Großer Sound aus winzigen Lautsprechern: Wie intelligente Leistungsverstärker dies ermöglichen

Moderne Smartphones müssen mit unseren immer anspruchsvolleren Audioanforderungen Schritt halten. Egal, ob es sich um eine drahtlose Audiowiedergabe, herkömmliche kabelgebundene Kopfhörer oder den zunehmenden Verbrauch von Audio über Telefonlautsprecher handelt, wir verbrauchen mehr Musik, Filme und Spiele als je zuvor. Es ist keine leichte Aufgabe, ein Smartphone zu bauen, das Audio in außergewöhnlicher Qualität liefert, insbesondere über winzige mobile Lautsprecher.

Hardware von besserer Qualität ist Teil der Lösung, und es gibt ebenso wichtige Entwicklungen bei Algorithmen für digitale Signalverarbeitungssoftware. Heutzutage finden Sie diese Funktionen zunehmend im Verstärkerchip, der den Lautsprecher des Telefons antreibt.

Worauf sollten Sie bei der großartigen Audiowiedergabe auf Smartphones achten?

Das Produzieren einer großartig klingenden Audiowiedergabe ist ein facettenreiches Problem. Auf der einen Seite besteht die Forderung nach einer erhöhten und gleichmäßigen Lautstärke über mehrere Lautsprecher und in allen Frequenzbereichen. Schließlich wollen wir nicht, dass Explosionen die Sprache überwältigen, wenn wir die Lautstärke unserer Lieblings-Actionfilme erhöhen. Die Lautstärke mit einem breiten Dynamikbereich, sauberen, druckvollen, hochpräzisen Bässen und knackigen hohen Frequenzen ist sehr begehrt. Zusammen mit einem breiten Gefühl für räumliche Präsenz und Klangbalance, das es dem Hörer ermöglicht, subtile Details zu erkennen, egal ob er mit leiser oder lauter Lautstärke hört.

Es gibt viele verschiedene Arten und Ursachen von Lautsprecherverzerrungen. Ein schwaches Glied in der Kette kann Ihr Hörerlebnis ruinieren.

Gleichzeitig müssen Telefonlautsprecher mit sehr geringer Verzerrung betrieben werden, um eine saubere Präsentation sowohl bei niedrigen als auch bei hohen Hörpegeln zu gewährleisten. Verzerrungen gibt es in verschiedenen Formen. Das offensichtlichste ist das Summen und Fuzz, das Sie möglicherweise hören, wenn Sie einen Lautsprecher oder ein Netzteil von schlechter Qualität dazu bringen, bei lauter Lautstärke zu übersteuern. Verzerrungen können aber auch von anderen Quellen herrühren – Schaltungs- und Stromversorgungsrauschen, das mit einem Lautsprecherverstärker multipliziert werden kann, oder Nichtlinearität im Lautsprecher oder im Verstärker bei niedriger oder hoher Lautstärke. Verzerrungen können auch Pumpgeräusche umfassen, die durch eine unzureichende Stromversorgung oder andere unerwünschte zusätzliche Komprimierungseffekte erzeugt werden.

Ein qualitativ hochwertiges Audio-Setup muss all diese technischen Aspekte berücksichtigen, da nur ein schwaches Glied in der Kette Ihr Hörerlebnis beeinträchtigen kann. Besonders beim Umgang mit winzigen Lautsprechern und geringeren Audio-Leistungsbudgets in Smartphones.

Wie gehen „intelligente“ Verstärker mit den Audiotechniken um und bieten eine qualitativ hochwertige Wiedergabe?

Anerkennung: Robert Triggs / Android Authority

Die Verbreitung von mobilem Audio als primärem Hörpunkt der Menschen hat zu einer ganzen Reihe neuer Probleme geführt, die gelöst werden müssen. Winzige Mikrolautsprecher und die begrenzte Leistung von Lithium-Ionen-Batterien erfordern innovative neue Ansätze im Vergleich zu netzbetriebenen Verstärkern und großen Lautsprechern im HiFi-Ökosystem. Um die Qualitätslücke zu schließen, haben sich die Hersteller „intelligenten“ Verstärkerchips zugewandt.

In der Regel werden die Vorteile einer verbesserten Audioqualität und modernster Technologien beim Hören von Musik, Spielen und Ansehen von Filmen berücksichtigt. Intelligente Verstärkertechnologien sind jedoch ebenso wichtig für Sprachanrufe, ein besonders wichtiger Anwendungsfall bei Smartphones. Sie möchten sicher nicht gegen Hintergrundgeräusche kämpfen und sich anstrengen, um einen eingehenden Anruf zu hören. Daher müssen hochwertige Verstärker für leise Anrufe einen sehr niedrigen Grundrauschen bieten.

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Dies ist eine ziemlich große Aufgabe eines Verstärkers, der auch Hochleistungssignale ansteuert und unsere Musik herauspumpt. Ein Verstärker mit einem hohen Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) ist für alle Anwendungsfälle wünschenswert, da er sicherstellt, dass das Grundrauschen das Audio, das wir hören möchten, nicht beeinträchtigt. Das SNR ist jedoch besonders wichtig in Situationen mit kleineren Signalpegeln, wie z. B. Sprache, in denen subtile Unterschiede in Klangfarben und Tönen, die den Sprachklang einzigartig und verständlich machen, durch hohe Rauschpegel maskiert werden können. Ein Qualitätsverstärker kann den Unterschied zwischen kristallklaren Anrufen und der Wiederholung von „Entschuldigung, können Sie das noch einmal sagen?“ Sein.

Wenn es um Smartphones geht, muss ein hochwertiger Verstärker den unterschiedlichen Anforderungen von Multimedia und Sprache gerecht werden. Die in diesen Verstärkern enthaltenen intelligenten Technologien können in zwei Kategorien unterteilt werden. Intelligentes Power Management und Einsatz digitaler Signalverarbeitung zur Audioverbesserung.

Intelligentes Power Management

Smartphone-Lautsprecher sind durch die Leistung des Telefonakkus begrenzt, insbesondere wenn den Zellen der Saft ausgeht. Der erste Schritt zur Verbesserung der mobilen Audioqualität besteht darin, die Energieeffizienz zu verbessern, um diese Batterien optimal zu nutzen. Boosted-Power-Systeme verschwenden weniger Strom durch die Verwendung effizienter Class-D-Verstärker als herkömmliche Class-A- und AB-Designs.

Gleichzeitig können diese Verstärker hohe Spitzenleistungsabgaben erzeugen, indem sie ihre Stromversorgungsschienen nach oben und unten skalieren, um Spitzen im Audio zu folgen (Klasse H-Funktion). Dies verschwendet weniger Strom bei der Wiedergabe mit geringer Lautstärke, während gleichzeitig die Anforderungen höherer Lautstärke erfüllt werden. Beispielsweise bieten intelligente Verstärker von Cirrus Logic eine gesteigerte Leistung von bis zu 7,1 Watt für maximale Lautstärke.

Durch die genaue Messung von Batteriespannung, -strom und -widerstand in Echtzeit kann ein intelligenter Verstärker abhängig vom aktuellen Batteriezustand den optimalen Ausgangsleistungspegel ermitteln. Dies stellt sicher, dass die Lautsprecher bei hohem und niedrigem Akkuladestand genauso gut klingen und die Audioqualität nicht verzerren und beeinträchtigen, da der Akku fast leer ist.

Im zweiten Beispiel oben sorgt die Lösung von Cirrus Logic für eine gleichmäßigere Spannung über der Batterie, wenn Audio über Lautsprecher übertragen wird. Ein Batterieverlust bedeutet weniger Strom für den Lautsprecher, was wiederum die Wahrscheinlichkeit von Verzerrungen und einen Mangel an Strom für laute Hörlautstärken erhöhen kann. Ganz zu schweigen vom Anstoßeffekt für andere Komponenten, die von der Batterie gespeist werden, wie z. B. einen Prozessor und drahtlose Kommunikationstechnologien. Intelligentes Batteriemanagement scheint kein offensichtlicher Ausgangspunkt für intelligente Audiotechnologien zu sein, aber es ist unglaublich wichtig.

Intelligentere digitale Signalverarbeitung

Die Fähigkeit, auf effiziente Weise eine hohe Ausgangsleistung zu liefern, ist nur ein Teil des Puzzles. T.Hier finden Sie eine breite Palette digitaler Signalverarbeitung (DSP), die nicht nur auf die Energieumgebung, sondern auch auf das Audiosignal angewendet werden muss, um die Leistung in kleinen Smartphone-Audiosystemen zu verbessern.

Mehr Leistung erfordert ein genaueres Auge für Sicherheit und Lautsprecherschutz. Eine wichtige Herausforderung besteht darin, die Lautsprecher mit hoher Leistung zu versorgen und dabei innerhalb sicherer Grenzen zu arbeiten. Herkömmliche analoge Lautsprecherschutzschaltungen sind relativ grob und basieren häufig auf Sicherungen. Moderne intelligente Verstärker für mobile Geräte sind viel intelligenter und verwenden Echtzeit-Lautsprecherüberwachung und -Algorithmen, um die verfügbare Leistung optimal zu nutzen, ohne die betriebssicheren Betriebsgrenzen zu überschreiten.

Ein wichtiges Betriebskriterium ist die Lautsprecherexkursion. Exkursion definiert, wie weit sich der Lautsprecherkegel aus seiner Ruheposition bewegen kann, wobei kleinere Lautsprecher eine kleinere Exkursionsgrenze haben. Eine höhere Auslenkung bewegt mehr Luft, um einen lauteren Klang und einen höheren Bass zu erzeugen. Das Überschreiten der Auslenkungsgrenze eines Lautsprechers ist ein Rezept für Übersteuerungsverzerrungen und sogar dauerhafte Schäden, insbesondere bei den in Smartphones verwendeten Mikrolautsprechern. Wärme kann auch beim Hin- und Herbewegen von Lautsprechern zu einem Problem werden, und eine Überhitzung ist in der tragbaren Unterhaltungselektronik besonders inakzeptabel.

Echtzeitinformationen über Lautsprecherauslenkung und -temperatur ermöglichen es dem intelligenten Verstärker, einen Steueralgorithmus zu implementieren, der den Lautsprecher an seine Grenzen bringt, ohne diese zu überschreiten. Dies maximiert die Leistung und stellt gleichzeitig sicher, dass die Lautsprecher jederzeit sicher arbeiten.

Tuning-Experten und das menschliche Ohr

Die intelligenten Anwendungen von DSP-Techniken beschränken sich nicht nur auf die Lautsprecherüberwachung, sondern können auch verwendet werden, um den Klang zu verbessern und sogar unsere Ohren durch den Einsatz psychoakustischer Techniken dazu zu bringen, Audio in besserer Qualität zu hören. Die Manipulation des Phänomens „Missing Fundamental“ überzeugt unser Gehirn beispielsweise davon, mehr Bass von kleinen mobilen Lautsprechern zu hören, die sonst Schwierigkeiten haben, sehr niedrige Frequenzen zu erzeugen. Eine sparsame Komprimierung kann auch dazu beitragen, die wahrgenommene Lautstärke von Audioquellen auf Kosten eines gewissen Dynamikbereichs zu erhöhen.

Ein Werkzeug ist nur so gut wie die Person, die es benutzt. Fachwissen und Erfahrung in der Abstimmung von Experten sind ebenso wichtig wie ein leistungsstarker Algorithmus.

Die Abstimmung von Expertenlautsprechern und Algorithmen ist ein weiterer grundlegender Bestandteil eines intelligenten Verstärkeraufbaus.

Die Lautsprecherabstimmung ist eine zunehmend verbreitete Technik, mit der unvollständige Frequenzantworten von Lautsprechern ausgeglichen werden können, z. B. das Korrigieren von dröhnenden Bässen oder das Auffüllen eines Einbruchs, bei dem sich die oberen und unteren Lautsprecherfrequenzen überschneiden. Die Lautsprecherabstimmung wird auch verwendet, um einem Lautsprecher einen charakteristischen Klang zu verleihen, der einer bestimmten Marke zugeordnet sein kann. Dies scheint theoretisch einfach zu sein, aber das Überlagern von Filtern zur Manipulation von Klang ist ein komplexer Prozess und es ist nicht unbedingt einfach, das Endergebnis vorherzusagen. Schlecht gemacht, kann das Sprechen von Tuning selbst unvorhergesehene Probleme verursachen, wie z. B. Phase, Impulsantwort und Filter-Ringing-Artefakte.

Darüber hinaus umfasst die Lautsprecher- / Tonabstimmung die Anpassung der Lautsprecher- und Batterieschutzalgorithmen an das jeweilige System. Ein Werkzeug ist nur so gut wie die Person, die es einsetzt. Hier ist Expertenwissen und Erfahrung von unschätzbarem Wert. Ein tiefes Verständnis der elektrischen und akustischen Systeme sowie ein gut ausgebildetes Ohr sind unerlässlich, um Artefakte zu erkennen und den optimalen Frequenzgang zu korrigieren. Aus diesem Grund unterhält Cirrus Logic ein Team von Tuning-Experten, die die effektivsten Signalverarbeitungsschemata auswählen und optimieren können, um maximale Leistung zu erzielen.

Besseres mobiles Audio aufbauen

Die anspruchsvollen Audiobedürfnisse moderner Smartphones stellen neue Anforderungen an Lautsprecher- und Verstärkerkomponenten. Sie müssen zunehmend in der Lage sein, Audio in erstklassiger Qualität sowohl bei leisem als auch bei lautem Hörpegel zu erzeugen, selbst wenn die Batteriekapazität zur Neige geht. Sie werden feststellen, dass viele Telefone mit intelligenten Verstärkern diese Funktionen und Merkmale bieten.

Cirrus Logic ist ein Branchenführer in der verstärkten Verstärkertechnologie mit einem Absatz von mehr als 3 Milliarden. Diese Verstärker bieten außergewöhnliches Audio in acht der 12 am besten bewerteten Smartphones durch die Verwendung von Lautsprecher-Tuning, intelligentem Power-Management und anderen oben beschriebenen Techniken.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Audioindustrie zunehmend auf leistungsstarke digitale Modellierungstechniken und intelligentere Verstärker zurückgreift, um die Audioqualität über verschiedene Formfaktoren hinweg zu verbessern. Diese Technologien eignen sich besonders für mobile Anwendungen, bei denen Batteriebeschränkungen und kleine Lautsprecher besondere Aufmerksamkeit erfordern, um eine überlegene Klangqualität zu erzielen.

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