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46 Elektronik 03 2020 Künstliche Intelligenz Die seit einiger Zeit auf dem Markt angebotenen digitalen Assistenten haben dazu geführt dass die Menschen mittlerweile Alexa oder Google auffordern bestimmte Dinge zu erledigen oder Informationen bereitzustellen ganz gleich in welchem Zimmer ihres Hauses sie sich gerade befinden Die ersten Produkte die Ende 2014 auf den Markt kamen und hier immer noch eine dominierende Rolle spielen waren die smarten Lautsprecher Smart Speaker die ein WLAN-Lautsprechersystem mit einer KI-Plattform kombinieren Sie dienten zunächst nur zum Verarbeiten von Musikdaten aus der Cloud wurden aber in den vergangenen zwei Jahren durch Displays und Kameras sowie Videound Home-Automation-Funktionen ergänzt z Bzur Steuerung von Beleuchtung Klimatisierung und Überwachungskameras Das Entstehen dieses Smart-Home-Systems Bild 1 hat dazu geführt dass es mittlerweile eine Fülle smarter Geräte in einem Haus gibt Die jüngst hinzugefügten Zusatzfunktionen z B Displays und Hausautomatisierungsfunktionen haben allerdings Bauformen entstehen lassen die den Eindruck machen als seien sie für bestimmte Räume eines Hauses vorgesehen auch wenn sie noch nicht für die Anforderungen der einzelnen Räume optimiert sind Der Markt nähert sich einem Wendepunkt an dem Smart Speaker gezielt auf die Belange eines bestimmten Raums zugeschnitten werden und mit anderen raumspezifisch optimierten Lautsprechern koexistieren müssen Grundlagen zu Smart Speakern Bestimmte grundlegende Bauteile finden sich in allen Smart Speakern Bild 2 ➔ Eingabe In Smart Speakern dienen MEMS-Mikrofone für die Spracherfassung digitale Signalprozessoren DSPs verarbeiten die digitalen Mikrofonsignale anhand bestimmter Algorithmen beispielsweise für die akustische Richtwirkung zur Rauschunterdrückung und für die akustische Echokompensation Erste smarte Lautsprecher nutzten digitale MEMS-Mikrofone was allerdings auf Kosten der Genauigkeit und des Dynamikbereichs ging In leistungsfähigeren Systemen kommen stattdessen analoge MEMS-Mikrofone zum Einsatz die mit separaten hochintegrierten A DUmsetzern ADUs kombiniert werden Diese ADUs bewirken eine erhebliche Vergrößerung des Dynamikbereichs so dass die Systeme mit weniger Mikrofonen auskommen ➔ Ausgabe Dieselben DSPs übernehmen auch die digitale Decodierung der Audiodaten für die Widergabe die Entzerrung sowie die Ausgabe des Audiosignals an die Verstärker des Lautsprechers In neueren Lautsprechern werden digitale Verstärker eingesetzt um DSPFunktionen wie etwa die Entzerrung und Feinabstimmung auf vorgegebene elektrische Parameter zu integrieren Abgesehen davon bieten diese MiniDSPs unterschiedliche Ausprägungen von Schutzfunktionen für den Lautsprecher und wahren die Audioqualität auch bei widrigen Bedingungen wie etwa zu hohen Temperaturen oder einer eingeschränkten Versorgungsspannung der Leistungsstufe Da die digitalen Audio-Inhalte ICintern verarbeitet werden können diese Verstärker die Stromaufnahme reduzieren indem sie die Modulationsverfahren variieren und die Leistungsstufe abhängig vom Audioinhalt steuern ➔ Schnittstellen WiFi WLAN ist die wichtigste Schnittstelle die für Smart Speaker erforderlich ist Obwohl die mit 802 11ac erzielbare Bandbreite für das Empfangen von Audio-Datenströmen eigentlich gar nicht benötigt wird hat sich diese Technik als Defacto-Standard durchgesetzt da viele der gleichen Systemon-Chip-Anbieter SoC auch SoCs für den Empfang von Videodatenströmen anbieten Häufig verfügen WLAN-ICs auch über integrierte Bluetooth-Transceiver Was Bluetooth betrifft kommt sowohl das klassische Bluetooth für Audio-Bild Shutterstock Texas Instruments Halle 3A Stand 119