打造身临其境的汽车音频体验

从 1930 年代汽车音响作为简单的 AM 仪表板噪声源开始，到今天完全沉浸式、多扬声器、数百（甚至数千）瓦的剧院式环境，这是一段非凡的旅程。

早期的高端汽车音响是一个利基市场，由少数发烧友推动，他们寻求为轮式环境带来更好的声音体验。最终，随着音频技术的进步，小众音频市场很快采用了它。今天，几乎入门级的车辆拥有某种形式的优质音频环境。

然而，这段旅程并非没有挑战。随着系统功率的增加，音频放大器的占用空间变得笨重。AB 类放大器需要大量的车辆功率和越来越大的热管理解决方案。因此，设计师开始寻找新的方向，以吸引电力怪物，尤其是对于每一瓦特都宝贵的电动汽车。

一些组件（如 RF 前端和前置放大器）是高度集成的，并且具有相对较小的尺寸和功率要求。它们不会特别挑战空间或功率限制。但是，高功率 AB 类音频放大器可以。它们是效率相对较低的设备，最大的音频系统组件（扬声器除外）是更高效的音频系统设计面临的主要挑战。

第二个挑战是机舱环境。除了这些高功率系统之外，还需要改进机舱以获得更好的声学特性。

应用物理声学解决方案有其局限性。物理材料只会增加重量并占用空间，这是不切实际的。因此，设计师再次寻求技术解决方案。

他们通过 D 类放大器和高度集成的微控制器找到了它们。让我们深入了解一下设计师如何将汽车音响发展成当今的沉浸式系统。

首先是音频放大器

多年来，主打产品是 AB 类音频放大器。它的模拟输出设计允许该设备直接连接到扬声器，电路中除了电容器之外什么都没有。然而，随着电力需求的增加，AB 类变得笨拙。高功率系统的冷却和电源要求导致占用空间大，需要强大的热管理，即大型散热器、良好的通风和大量可用电力——在许多轮式环境中都是宝贵的商品。

设计人员决定用 D 类电路取代根深蒂固、效率适中（通常为 50% 至 70%）的 AB 类电路。D 类是一个理想的解决方案。这是一个交换平台，效率更高（超过 90%）。D 类的效率意味着放大器使用更少的功率并产生更少的热量，从而实现更小、更耗电的占用空间。

然而，有一个陷阱（当然）。虽然 D 类电路已经克服了早期的音质问题，但它们的数字信号无法直接连接到扬声器。此外，该信号包含不可接受的纹波量。这意味着在放大器和扬声器的输出之间需要额外的组件。一种简单、经济高效的解决方案是通过 L/C 滤波器耦合扬声器。此滤波器提供适当的输出信号和滤波。

然而，放大器的高功率输出使 L/C 元件变得很大，尤其是串联电感器。每个音频通道需要两个电感器。需要一个更好的解决方案。

该设计采用新型 D 类音频放大器，具有较慢的开关速度 （2.1 MHz） 和专有的单电感器 （1L） 调制技术。通过取消一个电感并重新设计剩余的电感，这种创新设计允许使用更小、更具成本效益的电路（图 1）。这满足了优质音频的高功率需求，优化了空间和成本。

图1. 省去一个电感器并重新设计剩余的电感器，从而实现了更紧凑的 D 类放大器。管理小屋

设计师接下来解决了机舱环境问题。如前所述，为声学环境管理添加物理介质不是一个可接受的解决方案。这种材料的空间很小，它只是增加了更多的重量。

因此，唯一的选择是用技术来补偿环境。这以最先进的、高度集成的汽车处理器的形式出现，例如 AM62D-Q1 处理器和 AM275x-Q1 微控制器 （MCU）。

微控制器在高端音频系统中已经使用了一段时间。典型设计采用分布在多个传感器和麦克风上的多个 IC、MCU 和数字处理器 （DSP）（图 2）。虽然实现了预期的结果，但这会导致系统复杂性、占用空间和成本增加。

图2. 典型的音频系统设计采用分布在多个传感器和麦克风上的多个 IC、MCU 和数字处理器。

为了解决这种分布式架构问题，设计人员转向了通过传统算法和基于 AI 的算法增强的下一代 MCU。这些设计与高性能音频放大器 IC （TAS6754-Q1） 和电源管理 IC （TPS65224-Q1） 相结合，实现了降低成本和复杂性的目标（图 3）。

图3. 开发先进的分布式架构通常涉及整合通过传统和基于 AI 的算法增强的下一代 MCU，以及高性能音频放大器 IC （TAS6754-Q1） 和电源管理 IC （TPS65224-Q1）。

这种单芯片架构通过将多个高端音频功能整合到单个集成电路中，大大简化了音频系统设计。这项创新减少了对多个芯片组件的依赖，这既使制造复杂化又增加了成本。单芯片解决方案可提高性能，最大限度地降低功耗，并简化整体系统架构。

真实世界的可见性

使用这些集成组件实现系统设计不仅使其更简单，而且还在车辆性能和功能方面提供了许多特性和增强功能。

首先，它可以提高安全性。这种基于 AI 的系统能够分析车辆的内部和外部环境。外部扬声器可以提醒行人附近有车辆。而且，特别是对于电动汽车，它们会模拟机舱内的发动机声音。

另一个功能是系统可以定制声音的发源位置，例如减少外部扬声器并将声音路由到驾驶员后面的头枕以进行电话呼叫。

可扩展性是另一个好处。集成系统使添加功能或升级变得更加简单。只有一个中心组件需要处理。

结论

随着组件变得更加先进和集成，汽车音响将继续飙升至新的高度。车辆已经与通信、无线网络、交通基础设施、卫星等集成在一起。车辆音响将变得更加身临其境，同时监控内部和外部的环境，并提供一个在许多不同元素之间紧密相连的座舱音响环境。