汽車行業近些年正在經歷一場巨變，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，如今的汽車已經比幾十年前的超級計算機，擁有更高的算力和功能。自動駕駛汽車現在似乎已經準備好走出PPT，進入現實世界。

這一轉變很大一部分要歸功于車輛中部署的大量傳感器，它們被用于車輛以“看清”行車環境，幫助車載計算機創建對周圍世界的感知。例如，攝像頭、激光雷達、雷達以及超聲波傳感器等。到目前為止，傳統的音頻傳感器在自動駕駛場景中的應用還非常有限。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，以補充其它傳感器捕獲的數據。

傳統認為，MEMS麥克風如果用于這些目的會因為暴露于惡劣環境（如雪、灰塵、水和其它污染物）而容易發生故障。通過振動傳感方式——一種替代聲音拾取機制，有望提供一種新的解決方法，同時不會受到車輛應用惡劣環境的影響。此外，由于這類傳感器封裝形式是完全密封的，還能夠降低集成復雜性。

新興的汽車用例

車內拾音麥克風已經普及，其可以幫助車輛實現免提通話、語音命令以及主動降噪等多種用例。近年來，先進駕駛輔助系統（ADAS）的普及，以及車載信息娛樂系統的進步，為依靠車外聲音拾取的新興用例打開了大門，以進一步提高車輛安全性和舒適性。這些應用大體可以分為兩類：環境感知和外部語音拾取。

環境感知：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動態行車環境，例如救護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。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在視覺等其它傳感器之前盡早做出響應，從而有更多的時間執行安全操作。

語音拾取：捕捉來自車外的語音命令，可以使用戶在接近車輛或當用戶手拿物品時毫不費力地打開汽車后備箱或車門。該應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，業界早已應用于智能音箱、智能手機以及其它智能電子設備。

現有技術存在的挑戰

上述用例需要將MEMS麥克風置于車輛外部以捕捉聲音。然而，傳統的MEMS麥克風需要聲波穿過收音端口進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路徑，進而影響麥克風的正常工作。這種情況下，洗車這種常規操作都可能會導致車輛需要進店維修。傳統解決方案會采用某種形式的屏障（如膜）來保護聲學路徑，這增加了解決方案的成本和復雜性。并且，即使這樣，MEMS麥克風在實際應用中仍存在故障風險。

圖2：傳統底部開孔MEMS麥克風（a）對比振動傳感器（b）（來源：Knowles Electronics）

通過振動感知聲音

高帶寬和低噪聲振動傳感器為應對上述挑戰提供了一種可靠、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技術的理想選擇。振動傳感器可以安裝在車身的前后擋風玻璃、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現了與普通MEMS麥克風類似的性能和信號捕獲。

圖3：振動傳感器潛在最佳拾音位置（來源：Knowles Electronics）

測試結果

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麥克風進行對比，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，進行了緊急車輛檢測測試，也展示了有前景的測試結果。

圖4：警笛拾音：安裝在車門上的振動傳感器對比MEMS麥克風（來源：Knowles Electronics）

因此，憑借環境魯棒性和低系統集成成本，音頻振動傳感器有望成為外部聲音檢測MEMS麥克風的可行替代方案。

審核編輯：劉清