扬声器和耳机的功耗通常占据总体功耗的一大块。由于这一功率实际上并不是在IC中消耗,因此它几乎从不包含在IC数据手册中。幸运的是,它可以很容易地从P = V2RMS / Z公式中计算出来,这里VRMS是整个扬声器的RMS电压,Z是其阻抗(如是立体声扬声器,别忘记把这一数字乘以2!)。困难的地方是选择一个实际的VRMS。尽管最大的VRMS可以轻易地从放大器输出的摆幅中计算出来,但在现实中VRMS取决于终端用户的音量设置。即便在最大音量情况下,同一段音乐的高音和低音通道上的VRMS也是不同的,因此假定一个满刻度信号几乎是不可能的。

为了在不同的音频器件之间进行一个有意义的比较,就需要一个共同的基准。例如,日本JEITA CP-2905B标准规定,带耳机输出的系统的电池寿命应当在16Ω负载上驱动0.2mW (每通道0.1mW)时进行测量。

该信号是什么?

驱动扬声器和耳机的放大器是另一个特别耗电的器件。目前业界的常见做法是列明它们的静态功耗,也即绝对安静地播放(在数字域的表示是一串零)。不过,只要有一个实际的信号通过该系统,放大器(以及负载)上的功耗就会增加。

无疑,放大器电源电流应该可以用一个非零信号来表达,但应该用一个什么样的信号呢?一些标准(如JEITA CP-2905B)经常使用一个1kHz正弦波,因为它很容易生成。不过,它和现实世界中的用户听到的任何声音或音乐几乎没有雷同之处。粉红噪声(如同IEC 60268-5标准针对扬声器定义的那样)可能与放大器电源电流更接近,尽管从根本上来说没有一种信号能够映射无限变化的音乐。

在比较放大器时,另外一个值得牢记的地方是,它们的功率效率取决于信号幅度。精确的关系取决于放大器(见图2)。例如,在静态条件下,D类放大器因为开关损失可能要比等效的线性放大器消耗更多的功率。同样地,由于线性放大器在高音量时效率更高,它们在满刻度处的效率可以接近D类放大器。

不过,这些信号幅度的极端部分在很大程度上是不相关的,因为决定电池寿命的战役主要在信号幅度的中部打响,现实世界中的放大器主要在这里花费大多数时间。D类放大器正是在这里赢得了业内的普遍认可,因为它的功率转换效率要远远高于线性放大器。

数字电路又如何?

放大器并不是静态功耗低于工作功耗的唯一电路,其它模拟电路(如混音器和增益可编程放大器)和数字CMOS电路也是这样。对CMOS电路来说,功耗在很大程度上是1和0状态位转换频率的函数,因此一个仅由0状态位(即静态)构成的信号只需要极低的电源电流。为了得到有意义的数据,所有的器件应该处理一个真实的非零信号。