免提車(chē)載通訊/語(yǔ)音/藍牙的設計考慮

　　市場(chǎng)對更高質(zhì)量車(chē)載免提語(yǔ)音系統的需求正不斷增長(cháng)。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(huà)。此外，汽車(chē)制造商也在響應消費者對更高性能的車(chē)載通信與音響系統的需求。然而，移動(dòng)車(chē)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(chē)噪聲相耦合，降低了通話(huà)的聲音質(zhì)量。為了提升免提車(chē)載套件的性能，設計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)全雙工操作增強對講性能。

　　免提通信需求

　　早期的免提車(chē)載套件解決方案只在有限的市場(chǎng)獲得了應用。主要原因是目前市場(chǎng)上許多免提車(chē)載套件采用的都是最初為揚聲器電話(huà)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(chē)載套件的語(yǔ)音質(zhì)量會(huì )比蜂窩語(yǔ)音電話(huà)還要糟得多。一般來(lái)說(shuō)，在這類(lèi)免提車(chē)載套件設計中，對低成本的需求勝過(guò)對性能的需求。例如，低端的車(chē)載套件將只支持半雙工操作，這意味著(zhù)某個(gè)時(shí)刻只能有一個(gè)人說(shuō)話(huà)。不過(guò)，這種狀況正在改變。隨著(zhù)全世界政府立法的實(shí)施，駕駛員若想在移動(dòng)車(chē)輛中通信，將必須安裝免提車(chē)載套件。這樣，消費者將需要更佳性能的免提通信技術(shù)。

　　盡管藍牙耳機在免提通信市場(chǎng)掀起了一些風(fēng)浪，但免提車(chē)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(chē)載免提套件將提供比藍牙耳機方案更好的語(yǔ)音質(zhì)量。就安全性和易用性而言，免提車(chē)載套件用戶(hù)幾乎不需要做什么動(dòng)作就可以接聽(tīng)電話(huà)。相比之下，使用藍牙耳機則需要尋找耳機并將其放在正確位置，才能接聽(tīng)電話(huà)。

　　聲學(xué)回聲源

　　在車(chē)內，有兩個(gè)聲學(xué)回聲源——揚聲器和話(huà)筒之間的直接聲學(xué)耦合，引起語(yǔ)音信號在車(chē)廂里回響。聲學(xué)回聲主要來(lái)自直接聲耦合，這在話(huà)筒直接從揚聲器拾取語(yǔ)音信號時(shí)產(chǎn)生。這種情況在車(chē)內環(huán)境中通常會(huì )變得更大，這是因為免提車(chē)載套件的音量要設得較高，以克服來(lái)自發(fā)動(dòng)機和路面的噪聲。

　　聲學(xué)回聲的第二個(gè)來(lái)源是間接耦合或車(chē)廂反射。音頻信號在車(chē)廂里的各個(gè)表面上反射?；芈暤膹姸热Q于車(chē)內使用材料的類(lèi)型。越堅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(chē)座椅將吸收較多回聲，而車(chē)窗則反射較多回聲。進(jìn)一步復雜化的是，由車(chē)內反射造成的回聲還會(huì )被延遲?；芈曆舆t量將隨車(chē)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(chē)廂反射回聲。

　　噪聲源

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

　　發(fā)動(dòng)機噪聲汽車(chē)運行時(shí)產(chǎn)生的發(fā)動(dòng)機噪聲可以惡化通信系統的語(yǔ)音質(zhì)量性能。當汽車(chē)加速時(shí)發(fā)動(dòng)機噪聲達到其峰值水平，在跑車(chē)快速加速期間這一點(diǎn)更為顯著(zhù)。

　　路面噪聲輪胎和路面之間的磨擦產(chǎn)生噪聲。噪聲的強度取決于輪胎胎面、路面材料以及季節。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(chē)并撞擊突出部位，例如后視鏡或車(chē)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(chē)輛而不同。例如，圓滑外形的跑車(chē)比SUV的風(fēng)噪聲要小。風(fēng)噪聲還受汽車(chē)制造商安裝的隔音材料多少的限制。高端豪華汽車(chē)比較低成本的小型汽車(chē)具有更好的隔音性能。另外，開(kāi)窗行駛還會(huì )在車(chē)身內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)機噪聲對通信系統聲音質(zhì)量的影響。對于具有高聲壓的風(fēng)噪聲，例如當車(chē)速超過(guò)100公里/小時(shí)且車(chē)窗打開(kāi)時(shí)，模擬前端電路將會(huì )飽和，從而造成語(yǔ)音信號削波。信號削波還將同時(shí)降低回聲對消（AEC）和總噪聲抑制電路的總體性能。

　　解決此問(wèn)題有兩個(gè)選擇：第一個(gè)選擇是針對最壞情況設計輸入電路，并將話(huà)筒增益設置為輸入信號永遠不會(huì )被削波的水平。不過(guò)這將引起模數轉換器的動(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，因為殘余回聲被背景噪聲淹沒(méi)了。但在安靜環(huán)境下，殘余聲學(xué)回聲顯得較為顯著(zhù)，使得惡化的性能無(wú)法接受。例如，如果音頻路徑上是車(chē)內噪聲和比其高30dB的信號，設計者可以將輸入增益衰減30dB以抵消噪聲。但是，當汽車(chē)停車(chē)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)回聲對消的性能。

　　設置為高增益的另一個(gè)問(wèn)題，是通話(huà)期間話(huà)音電平的變化。通常說(shuō)話(huà)時(shí)，我們會(huì )根據噪聲狀況調節我們的話(huà)音高低。而在車(chē)廂里，如果針對最壞情況噪聲狀況進(jìn)行設計，雖然當車(chē)內噪聲較大時(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環(huán)境動(dòng)態(tài)地改變話(huà)筒增益。如果系統采用一個(gè)簡(jiǎn)單的模擬增益控制器，來(lái)檢測并控制話(huà)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(chē)噪聲通常為低頻。許多免提車(chē)載套件使用高通濾波器來(lái)濾除汽車(chē)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。為達到高性能，必須將算法設計成能夠區分語(yǔ)音和噪聲信號，并將噪聲從總信號中濾除。良好的噪聲抑制算法應該在濾除噪聲和保持語(yǔ)音信號完整性之間達到平衡。

　　為達到所需的性能，系統設計者必須對話(huà)筒輸入信號（Sin）采用自動(dòng)增益控制（AGC）。該AGC避免了信號削波，同時(shí)保持了由用戶(hù)確定的總增益設置。對話(huà)筒輸入采用模擬自動(dòng)控制增益（由數字信號處理器控制）并采用對陡峭回聲路徑變化進(jìn)行補償的算法（通常會(huì )導致重新收斂）將避免信號被削波。

　　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?huà)者以正常聲音說(shuō)話(huà)，而不管車(chē)內的噪聲狀況如何。