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Front view closeup of a Hyundai GV80 car driving through busy city streets.
Front view closeup of a Hyundai GV80 car driving through busy city streets.

 

 

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      现代汽车的降噪技术带来沉浸式座舱体验


      下次驾车出行时,请关掉收音机,听一听。如果您乘坐的是一款普通的消费者车型,可能会感受到明显的车内噪音。无论是因引擎、轮胎还是风造成的,这些扰人的噪音都会导致驾驶员在长途行驶中容易疲劳,并影响行车安全。

      以前大多数汽车制造商使用无源消声材料来帮助消声。但是这会增加车重,进而增大油耗。于是,制造商借鉴高端音频降噪耳机中使用的主动降噪技术(ANC),在数百万辆汽车中部署了这种技术。虽然ANC能有效消除车辆的窄带引擎噪声,但对抑制轮胎产生的宽带噪声(道路噪声)作用不大。

      在ADI公司(ADI)和现代汽车公司(HKMC)联合举办的技术研讨会上,这两家领先企业探讨了道路降噪问题。ADI是一家提供全套解决方案的技术公司,善于解决各种棘手的工程难题。现代汽车作为汽车行业先锋,希望其品牌独树一帜,开发出能够显著降低车内噪音的技术。

      两个团队携手合作,共同部署业界首款全数字式路噪主动噪声控制(RANC)系统。他们面对的挑战是如何以实用且易于生产的方式实现RANC。2020年初,开创性的RANC系统加速投入量产,并用于现代的旗舰产品GV80汽车。

      Image of the RANC technology and a smiling woman inside interior of car this explains the sound wave technology.

      而这仅仅是开始。现代汽车着眼于开辟未来之路——超越降噪技术,使其整体汽车产品线兼顾驾驶员和乘客的感受,提供更具沉浸感、娱乐性和高品质的音响体验。

      概览

      公司

      现代汽车公司致力于提供以人为本、生态环保型技术和服务,为实现更方便、舒适和安全的汽车操作奠定基础。

      应用

      利用ADI的汽车音频总线(A2B®)技术实现基本的音频连接和信息娱乐应用功能。

      挑战

      将业界首款全数字式路噪降噪系统推向市场,确保其价格合理、复杂度降低、重量更轻,并加速实现量产。

      目标

      开发适用于整个汽车产品线的音频连接和信息娱乐应用。开发更具活力的汽车体验。

      降低噪音

      过去,为了降低车内噪音并使汽车感觉更高端,汽车制造商会在所有可能的位置(底板、整流罩等)加上隔音屏障。轻质材料诞生后,也只是增加了很多抑制作用,然后因附加重量影响燃油效率。因此,他们转向一种简单的模拟技术——主动降噪,该技术最初在20世纪50年代用于降低直升机和飞机机舱内震耳欲聋的引擎声,后来被耳机行业广泛应用。

      ANC是一种可以消除窄带噪声(不仅是抑制)的简单且出色的解决方案。类似于湖泊中的涟漪与波谷结合,ANC的作用是使声波变平或抵消声波。

      消除路噪其实并非旨在求取安静,而是为了避免噪音让驾驶员和乘客感到疲劳。

      2.3万亿
      英里(在美国的车辆行驶里程)*

      *美国运输部,2021

      主动降噪工作原理

      ANC技术的工作原理与降噪耳机相同,使用软件和元件(如DSP和麦克风)来测量和降低噪声。车内麦克风拾取引擎噪音,并将其传输至数字信号处理器(DSP),ANC算法在DSP中对其进行处理,然后通过扬声器发回反向音频信号。驾驶员和乘客难以察觉到这种破坏性干扰产生的声音,但其足以抵消引擎噪音。

      An animated image detailing how active noise canccellation works.
      ANC应用程序“监听”不需要的外部引擎噪音,然后(A)播出一个与相位相差180度的声音(B),这样,噪音还未传到您耳中就已被“消除”(C)。数字处理必须非常快才能完成这一任务。

      ANC的局限性

      ANC技术仅对可预测的恒定低频噪声有效,如引擎轰鸣的窄带噪声。*随机出现的宽带噪声(如凹坑)会渗透进来。因为ANC的信号和计算速度不足以迅速反应生成反向波。其软件和硬件很难在4 ms(4毫秒)内处理完降噪过程。这是路噪到达乘客耳中所需的时间。现代汽车正在寻求更好的解决方案。

      *这种劣势有时会成为一种优势。开车时能够听见汽车的喇叭声或消防车/救护车的警报声非常重要。由于ANC只会抵消低频连续噪音,所以这些重要的非常规高音提示会响亮而清晰地传来。

      Graphic illustrates the Hynudai tech team doing noise tests inside of the GV80 interior with a side-by-side diagram of the RANC soundwave technology .
      现代汽车技术团队在RANC测试中进行测量。

      合作参与

      现代汽车和ADI公司的长期合作关系可以追溯到十多年前。早在2012年,ADI公司就为现代汽车提供适用于其高级音频放大器的数字信号处理(DSP)技术。随后几年,此合作关系迅速发展为专注于现代汽车的路噪主动噪声控制(RANC)系统。

      RANC技术不仅信号时延低,处理速度快,而且比噪音从道路到座舱的传播速度快四倍以上。在短短2 ms(2毫秒)内,RANC对路噪进行分析并通过汽车立体声扬声器发送反向声波,在车内任何人听到噪音之前将其抵消。在测试中,RANC可将座舱噪音降低一半或3 dB(3分贝)。

      Infographic explaining how the RANC technology analyzes and inverts a noisy sound wave in 2 milliseconds.
      2 ms
      RANC分析和反转声波所需的时间

      现代汽车提出的RANC系统由四个主要元件组成:

      加速度计

      加速计位于每个轮胎附近,可以检测轮胎和悬架的振动。

      处理器

      自适应控制器的(DSP)专有算法通过扬声器传送的等幅反向声波在几毫秒内抵消振动噪声。

      麦克风

      同时,麦克风测量座舱内的声音,确保产生精确的降噪信号。

      扬声器

      座舱内的扬声器会关闭信号回路,干扰声波也会减少。因此每位乘客周围的内部区域更安静,驾驶时的听觉体验更舒适。

      2015年初,现代汽车NVH研究实验室研究员Kang-Duck Ih博士和他的团队进行了RANC应用算法研发。ADI与Ih博士和团队成员合作,为实现RANC算法推出一系列新型Griffin DSP(数字信号处理器)。在讨论RANC架构时,ADI了解到现代汽车的解决方案基于传统模拟连接,因成本高昂而无法展开部署。要在整个行业中部署汽车路噪降噪系统,需使用经济高效的低时延网络技术将所需的输入传感器高效连接到DSP。

      A2B解决方案

      A2B是一种低时延、经济高效的非屏蔽双绞线连接解决方案,可替代昂贵且笨重的点对点同轴电缆。除了通过同一根电缆提供多达32通道的音频、控制和幻象电源,A2B还能够优化菊花链网络拓扑,进一步降低线束的重量和复杂性。

      ADI公司汽车座舱连接部总经理Vlad Bulavsky表示:“我们最初与现代汽车团队合作是为了介绍ADI DSP和A2B技术及发展规划。当时现代汽车面临的挑战是RANC系统的实际可行实施方式。经过多次头脑风暴会议,我们最终提出一个实用且可部署的RANC解决方案,利用ADI的A2B、加速度计和Griffin DSP替代竞争对手为下一代现代汽车产品提供的处理器。”

      从2015年到2016年,现代汽车和ADI公司一直针对这一解决方案展开合作。2020年初,两个团队成功地在现代汽车的GV80上部署了业界首款全数字式路噪降噪技术产品。

      Image shows a Hyundai GV 80 Car traveling down freeway with city buildings in the background.
      现代汽车GV80

      A2B技术优势:更环保的汽车。更优越的特性。更出色的设计。

      A2B以菊花链顺序连接不同应用的多个远程传感器,大大减少了冗余线缆。因此,电缆线束的重量大幅减轻,而且由于电缆减少,整体设计成本和复杂度(设计、安装和维护方面)也得以降低。

      ADI公司汽车座舱体验事业部副总裁Andy McLean表示:“我们与现代汽车公司密切合作,联手打造全数字RANC系统,利用我们的A2B技术来降低设备成本、重量和设计复杂性,进而提高总体燃油效率,帮助解决电子RANC系统面临的多项挑战。ADI与现代汽车公司的合作不仅印证了A2B技术日益提高的重要性,还进一步提升了现代汽车的市场竞争力。”

      Top down Schematic diagram of car and technical references to ADI A2B sensors, cables and descriptions of each.

      Vlad Bulavsky表示:“RANC就是一个很好的应用实例,需要运用各种不同技术来实现高效的系统解决方案。ADI的DSP、A2B连接、加速度计和软件IP无缝结合,可针对极具挑战性的声学问题提供高性能、经济高效的解决方案。”

      展望未来,应用于电动汽车(EV)的RANC技术和ADI的DSP、A2B以及加速度计技术具有广阔的发展前景。电力推进系统中没有引擎噪音;因此,道路噪音会更加明显。要确保车内安静和舒适度,稳健的降噪技术在电动汽车中更为重要。

      着眼于未来

      更好的音响系统:汽车不仅仅是从A点到B点的一种交通方式,它也体现了个人的生活方式。消费者在自己车里听音乐的时间比任何其他地方都多。借助全新静音座舱的优势,现代汽车通过部署采用Quantum Logic®Surround技术的Lexicon®高级音响系统打造舞台级音响效果,针对道路环境进行优化调谐。GV80配备21个扬声器和重低音音箱,巧妙地分布在座舱的17个位置,结合1050瓦的放大功率,为每位乘客打造较完美的沉浸式聆听体验。虽然未来上班的通勤时间可能仍然很长,但ADI与现代汽车的这一合作成果,有助于驾驶员和乘客在更安全、更安静、更具娱乐性的个性化空间中放松心情。

      Image shows front view of four smiling people of difference races and genders inside interior of a car while commuting to work.

      RANC与上市时间

      20多年来,我们只是见过音频制造商成功开发和实现RANC的新闻报道,但从未投入量产。

      现代汽车和ADI公司是如何开发出可规模化生产上市的解决方案的?现代汽车和ADI公司共同快速开发RANC技术的紧迫性,是该项目最终取得成功的一个关键因素。双方的深度合作有助于建立涵盖汽车布局、装配、生产和A/S的协同效应,使产品得以快速走向市场。