汽車行業(yè)近些年正在經(jīng)歷一場巨變，越來越多的電子元器件正被集成到汽車之中，以提高駕駛員和乘客的安全性和舒適性。甚至，如今的汽車已經(jīng)比幾十年前的超級計算機(jī)，擁有更高的算力和功能。自動駕駛汽車現(xiàn)在似乎已經(jīng)準(zhǔn)備好走出PPT，進(jìn)入現(xiàn)實(shí)世界。
這一轉(zhuǎn)變很大一部分要?dú)w功于車輛中部署的大量傳感器，它們被用于車輛以“看清”行車環(huán)境，幫助車載計算機(jī)創(chuàng)建對周圍世界的感知。例如，攝像頭、激光雷達(dá)、雷達(dá)以及超聲波傳感器等。到目前為止，傳統(tǒng)的音頻傳感器在自動駕駛場景中的應(yīng)用還非常有限。然而，一些用例正在興起，例如緊急車輛檢測和語音命令等，它們需要能夠拾取車輛外部的聲音，以補(bǔ)充其它傳感器捕獲的數(shù)據(jù)。
傳統(tǒng)認(rèn)為，MEMS麥克風(fēng)如果用于這些目的會因?yàn)楸┞队趷毫迎h(huán)境（如雪、灰塵、水和其它污染物）而容易發(fā)生故障。通過振動傳感方式——一種替代聲音拾取機(jī)制，有望提供一種新的解決方法，同時不會受到車輛應(yīng)用惡劣環(huán)境的影響。此外，由于這類傳感器封裝形式是完全密封的，還能夠降低集成復(fù)雜性。
新興的汽車用例
車內(nèi)拾音麥克風(fēng)已經(jīng)普及，其可以幫助車輛實(shí)現(xiàn)免提通話、語音命令以及主動降噪等多種用例。近年來，先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）的普及，以及車載信息娛樂系統(tǒng)的進(jìn)步，為依靠車外聲音拾取的新興用例打開了大門，以進(jìn)一步提高車輛安全性和舒適性。這些應(yīng)用大體可以分為兩類：環(huán)境感知和外部語音拾取。
環(huán)境感知：全面、高度的自動化駕駛（SAE Level 4級和Level 5級）要求車輛能夠檢測并響應(yīng)動態(tài)行車環(huán)境，例如救護(hù)車等接近的緊急車輛。即使是代表真正邁出自動駕駛第一步的SAE Level 3級，也要求駕駛員在特定情況下隨時接管車輛，以確保車輛處于安全狀態(tài)。對緊急車輛逼近的檢測能力，可以使駕駛員或自動駕駛系統(tǒng)在視覺等其它傳感器之前盡早做出響應(yīng)，從而有更多的時間執(zhí)行安全操作。
語音拾?。翰蹲絹碜攒囃獾恼Z音命令，可以使用戶在接近車輛或當(dāng)用戶手拿物品時毫不費(fèi)力地打開汽車后備箱或車門。該應(yīng)用可以利用基于自然語音的用戶交互，取代“一腳踢”等不自然的動作命令。這種語音交互，業(yè)界早已應(yīng)用于智能音箱、智能手機(jī)以及其它智能電子設(shè)備。
現(xiàn)有技術(shù)存在的挑戰(zhàn)
上述用例需要將MEMS麥克風(fēng)置于車輛外部以捕捉聲音。然而，傳統(tǒng)的MEMS麥克風(fēng)需要聲波穿過收音端口進(jìn)入傳感芯片來檢測聲音（如圖2a所示）。因此，封裝開孔使其天然容易受到水、雪和灰塵等污染物的影響，這些污染物會阻擋聲學(xué)路徑，進(jìn)而影響麥克風(fēng)的正常工作。這種情況下，洗車這種常規(guī)操作都可能會導(dǎo)致車輛需要進(jìn)店維修。傳統(tǒng)解決方案會采用某種形式的屏障（如膜）來保護(hù)聲學(xué)路徑，這增加了解決方案的成本和復(fù)雜性。并且，即使這樣，MEMS麥克風(fēng)在實(shí)際應(yīng)用中仍存在故障風(fēng)險。
通過振動感知聲音
高帶寬和低噪聲振動傳感器為應(yīng)對上述挑戰(zhàn)提供了一種可靠、高效的解決方案。振動傳感器測量的是聲波撞擊車輛表面引起的振動。振動傳感器不需要任何開孔或聲道，使其本體不易受到外部因素的影響，并且更容易集成。車身有多處金屬、塑料或玻璃面板，這些地方是利用這項(xiàng)技術(shù)的理想選擇。振動傳感器可以安裝在車身的前后擋風(fēng)玻璃、門板、后視鏡和保險杠等位置（如下圖所示），以拾取聲音引起的振動。樓氏電子（Knowles Electronics）測試了其V2S振動傳感器，并在感興趣的頻帶中實(shí)現(xiàn)了與普通MEMS麥克風(fēng)類似的性能和信號捕獲。
測試結(jié)果
一般來說，緊急車輛警笛依賴于500 Hz ~ 1.5 kHz之間的主音掃頻，大多數(shù)諧波功率集中在8 kHz以下。如圖4所示，將安裝在車門上的V2S200D警笛拾音器與參考MEMS麥克風(fēng)進(jìn)行對比，顯示出兩個傳感器在最高8 kHz期望帶寬中的輸出匹配良好。樓氏電子將振動傳感器安裝在車輛上的不同位置，并以不同行駛速度，進(jìn)行了緊急車輛檢測測試，也展示了有前景的測試結(jié)果。
因此，憑借環(huán)境魯棒性和低系統(tǒng)集成成本，音頻振動傳感器有望成為外部聲音檢測MEMS麥克風(fēng)的可行替代方案。（原文摘自EE Times Europe，麥姆斯咨詢編譯）
