麥克風陣列技術在汽車座艙聲音增強系統中的應用

　　為了尋找具有創意的智能語音設計方案，我愛方案網聯合科大訊飛舉辦的2016訊飛智能語音設計大賽正在火熱報名中，截止現在，我們已經收到了近100名參賽名額與優秀的設計方案。本文將介紹其中一位參賽者針對汽車降噪處理開發的一款汽車座艙聲音增強系統，此系統旨在汽車座艙噪音，提升用戶體驗。目前，已經成功通過我愛方案網大賽項目初選。該參賽團隊非常樂意將自己的設計思路與方案框架共享出來，供同行學習參考，接下來，我們看看該項目的具體詳情！

　　相信大多司機肯定遇到一種情況，即駕駛時必須通過免提系統打電話。開車時想確保接電話的人可以清楚地聽到自己的聲音，那么他們一定期望座艙能系統排除噪音，如空調氣流、風噪聲和車廂內的道路噪音。這種情況下，汽車需要進行噪聲鑒別，我們是采用麥克風陣列技術來實現汽車座艙聲音增強，消除噪聲。

　　便于座艙舒適的音頻技術

　　我們知道，聲音由麥克風陣列捕獲；這種情況下，陣列包括四個模擬駐極體電容麥克風。典型的駐極體電容麥克風在偏置時接近電流源，模數轉換器（ADC）對來自麥克風陣列的音頻信號進行數字化，然后由應用處理器處理該音頻信號。

　　圖一：典型的CSE簡化框圖

　　應用處理器根據處理的算法啟用CSE系統的特定功能，為了減少不需要的噪聲，處理器執行主動降噪（ANC）算法。

　　該系統旨在減少汽車座艙內的低頻噪聲，并在汽車運行的任何階段操作，無論音頻系統是開啟或關閉。麥克風陣列從傳動系統捕獲聲音，并創建精確定時的反相音頻信號，然后發送到放大器，以驅動系統揚聲器和低音炮，而不影響音樂或通話音量。

　　為了增強引擎聲，處理器執行發動機聲音增強（ESE）或聲音執行器算法，方法是通過由發動機負載和RPM確定的立體聲系統，播放預先記錄的引擎聲，或者讓麥克風陣列從傳動系統捕獲聲音信號，處理器放大和調諧此聲音信號，以讓司機對引擎聲不反感。

　　為了有效地執行高性能免提系統，處理器實現了麥克風波束成形算法（MBF）。從麥克風到駕駛員面部的波束，系統只“聽到”存在于該光束內的聲音并拒絕來自其他方向的聲音。麥克風陣列中的各個麥克風通過系統采樣頻率指定的極其特定的距離分離。該距離影響聲音到達每個特定麥克風所花費的時間，為系統提供關于聲源的方向和距離的足夠信息，并且拒絕該虛擬波束之外的任何聲音。

　　集成模擬前端集成在ADC中，有助于提高信噪比（SNR）并實現更高質量的音頻捕獲。不過，這種方法僅為實現這一目標的眾多方法之一。例如，還可以使用數字I2S麥克風，但是這種替代方法比使用模擬麥克風和多通道ADC的成本更高。此方案通過對成本、性能、實現方式等多角度考量最終確認，具有較高的市場優勢！