免提車載套件的設(shè)計(jì)考慮

市場(chǎng)對(duì)更高質(zhì)量車載免提語(yǔ)音系統(tǒng)的需求正不斷增長(zhǎng)。許多政府已經(jīng)通過(guò)或正在考慮立法，以禁止在駕駛過(guò)程中使用手持式移動(dòng)電話。此外，汽車制造商也在響應(yīng)消費(fèi)者對(duì)更高性能的車載通信與音響系統(tǒng)的需求。然而，移動(dòng)車輛卻為移動(dòng)語(yǔ)音通信技術(shù)造就了一個(gè)不利的環(huán)境。特別是，回聲和非常嘈雜的路面與汽車噪聲相耦合，降低了通話的聲音質(zhì)量。為了提升免提車載套件的性能，設(shè)計(jì)者必須找到一種解決方案能夠消除回聲、降低背景噪聲和通過(guò)全雙工操作增強(qiáng)對(duì)講性能。

免提通信需求

早期的免提車載套件解決方案只在有限的市場(chǎng)獲得了應(yīng)用。主要原因是目前市場(chǎng)上許多免提車載套件采用的都是最初為揚(yáng)聲器電話開(kāi)發(fā)的技術(shù)，無(wú)法支持高質(zhì)量的語(yǔ)音通信。這些免提車載套件的語(yǔ)音質(zhì)量會(huì)比蜂窩語(yǔ)音電話還要糟得多。一般來(lái)說(shuō)，在這類免提車載套件設(shè)計(jì)中，對(duì)低成本的需求勝過(guò)對(duì)性能的需求。例如，低端的車載套件將只支持半雙工操作，這意味著某個(gè)時(shí)刻只能有一個(gè)人說(shuō)話。不過(guò)，這種狀況正在改變。隨著全世界政府立法的實(shí)施，駕駛員若想在移動(dòng)車輛中通信，將必須安裝免提車載套件。這樣，消費(fèi)者將需要更佳性能的免提通信技術(shù)。

盡管藍(lán)牙耳機(jī)在免提通信市場(chǎng)掀起了一些風(fēng)浪，但免提車載套件可以提供一些更重要的性能和更好的安全性。高性能車載免提套件將提供比藍(lán)牙耳機(jī)方案更好的語(yǔ)音質(zhì)量。就安全性和易用性而言，免提車載套件用戶幾乎不需要做什么動(dòng)作就可以接聽(tīng)電話。相比之下，使用藍(lán)牙耳機(jī)則需要尋找耳機(jī)并將其放在正確位置，才能接聽(tīng)電話。

聲學(xué)回聲源

在車內(nèi)，有兩個(gè)聲學(xué)回聲源——揚(yáng)聲器和話筒之間的直接聲學(xué)耦合，引起語(yǔ)音信號(hào)在車廂里回響。聲學(xué)回聲主要來(lái)自直接聲耦合，這在話筒直接從揚(yáng)聲器拾取語(yǔ)音信號(hào)時(shí)產(chǎn)生。這種情況在車內(nèi)環(huán)境中通常會(huì)變得更大，這是因?yàn)槊馓彳囕d套件的音量要設(shè)得較高，以克服來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)和路面的噪聲。

聲學(xué)回聲的第二個(gè)來(lái)源是間接耦合或車廂反射。音頻信號(hào)在車廂里的各個(gè)表面上反射?；芈暤膹?qiáng)度取決于車內(nèi)使用材料的類型。越堅(jiān)硬的表面反射越多的音頻，而越柔軟的表面則吸收越多的回聲。例如，汽車座椅將吸收較多回聲，而車窗則反射較多回聲。進(jìn)一步復(fù)雜化的是，由車內(nèi)反射造成的回聲還會(huì)被延遲?；芈曆舆t量將隨車廂的尺寸和使用的材料而異。圖1顯示了直接聲學(xué)耦合和車廂反射回聲。

噪聲源

無(wú)論是由車輛產(chǎn)生還是由環(huán)境產(chǎn)生的噪聲，對(duì)于免提車載套件來(lái)說(shuō)，要成功消除它們都是很大的挑戰(zhàn)。需要特別注意的是，這些噪聲的大小在不停地變化。車內(nèi)最重要的噪聲源包括：

發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲汽車運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲可以惡化通信系統(tǒng)的語(yǔ)音質(zhì)量性能。當(dāng)汽車加速時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲達(dá)到其峰值水平，在跑車快速加速期間這一點(diǎn)更為顯著。



圖1：直接耦合和車廂回響是車內(nèi)聲學(xué)回聲的兩大來(lái)源

路面噪聲輪胎和路面之間的磨擦產(chǎn)生噪聲。噪聲的強(qiáng)度取決于輪胎胎面、路面材料以及季節(jié)。例如，夏季輪胎比冬季輪胎安靜，瀝青路面比混凝土路面安靜。

風(fēng)噪聲空氣流過(guò)汽車并撞擊突出部位，例如后視鏡或車頂貨架，或者行駛時(shí)開(kāi)窗而產(chǎn)生風(fēng)噪聲。風(fēng)噪聲因不同車輛而不同。例如，圓滑外形的跑車比SUV的風(fēng)噪聲要小。風(fēng)噪聲還受汽車制造商安裝的隔音材料多少的限制。高端豪華汽車比較低成本的小型汽車具有更好的隔音性能。另外，開(kāi)窗行駛還會(huì)在車身內(nèi)外之間造成較大的壓差。

可以使用噪聲抑制算法降低風(fēng)噪聲、路面噪聲和發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲對(duì)通信系統(tǒng)聲音質(zhì)量的影響。對(duì)于具有高聲壓的風(fēng)噪聲，例如當(dāng)車速超過(guò)100公里/小時(shí)且車窗打開(kāi)時(shí)，模擬前端電路將會(huì)飽和，從而造成語(yǔ)音信號(hào)削波。信號(hào)削波還將同時(shí)降低回聲對(duì)消(AEC)和總噪聲抑制電路的總體性能。



圖2：使免提車載通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)面臨挑戰(zhàn)的噪聲源

解決此問(wèn)題有兩個(gè)選擇：第一個(gè)選擇是針對(duì)最壞情況設(shè)計(jì)輸入電路，并將話筒增益設(shè)置為輸入信號(hào)永遠(yuǎn)不會(huì)被削波的水平。不過(guò)這將引起模數(shù)轉(zhuǎn)換器的動(dòng)態(tài)范圍縮小，信噪比惡化，從而使AEC的總體性能惡化。AEC性能的惡化在嘈雜環(huán)境中是可以接受的，因?yàn)闅堄嗷芈暠槐尘霸肼曆蜎](méi)了。但在安靜環(huán)境下，殘余聲學(xué)回聲顯得較為顯著，使得惡化的性能無(wú)法接受。例如，如果音頻路徑上是車內(nèi)噪聲和比其高30dB的信號(hào)，設(shè)計(jì)者可以將輸入增益衰減30dB以抵消噪聲。但是，當(dāng)汽車停車和噪聲源消失時(shí)，SNR將比實(shí)際需要高出30dB。過(guò)高的SNR將降低聲學(xué)回聲對(duì)消的性能。

設(shè)置為高增益的另一個(gè)問(wèn)題，是通話期間話音電平的變化。通常說(shuō)話時(shí)，我們會(huì)根據(jù)噪聲狀況調(diào)節(jié)我們的話音高低。而在車廂里，如果針對(duì)最壞情況噪聲狀況進(jìn)行設(shè)計(jì)，雖然當(dāng)車內(nèi)噪聲較大時(shí)可以獲得良好性能，但在噪聲較小時(shí)性能卻下降。

理想的解決方案是根據(jù)環(huán)境動(dòng)態(tài)地改變?cè)捦苍鲆?。如果系統(tǒng)采用一個(gè)簡(jiǎn)單的模擬增益控制器，來(lái)檢測(cè)并控制話筒增益，將等同于控制回聲路徑上的變化，并將迫使AEC重新收斂。

汽車噪聲通常為低頻。許多免提車載套件使用高通濾波器來(lái)濾除汽車噪聲。高通濾波器可以濾除大部分噪聲，但會(huì)影響語(yǔ)音質(zhì)量。為達(dá)到高性能，必須將算法設(shè)計(jì)成能夠區(qū)分語(yǔ)音和噪聲信號(hào)，并將噪聲從總信號(hào)中濾除。良好的噪聲抑制算法應(yīng)該在濾除噪聲和保持語(yǔ)音信號(hào)完整性之間達(dá)到平衡。

為達(dá)到所需的性能，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者必須對(duì)話筒輸入信號(hào)(Sin)采用自動(dòng)增益控制(AGC)。該AGC避免了信號(hào)削波，同時(shí)保持了由用戶確定的總增益設(shè)置。對(duì)話筒輸入采用模擬自動(dòng)控制增益(由數(shù)字信號(hào)處理器控制)并采用對(duì)陡峭回聲路徑變化進(jìn)行補(bǔ)償?shù)乃惴?通常會(huì)導(dǎo)致重新收斂)將避免信號(hào)被削波。

該方法可以使ADC在各種環(huán)境條件下具有最大動(dòng)態(tài)范圍?？勺屚ㄔ捳咭哉Ｂ曇粽f(shuō)話，而不管車內(nèi)的噪聲狀況如何。