什么是超聲？
聲音是由物體振動產(chǎn)生的聲波，是通過介質(zhì)（空氣、固體或液體）傳播并能被人或動物聽覺器官所感知的波動現(xiàn)象。正在發(fā)聲的物體叫做聲源，物體在一秒鐘之內(nèi)振動的次數(shù)叫做頻率，單位是赫茲，簡寫為Hz。聲學將聲音分為次聲、可聽聲和超聲，聲波頻率低于20Hz的被稱為次聲，頻率在20-20000Hz之間的叫可聽聲，而頻率超過20000Hz，人的感覺器官無法聽到的聲波，就叫做超聲，即超聲波。
自然界的超聲應用
超聲雖然屬于人耳聽不到的聲波，但它具有頻率高、波長短、方向性好、穿透能力強的特點，且易于獲得較集中的聲能。大自然中有很多超聲小能手，比如鯨魚、蝙蝠、海豚等，它們發(fā)出超聲波，利用回聲的強度、延遲和頻移來判斷空間中物體的大概種類、距離和移動速度，從而實現(xiàn)回聲定位。
圖1-海豚聲波定位
圖片來源：西南漁業(yè)網(wǎng)
手機中的超聲應用
在日常生活中，超聲也被廣泛應用于醫(yī)學、軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等領域，功能覆蓋測距、測速、清洗、焊接、碎石、殺菌消毒等。而在手機中，超聲波的應用也很常見。
眾所周知，手機上有多個傳感器，其中包括距離感應器，其作用是在通話時，聽筒靠近耳朵時息屏從而避免誤操作，聽筒遠離耳朵時屏幕亮起。為了順應智能手機輕薄化的趨勢要求，同時利用超聲波可以用來測距的特性，集成超聲應用的音頻功放應運而生。通過搭載這類音頻功放，可用手機上喇叭和麥克風實現(xiàn)距離感應功能，進而替代掉原有距離感應器，節(jié)省手機內(nèi)部空間。
其實現(xiàn)原理是完成超聲音源與音頻數(shù)據(jù)混音后，通過音頻功放放大后經(jīng)過聽筒播出，再根據(jù)麥克風拾取到超聲信號幅度判斷手機與人耳的距離，執(zhí)行亮屏與息屏動作。
方式1：音頻信號與超聲信號混音在平臺內(nèi)完成，可以通過模擬信號或者數(shù)字信號傳遞給音頻PA。
圖2
方式2：音頻信號與超聲信號混音在音頻PA內(nèi)完成，需要通過數(shù)字信號傳遞給音頻PA。
圖3
超聲信號幅度計算
音頻信號與超聲信號混音在數(shù)字域內(nèi)進行，需要注意混音后信號不能過零削波。此時需要計算音頻信號與超聲信號幅度關系，數(shù)字域分貝轉(zhuǎn)換公式：
0dbFS=20log(1)
兩個信號相加后不會超1(0dbFS)，即不會出現(xiàn)削波。
例如，語音信號幅度為：
-1dbFS=20log(0.8912)
超聲信號幅度為：
-20dbFS=20log(0.1)
此時兩個信號相加為：
10^(-1/20)+10^(-20/20)=0.99 < 1
如下是兩種信號混音后實測數(shù)據(jù)（數(shù)字域），其中圖4是混音后幅度超1削波，圖5是混音后幅度小于1未削波。
圖4
圖5
采樣頻率規(guī)則
根據(jù)奎奈斯特抽樣定律（要從抽樣信號中無失真地恢復原信號，抽樣頻率應大于2倍信號最高頻率），如果選用超聲頻段在20KHz-24KHz，采樣頻率至少需要使用48KHz；如果選用超聲頻段超過24KHz，則采樣頻率需要使用96KHz。
軟件配置完成后，硬件上需要注意功放、聽筒及麥克風頻率響應均能支持到超聲頻段；聽筒及麥克風的截止頻率會受到整機出聲孔結構設計上的影響，出聲孔的管道越短越寬，截止頻率越高。
艾為音頻功放
艾為音頻功放芯片主要包括Digital Smart K、Smart K、K類、D類和AB類產(chǎn)品，可滿足超聲應用的選型需求，能夠?qū)崿F(xiàn)靈敏的距離感應等超聲場景應用。
圖6
除了優(yōu)秀的超聲應用功能加持，艾為音頻功放從聲音的明亮度、豐滿度、柔和度、清晰度、平衡度、真實度等消費者對音質(zhì)多維度的需求出發(fā)，進行嚴格、精致打磨，保證客戶端的“聽音”不僅能實現(xiàn)“大音量”，也兼具“好音質(zhì)”。目前，以智能K系列音頻功放芯片為代表的各類艾為音頻功放產(chǎn)品已廣泛應用于各品牌手機、智能硬件產(chǎn)品中，推動了音頻功放芯片行業(yè)國產(chǎn)替代化進程。
隨著應用設備的小型化發(fā)展，艾為音頻功放芯片也在逐步向智能化、節(jié)能化、高效率等方向突破演進，并通過與算法相結合，提升音頻響度、清晰度和立體效果，同時對芯片和設備提供保護。截至目前，通過不斷的市場積累和客戶洞察，艾為在音頻功放領域形成了以神仙算法awinicSKTune®（戳此鏈接回顧：【技術帖】當談論神仙算法awinicSKTune®時，到底在談什么？）、硬件、系統(tǒng)解決方案為主的體系式發(fā)展。
艾為音頻功放搭配神仙算法awinicSKTune®而形成的“神仙組合”廣受客戶好評，在智能手機、平板、學習機、VR設備、智能家居等客戶終端應用領域全面開花、“碩果”不斷，合作品牌覆蓋小米、vivo、HTC、雷蛇、海爾、科大訊飛等眾多知名品牌，為不同終端產(chǎn)品帶來“聲”入人心的音頻體驗。
在智能手機領域，vivo X90、iQOO 10系列和小米12S——內(nèi)置艾為Digital Smart K系列高端音頻功放，并搭配艾為新一代神仙算法SKTuneTM，軟件、硬件、算法、調(diào)試多維度組合，帶來震撼視聽體驗。
點擊圖片回顧：全能巔峰旗艦vivo X90
在智能硬件領域，科大訊飛AI學習機X3 Pro、愛奇藝奇遇Dream Pro VR一體機、雷蛇鋒刃游戲掌機（Razer Edge 5G）等產(chǎn)品內(nèi)置艾為音頻功放“神仙組合”——Digital Smart K+ 神仙算法SKTuneTM，讓AI學習機能夠用清晰的聲音敘述出語言學習知識點；讓VR世界里音效360度立體而沉浸；讓游戲掌機帶來360度澎湃立體音，聲聲環(huán)繞，用極致音質(zhì)俘獲用戶的“芯”。
點擊圖片回顧：全球首款專門5G游戲設備雷蛇鋒刃游戲掌機
在智能家居領域，海爾智家旗下三翼鳥推出的海爾智家大腦屏內(nèi)置艾為“神仙組合”，由艾為Smart K系列芯片+神仙算法SKTuneTMV5為用戶帶來“聲”臨其境的體驗。
點擊圖片回顧：海爾智家大腦屏
從Smart K到Digital Smart K，從神仙算法SKTuneTMV1到神仙算法SKTuneTMV6，持續(xù)技術創(chuàng)新，......從手機到IoT、音響、平板，再到工業(yè)、汽車.....，不斷開拓領域。
除了用心打磨產(chǎn)品，艾為還積極聯(lián)合上海市質(zhì)量和標準化研究院、上海市集成電路協(xié)會等力量，牽頭標準立項（戳此鏈接回顧：【新聞】勇挑國產(chǎn)音頻芯片標準化重擔，兩項艾為牽頭標準項目通過立項），進一步推動國內(nèi)音頻技術的規(guī)范化和標準化。
2023年，艾為電子也將憑借在音頻功放領域的技術優(yōu)勢和聲譽，進一步增加市場占有率，提升產(chǎn)品知名度，加大中大功率數(shù)字音箱系列產(chǎn)品、汽車電子系列產(chǎn)品、音效算法等新產(chǎn)品新技術研發(fā)力度，推出適用于消費電子、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)、汽車的音頻功放新產(chǎn)品，敬請期待！
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