浅谈汽车智能座舱如何实现多通道音频

一、引言

随着汽车智能座舱的功能迭代发展，传统的 4 通道、6 通道、8 通道等音响系统难以在满足驾驶场景的需求，未来对于智能座舱音频质量和通道数会越来越高。接下来本文将浅析目前智能座舱如何实现音频功放，以及如何实现多路音频功放方案。

二、常见的音频功能实现方式

关于如何实现智能座舱音频功能，目前的方案主要有以下两种，方案各有优缺点，主要区别在信号处理路径、系统集成度和音质表现，对比如下

1. 集成 DAC & 数字功放的 Codec 芯片方案

                               图 1 （Codec 方案示意图）

优点

• 高集成度: Codec 能够直接处理数字信号（如 I²S、TDM 等），内部自带数模转换 ( DAC )，简化了系统设计和布线。减少了元件数量，降低了成本和体积。
• 高效率: Codec 通常基于 Class D 技术，效率非常高（80%-90%），发热量较低，有助于降低功耗，适合车内环境。
• 抗干扰能力强: 由于数字信号不易受到模拟信号中常见的噪声和干扰影响，系统的抗干扰能力较强。
• 成本更低: 由于省去了 DAC 的额外成本和电路设计，整体方案在一定程度上可以降低成本。
• 轻量化设计: Codec 通常不需要复杂的散热设计，适合车内有限的空间和对轻量化的需求。

缺点

• 音质相对受限: 虽然现代 Codec 的音质已有很大提升，但在一些高保真音频场景中，音质可能不如 DAC + 数字/模拟功放分离方案出色，特别是对细节和瞬态响应的还原稍有欠缺。
• 延迟问题: Codec 需要将数字信号经过处理和转换为 PWM 信号，虽然延迟较小，但在某些对实时性要求非常高的场景中可能略有影响。

1. DAC & 数字/模拟功放分离的功放方案

                               图 2 （分离方案示意图）

优点

• 音质更好: 通过独立的 DAC 进行高精度数模转换，结合高质量的分离数字/模拟功放（如 Class D / Class A、Class AB），可以提供更好的音频解析度和动态范围，音质表现更佳，尤其在高保真音响系统中表现出色。
• 精细的音频处理: 独立的 DAC 能提供更好的细节表现和音频控制能力，可以通过更复杂的均衡、滤波和信号处理来优化声音输出。
• 延迟低: 由于音频处理是通过 DAC 和功放直接进行，延迟几乎可以忽略，适合对实时性要求较高的应用。

缺点

• 功耗较高: 分立方案的的效率普遍低于 Codec 芯片方案，特别是 Class A 和 Class AB 功放，它们会产生更多的热量，增加散热设计的复杂性和成本。
• 占用空间大: DAC 芯片和功放芯片的组合需要更多的电路板空间和散热器支持，可能不适合空间有限的车内环境。
• 成本较高: 相比 Codec 方案，DAC 和功放分离的方案硬件成本较高，尤其是高端 DAC 和高保真功放，设计和调试也更复杂。
• 信号易受干扰: 模拟信号在传输过程中容易受到噪声干扰，尤其在汽车这种复杂的电气环境中，可能需要额外的屏蔽和电源管理设计。

总的来说，Codec 芯片方案更适合注重系统集成、空间紧凑、高能效和成本控制的场景，特别是在中低端汽车音响系统中应用广泛。而 DAC + 数字/模拟功放分离方案更适合对音质要求极高的高端汽车音响系统，提供更好的音频体验，但相对成本、功耗和空间占用较大。

三、如何实现多路通道音频功能？

在实现多路通道音频功能的方法上，也可以分为两种，一种是多路并行的方式，一种是基于 A2B 的菊花链方式

1. 多路功放并行方案

工作原理

多路功放并行方案通常涉及一个中央音频处理器（如 DSP 或多通道 DAC），然后通过多个功放通道分别驱动多个扬声器。每个功放通道都可以直接接收音频信号并放大后输出到对应的扬声器。

 

                               图 3 （多路功放并行方案示意图）

优点

• 简单直接: 多路功放方案通常较为直接，通过多个功放芯片来驱动多个扬声器，无需复杂的信号传输和处理系统。
• 音质较好: 多通道并行的方案可以提供较高的音频质量，适合高保真音响系统。
• 独立控制: 每个功放通道可以独立控制音频信号，便于精细调节不同扬声器的输出。
• 高可扩展性: 功放通道数量可根据需求增加，适合复杂音响系统设计，如 5.1、7.1 声道系统。

缺点

• 布线复杂: 每个扬声器都需要单独的信号线和功率线，尤其是在多通道系统中，布线复杂度会随着通道数的增加而显著提高。
• 重量和成本较高: 由于需要多个功放芯片和独立的音频信号线，整个系统的重量和成本都会增加。
• 干扰问题: 模拟音频信号在车内长距离传输时容易受到电磁干扰和噪声影响，可能需要额外的屏蔽措施来确保信号质量。

1. A2B (Automotive Audio Bus) 方案

工作原理

A2B 是一种基于菊花链拓扑的汽车音频传输技术，通过一根双绞线传输多通道的音频数据、控制信号和电源。中央处理器（如主 DSP）通过 A2B 总线发送音频信号到各个节点（如功放和扬声器模块），每个节点可以解码并处理所需的音频信号。
 

                               图 4 （A2B 菊花链方案示意图）

优点

• 简化布线: A2B 方案大幅简化了布线，只需一根双绞线即可传输音频、控制信号和电源，而不需要为每个扬声器单独布线。尤其在多通道系统中，布线优势更为明显。
• 轻量化: A2B 方案的简化布线使得整个系统更轻，适合对重量敏感的汽车设计。
• 长距离传输: A2B 支持长距离音频信号传输，音频质量在传输过程中几乎不受损失，且不会受到电磁干扰。
• 成本降低: 因为只需一条总线，传输和布线的成本显著降低，特别适用于复杂车内音响系统和大规模布置的汽车音频系统。
• 集成电源传输: A2B 可以同时传输音频信号和电源，因此扬声器模块可以通过 A2B 直接供电，无需额外的供电线路。
• 灵活性高: 每个节点可以解码、处理并只接收所需的音频信号，支持复杂的音频分配和控制，非常适合现代汽车智能座舱的需求。

缺点

• 音质可能受限: 尽管 A2B 传输的是数字音频信号，但由于总线的带宽和解码能力限制，音质可能不如多路并行的音频方案那么高保真，特别是在高端音响系统中表现可能稍逊。
• 系统复杂性: A2B 系统需要更复杂的网络架构和管理，包括总线协议的实现和每个节点的同步，这增加了系统设计和调试的复杂性。
• 延迟问题: 由于 A2B 通过数字总线传输音频信号，尽管延迟很小，但在一些对实时性要求极高的场景中可能仍然需要特别优化和考虑。

四、总结

以上是关于汽车智能座舱如何如何实现音频方案以及实现多路音频播放的两种方式，若有疑问，欢迎交流。