作者：德州儀器產品行銷工程師 Ben Miller
本文提及的產品：TAS2563
智慧喇叭已在一般家庭隨處可見，提升了消費性家庭產品音效品質的標準。各種新型音效功能開始出現在您想像不到的地方：咖啡機內建的數位語音助理會告知您咖啡剛煮好，還有數位空調系統能一面播放您最喜歡的爵士樂，一面播報氣象（圖1）。由於消費者對智慧家庭科技的倚賴日增，像透過視訊門鈴對講機和訪客對話這種在過去被認為奇怪的場景，都變得越來越普通。
因此，許多家電設計師開始升級產品的音效子系統，或首度在電路中導入音效功能。由於消費者對音效品質的需求增加，工程師正面臨一項新的挑戰：如何提供更大聲、更清晰且更震撼的音效，而無須改用更大的喇叭或電池，或在產品外型上妥協。本文將探討智慧家庭產品設計師如何運用智慧功率放大器，亦即整合喇叭保護及音效處理功能的 Class-D 放大器，以便為那些受空間限制的系統提供高保真音效。
圖1：音效功能在現代家庭產品中越來越常見
智慧家庭產品雖因藍牙低功耗、行動處理器等技術而得以實現，但音效技術大幅提升之後，智慧家庭介面才變得更容易取得。舉例來說，烤箱完成預熱時所發出的嗶嗶聲是由傳統的 5-V、2-W、Class-AB 放大器所驅動。若這種放大器音量欲超過 2W，就必須忍受大量失真（總諧波失真外加雜訊的10% 以上）。這種性能水準對簡單的嗶聲或鬧鈴來說仍可接受，然
就現代智慧家庭體驗而言，大多數 5V、Class-AB 放大器皆不夠震撼或清晰。智慧功率放大器能改善這方面的品質差距。
為了克服智慧型手機挑戰之一 — 如何讓小型喇叭發出大而清晰的聲音，而不會損傷喇叭或耗盡電池電力，TI 因此開發智慧功率放大器。以一款高保真 Class-D 放大器為基礎，TI 的智慧功率放大器使用電流感測與電壓感測喇叭保護運算法，讓喇叭得以超越它們的額定溫度與偏移極限 — 藉此達成更大音量而不致損傷喇叭。藉由使用智慧功率放大器，小尺寸平價喇叭用在迷你智慧喇叭和平板等空間受限的應用時也能發出更大音量。
智慧功率放大器為音訊技術掀起一場小革命，讓我們可以不必在音量、尺寸和功率效率之間取捨妥協，而能同時兼顧三者。由於這種技術已經成熟，其優點也更廣為人知，智慧功率放大器已開始成為空調、安全攝影機和廚房家電等智慧家庭產品的關鍵推手。
除了大音量、高保真音效，智慧功率放大器還能提供智慧家庭應用其他寶貴功能，像是利用視訊門鈴對講機進行雙向音訊溝通。若要建置有效的語音介面或雙向功能，有時相當複雜。類比麥克風必須進行數位轉換，並從喇叭採集回音參考資料，再傳送給處理器的回音消除運算法，此外 Class-D 放大器也需要電壓升壓，才能提供更多輸出功率。
使用智慧功率放大器可大幅簡化訊號鏈。圖2為 TI 的TAS2563智慧功率放大器整合數位訊號處理器和 Class-H 升壓轉換器，適合用於雙向音訊系統。TAS2563 能整合大部分的訊號鏈，因為它可以透過智慧功率放大器的 Inter IC-Sound（I2S）音訊串流，將數位麥克風輸入和後處理音訊傳送到主處理器。
傳統的雙向音訊系統
採用智慧功率放大器的雙向音訊系統
圖2：智慧功率放大器能在單一封裝中整合雙向音訊系統中大部分元件
智慧功率放大器的開發看似複雜，但TI正努力讓它變得更容易，讓所有工程師都能為產品提供最佳性能。TI 軟體工程師已為 PurePathTM Console 3 這款智慧功率放大器開發了全新的圖形用戶介面。語音及音樂預設等調校功能也剛經過簡化，使用者可以更輕鬆快速地透過喇叭播放優美音質，消除了在任何應用中實現高品質音效的障礙。TI 音訊工程師還推出一系列培訓影片、應用說明和常見問答集，協助您為智慧家庭、建築安全或小型應用專案提供高品質音效。TAS2563 也是市面上首款採用針腳四方扁平無引線（QFN）封裝的智慧功率放大器，能容納更多製造流程。
智慧功率放大器已證實是端對端音訊解決方案當中，一種功能強大卻非常容易學習的元件。有了智慧功率放大器的超廣輸出功率範圍和技術支援，即使是目前尚未導入音效功能的應用，皆應該把握時機嘗試聲音學的各種新可能。只要善用音訊科技的最新進展，就可能找出連結智慧家庭使用者的創新點子。
其他資源
閱讀技術文章：「如何開始智慧家庭音效設計
