目前筆記型電腦與便攜式DVD播放器所面臨的一個重要問題是揚聲器受限的動態範圍，由於體積的限制，這些產品中的揚聲器尺寸通常較小，因此只能產生侷限頻率範圍內有限的聲音輸出。

對作業系統的警告信號或類似的音源來說，標準的動態範圍已經足以限制使用者調高音量而不需擔心動態突波會造成失真，另一方面，筆記型電腦揚聲器對動態範圍較大的DVD音軌輸出限制則相當明顯，對話與音效在音量上的差距可能會相當大，造成使用者必須調高音量來收聽對話，並在較熱鬧的場景出現時降低音量以避免造成截波（clipping）的情況。

如果不調整音量，那麼使用者就必須選擇在動態突波過高時忍受失真，或者是選擇過低而無法完全清楚了解對話內容的音量設定，對於搭配較小型揚聲器的筆記型電腦來說，這個問題將可能造成觀賞DVD影片的困擾。

具備自動位準控制（Automatic Level Control；ALC）功能的放大器可以幫助消除小型化揚聲器所帶來的問題，雖然放大器無法在不提高電源電壓的情況下加大最高輸出電壓，同時也不能提高小型喇叭的功率處理能力，但卻可以在播放聲音時動態調整RMS輸出電壓。如果把高於預先所設定臨界值的聲音波形輸出最高值壓低到較接近其他聲音信號的位準，那麼就可以在不造成最高輸出截波的情況下提高整體信號的大小，依壓縮比的大小稱為“壓縮”或“限制”，這項技術是音響產業經常使用的方法。

較低的壓縮比，例如2:1可以將高於壓縮臨界點信號在輸入端的4dB變化轉變為輸出端的2dB，較大的壓縮比，例如20:1或更高基本上可以認為是一個限制動作，因為當信號位準達到臨界值時，不管輸入如何增加，輸出波形都會維持在相同的振幅，壓縮通常應用在錄音或混音的過程，不過同時也能在之後應用到音訊串流上。

在MAX9756這類的放大器中，ALC基本上像一個限制器，它偵測高於所設定臨界點的輸出信號，並降低增益來讓輸出低於臨界點，MAX975在高於臨界點的增益響應基本上接近不變，這代表了幾近無限大的壓縮比，請參考(圖一)。

《圖一 對較低的音量，放大器會以普通線性放大器的方式運作，對高於臨界值的位準則會降低增益以避免輸出超過臨界值。》

《圖二 自動位準控制的完整週期可以透過加入明顯較大的信號看出 》

自動位準控制時序

限制器對信號振幅改變的反應速度會大幅影響音響的效果，當輸出信號超越臨界值時，放大器便以啟動時間（attack time）所指定的速度來降低增益，接著維持較低的增益位準直到信號振幅下滑為止，釋放時間（release time）則控制了放大器提高增益，最後回到原先設定值的速率，對MAX9756放大器來說，啟動時間由連接CT接腳到地的電容數值大小來控制，以下的方程式可以由電容值導出啟動時間：

《公式一》

釋放時間則以啟動時間的比例計算，並透過改變加到DR接腳上的電壓來調整，將DR接腳連接到VDD、VBIAS或接地可以選擇3種不同的比例，MAX9756會對所有的釋放時間都加上一個固定的50ms保持時間（hold time），在保持時間內則不會有任何的增益變動。

(圖二)顯示了在較小振幅信號中出現大信號脈衝的效應，輸出波形中大信號的振幅明顯地會在增益縮減時降低，這個降低增益控制電壓是控制啟動時間的CT接腳電容電壓，在特定時間點下，這個電壓值的大小和以dB為單位的增益縮減量成正比。

啟動與釋放時間的長短應該依照信號源的特性以及所需的效應加以調整，較短的時間常數會造成ALC快速跟隨信號位準的變化，甚至能夠在信號中出現最短的突波時進行保護動作，如此雖然可以確保較大信號不會破壞揚聲器，但卻可能會在增益快速調整以便跟隨信號變動時造成耳朵可以聽到的“砰砰”或“咻休”等人工雜音。

而對持續改變信號位準大小的影片音軌來說，較長的時間可以避免人工雜音，還能夠將音效品質最佳化，在這種情況下，當信號位準快速變化時，增益通常會維持在相對固定的狀態，只有在長時間的變化時才會加以調整，讓放大器有足夠的時間反應，揚聲器保護功能基本上還是存在，因為ALC還是會壓低大部分可能造成損壞的信號。

可以透過監測降低增益控制電壓以及信號波形來觀察較長與較短啟動與釋放時間的效應表現，請參考圖三。為了產生具有代表性的波形，輸入信號是一個全音量的音訊信號，較短的啟動與釋放時間會在信號通過時造成較頻繁的增益調整動作，帶來整體相對較穩定的信號強度，而較長的啟動與釋放時間則維持穩定的增益響應，避免放大器過度反應，因此可以維持整體的信號位準，同時保留信號中大部分的動態成分。

《圖三 較短的啟動與釋放時間(a)造成可能會損害音質的頻繁增益變化，較長的啟動與釋放時間(b)則可以帶來較平滑的增益響應。》

《圖四 在由小信號轉換到大信號的過程中，輸出波形一開始時會受到截波，但當增益縮減開始動作後，輸出波形就會回到原本未截波的狀態。》

ALC臨界值

筆記型電腦中的揚聲器放大器通常5V電源運作，以橋接式負載（Bridge Tied Load；BTL）方式所推動的8Ω揚聲器來說，理論上的最高連續功率為：

《公式二》

由於電源為5V，因此任何想要提供負載更高功率的動作都會產生截波波形輸出，但是像MAX9756這類的放大器則可以透過選擇連接PREF接腳到地的電阻值大小來調整增益縮減動作啟動的臨界值，MAX9756會輸出固定12μA安培的電流給這個電阻，因此可以透過以下的方程式來計算出電阻值，在這裡以1.4W為例。

《公式三》

可以藉由調整RPREF電阻值的大小將臨界值改變到想要的位準，如果音響系統受到揚聲器承受功率的限制，那麼我們可以透過將臨界值設定在遠低於放大器最高輸出功率處來確保輸出功率不會過大，如果揚聲器可以忍受放大器的全幅輸出功率，那麼將臨界值設定在貼近截波位準附近可以將音質提升到最高，同時保護揚聲器不受長時間的破壞，截波波形不僅聽起來不舒服，還可能造成揚聲系統永久的損壞，截波波形的尖銳邊緣對揚聲器這類機械性元件來說相當困難再現，因此長時間就可能會造成失效。

(圖四)顯示了將臨界值設定在剛好低於放大器最大功率輸出下的效果，輸入信號是一個在高低位準間變化的較大正弦波，輸出波形明顯地會在啟動時間受到截波，但只要增益縮減動作完成後截波動作就會馬上停止。

《圖五 為MAX9756加上如MAX4400運算放大器以及電阻R2等外部電路可以降低ALC的壓縮比。》

《圖六 將MAX9756標準限制以及加上外部電路後的壓縮加以比較，顯示了對增益的調整更加平緩，同時也消除了水平的部分。》

降低壓縮比

MAX9756所提供的限制功能對保護揚聲器以及避免截波發生基本上相當有用，但卻會在ALC動作時完全抑制動態變化，無限大的壓縮比代表輸入信號上任何強度的提升都不會對輸出造成任何影響，因此會造成枯燥無趣且單調的音響輸出，如果不需嚴格控制輸出波形，那麼採用較低的壓縮比將有助於避免截波動作發生，同時維持部分的動態內容，較低的壓縮比會降低音訊訊號內容的動態範圍而不會完全將它們遺失，MAX975的壓縮比可以透過加入如圖五中的外部電路來加以降低。

MAX4400運算放大器將MAX9756的CT輸出加以緩衝，以確保所加入的電路不會影響CT上的電壓值，也就是釋放時間。MAX4400具備1000 GΩ的標準輸入阻抗，免除可能造成電容放電的漏電流，運算放大器輸出透過R2連接到PREF，因此R1與R2的並聯組合就決定了新的ALC臨界值，以下的方程式可以用來找出這個組態下的臨界值：

《公式四》

在即將到達臨界值前，由PREF接腳所看到的阻抗為R1與R2的並聯組合，原因是這時兩個電阻都接地，因此設定這個並聯組合可以控制這種組態下ALC的臨界值，方程式的右邊是計算RPREF先前所提到的公式，左邊則是R1與R2並聯組合的阻值。

R2相對於R1的比值控制了新壓縮比，當R2大於R1許多時，ALC便擁有類似於MAX9756標準硬體限制組態的高壓縮比，當R2低於R1時，ALC為低壓縮比，同時可以維持音訊信號中大部分的原始動態範圍，要達成3:1的有用壓縮比，將R2設定為R1的2.5倍，(圖六)顯示了MAX9756在標準限制以及R2/R1 = 2.5時壓縮比對電壓增益的影響。

《圖七 在沒有ALC的情況下(a)，輸出信號會因輸入信號較強而受到嚴重的截波，但在啟動ALC後(b)，同樣的輸入波形在輸出波形上的截波動作幾乎完全被移除。》

ALC帶來的改善

ALC所帶來的改善相當顯著，請參考(圖七)，其中圖(a)顯示在沒有ALC情況下由DVD電影輸出較大聲音時的輸出波形，圖(b)則是相同輸入以及相同音量設定下啟動ALC後的輸出波形。

加入ALC後使用者不僅可以調大音量到可接受的範圍來聽取對話而不需擔心其他聲音過大，還能得到更佳的音響輸出，原因是截波動作發生的頻率較低，此外，ALC也因較少的截波動作而延長揚聲器的壽命，並有助於保護較低功率的揚聲器，與相同系統但沒有配備ALC功能的情況比較，最大音量設定可以提高6dB。

當然我們也可以利用數位的方式來實現ALC，ALC可以透過現有的DSP硬體加以實現，並藉由執行複雜的處理程序，例如多重頻帶壓縮進一步改善音質與揚聲器的保護，雖然方便，但數位領域中的ALC由於需要更長的處理時間與更強大的處理能力而對DSP系統造成負擔，相對來說，將類比ALC加入到揚聲器放大器則是筆記型電腦以及便攜式DVD播放器的一個較佳選擇，原因是在這類應用中電池的使用時間才是主要關鍵，而聲音的品質通常可以被些微犧牲。

（作者為美商Maxim美信公司策略應用工程師）