汽車座艙聲音增強(qiáng)系統(tǒng)如何工作?
發(fā)布時(shí)間:2021-04-15 責(zé)任編輯:lina
【導(dǎo)讀】隨著司機(jī)在汽車上花費(fèi)的時(shí)間越來(lái)越多,制造商正在努力確保汽車座艙盡可能地舒適。越來(lái)越多的購(gòu)車者將噪音視為選購(gòu)汽車的決定性因素之一。
隨著司機(jī)在汽車上花費(fèi)的時(shí)間越來(lái)越多,制造商正在努力確保汽車座艙盡可能地舒適。越來(lái)越多的購(gòu)車者將噪音視為選購(gòu)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(guò)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。
圖1:免提系統(tǒng)的示例
最后,還存在一種真正從旁觀者的眼睛(或者我應(yīng)該說(shuō)耳朵)中聽到的“噪聲”(有意加上引號(hào)):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(lè)系統(tǒng)時(shí),這對(duì)制造商來(lái)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(jiǎn)框圖。
圖2:典型的CSE簡(jiǎn)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(duì)來(lái)自麥克風(fēng)陣列的音頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化,然后由應(yīng)用處理器處理該音頻信號(hào)。
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(qǐng)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(wú)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(hào),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(lè)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(guò)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(hào),處理器放大和調(diào)諧此聲音信號(hào),以讓司機(jī)對(duì)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(lái)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(guò)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(lái)自應(yīng)用處理器的高度處理的輸出信號(hào)在音頻處理器中與用戶指定的音頻信號(hào)源(諸如來(lái)自外部源的音樂(lè)或經(jīng)由藍(lán)牙的電話交談)混合。該混合信號(hào)可能包括來(lái)自用戶選擇源(一些情況下為ANC和ESE)的每個(gè)信號(hào),并不會(huì)干擾音樂(lè)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(hào),并根據(jù)最終應(yīng)用有效地放大或抑制信號(hào)。
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(hào)。
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(cè)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。
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