Улучшение активного шумоподавления с помощью новых автомобильных аудиотехнологий

Водители на рынке нового автомобиля активно ищут более тихие автомобили, обеспечивающие превосходное общение как между пассажирами, так и с внешним миром. Автомобили становятся намного тише, поскольку становятся более электрическими; однако пассажиры в этих более тихих автомобилях, особенно на высоких скоростях, обычно слышат больше шума снаружи, чем в шумных автомобилях с двигателем внутреннего сгорания.

Стремясь еще больше снизить уровень шума в салоне, используются передовые методы с использованием микрофонов, усилителей, громкоговорителей и расширенной цифровой обработки сигналов, чтобы обеспечить снижение фонового шума, четкую голосовую связь между пассажирами, а также экстренные и высококачественные голосовые вызовы без помощи рук. .

Введение в активное шумоподавление

Обычные методы шумоподавления, такие как пассивная изоляция и специализированные шины, делают автомобили тяжелее и снижают топливную эффективность. Как показано на рисунке 1, методы активного шумоподавления (ANC) могут обеспечить те же преимущества при меньшем общем весе по сравнению с методами пассивной изоляции и без снижения топливной эффективности.

Система ANC работает, стратегически размещая от двух до шести микрофонов по всей внутренней кабине автомобиля. Эти микрофоны измеряют внутренний шум и передают аудиоданные в аудиоподсистему, которая, в свою очередь, выдает антиаудио сигнал на встроенные громкоговорители. Поскольку это те же громкоговорители, которые используются в приложениях для воспроизведения звука, добавление системы ANC требует относительно небольших дополнительных затрат.

Рис. 1. В системе ANC используются микрофоны и встроенные громкоговорители для снижения шума в салоне.

В системе ANC для автомобилей начального уровня используются от двух до четырех микрофонов, в то время как в автомобилях высокого класса используется до шести микрофонов. На рисунке 2 показана типичная реализация ANC.

Рис. 2. Блок-схема показывает, как сигналы микрофона объединяются для создания сигнала воспроизведения с защитой от шума.

Несколько удобно расположенных микрофонов внутри кабины автомобиля улавливают шум от таких источников, как двигатель, контакт с дорогой и шиной, ветер, структурные колебания, а также системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

Аналогово-цифровой преобразователь звука (АЦП) оцифровывает аудиосигнал, поступающий из массива микрофонов, и отправляет оцифрованный выходной сигнал процессору приложений через шину мультиплексирования с временным разделением (TDM).

Процессор приложений реализует алгоритм ANC с обратной связью и выдает шумозащитный сигнал равной и противоположной амплитуды измеренному звуковому шуму. Этот шумозащитный сигнал воспроизводится на уже имеющейся акустической системе, что приводит к подавлению активного окружающего шума .

Подобно системе ANC, для систем связи в салоне (ICC) и формирования голосового луча без помощи рук, которые улучшают взаимодействие между пассажирами, а также с внешним миром, требуется система с несколькими микрофонами и несколькими динамиками. Все эти системы сосуществуют и эффективно взаимодействуют друг с другом, чтобы создать в салоне больше впечатлений. В зависимости от системных требований, размера автомобиля и уровня роскоши (низкого, среднего и высокого уровня) OEM-производители используют разное количество микрофонов для каждого из этих приложений.

Ключевые особенности дизайна

В системах ANC используется от двух до шести микрофонов. Эти микрофоны должны быть смещены до рекомендованного напряжения смещения, указанного производителем микрофона. Их также необходимо диагностировать на предмет различных неисправностей, таких как:

• Сигнал микрофона закорочен на массу.
• Короткое замыкание сигнала микрофона на MICBIAS
• Сигнал микрофона открыт.
• Дифференциальные сигналы микрофонов закорочены друг с другом.
• Короткое замыкание сигнала микрофона на напряжение аккумулятора (V _BAT )

Например, программируемое смещение микрофона и функции комплексной диагностики неисправностей, доступные в аудио ADC PCM6260-Q1 от Texas Instruments (TI), позволяют пользователю использовать обе эти функции с очень оптимальной стоимостью и размером.

Устройство поддерживает полностью программируемый микрофонный вход и функцию диагностики неисправности постоянного тока для входов с прямой или постоянной связью при одновременной записи с микрофона. Эти неисправности используют программируемые пороги. Отдельные неисправности и отдельные каналы могут быть индивидуально включены или отключены. В случае диагностированной неисправности на вывод прерывания отправляется прерывание. При обратном чтении регистров состояния можно получить другие сведения, такие как тип ошибки, а также канал, для которого произошла ошибка.

Кроме того, в это устройство встроен малошумящий программируемый высоковольтный вывод смещения микрофона для смещения аналоговых микрофонов от 5 В до 9 В. Интегрированный усилитель смещения поддерживает ток нагрузки до 80 мА, который можно использовать для нескольких микрофоны и был разработан для обеспечения высокого коэффициента подавления подачи питания, низкого уровня шума и программируемого напряжения смещения, чтобы обеспечить точную настройку смещения для конкретных комбинаций микрофонов.

Для двух-шести микрофонов, необходимых в системе ANC, PCM6260-Q1 является одним из семейства аудио-АЦП, которые доступны с двумя (PCM6020-Q1), четырьмя (PCM6240-Q1, PCM6340-Q1), шестью (PCM6260- Q1, PCM6360-Q1) и восемь (PCM6480-Q1) каналов. Рис. 3 представляет собой блок-схему приложения для системы ANC с шестью микрофонами с PCM6260-Q1.

Рисунок 3. PCM6260-Q1 используется для реализации системы ANC с шестью микрофонами.

Каковы будущие тенденции внедрения звука в системах ANC?

Заглядывая в будущее, некоторые OEM-производители также рассматривают возможность создания аудио-концентратора, как показано на Рис. 4 .

Рисунок 4. Модуль аудиоцентра

Аудиоцентр будет принимать аудиосигналы от систем микрофонов ANC, ICC, eCall и громкой связи. Затем он оцифровывает и накапливает аудиосигналы и отправляет оцифрованные сигналы в соответствующую аудиоподсистему для дальнейшей обработки.

В то время как аудио концентратор предназначен для поддержки растущего числа микрофонных входов, аудио АЦП, такой как PCM6260-Q1, будет хорошо служить такой архитектуре, позволяя до 24 микрофонов совместно использовать один и тот же элемент управления I ² Шина C и шина TDM.

По мере развития тенденций в области ANC, ICC и формирования диаграммы направленности без использования рук, аудиоцентр снизит сложность маршрутизации и реализации микрофона, а также снизит стоимость микрофонных кабелей.

>> Эта статья была первоначально опубликована на наш дочерний сайт Electronic Products.