EMC入门
【实践篇⑤】AI扬声器的噪声对策
机器人可大致分为产业用机器人与业务/服务机器人。产业用机器人，如组装机器人、焊接机器人等，已经在FA工厂中运用了很长的一段时间，但近年来，业务及服务机器人得到了迅速发展。在世界范围内，AI扬声器（智能扬声器）等对话性机器人的发展尤为活跃，各类型号的家庭用服务机器人相继出现。
搭载AI助理功能的对话型机器人
对话型机器人AI扬声器的界面为人的声音。在不需要进行触控屏或键盘等的情况下，麦克风采集人的声音，然后发送到云端，由AI（人工智能）识别，提供各种服务，例如音乐播放、提供新闻等信息、互联网搜索、购物和家电操作等等。AI的深度学习也使其能够以简单的聊天形式与用户交流。
说话者在远处说话时，固定使用的AI扬声器需要对该方向进行检测，并将其与周围的噪声区分开来。为此，AI扬声器搭载了多个麦克风，以根据到达的声音的时间差和强度来识别说话者的方向，同时通过降噪技术，针对来自多个方向的环境噪声，消除其中的噪声成分。除了麦克风以外，放大器和扬声器也很重要。这是因为，随着AI扬声器的普及，人们开始对与音频设备相媲美的高音质提出了要求。
用于AI扬声器的D级放大器所面对的课题
AI扬声器中的功率放大器使用一种称为D级放大器（Class D amplifier）的数字放大器，这种放大器也用于驱动智能手机、平板电脑和笔记本电脑中的扬声器。
D级放大器也被称为开关放大器，使用带有开关器件的PWM（脉冲调幅）技术，将音频输入信号转换和放大为脉冲信号，然后再转换回模拟信号，并通过扬声器输出。
与高端音频设备中使用的模拟放大器相比，D级放大器体积更小，耗电量更低。然而，脉冲信号有许多谐波成分，如果不采取措施，连接它们和扬声器的线路就会成为天线，并发出电磁噪声。
为了抑制从扬声器线路中发出的电磁噪声，通常会在D级放大器的输出段插入贴片磁珠作为噪声滤波器。贴片磁珠是一种芯片元件，通过层压工艺等方法在铁氧体元件中形成线圈。贴片磁珠的阻抗由线圈的电抗成分和铁氧体的电阻成分组成。在低频范围内，电抗成分的功能是反射和阻挡噪声，而在高频范围内，铁氧体电阻成分的功能是吸收噪声并将其转化为热能。作为一种简单而极其有效的EMC对策元件，被广泛用于电子设备中。
铁氧体在很大程度上决定了片状磁珠的特性。由于扬声器线路中电流相对较大，因此会使用具有高电阻成分的铁氧体，但随着输出的增加，谐波噪声成分会破坏音频波形，导致音频失真。普通的贴片磁珠难以同时兼顾消除辐射噪声与确保音频质量。因此，TDK运用自身积累的铁氧体技术，新开发了噪声抑制滤波器。
提升AI扬声器音质的噪声抑制滤波器
噪声抑制滤波器VAF系列是面向输出为2W～20W的AI扬声器等音频线的最佳产品。音频线中音频失真的程度一般以THD+N(Total Harmonic Distortion + Noise：全总谐波失真＋噪声)这一数值表示，数值越小则表示音质越好。如下图所示，片状磁珠中，随着输出的提升，THD+N值会上升，但在噪声抑制滤波器中则表现出与没有滤波器状态几乎相同的特性，并未因插入而产生失真。从中可以看出，将片状磁珠替换为噪声抑制滤波器会对提升音质有着很大的效果。
组合使用LPF(低通滤波器)与贴片压敏电阻实现有效解决方案
一般而言，在D级放大器额输出段中，为了提取音频输出信号会插入LPF（低通滤波器）。在输出较小的智能手机等设备中，不需要LPF的无滤波器方式为主流，但在AI扬声器等设备中则需要LPF，而LPF的特性也会影响到音质。
噪声抑制滤波器和LPF（VLS-AF系列）的组合可以有效地抑制AI扬声器的辐射噪声，如下图所示，如果组合使用贴片压敏电阻（AVR系列），将能够取得更好的效果。贴片压敏电阻可用于保护电路免受来自人体的ESD(静电放电)等的影响，其主要用于电子设备中。除了在将侵入的ESD等旁通至地面的情况之外，主要发挥电容器的作用，因此通过在扬声器线中组合使用，可进一步提升抑制辐射噪声的效果。如对比图所示，它能够十分轻松地满足CISPR CLASS B的限制值（家庭等使用的电子设备的辐射噪声限制值）。
AI扬声器正在演变成为伙伴机器人，这要求它需要具备与音频设备相媲美的音质。TDK的噪声抑制滤波器、LPF和贴片压敏电阻的最佳组合是抑制扬声器线路辐射噪声以及确保高音质的最佳解决方案。在配合D级放大器的输出等方面，TDK拥有种类丰富的各类产品。
TDK是一家以磁性技术引领世界的综合电子元件制造商
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