便于座艙舒適的音頻技術(shù)

隨著司機(jī)在汽車上花費(fèi)的時(shí)間越來越多，制造商正在努力確保汽車座艙盡可能地舒適。越來越多的購車者將噪音視為選購汽車的決定性因素之一。

大多數(shù)汽車座艙噪聲，如道路噪音、風(fēng)噪聲和卡嗒卡嗒的內(nèi)飾都是司機(jī)不愿聽到的 – 這些噪音會(huì)干擾司機(jī)，降低司機(jī)的心理處理能力，并可能導(dǎo)致分心和壓力。因此，汽車制造商以溢價(jià)出售他們最安靜的汽車。

我相信您肯定遇到一種情況，即駕駛時(shí)必須通過免提系統(tǒng)打電話。您想確保接電話的人可以清楚地聽到您的聲音，您期望（希望？）系統(tǒng)排除噪音，如空調(diào)氣流、風(fēng)噪聲和車廂內(nèi)的道路噪音。這種情況下，您需要汽車進(jìn)行噪聲鑒別。

最后，還存在一種真正從旁觀者的眼睛（或者我應(yīng)該說耳朵）中聽到的“噪聲”（有意加上引號）：發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)朝著最大燃料效率方向進(jìn)展，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲顯著降低。汽車制造商面臨汽車買家悖論：司機(jī)想要一個(gè)更新、更好的發(fā)動(dòng)機(jī)的所有扭矩和燃料效率，但也想獲得舊式耗油量大的汽車的經(jīng)典音響系統(tǒng)。當(dāng)設(shè)計(jì)信息娛樂系統(tǒng)時(shí)，這對制造商來講相當(dāng)具有挑戰(zhàn)和沖突的要求。他們必須區(qū)分并抑制一些類型的噪聲，但允許甚至增強(qiáng)其他類型的噪聲。

便于座艙舒適的音頻技術(shù)

圖1所示為我所稱的艙內(nèi)聲音增強(qiáng)（CSE）系統(tǒng)的極簡框圖。

圖2：典型的CSE簡化框圖

在圖2中，您會(huì)注意到，聲音由麥克風(fēng)陣列捕獲；這種情況下，陣列包括四個(gè)模擬駐極體電容麥克風(fēng)。盡管在圖2中未顯示，但典型的駐極體電容麥克風(fēng)在偏置時(shí)接近電流源。模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）對來自麥克風(fēng)陣列的音頻信號進(jìn)行數(shù)字化，然后由應(yīng)用處理器處理該音頻信號。

在圖2中，集成模擬前端集成在ADC中，有助于提高信噪比（SNR）并實(shí)現(xiàn)更高質(zhì)量的音頻捕獲。請記住，圖2僅顯示實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的眾多方法之一。例如，您可以使用數(shù)字I2S麥克風(fēng)，但是這種替代方法比使用模擬麥克風(fēng)和多通道ADC的成本更高。

應(yīng)用處理器根據(jù)處理的算法啟用CSE系統(tǒng)的特定功能。為了減少不需要的噪聲，處理器執(zhí)行主動(dòng)降噪（ANC）算法。

該系統(tǒng)旨在減少汽車座艙內(nèi)的低頻噪聲，并在汽車運(yùn)行的任何階段操作，無論音頻系統(tǒng)是開啟或關(guān)閉。麥克風(fēng)陣列從傳動(dòng)系統(tǒng)捕獲聲音，并創(chuàng)建精確定時(shí)的反相音頻信號，然后發(fā)送到放大器，以驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)揚(yáng)聲器和低音炮，而不影響音樂或通話音量。

為了增強(qiáng)引擎聲，處理器執(zhí)行發(fā)動(dòng)機(jī)聲音增強(qiáng)（ESE）或聲音執(zhí)行器算法，方法是通過由發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載和RPM確定的立體聲系統(tǒng)，播放預(yù)先記錄的引擎聲，或者讓麥克風(fēng)陣列從傳動(dòng)系統(tǒng)捕獲聲音信號，處理器放大和調(diào)諧此聲音信號，以讓司機(jī)對引擎聲不反感。

為了有效地執(zhí)行高性能免提系統(tǒng)，處理器實(shí)現(xiàn)了麥克風(fēng)波束成形算法（MBF）。想象一下從麥克風(fēng)到駕駛員面部的波束。系統(tǒng)只“聽到”存在于該光束內(nèi)的聲音并拒絕來自其他方向的聲音。麥克風(fēng)陣列中的各個(gè)麥克風(fēng)通過系統(tǒng)采樣頻率指定的極其特定的距離分離。該距離影響聲音到達(dá)每個(gè)特定麥克風(fēng)所花費(fèi)的時(shí)間，為系統(tǒng)提供關(guān)于聲源的方向和距離的足夠信息，并且拒絕該虛擬波束之外的任何聲音。

來自應(yīng)用處理器的高度處理的輸出信號在音頻處理器中與用戶指定的音頻信號源（諸如來自外部源的音樂或經(jīng)由藍(lán)牙的電話交談）混合。該混合信號可能包括來自用戶選擇源（一些情況下為ANC和ESE）的每個(gè)信號，并不會(huì)干擾音樂或通話水平。

放大器驅(qū)動(dòng)座艙內(nèi)的系統(tǒng)揚(yáng)聲器和低音炮。

音頻ADC選擇：權(quán)衡利弊

像往常一樣，汽車系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員需要平衡成本與性能之間的權(quán)衡。

CSE系統(tǒng)雖然容易理解，但在現(xiàn)實(shí)生活中是難以實(shí)現(xiàn)的高度復(fù)雜的系統(tǒng)?？紤]不同降噪耳機(jī)之間的性能差異；這也是為什么好的耳機(jī)花費(fèi)數(shù)百美元的原因。

理想的音頻ADC需要：

為多通道，可容納麥克風(fēng)陣列中的多個(gè)麥克風(fēng)。

具有優(yōu)異的SNR比和動(dòng)態(tài)范圍，可清晰捕獲音頻信號，并根據(jù)最終應(yīng)用有效地放大或抑制信號。

不僅精確地同步所有麥克風(fēng)的采樣，而且可有效地同步轉(zhuǎn)換器本身內(nèi)的高頻信號。

類似于PCM1864-Q1和PCM1865-Q1的ADC支持高性能、低成本和小型CSE系統(tǒng)。PCM1864-Q1和PCM1865-Q1集成了4個(gè)2VRMS模擬輸入和一個(gè)模擬前端，具有削波檢測功能，可最大化高性能CSE系統(tǒng)的SNR比，同時(shí)減少尺寸和組件數(shù)量。

審核編輯：何安淇