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現(xiàn)代汽車(chē)的降噪技術(shù)帶來(lái)沉浸式座艙體驗(yàn)

發(fā)布時(shí)間:2022-11-01 來(lái)源:ADI 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】下次駕車(chē)出行時(shí),請(qǐng)關(guān)掉收音機(jī),聽(tīng)一聽(tīng)。如果您乘坐的是一款普通的消費(fèi)者車(chē)型,可能會(huì)感受到明顯的車(chē)內(nèi)噪音。無(wú)論是因引擎、輪胎還是風(fēng)造成的,這些擾人的噪音都會(huì)導(dǎo)致駕駛員在長(zhǎng)途行駛中容易疲勞,并影響行車(chē)安全。


以前大多數(shù)汽車(chē)制造商使用無(wú)源消聲材料來(lái)幫助消聲。但是這會(huì)增加車(chē)重,進(jìn)而增大油耗。于是,制造商借鑒高端音頻降噪耳機(jī)中使用的主動(dòng)降噪技術(shù)(ANC),在數(shù)百萬(wàn)輛汽車(chē)中部署了這種技術(shù)。雖然ANC能有效消除車(chē)輛的窄帶引擎噪聲,但對(duì)抑制輪胎產(chǎn)生的寬帶噪聲(道路噪聲)作用不大。


在ADI公司和現(xiàn)代汽車(chē)公司(HKMC)聯(lián)合舉辦的技術(shù)研討會(huì)上,這兩家領(lǐng)先企業(yè)探討了道路降噪問(wèn)題。ADI是一家提供全套解決方案的技術(shù)公司,善于解決各種棘手的工程難題?,F(xiàn)代汽車(chē)作為汽車(chē)行業(yè)先鋒,希望其品牌獨(dú)樹(shù)一幟,開(kāi)發(fā)出能夠顯著降低車(chē)內(nèi)噪音的技術(shù)。


兩個(gè)團(tuán)隊(duì)攜手合作,共同部署業(yè)界首款全數(shù)字式路噪主動(dòng)噪聲控制(RANC)系統(tǒng)。他們面對(duì)的挑戰(zhàn)是如何以實(shí)用且易于生產(chǎn)的方式實(shí)現(xiàn)RANC。2020年初,開(kāi)創(chuàng)性的RANC系統(tǒng)加速投入量產(chǎn),并用于現(xiàn)代的旗艦產(chǎn)品GV80汽車(chē)。


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而這僅僅是開(kāi)始?,F(xiàn)代汽車(chē)著眼于開(kāi)辟未來(lái)之路——超越降噪技術(shù),使其整體汽車(chē)產(chǎn)品線兼顧駕駛員和乘客的感受,提供更具沉浸感、娛樂(lè)性和高品質(zhì)的音響體驗(yàn)。


概覽


●   公司:現(xiàn)代汽車(chē)公司致力于提供以人為本、生態(tài)環(huán)保型技術(shù)和服務(wù),為實(shí)現(xiàn)更方便、舒適和安全的汽車(chē)操作奠定基礎(chǔ)。

●   應(yīng)用:利用ADI的汽車(chē)音頻總線(A2B?)技術(shù)實(shí)現(xiàn)基本的音頻連接和信息娛樂(lè)應(yīng)用功能。

●   挑戰(zhàn):將業(yè)界首款全數(shù)字式路噪降噪系統(tǒng)推向市場(chǎng),確保其價(jià)格合理、復(fù)雜度降低、重量更輕,并加速實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

●   目標(biāo):開(kāi)發(fā)適用于整個(gè)汽車(chē)產(chǎn)品線的音頻連接和信息娛樂(lè)應(yīng)用。開(kāi)發(fā)更具活力的汽車(chē)體驗(yàn)。


降低噪音


過(guò)去,為了降低車(chē)內(nèi)噪音并使汽車(chē)感覺(jué)更高端,汽車(chē)制造商會(huì)在所有可能的位置(底板、整流罩等)加上隔音屏障。輕質(zhì)材料誕生后,也只是增加了很多抑制作用,然后因附加重量影響燃油效率。因此,他們轉(zhuǎn)向一種簡(jiǎn)單的模擬技術(shù)——主動(dòng)降噪,該技術(shù)最初在20世紀(jì)50年代用于降低直升機(jī)和飛機(jī)機(jī)艙內(nèi)震耳欲聾的引擎聲,后來(lái)被耳機(jī)行業(yè)廣泛應(yīng)用。


ANC是一種可以消除窄帶噪聲(不僅是抑制)的簡(jiǎn)單且出色的解決方案。類(lèi)似于湖泊中的漣漪與波谷結(jié)合,ANC的作用是使聲波變平或抵消聲波。


消除路噪其實(shí)并非旨在求取安靜,而是為了避免噪音讓駕駛員和乘客感到疲勞。據(jù)2021年美國(guó)運(yùn)輸部統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,在美國(guó)的車(chē)輛行駛里程高達(dá)2.3萬(wàn)億英里。


主動(dòng)降噪工作原理


ANC技術(shù)的工作原理與降噪耳機(jī)相同,使用軟件和元件(如DSP和麥克風(fēng))來(lái)測(cè)量和降低噪聲。車(chē)內(nèi)麥克風(fēng)拾取引擎噪音,并將其傳輸至數(shù)字信號(hào)處理器(DSP),ANC算法在DSP中對(duì)其進(jìn)行處理,然后通過(guò)揚(yáng)聲器發(fā)回反向音頻信號(hào)。駕駛員和乘客難以察覺(jué)到這種破壞性干擾產(chǎn)生的聲音,但其足以抵消引擎噪音。


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ANC應(yīng)用程序“監(jiān)聽(tīng)”不需要的外部引擎噪音,然后(A)播出一個(gè)與相位相差180度的聲音(B),這樣,噪音還未傳到您耳中就已被“消除”(C)。數(shù)字處理必須非??觳拍芡瓿蛇@一任務(wù)。


ANC的局限性


ANC技術(shù)僅對(duì)可預(yù)測(cè)的恒定低頻噪聲有效,如引擎轟鳴的窄帶噪聲。*隨機(jī)出現(xiàn)的寬帶噪聲(如凹坑)會(huì)滲透進(jìn)來(lái)。因?yàn)锳NC的信號(hào)和計(jì)算速度不足以迅速反應(yīng)生成反向波。其軟件和硬件很難在4毫秒內(nèi)處理完降噪過(guò)程。這是路噪到達(dá)乘客耳中所需的時(shí)間?,F(xiàn)代汽車(chē)正在尋求更好的解決方案。


*這種劣勢(shì)有時(shí)會(huì)成為一種優(yōu)勢(shì)。開(kāi)車(chē)時(shí)能夠聽(tīng)見(jiàn)汽車(chē)的喇叭聲或消防車(chē)/救護(hù)車(chē)的警報(bào)聲非常重要。由于ANC只會(huì)抵消低頻連續(xù)噪音,所以這些重要的非常規(guī)高音提示會(huì)響亮而清晰地傳來(lái)。


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現(xiàn)代汽車(chē)技術(shù)團(tuán)隊(duì)在RANC測(cè)試中進(jìn)行測(cè)量


合作參與


現(xiàn)代汽車(chē)和ADI公司的長(zhǎng)期合作關(guān)系可以追溯到十多年前。早在2012年,ADI公司就為現(xiàn)代汽車(chē)提供適用于其高級(jí)音頻放大器的數(shù)字信號(hào)處理(DSP)技術(shù)。隨后幾年,此合作關(guān)系迅速發(fā)展為專(zhuān)注于現(xiàn)代汽車(chē)的路噪主動(dòng)噪聲控制(RANC)系統(tǒng)。


RANC技術(shù)不僅信號(hào)時(shí)延低,處理速度快,而且比噪音從道路到座艙的傳播速度快四倍以上。在短短2毫秒內(nèi),RANC對(duì)路噪進(jìn)行分析并通過(guò)汽車(chē)立體聲揚(yáng)聲器發(fā)送反向聲波,在車(chē)內(nèi)任何人聽(tīng)到噪音之前將其抵消。在測(cè)試中,RANC可將座艙噪音降低一半或3分貝。


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2毫秒是RANC分析和反轉(zhuǎn)聲波所需的時(shí)間


現(xiàn)代汽車(chē)提出的RANC系統(tǒng)由四個(gè)主要元件組成:加速度計(jì)、處理器、麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器。


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加速計(jì)位于每個(gè)輪胎附近,可以檢測(cè)輪胎和懸架的振動(dòng)。


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自適應(yīng)控制器的(DSP)專(zhuān)有算法通過(guò)揚(yáng)聲器傳送的等幅反向聲波在幾毫秒內(nèi)抵消振動(dòng)噪聲。


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同時(shí),麥克風(fēng)測(cè)量座艙內(nèi)的聲音,確保產(chǎn)生精確的降噪信號(hào)。


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座艙內(nèi)的揚(yáng)聲器會(huì)關(guān)閉信號(hào)回路,干擾聲波也會(huì)減少。因此每位乘客周?chē)膬?nèi)部區(qū)域更安靜,駕駛時(shí)的聽(tīng)覺(jué)體驗(yàn)更舒適。


2015年初,現(xiàn)代汽車(chē)NVH研究實(shí)驗(yàn)室研究員Kang-Duck Ih博士和他的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了RANC應(yīng)用算法研發(fā)。ADI與Ih博士和團(tuán)隊(duì)成員合作,為實(shí)現(xiàn)RANC算法推出一系列新型Griffin DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)。在討論RANC架構(gòu)時(shí),ADI了解到現(xiàn)代汽車(chē)的解決方案基于傳統(tǒng)模擬連接,因成本高昂而無(wú)法展開(kāi)部署。要在整個(gè)行業(yè)中部署汽車(chē)路噪降噪系統(tǒng),需使用經(jīng)濟(jì)高效的低時(shí)延網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將所需的輸入傳感器高效連接到DSP。


A2B解決方案


A2B是一種低時(shí)延、經(jīng)濟(jì)高效的非屏蔽雙絞線連接解決方案,可替代昂貴且笨重的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)同軸電纜。除了通過(guò)同一根電纜提供多達(dá)32通道的音頻、控制和幻象電源,A2B還能夠優(yōu)化菊花鏈網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?,進(jìn)一步降低線束的重量和復(fù)雜性。


ADI公司汽車(chē)座艙連接部總經(jīng)理Vlad Bulavsky表示:“我們最初與現(xiàn)代汽車(chē)團(tuán)隊(duì)合作是為了介紹ADI DSP和A2B技術(shù)及發(fā)展規(guī)劃。當(dāng)時(shí)現(xiàn)代汽車(chē)面臨的挑戰(zhàn)是RANC系統(tǒng)的實(shí)際可行實(shí)施方式。經(jīng)過(guò)多次頭腦風(fēng)暴會(huì)議,我們最終提出一個(gè)實(shí)用且可部署的RANC解決方案,利用ADI的A2B、加速度計(jì)和Griffin DSP替代競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手為下一代現(xiàn)代汽車(chē)產(chǎn)品提供的處理器?!?/p>


從2015年到2016年,現(xiàn)代汽車(chē)和ADI公司一直針對(duì)這一解決方案展開(kāi)合作。2020年初,兩個(gè)團(tuán)隊(duì)成功地在現(xiàn)代汽車(chē)的GV80上部署了業(yè)界首款全數(shù)字式路噪降噪技術(shù)產(chǎn)品。


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現(xiàn)代汽車(chē)GV80


A2B技術(shù)優(yōu)勢(shì):更環(huán)保的汽車(chē)、更優(yōu)越的特性、更出色的設(shè)計(jì)


A2B以菊花鏈順序連接不同應(yīng)用的多個(gè)遠(yuǎn)程傳感器,大大減少了冗余線纜。因此,電纜線束的重量大幅減輕,而且由于電纜減少,整體設(shè)計(jì)成本和復(fù)雜度(設(shè)計(jì)、安裝和維護(hù)方面)也得以降低。


ADI公司汽車(chē)座艙體驗(yàn)事業(yè)部副總裁Andy McLean表示:“我們與現(xiàn)代汽車(chē)公司密切合作,聯(lián)手打造全數(shù)字RANC系統(tǒng),利用我們的A2B技術(shù)來(lái)降低設(shè)備成本、重量和設(shè)計(jì)復(fù)雜性,進(jìn)而提高總體燃油效率,幫助解決電子RANC系統(tǒng)面臨的多項(xiàng)挑戰(zhàn)。ADI與現(xiàn)代汽車(chē)公司的合作不僅印證了A2B技術(shù)日益提高的重要性,還進(jìn)一步提升了現(xiàn)代汽車(chē)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。”


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Vlad Bulavsky表示:“RANC就是一個(gè)很好的應(yīng)用實(shí)例,需要運(yùn)用各種不同技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)高效的系統(tǒng)解決方案。ADI的DSP、A2B連接、加速度計(jì)和軟件IP無(wú)縫結(jié)合,可針對(duì)極具挑戰(zhàn)性的聲學(xué)問(wèn)題提供高性能、經(jīng)濟(jì)高效的解決方案?!?/p>


展望未來(lái),應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)(EV)的RANC技術(shù)和ADI的DSP、A2B以及加速度計(jì)技術(shù)具有廣闊的發(fā)展前景。電力推進(jìn)系統(tǒng)中沒(méi)有引擎噪音;因此,道路噪音會(huì)更加明顯。要確保車(chē)內(nèi)安靜和舒適度,穩(wěn)健的降噪技術(shù)在電動(dòng)汽車(chē)中更為重要。


著眼于未來(lái)


更好的音響系統(tǒng):汽車(chē)不僅僅是從A點(diǎn)到B點(diǎn)的一種交通方式,它也體現(xiàn)了個(gè)人的生活方式。消費(fèi)者在自己車(chē)?yán)锫?tīng)音樂(lè)的時(shí)間比任何其他地方都多。借助全新靜音座艙的優(yōu)勢(shì),現(xiàn)代汽車(chē)通過(guò)部署采用Quantum Logic? Surround技術(shù)的Lexicon?高級(jí)音響系統(tǒng)打造舞臺(tái)級(jí)音響效果,針對(duì)道路環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化調(diào)諧。GV80配備21個(gè)揚(yáng)聲器和重低音音箱,巧妙地分布在座艙的17個(gè)位置,結(jié)合1050瓦的放大功率,為每位乘客打造較完美的沉浸式聆聽(tīng)體驗(yàn)。雖然未來(lái)上班的通勤時(shí)間可能仍然很長(zhǎng),但ADI與現(xiàn)代汽車(chē)的這一合作成果,有助于駕駛員和乘客在更安全、更安靜、更具娛樂(lè)性的個(gè)性化空間中放松心情。


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RANC與上市時(shí)間


20多年來(lái),我們只是見(jiàn)過(guò)音頻制造商成功開(kāi)發(fā)和實(shí)現(xiàn)RANC的新聞報(bào)道,但從未投入量產(chǎn)。


現(xiàn)代汽車(chē)和ADI公司是如何開(kāi)發(fā)出可規(guī)?;a(chǎn)上市的解決方案的?現(xiàn)代汽車(chē)和ADI公司共同快速開(kāi)發(fā)RANC技術(shù)的緊迫性,是該項(xiàng)目最終取得成功的一個(gè)關(guān)鍵因素。雙方的深度合作有助于建立涵蓋汽車(chē)布局、裝配、生產(chǎn)和A/S的協(xié)同效應(yīng),使產(chǎn)品得以快速走向市場(chǎng)。



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