7 Automotive-Mikrofon-Anwendungen von Kingstate Electronics

Automobile werden immer fortschrittlicher, innovativer und smarter. Immer mehr Kommunikationsfunktionen, z.T. auch sicherheitsrelevante, benötigen zuverlässige Mikrofone mit einer guten Sprachqualität. Auf ein paar dieser Anwendungen möchten wir hier ein wenig eingehen:

• Freisprechen
• Mehrbereichs-Freisprechkommunikation
• Emergency-Call
• Dashcam-Systeme
• Active Noise Cancelling – aktive Rauschunterdrückung
• Sprachsteuerungen
• Überwachung von Außen-Umgebungsgeräuschen

1. Freisprechen

Freisprechen ist eine der wichtigsten Mikrofonanwendungen für das Auto. Hier kommen größtenteils zwei verschiedene Richtcharakteristiken zum Einsatz. Eine Möglichkeit ist ein Mikrofon mit Nierencharakteristik (unidirectional) , das die Vorteile einer geringen Größe und eines niedrigeren Preises hat. Die andere Option ist eine Array-Anordnung. In der Regel werden hier zwei kugelcharakteristische (omnidirectional) Mikrofone verwendet. Durch den Array-Mikrofonalgorithmus werden die Mikrofone auf einen Winkel von etwa 60 Grad Empfangszone begrenzt. Dadurch werden Umgebungsgeräusche effektiv reduziert. Es gibt sogar eine Lösung mit einer Sprachverfolgungsfunktion, die zwischen der Sprechrichtung des Fahrers oder des Beifahrers unterscheiden und ggf. auch das Sprachsignal verstärken kann, um die Qualität der Kommunikation zu verbessern. (Abb. 1)

2. Freisprechkommunikation in mehreren Bereichen

Bis vor ein paar Jahren war die freihändige Kommunikation immer nur dem Fahrer vorbehalten. Inzwischen kommen bei einigen Fahrzeugen alle Passagiere in den Genuss. Neben dem Fahrerbereich sind auch im Beifahrerbereich Mikrofone verbaut. In größeren Autos könnte man zusätzlich Mikrofone in die Rücksitz-Reihe einbauen. Auf diese Weise steht allen Fahrzeug-Insassen die beste Freisprechkommunikation in hoher Qualität zur Verfügung und das System kann automatisch erkennen, wo sich der gerade Sprechende im Fahrzeug befindet. Die Software könnte auch eine Gruppe von Mikrofonen verstärken und das Rauschen im Nicht-Sprachbereich dämpfen. Dadurch wird das Mikrofon und das durch die Lautsprecher im Auto verursachte Echo reduziert. (Abb. 2a und 2b).

3. E-Anruf

Viele Länder haben das E-Call-System in die Straßenverkehrsordnung als Pflicht für Neufahrzeuge aufgenommen. E-Call ist ein System, das aus einem Mikrofon, einem Lautsprecher und einem GPS-Prozessor besteht. Es wird automatisch aktiviert, wenn die Sensoren des Fahrzeugs einen Unfall erkennen und leitet einen Notruf ein. In so einem Ernstfall ist es natürlich wichtig, dass die Einsatzleitstelle Sie problemlos verstehen kann. Die Empfindlichkeit und das Signal-Rausch-Verhältnis dieser Art von Mikrofon sind normalerweise höher als bei einem typischen Mikrofon. Die Empfindlichkeit liegt im Allgemeinen bei etwa -32 bis -38 dBV, und der Signal-Rausch-Abstand beträgt >65 dBA, um eine bessere Qualität sicherzustellen. (Abb. 3)

4. Dashcam-Systeme

Dashcam-Systeme sind ein beliebtes Produkt geworden. Darin befindet sich ein Mikrofon als Tonaufnahmegerät. Da der Ton aus mehreren Richtungen empfangen wird, verwenden die meisten Hersteller ein omnidirektionales Mikrofon. Einige Autos haben bereits ab Werk am Heck integrierte Dash-Cams installiert. Wenn sich das Mikrofon außerhalb des Autos befindet, muss es mindestens die IP-Schutzklasse IPX6 (Schutz gegen starkes Strahlwasser) erfüllen. (Abb.4)

5. Active Noise Cancelling (aktive Rauschunterdrückung)

Wenn ein Fahrzeug fährt, gibt es neben dem Motorgeräusch auch Reibungsgeräusche zwischen Reifen und Boden oder Windgeräusche, die Sie im Auto wahrnehmen können. Diese Geräusche können den Komfort der Insassen beeinträchtigen und verursachen lästige Störgeräusche, die bei Telefonaten stören können. In der Regel werden in PKWs ausreichend Dämpfungsmaterialien verwendet, um den Lärm zu reduzieren, allerdings gibt es nach wie vor einige Elektrofahrzeuge, bei denen der Windgeräuschpegel sehr hoch ist. Dank ANC werden die störenden Außen- und Fahrtgeräusche vom ANC-Mikrofon eingefangen, mit einer Software ausgewertet und dann von den Lautsprechern mit einem umgekehrten Signal ausgekontert, um das Rauschen zu reduzieren. Die Phase des Mikrofons dieser Anwendung muss konsistent sein (<±5∘), das SNR muss >65dBA und die RF muss flach bis 10Hz sein, dann kann das Rauschen effektiv reduziert werden. Das Endergebnis ist ein besserer Musikklang und eine klarere Sprachqualität bei Anrufen. (Abb. 5)

6. Sprachsteuerung

Aufgrund der Sicherheit wurden immer mehr Sprachsteuerungsfeatures nach und nach in die neuen Fahrzeuge integriert. Diese Technologie verwendet das Mikrofon, um die Sprachbefehle des Fahrers zu empfangen und sie in Schnittstellenbefehle zur Steuerung des Systems umzuwandeln. In der Regel ist es in Geräten wie Bordcomputern, Navigations- oder Audiosystemen zu finden. Um die Erkennungsrate des Befehls zu verbessern, wird eine Mikrofon-Array-Struktur verwendet, um Umgebungsgeräusche effektiv zu eliminieren. Das Mikrofon muss Phasenkonsistenz und Hi-SNR-Eigenschaften aufweisen. (Abb.6)

7. Außengeräuschüberwachung

Bei modernen Fahrzeugen ist der Lärm im Inneren, dank einer sehr guten Geräuschdämmung, niedriger als zuvor. Daher können Sirenen, Martinshörner oder die Umgebungsgeräusche leicht vom Fahrer ausgeblendet werden. Damit das nicht passiert, können auch außerhalb des Autos Mikrofone installiert werden, welche die Umgebungsgeräusche aufnehmen. Danach berechnet und unterscheidet der Bordcomputer, ob der Ton zu einem möglichen Notfall-Einsatzfahrzeug gehören könnte und verstärkt ihn, um den Fahrer darauf aufmerksam zu machen. Diese Art von Mikrofonanwendung muss die Anforderungen von IPX6 erfüllen, um sicherzustellen, dass die Eigenschaften beim Autowaschen oder Starkregen nicht beeinträchtigt werden. (Abb. 7)

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