車內(nèi)降噪還在用物理方式?新型電子降噪更符合大趨勢

在車輛行駛的過程中，車內(nèi)的噪音并不是單一的某種噪音，而是多種噪音疊在一起形成的。發(fā)動機(jī)、變速器、驅(qū)動橋、傳動軸、車廂、玻璃窗、輪胎、繼電器、喇叭、音響等都會產(chǎn)生噪聲。汽車噪聲不但增加駕駛員和乘員的疲勞，而且影響汽車的行駛安全。主動降噪技術(shù)的發(fā)展，有助于汽車制造商打造與眾不同的汽車產(chǎn)品，同時提高整體乘客體驗(yàn)。目前，傳統(tǒng)上僅部署于頂級高端車輛中的主動降噪和路噪降噪(ANC/RNC)系統(tǒng)，現(xiàn)在也進(jìn)入了主流市場。展望未來，基于音頻或聲學(xué)的技術(shù)將成為L4/L5級自動駕駛車輛發(fā)動機(jī)控制單元(ECU)的關(guān)鍵組成部分。

傳統(tǒng)的消除車內(nèi)噪聲的辦法是將消音材料引入車身面板和其他部分，以減少噪聲帶來的損害，或僅僅減少駕駛員和乘客聽到的噪聲。這種方法的缺點(diǎn)是這些材料很重，而且往往由對環(huán)境非常不利的材料制成。另外，從汽車制造商的角度來看，消音材料實(shí)際上很難安裝， 因?yàn)樗窃谄嚿a(chǎn)之后才添加，所以相當(dāng)復(fù)雜。如今，使用主動降噪技術(shù)就可以實(shí)現(xiàn)從簡單的發(fā)動機(jī)階次噪聲消除到更先進(jìn)的寬帶/路噪降噪。ADI作為業(yè)界知名的高性能半導(dǎo)體公司，在為汽車降噪方面提供了高效、低成本信號鏈解決方案，本文將以該公司的相關(guān)產(chǎn)品及技術(shù)作為基礎(chǔ)進(jìn)行分析，提供汽車產(chǎn)業(yè)在產(chǎn)品升級上的新思路。

車內(nèi)通話回聲消除和降噪

大多數(shù)國家和地區(qū)都禁止開車時使用手持電話，支持藍(lán)牙的免提裝置已成為幾乎所有車輛的標(biāo)配設(shè)備，回聲消除和降噪就是為了改善免提通話的體驗(yàn)?；芈曄徒翟氲目傮w目標(biāo)是消除外部噪聲，即從揚(yáng)聲器到麥克風(fēng)的反饋，這些不必要的反饋環(huán)路，必須通過電子的方式予以消除。從技術(shù)角度看，可以使用下圖所示的圖形來說明這一點(diǎn)，它以循環(huán)形式顯示了信號的衰減，以及麥克風(fēng)從特定方向接收了多少信號。圖形上的黑線是雙麥克風(fēng)系統(tǒng)的相當(dāng)?shù)湫偷男阅?。為了簡單起見，在極坐標(biāo)圖中可以看到兩個相當(dāng)大的對數(shù)，這意味著我們從車內(nèi)捕獲了大量目標(biāo)聲音，同時也從其他位置捕獲了很多信息和噪聲。ADI有一些解決方案可以改善這種情況。

極坐標(biāo)圖顯示了不同聲音沖擊角的衰減

*標(biāo)準(zhǔn)2麥克風(fēng)(黑色)

*ADI 2麥克風(fēng)(紅色)

*ADI 3麥克風(fēng)(綠色)：頭頂控制臺中的中央陣列捕獲前排兩個座椅，并側(cè)向聚焦(推薦)

上圖綠線是使用三個麥克風(fēng)的示例。通過使用三個獨(dú)立麥克風(fēng)可以進(jìn)行波束賦形，這意味著我們可以將麥克風(fēng)系統(tǒng)的音錐指向目標(biāo)說話者，實(shí)際上可以形成一個波束并獲取信息，從車輛中不同的座椅位置獲取聲音，并且可以排除波束外說話者，即車?yán)锲渌说恼f話聲。這是相對較新的技術(shù)，下圖是來自ADI公司的示例系統(tǒng)，左側(cè)顯示了三麥克風(fēng)陣列，它們是數(shù)字麥克風(fēng)。旁邊有一個處理盒，其中包含ADI的一個DSP，其間的連接采用了A2B總線。值得一提的是，這些系統(tǒng)也包含大量軟件，ADI公司提供了一些開發(fā)工具，可以針對汽車環(huán)境實(shí)現(xiàn)個性化解決方案。

ADI提供回聲消除和降噪的評估系統(tǒng)

主動降噪消除發(fā)動機(jī)噪聲

主動降噪是更先進(jìn)、更復(fù)雜的技術(shù)，旨在使車艙安靜下來。ANC分為多個類別，其中窄帶ANC的目的是讓發(fā)動機(jī)安靜下來，減少對車艙噪聲的影響。它是消音材料的真正電子替代品。

實(shí)現(xiàn)一個ANC系統(tǒng)需要三個截然不同的領(lǐng)域的結(jié)合，ADI ANC系統(tǒng)級解決方案包括A2B總線、SHARC DSP和關(guān)鍵軟件算法三大模塊。A2B總線為OEM廠商提供經(jīng)濟(jì)高效、最低延遲的確定性解決方案來連接各種系統(tǒng)組件;SHARC DSP系列提供可擴(kuò)展的處理解決方案來應(yīng)對應(yīng)用的低延遲挑戰(zhàn);ANC軟件工具箱則可為客戶和第三方ANC算法設(shè)計人員提供基本構(gòu)建模塊來實(shí)現(xiàn)其算法。

面對更難消除的路噪

消除路噪要困難得多，原因有多方面。首先，它更多的是一種寬帶現(xiàn)象，而且頻率不那么低，也不是周期性的，噪聲可能來自不同的地方——可能是簡單的輪胎噪聲，也可能是懸掛系統(tǒng)發(fā)出的噪聲，或者是路上的坑洼引起的沖擊噪聲。因此，從根本上講，這是一個艱巨的挑戰(zhàn)。雖然是更復(fù)雜的系統(tǒng)，但如今也同樣重要，因?yàn)槿绻紤]電動汽車的話，與內(nèi)燃機(jī)不同，電動汽車本來就更安靜，這意味著路噪會成為主導(dǎo)性的噪聲。因此，未來我們將看到更多采用路噪降噪系統(tǒng)的汽車，但需要相當(dāng)復(fù)雜的大功率工藝，如下圖所示，需要使用多個麥克風(fēng)和振動傳感器的自適應(yīng)系統(tǒng)主要部署在電動汽車中。

ADI RNC系統(tǒng)級解決方案包括A2B、SHARC DSP、ADXL317(振動傳感器)和關(guān)鍵軟件算法(包括FxLMS)。A2B總線提供經(jīng)濟(jì)高效、最低延遲的確定性解決方案來連接各種系統(tǒng)組件;SHARC系列DSP提供可擴(kuò)展的處理解決方案來應(yīng)對應(yīng)用的低延遲挑戰(zhàn);3軸加速度計ADXL317可實(shí)現(xiàn)與A2B的直接數(shù)字連接;RNC軟件工具箱為客戶和第三方RNC算法設(shè)計人員提供基本構(gòu)建模塊來實(shí)現(xiàn)其算法。

總結(jié)

車內(nèi)越來越依賴語音控制和語音UI，因此音頻處理對車輛將越來越重要。在音頻解決方案領(lǐng)域擁有領(lǐng)導(dǎo)地位的ADI公司，通過系統(tǒng)級的結(jié)解決方案幫助汽車設(shè)備制造商通過電子的方式進(jìn)行車內(nèi)通訊優(yōu)化和發(fā)動機(jī)噪聲、路噪的降噪，對于這些非常復(fù)雜的系統(tǒng)，ADI 有不同類型的傳感器(通常是低延遲麥克風(fēng)和某種形式的加速度計)、傳感器模塊、可提供低延遲確定性連接路徑的A2B、音頻解決方案(ADSP-2156x 系列處理器專門為在汽車和消費(fèi)類/專業(yè)音響應(yīng)用中提供身臨其境的音頻和音效體驗(yàn)而設(shè)計)以及算法和軟件。ADI提供的這些各種應(yīng)用產(chǎn)品和開發(fā)工具，旨在幫助供應(yīng)商和原始設(shè)備制造商設(shè)計、配置功能豐富的汽車娛樂和信息解決方案。