新車市場上的駕駛員正在積極尋求更安靜的汽車,以提供卓越的乘客之間以及與外界的通信體驗(yàn)。隨著電動化程度的提高,汽車變得更加安靜;然而,在這些安靜的汽車中,尤其是在高速行駛時,乘客通常會比在嘈雜的內(nèi)燃機(jī)汽車中聽到更多的外界噪音。
為了進(jìn)一步降低機(jī)艙噪音,使用麥克風(fēng)、放大器、揚(yáng)聲器和高級數(shù)字信號處理的先進(jìn)技術(shù)可用于降低背景噪音、乘客之間的清晰語音通信以及緊急和高保真免提語音呼叫.
主動降噪簡介
被動隔音和專用輪胎等傳統(tǒng)降噪技術(shù)會使車輛變重并降低燃油效率。如圖1所示,與被動絕緣方法相比,主動降噪 (ANC) 方法可以實(shí)現(xiàn)相同的好處,同時減輕整體重量,并且不會影響燃油效率。
ANC系統(tǒng)的工作原理是在車輛內(nèi)部客艙中策略性地放置兩到六個麥克風(fēng)。這些麥克風(fēng)測量內(nèi)部噪聲并將音頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭纛l子系統(tǒng),該子系統(tǒng)又向內(nèi)置揚(yáng)聲器發(fā)出抗音頻信號。由于這些揚(yáng)聲器與用于音頻播放應(yīng)用的揚(yáng)聲器相同,因此添加 ANC 系統(tǒng)的附加成本相對較低。

圖 1:ANC 系統(tǒng)使用麥克風(fēng)和內(nèi)置揚(yáng)聲器來降低車內(nèi)噪音。
入門級汽車的 ANC 系統(tǒng)使用兩到四個麥克風(fēng),而高端汽車使用多達(dá)六個麥克風(fēng)。圖 2顯示了一個典型的 ANC 實(shí)現(xiàn)。

圖 2:框圖顯示了如何組合麥克風(fēng)信號以生成抗噪聲播放信號。
車廂內(nèi)的幾個策略性放置的麥克風(fēng)可以捕捉來自發(fā)動機(jī)、道路和輪胎接觸、風(fēng)、結(jié)構(gòu)振動以及供暖、通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)等來源的噪音。
音頻模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)將來自麥克風(fēng)陣列的音頻信號數(shù)字化,并通過時分復(fù)用 (TDM) 總線將數(shù)字化輸出發(fā)送到應(yīng)用處理器。
應(yīng)用處理器實(shí)施反饋 ANC 算法,并產(chǎn)生與測量的音頻噪聲相等且幅度相反的抗噪聲信號。該抗噪聲信號在已有的揚(yáng)聲器系統(tǒng)上播放,從而消除了周圍的主動噪聲。
與 ANC 系統(tǒng)類似,車內(nèi)通信 (ICC) 和免提語音波束形成系統(tǒng)可增強(qiáng)乘客之間以及與外界的通信體驗(yàn),需要多麥克風(fēng)和多揚(yáng)聲器系統(tǒng)。所有這些系統(tǒng)共存并相互有效通信,以在機(jī)艙內(nèi)創(chuàng)造增強(qiáng)的體驗(yàn)。根據(jù)系統(tǒng)要求、車輛尺寸和豪華級別(低端、中端和高端),OEM 為每種應(yīng)用使用不同數(shù)量的麥克風(fēng)。
關(guān)鍵設(shè)計考慮因素
ANC 系統(tǒng)使用兩到六個麥克風(fēng)。這些麥克風(fēng)需要偏置到麥克風(fēng)制造商提供的推薦偏置電壓。它們還需要針對不同的故障情況進(jìn)行診斷,例如:
麥克風(fēng)信號對地短路
麥克風(fēng)信號與 MICBIAS 短路
麥克風(fēng)信號打開
麥克風(fēng)差分信號相互短路
麥克風(fēng)信號短路到電池電壓(V BAT)
例如,德州儀器 (TI)的音頻 ADC PCM6260-Q1中提供的可編程麥克風(fēng)偏置和全面的故障診斷功能允許用戶以非常成本和尺寸優(yōu)化的方式來適應(yīng)這兩種功能。
該設(shè)備支持完全可編程的麥克風(fēng)輸入直流故障診斷功能,用于直接耦合或直流耦合輸入,同時記錄麥克風(fēng)。這些故障使用可編程閾值??梢詥为?dú)啟用或禁用各個故障和各個通道。在診斷出故障的情況下,將向中斷引腳發(fā)送中斷。讀回狀態(tài)寄存器可以提供其他詳細(xì)信息,例如故障類型以及發(fā)生故障的通道。
此外,該器件還集成了一個內(nèi)置的低噪聲、可編程、高壓麥克風(fēng)偏置引腳,用于將模擬麥克風(fēng)從 5 V 偏置到 9 V。集成偏置放大器支持高達(dá) 80 mA 的負(fù)載電流,可用于多個麥克風(fēng),并旨在提供高電源抑制比、低噪聲和可編程偏置電壓,以實(shí)現(xiàn)對特定麥克風(fēng)組合的偏置微調(diào)。
對于 ANC 系統(tǒng)所需的兩到六個麥克風(fēng),PCM6260-Q1 是音頻 ADC 系列中的一種,該系列提供兩個 (PCM6020-Q1)、四個 (PCM6240-Q1、PCM6340-Q1)、六個 (PCM6260- Q1、PCM6360-Q1) 和八個 (PCM6480-Q1) 通道。圖 3是采用 PCM6260-Q1 的六麥克風(fēng) ANC 系統(tǒng)的應(yīng)用框圖。

圖 3:PCM6260-Q1 用于實(shí)現(xiàn)六麥克風(fēng) ANC 系統(tǒng)。
在 ANC 系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)音頻的未來趨勢是什么?
展望未來的實(shí)施,一些 OEM 也在考慮使用音頻集線器,如圖4 所示。

圖 4:音頻集線器模塊
音頻集線器將接收來自 ANC、ICC、eCall 和免提麥克風(fēng)系統(tǒng)的音頻信號。然后它將對音頻信號進(jìn)行數(shù)字化和累積,并將數(shù)字化信號發(fā)送到相應(yīng)的音頻子系統(tǒng)以進(jìn)行進(jìn)一步處理。
雖然音頻集線器旨在支持越來越多的麥克風(fēng)輸入,但 PCM6260-Q1 等音頻 ADC 可以很好地服務(wù)于這種架構(gòu),因?yàn)樗试S多達(dá) 24 個麥克風(fēng)共享相同的控制 I 2 C 總線和 TDM 總線。
隨著 ANC、ICC 和免提波束成形的趨勢不斷發(fā)展,音頻集線器將降低麥克風(fēng)路由和實(shí)施復(fù)雜性,并降低與麥克風(fēng)電纜相關(guān)的成本。
審核編輯:湯梓紅
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