德州仪器：提升智能音箱的创新设计，把握下一个市场机遇！
前言：
作者：
Benwei Xin，德州仪器（TI）市场业务经理
Wenchau Albert Lo，德州仪器（TI）个人电子产品系统工程师
智能音箱行业的竞争愈发激烈，各大制造商都在争相开发功能更强大、使用更方便的产品。当今的智能音箱拥有语音交互、人工智能、智能家居控制及多媒体播放等丰富的功能。要在竞争中占据先机，智能音箱的设计必须在总体系统成本、电池续航能力、热效应、回声消除和音质方面具备优势。
总体系统成本
降低系统成本是整个智能家居行业的重中之重。在智能音箱设计中，设计人员最有可能做到的是通过音频放大器降低系统成本。德州仪器（TI）的音频设计团队并未牺牲音质表现来换取系统成本，而是另辟蹊径，围绕音频放大器开发了一系列解决方案，可在提升性能的同时降低系统成本。
降低系统成本是整个智能家居行业的重中之重。在智能音箱设计中，设计人员最有可能做到的是通过音频放大器降低系统成本。德州仪器（TI）的音频设计团队并未牺牲音质表现来换取系统成本，而是另辟蹊径，围绕音频放大器开发了一系列解决方案，可在提升性能的同时降低系统成本。
例如，针对 10 W 以下的音频系统，TI 电磁干扰抑制技术用铁氧体磁珠取代了电感器。4 个电感器的平均成本为 0.16 美元，而 4 个铁氧体磁珠的平均成本仅为 0.04 美元。这样，仅这一项，设计人员就可在一个双声道系统中平均节约 0.12 美元。
电池续航能力和热效应
小尺寸电池可以使智能音箱更小巧、更轻、更便携。而更高的效率和优化的热效应，不仅有助于减小电池尺寸，还可以保持电池的续航能力。
麦克风和片上系统（SoC）是主要的耗电组件，但它们需要持续听取指令。因此，要降低待机功率和热耗散，设计人员必须从其它方面着手。。
从音频放大器着手是其中一个理想选择，因为除SoC外，它的待机功耗最高，热耗散也最大。要降低待机功耗，运用混合调制模块音频放大器可调整输出脉冲宽度调制的工作周期，控制从电感器到音箱的电流，从而减少 50% 的闲置电流。这样，便可以降低总体功耗，优化热耗散，最终无需增加电池尺寸即可延长电池的续航时间。
回声消除
语音识别的准确性会影响虚拟助手的性能，也是智能音箱性能的一个重要指标。其中的一项挑战就是，麦克风会拾取各种各样的环境噪声，包括其它电器、人员对话，甚至是智能音箱正在播放的音乐。为了过滤环境噪声，更准确地识别用户的语音命令，智能音箱应配置多个麦克风，并采用综合技术实现准确的语音识别。
语音识别的准确性会影响虚拟助手的性能，也是智能音箱性能的一个重要指标。其中的一项挑战就是，麦克风会拾取各种各样的环境噪声，包括其它电器、人员对话，甚至是智能音箱正在播放的音乐。为了过滤环境噪声，更准确地识别用户的语音命令，智能音箱应配置多个麦克风，并采用综合技术实现准确的语音识别。
其中一项技术就是回声消除，它可以识别播放中音乐的数字信号，然后将该信号从麦克风输入中去除。回声消除以数字化方式消除一切背景噪声，包括音乐。为了更好地滤除环境噪声，带有回声消除功能的音频放大器有一个SDOUT （电子声音输出）信号。如图 1 所示，SDOUT 信号馈入 SoC，滤除麦克风收到的音乐信号。
图 1：回声消除系统框图
高音质
智能音箱的设计小巧美观。但尺寸小了，音频输出功率也会减小。具备良好音箱保护功能的放大器可在无损音质的情况下增大音箱的音量输出。利用算法和模型，音箱保护放大器可分析输入的音乐信号，然后提供 5 倍于音箱额定功率的峰值输出功率，最终实现两到三倍的输出音量放大效果，而且不会影响音箱的音效。如此一来，外形小巧的智能音箱也能实现高品质音效。
智能音箱的设计小巧美观。但尺寸小了，音频输出功率也会减小。具备良好音箱保护功能的放大器可在无损音质的情况下增大音箱的音量输出。利用算法和模型，音箱保护放大器可分析输入的音乐信号，然后提供 5 倍于音箱额定功率的峰值输出功率，最终实现两到三倍的输出音量放大效果，而且不会影响音箱的音效。如此一来，外形小巧的智能音箱也能实现高品质音效。
下一个机遇是什么？
除了在传统音箱中加入语音互动功能之外，智能音箱市场的另一个关注重点是实现高保真声音。尽管目前市场上的大部分蓝牙（Bluetooth® ）音箱都不具备语音识别或语音交互功能，但在不久的将来，蓝牙加上语音识别、语音交互将成为市场标配。
除了在传统音箱中加入语音互动功能之外，智能音箱市场的另一个关注重点是实现高保真声音。尽管目前市场上的大部分蓝牙（Bluetooth® ）音箱都不具备语音识别或语音交互功能，但在不久的将来，蓝牙加上语音识别、语音交互将成为市场标配。
自带电池的便携式智能音箱，需要实现具有和线路供电音箱同等的功率，这将成为智能音箱设计的下一个机遇。
在过去的 10 年里，音箱设计已从大型、家用型慢慢向更小巧便携、更智能的个人应用演变，在这个过程中，德州仪器提供了大量的技术和系统解决方案，以实现智能音箱更长的续航时间、更好的音质体验、稳定的连接性以及快速的充电效果，并尽可能地为客户降低系统成本图 2 展示了德州仪器的智能音箱系统框图，可供快速进行系统选型和设计。
图 2：TI 智能音箱系统框图
请点击查看交互式框图，或浏览更多参考设计、应用手册以及其它智能音箱设计资源。
其他资源
• 智能音箱系统TI参考设计推荐：
o 为无辅助 AC / DC 电源实现低于 90mW 的待机功率参考设计.
o 12mm x 12mm、5 轨应用处理器电源定序参考设计.
o 采用 LED 动画的人机界面参考设计.
o 采用 MSP430™ 电容式触控 MCU、触觉元件和 LCD 的 MSP432™ MCU 参考设计.
o 基于 PCM1864 的圆形麦克风板 (CMB) 参考设计.
o 采用 TI DLP® 技术且适用于低成本处理器的超便携、低功耗 nHD 显示参考设计.
• 智能音箱系统TI参考设计推荐：
o 为无辅助 AC / DC 电源实现低于 90mW 的待机功率参考设计.
o 12mm x 12mm、5 轨应用处理器电源定序参考设计.
o 采用 LED 动画的人机界面参考设计.
o 采用 MSP430™ 电容式触控 MCU、触觉元件和 LCD 的 MSP432™ MCU 参考设计.
o 基于 PCM1864 的圆形麦克风板 (CMB) 参考设计.
o 采用 TI DLP® 技术且适用于低成本处理器的超便携、低功耗 nHD 显示参考设计.
