現(xiàn)代汽車的降噪技術(shù)帶來沉浸式座艙體驗(yàn)

下次駕車出行時(shí)，請關(guān)掉收音機(jī)，聽一聽。如果您乘坐的是一款普通的消費(fèi)者車型，可能會(huì)感受到明顯的車內(nèi)噪音。無論是因引擎、輪胎還是風(fēng)造成的，這些擾人的噪音都會(huì)導(dǎo)致駕駛員在長途行駛中容易疲勞，并影響行車安全。

以前大多數(shù)汽車制造商使用無源消聲材料來幫助消聲。但是這會(huì)增加車重，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)百萬輛汽車中部署了這種技術(shù)。雖然ANC能有效消除車輛的窄帶引擎噪聲，但對抑制輪胎產(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)代汽車作為汽車行業(yè)先鋒，希望其品牌獨(dú)樹一幟，開發(fā)出能夠顯著降低車內(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。

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

概覽

●   公司：現(xiàn)代汽車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、舒適和安全的汽車操作奠定基礎(chǔ)。

●   應(yīng)用：利用ADI的汽車音頻總線(A2B?)技術(shù)實(shí)現(xiàn)基本的音頻連接和信息娛樂應(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，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)：開發(fā)適用于整個(gè)汽車產(chǎn)品線的音頻連接和信息娛樂應(yīng)用。開發(fā)更具活力的汽車體驗(yàn)。

降低噪音

過去，為了降低車內(nèi)噪音并使汽車感覺更高端，汽車制造商會(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）的簡單且出色的解決方案。類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年美國運(yùn)輸部統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，在美國的車輛行駛里程高達(dá)2.3萬億英里。

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)）來測量和降低噪聲。車內(nèi)麥克風(fēng)拾取引擎噪音，并將其傳輸至數(shù)字信號處理器(DSP)，ANC算法在DSP中對其進(jìn)行處理，然后通過揚(yáng)聲器發(fā)回反向音頻信號。駕駛員和乘客難以察覺到這種破壞性干擾產(chǎn)生的聲音，但其足以抵消引擎噪音。

ANC應(yīng)用程序“監(jiān)聽”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)字處理必須非常快才能完成這一任務(wù)。

ANC的局限性

ANC技術(shù)僅對可預(yù)測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。因?yàn)锳NC的信號和計(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)處理完降噪過程。這是路噪到達(dá)乘客耳中所需的時(shí)間?，F(xiàn)代汽車正在尋求更好的解決方案。

*這種劣勢有時(shí)會(huì)成為一種優(yōu)勢。開車時(shí)能夠聽見汽車的喇叭聲或消防車/救護(hù)車的警報(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。

現(xiàn)代汽車技術(shù)團(tuán)隊(duì)在RANC測試中進(jìn)行測量

合作參與

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

RANC技術(shù)不僅信號時(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對路噪進(jìn)行分析并通過汽車立體聲揚(yáng)聲器發(fā)送反向聲波，在車內(nèi)任何人聽到噪音之前將其抵消。在測試中，RANC可將座艙噪音降低一半或3分貝。

2毫秒是RANC分析和反轉(zhuǎn)聲波所需的時(shí)間

現(xiàn)代汽車提出的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。

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

自適應(yīng)控制器的(DSP)專有算法通過揚(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。

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

座艙內(nèi)的揚(yáng)聲器會(huì)關(guān)閉信號回路，干擾聲波也會(huì)減少。因此每位乘客周圍的內(nèi)部區(qū)域更安靜，駕駛時(shí)的聽覺體驗(yàn)更舒適。

2015年初，現(xiàn)代汽車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)字信號處理器）。在討論RANC架構(gòu)時(shí)，ADI了解到現(xiàn)代汽車的解決方案基于傳統(tǒng)模擬連接，因成本高昂而無法展開部署。要在整個(gè)行業(yè)中部署汽車路噪降噪系統(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)對點(diǎn)同軸電纜。除了通過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)洌M(jìn)一步降低線束的重量和復(fù)雜性。

ADI公司汽車座艙連接部總經(jīng)理Vlad Bulavsky表示：“我們最初與現(xiàn)代汽車團(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替代競爭對手為下一代現(xiàn)代汽車產(chǎn)品提供的處理器?！?/p>

從2015年到2016年，現(xiàn)代汽車和ADI公司一直針對這一解決方案展開合作。2020年初，兩個(gè)團(tuán)隊(duì)成功地在現(xiàn)代汽車的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。

現(xiàn)代汽車GV80

A2B技術(shù)優(yōu)勢：更環(huán)保的汽車、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公司汽車座艙體驗(yàn)事業(yè)部副總裁Andy McLean表示：“我們與現(xiàn)代汽車公司密切合作，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)代汽車的市場競爭力?！?/p>

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無縫結(jié)合，可針對極具挑戰(zhàn)性的聲學(xué)問題提供高性能、經(jīng)濟(jì)高效的解決方案。”

展望未來，應(yīng)用于電動(dòng)汽車(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)中沒有引擎噪音；因此，道路噪音會(huì)更加明顯。要確保車內(nèi)安靜和舒適度，穩(wěn)健的降噪技術(shù)在電動(dòng)汽車中更為重要。

著眼于未來

更好的音響系統(tǒng)：汽車不僅僅是從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?yán)锫犚魳返臅r(shí)間比任何其他地方都多。借助全新靜音座艙的優(yōu)勢，現(xiàn)代汽車通過部署采用Quantum Logic? Surround技術(shù)的Lexicon?高級音響系統(tǒng)打造舞臺(tái)級音響效果，針對道路環(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體驗(yàn)。雖然未來上班的通勤時(shí)間可能仍然很長，但ADI與現(xiàn)代汽車的這一合作成果，有助于駕駛員和乘客在更安全、更安靜、更具娛樂性的個(gè)性化空間中放松心情。

RANC與上市時(shí)間

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

現(xiàn)代汽車和ADI公司是如何開發(fā)出可規(guī)?；a(chǎn)上市的解決方案的？現(xiàn)代汽車和ADI公司共同快速開發(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。