外部揚(yáng)聲器并將聲音路由到駕駛員后面的頭枕以進(jìn)行電話呼叫。

可擴(kuò)展性是另一個(gè)好處。集成系統(tǒng)使添加功能或升級(jí)變得更加簡(jiǎn)單。只有一個(gè)中心組件需要處理。

結(jié)論

隨著組件變得更加先進(jìn)和集成，汽車音響將繼續(xù)飆升至新的高度。車輛已經(jīng)與通信、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、交通基礎(chǔ)設(shè)施、衛(wèi)星等集成在一起。車輛音響將變得更加身臨其境，同時(shí)監(jiān)控內(nèi)部和外部的環(huán)境，并提供一個(gè)在許多不同元素之間緊密相連的座艙音響環(huán)境。