Melhoria do cancelamento de ruído ativo com novas tecnologias de áudio automotivo

Os motoristas em busca de um novo veículo estão buscando ativamente carros mais silenciosos que proporcionem uma experiência de comunicação superior, tanto entre os passageiros quanto com o mundo exterior. Os carros são muito mais silenciosos à medida que se tornam mais elétricos; entretanto, os passageiros nesses carros mais silenciosos, especialmente em velocidades mais altas, normalmente ouviriam mais ruído de fora do que em um carro com motor de combustão interna barulhento.

Com o objetivo de reduzir ainda mais o ruído da cabine, técnicas avançadas de microfones, amplificadores, alto-falantes e processamento de sinal digital avançado são usadas para permitir a redução do ruído de fundo, comunicação de voz clara entre passageiros e chamadas de voz de alta fidelidade e viva-voz .

Introdução ao cancelamento de ruído ativo

As técnicas convencionais de cancelamento de ruído, como isolamento passivo e pneus especializados, tornam os veículos mais pesados ​​e reduzem a eficiência do combustível. Conforme mostrado na Figura 1, os métodos de cancelamento de ruído ativo (ANC) podem alcançar os mesmos benefícios com peso geral reduzido em comparação com os métodos de isolamento passivo e sem afetar a eficiência do combustível.

Um sistema ANC funciona colocando estrategicamente de dois a seis microfones em todo o interior da cabine de um veículo. Esses microfones medem o ruído interno e transmitem dados de áudio para um subsistema de áudio que, por sua vez, envia um sinal anti-áudio para os alto-falantes embutidos. Como são os mesmos alto-falantes usados ​​para aplicações de reprodução de áudio, a adição de um sistema ANC tem um custo adicional relativamente baixo.

Figura 1:Um sistema ANC usa microfones e alto-falantes embutidos para reduzir o ruído na cabine.

O sistema ANC para carros básicos usa de dois a quatro microfones, enquanto os carros sofisticados usam até seis microfones. A Figura 2 mostra uma implementação ANC típica.

Figura 2:O diagrama de blocos mostra como os sinais do microfone são combinados para gerar um sinal de reprodução anti-ruído.

Vários microfones colocados estrategicamente dentro da cabine do carro capturam o ruído de fontes como o motor, o contato da estrada e dos pneus, o vento, as vibrações estruturais e o sistema de aquecimento, ventilação e ar condicionado.

Um conversor de áudio analógico para digital (ADC) digitaliza o sinal de áudio proveniente do conjunto de microfones e envia a saída digitalizada para o processador de aplicativos por meio de um barramento de multiplexação por divisão de tempo (TDM).

O processador de aplicativos implementa o algoritmo ANC de feedback e produz um sinal anti-ruído de amplitude igual e oposta ao ruído de áudio medido. Este sinal anti-ruído é reproduzido no sistema de alto-falantes já disponível, resultando no cancelamento do ruído ambiente ativo .

Semelhante a um sistema ANC, a comunicação na cabine (ICC) e os sistemas de formação de feixes de voz com as mãos livres que aprimoram a experiência de comunicação entre os passageiros, bem como com o mundo externo, exigem um sistema com vários microfones e alto-falantes. Todos esses sistemas coexistem e se comunicam efetivamente entre si para criar uma experiência aprimorada dentro da cabine. Dependendo dos requisitos do sistema, tamanho do veículo e nível de luxo (baixo, médio e alto), os OEMs usam diferentes números de microfones para cada uma dessas aplicações.

Principais considerações de design

Os sistemas ANC usam de dois a seis microfones. Esses microfones precisam ser polarizados para a voltagem de polarização recomendada, conforme fornecida pelo fabricante do microfone. Eles também precisam ser diagnosticados para diferentes condições de falha, como:

• Sinal do microfone em curto com o aterramento
• Sinal do microfone em curto com MICBIAS
• O sinal do microfone está aberto
• Sinais diferenciais de microfone em curto
• Sinal do microfone em curto com a tensão da bateria (V _BAT )

Como exemplo, a polarização do microfone programável e os recursos abrangentes de diagnóstico de falhas disponíveis no áudio ADC PCM6260-Q1 da Texas Instruments (TI) permitem que o usuário acomode ambas as funcionalidades de maneira otimizada em termos de custo e tamanho.

O dispositivo oferece suporte a um recurso de diagnóstico de falha DC totalmente programável com entrada de microfone para entradas diretas ou DC, enquanto grava simultaneamente o microfone. Essas falhas usam limites programáveis. As falhas individuais e os canais individuais podem ser ativados ou desativados individualmente. No caso de uma falha diagnosticada, uma interrupção é enviada ao pino de interrupção. A leitura dos registros de status pode fornecer outros detalhes, como o tipo de falha, bem como o canal para o qual a falha ocorreu.

Além disso, este dispositivo integra um pino de polarização de microfone de alta voltagem programável e de baixo ruído para polarizar microfones analógicos de 5 V a 9 V. O amplificador de polarização integrado suporta até 80 mA de corrente de carga que pode ser usado para múltiplos microfones e foi projetado para fornecer uma alta taxa de rejeição de fonte de alimentação, baixo ruído e tensões de polarização programáveis ​​para permitir o ajuste fino da polarização para combinações específicas de microfones.

Para os dois a seis microfones necessários em um sistema ANC, o PCM6260-Q1 faz parte de uma família de ADCs de áudio que estão disponíveis com dois (PCM6020-Q1), quatro (PCM6240-Q1, PCM6340-Q1), seis (PCM6260- Q1, PCM6360-Q1) e oito canais (PCM6480-Q1). Fig. 3 é um diagrama de blocos de aplicativo para um sistema ANC de seis microfones com o PCM6260-Q1.

Figura 3:PCM6260-Q1 é usado para implementar um sistema ANC de seis microfones.

Quais são as tendências futuras para a implementação de áudio em sistemas ANC?

Olhando para futuras implementações, alguns OEMs também estão considerando um hub de áudio, conforme mostrado na Fig. 4 .

Figura 4:Módulo de hub de áudio

O hub de áudio receberia sinais de áudio dos sistemas ANC, ICC, eCall e de microfone mãos-livres. Ele então digitalizaria e acumularia os sinais de áudio e enviaria os sinais digitalizados para o respectivo subsistema de áudio para processamento posterior.

Embora o hub de áudio deva suportar um número crescente de entradas de microfone, um ADC de áudio como o PCM6260-Q1 serviria bem para essa arquitetura, permitindo que até 24 microfones compartilhem o mesmo controle I ² Barramento C e barramento TDM.

À medida que as tendências em ANC, ICC e formação de feixes com viva-voz continuam a evoluir, o hub de áudio reduzirá o roteamento do microfone e a complexidade da implementação, bem como reduzirá o custo associado aos cabos do microfone.

>> Este artigo foi publicado originalmente em nosso site irmão, Electronic Products.