這篇博文由Bharath Vasan和我共同撰寫。

當我們打算為頭戴式耳機應(yīng)用創(chuàng)建一個運算放大器時（最后選用的是OPA1622運算放大器），我們需要解決的第一個問題就是確定頭戴式耳機需要的功率。

將頭戴式耳機和揚聲器想象為把輸入電氣功率轉(zhuǎn)換為可聞輸出功率的變換器。與所有處理相類似，這個將電聲轉(zhuǎn)換過程具有一個與之相關(guān)的效率問題。正如你有可能已經(jīng)想到的那樣，不同頭戴式耳機類型的效率也是不一樣的。總的說來，包耳式耳機的效率要低于入耳式耳機。

頭戴式耳機廠商通常以特定輸入功率下（通常為1mW）的聲壓級（[SPL]，單位為分貝）來表示他們產(chǎn)品的效率。例如，一個耳機廠商也許將他們耳機的效率標明為100dB/wM，你應(yīng)該將這個值讀為“1mW時為100dB”。通過使用廠商給出的基準效率，你能夠用方程式1計算出其它功率級別下產(chǎn)生的SPL：

在方程式1中，P_IN 代表到耳機的輸入功率，而η為1mW基準功率級別下的效率。圖1顯示的是，對于一定范圍內(nèi)的常見耳機效率，在輸入功率不斷增加時，提供的輸出SPL。

圖1：對于不同耳機效率，產(chǎn)生的SPL與輸入功率之間的關(guān)系

方程式1和圖1中的曲線還包括一個假設(shè)，那就是耳機內(nèi)驅(qū)動器的運行方式是線性的。當然，你不能一直增加耳機的輸入功率，并且希望輸出SPL不斷地增加（可千萬不要這么干）。在高輸入功率下，驅(qū)動器本身內(nèi)的非線性效應(yīng)將會限制最大SPL。

一旦你已經(jīng)建立起來了一個SPL目標，確定信號電平就只需要某些基本電氣工程方程式了（方程式2和方程式3）：

這兩個方程式均包含標稱耳機阻抗，R_HP，它也由耳機廠商指定。為便攜式電子設(shè)備設(shè)計的耳機具有低阻抗（低至16Ω），這是因為耳機上的低壓信號將仍能提供足夠的功率。對于那些非便攜式應(yīng)用中使用的耳機，比如說專業(yè)錄音工作室中用到的耳機，它們的阻抗最高有可能達到600Ω。

讓我們將所有這些信息應(yīng)用于一個設(shè)計示例，針對一對常見的平板磁性包耳式耳機，計算出達到一個特定SPL所需要的信號電壓和電流。

表2：針對設(shè)計示例的技術(shù)規(guī)格目標值

使用方程式1或圖1，首先確定達到SPL目標值所需的輸入功率：

下一步，計算將這個功率量提供給耳機所需要的電壓和電流：

在這個示例中，低阻抗耳機與低效率和非常響亮的最大SPL目標值之間的組合使我們的設(shè)計團隊認識到了OPA1622設(shè)計中所面臨的挑戰(zhàn)。很明顯，我們的放大器需要給某些耳機傳送的電流量將是十分巨大的（以運算放大器標準來衡量的話）。在這一前提下，我們將注意力轉(zhuǎn)向了OPA1622的輸出電路。在不產(chǎn)生失真的情況下，這個電路需要能夠傳送大量電流。

在這個系列的后三篇文章中，我們將仔細看一看在耳機應(yīng)用設(shè)計中遇到的其它難題，以及我們是如何在OPA1622的設(shè)計中克服它們的。

其它資源

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