音箱硬件設(shè)計(jì)指南：功放與 AEC 回采的 6 大關(guān)鍵要點(diǎn)

在音箱的使用過(guò)程中，你是否遇到過(guò)這些問(wèn)題：音箱音質(zhì)差，聽(tīng)起來(lái)干澀刺耳？通話時(shí)總有討厭的回聲，影響溝通體驗(yàn)？其實(shí)，這很可能是在硬件設(shè)計(jì)時(shí)，功放選型不當(dāng)或者 AEC 回采電路優(yōu)化不到位造成的。

功放設(shè)計(jì)和 AEC 電路回采是智能音箱設(shè)計(jì)中極為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，它們直接影響著音箱的音質(zhì)、穩(wěn)定性以及整體性能。今天，我們就結(jié)合嘉興禾潤(rùn)和上海類比的功放產(chǎn)品，來(lái)和大家分享在這兩方面的 6 點(diǎn)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)心得，讓你一文搞定智能音箱硬件設(shè)計(jì)中的功放與 AEC 回采設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

一、功放類型大 PK：效率是關(guān)鍵！

面對(duì)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(diǎn)。但效率極低，僅為 20%-30%，而且發(fā)熱巨大，不太適合對(duì)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(huì)使音質(zhì)有一定妥協(xié)。

• 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(jìn)一步提高，不過(guò)顯著改善了交越失真，是多年前汽車用音響等領(lǐng)域的常用方案。

• D 類（模擬輸入和數(shù)字信號(hào) 2 種通信）：基于高速開(kāi)關(guān)工作原理。優(yōu)點(diǎn)十分顯著：效率超高，能達(dá)到 90% 以上；發(fā)熱極小，體積還可以做得很緊湊。

 

結(jié)論：為實(shí)現(xiàn)≥85% 的高效率目標(biāo)，同時(shí)考慮成本限制，高效 D 類功放是不二之選。嘉興禾潤(rùn)和上海類比的 D 類功放產(chǎn)品，在效率和性能上表現(xiàn)出色，能很好地滿足智能音箱的設(shè)計(jì)需求。追求更多的音效算法和效率，數(shù)字功放是最優(yōu)選，讓小體積設(shè)備也能擁有澎湃音質(zhì)！

二、電路關(guān)鍵點(diǎn)：功放輸出濾波

輸出濾波是核心環(huán)節(jié)。因?yàn)?/span> D 類功放輸出的是高頻 PWM 方波，需要通過(guò) LC 低通濾波器將其還原成平滑的音頻信號(hào)。

根據(jù)奈奎斯特定理，濾波器的截止頻率必須遠(yuǎn)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(tīng)音頻上限為 20kHz。

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

三、電路關(guān)鍵點(diǎn)：喇叭信號(hào)回采 AEC 電路作用！

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

• 回聲消除：在智能音箱中，麥克風(fēng)會(huì)同時(shí)拾取環(huán)境音和喇叭播放的聲音，回采喇叭信號(hào)后，可通過(guò)算法抵消這部分 “回聲”，讓語(yǔ)音識(shí)別更準(zhǔn)確。

• 音質(zhì)監(jiān)測(cè)：實(shí)時(shí)采集喇叭信號(hào)，分析失真、噪聲等參數(shù)，反饋給功放調(diào)整輸出。

• 反饋控制：在功放電路中，回采信號(hào)用于閉環(huán)控制，穩(wěn)定輸出功率或降低失真。

四、關(guān)鍵設(shè)計(jì)需求 -- 回采電路需解決 3 個(gè)核心問(wèn)題

• 信號(hào)電平適配：喇叭兩端電壓通常較高（功放輸出可能達(dá) ±10V 及更高），而后續(xù)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(wú)干擾原電路：回采電路不能影響喇叭正常工作（如分流導(dǎo)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(hào)保真與降噪：保留音頻信號(hào)（20Hz~20kHz），濾除高頻噪聲、電源干擾等。

典型電路結(jié)構(gòu)通常由衰減網(wǎng)絡(luò)、濾波電路、耦合組成，具體原理如下：

1. 衰減網(wǎng)絡(luò)：降低信號(hào)電壓。喇叭兩端的音頻信號(hào)是交流電壓，用電阻串聯(lián)，可將比如 ±10V 信號(hào)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(hào)失真；總阻抗需足夠高，確保對(duì)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(hào)，濾除噪聲。喇叭是感性負(fù)載（音圈有電感），且功放輸出可能混入高頻噪聲（如開(kāi)關(guān)電源干擾、射頻干擾），需通過(guò)濾波電路提取純凈的音頻信號(hào)（20Hz~20kHz）。計(jì)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(hào)。

3. 耦合：適配后續(xù)電路的信號(hào)極性。喇叭信號(hào)是交流信號(hào)，還有別的干擾信號(hào)，需通過(guò)電容耦合到 ADC 芯片。

五、完整喇叭信號(hào)回采的工作流程為：

喇叭輸出端（高電壓交流信號(hào)）→衰減網(wǎng)絡(luò)：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(hào)轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)）→算法處理（如回聲消除、失真分析等）

六、關(guān)鍵參數(shù)與設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

• 衰減比計(jì)算：根據(jù)喇叭最大電壓和 ADC 輸入上限計(jì)算，例如喇叭最大 ±30V，ADC 上限 3.3V，需衰減比≥30:3.3≈9:1（實(shí)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(shí)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(diǎn)接地，避免與功放、麥克風(fēng)電路共地引入噪聲。

• 動(dòng)態(tài)范圍：衰減后的信號(hào)峰峰值需小于 ADC 滿量程（如 3.3V ADC，信號(hào)峰峰值≤3V），避免削波失真。通常音頻信號(hào)小于 1V。

通過(guò)以上設(shè)計(jì)，喇叭信號(hào)回采電路可在不干擾喇叭工作的前提下，準(zhǔn)確提取音頻信號(hào)，為后續(xù)的回聲消除、音質(zhì)優(yōu)化等功能提供原始數(shù)據(jù)支撐。

重點(diǎn)總結(jié)：

對(duì)于不同 DSP 芯片，AEC 電路不同！

• 對(duì)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(nèi)部支持 ADC 輸出檢測(cè)，軟件自帶 AEC 功能，更省事）

• 對(duì)于沒(méi)有 ADC 輸入的芯片，如 I2S 通信，需增加 ADC 轉(zhuǎn)換芯片。AEC 回采信號(hào)通過(guò)差分走線輸入到 ADC 芯片，MIC 信號(hào)通常在 mV 級(jí)別，注意輸入信號(hào)不要超過(guò)芯片輸入的最大范圍內(nèi)，避免信號(hào)削波失真！

結(jié)合嘉興禾潤(rùn)和上海類比的優(yōu)質(zhì)功放產(chǎn)品，遵循以上設(shè)計(jì)要點(diǎn)，相信你能設(shè)計(jì)出性能出色的智能音箱，為用戶帶來(lái)更好的音質(zhì)和使用體驗(yàn)。

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