设计师如何利用新的汽车音频技术进行主动降噪

新车市场上的驾驶员正在积极寻求更安静的汽车，以提供卓越的乘客之间以及与外界的通信体验。随着电动化程度的提高，汽车变得更加安静;然而，在这些安静的汽车中，尤其是在高速行驶时，乘客通常会比在嘈杂的内燃机汽车中听到更多的外界噪音。

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用于降低背景噪音、乘客之间的清晰语音通信以及紧急和高保真免提语音呼叫.

主动降噪简介

被动隔音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好处，同时减轻整体重量，并且不会影响燃油效率。

ANC系统的工作原理是在车辆内部客舱中策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 系统的附加成本相对较低。

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声播放信号。

车厢内的几个策略性放置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相等且幅度相反的抗噪声信号。该抗噪声信号在已有的扬声器系统上播放，从而消除了周围的主动噪声。

与 ANC 系统类似，车内通信 (ICC) 和免提语音波束形成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，以在机舱内创造增强的体验。根据系统要求、车辆尺寸和豪华级别(低端、中端和高端)，OEM 为每种应用使用不同数量的麦克风。

关键设计考虑因素

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

麦克风信号与 MICBIAS 短路

麦克风信号打开

麦克风差分信号相互短路

麦克风信号短路到电池电压(V BAT)

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允许用户以非常成本和尺寸优化的方式来适应这两种功能。

该设备支持完全可编程的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，同时记录麦克风。这些故障使用可编程阈值。可以单独启用或禁用各个故障和各个通道。在诊断出故障的情况下，将向中断引脚发送中断。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，该器件还集成了一个内置的低噪声、可编程、高压麦克风偏置引脚，用于将模拟麦克风从 5 V 偏置到 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，并旨在提供高电源抑制比、低噪声和可编程偏置电压，以实现对特定麦克风组合的偏置微调。

对于 ANC 系统所需的两到六个麦克风，PCM6260-Q1 是音频 ADC 系列中的一种，该系列提供两个 (PCM6020-Q1)、四个 (PCM6240-Q1、PCM6340-Q1)、六个 (PCM6260- Q1、PCM6360-Q1) 和八个 (PCM6480-Q1) 通道。图 3是采用 PCM6260-Q1 的六麦克风 ANC 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4 所示。

图 4：音频集线器模块

音频集线器将接收来自 ANC、ICC、eCall 和免提麦克风系统的音频信号。然后它将对音频信号进行数字化和累积，并将数字化信号发送到相应的音频子系统以进行进一步处理。

虽然音频集线器旨在支持越来越多的麦克风输入，但 PCM6260-Q1 等音频 ADC 可以很好地服务于这种架构，因为它允许多达 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 和免提波束成形的趋势不断发展，音频集线器将降低麦克风路由和实施复杂性，并降低与麦克风电缆相关的成本。

审核编辑：汤梓红