自動車の静粛性向上：新オーディオ技術が優れたアクティブノイズキャンセレーションを実現

今日のドライバーは、静かな車内と車内外での完璧なコミュニケーションを両立させた車両を求めています。電気自動車はエンジン音を自然に静かにしますが、高速走行時にはロードノイズと風切り音に乗員がさらされるため、高度なノイズ制御が不可欠です。

車内静粛性をさらに高めるため、メーカーは洗練されたマイクロホンアレイ、高性能アンプ、統合スピーカー、最先端のデジタル信号処理を採用しています。これらの要素が連携してバックグラウンドノイズを抑制し、明確な車内音声会話を実現し、高音質ハンズフリー音声通話をサポートします。

アクティブノイズキャンセレーションの導入

遮音パネルや特殊タイヤなどの受動的戦略は重量を増し、燃費を悪化させる可能性があります。アクティブノイズキャンセレーション（ANC）は、質量増加なしで同等の静粛化効果を提供し、効率に影響を与えません（図1）。

ANCシステムは、車内に戦略的に2～6個のマイクロホンを配置します。マイクロホンが環境騒音を取得し、オーディオサブシステムに送信して逆位相のアンチノイズ信号を生成します。この逆信号を車両の既存スピーカーから再生することで、不要な音を効果的に打ち消します。音楽再生用の同じスピーカーがアンチノイズも配信するため、コスト影響は控えめです。

図1: マイクロホンと内蔵スピーカーが連携して車内騒音を低減。

エントリーモデルでは通常2～4個のマイクロホンを採用し、プレミアム車では最大6個まで搭載できます。図2は典型的なANCブロック図を示します。

図2: マイクロホン信号を組み合わせてアンチノイズ再生信号を生成。

車内に配置されたマイクロホンは、エンジン、路面、タイヤ、風、HVACシステムからの振動を取得します。アナログ・デジタルコンバータ（ADC）がこれらの信号をデジタル化し、時分割多重（TDM）バスを介してプロセッサに転送。プロセッサがANCアルゴリズムを実行し、キャンセル信号をスピーカーシステムに出力します。

同様のマルチマイクロホン・マルチスピーカーアーキテクチャが、車内通信（ICC）とハンズフリー音声ビームフォーミングを支え、乗員間および外部との明確な会話を実現。これらすべてのシステムが共存し、統合された高度な車内体験を提供します。OEMは車両サイズと市場セグメントに応じてマイクロホン数を調整します。

主要な設計考慮事項

ANCは通常2～6個のマイクロホンを使用し、各マイクロホンにはメーカー指定のバイアス電圧と、以下の条件に対する故障診断が必要です：

• 信号がグランドに短絡
• 信号がMICBIASに短絡
• 信号が開放
• 差動ペア間で信号が短絡
• 信号がバッテリー電圧（V_BAT）に短絡

Texas InstrumentsのPCM6260-Q1 ADCは、プログラマブルマイクロホンバイアスと包括的な故障診断をコンパクトでコスト効率の良いパッケージで提供します。ダイレクトカップリングまたはDCカップリング入力、プログラマブル閾値、チャネルごとの故障イネーブル/ディセーブルをサポート。故障発生時にADCが割り込みをアサートし、レジスタが故障タイプとチャネルを示します。

内蔵の低ノイズ、プログラマブル高電圧バイアスピンは、複数のマイクロホンに5～9V、最大80mA負荷電流を供給し、優れた電源除去比と精密なバイアス調整を実現します。

PCM6260-Q1は、2チャネル（PCM6020-Q1）、4チャネル（PCM6240-Q1、PCM6340-Q1）、6チャネル（PCM6260-Q1、PCM6360-Q1）、8チャネル（PCM6480-Q1）を提供するADCファミリーに属します。図3は、PCM6260-Q1を使用した6マイクロホンANCシステムのアプリケーション図を示します。

図3: PCM6260-Q1が6マイクロホンANCシステムを駆動。

自動車ANC実装の将来トレンド

新興設計は、図4に示す統合オーディオハブへと移行しつつあります。このハブは、ANC、ICC、eCall、ハンズフリーマイクロホンアレイからの音声信号を集約し、デジタル化・蓄積し、関連オーディオサブシステムに転送して処理します。

図4: オーディオハブモジュール

ハブはマイクロホン配線を簡素化し、ケーブル複雑性とコストを削減します。PCM6260-Q1のようなADCは、同じI²CとTDMバスを共有して最大24個のマイクロホンをサポートできます。

>> この記事は元々姉妹サイトElectronic Productsで公開されました。