作者：德州儀器Mike Spence
智能揚聲器是一類精巧實用的設備，可以用于播送天氣預報、點餐或播放喜愛的歌曲。隨著消費者發現了虛擬助手的更多用途，這些設備逐漸在更多的空間中得到應用，而且它們的外觀大小也越來越小巧，不會讓人感覺突兀顯眼。
但是，揚聲器的體積與輸出功率有直接關系。智能揚聲器的形狀因數越小，其體積也越小。如果揚聲器的體積縮小，其功率處理能力會受到影響，從而導致其產生的聲壓級降低。較小的揚聲器可以營造更安靜的環境，但同時也會減弱聲音的清晰度，用戶可能會因為無法在房間的各個角落聽到智能揚聲器的響應，而降低滿意度（圖1）。
圖1：智能揚聲器可以在房間的各個角落聽到你的聲音，但你能聽到它的響應嗎？
此外，產品價位也是導致消費者購買性能較弱、體積較小的揚聲器的因素。換言之，消費者希望買到更小巧、更美觀、且成本更低的智能揚聲器，但這樣的揚聲器往往在音頻輸出電平和音頻質量方面差強人意。
有哪些選項可用于增加較小揚聲器的輸出功率？
到目前為止，連續功率設計方法將音頻放大器與揚聲器的性能范圍相匹配。這種方法提供了足夠的功率來創建低頻和高頻，而不會損壞揚聲器。但這也是揚聲器體積減小導致聲音變輕的原因。揚聲器體積越小，聲音越輕。
解決連續功率設計問題的一個辦法是使用揚聲器保護放大器，可以在不改變工業設計、揚聲器尺寸或增加揚聲器成本的情況下提高響度和音頻質量（圖2）。
圖2：揚聲器保護放大器可以讓較小的揚聲器發出更大的聲音
為什么要如此重視揚聲器的問題呢？智能揚聲器與許多消費類電子產品不同，它的作用是音頻采集和音頻播放。音頻播放系統中最重要的部分不是放大器，而是揚聲器。
揚聲器保護放大器通過實時修改電信號，使揚聲器充分發揮出功能，從而有效提高揚聲器的性能。音頻揚聲器是一種電機，可將電力轉換為磁力產生的運動，使揚聲器膜片快速來回移動，從而產生可聽音。
揚聲器在低頻狀態下推動空氣發生運動，在高頻狀態下散熱。但是這兩種行為發生太多就會造成損害。在低頻時，不利因素是過度偏移，揚聲器的音圈向前或向后移動得太遠而損壞自身或揚聲器膜片。而當電力轉換成高速運動時，高頻會產生過多熱量而導致揚聲器受損。過熱會造成各種損壞：揚聲器中的膠粘劑會融化，從而導致結構失效；音圈中的磁鐵會發生消磁；音圈會因過熱而變形。
為了在避免損傷的情況下提高性能，揚聲器保護放大器不僅基于復雜的信號分析，還借助揚聲器模型，能夠瞬間提供高達揚聲器標稱額定值5倍的峰值功率。這些計算程序能夠使揚聲器能夠達到峰值功率，使其輸出增加9dB至12dB，比采用傳統放大器的相同揚聲器的聲音響2至3倍左右。圖3顯示了典型智能揚聲器頻率響應方面的改進。
圖3：揚聲器保護放大器使傳統放大器的響度加倍
借助模型和信號分析，這些計算程序還能補償揚聲器在標稱和更高輸出電平下的頻率響應問題，從而有助于提高音頻質量和清晰度。
揚聲器保護放大器是一種經過實踐驗證的可靠技術，廣泛應用于各種智能手機、恒溫器和筆記本電腦中。
