Améliorer le silence automobile : Nouvelles technologies audio pour une annulation active du bruit supérieure

Les conducteurs d'aujourd'hui recherchent des véhicules combinant un habitacle silencieux avec une communication impeccable à l'intérieur et à l'extérieur. Si les voitures électriques calment naturellement le moteur, les passagers peuvent encore être exposés au bruit de route et de vent à haute vitesse, rendant le contrôle de bruit avancé essentiel.

Pour pousser le silence d'habitacle plus loin, les constructeurs utilisent maintenant des réseaux sophistiqués de microphones, amplificateurs haute performance, haut-parleurs intégrés et traitement de signal numérique de pointe. Ces éléments travaillent ensemble pour supprimer le bruit de fond, faciliter les échanges vocaux clairs entre passagers, et supporter l'appel mains-libres haute fidélité.

Introduction à l'annulation active du bruit

Les stratégies passives comme panneaux d'isolation ou pneus spécialisés ajoutent du poids et peuvent nuire à l'économie de carburant. L'annulation active du bruit (ANC) offre le même effet calmant avec moins de masse et sans impact sur l'efficacité, comme illustré Figure 1.

Un système ANC place stratégiquement deux à six microphones autour de l'habitacle. Les microphones capturent le bruit ambiant, qui est envoyé à un sous-système audio générant un signal anti-bruit. Ce signal inverse est rejoué via les haut-parleurs existants du véhicule, annulant efficacement le son indésirable. Comme les mêmes haut-parleurs utilisés pour la lecture musicale délivrent aussi l'anti-bruit, l'impact coût est modéré.

Figure 1 : Microphones et haut-parleurs intégrés travaillent ensemble pour réduire le bruit dans l'habitacle.

Les modèles d'entrée de gamme emploient typiquement deux à quatre microphones, tandis que les véhicules premium peuvent en incorporer jusqu'à six. La Figure 2 montre un diagramme de blocs ANC typique.

Figure 2 : Les signaux microphones sont combinés pour produire un signal de lecture anti-bruit.

Les microphones positionnés dans l'habitacle capturent les vibrations du moteur, route, pneus, vent et système CVC. Un convertisseur analogique-numérique (ADC) numérise ces signaux et les transmet via un bus multiplexage par division de temps (TDM) au processeur, qui exécute l'algorithme ANC et sort le signal d'annulation vers le système de haut-parleurs.

Des architectures multi-microphones, multi-haut-parleurs similaires sous-tendent la communication intra-habitacle (ICC) et le beamforming vocal mains-libres, permettant conversation claire entre passagers et avec l'extérieur. Tous ces systèmes coexistent, fournissant une expérience d'habitacle intégrée et élevée. Les OEM ajustent le nombre de microphones selon la taille du véhicule et le segment de marché.

Considérations clés de conception

L'ANC utilise typiquement deux à six microphones, chacun nécessitant la tension de polarisation spécifiée par le fabricant et des diagnostics de pannes pour conditions telles que :

• Signal court-circuité à la masse
• Signal court-circuité à MICBIAS
• Signal ouvert
• Signal court-circuité entre paires différentielles
• Signal court-circuité à la tension batterie (V_BAT)

L'ADC PCM6260-Q1 de Texas Instruments présente une polarisation micro programmable et des diagnostics de pannes complets dans un boîtier compact et rentable. Il supporte les entrées couplées direct ou DC, seuils programmables, et activation/désactivation de panne par canal. Quand une panne survient, l'ADC affirme une interruption et les registres indiquent type de panne et canal.

Sa broche de polarisation haute tension intégrée, faible bruit, programmable alimente 5-9 V à plusieurs microphones avec jusqu'à 80 mA de courant de charge, offrant un excellent rejet d'alimentation et un réglage fin de la polarisation.

Le PCM6260-Q1 appartient à une famille d'ADC offrant deux (PCM6020-Q1), quatre (PCM6240-Q1, PCM6340-Q1), six (PCM6260-Q1, PCM6360-Q1) et huit (PCM6480-Q1) canaux. La Figure 3 présente un diagramme d'application pour un système ANC six microphones utilisant le PCM6260-Q1.

Figure 3 : PCM6260-Q1 pilote un système ANC six microphones.

Tendances futures dans l'implémentation ANC automobile

Les designs émergents évoluent vers un hub audio unifié, illustré Figure 4. Le hub agrège les signaux audio de l'ANC, ICC, eCall, et réseaux de microphones mains-libres, les numérise et accumule, et transmet les données au sous-système audio pertinent pour traitement.

Figure 4 : Module hub audio

Le hub simplifie le routage des microphones, réduit la complexité du câblage et les coûts, tandis qu'un ADC comme le PCM6260-Q1 peut supporter jusqu'à 24 microphones partageant les mêmes bus I²C et TDM.

>> Cet article a été publié à l'origine sur notre site sœur, Electronic Products.