基于SigmaDSP的車載音響噪音降低方案

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　　ADAU1401是一款完整的單芯片音頻系統(tǒng)，包括完全可編程的28/56位音頻DSP、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)及類似微控制器的控制接口。信號(hào)處理包括均衡、低音增強(qiáng)、多頻段動(dòng)態(tài)處理、延遲補(bǔ)償、揚(yáng)聲器補(bǔ)償和立體聲聲場(chǎng)加寬。這種處理技術(shù)可與高端演播室設(shè)備的效果相媲美，能夠彌補(bǔ)由于揚(yáng)聲器、功放和聽音環(huán)境的實(shí)際限制所引起的失真，從而明顯改善音質(zhì)。

　　借助方便易用的SigmaStudio開發(fā)工具，用戶可以使用不同的功能模塊以圖形化的方式配置信號(hào)處理流程， 例如雙二階濾波器、動(dòng)態(tài)處理器、電平控制和GPIO接口控制等模塊。

　　噪底

　　與便攜式設(shè)備不同，車載音響系統(tǒng)配有高功率放大器，每個(gè)功放能夠提供高達(dá)40 W-50 W功率，每輛汽車至少有四個(gè)揚(yáng)聲器。由于功率較大， 噪底很容易被放大，使得人耳在安靜的環(huán)境下就能感受到。例如，假設(shè)揚(yáng)聲器靈敏度約為90 dB/W，則4 Ω揚(yáng)聲器中的1 mV rms噪聲可以產(chǎn)生大約24 dB的聲壓級(jí)(SPL)，這一水平噪音人耳在安靜環(huán)境下就能夠感受到。可能的噪聲源有很多， 如圖1所示，主要噪聲源包括電源噪聲(VG)、濾波器/緩沖器噪聲(VF)以及電源接地布局不當(dāng)引起的噪聲VE。VO是來自處理器的音頻信號(hào)，VIN是揚(yáng)聲器功率放大器的音頻輸入信號(hào)。

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　　圖1. 車載音響系統(tǒng)的噪聲源示例

　　電源開關(guān)期間的爆音：車載音頻功率放大器一般采用12 V單電源供電，而DSP則需要使用低壓電源(例如3.3 V)，濾波器/緩沖器可能采用雙電源供電(例如±9 V)。在以不同的電源電壓工作的各部分電路之間，必須使用耦合電容來提供信號(hào)隔離。在電源開/關(guān)期間，電容以極快的速度充電/放電，產(chǎn)生的電壓跳變沿著信號(hào)鏈傳播，最終導(dǎo)致?lián)P聲器發(fā)出爆音。圖2顯示了這一過程。

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　　圖2. 揚(yáng)聲器產(chǎn)生爆音的原理

　　雖然知道噪底和爆音的來源，而且也努力采用良好的電路設(shè)計(jì)和布局布線技術(shù)，以及選擇噪聲更低的優(yōu)良器件來降低信號(hào)源處的噪聲，但在設(shè)計(jì)過程中仍然可能出現(xiàn)許多不確定性。汽車多媒體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員必須處理許多復(fù)雜問題，因此必須具備高水平的模擬/混合信號(hào)設(shè)計(jì)技能。即便如此，原型產(chǎn)品的性能仍有可能與原來的預(yù)期不符。例如，1 mV rms的噪聲水平會(huì)帶來巨大挑戰(zhàn)。至于爆音，現(xiàn)有解決方案使用MCU來控制電源開關(guān)期間功率放大器的操作順序，但當(dāng)MCU距離功率放大器較遠(yuǎn)時(shí)，布局布線和電磁干擾(EMI)會(huì)構(gòu)成潛在問題。

　　功耗

　　隨著車載電子設(shè)備越來越多，功耗問題變得日趨嚴(yán)重。例如，如果音頻功率放大器的靜態(tài)電流達(dá)到200 mA，則采用12 V電源時(shí)，靜態(tài)功耗就高達(dá)2.4 W。如果有一種方法能檢測(cè)到?jīng)]有輸入信號(hào)或信號(hào)足夠小，進(jìn)而關(guān)閉功率放大器，那么在已開機(jī)但不需要揚(yáng)聲器發(fā)出聲音的時(shí)候，就可以節(jié)省不少功耗。