運用更高輸出功率與 H 類控制打造沉浸式汽車音響體驗

作者：德州儀器 Gregg Burke

隨著汽車油耗標準越趨嚴格 (根據美國環境保護局最新規定，2026 年汽車燃油效率須達每加侖40英里)，汽車音響設計人員也面臨新挑戰，除了提供沉浸式音訊體驗，還要致力減輕車體重量、提高整體效率。 

在設計汽車外部放大器時，如果能提高輸出功率、採用阻抗更高的揚聲器，並在系統中啟用 H 類控制 (Class-H control)，就能讓音訊系統架構升級，打造更高規格的用戶體驗。本文將詳細介紹以上方法，並分析其對音訊系統重量和性能的影響。

在汽車音訊設計中啟用 H 類控制：歡迎觀看「運用 H 類控制優化系統效率與功耗」影片，了解 TAS6584-Q1 與 LM5123-Q1 如何提高熱性能、減少系統空間、實現更低功耗。

更高的電源電壓＋更高的輸出電流＝更高的輸出功率

不只設備商 (OEM) 要求減輕車體重量，消費者也追求極致的音訊性能，渴望在車內享受沉浸式的音訊體驗。為了滿足這些需求，設計人員在開發系統時，通常會採用強而有力的重低音揚聲器，藉此持續送出磅礴震撼的重低音，在聲音複製上實現更大的動態範圍 (即最小聲和最大聲之間的分貝數差異)。

如果想增加動態範圍、提高輸出功率，不妨考慮提升輸入電源電壓。表 1 呈現揚聲器阻抗增加時，保持 75W 輸出功率所需的電源電壓及輸出電流值。 

表 1：(功率相同下) 不同通道需求之間的關係

表 2 顯示功率需求增加與電源電壓及輸出電流之間的關係。在此例子中，如果維持揚聲器阻抗不變，為了將輸出功率先後提高至 100W、120W，則電源電壓和輸出電流都必須增加。

表 2：(功率提高下) 各種通道需求之間的關係

高阻抗揚聲器有助減輕整體重量的原理

如表 1 所示，使用高阻抗揚聲器的優點，在於能維持輸出功率不變，同時讓輸出電流大幅下降。隨著所需的輸出電流降低，銅線的相對尺寸 (直徑) 也能進一步縮小。舉例來說，在相同輸出功率下，與 4Ω 或 2Ω 揚聲器相比，8Ω 揚聲器只需要直徑較小的銅線，因此能減少音訊電纜的重量。

圖 1 的簡化安裝圖為一套有六個揚聲器的汽車音訊系統，每扇車門有一個中音揚聲器，後部另有兩個揚聲器，總共需要約 76 英尺的銅線來連接所有揚聲器。

圖 1：連接典型六揚聲器汽車音訊系統所需的銅線長度

提高揚聲器阻抗有助減少電纜直徑，如果考量將所有揚聲器連接到音訊外部放大器的佈線數量，這種設計概念確實能有效降低音訊系統的整體重量。

啟用 H 類控制來優化系統效率、減去多餘重量

在傳統音訊系統中，為了提供音訊負載需要的峰值功率，電源解決方案通常將所有揚聲器的音訊放大器電源電壓 (標記為 PVDD) 設在最高的所需電壓 (如圖 2)。

圖 2：無 H 類控制傳統音訊系統中的 PVDD

透過汽車 D 類音訊放大器 (如 TAS6584-Q1) 實作 H 類控制技術，有助優化提供給放大器的 PVDD 電壓 (見圖 3)，也能動態追蹤音訊波形的包絡。H 類控制能大幅提升音訊設計的效率，節省 PVDD 電壓固定為 42V 時會耗散的功率。

圖 3：採用 H 類控制的 PVDD

表 3 的數據能進一步說明 H 類控制對效率的影響。此例採用以 TAS6584-Q1 為基礎的汽車 H 類音訊及追蹤電源參考設計，能啟用或關閉 H 類控制功能。如表 3 所示，比較系統中的電源輸入 (P_in) 與功耗 (P_out) 時，可發現使用 H 類控制時，升壓電源控制器和音訊放大器之間的系統效率增益接近 10%。

表 3：使用 H 類控制帶來的效率提升

提高效率也能降低外部放大器的整體功率損耗，如圖 4 所示。

圖 4：採用H 類控制有助降低整體功率損耗

透過 TAS6584-Q1 音訊放大器和 LM5123-Q1 升壓控制器電源的熱像儀圖像，我們能比較兩者在啟用和關閉 H 類控制時的熱特徵差異，進一步了解 H 類控制的效益。圖 5 顯示實作 H 類控制可大幅降低總熱負載。

如圖 5 所示，功耗降低後，H 類控制效率提高，進而使熱負載降低，因此能選用更小的散熱器來進行內部散熱。

圖 5：不採用及採用 H 類控制時的溫度比較

表 4：LM15123-Q1 及 TAS6584-Q1 的熱成像溫度比較 

結語

本文透過各項圖表，說明了設計人員能善用更高阻抗的揚聲器與 H 類控制，開發出更輕量的音訊系統，也指出外部放大器重量減輕後，可實現多種優點，包含提升車輛續航里程、可在整體音訊設計中加入更多揚聲器通道，以及提升現有車內揚聲器的每通道平均輸出功率。