利用新的汽车音频技术增强主动降噪

新车市场上的驾驶员正在积极寻求更安静的汽车，以在乘客之间以及与外部世界提供卓越的通信体验。随着汽车变得更加电动，汽车变得更加安静；然而，与乘坐嘈杂的内燃机汽车相比，乘坐这些更安静的汽车（尤其是在高速行驶时）的乘客通常会听到更多来自外界的噪音。

为了进一步降低机舱噪音，使用麦克风、放大器、扬声器和高级数字信号处理的先进技术可实现背景噪音降低、乘客之间清晰的语音通信以及紧急和高保真免提语音通话.

主动降噪简介

被动绝缘和专用轮胎等传统降噪技术会使车辆变重并降低燃油效率。如图 1 所示，与被动绝缘方法相比，主动降噪 (ANC) 方法可以实现相同的优势，但总体重量更轻，并且不会影响燃油效率。

ANC 系统的工作原理是在整个车辆内部舱室中战略性地放置两到六个麦克风。这些麦克风测量内部噪声并将音频数据传输到音频子系统，该子系统又向内置扬声器发出抗音频信号。由于这些扬声器与用于音频播放应用的扬声器相同，因此添加 ANC 系统的额外成本相对较低。

图 1：ANC 系统使用麦克风和内置扬声器来降低车内噪音。

入门级汽车的 ANC 系统使用两到四个麦克风，而高端汽车使用多达六个麦克风。图 2 显示了一个典型的 ANC 实现。

图 2：框图显示了如何组合麦克风信号以生成抗噪播放信号。

几个巧妙地放置在车厢内的麦克风可以捕捉来自发动机、道路和轮胎接触、风、结构振动以及供暖、通风和空调系统等来源的噪音。

音频模数转换器 (ADC) 将来自麦克风阵列的音频信号数字化，并通过时分复用 (TDM) 总线将数字化输出发送到应用处理器。

应用处理器实施反馈 ANC 算法并产生与测量的音频噪声等幅相反的抗噪声信号。这种抗噪信号在已有的扬声器系统上播放，从而消除了周围有源噪声。

与 ANC 系统类似，舱内通信 (ICC) 和免提语音波束成形系统可增强乘客之间以及与外界的通信体验，需要多麦克风和多扬声器系统。所有这些系统共存并相互有效通信，以在机舱内创造更好的体验。根据系统要求、车辆尺寸和豪华程度（低端、中端和高端），OEM 为这些应用程序中的每一个使用不同数量的麦克风。

关键设计注意事项

ANC 系统使用两到六个麦克风。这些麦克风需要偏置到麦克风制造商提供的推荐偏置电压。它们还需要针对不同的故障情况进行诊断，例如：

• 麦克风信号对地短路
• 麦克风信号对 MICBIAS 短路
• 麦克风信号打开
• 麦克风差分信号相互短路
• 麦克风信号与电池电压 (VBAT) 短路

例如，德州仪器 (TI) 的音频 ADC PCM6260-Q1 中提供的可编程麦克风偏置和全面的故障诊断功能使用户能够以非常成本和尺寸优化的方式提供这两种功能。

该器件支持完全可编程、麦克风输入、直流故障诊断功能，用于直接耦合或直流耦合输入，同时录制麦克风。这些故障使用可编程阈值。单个故障和单个通道可以单独启用或禁用。在诊断出故障的情况下，中断被发送到中断引脚。读回状态寄存器可以提供其他详细信息，例如故障类型以及发生故障的通道。

此外，该器件集成了一个内置低噪声、可编程、高压麦克风偏置引脚，用于将模拟麦克风偏置为 5 V 至 9 V。集成偏置放大器支持高达 80 mA 的负载电流，可用于多个麦克风，旨在提供高电源抑制比、低噪声和可编程偏置电压，以便对特定麦克风组合的偏置进行微调。

对于 ANC 系统中所需的两到六个麦克风，PCM6260-Q1 是音频 ADC 系列之一，提供两个 (PCM6020-Q1)、四个 (PCM6240-Q1、PCM6340-Q1)、六个 (PCM6260- Q1、PCM6360-Q1) 和八个 (PCM6480-Q1) 通道。 图。 3 图为带有PCM6260-Q1的六麦克风主动降噪系统的应用框图。

图 3：PCM6260-Q1 用于实现六麦克风 ANC 系统。

在 ANC 系统中实现音频的未来趋势是什么？

展望未来的实施，一些 OEM 也在考虑使用音频集线器，如图 图所示。 4 .

图 4：音频集线器模块

音频集线器将从 ANC、ICC、eCall 和免提麦克风系统接收音频信号。然后将音频信号数字化和累加，并将数字化信号发送到相应的音频子系统进行进一步处理。

虽然音频集线器旨在支持越来越多的麦克风输入，但诸如 PCM6260-Q1 之类的音频 ADC 将通过允许多达 24 个麦克风共享相同的控制 I ² C总线和TDM总线。

随着 ANC、ICC 和免提波束成形趋势的不断发展，音频集线器将降低麦克风布线和实现的复杂性，并降低与麦克风电缆相关的成本。

>> 本文最初发表于我们的姊妹网站电子产品。