通過更高的輸出功率和 H 類控制創(chuàng)造身臨其境的汽車音頻體驗(yàn)

隨著汽車油耗標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高（根據(jù)環(huán)境保護(hù)署的數(shù)據(jù)，到 2026 年將達(dá)到每加侖 40 英里），汽車音響設(shè)計(jì)師面臨的挑戰(zhàn)是如何提供身臨其境的音頻體驗(yàn)，同時減輕車輛重量并提高整體效率。

如果我們設(shè)計(jì)汽車外部放大器，我們可以通過增加輸出功率、利用更高阻抗的揚(yáng)聲器和在系統(tǒng)中實(shí)施 H 類控制來更新我們的音頻系統(tǒng)架構(gòu)以增強(qiáng)用戶體驗(yàn)。在本文中，我將詳細(xì)解釋每種方法，包括它們對音頻系統(tǒng)重量和性能的影響。

使用更高的電源電壓和更高的輸出電流支持更高的輸出功率

除了原始設(shè)備制造商 (OEM) 要求減輕車輛重量外，消費(fèi)者還尋求能夠在車輛中創(chuàng)造身臨其境體驗(yàn)的優(yōu)質(zhì)音頻性能。為了開發(fā)創(chuàng)造這種體驗(yàn)的系統(tǒng)，設(shè)計(jì)人員喜歡集成更強(qiáng)大的低音炮，這些低音炮可以持續(xù)輸出震耳欲聾的低音，并提供更大的聲音復(fù)制動態(tài)范圍（以分貝測量的最安靜和最響亮的聲音之間的差異）。

為了增加動態(tài)范圍以及更高的輸出功率，請考慮提高輸入電源電壓。表 1 顯示了在揚(yáng)聲器阻抗增加時保持 75 W 輸出功率所需的電源電壓和輸出電流值。

表1：各種通道需求之間的關(guān)系（相同功率）

表 2 顯示了增加的功率需求和電源電壓/輸出電流之間的相關(guān)性。在這種情況下，對于更高輸出功率的需求——從 100 W 到 120 W——需要增加電源電壓和增加輸出電流，以保持相同的揚(yáng)聲器阻抗。

表2：各種通道需求之間的關(guān)系（增加功率）

為什么高阻抗揚(yáng)聲器可以減輕整體重量

如表 1 所示，使用高阻抗揚(yáng)聲器的一個好處是輸出電流顯著下降，同時保持相同的輸出功率。并且當(dāng)我們降低所需的輸出電流時，可以減小銅線的相對尺寸（直徑）。例如，在相同輸出功率下，與 4-Ω 或 2-Ω 揚(yáng)聲器相比，直徑較小的線可以支持 8-Ω 揚(yáng)聲器，這有助于減輕音頻電纜的重量。

在圖 1 所示的簡化安裝中，描述了一個六揚(yáng)聲器汽車音響系統(tǒng)，每個車門支持一個中音揚(yáng)聲器，后部有兩個額外的揚(yáng)聲器，我們需要大約 76 英尺的銅線來連接所有揚(yáng)聲器。

圖 1：連接典型六揚(yáng)聲器汽車音響系統(tǒng)所需的銅線長度

增加揚(yáng)聲器阻抗的一個積極影響是它提供了減小電纜直徑的機(jī)會。當(dāng)我們將其乘以通常用于將所有揚(yáng)聲器連接到音頻外部放大器的電纜剪切量時，我們可以真正降低音頻系統(tǒng)的整體重量。

實(shí)施 H 類控制以優(yōu)化系統(tǒng)效率并進(jìn)一步減輕重量

在傳統(tǒng)的音頻系統(tǒng)中，電源解決方案通常將所有揚(yáng)聲器的音頻放大器的電源電壓（標(biāo)記為 PVDD）設(shè)置為所需的最高電壓，以提供音頻負(fù)載所需的峰值功率，如圖 2 所示。

圖 2：沒有 H 類控制的傳統(tǒng)音頻系統(tǒng)中的 PVDD

實(shí)施稱為 H 類控制的技術(shù)（使用汽車 D 類音頻放大器，例如TAS6584-Q1）可以優(yōu)化提供給放大器的 PVDD 電壓（參見圖 3）并動態(tài)跟蹤音頻的包絡(luò)波形。如果 PVDD 電壓固定為 42 V，H 類控制顯著提高了音頻設(shè)計(jì)的效率并節(jié)省了原本耗散的功率。

圖 3：使用 H 類控制的 PVDD

為了進(jìn)一步說明 H 類控制對效率的影響，讓我們看一下表 3 中的數(shù)據(jù)。使用基于 TAS6584-Q1 的汽車 H 類音頻和跟蹤電源參考設(shè)計(jì)，它可以切換 Class -H 控制開或關(guān)，表 3 比較了系統(tǒng)的輸入功率 (P in ) 與耗散功率 (P out )。借助 H 類控制，升壓電源控制器和音頻放大器之間的系統(tǒng)效率增益接近 10%。

表 3：使用 H 類控制提高效率

提高效率還可以降低外部放大器的總功率損耗，如圖 4 所示。

圖 4：在不使用 H 類控制的情況下降低整體功率損耗

為了進(jìn)一步說明這一點(diǎn)，讓我們看一下 TAS6584-Q1 音頻放大器和LM5123-Q1升壓控制器電源的熱像儀圖像，并比較它們的熱特征。圖 5 顯示了 H 類控制的實(shí)施如何顯著降低總熱負(fù)荷。

如圖 5 所示，H 類控制效率的提高（通過降低功率損耗）有助于降低熱負(fù)載，從而可以選擇更小的散熱器來散發(fā)內(nèi)部熱量。

圖 5：沒有和使用 H 類控制的熱節(jié)省

表 4：LM15123-Q1 和 TAS6584-Q1 熱成像的溫度對比表

結(jié)論

我希望我有效地展示了如何利用更高阻抗的揚(yáng)聲器和實(shí)施 H 類控制可以幫助我們開發(fā)更輕量級的音頻系統(tǒng)；以及外部放大器減輕重量如何轉(zhuǎn)化為以下好處之一：更長的行駛距離，能夠在整體音頻設(shè)計(jì)中包含更多數(shù)量的揚(yáng)聲器通道，以及增加現(xiàn)有汽車數(shù)量的每個通道的總體平均輸出功率揚(yáng)聲器。