目前市場中的手機等便攜式產品，對更大的聲音輸出要求越來越高。比如智能手機的喇叭可用空間變小，音頻功放被要求內建更強大的智能增益，能自動判別何時需要把過小的聲音強化。然而，越來越多音頻效果競爭，使得系統開發商也需要自我挑戰，認識未來的三大挑戰：
(1) 電池電壓下降問題：輸出音量會跟著電池電壓下降而變得小聲。
(2) 平均音量變換過大：由于數字音訊多采用24 bit Sigma-Delta，音源本身的音量會的訊息含量會比傳統模擬音源多出數倍。因而容易使喇叭受到損害。使用帶有AGC的傳統方式，可以保護喇叭，卻在看影片或聆聽音樂時仍有平均音量，聲音過小，模糊不清，影響使用者觀感。
(3) 更高的運算量：由于第三代行動通訊已經是主流，網絡傳輸的頻寬會漸漸邁向第四代通訊，因而更高的信息傳輸量，也使得Dolby或SRS的高質量音音效漸漸蔓延開來，特別在智能手機與AIO PC的應用中。由于應用處里器負荷Dolby/SRS算法會造成其他效能的下降，外加內建DSP的音頻編譯碼器也成為趨勢。
圖1 Rock和Drama的數字聲音信號的峰值比對
音頻芯片面臨的挑戰
在下一代的便攜產品市場里，音頻IC面臨著更大聲的需求，即更大的功率瓦數。那么更大的功率瓦數有時候意味著感覺起來更大聲的效果。但是瓦數變大以后，喇叭依舊是那么小，所以在IC中，我們必須考慮防止失真和喇叭可能燒掉的機制。
工程師的挑戰會有一些問題，比如，第一，提供一個比較大的音量時，電池的電量卻在慢慢減少，如何維持恒定？當瓦數輸出越來越大時候，如何把它限制在一個最好的點？第三，如果信號過大或者或小，如何能夠自動判斷應該把增益調整到什么幅度？第四，如果響度需要一個好的信噪比如何自動最佳化這個效果？最后，在音效和應用處理器間找到一個好的平衡？
SmartGain技術
SmartGain
SmartGain （智能增益）是AGC/DRC（聲音輸出限制/動態范圍壓縮）的簡稱。為什么需要SmartGain？之前的音頻信號中很多峰值成分會被自動地砍掉，不同的音樂播放模式，比如音樂、戲劇或者節目表演，它的音頻通過模擬方式播放的時候，都能夠取得一致的基準點，那么音量播放就不會有忽大忽小的問題，也不會突然有太大的聲音對喇叭品質造成傷害。這個在舊式模擬播放時是不會有問題的，但是，在即將到來的數字播放的情況里面，音頻信號用這個播放方式卻會產生很大的問題。
圖1表示了Rock和Drama的數字聲音信號播放時的情況比對。Drama比Rock有更多的峰值。數字方式能把大部分的音質還原，也因為這樣，峰值信號的大部分成分都會被原音重現，這固然是數字播放的優點，可是也會造成當兩個不同的節目播放時，彼此之間找不到可以比對的基準點，相關度比較差。那么兩個問題就會出現，第一，聲音的峰值會過大損害喇叭；第二，平均的音量忽大忽小，大小聲效果很惱人。
圖2表示了一個杜比的統計，在不同的情境下的音樂播放時，平均的音量有大小聲變化，可能超過喇叭的極限。這個情形可以通過SmartGain進行解決和改善。
SmartGain分兩部分：DRC和AGC。在AGC的部分，會自動限制住瓦數最大值，同時又能不失真地把聲音定在某個你需要的瓦數輸出點，以往的AGC是由截波的方式來限制聲音的播放。DRC在聲音小的時候起到作用，目的是要提高小聲時聲音的響度。在便攜式產品里，喇叭的尺寸變小，聲音也會變小，人的耳朵靈敏度卻沒有改變而是維持在恒定的值。當便攜式產品中播放音樂時，和一般的家庭劇院播放音樂要求不一樣。重點是便攜式產品播放的音樂時必須聽得清楚。DRC技術可以在IC偵測到聲音過小的時候，可以自動選擇不同的壓縮方式，把過小的聲音自動調整成耳朵聽得清楚的聲音，從而得到清晰的聲音。
如果沒有SmartGain，大聲的聲音就會越來越大聲直到超過極限。圖3為具有SmartGain的聲音效果處理。
在前半段小聲的時候，DRC起到了自動增加聲音得到清晰的效果，在后半段大聲的時候，在聲音過大的時候可以得到限制，又不會失真。聽起來平均起來會比沒有SmartGain的來的清澈響亮但又不會超過喇叭的最大功率。這就是SmartGain的好處。
圖2 不同情形下各種聲音的大小聲變化
圖3 具有SmartGain的聲音效果處理
測試應用
TI有一顆TPA2028芯片，TPA2028是一個3W單聲道的D類放大器，是集成到AGC和DRC的一個音頻芯片。DRC可以通過I2C總線調整壓縮比讓響度可以提高，AGC又可以保護喇叭，也可以調整想要的輸出瓦數，AGC和DRC是由TI通過DSP精簡技術精簡了之后放在喇叭功放的，節省CPU計算時間。
由于內部快速增益上升的AGC機制，效果很快可以得到。TPA2028采用2.2 mm×2.2 mm尺寸的WCSP封裝，并配套相關軟件工具。
使用TPA2028D1和傳統的TPA2010作比對，如圖４所示。可以看到黃色的區域就是一個小聲的聽不清楚的部分，具有DRC的TPA2028D1就會聽得清楚。把音量低的部分比音量高的部分放大的更大一點，就會聽的很仔細很清楚，比如背景音樂，這點在便攜式產品里面尤為重要。在黃色區域以外，傳統的放大器已經放大的太多，信號可能已經非常接近臨界線，但是有SmartGain的TPA2028D1就控制的比較好，喇叭得到了保護。
如果需要更大的彈性度，TPA2028的I2C的總線提供一個模式選擇，可以選擇通過軟件界面來進行控制。軟件的控制在音質、音效、動態范圍的減損等方面來達成，因此比較好的做法是將軟件音量調整到100％而純粹用喇叭的硬件IC來調整音量的大小，效果則較佳。
擴音技術
TPA2015可以讓喇叭的失真度維持在限制內，在電壓往下掉的時候也能夠維持絕對瓦數的輸出。這和SmartGain不一樣，這也是一個不錯的選擇，完全取決于設計的需要。一般來說適用于導航機或者錄音筆。
MiniDSP技術
MiniDSP是一個獲得更好的聲音和更大聲音的另外一種方法。MiniDSP可以設置不同的數字濾波，達到不同的FIR或者IIR的效果，比如，可以做自適應的主動降噪、回音消除、頻譜分析或者音效處理等。
圖4 具有SmartGain的聲音效果處理
三種不同的技術選擇重點
從IC成本上分析，價格最有競爭力的方式是SmartGain，尺寸精簡。從喇叭的成本上看，使用MiniDSP的技術最具競爭力，因為MiniDSP里面的數字濾波器可以補償喇叭的不足，提高音質和音量。
如果需要有SmartGain的DRC增加平均功耗，又需要AGC來設置輸出瓦數，SmartGain是個好選擇。如果需要絕對音量最大，就需要使用帶擴音（booster）的芯片，即使電壓不斷下降依然能保持大的瓦數輸出，但是采用了升壓架構，器件成本會增加一些。如果需要更復雜的音效，可以使用MiniDSP，從而打造客戶獨特的技術音效。
