Amélioration de la suppression active du bruit avec les nouvelles technologies audio automobiles

Les conducteurs à la recherche d'un nouveau véhicule recherchent activement des voitures plus silencieuses qui offrent une expérience de communication supérieure, à la fois entre les passagers et avec le monde extérieur. Les voitures sont beaucoup plus silencieuses à mesure qu'elles deviennent plus électriques; cependant, les passagers de ces voitures plus silencieuses, en particulier à des vitesses plus élevées, entendraient généralement plus de bruit de l'extérieur que dans une voiture bruyante à moteur à combustion interne.

Dans le but de réduire encore plus le bruit dans la cabine, des techniques avancées utilisant des microphones, des amplificateurs, des haut-parleurs et un traitement numérique avancé du signal sont utilisées pour permettre la réduction du bruit de fond, une communication vocale claire entre les passagers et les appels vocaux mains libres d'urgence et haute fidélité. .

Introduction à la suppression active du bruit

Les techniques conventionnelles de suppression du bruit telles que l'isolation passive et les pneus spécialisés rendent les véhicules plus lourds et réduisent l'efficacité énergétique. Comme le montre la figure 1, les méthodes d'annulation active du bruit (ANC) peuvent obtenir les mêmes avantages avec un poids total réduit par rapport aux méthodes d'isolation passive et sans affecter le rendement énergétique.

Un système ANC fonctionne en plaçant stratégiquement deux à six microphones dans l'habitacle d'un véhicule. Ces microphones mesurent le bruit intérieur et transmettent des données audio à un sous-système audio qui, à son tour, envoie un signal anti-audio aux haut-parleurs intégrés. Étant donné qu'il s'agit des mêmes haut-parleurs utilisés pour les applications de lecture audio, l'ajout d'un système ANC a un coût supplémentaire relativement faible.

Figure 1 :Un système ANC utilise des microphones et des haut-parleurs intégrés pour réduire le bruit dans la cabine.

Le système ANC pour les voitures d'entrée de gamme utilise deux à quatre microphones, tandis que les voitures haut de gamme utilisent jusqu'à six microphones. La figure 2 montre une implémentation ANC typique.

Figure 2 :le schéma fonctionnel montre comment les signaux du microphone sont combinés pour générer un signal de lecture anti-bruit.

Plusieurs microphones placés stratégiquement à l'intérieur de l'habitacle capturent le bruit provenant de sources telles que le moteur, le contact avec la route et les pneus, le vent, les vibrations structurelles et le système de chauffage, de ventilation et de climatisation.

Un convertisseur audio analogique-numérique (ADC) numérise le signal audio provenant du réseau de microphones et envoie la sortie numérisée au processeur d'applications via un bus à multiplexage temporel (TDM).

Le processeur d'applications implémente l'algorithme ANC de rétroaction et produit un signal anti-bruit d'amplitude égale et opposée au bruit audio mesuré. Ce signal anti-bruit est lu sur le système de haut-parleurs déjà disponible, ce qui entraîne l'annulation du bruit ambiant actif .

Semblables à un système ANC, les systèmes de communication en cabine (ICC) et de formation de faisceaux vocaux mains libres qui améliorent l'expérience de communication entre les passagers, ainsi qu'avec le monde extérieur, nécessitent un système multi-microphones et multi-haut-parleurs. Tous ces systèmes coexistent et communiquent efficacement entre eux pour créer une expérience améliorée à l'intérieur de la cabine. En fonction de la configuration requise, de la taille du véhicule et du niveau de luxe (bas, moyen et haut de gamme), les OEM utilisent différents nombres de microphones pour chacune de ces applications.

Considérations clés sur la conception

Les systèmes ANC utilisent deux à six microphones. Ces microphones doivent être polarisés à la tension de polarisation recommandée fournie par le fabricant du microphone. Ils doivent également être diagnostiqués pour différentes conditions de défaut telles que :

• Signal du microphone court-circuité à la terre
• Signal du microphone court-circuité vers MICBIAS
• Le signal du microphone est ouvert
• Signaux différentiels du microphone court-circuités les uns avec les autres
• Signal du microphone court-circuité sur la tension de la batterie (V_BAT )

À titre d'exemple, la polarisation du microphone programmable et les fonctions complètes de diagnostic des défauts disponibles dans le CAN audio PCM6260-Q1 de Texas Instruments (TI) permettent à l'utilisateur d'adapter ces deux fonctionnalités de manière très optimisée en termes de coût et de taille.

L'appareil prend en charge une fonction de diagnostic de défaut CC entièrement programmable à entrée microphone pour les entrées à couplage direct ou à couplage CC tout en enregistrant simultanément le microphone. Ces défauts utilisent des seuils programmables. Les défauts individuels et les canaux individuels peuvent être activés ou désactivés individuellement. En cas de défaut diagnostiqué, une interruption est envoyée à la broche d'interruption. La relecture des registres d'état peut fournir d'autres détails tels que le type de défaut, ainsi que le canal pour lequel le défaut s'est produit.

De plus, cet appareil intègre une broche de polarisation de microphone haute tension programmable à faible bruit intégrée pour polariser les microphones analogiques de 5 V à 9 V. L'amplificateur de polarisation intégré prend en charge jusqu'à 80 mA de courant de charge qui peut être utilisé pour plusieurs microphones et a été conçu pour fournir un rapport de réjection d'alimentation élevé, un faible bruit et des tensions de polarisation programmables pour permettre un réglage fin de la polarisation pour des combinaisons de microphones spécifiques.

Pour les deux à six microphones nécessaires dans un système ANC, le PCM6260-Q1 fait partie d'une famille de CAN audio disponibles avec deux (PCM6020-Q1), quatre (PCM6240-Q1, PCM6340-Q1), six (PCM6260- Q1, PCM6360-Q1) et huit canaux (PCM6480-Q1). Fig. 3 est un schéma fonctionnel d'application pour un système ANC à six microphones avec le PCM6260-Q1.

Figure 3 : PCM6260-Q1 est utilisé pour mettre en œuvre un système ANC à six microphones.

Quelles sont les futures tendances pour la mise en œuvre de l'audio dans les systèmes ANC ?

Dans la perspective des futures implémentations, certains OEM envisagent également un concentrateur audio, comme illustré dans la Fig. 4 .

Figure 4 : module concentrateur audio

Le concentrateur audio capterait les signaux audio des systèmes de microphones ANC, ICC, eCall et mains libres. Il numériserait et accumulerait ensuite les signaux audio et enverrait les signaux numérisés au sous-système audio respectif pour un traitement ultérieur.

Alors que le concentrateur audio est censé prendre en charge un nombre croissant d'entrées de microphone, un CAN audio tel que le PCM6260-Q1 conviendrait parfaitement à une telle architecture en permettant à jusqu'à 24 microphones de partager le même contrôle I ² Bus C et bus TDM.

À mesure que les tendances en matière de formation de faisceaux ANC, ICC et mains libres continuent d'évoluer, le concentrateur audio réduira la complexité du routage et de la mise en œuvre du microphone, ainsi que le coût associé aux câbles de microphone.

>> Cet article a été initialement publié le notre site jumeau, Electronic Products.