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汽车座舱声音增强系统如何工作?

2017-5-29 15:27| 发布者: admin| 查看: 3087| 评论: 0|原作者: TI|来自: TI

摘要: 随着司机在汽车上花费的时间越来越多,制造商正在努力确保汽车座舱尽可能地舒适。越来越多的购车者将噪音视为选购汽车的决定性因素之一。大多数汽车座舱噪声,如道路噪音、风噪声和卡嗒卡嗒的内饰都是司机不愿听到的 ...
随着司机在汽车上花费的时间越来越多,制造商正在努力确保汽车座舱尽可能地舒适。越来越多的购车者将噪音视为选购汽车的决定性因素之一。

大多数汽车座舱噪声,如道路噪音、风噪声和卡嗒卡嗒的内饰都是司机不愿听到的 – 这些噪音会干扰司机,降低司机的心理处理能力,并可能导致分心和压力。因此,汽车制造商以溢价出售他们最安静的汽车。

我相信您肯定遇到一种情况,即驾驶时必须通过免提系统打电话。您想确保接电话的人可以清楚地听到您的声音,您期望(希望?)系统排除噪音,如空调气流、风噪声和车厢内的道路噪音。这种情况下,您需要汽车进行噪声鉴别。

 
图1:免提系统的示例

最后,还存在一种真正从旁观者的眼睛(或者我应该说耳朵)中听到的“噪声”(有意加上引号):发动机噪声。随着发动机技术朝着最大燃料效率方向进展,汽车发动机噪声显著降低。汽车制造商面临汽车买家悖论:司机想要一个更新、更好的发动机的所有扭矩和燃料效率,但也想获得旧式耗油量大的汽车的经典音响系统。当设计信息娱乐系统时,这对制造商来讲相当具有挑战和冲突的要求。他们必须区分并抑制一些类型的噪声,但允许甚至增强其他类型的噪声。

便于座舱舒适的音频技术

图1所示为我所称的舱内声音增强(CSE)系统的极简框图。
   

图2:典型的CSE简化框图

在图2中,您会注意到,声音由麦克风阵列捕获;这种情况下,阵列包括四个模拟驻极体电容麦克风。尽管在图2中未显示,但典型的驻极体电容麦克风在偏置时接近电流源。模数转换器(ADC)对来自麦克风阵列的音频信号进行数字化,然后由应用处理器处理该音频信号。

在图2中,集成模拟前端集成在ADC中,有助于提高信噪比(SNR)并实现更高质量的音频捕获。请记住,图2仅显示实现这一目标的众多方法之一。例如,您可以使用数字I2S麦克风,但是这种替代方法比使用模拟麦克风和多通道ADC的成本更高。

应用处理器根据处理的算法启用CSE系统的特定功能。为了减少不需要的噪声,处理器执行主动降噪(ANC)算法。

该系统旨在减少汽车座舱内的低频噪声,并在汽车运行的任何阶段操作,无论音频系统是开启或关闭。麦克风阵列从传动系统捕获声音,并创建精确定时的反相音频信号,然后发送到放大器,以驱动系统扬声器和低音炮,而不影响音乐或通话音量。

为了增强引擎声,处理器执行发动机声音增强(ESE)或声音执行器算法,方法是通过由发动机负载和RPM确定的立体声系统,播放预先记录的引擎声,或者让麦克风阵列从传动系统捕获声音信号,处理器放大和调谐此声音信号,以让司机对引擎声不反感。

为了有效地执行高性能免提系统,处理器实现了麦克风波束成形算法(MBF)。想象一下从麦克风到驾驶员面部的波束。系统只“听到”存在于该光束内的声音并拒绝来自其他方向的声音。麦克风阵列中的各个麦克风通过系统采样频率指定的极其特定的距离分离。该距离影响声音到达每个特定麦克风所花费的时间,为系统提供关于声源的方向和距离的足够信息,并且拒绝该虚拟波束之外的任何声音。

来自应用处理器的高度处理的输出信号在音频处理器中与用户指定的音频信号源(诸如来自外部源的音乐或经由蓝牙的电话交谈)混合。该混合信号可能包括来自用户选择源(一些情况下为ANC和ESE)的每个信号,并不会干扰音乐或通话水平。

放大器驱动座舱内的系统扬声器和低音炮。

音频ADC选择:权衡利弊

像往常一样,汽车系统设计人员需要平衡成本与性能之间的权衡。

CSE系统虽然容易理解,但在现实生活中是难以实现的高度复杂的系统。考虑不同降噪耳机之间的性能差异;这也是为什么好的耳机花费数百美元的原因。

理想的音频ADC需要:

-为多通道,可容纳麦克风阵列中的多个麦克风。
-具有优异的SNR比和动态范围,可清晰捕获音频信号,并根据最终应用有效地放大或抑制信号。
-不仅精确地同步所有麦克风的采样,而且可有效地同步转换器本身内的高频信号。
-类似于PCM1864-Q1和PCM1865-Q1的ADC支持高性能、低成本和小型CSE系统。PCM1864-Q1和PCM1865-Q1集成了4个2VRMS 模拟输入和一个模拟前端,具有削波检测功能,可最大化高性能CSE系统的SNR比,同时减少尺寸和组件数量。

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