Grande som com alto-falantes minúsculos: como os amplificadores de potência inteligentes fazem isso acontecer

Os smartphones modernos precisam acompanhar nossas necessidades cada vez mais exigentes de áudio. Quer seja reprodução de áudio sem fio, fones de ouvido tradicionais com fio ou o consumo crescente de áudio pelos alto-falantes do telefone, estamos consumindo mais músicas, filmes e jogos do que nunca. Construir um smartphone capaz de fornecer áudio de qualidade excepcional, especialmente em minúsculos alto-falantes móveis, não é uma tarefa fácil.

Hardware de melhor qualidade faz parte da solução e há desenvolvimentos igualmente importantes em algoritmos de software de processamento de sinal digital. Hoje em dia, você encontrará cada vez mais esses recursos dentro do chip do amplificador que aciona o alto-falante do telefone.

O que procurar em uma ótima reprodução de áudio em smartphones?

Produzir uma reprodução de áudio de ótima qualidade é um problema multifacetado. Por um lado, existe a demanda por um volume maior e consistente em vários alto-falantes e em todas as faixas de frequência. Afinal, não queremos que as explosões sobrecarreguem a fala ao aumentar o volume de nossos filmes de ação favoritos. Volume com uma ampla faixa dinâmica, graves limpos, vigorosos e de alta precisão e altas frequências nítidas são muito cobiçados. Junto com um amplo senso de presença espacial e equilíbrio tonal que permite ao ouvinte captar detalhes sutis, esteja ouvindo em volumes baixos ou altos.

Existem muitos tipos e causas diferentes de distorção das caixas acústicas. Um elo fraco na cadeia pode arruinar sua experiência auditiva.

Ao mesmo tempo, os alto-falantes do telefone precisam ser acionados com distorção muito baixa para uma apresentação limpa em níveis de audição altos e baixos. A distorção vem em uma variedade de formas. O mais óbvio é o zumbido e ruído que você pode ouvir ao colocar um alto-falante de baixa qualidade ou fonte de alimentação em corte em volumes altos. Mas a distorção também pode vir de outras fontes – ruído de circuito e fonte de alimentação que pode ser multiplicado por um amplificador de alto-falante ou não linearidade no alto-falante ou no amplificador em volumes baixos ou altos. A distorção também pode incluir sons bombeados produzidos por uma fonte de alimentação inadequada ou outros efeitos de compressão adicionais indesejados.

Uma configuração de áudio de alta qualidade precisa levar todos esses pontos técnicos em consideração, já que apenas um elo fraco na cadeia pode arruinar sua experiência auditiva. Particularmente ao lidar com alto-falantes minúsculos e orçamentos de energia de áudio mais baixos encontrados em smartphones.

Como os amplificadores amplificados “inteligentes” lidam com os detalhes técnicos do áudio e fornecem reprodução de alta qualidade?

Chip Cirrus Logic Codec

Crédito: Robert Triggs / Autoridade Android

A prevalência do áudio móvel como o principal ponto de escuta das pessoas deu origem a uma série de novos problemas a serem resolvidos. Micro alto-falantes minúsculos e a potência limitada das baterias de íon de lítio exigem novas abordagens inovadoras em comparação com os amplificadores alimentados pela rede e grandes alto-falantes encontrados no ecossistema Hi-Fi. Para fechar a lacuna de qualidade, os fabricantes optaram por chips amplificadores “inteligentes”.

Normalmente, os benefícios da qualidade de áudio aprimorada e das tecnologias de ponta são pensados ​​em termos de ouvir música, jogar e assistir filmes. No entanto, as tecnologias de amplificadores inteligentes são igualmente importantes para chamadas de voz, um caso de uso particularmente importante em smartphones. Você certamente não quer lutar e se esforçar contra o ruído de fundo para ouvir uma chamada, então os amplificadores de alta qualidade precisam oferecer um nível de ruído muito baixo para chamadas silenciosas.

Consulte Mais informação: O áudio do smartphone é importante, aqui está o que é necessário para construir o melhor

Este é um pedido difícil de um amplificador que também impulsiona sinais de alta potência e bombeia nossa música. Um amplificador com uma alta relação sinal-ruído (SNR) é desejável para todos os casos de uso, pois garante que o piso de ruído não interfira com o áudio que queremos ouvir. Mas SNR é particularmente importante em situações com níveis de sinal menores, como voz, onde diferenças sutis em timbres e tons que tornam o som da fala único e inteligível podem ser mascarados por altos níveis de ruído. Um amplificador de qualidade pode ser a diferença entre chamadas cristalinas e repetir “desculpe, você pode dizer isso de novo?”.

Quando se trata de smartphones, um amplificador de alta qualidade precisa atender às diferentes demandas de multimídia e voz. As tecnologias inteligentes encontradas nesses amplificadores podem ser divididas em duas categorias; gerenciamento inteligente de energia e uso de processamento de sinal digital para aprimoramentos de áudio.

Gerenciamento inteligente de energia

Os alto-falantes do smartphone são limitados pela carga da bateria do telefone, principalmente quando as células estão com pouca carga. O primeiro estágio para melhorar a qualidade do áudio móvel é melhorar a eficiência de energia para aproveitar ao máximo essas baterias. Os sistemas de energia aprimorada desperdiçam menos energia com o uso de amplificadores eficientes de Classe D, em vez dos designs tradicionais de Classe A e AB.

Ao mesmo tempo, esses amplificadores são capazes de produzir saídas de alta potência de pico, aumentando e diminuindo os trilhos da fonte de alimentação para acompanhar os picos no áudio (função Classe H). Isso desperdiça menos energia ao reproduzir em volumes baixos e ainda atender às demandas de volumes maiores. Por exemplo, os amplificadores inteligentes da Cirrus Logic oferecem uma saída ampliada de até 7,1 watts para volume máximo.

Classe de amplificador Boosted Cirrus Logic

Medir com precisão a tensão, a corrente e a resistência da bateria em tempo real permite que um amplificador inteligente calcule o nível de potência de saída ideal, dependendo da condição atual da bateria. Isso garante que os alto-falantes soem tão bem em níveis altos e baixos de bateria e não acabem distorcendo e arruinando a qualidade do áudio porque a bateria fica sem energia.

Gerenciamento de potência do amplificador lógico Cirrus

No segundo exemplo acima, a solução da Cirrus Logic garante uma voltagem mais consistente na bateria ao transmitir o áudio pelos alto-falantes. A queda da bateria significa menos energia para o alto-falante, o que pode, por sua vez, aumentar a probabilidade de distorção e falta de energia para volumes de audição altos. Sem mencionar o efeito de arrastamento para outros componentes alimentados por bateria, como um processador e tecnologias de comunicação sem fio. O gerenciamento inteligente de bateria pode não parecer um ponto de partida óbvio para tecnologias de áudio inteligentes, mas é incrivelmente importante.

Processamento de sinal digital mais inteligente

Ter a capacidade de fornecer alta potência de saída de maneira eficiente é apenas uma peça do quebra-cabeça. Taqui está uma ampla gama de processamento de sinal digital (DSP) que precisa ser aplicado não apenas ao ambiente de energia, mas também ao sinal de áudio para melhorar o desempenho em pequenos sistemas de áudio de smartphones.

Maior potência requer um olhar mais atento para a segurança e proteção do alto-falante. Um dos principais desafios é colocar alta potência nos alto-falantes enquanto opera dentro de limites seguros. Os circuitos de proteção de alto-falantes analógicos tradicionais são relativamente rudimentares, geralmente contando com fusíveis. Amplificadores inteligentes modernos construídos para dispositivos móveis são muito mais inteligentes, usando monitoramento de alto-falante em tempo real e algoritmos para aproveitar ao máximo a potência disponível sem exceder os limites operacionais seguros do alto-falante.

Um critério operacional chave é a excursão do alto-falante. Excursion define o quão longe o cone do alto-falante pode se mover de sua posição de repouso, com alto-falantes menores tendo um limite de excursão menor. A excursão mais alta move mais ar para produzir som mais alto e graves mais altos. Exceder o limite de excursão de um alto-falante é uma receita para distorção de recorte e até mesmo danos permanentes, especialmente quando se trata de micro alto-falantes usados ​​em smartphones. O calor também pode se tornar um problema ao mover os alto-falantes para frente e para trás, e o superaquecimento é especialmente inaceitável em aparelhos eletrônicos portáteis.

As informações em tempo real sobre a excursão do alto-falante e a temperatura permitem que o amplificador inteligente implemente um algoritmo de controle projetado para levar o alto-falante até seus limites sem excedê-los. Isso maximiza o desempenho enquanto garante que os alto-falantes operem com segurança o tempo todo.

Especialistas em sintonia e o ouvido humano

As aplicações inteligentes das técnicas DSP não se restringem ao monitoramento de alto-falante, elas também podem ser usadas para melhorar o som e até mesmo “enganar” nossos ouvidos para ouvir áudio de melhor qualidade por meio do uso de técnicas psicoacústicas. Manipular o fenômeno Fundamental ausente, por exemplo, convence nosso cérebro a ouvir mais graves de pequenos alto-falantes móveis que, de outra forma, lutam para produzir frequências muito baixas. A compressão, usada com moderação, também pode ajudar a aumentar o volume percebido de fontes de áudio, às custas de alguma faixa dinâmica.

Uma ferramenta é tão boa quanto a pessoa que a maneja. O conhecimento e a experiência de ajuste de alto-falante especializado são tão importantes quanto um algoritmo poderoso.

O ajuste de alto-falante e algoritmo especializado é outra parte fundamental da configuração de um amplificador inteligente.

A afinação do alto-falante é uma técnica cada vez mais comum usada para eliminar respostas de frequência imperfeitas do alto-falante, como corrigir graves estrondosos ou diminuir uma queda onde as frequências superior e inferior do alto-falante se cruzam. A sintonia de alto-falante também é usada para dar a um alto-falante um som característico que pode estar associado a uma marca específica. Isso parece simples em teoria, mas criar camadas de filtros para manipular o som é um processo complexo e não é necessariamente fácil prever o resultado final. Feito mal, o ajuste de fala pode apresentar problemas imprevistos próprios, como fase, resposta ao impulso e artefatos de toque do filtro.

Além disso, o ajuste do alto-falante / som envolve a personalização dos algoritmos de proteção do alto-falante e da bateria para atender ao sistema específico. Uma ferramenta é tão boa quanto a pessoa que a maneja, e é aí que o conhecimento especializado e a experiência são inestimáveis. Um conhecimento profundo dos sistemas elétricos e acústicos, junto com um ouvido bem treinado, é essencial para detectar artefatos e corrigir para uma resposta de frequência ideal. Por esse motivo, a Cirrus Logic mantém uma equipe de especialistas em ajuste que podem escolher os esquemas de processamento de sinal mais eficazes e ajustá-los para oferecer o máximo desempenho.

Criação de melhor áudio móvel

Macro de entrada e alto-falantes do Vivo NEX 3 5G

As exigentes necessidades de áudio dos smartphones modernos estão gerando novos requisitos de componentes de alto-falante e amplificador. Eles precisam ser cada vez mais capazes de gerar áudio de alta qualidade em níveis de audição silenciosos e altos, mesmo quando a capacidade da bateria está acabando. Você descobrirá que muitos telefones alimentados por amplificadores amplificados inteligentes oferecem esses recursos e recursos.

A Cirrus Logic é líder da indústria em tecnologia de amplificador impulsionada, com vendas unitárias agora superiores a 3 bilhões. Esses amplificadores estão fornecendo áudio excepcional em oito dos 12 smartphones com melhor classificação, por meio do uso de ajuste de alto-falante, gerenciamento inteligente de energia e outras técnicas descritas acima.

Em conclusão, a indústria de áudio está cada vez mais se voltando para técnicas poderosas de modelagem digital e amplificadores mais inteligentes para melhorar a qualidade do áudio em vários formatos. Essas tecnologias são particularmente potentes em aplicações móveis, onde as limitações da bateria e pequenos alto-falantes exigem atenção extra para obter uma qualidade de som superior.



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