【導讀】下次駕車(chē)出行時(shí)，請關(guān)掉收音機，聽(tīng)一聽(tīng)。如果您乘坐的是一款普通的消費者車(chē)型，可能會(huì )感受到明顯的車(chē)內噪音。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 )導致駕駛員在長(cháng)途行駛中容易疲勞，并影響行車(chē)安全。
以前大多數汽車(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中使用的主動(dòng)降噪技術(shù)(ANC)，在數百萬(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，但對抑制輪胎產(chǎn)生的寬帶噪聲（道路噪聲）作用不大。
在A(yíng)DI公司和現代汽車(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代汽車(chē)作為汽車(chē)行業(yè)先鋒，希望其品牌獨樹(shù)一幟，開(kāi)發(fā)出能夠顯著(zhù)降低車(chē)內噪音的技術(shù)。
兩個(gè)團隊攜手合作，共同部署業(yè)界首款全數字式路噪主動(dòng)噪聲控制(RANC)系統。他們面對的挑戰是如何以實(shí)用且易于生產(chǎn)的方式實(shí)現RANC。2020年初，開(kāi)創(chuàng )性的RANC系統加速投入量產(chǎn)，并用于現代的旗艦產(chǎn)品GV80汽車(chē)。
而這僅僅是開(kāi)始?，F代汽車(chē)著(zhù)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(xiàn)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。
概覽
● 公司：現代汽車(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)現更方便、舒適和安全的汽車(chē)操作奠定基礎。
● 應用：利用ADI的汽車(chē)音頻總線(xiàn)(A2B?)技術(shù)實(shí)現基本的音頻連接和信息娛樂(lè )應用功能。
● 挑戰：將業(yè)界首款全數字式路噪降噪系統推向市場(chǎng)，確保其價(jià)格合理、復雜度降低、重量更輕，并加速實(shí)現量產(chǎn)。
● 目標：開(kāi)發(fā)適用于整個(gè)汽車(chē)產(chǎn)品線(xiàn)的音頻連接和信息娛樂(lè )應用。開(kāi)發(fā)更具活力的汽車(chē)體驗。
降低噪音
過(guò)去，為了降低車(chē)內噪音并使汽車(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50年代用于降低直升機和飛機機艙內震耳欲聾的引擎聲，后來(lái)被耳機行業(yè)廣泛應用。
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2021年美國運輸部統計數據顯示，在美國的車(chē)輛行駛里程高達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相同，使用軟件和元件（如DSP和麥克風(fēng)）來(lái)測量和降低噪聲。車(chē)內麥克風(fēng)拾取引擎噪音，并將其傳輸至數字信號處理器(DSP)，ANC算法在DSP中對其進(jìn)行處理，然后通過(guò)揚聲器發(fā)回反向音頻信號。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。
ANC應用程序“監聽(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)僅對可預測的恒定低頻噪聲有效，如引擎轟鳴的窄帶噪聲。*隨機出現的寬帶噪聲（如凹坑）會(huì )滲透進(jìn)來(lái)。因為ANC的信號和計算速度不足以迅速反應生成反向波。其軟件和硬件很難在4毫秒內處理完降噪過(guò)程。這是路噪到達乘客耳中所需的時(shí)間?，F代汽車(chē)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(kāi)車(chē)時(shí)能夠聽(tīng)見(jiàn)汽車(chē)的喇叭聲或消防車(chē)/救護車(chē)的警報聲非常重要。由于A(yíng)NC只會(huì )抵消低頻連續噪音，所以這些重要的非常規高音提示會(huì )響亮而清晰地傳來(lái)。
現代汽車(chē)技術(shù)團隊在RANC測試中進(jìn)行測量
合作參與
現代汽車(chē)和ADI公司的長(cháng)期合作關(guān)系可以追溯到十多年前。早在2012年，ADI公司就為現代汽車(chē)提供適用于其高級音頻放大器的數字信號處理(DSP)技術(shù)。隨后幾年，此合作關(guān)系迅速發(fā)展為專(zhuān)注于現代汽車(chē)的路噪主動(dòng)噪聲控制(RANC)系統。
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，RANC對路噪進(jìn)行分析并通過(guò)汽車(chē)立體聲揚聲器發(fā)送反向聲波，在車(chē)內任何人聽(tīng)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分析和反轉聲波所需的時(shí)間
現代汽車(chē)提出的RANC系統由四個(gè)主要元件組成：加速度計、處理器、麥克風(fēng)和揚聲器。
加速計位于每個(gè)輪胎附近，可以檢測輪胎和懸架的振動(dòng)。
自適應控制器的(DSP)專(zhuān)有算法通過(guò)揚聲器傳送的等幅反向聲波在幾毫秒內抵消振動(dòng)噪聲。
同時(shí)，麥克風(fēng)測量座艙內的聲音，確保產(chǎn)生精確的降噪信號。
座艙內的揚聲器會(huì )關(guān)閉信號回路，干擾聲波也會(huì )減少。因此每位乘客周?chē)膬炔繀^域更安靜，駕駛時(shí)的聽(tīng)覺(jué)體驗更舒適。
2015年初，現代汽車(chē)NVH研究實(shí)驗室研究員Kang-Duck Ih博士和他的團隊進(jìn)行了RANC應用算法研發(fā)。ADI與Ih博士和團隊成員合作，為實(shí)現RANC算法推出一系列新型Griffin DSP（數字信號處理器）。在討論RANC架構時(shí)，ADI了解到現代汽車(chē)的解決方案基于傳統模擬連接，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，需使用經(jīng)濟高效的低時(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)濟高效的非屏蔽雙絞線(xiàn)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(guò)同一根電纜提供多達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 )拓撲，進(jìn)一步降低線(xiàn)束的重量和復雜性。
ADI公司汽車(chē)座艙連接部總經(jīng)理Vlad Bulavsky表示：“我們最初與現代汽車(chē)團隊合作是為了介紹ADI DSP和A2B技術(shù)及發(fā)展規劃。當時(shí)現代汽車(chē)面臨的挑戰是RANC系統的實(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、加速度計和Griffin DSP替代競爭對手為下一代現代汽車(chē)產(chǎn)品提供的處理器?！?/p>
從2015年到2016年，現代汽車(chē)和ADI公司一直針對這一解決方案展開(kāi)合作。2020年初，兩個(gè)團隊成功地在現代汽車(chē)的GV80上部署了業(yè)界首款全數字式路噪降噪技術(shù)產(chǎn)品。
現代汽車(chē)GV80
A2B技術(shù)優(yōu)勢：更環(huán)保的汽車(chē)、更優(yōu)越的特性、更出色的設計
A2B以菊花鏈順序連接不同應用的多個(gè)遠程傳感器，大大減少了冗余線(xiàn)纜。因此，電纜線(xiàn)束的重量大幅減輕，而且由于電纜減少，整體設計成本和復雜度（設計、安裝和維護方面）也得以降低。
ADI公司汽車(chē)座艙體驗事業(yè)部副總裁Andy McLean表示：“我們與現代汽車(chē)公司密切合作，聯(lián)手打造全數字RANC系統，利用我們的A2B技術(shù)來(lái)降低設備成本、重量和設計復雜性，進(jìn)而提高總體燃油效率，幫助解決電子RANC系統面臨的多項挑戰。ADI與現代汽車(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)一步提升了現代汽車(chē)的市場(chǎng)競爭力?！?/p>
Vlad Bulavsky表示：“RANC就是一個(gè)很好的應用實(shí)例，需要運用各種不同技術(shù)來(lái)實(shí)現高效的系統解決方案。ADI的DSP、A2B連接、加速度計和軟件IP無(wú)縫結合，可針對極具挑戰性的聲學(xué)問(wèn)題提供高性能、經(jīng)濟高效的解決方案?！?/p>
展望未來(lái)，應用于電動(dòng)汽車(chē)(EV)的RANC技術(shù)和ADI的DSP、A2B以及加速度計技術(shù)具有廣闊的發(fā)展前景。電力推進(jìn)系統中沒(méi)有引擎噪音；因此，道路噪音會(huì )更加明顯。要確保車(chē)內安靜和舒適度，穩健的降噪技術(shù)在電動(dòng)汽車(chē)中更為重要。
著(zhù)眼于未來(lái)
更好的音響系統：汽車(chē)不僅僅是從A點(diǎn)到B點(diǎn)的一種交通方式，它也體現了個(gè)人的生活方式。消費者在自己車(chē)里聽(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，現代汽車(chē)通過(guò)部署采用Quantum Logic? Surround技術(shù)的Lexicon?高級音響系統打造舞臺級音響效果，針對道路環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化調諧。GV80配備21個(gè)揚聲器和重低音音箱，巧妙地分布在座艙的17個(gè)位置，結合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。雖然未來(lái)上班的通勤時(shí)間可能仍然很長(cháng)，但ADI與現代汽車(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。
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RANC的新聞報道，但從未投入量產(chǎn)。
現代汽車(chē)和ADI公司是如何開(kāi)發(fā)出可規?；a(chǎn)上市的解決方案的？現代汽車(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，使產(chǎn)品得以快速走向市場(chǎng)。
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