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A2B技術(shù)和數(shù)字麥克風(fēng)如何在新興汽車應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)出色的性能
發(fā)布時間:2021-06-09 來源:Ken Waurin, Dietmar Ruwisch, 和 Yu Du 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】這篇關(guān)于Automotive Audio Bus® (A2B®,汽車音頻總線)技術(shù)的文章介紹數(shù)字麥克風(fēng)和連接技術(shù)的最新進(jìn)展。這些創(chuàng)新正在促使支持新世代汽車信息娛樂系統(tǒng)的變革性應(yīng)用得到迅速采用。
市場和應(yīng)用概況
在汽車座艙電子市場,隨著汽車制造商努力實(shí)現(xiàn)車輛差異化以區(qū)別于競爭對手,一個越來越明顯的趨勢是音頻、語音和聲學(xué)相關(guān)應(yīng)用正在迅速擴(kuò)張。此外,隨著普通消費(fèi)者對技術(shù)越來越了解,其對駕駛體驗(yàn)和個人與車輛交互水平的期望也在大幅提高。家庭影院質(zhì)量的音響系統(tǒng)已成為所有價位車輛的尋常配置,現(xiàn)在還出現(xiàn)了復(fù)雜的語音免提(HF)和車內(nèi)通信(ICC)系統(tǒng)。另外,傳統(tǒng)上僅部署于頂級高端車輛中的主動降噪和路噪降噪(ANC/RNC)系統(tǒng),現(xiàn)在也進(jìn)入了一般人負(fù)擔(dān)得起的主流市場。展望未來,基于音頻或聲學(xué)的技術(shù)將成為L4/L5級自動駕駛車輛發(fā)動機(jī)控制單元(ECU)的關(guān)鍵組成部分,因?yàn)镋CU需要檢測是否存在應(yīng)急車輛。
所有這些傳統(tǒng)和新興應(yīng)用的共同點(diǎn)是依賴于高性能聲學(xué)檢測技術(shù),例如麥克風(fēng)和加速度計。幾乎所有新興應(yīng)用都需要多個聲學(xué)傳感器(如麥克風(fēng)或麥克風(fēng)陣列)來實(shí)現(xiàn)最佳系統(tǒng)級性能,因此需要一種簡單但經(jīng)濟(jì)高效的互連技術(shù)來確保系統(tǒng)總成本最小化。長久以來,缺乏麥克風(fēng)優(yōu)化的互連技術(shù)一直是汽車制造商的一大痛點(diǎn),每個麥克風(fēng)都需要使用昂貴笨重的屏蔽模擬電纜直連到處理單元。這些增加的成本——主要是實(shí)際的布線,其次是重量增加和燃油效率降低方面——在許多情況下阻礙了這些應(yīng)用的廣泛采用,或者至少是將其限制在高端市場。數(shù)字麥克風(fēng)和連接技術(shù)的最新進(jìn)展有望推動變革性應(yīng)用在新世代車輛信息娛樂系統(tǒng)中迅速得到采用。A2B技術(shù)將大有可為。
傳統(tǒng)模擬麥克風(fēng)的實(shí)現(xiàn)和局限
大多數(shù)國家和地區(qū)都禁止開車時使用手持電話,支持Bluetooth®的免提裝置已成為幾乎所有車輛的標(biāo)配設(shè)備。市場上有各種各樣的免提解決方案——從簡單的包含揚(yáng)聲器和麥克風(fēng)的獨(dú)立單元,到完全集成在車輛信息娛樂系統(tǒng)中的高級解決方案。直到最近,大多數(shù)免提系統(tǒng)是以非常相似的方式實(shí)現(xiàn)的。此類系統(tǒng)僅包含一個(少數(shù)有兩個)麥克風(fēng),相關(guān)的麥克風(fēng)技術(shù)是50年前的駐極體電容麥克風(fēng)(ECM)類型。所傳輸音頻的語音質(zhì)量常常不能令人滿意,尤其是簡單的獨(dú)立單元,麥克風(fēng)與講話者嘴巴之間的距離可能相當(dāng)大。如果將麥克風(fēng)安裝在盡可能靠近嘴巴的位置(例如車輛的車頂板中),通信質(zhì)量可以有所改善。然而,在這種情況下,如果要同樣地支持駕駛員和乘客,那么前排兩個座位都需要有麥克風(fēng)。
典型的汽車ECM麥克風(fēng)是一種將ECM單元與小型放大器電路整合在單個外殼中的裝置。放大器提供一個模擬信號,其電壓電平允許信號通過數(shù)米長的電線進(jìn)行傳輸,這也是典型汽車應(yīng)用的要求。若不放大,原始ECM信號對于如此長的電線來說太低,由于電線上的電磁干擾,信噪比(SNR)會降低過多。即使放大信號,也需要屏蔽線纜——通常是雙線電纜,通過一個偏置電壓(8V)為麥克風(fēng)裝置供電??紤]到這種布線要求,由于重量和系統(tǒng)成本制約,顯然主流車輛中使用的ECM器件數(shù)量很有限。
ECM的少數(shù)優(yōu)點(diǎn)之一是其內(nèi)置聲學(xué)指向性,通常將其調(diào)整為超心型極性圖(MEMS麥克風(fēng)也可以做成指向的,但通常需要更復(fù)雜的聲學(xué)設(shè)計)。通??梢詫?shí)現(xiàn)10 dB或更多的后向衰減,"后向"是指朝向擋風(fēng)玻璃的方向,從其中只會產(chǎn)生噪聲(即沒有期望的信號,例如講話者的語音)。在期望信號的進(jìn)入方向上具有更高靈敏度非常有利于提高SNR。然而,定向ECM單元會引入不必要的副作用,例如高通特性——靈敏度在較低頻率時會降低。這種高通響應(yīng)的3 dB截止頻率通常在300 Hz至350 Hz范圍內(nèi)。在HF技術(shù)的早期,這種高通特性是一個優(yōu)勢,因?yàn)榘l(fā)動機(jī)噪聲主要以較低頻率存在,發(fā)動機(jī)聲音本身會經(jīng)過麥克風(fēng)衰減。然而,自從寬帶或HD通話出現(xiàn)以來,這種高通特性開始成為一個問題。在寬帶通話中,有效帶寬從300 Hz到3400 Hz增加為100 Hz至7000 Hz。麥克風(fēng)的自身高通濾波特性使得有必要在后處理單元中放大100 Hz至300 Hz的信號,而如果麥克風(fēng)本身能提供更好的音頻帶寬,則不需要放大此范圍內(nèi)的信號。ECM技術(shù)的另一個缺點(diǎn)是不同器件的靈敏度和頻率響應(yīng)差異很大。ECM的制造公差相對較大,這對于單個麥克風(fēng)應(yīng)用可能不是問題。但是,如果在間距較小的麥克風(fēng)陣列應(yīng)用中部署多個麥克風(fēng)信號,則麥克風(fēng)之間的嚴(yán)格匹配對于實(shí)現(xiàn)最佳陣列性能至關(guān)重要。在這種情況下,ECM難以使用。此外,從物理尺寸角度看,傳統(tǒng)ECM單元一般不適合于小型麥克風(fēng)陣列。
麥克風(fēng)陣列具有廣泛的適用性,包括在車內(nèi),因?yàn)榕c傳統(tǒng)ECM相比,陣列能提供類似(常常更優(yōu)越)的定向性能。關(guān)于聲音沖擊方向的空間信息,可以使用陣列中分組的兩個或更多個合適的麥克風(fēng)來從麥克風(fēng)信號中提取。這類算法常被稱為波束成型(BF)。"波束成型"一詞源自與相控陣天線技術(shù)的類比,利用簡單的純線性濾波器和求和算法可以將天線陣列發(fā)射的無線電"波束"聚焦在某個方向上。雖然麥克風(fēng)陣列中沒有這樣的波束,但波束成型這一術(shù)語在麥克風(fēng)信號處理領(lǐng)域也很常見,相比于簡單的線性波束成型處理,它涵蓋了更廣泛的線性和非線性算法,支持實(shí)現(xiàn)更高的性能和更大的靈活性。
除了波束成型處理之外,原始麥克風(fēng)信號幾乎總是需要后處理,因?yàn)槊總€HF麥克風(fēng)都會同時捕獲期望的語音信號和環(huán)境(若座艙)中的干擾。風(fēng)噪、路噪和發(fā)動機(jī)噪聲會降低SNR,通過揚(yáng)聲器播放的信號——通常稱為揚(yáng)聲器回波——也是不需要的信號源。為了減少這種干擾并改善語音質(zhì)量,需要采用復(fù)雜的數(shù)字信號處理技術(shù),常常稱之為回聲消除和降噪(AEC/NR)。AEC從麥克風(fēng)中消除揚(yáng)聲器聲音,否則它會作為在線路另一端講話的人聲的回聲傳輸。NR則在降低恒常存在的行駛噪聲的同時提高所傳輸信號的SNR。雖然國際電信聯(lián)盟(ITU)發(fā)布了詳細(xì)規(guī)范(例如ITU-T P.1100和P.1110)來定義HF系統(tǒng)的許多性能細(xì)節(jié),但在行駛車輛中通話時,如果AEC/NR處理達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn),人們對通信質(zhì)量的主觀印象可能不會滿意。與前面提到的BF算法一起,AEC/NR/BF的組合賦能廣泛的新型應(yīng)用,所有這些應(yīng)用都與某種程度的數(shù)字音頻信號處理相關(guān)。為了支持這些應(yīng)用,需要新一代消除了傳統(tǒng)ECM缺點(diǎn)的麥克風(fēng)技術(shù)。
數(shù)字MEMS麥克風(fēng)的技術(shù)和性能優(yōu)勢
微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)迅速成為麥克風(fēng)的新行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),因?yàn)橄啾葌鹘y(tǒng)ECM,它提供了許多優(yōu)勢。首先,MEMS使得聲音傳感器比現(xiàn)有ECM單元要小得多。此外,將MEMS傳感器與模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)集成在單個IC中所得到的數(shù)字麥克風(fēng),能夠提供可立即進(jìn)行AEC/NR/BF處理的信號。
模擬接口MEMS麥克風(fēng)也存在,但其具有與模擬ECM相同的許多缺點(diǎn),而且若使用傳統(tǒng)雙線模擬接口工作,甚至需要比ECM更復(fù)雜的放大器電路。只有采用全數(shù)字接口技術(shù),才能顯著減輕模擬線路固有的干擾和SNR問題。此外,從生產(chǎn)角度看,MEMS也占選,因?yàn)镸EMS麥克風(fēng)的生產(chǎn)規(guī)格偏差比ECM單元要小得多,這對于BF算法很重要。最后,MEMS IC麥克風(fēng)的制造工藝大大簡化,因?yàn)榭梢圆捎米詣踊惭b技術(shù),整體生產(chǎn)成本得以降低。從應(yīng)用角度看,更小的尺寸是最大的優(yōu)勢,并且由于聲音入口非常小,MEMS麥克風(fēng)陣列實(shí)際上可以做成不可見的。傳感器的入口和聲音通道要求在設(shè)計和生產(chǎn)質(zhì)量方面特別小心。如果聲學(xué)密封不牢,來自內(nèi)部結(jié)構(gòu)的噪聲可能到達(dá)傳感器,兩個傳感器之間的泄漏可能降低BF算法的性能。與可以設(shè)計和制造成全向或定向的典型ECM單元不同,MEMS麥克風(fēng)元件幾乎總是制造成全向式(即聲音接收沒有內(nèi)在方向性)。因此,MEMS麥克風(fēng)是忠實(shí)于相位的全向聲壓傳感器,為高級BF算法提供理想的信號,衰減方向和波束寬度可以由用戶通過軟件進(jìn)行配置。
一般來說,將所有信號處理模塊組織在一個集成算法套件中非常重要。如果功能模塊彼此孤立地實(shí)現(xiàn),處理延遲將會不必要地增加,整體系統(tǒng)性能會下降。例如,BF算法始終應(yīng)與AEC一同實(shí)現(xiàn),最好由同一提供商實(shí)現(xiàn)。如果BF算法在信號中引入任何非線性效應(yīng),則AEC肯定會產(chǎn)生令人不滿意的結(jié)果。數(shù)字信號處理的理想結(jié)果最好通過一個集成算法包來實(shí)現(xiàn),該算法包接收未降級的麥克風(fēng)信號。
下面詳細(xì)比較了標(biāo)準(zhǔn)線性BF和ADI專有算法,以便大家充分了解高級BF算法的性能潛力。圖1中的曲線顯示了三種不同BF算法在波束內(nèi)和波束外方向的極性特征和頻率響應(yīng)?;陔p麥克風(fēng)陣列的標(biāo)準(zhǔn)線性超心型算法用作基準(zhǔn)(黑色曲線)。基準(zhǔn)曲線顯示了典型零角度方向的最大衰減(即最大波束外衰減),以及180°處的"后瓣",此處波束外衰減較低。由此產(chǎn)生的后瓣是線性算法中與波束寬度權(quán)衡的結(jié)果。心形梁(未示出)恰好在180°處有最大衰減。然而,其接受面積比超心型配置更寬。后瓣較不明顯且波束外衰減更高的波束可以通過非線性算法實(shí)現(xiàn),紅色曲線顯示了該類的ADI專有雙麥克風(fēng)算法(麥克風(fēng)間距:20 mm)。
圖1.不同BF算法的極性衰減特征。
陣列中有兩個全向麥克風(fēng),因此波束形狀總是存在旋轉(zhuǎn)對稱性。換句話說,極性圖中X°的衰減與360°- x°的衰減相同。這假設(shè)極性圖的0°至180°線等同于連接兩個麥克風(fēng)的想象線。三維波束形狀可以通過繞該麥克風(fēng)軸旋轉(zhuǎn)二維極性曲線來想象。無旋轉(zhuǎn)對稱性的不對稱波束形狀或更窄波束需要至少三個麥克風(fēng)以三角形布置。例如,在典型的頭頂控制臺安裝中,雙麥克風(fēng)陣列可以衰減來自擋風(fēng)玻璃的聲音。然而,當(dāng)如此定向時,雙麥克風(fēng)陣列無法區(qū)分駕駛員與乘客。將陣列旋轉(zhuǎn)90°可以區(qū)分駕駛員與乘客,但擋風(fēng)玻璃產(chǎn)生的噪聲與座艙內(nèi)的聲音將會無法區(qū)分。只有使用三個或更多個配置成陣列的全向麥克風(fēng),才能衰減擋風(fēng)玻璃噪聲并區(qū)分駕駛員和乘客。圖1中的綠色曲線顯示了相應(yīng)的ADI專有三麥克風(fēng)算法的示例性極性特征,其中麥克風(fēng)以等邊三角形布置,間距為20 mm。
極性圖利用從不同角度到達(dá)麥克風(fēng)陣列的帶限白色噪聲計算。音頻帶寬限制為100 Hz至7000 Hz,這是先進(jìn)蜂窩電話網(wǎng)絡(luò)的寬帶(或高清語音)帶寬。圖2比較了不同算法類型的頻率響應(yīng)曲線。在波束內(nèi)方向上,所有算法的頻率響應(yīng)在期望音頻帶寬內(nèi)都是平坦的,符合預(yù)期。波束外頻率響應(yīng)針對波束外半空間(90°至270°)進(jìn)行計算,確認(rèn)在寬頻范圍內(nèi)波束外衰減很高。
圖2.不同BF算法的波束內(nèi)(虛線)和波束外(粗線)頻率響應(yīng)。
陣列麥克風(fēng)間距和音頻帶寬與采樣速率之間的關(guān)系值得進(jìn)一步討論。寬帶高清語音使用16 kHz的采樣速率,這是語音傳輸?shù)牧己眠x擇。當(dāng)前16 kHz寬帶采樣速率與早前窄帶系統(tǒng)所使用的8 kHz采樣速率相比,在語音質(zhì)量和語音清晰度方面差異巨大。由于語音識別提供商的推動,對更高采樣速率(如24 kHz或32 kHz)的需求不斷增長。語音頻段應(yīng)用可能要求高達(dá)48 kHz的采樣速率,這通常是主系統(tǒng)音頻采樣速率。底層動機(jī)是避免在內(nèi)部進(jìn)行采樣速率轉(zhuǎn)換。然而,支持這些高采樣速率所需的額外計算資源與其產(chǎn)生的實(shí)際效果并不相稱,因此現(xiàn)在廣泛接受16 kHz或24 kHz作為大多數(shù)語音頻段應(yīng)用的推薦采樣速率。
對于波束成型應(yīng)用,高采樣速率是有問題的,因?yàn)樵陬l率等于聲速除以麥克風(fēng)間距兩倍的地方會發(fā)生空間混疊。在這種混疊頻率無法進(jìn)行波束成型,因此不希望發(fā)生空間混疊。如果將麥克風(fēng)間距限制在21 mm或更小,則可以避免寬帶系統(tǒng)(16 kHz采樣速率)中發(fā)生空間混疊。如果采樣速率更高,則間距需要更小才能避免空間混疊。然而,麥克風(fēng)間距過小也不行,因?yàn)辂溈孙L(fēng)容差,特別是麥克風(fēng)傳感器的內(nèi)在(非聲學(xué))噪聲會成為問題。如果間距很小,一個陣列的麥克風(fēng)之間的干擾(如內(nèi)在噪聲)和靈敏度偏差可能會壓倒麥克風(fēng)之間的信號差異,導(dǎo)致信號差異變得微不足道。在實(shí)踐中,麥克風(fēng)間距不應(yīng)小于10 mm。
A2B 技術(shù)概述
A2B技術(shù)專門用來簡化新興汽車麥克風(fēng)和傳感器密集型應(yīng)用的連接挑戰(zhàn)。從實(shí)現(xiàn)角度看,A2B是單個主器件、多個子節(jié)點(diǎn)(最多10個)的串行拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。目前全面量產(chǎn)的第三代A2B收發(fā)器系列有五個成員,全部都提供汽車、工業(yè)和消費(fèi)電子溫度范圍。全功能AD2428W與四款功能減少、成本更低的衍生器件—AD2429W、AD2427W、AD2426W和AD2420W——構(gòu)成ADI公司最新的引腳兼容增強(qiáng)型A2B收發(fā)器系列。
AD2427W和AD2426W的功能有所減少(僅用于子節(jié)點(diǎn)),主要針對免提、ANC/RNC或ICC等麥克風(fēng)連接應(yīng)用。AD2429W和AD2420W是入門級A2B衍生器件,相對于全功能器件具有顯著的成本優(yōu)勢,特別適合于汽車eCall和多元件麥克風(fēng)陣列等成本敏感的應(yīng)用。表1比較了各種第三代A2B收發(fā)器的特性。
表1.A2B收發(fā)器特性比較
AD242x 系列支持通過菊花鏈將單個主器件和最多10個子節(jié)點(diǎn)連接起來,總線總距離可達(dá)40米,各節(jié)點(diǎn)之間距離最長可達(dá)15米。相比于現(xiàn)有環(huán)形/并行拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),A2B的菊花鏈拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一個重要優(yōu)勢,對整體系統(tǒng)的完整性和魯棒性很有利。如果A2B菊花鏈的一個連接受到影響,整個網(wǎng)絡(luò)不會崩潰。只有故障連接下游的節(jié)點(diǎn)會受影響。A2B的嵌入式診斷可以確定故障的起因,發(fā)出中斷信號,并啟動糾正措施。
與現(xiàn)有數(shù)字總線架構(gòu)相比,A2B的主器件-從節(jié)點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)本身更為高效。啟動簡單的總線初始化流程之后,無需更多處理器干預(yù),總線即可正常運(yùn)行。A2B的獨(dú)特架構(gòu)帶來的一個附加優(yōu)點(diǎn)是,系統(tǒng)延遲是完全確定的(小于50 µs),并且延遲與音頻節(jié)點(diǎn)在A2B總線上的位置無關(guān)。此特性對ANC/RNC和ICC等語音和音頻應(yīng)用極其重要,在這些應(yīng)用中,必須以時序一致的方式處理多個遠(yuǎn)程傳感器的音頻樣本。
所有A2B收發(fā)器都能在一條非屏蔽雙絞線上傳輸音頻、控制、時鐘和供電信號。這可降低系統(tǒng)總成本,原因如下。
● 與傳統(tǒng)實(shí)施方案相比,減少了物理線纜的數(shù)量。
● 實(shí)際采用的線纜可以是成本更低、重量更輕的非屏蔽雙絞線,而非更昂貴的屏蔽電纜。
● 最重要的是,對于特定的應(yīng)用場景,A2B技術(shù)可提供總線供電能力,將不超過300 mA的電流傳輸至A2B菊花鏈上的音頻節(jié)點(diǎn)。有了這個總線供電能力,便無需在音頻ECU上使用本地電源,從而進(jìn)一步降低系統(tǒng)成本。
A2B技術(shù)提供的總計50 Mbps總線帶寬最多可支持使用標(biāo)準(zhǔn)音頻采樣速率(44.1 kHz、48 kHz等)和位寬(16、24位)的至多51個上行和下行音頻通道。這可為廣泛的音頻I/O設(shè)備提供相當(dāng)大的靈活性和連接能力。在音頻ECU之間維持全數(shù)字音頻信號鏈可保證最高質(zhì)量的音頻品質(zhì),不會因ADC/DAC轉(zhuǎn)換造成音頻性能下降。
開路、電線短路、電線反接、電線短路至電源或地。從系統(tǒng)完整性角度看,該功能非常重要,因?yàn)樵诔霈F(xiàn)開路、電線短路或電線反接等故障時,故障點(diǎn)上游的A2B節(jié)點(diǎn)仍然能夠正常工作。診斷功能還提供高效隔離系統(tǒng)級故障的能力,從汽車經(jīng)銷商/安裝人員的角度來看,這一點(diǎn)至關(guān)重要。
最近宣布的第四代A2B收發(fā)器AD243x是在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上的發(fā)展,提高了關(guān)鍵功能參數(shù)(節(jié)點(diǎn)數(shù)增加到17,總線供電功率增加到50 W),同時添加了額外的SPI控制通道(10 Mbps),為智能A2B節(jié)點(diǎn)的遠(yuǎn)程編程提供了高效的軟件空中更新(SOTA)能力。AD243x系列的新特性使其非常適合于新應(yīng)用,如超高級麥克風(fēng)架構(gòu)中裝有LED的麥克風(fēng)節(jié)點(diǎn)。
A2B麥克風(fēng)和傳感器在汽車行業(yè)中的應(yīng)用
從單個語音麥克風(fēng)到用于HF通信的多元件BF麥克風(fēng)陣列,從ANC到RNC,從ICC到警報聲檢測,麥克風(fēng)在汽車行業(yè)中的應(yīng)用越來越多。依照技術(shù)和市場趨勢,如今上路行駛的幾乎每輛新車都配備了至少一個用于HF通信的麥克風(fēng)模塊。高級和豪華車可能有六個或更多麥克風(fēng)模塊,這是實(shí)現(xiàn)BF、AEC、ANC、RNC、ICC等的全部潛能所必需的,數(shù)字MEMS麥克風(fēng)在這些應(yīng)用中具有明顯的優(yōu)勢。
越來越多的麥克風(fēng)給車輛信息娛樂系統(tǒng)工程師提出了一個重大挑戰(zhàn)——如何簡化連接線束并使其重量最輕。對于傳統(tǒng)模擬系統(tǒng)而言,這不是簡單的任務(wù)。模擬麥克風(fēng)至少需要一對雙屏蔽線(接地和信號/電源)、引腳及連接器腔用于互連。電線量始終是系統(tǒng)中麥克風(fēng)模塊數(shù)量的兩倍。同時,連接每個麥克風(fēng)模塊所需的線材長度會導(dǎo)致線束總重量增加得更快。緩解此問題的一種簡單方法是在多個應(yīng)用之間共享麥克風(fēng)信號,從而減少系統(tǒng)中使用的麥克風(fēng)數(shù)量。例如,同一麥克風(fēng)信號既可用于HF通信,也可以用作ANC系統(tǒng)中的Error輸入。但是,不同應(yīng)用可能需要不同的麥克風(fēng)特性。在前面提到的例子中,HF麥克風(fēng)信號常常更希望具有上升頻率響應(yīng)形狀(即靈敏度隨著頻率的降低而降低),以消除座艙內(nèi)的低頻噪聲內(nèi)容。這是一種有用且非常有效的技術(shù),可以提高語音麥克風(fēng)傳遞的語音清晰度。相反,ANC麥克風(fēng)在低頻時需要足夠高的靈敏度水平,因?yàn)锳NC算法的主要目的是降低低頻噪聲。因此,為了讓一個模擬系統(tǒng)中的兩個應(yīng)用共享同一麥克風(fēng),需要將來自麥克風(fēng)的信號饋送到不同電路中以進(jìn)行適當(dāng)?shù)念l率濾波。這種情況下可能形成一個或多個接地環(huán)路,從而可能造成嚴(yán)重的噪聲問題。
作為一種具有菊花鏈連接能力的數(shù)字總線,A2B技術(shù)與數(shù)字MEMS麥克風(fēng)一起提供一種多麥克風(fēng)信號互連和/或共享解決方案,非常適合滿足車輛中迅速擴(kuò)張的音頻、語音、噪聲消除和其他聲學(xué)應(yīng)用的需求??紤]一種虛構(gòu)但有示范意義的情況:某個汽車應(yīng)用需要一個HF麥克風(fēng)模塊、一個ANC麥克風(fēng)模塊和由兩個用于BF的麥克風(fēng)元件組成的簡單陣列麥克風(fēng)模塊,所有三個模塊都集成在頂燈模組周圍。圖3a和3b分別顯示了如何利用傳統(tǒng)模擬系統(tǒng)和數(shù)字A2B系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)這種設(shè)計。
圖3.(a) 采用模擬麥克風(fēng)元件的模擬系統(tǒng)設(shè)計(屏蔽線)。(b) 采用數(shù)字麥克風(fēng)元件的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(A2B技術(shù)和UTP線)。
由于模擬系統(tǒng)不能輕松支持麥克風(fēng)共享,因此每個應(yīng)用模塊(HF、ANC和BF)需要專用麥克風(fēng)和單獨(dú)的線束來連接相應(yīng)的功能電路。這導(dǎo)致需要四個單獨(dú)的麥克風(fēng)元件和三組線束(總共七根線加屏蔽)。另一方面,數(shù)字A2B系統(tǒng)則能輕松支持共享信號,所以麥克風(fēng)元件的數(shù)量可以從四個減少到兩個。在這個具體例子中,由兩個寬帶全向麥克風(fēng)元件組成的單個麥克風(fēng)模組可用來提供兩個聲學(xué)信號通道,滿足所有應(yīng)用模塊的需求。一旦這兩個通道的信號通過簡單的UTP線到達(dá)中央處理單元(例如音響主機(jī)或獨(dú)立功放),就可以共享并進(jìn)行數(shù)字處理以支持HF、ANC和BF應(yīng)用。
雖然圖3所示的例子可能不代表實(shí)際情況,但它清楚展示了A2B技術(shù)相對于傳統(tǒng)模擬技術(shù)的優(yōu)勢。A2B技術(shù)等數(shù)字音頻總線系統(tǒng)解決了汽車制造商的挑戰(zhàn),使它們可以提出新的音頻和聲學(xué)相關(guān)概念來增強(qiáng)用戶體驗(yàn),并支持將這些概念更快推向市場。
實(shí)際上,A2B技術(shù)的商業(yè)化已經(jīng)使得汽車市場的許多應(yīng)用成為可能,其中既有新應(yīng)用,也有以前難以實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用。例如,汽車音頻解決方案的領(lǐng)先提供商Harman International開發(fā)了一系列數(shù)字麥克風(fēng)和傳感器模塊,其利用A2B系統(tǒng)來賦能各種汽車應(yīng)用。圖4顯示了一些常見的汽車A2B麥克風(fēng)和傳感器以及它們?nèi)绾斡糜谄嚿稀_@些傳感器包括:單個A2B麥克風(fēng),用于ANC和語音通信的多元件麥克風(fēng)陣列,用于RNC的A2B加速度計,外部安裝的保險杠A2B麥克風(fēng),以及用于緊急警報檢測和聲學(xué)環(huán)境監(jiān)測的車頂A2B麥克風(fēng)陣列。在這些A2B麥克風(fēng)和加速度計的賦能下,越來越多需要多傳感器輸入的應(yīng)用解決方案正在開發(fā)當(dāng)中,以進(jìn)一步增強(qiáng)汽車行業(yè)的用戶體驗(yàn)。
總結(jié)
未來的車輛架構(gòu)將越來越依賴于麥克風(fēng)和加速度計之類的高性能聲學(xué)檢測技術(shù)。包括傳感器、互連和處理器的完全數(shù)字化方法可帶來重要的性能和系統(tǒng)成本優(yōu)勢。ADI公司正與Harman International合作提供經(jīng)濟(jì)高效的解決方案,以為最終客戶創(chuàng)造價值并實(shí)現(xiàn)差異化。
圖4.常見A2B麥克風(fēng)和傳感器。
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