智能手表音频设计调试手册 V1.2

📎 原始文档：https://www.kdocs.cn/l/ceGK0YywTTVF

内容	作者	日期	版本
初稿	CXJ	20220802	V1.0
增加软件参数设置方法	CXJ	20220910	V1.1
发布版本	CXJ	20230414	V1.2

目录
TOC \o "1-9" \t "目录" \h \u HYPERLINK \l _Toc162546479 智能手表音频设计调试手册 PAGEREF _Toc162546479 \h 1
HYPERLINK \l _Toc382591166 1、结构设计: PAGEREF _Toc382591166 \h 3
HYPERLINK \l _Toc1208103758 2、硬件电路： PAGEREF _Toc1208103758 \h 3
HYPERLINK \l _Toc850918836 2.1 麦克风电路： PAGEREF _Toc850918836 \h 3
HYPERLINK \l _Toc1634767378 2.2 DAC输出电路： PAGEREF _Toc1634767378 \h 5
HYPERLINK \l _Toc423201544 2.3 音频功放电路： PAGEREF _Toc423201544 \h 5
HYPERLINK \l _Toc2021223526 2.4 挑选一个合适的喇叭： PAGEREF _Toc2021223526 \h 9
HYPERLINK \l _Toc1218177482 2.5 喇叭腔体的设计： PAGEREF _Toc1218177482 \h 9
HYPERLINK \l _Toc879617722 2.6 整机喇叭频响测试： PAGEREF _Toc879617722 \h 10
HYPERLINK \l _Toc1395888732 3、软件参数设置： PAGEREF _Toc1395888732 \h 11
HYPERLINK \l _Toc727735212 3.1 修改数字音量表改变音量大小： PAGEREF _Toc727735212 \h 11
HYPERLINK \l _Toc842045789 3.2 音频EQ的调试流程: PAGEREF _Toc842045789 \h 13
HYPERLINK \l _Toc880025451 3.2.1 软件上把对应的宏使能打开： PAGEREF _Toc880025451 \h 13
HYPERLINK \l _Toc2095524015 3.2.2 打开EQ调试工具： PAGEREF _Toc2095524015 \h 13
HYPERLINK \l _Toc1477419715 3.2.3 选择对应的芯片系列： PAGEREF _Toc1477419715 \h 14
HYPERLINK \l _Toc1800255955 3.2.4 点击确定： PAGEREF _Toc1800255955 \h 14
HYPERLINK \l _Toc1350980394 3.2.5 选择需要调试的EQ: PAGEREF _Toc1350980394 \h 15
HYPERLINK \l _Toc1675817370 3.2.6 EQ曲线拉完以后点击关闭： PAGEREF _Toc1675817370 \h 15
HYPERLINK \l _Toc755502736 3.2.7 导出调试好的音频EQ文件： PAGEREF _Toc755502736 \h 16
HYPERLINK \l _Toc1553235865 3.2.8 保存生成的EQ文件到对应的目录： PAGEREF _Toc1553235865 \h 16
HYPERLINK \l _Toc447059203 3.2.9 编辑 download.bat 批处理文件，加载EQ文件： PAGEREF _Toc447059203 \h 16

本文档内容会涉及到手表的结构模具设计，硬件电路设计和调试，软件参数调试，声学效果调试，请相关的工程技术人员认真阅读。
最终做出来的系统效果由各部分共同决定。

1、结构设计:

结构会影响到麦克风对声音的拾取效果，喇叭发出的声音效果，通话回音调试效果。手表麦克风的作用是要拾取人说话的声音，不需要拾取手表内部结构里面的声音，所以结构设计上要麦克风与手表内部的结构空间完全隔离。
模具挖一个麦克风凹槽，刚好可以容纳戴上麦套的驻极体麦。麦套可以起到减震的缓冲作用，有效减少喇叭震动通过中框传过来的通话回声。

安装好的麦克风要进行打胶密封，打胶可以有效隔绝喇叭通过手表内部空间空气震动传过来的通话回声。
麦克风选型建议：一般的-38dBV或者-42dBV的驻极体麦即可满足要求。

2、硬件电路：

硬件电路设计会影响到麦克风电路的偏置电压，噪声水平，芯片音频DAC输出的噪声水平，音频功放的噪声水平，音频功放的放大倍数，喇叭输出的声音大小，信噪比和声音失真情况。

2.1 麦克风电路：

驻极体麦克风要正常工作需要合适的偏置电压，需要根据实际的麦克风规格书来设置偏置电压，下面的麦可以给他一个1.5V的偏置电压。

通过软件调整MICLDO或者调整外置的偏置电阻大小可以改变偏置电压的大小。

麦克风电路噪声控制：麦克风电路是模拟电路，比较容易受到数字电路的干扰，需要特殊处理。主控的模拟地和麦的模拟地连接后直接在主控的衬底处与数字地短接接，有效避免不同信号回路之间的相互串扰。要求 MICIN 和 AVSS 走伪差分线路到麦管脚，并且做好包地防护。

2.2 DAC输出电路：

DAC输出支持单端输出和差分输出。强烈建议客户使用差分的方式！有更好的信噪比，layout走线也更好处理，成本和单端的方式没有什么差异。差分输出方式会比单端输出方式信噪比好6dB，强烈推荐！

2.3 音频功放电路：

音频功放的选型：首选差分输入方式的功放。
功放放大倍数设置，功放的放大倍数需要根据主控芯片的最大输出幅度来配置，确保DAC满幅度输出时候输出的波形再经过功放放大后不会失真。这样才能保证输出可以达到最好的信噪比。最好可以选择有防破音功能的功放。
difference(DACLP to DACLN)：RMS≤1Vrms=0dBV，SNR=104dB(A-wt)；
single-ended（DACL to AVSS）：RMS≤500mVrms=-6dBV，SNR=98dB(A-wt)
差分功放放大倍数设置，

VDD = 4V，输出负载8Ω，输出功率1W，那么算出来的负载电压：U = 2.828Vrms = 9dBV ，功放失真度10%。那么DAC最大输出0dBV，需要功放放大9dB达到9dBV电压驱动喇叭，功放失真度10%。
VDD = 4V，输出负载8Ω，输出功率0.8W，那么算出来的负载电压：U = 2.53Vrms = 8.1dBV，功放失真度1%。那么DAC最大输出0dBV，需要功放放大8.1dB达到8.1dBV电压驱动喇叭，功放失真度1%。
如果DAC输出使用的是单端的方式，DAC最大输出-6dBV，那么达到同样的9dBV驱动喇叭的话，功放需要放大15dB。

通过调整功放的输入电阻来改变功放的放大倍数，这里要注意GAIN的单位，有的功放规格书标注的是Gain的单位是dB，有的则是倍数。这里GAIN是dB单位，那么放大8.1dB对应的Ri是65k，放大14.1dB对应Ri是30.8k。
实测硬件电路放大倍数配置是否最大且失真控制在1%以内。
硬件电路上要设置合适的增益，确保功放输出信号最大且不失真。电路上总的增益 = DAC输出增益 + 功放的增益。为了保留足够的信噪比，应该尽可能让DAC的增益最大。理论上最佳的增益是DAC输出0dBV，功放设置6dB的增益，那么最终有6dBV的电信号驱动喇叭。本案中由于功放的特性适合设置增益为26dB，为了不让信号失真，调小DAC的最大增益为-20dBV。
下面2张图中，蓝色的是DAC的输出，红色的是功放的输出。

实测功放的输出幅值：

实测功放的THD Ratio:

2.4 挑选一个合适的喇叭：

接下来挑选一个和功放适配的喇叭：

该喇叭的阻抗是8欧姆，功放的驱动负载也是按照8欧姆来计算，那么上面设置的DAC输出幅度和功放的放大倍数可以知己适配。

2.5 喇叭腔体的设计：

喇叭腔体的设计会影响声音的大小和音效。智能手表由于空间的限制，能留给喇叭音腔的空间也是非常有限，腔体空间的限制必然会导致声音的低频效果下降。喇叭通过震动推动空气发声，一个喇叭能够推动的空气面积越大，发出来的声音会越大，因而我们在设计喇叭前腔的出音孔不能太小，不然声音出不来，当然也不能太大，不然外观不好看也容易进水。具体的大小可以参考市面上已经做好的样机的出音孔设计。喇叭放置的位置要尽可能的远离麦克风，这样可以减少声学通话回音，同时模具也要给喇叭做一个凹槽，方便喇叭的固定安装和打胶。
喇叭发出的频响跟喇叭本身的特性有很大的关系，同时跟喇叭的出音孔大小和喇叭的后腔有关，出音孔相对大，低频相对会多一些，喇叭后腔空间相对大，低频相对会多一些。对于手表而言，喇叭单体面积小，出音孔一般比较小，后腔也比较小，所以声音的低频缺失，高频相对多。所以，可以通过更换喇叭或者稍微加大一点出音孔来提升低频的成分。