汽車座艙聲音增強(qiáng)系統(tǒng)如何工作

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(tīng)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(tīng)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(shuō)耳朵）中聽(tīng)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(mǎi)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(kāi)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(tīng)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)。考慮不同降噪耳機(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。

審核編輯：郭婷