Meningkatkan peredam bising aktif dengan teknologi audio otomotif baru

Pengemudi di pasar kendaraan baru secara aktif mencari mobil yang lebih tenang yang memberikan pengalaman komunikasi yang unggul, baik di antara penumpang maupun dengan dunia luar. Mobil jauh lebih tenang karena menjadi lebih elektrik; namun, penumpang di mobil yang lebih tenang ini, terutama pada kecepatan yang lebih tinggi, biasanya akan mendengar lebih banyak suara dari luar daripada di mobil dengan mesin pembakaran internal yang berisik.

Dengan upaya untuk mengurangi kebisingan kabin lebih jauh, teknik canggih menggunakan mikrofon, amplifier, pengeras suara, dan pemrosesan sinyal digital canggih digunakan untuk memungkinkan pengurangan kebisingan latar belakang, komunikasi suara yang jernih antara penumpang, dan panggilan suara handsfree darurat dan high-fidelity .

Pengantar peredam bising aktif

Teknik peredam bising konvensional seperti isolasi pasif dan ban khusus membuat kendaraan lebih berat dan mengurangi efisiensi bahan bakar. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1, metode pembatalan bising aktif (ANC) dapat mencapai manfaat yang sama dengan pengurangan berat keseluruhan dibandingkan dengan metode isolasi pasif dan tanpa mempengaruhi efisiensi bahan bakar.

Sistem ANC bekerja dengan menempatkan dua hingga enam mikrofon secara strategis di seluruh kabin interior kendaraan. Mikrofon ini mengukur kebisingan interior dan mengirimkan data audio ke subsistem audio yang, pada gilirannya, mengeluarkan sinyal anti-audio ke pengeras suara internal. Karena ini adalah pengeras suara yang sama yang digunakan untuk aplikasi pemutaran audio, penambahan sistem ANC datang dengan biaya tambahan yang relatif rendah.

Gambar 1:Sistem ANC menggunakan mikrofon dan pengeras suara internal untuk mengurangi kebisingan di dalam kabin.

Sistem ANC untuk mobil entry-level menggunakan dua hingga empat mikrofon, sedangkan mobil kelas atas menggunakan enam mikrofon. Gambar 2 menunjukkan implementasi ANC yang khas.

Gambar 2:Diagram blok menunjukkan bagaimana sinyal mikrofon digabungkan untuk menghasilkan sinyal pemutaran anti-noise.

Beberapa mikrofon yang ditempatkan secara strategis di dalam kabin mobil menangkap kebisingan dari sumber seperti mesin, kontak jalan dan ban, angin, getaran struktural, serta sistem pemanas, ventilasi, dan pendingin udara.

Audio analog-to-digital converter (ADC) mendigitalkan sinyal audio yang berasal dari rangkaian mikrofon dan mengirimkan output digital ke prosesor aplikasi melalui bus time division multiplexing (TDM).

Prosesor aplikasi mengimplementasikan algoritma umpan balik ANC dan menghasilkan sinyal anti-noise dengan amplitudo yang sama dan berlawanan dengan noise audio yang diukur. Sinyal anti-noise ini diputar ulang pada sistem speaker yang sudah tersedia, menghasilkan pembatalan noise aktif di sekitarnya .

Serupa dengan sistem ANC, komunikasi dalam kabin (ICC) dan sistem pemancar suara bebas genggam yang meningkatkan pengalaman komunikasi antar penumpang, serta dengan dunia luar, memerlukan sistem multi-mikrofon dan multi-speaker. Semua sistem ini hidup berdampingan dan berkomunikasi secara efektif satu sama lain untuk menciptakan pengalaman yang lebih baik di dalam kabin. Bergantung pada persyaratan sistem, ukuran kendaraan, dan tingkat kemewahan (low, middle, dan high end), OEM menggunakan jumlah mikrofon yang berbeda untuk setiap aplikasi ini.

Pertimbangan desain utama

Sistem ANC menggunakan dua hingga enam mikrofon. Mikrofon ini harus dibias ke tegangan bias yang direkomendasikan seperti yang disediakan oleh produsen mikrofon. Mereka juga perlu didiagnosis untuk kondisi kesalahan yang berbeda seperti:

• Sinyal mikrofon korsleting ke ground
• Sinyal mikrofon dihubung singkat ke MICBIAS
• Sinyal mikrofon terbuka
• Sinyal diferensial mikrofon saling korslet
• Sinyal mikrofon korsleting ke tegangan baterai (V_BAT )

Sebagai contoh, bias mikrofon yang dapat diprogram dan fitur diagnostik kesalahan komprehensif yang tersedia di audio ADC PCM6260-Q1 dari Texas Instruments (TI) memungkinkan pengguna untuk mengakomodasi kedua fungsi ini dengan cara yang sangat hemat biaya dan ukuran.

Perangkat ini mendukung fitur diagnostik kesalahan DC yang sepenuhnya dapat diprogram, input mikrofon, untuk input yang dipasangkan langsung atau dipasangkan dengan DC sekaligus merekam mikrofon. Kesalahan ini menggunakan ambang batas yang dapat diprogram. Kesalahan individu dan saluran individu dapat diaktifkan atau dinonaktifkan secara individual. Jika terjadi kesalahan yang didiagnosis, interupsi dikirim ke pin interupsi. Membaca kembali register status dapat memberikan detail lain seperti jenis kesalahan, serta saluran di mana kesalahan terjadi.

Selain itu, perangkat ini mengintegrasikan pin bias mikrofon bertegangan rendah, kebisingan rendah, dapat diprogram, untuk membiaskan mikrofon analog dari 5 V hingga 9 V. Penguat bias terintegrasi mendukung hingga 80 mA arus beban yang dapat digunakan untuk beberapa mikrofon dan telah dirancang untuk memberikan rasio penolakan catu daya yang tinggi, kebisingan rendah, dan tegangan bias yang dapat diprogram untuk memungkinkan penyetelan bias yang tepat untuk kombinasi mikrofon tertentu.

Untuk dua hingga enam mikrofon yang diperlukan dalam sistem ANC, PCM6260-Q1 adalah salah satu keluarga ADC audio yang tersedia dengan dua (PCM6020-Q1), empat (PCM6240-Q1, PCM6340-Q1), enam (PCM6260- Q1, PCM6360-Q1), dan delapan (PCM6480-Q1) saluran. Gbr. 3 adalah diagram blok aplikasi untuk sistem ANC enam mikrofon dengan PCM6260-Q1.

Gambar 3:PCM6260-Q1 digunakan untuk mengimplementasikan sistem ANC enam mikrofon.

Apa tren masa depan untuk menerapkan audio dalam sistem ANC?

Melihat ke depan untuk implementasi di masa mendatang, beberapa OEM juga mempertimbangkan hub audio, seperti yang ditunjukkan pada Gbr. 4 .

Gambar 4:Modul hub audio

Hub audio akan menerima sinyal audio dari ANC, ICC, eCall, dan sistem mikrofon handsfree. Kemudian akan mendigitalkan dan mengumpulkan sinyal audio dan mengirim sinyal digital ke subsistem audio masing-masing untuk diproses lebih lanjut.

Sementara hub audio dimaksudkan untuk mendukung peningkatan jumlah input mikrofon, ADC audio seperti PCM6260-Q1 akan melayani arsitektur seperti itu dengan baik dengan memungkinkan hingga 24 mikrofon untuk berbagi kontrol yang sama I ² Bus C dan bus TDM.

Karena tren dalam ANC, ICC, dan beamforming bebas genggam terus berkembang, hub audio akan mengurangi perutean mikrofon dan kompleksitas implementasi serta mengurangi biaya yang terkait dengan kabel mikrofon.

>> Artikel ini awalnya diterbitkan pada situs saudara kami, Produk Elektronik.