Active ruisonderdrukking verbeteren met nieuwe auto-audiotechnologieën

Chauffeurs op de markt voor een nieuwe auto zijn actief op zoek naar stillere auto's die een superieure communicatie-ervaring bieden, zowel tussen passagiers als naar de buitenwereld. Auto's zijn veel stiller naarmate ze meer elektrisch worden; passagiers in deze stillere auto's, vooral bij hogere snelheden, zouden echter doorgaans meer geluid van buiten horen dan in een luidruchtige auto met verbrandingsmotor.

Met het streven om het geluid in de cabine nog verder te verminderen, worden geavanceerde technieken met behulp van microfoons, versterkers, luidsprekers en geavanceerde digitale signaalverwerking gebruikt om achtergrondruisonderdrukking, heldere spraakcommunicatie tussen passagiers en handsfree bellen in noodgevallen en high-fidelity mogelijk te maken .

Inleiding tot actieve ruisonderdrukking

Conventionele geluidsonderdrukkingstechnieken zoals passieve isolatie en gespecialiseerde banden maken voertuigen zwaarder en verminderen het brandstofverbruik. Zoals weergegeven in afbeelding 1, kunnen actieve ruisonderdrukking (ANC)-methoden dezelfde voordelen opleveren met een lager totaalgewicht in vergelijking met passieve isolatiemethoden en zonder dat dit ten koste gaat van het brandstofverbruik.

Een ANC-systeem werkt door twee tot zes microfoons strategisch in het interieur van een voertuig te plaatsen. Deze microfoons meten interieurgeluid en verzenden audiogegevens naar een audiosubsysteem dat op zijn beurt een anti-audiosignaal naar ingebouwde luidsprekers stuurt. Omdat dit dezelfde luidsprekers zijn die worden gebruikt voor het afspelen van audio, brengt de toevoeging van een ANC-systeem relatief lage meerkosten met zich mee.

Afbeelding 1:Een ANC-systeem gebruikt microfoons en ingebouwde luidsprekers om het geluid in de cabine te verminderen.

Het ANC-systeem voor instapauto's gebruikt twee tot vier microfoons, terwijl high-end auto's maar liefst zes microfoons gebruiken. Afbeelding 2 toont een typische ANC-implementatie.

Figuur 2:Blokdiagram laat zien hoe de microfoonsignalen worden gecombineerd om een ​​anti-ruisafspeelsignaal te genereren.

Verschillende strategisch geplaatste microfoons in de cabine van de auto vangen geluid op van bronnen zoals de motor, het contact met de weg en de banden, wind, structurele trillingen en het verwarmings-, ventilatie- en airconditioningsysteem.

Een audio analoog-naar-digitaal converter (ADC) digitaliseert het audiosignaal afkomstig van de microfoonarray en stuurt de gedigitaliseerde uitvoer naar de applicatieprocessor via een time division multiplexing (TDM) bus.

De applicatieprocessor implementeert het feedback-ANC-algoritme en produceert een anti-ruissignaal van gelijke en tegengestelde amplitude aan de gemeten audioruis. Dit anti-ruissignaal wordt afgespeeld op het reeds beschikbare luidsprekersysteem, wat resulteert in de annulering van actief omgevingsgeluid .

Net als bij een ANC-systeem, vereisen in-cabin communicatie (ICC) en handsfree voice beamforming-systemen die de communicatie-ervaring tussen passagiers en de buitenwereld verbeteren, een systeem met meerdere microfoons en meerdere luidsprekers. Al deze systemen bestaan ​​naast elkaar en communiceren effectief met elkaar om een ​​verbeterde ervaring in het interieur te creëren. Afhankelijk van de systeemvereisten, de voertuiggrootte en het luxeniveau (laag, midden en hoog), gebruiken OEM's verschillende aantallen microfoons voor elk van deze toepassingen.

Belangrijke overwegingen bij het ontwerp

ANC-systemen gebruiken twee tot zes microfoons. Deze microfoons moeten worden ingesteld op de aanbevolen voorspanning zoals verstrekt door de fabrikant van de microfoon. Ze moeten ook worden gediagnosticeerd voor verschillende foutcondities, zoals:

• Microfoonsignaal kortgesloten naar aarde
• Microfoonsignaal kortgesloten naar MICBIAS
• Microfoonsignaal is open
• Microfoon differentiële signalen kortgesloten met elkaar
• Microfoonsignaal kortgesloten naar de batterijspanning (V_BAT )

Bijvoorbeeld, programmeerbare microfoonbias en de uitgebreide foutdiagnosefuncties die beschikbaar zijn in de audio ADC PCM6260-Q1 van Texas Instruments (TI) stellen de gebruiker in staat om beide functionaliteiten op een zeer kosten- en formaat-geoptimaliseerde manier te accommoderen.

Het apparaat ondersteunt een volledig programmeerbare, microfooningang, DC-foutdiagnosefunctie voor direct gekoppelde of DC-gekoppelde ingangen terwijl tegelijkertijd de microfoon wordt opgenomen. Deze fouten gebruiken programmeerbare drempels. De afzonderlijke storingen en de afzonderlijke kanalen kunnen afzonderlijk worden in- of uitgeschakeld. Bij een gediagnosticeerde fout wordt een interrupt naar de interrupt-pin gestuurd. Het teruglezen van de statusregisters kan andere details opleveren, zoals het type storing en het kanaal waarvoor de storing is opgetreden.

Bovendien integreert dit apparaat een ingebouwde, ruisarme, programmeerbare hoogspanningsmicrofoonvoorspanningspen voor het voorinstellen van analoge microfoons van 5 V tot 9 V. De geïntegreerde voorspanningsversterker ondersteunt tot 80 mA belastingsstroom die kan worden gebruikt voor meerdere microfoons en is ontworpen om een ​​hoge voedingsonderdrukkingsverhouding, lage ruis en programmeerbare voorspanningsspanningen te bieden om fijnafstemming van de voorspanning voor specifieke microfooncombinaties mogelijk te maken.

Voor de twee tot zes microfoons die nodig zijn in een ANC-systeem, behoort de PCM6260-Q1 tot een familie van audio-ADC's die beschikbaar zijn met twee (PCM6020-Q1), vier (PCM6240-Q1, PCM6340-Q1), zes (PCM6260- Q1, PCM6360-Q1) en acht (PCM6480-Q1) kanalen. Afb. 3 is een applicatieblokschema voor een ANC-systeem met zes microfoons met de PCM6260-Q1.

Afbeelding 3:PCM6260-Q1 wordt gebruikt om een ​​ANC-systeem met zes microfoons te implementeren.

Wat zijn de toekomstige trends voor het implementeren van audio in ANC-systemen?

Vooruitkijkend naar toekomstige implementaties, overwegen sommige OEM's ook een audiohub, zoals weergegeven in Fig. 4 .

Afbeelding 4:Audiohub-module

De audiohub zou audiosignalen opnemen van de ANC-, ICC-, eCall- en handsfree microfoonsystemen. Het zou dan de audiosignalen digitaliseren en accumuleren en de gedigitaliseerde signalen naar het respectieve audiosubsysteem sturen voor verdere verwerking.

Hoewel de audiohub bedoeld is om een ​​toenemend aantal microfooningangen te ondersteunen, zou een audio-ADC zoals de PCM6260-Q1 zo'n architectuur goed van pas komen door maximaal 24 microfoons dezelfde controle te laten delen I ² C-bus en TDM-bus.

Naarmate de trends in ANC, ICC en handsfree beamforming zich blijven ontwikkelen, zal de audiohub de routering van de microfoon en de complexiteit van de implementatie verminderen, evenals de kosten die gepaard gaan met microfoonkabels.

>> Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op onze zustersite, Electronic Products.