北京2018年10月30日電 /美通社/ -- 智能音箱行業(yè)的競爭愈發(fā)激烈，各大制造商都在爭相開發(fā)功能更強大、使用更方便的產(chǎn)品。當今的智能音箱擁有語音交互、人工智能、智能家居控制及多媒體播放等豐富的功能。要在競爭中占據(jù)先機，智能音箱的設計必須在總體系統(tǒng)成本、電池續(xù)航能力、熱效應、回聲消除和音質(zhì)方面具備優(yōu)勢。
總體系統(tǒng)成本
降低系統(tǒng)成本是整個智能家居行業(yè)的重中之重。在智能音箱設計中，設計人員最有可能做到的是通過音頻放大器降低系統(tǒng)成本。德州儀器（TI）的音頻設計團隊并未犧牲音質(zhì)表現(xiàn)來換取系統(tǒng)成本，而是另辟蹊徑，圍繞音頻放大器開發(fā)了一系列解決方案，可在提升性能的同時降低系統(tǒng)成本。
例如，針對 10 W 以下的音頻系統(tǒng)，TI 電磁干擾抑制技術(shù)用鐵氧體磁珠取代了電感器。4 個電感器的平均成本為 0.16 美元，而 4 個鐵氧體磁珠的平均成本僅為 0.04 美元。這樣，僅這一項，設計人員就可在一個雙聲道系統(tǒng)中平均節(jié)約 0.12 美元。
電池續(xù)航能力和熱效應
小尺寸電池可以使智能音箱更小巧、更輕、更便攜。而更高的效率和優(yōu)化的熱效應，不僅有助于減小電池尺寸，還可以保持電池的續(xù)航能力。
麥克風和片上系統(tǒng)（SoC）是主要的耗電組件，但它們需要持續(xù)聽取指令。因此，要降低待機功率和熱耗散，設計人員必須從其它方面著手。
從音頻放大器著手是其中一個理想選擇，因為除 SoC 外，它的待機功耗較高，熱耗散也較大。要降低待機功耗，運用混合調(diào)制模塊音頻放大器可調(diào)整輸出脈沖寬度調(diào)制的工作周期，控制從電感器到音箱的電流，從而減少 50% 的閑置電流。這樣，便可以降低總體功耗，優(yōu)化熱耗散，最終無需增加電池尺寸即可延長電池的續(xù)航時間。
回聲消除
語音識別的準確性會影響虛擬助手的性能，也是智能音箱性能的一個重要指標。其中的一項挑戰(zhàn)就是，麥克風會拾取各種各樣的環(huán)境噪聲，包括其它電器、人員對話，甚至是智能音箱正在播放的音樂。為了過濾環(huán)境噪聲，更準確地識別用戶的語音命令，智能音箱應配置多個麥克風，并采用綜合技術(shù)實現(xiàn)準確的語音識別。
其中一項技術(shù)就是回聲消除，它可以識別播放中音樂的數(shù)字信號，然后將該信號從麥克風輸入中去除?；芈曄詳?shù)字化方式消除一切背景噪聲，包括音樂。為了更好地濾除環(huán)境噪聲，帶有回聲消除功能的音頻放大器有一個SDOUT （電子聲音輸出）信號。如圖 1 所示，SDOUT 信號饋入 SoC，濾除麥克風收到的音樂信號。
高音質(zhì)
智能音箱的設計小巧美觀。但尺寸小了，音頻輸出功率也會減小。具備良好音箱保護功能的放大器可在無損音質(zhì)的情況下增大音箱的音量輸出。利用算法和模型，音箱保護放大器可分析輸入的音樂信號，然后提供 5 倍于音箱額定功率的峰值輸出功率，最終實現(xiàn)兩到三倍的輸出音量放大效果，而且不會影響音箱的音效。如此一來，外形小巧的智能音箱也能實現(xiàn)高品質(zhì)音效。
下一個機遇是什么？
除了在傳統(tǒng)音箱中加入語音互動功能之外，智能音箱市場的另一個關(guān)注重點是實現(xiàn)高保真聲音。盡管目前市場上的大部分藍牙（Bluetooth® ）音箱都不具備語音識別或語音交互功能，但在不久的將來，藍牙加上語音識別、語音交互將成為市場標配。
自帶電池的便攜式智能音箱，需要實現(xiàn)具有和線路供電音箱同等的功率，這將成為智能音箱設計的下一個機遇。
在過去的 10 年里，音箱設計已從大型、家用型慢慢向更小巧便攜、更智能的個人應用演變，在這個過程中，德州儀器提供了大量的技術(shù)和系統(tǒng)解決方案，以實現(xiàn)智能音箱更長的續(xù)航時間、更好的音質(zhì)體驗、穩(wěn)定的連接性以及快速的充電效果，并盡可能地為客戶降低系統(tǒng)成本圖 2 展示了德州儀器的智能音箱系統(tǒng)框圖，可供快速進行系統(tǒng)選型和設計。
請點擊查看交互式框圖，或瀏覽更多參考設計、應用手冊以及其它智能音箱設計資源。
其他資源
本文作者為：
Benwei Xin，德州儀器（TI）市場業(yè)務經(jīng)理
Wenchau Albert Lo，德州儀器（TI）個人電子產(chǎn)品系統(tǒng)工程師
