音源和语音芯片及功放芯片之间的关系

唯创知音如何让语音芯片与功放芯片之间更好地配合使得产品音效更好

一、摘要

随着社会的飞速发展和人们日益增长的物质文化需要、人们对安全意识的加强及让低学历的中老年人需要通过语音的指引安全放心的使用各种产品等，使得各电器设备都有加装“心声”，这就加大了市场对语音芯片、功放芯片的需求。

为了让更多的产品更加有爱，随时回应用户的爱，在唯创知音时刻响应市场的号召，研发及推出各类高音质、适合不同用户的语音芯片、功放芯片；分别为：WT2003H系列语音芯片、WT2605系列蓝牙语音芯片、WTK6900系列语音识别芯片、WT588系列、WTN系列等语音类芯片；WT8002、WT8673、WT8302、WT9110B、WT8623、WT8871等功放芯片。

 

二、音源

音源，即音色资源，总共分为两大类。第一类群是硬体音源，呈现方式以电子乐器最为常见，内部硬体拥有庞大的声库支持，一般来说拥有市面上最杰出音色采样；第二类群是软体音源，此类音源要在电脑上的MIDI介面运行，需要有宿主软体的支持，常见格式为VST，由宿主载入使用，音色优劣单纯以开发商采样水准决定，公正的评鉴，优秀的音源可以达到以假乱真的效果。

三、语音芯片

语音芯片是芯片内的一部分，语音IC，英文名叫:Speech IC ，与MCU配合则叫：Speechmcu 。中文又被叫做声音芯片、音乐芯片。定义为：芯片内置少量存储空间，1Mbit--4Mbit，存储时间40-160秒的，可以由按键控制或MCU控制的，直接发声的集成电路芯片。目前唯创知音有很多种类型的语音芯片：带触摸功能的语音芯片（WT2003H）、带语音识别功能的语音芯片（WTK6900G、WTK6900H等）、带录音功能的语音芯片（WT2000H）、带蓝牙功能的语音芯片（如WT2605）等。都是且有强大MCU能力的语音芯片。

 

四、功放芯片

1、功放的作用就是把来自语音芯片输出的DAC音频信号或前级放大器的弱信号放大，推动音箱放声。一套良好的音响系统中功放的作用功不可没。

2、功放电路中会有哪些变量

A、音源幅值大小（MP3格式、WAV格式等）；

B、语音芯片DAC输出峰峰值大小；

C、耦合电路RC取值大小（RC后的峰峰值为功放芯片音频输入），其它C的取值为104、105等作为固定值（电容C的取值与需要的频率有关），然后通过调节电阻来决定功放输出功率；

D、喇叭阻抗与功率大小；

E、功放芯片增是否是固定值（有些功放芯片的增益是可以通过外部电路调节）；

F、功放芯片供电电源取值大小，假设A、B、C、D、E点的值固定后为10%失真的标准最大功率输出，此时降低功放芯片的供电电压就会使得失真更大从而导致音质差，可能会出现波音问题。

G、如果功放芯片带有开关使能控制，需要MCU输出BUSY信号控制功放开、关机的，那么就有功放开启时间和关闭时间，这个很重要，主要是解决播音时、播音完毕时、打开电源时、关闭电源时产生的“POPO”声音。

3、喇叭如何选择

市面上的喇叭阻抗会有15%的误差，我们在调节合适的输出功率时，需要用最小的阻抗值去匹配才能做到功放不破音的一致性；喇叭功率必须选用额定功率——能持续1天时间在环境温度+40度与标注的额定功率下正常工作，不会烧喇叭；

4、功放输出功率计算公式

首先，我们需要固定功放的供电电压、增益、喇叭阻抗等参数；接着我们需要给语音芯片中放入1KHz正弦波音源，并使得软件设置为最大音量输出，然后通过示波器抓取语音芯片DAC脚输出的最大有效峰峰值（有效发声部分）；再通过调节RC匹配10%失真下的标准最大功率输出；最后，我们用示波器抓取喇叭两端的峰峰值来计算功放最大输出功率：

（功放输出峰峰值（V）/ 2 *0.707）² / 喇叭阻抗

5、功放输出功率验证

方法一：在第4点中所述的环境下验证，使用万能表电压档测试功放芯片的供电电压有功放芯片的工作电流（瞬间播放最大值），U*I得出功率值，用第4点中公式算得的功率值减去U*I得出的功率值，如果为负值的话说明输出功率超出安全范围；还有一种情况下会出现负值，当RC的值匹配了当时电压、音源、语音芯片DAC输出下的最大输出功率，此时如果将功放芯片的电源电压降低，就会出现负值；

方法二：在第4点中所述的环境下验证，通过功放输出波形的失真情况判断是否失真10%。

方法三：采用失真仪测试验证；

 

五、音源、语音芯片及功放之间的关系

1、首先把语音文件通过程序编号存放于语音芯片内部存储器中；

2、接着语音文件通过语音芯片处理后输出音频信号；

3、然后通过RC电路输出合适的语音频段及音量大小；

4、接着通过语音芯片IO口输出BUSY信号在合适的时间控制功放开、关，从而解决“POPO”声音；

5、最后由功放推动喇叭输出人们想要的声音效果。

 

六、如何解决“POPO”声音

1、“POPO”声音来源于播音时、播音完毕时、打开电源时、关闭电源时产生的“POPO”电平瞬间变化。

2、“POPO”声音问题分析及解决

t0~t1=20.8mS 、t1~t2=32.8mS（含淡入，与语音有关，30mS左右）、t2~t3=112.8mS（含功放使能时间104.4加静音时间） 、t4~t5=30mS（含淡出，与语音有关）

说明：

A、t0~t1按键触发至BUSY使能，程序耗时20.8mS；

B、t1~t2与t4~t5中语音淡入、淡出时间各30mS，主要用于去除“POPO”声，因淡入淡出时间不够长，在没有功放使能（BUSY）控制下会有“POPO”声；

C、如果要避免“POPO”声，可以通过加大淡入淡出斜率或者延后开启功放使能和提前关闭功放使能来实现，主要缺点为功放输出（声音）会滞后触发100~260mS；

D、

如图片所示，BUSY功放使能开启功放的情况下，WT8673、WT8623、WT8002等功放芯片的相关数据基本一致。

七、语音芯片与功放芯片电路示例

关于我们

唯创知音作为一家专注于语音技术研究的高新技术企业，始终坚持以“服务好工程师”为目标，以行业语音交互器件标准化为方向，致力于让复杂变简单，提供快捷的语音、智能物联网应用解决方案。

WT588F02B、WT2003H、WTN6系列语音芯片应用设计方案，在智能闹钟、智能水杯、雾化器等消费电子行业领域内已有成熟的应用案例。消费类电子产品应用是公司重要的发展领域，未来，唯创知音将在更多行业推出标准化语音芯片，进一步提升工程师的设计体验，为消费类电子行业标准化赋能。

　审核编辑：汤梓红