原创深度:​DSM™ 算法如何提高微型扬声器的音量并丰富其音效

作者:Maxim Integrated

微型扬声器目前已广泛应用于各种消费类设备,比如游戏设备/配件、智能家庭物联网和可穿戴设备。这些扬声器的基本组件与传统扬声器类似,都是由振膜、音圈和磁铁组成。不过微型扬声器的组件体积更小,结构更简单,因此其整体外形也更小、更轻薄。

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由于微型扬声器的体积很小,所以其音量(声压级)和整体低音响应也非常有限。音箱越小,其谐振频率就越高,从而导致低音衰减,声音低。但如果放大器能够持续监测和保护扬声器,使其免受故障条件的影响,就可以显著提升扬声器的音量和低音响应。

扬声器在以下两个关键条件下最有可能出现故障。由于标准放大器无法监测和保护扬声器免受这两个条件的影响,所以扬声器的额定功率非常保守:

条件1:超过音圈温度限值

音圈温度限值—在微型扬声器的部件融化之前,音圈能达到的温度。

条件2:超过机械偏移限值

机械偏移限值—在发生机械断裂之前,振膜可以移动的距离。

因此,要驱动扬声器达到其温度和机械限值以提升音量和低音效果,就需要给扬声器提供保护。

为了正确保护扬声器,负责提高音频信号音量的放大器就必须了解扬声器的特性,比如其外壳内的谐振频率、偏移限值和音圈温度限值。要收集这些数据,通常需要执行耗时、复杂的扬声器特征化工作,然后还要花大量时间为该扬声器定制放大器的程序代码。如果扬声器或外壳有任何更改,则需要重新执行这两个步骤。

安全地驱动扬声器超出最高额定功率

现在,消费者不想牺牲音频性能来换取更紧凑的外形尺寸,他们希望鱼和熊掌兼得。幸运的是,Maxim的专利动态扬声器管理(DSM™)技术提供了一种安全的方式来驱动微型扬声器超过规定的最高额定功率。DSM算法可将音量(声压级)最多提高2.5倍,并将低音响应扩展至谐振频率下最多两个八度音阶,同时实现出色的功耗。设计工程师可以采用Maxim可靠的热防护技术,根据音圈的温度系数(Ohms/C)和直流电阻(DCR)对扬声器进行建模,利用Maxim的高效集成升压技术来安全地驱动扬声器超出其额定功率,实现音量最大化。通常情况下,低音响应受到谐振频率的限制。DSM的偏移保护可以根据扬声器的特性突破谐振频率的下限,让低音响应改善最多两个八度音阶,产生更为平衡的声音。

Maxim的DSM智能放大器在易于使用的固定功能DSP中集成了高性能电流和电压(IV)检测放大器与拥有专利的DSM算法。选择了固定功能DSP后,您只需要加载一个完整的寄存器映射即可为自己的设计定制保护算法和放大器配置。该寄存器映射可以使用Maxim易于使用的DSM Sound Studio GUI进行完全定制和设计。此外,强大到不可思议的DSM Sound Studio GUI也使前面提到的扬声器特征化比以往任何时候都更容易。现在,只需不到3分钟的时间就可以对扬声器的保护算法进行描述和定制!

MAX98390是一款升压型数字DG类DSM智能放大器,是集成了DSM的Maxim新款智能放大器。MAX98390采用6.3mm2的封装,通过将额定功率通常更低(最高约3W)的微型扬声器安全地驱动到更高功率(最高5.1W),充分释放系统的全部音频潜力。不过它也可以与5W扬声器配合使用,提高音量和低音效果。

如果要评估MAX98390是否适用于基于微型扬声器的未来设计,请查看MAX98390评估系统和《DSM用户指南》。

原文链接:
https://www.mouser.cn/blog/blog/how-dsm-algorithm-delivers-louder-richer-sound

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