Automotive-stilte verbeteren: Nieuwe audio-tech drijft superieure actieve ruisonderdrukking

Vandaag de dag zoeken chauffeurs voertuigen die een stille cabin combineren met flawless communicatie binnen en buiten. Terwijl elektrische auto's de motor van nature dempen, kunnen passagiers nog steeds blootgesteld zijn aan weg- en windgeluid bij hogere snelheden, wat geavanceerde ruiscontrol essentieel maakt.

Om cabin-stilte verder te duwen, gebruiken fabrikanten nu gesofisticeerde arrays van microfoons, high-performance versterkers, geïntegreerde speakers, en cutting-edge digitale signaalverwerking. Deze elementen werken samen om achtergrondruis te onderdrukken, duidelijke inter-passagier stemuitwisselingen te faciliteren, en high-fidelity, hands-free stem-bellen te ondersteunen.

Inleiding tot actieve ruisonderdrukking

Passieve strategieën zoals isolatiepanelen of gespecialiseerde banden voegen gewicht toe en kunnen brandstof-economie schaden. Actieve ruisonderdrukking (ANC) biedt hetzelfde dempende effect met minder massa en geen impact op efficiëntie, geïllustreerd in Figuur 1.

Een ANC-systeem plaatst strategisch twee tot zes microfoons rondom de cabin. De microfoons vangen omgevingsruis op, wat dan naar een audio-subsysteem gestuurd wordt dat een anti-ruis-signaal genereert. Dit inverse signaal wordt teruggespeeld door de bestaande speakers van het voertuig, wat het ongewenste geluid effectief cancelleert. Omdat dezelfde speakers die voor muziek-playback gebruikt worden ook het anti-ruis-signaal leveren, is de kost-impact bescheiden.

Entry-level modellen emploeren typisch twee tot vier microfoons, terwijl premium-voertuigen tot zes kunnen incorporeren. Figuur 2 toont een typisch ANC-blokdiagram.

Microfoons gepositioneerd door de cabin vangen trillingen op van de motor, weg, banden, wind, en HVAC-systeem. Een analog-naar-digitale converter (ADC) digitaliseert deze signalen en stuurt ze door via een time-division multiplexing (TDM) bus naar de processor, die het ANC-algoritme draait en het cancellerende signaal naar het speakersysteem uitvoert.

Vergelijkbare multi-microfoon, multi-speaker architecturen onderbouwen in-cabin communicatie (ICC) en hands-free stem-beamforming, wat duidelijke gesprekken onder passagiers en met de buitenwereld mogelijk maakt. Al deze systemen co-existeren, wat een geïntegreerde, verhoogde cabin-ervaring levert. OEM's passen het microfoonaantal aan op basis van voertuiggrootte en marktsegment.

Kernontwerpsoverwegingen

ANC gebruikt typisch twee tot zes microfoons, elk vereisend de door de fabrikant gespecificeerde bias-spanning en foutdiagnostiek voor condities zoals:

• Signaal kortgesloten naar grond
• Signaal kortgesloten naar MICBIAS
• Signaal open
• Signaal kortgesloten tussen differentiële paren
• Signaal kortgesloten naar batterijspanning (V_BAT)

Texas Instruments' PCM6260-Q1 ADC toont programmeerbare microfoon-bias en uitgebreide foutdiagnostiek in een compact, kosteneffectief pakket. Het ondersteunt direct-gekoppelde of DC-gekoppelde inputs, programmeerbare drempels, en per-kanaal fault enable/disable. Wanneer een fout optreedt, assert de ADC een interrupt en registers wijzen fouttype en kanaal aan.

De geïntegreerde lage-ruis, programmeerbare hoge-spannings-bias-pin levert 5-9V aan meerdere microfoons met tot 80mA belastingstroom, wat uitstekende power-supply-rejectie en fijn bias-tunen biedt.

De PCM6260-Q1 behoort tot een familie van ADC's die twee (PCM6020-Q1), vier (PCM6240-Q1, PCM6340-Q1), zes (PCM6260-Q1, PCM6360-Q1), en acht (PCM6480-Q1) kanalen bieden. Figuur 3 presenteert een applicatiediagram voor een zes-microfoon ANC-systeem met de PCM6260-Q1.

Toekomstige trends in automotive ANC-implementatie

Opkomende ontwerpen bewegen richting een unified audio-hub, geïllustreerd in Figuur 4. De hub aggregateert audio-signalen van ANC, ICC, eCall, en hands-free microfoon-arrays, digitaliseert en accumuleert ze, en stuurt de data door naar de relevante audio-subsystemen voor verwerking.

De hub vereenvoudigt microfoon-routing, reduceert bekabelingscomplexiteit, en snijt kosten, terwijl een ADC zoals de PCM6260-Q1 tot 24 microfoons kan ondersteunen die dezelfde I²C en TDM-bussen delen.

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