音箱硬件設計指南：功放與 AEC 回采的 6 大關鍵要點

在音箱的使用過程中，你是否遇到過這些問題：音箱音質差，聽起來干澀刺耳？通話時總有討厭的回聲，影響溝通體驗？其實，這很可能是在硬件設計時，功放選型不當或者 AEC 回采電路優化不到位造成的。

功放設計和 AEC 電路回采是智能音箱設計中極為關鍵的環節，它們直接影響著音箱的音質、穩定性以及整體性能。今天，我們就結合嘉興禾潤和上海類比的功放產品，來和大家分享在這兩方面的 6 點設計經驗心得，讓你一文搞定智能音箱硬件設計中的功放與 AEC 回采設計要點。

一、功放類型大 PK：效率是關鍵！

面對多種功放類型，該如何選擇呢？

• A 類（純甲類）：線性度最好，音色純凈自然，具有高保真的特點。但效率極低，僅為 20%-30%，而且發熱巨大，不太適合對功耗和散熱有要求的智能音箱。

• B 類（乙類）：效率較高，約為 70%。但存在 “交越失真”，會使音質有一定妥協。

• AB 類（甲乙類）：是 A 類和 B 類的折中方案。效率雖有提升，但仍待進一步提高，不過顯著改善了交越失真，是多年前汽車用音響等領域的常用方案。

• D 類（模擬輸入和數字信號 2 種通信）：基于高速開關工作原理。優點十分顯著：效率超高，能達到 90% 以上；發熱極小，體積還可以做得很緊湊。

 

結論：為實現≥85% 的高效率目標，同時考慮成本限制，高效 D 類功放是不二之選。嘉興禾潤和上海類比的 D 類功放產品，在效率和性能上表現出色，能很好地滿足智能音箱的設計需求。追求更多的音效算法和效率，數字功放是最優選，讓小體積設備也能擁有澎湃音質！

二、電路關鍵點：功放輸出濾波

輸出濾波是核心環節。因為 D 類功放輸出的是高頻 PWM 方波，需要通過 LC 低通濾波器將其還原成平滑的音頻信號。

根據奈奎斯特定理，濾波器的截止頻率必須遠高于音頻最高頻率（通常 > 30kHz），這樣才能有效濾除 PWM 載波（通常在幾百 kHz）而不影響音頻本身。原因是人的耳朵可聽音頻上限為 20kHz。

LC 元件選擇的參數如何確定呢？截止頻率 (fc) 需 > 30kHz，計算公式為 fc=1/(2πLC)（例圖中計算約為 27kHz）。

三、電路關鍵點：喇叭信號回采 AEC 電路作用！

AEC 的全稱是 Acoustic Echo Cancellation（聲學回聲消除），其核心功能是從喇叭（揚聲器）輸出端提取音頻信號，用于后續的信號處理，具體作用如下：

• 回聲消除：在智能音箱中，麥克風會同時拾取環境音和喇叭播放的聲音，回采喇叭信號后，可通過算法抵消這部分 “回聲”，讓語音識別更準確。

• 音質監測：實時采集喇叭信號，分析失真、噪聲等參數，反饋給功放調整輸出。

• 反饋控制：在功放電路中，回采信號用于閉環控制，穩定輸出功率或降低失真。

四、關鍵設計需求 -- 回采電路需解決 3 個核心問題

• 信號電平適配：喇叭兩端電壓通常較高（功放輸出可能達 ±10V 及更高），而后續處理的芯片（如 ADC、DSP）音頻輸入范圍有限（通常 0~3.3V），所以需要將高電壓衰減到安全范圍。

• 無干擾原電路：回采電路不能影響喇叭正常工作（如分流導致音量變小），因此輸入阻抗需足夠高，避免 “加載” 到喇叭回路。

• 信號保真與降噪：保留音頻信號（20Hz~20kHz），濾除高頻噪聲、電源干擾等。

典型電路結構通常由衰減網絡、濾波電路、耦合組成，具體原理如下：

1. 衰減網絡：降低信號電壓。喇叭兩端的音頻信號是交流電壓，用電阻串聯，可將比如 ±10V 信號衰減至 ±0.9V（符合 ADC 輸入范圍）。分壓電阻需選用高精度 1% 誤差、低溫漂電阻，避免信號失真；總阻抗需足夠高，確保對喇叭回路的分流可忽略（不影響喇叭電流）。

2. RC 低通濾波電路：保留有效信號，濾除噪聲。喇叭是感性負載（音圈有電感），且功放輸出可能混入高頻噪聲（如開關電源干擾、射頻干擾），需通過濾波電路提取純凈的音頻信號（20Hz~20kHz）。計算公式：fc=1/(2πrc)。截止頻率可濾除 20kHz 以上的高頻噪聲，保留音頻信號。

3. 耦合：適配后續電路的信號極性。喇叭信號是交流信號，還有別的干擾信號，需通過電容耦合到 ADC 芯片。

五、完整喇叭信號回采的工作流程為：

喇叭輸出端（高電壓交流信號）→衰減網絡：電阻分壓，降低電壓至安全范圍→濾波電路：RC 低通 / 高通，濾除噪聲，保留 20Hz~20kHz 音頻→送入 ADC/DSP（將模擬信號轉為數字信號）→算法處理（如回聲消除、失真分析等）

六、關鍵參數與設計注意事項

• 衰減比計算：根據喇叭最大電壓和 ADC 輸入上限計算，例如喇叭最大 ±30V，ADC 上限 3.3V，需衰減比≥30:3.3≈9:1（實際取 10:1 留冗余）。

• 阻抗匹配：回采電路輸入阻抗需≥喇叭阻抗的 10 倍（如 4Ω 喇叭，回采輸入阻≥40Ω，實際通常用 10kΩ 以上），避免分流影響喇叭音量。

• 接地處理：回采電路需單點接地，避免與功放、麥克風電路共地引入噪聲。

• 動態范圍：衰減后的信號峰峰值需小于 ADC 滿量程（如 3.3V ADC，信號峰峰值≤3V），避免削波失真。通常音頻信號小于 1V。

通過以上設計，喇叭信號回采電路可在不干擾喇叭工作的前提下，準確提取音頻信號，為后續的回聲消除、音質優化等功能提供原始數據支撐。

重點總結：

對于不同 DSP 芯片，AEC 電路不同！

• 對于有 ADC 輸入的芯片，喇叭直接用衰減電路，后接入芯片的模擬音頻輸入口。（PS：有些芯片內部支持 ADC 輸出檢測，軟件自帶 AEC 功能，更省事）

• 對于沒有 ADC 輸入的芯片，如 I2S 通信，需增加 ADC 轉換芯片。AEC 回采信號通過差分走線輸入到 ADC 芯片，MIC 信號通常在 mV 級別，注意輸入信號不要超過芯片輸入的最大范圍內，避免信號削波失真！

結合嘉興禾潤和上海類比的優質功放產品，遵循以上設計要點，相信你能設計出性能出色的智能音箱，為用戶帶來更好的音質和使用體驗。

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