Assim, a tecnologia de cancelamento ativo de ruído (ANC), utilizada em auscultadores de alta qualidade com cancelamento de ruído, foi adotada e implementada em milhões de veículos. Embora o ANC seja eficaz no cancelamento do ruído de banda estreita do motor, tem pouco efeito na supressão do ruído de banda larga gerado pelos pneus (ruído da estrada).
Um workshop tecnológico conjunto com as líderes do setor Analog Devices, Inc. (ADI) e Hyundai Motors (HKMC) abordou o cancelamento do ruído da estrada. A ADI é uma empresa de tecnologia de soluções completas conhecida por resolver os desafios de engenharia mais complexos. A Hyundai Motors, pioneira na indústria automóvel, queria diferenciar a sua marca e desenvolver uma tecnologia que reduzisse drasticamente o ruído nos seus veículos.
As duas equipas colaboraram para implementar o primeiro sistema de controlo ativo de ruído de rolamento (RANC) totalmente digital do setor. O desafio era implementar o RANC de forma prática e facilmente fabricável. No início de 2020, o inovador sistema RANC teve a sua produção em massa acelerada e foi incorporado nos automóveis GV80, o porta-estandarte da Hyundai.
E isto é apenas o início. A Hyundai perspetiva construir um caminho para o futuro, indo muito além da tecnologia de cancelamento de ruído para oferecer uma experiência sonora mais envolvente, divertida e de alta qualidade aos condutores e passageiros de toda a sua frota de veículos.
Descrição do caso
O objetivo
é oferecer tecnologias e serviços centrados no ser humano e amigos do ambiente, que estabeleçam as bases para uma experiência de condução mais confortável, conveniente e segura.
Desafio:
Introduzir no mercado o primeiro sistema de cancelamento de ruído rodoviário totalmente digital do setor, tornando-o acessível, menos complexo e mais leve, e acelerando a sua implementação na produção em massa.
Aplicação:
Tire partido da tecnologia Automotive Audio Bus (A2B®) da ADI para obter conectividade áudio essencial e funcionalidades de aplicações de infoentretenimento.
Objectivo:
Desenvolver aplicações de conectividade áudio e infoentretenimento para toda a frota de veículos. Criar uma experiência automóvel mais dinâmica.
Reduzir o ruído
No passado, os fabricantes de automóveis que desejavam reduzir o ruído no habitáculo e conferir maior luxo aos seus veículos acrescentavam barreiras de isolamento acústico — no piso, no capô — onde quer que fosse possível. Mesmo com o advento dos materiais leves, o amortecimento adicional era limitado, uma vez que o peso extra acabava por afetar o consumo de combustível. Assim, recorreram a uma tecnologia analógica simples: o cancelamento ativo de ruído (ANC), utilizado pela primeira vez na década de 1950 para reduzir o rugido ensurdecedor dos motores nas cabines de helicópteros e aviões, e posteriormente popularizado pela indústria dos auscultadores.
O ANC é uma solução simples e elegante para cancelar os ruídos de banda estreita, em vez de apenas os atenuar. Como uma ondulação num lago que se combina com uma depressão, o ANC atua para achatar ou cancelar uma onda sonora.
Eliminar o ruído da estrada não se trata tanto de silêncio, mas sim de eliminar a fadiga que o ruído causa ao condutor e aos passageiros.
Como funciona o cancelamento ativo de ruído?
A tecnologia ANC funciona com o mesmo princípio dos auscultadores com cancelamento de ruído, utilizando software e componentes como DSPs e microfones para medir e reduzir o ruído. Os microfones no habitáculo do veículo captam o ruído do motor e transmitem-no ao processador de sinal digital (DSP), onde o algoritmo ANC o processa e envia um sinal de áudio invertido através dos altifalantes. Conhecido como interferência destrutiva, o som gerado é impercetível para o condutor e para os passageiros, mas suficiente para cancelar o ruído do motor.
A aplicação ANC "escuta" o ruído exterior indesejado do motor e, em seguida, (A) reproduz um som que está desfasado de 180 graus (B), de modo a que o ruído seja "cancelado" (C) antes de chegar ao ouvido. Para o conseguir, o processamento digital precisa de ser muito rápido.
Limites ANC
A tecnologia ANC só é eficaz quando o ruído é constante, previsível e de baixa frequência, como o ronco estreito de um motor. * Os ruídos aleatórios de banda larga, como os buracos na estrada, são filtrados porque o sinal e a velocidade de processamento do ANC não conseguem reagir com a rapidez suficiente para gerar uma onda contrária. O seu software e hardware têm dificuldade em processar o cancelamento nos 4 ms (4 milissegundos) que o ruído da estrada demora a chegar aos ouvidos do passageiro. A Hyundai procurava uma solução melhor para os seus veículos.
*Esta desvantagem pode, por vezes, tornar-se uma vantagem. Ao conduzir, é essencial ouvir sons importantes: a buzina de um carro ou a sirene de um camião de bombeiros ou de uma ambulância. Como o ANC apenas cancela sons contínuos de baixa frequência, estes sinais acústicos críticos, de frequência mais elevada e irregulares, são ouvidos com clareza.
Equipa técnica da Hyundai a realizar medições em testes RANC.
A Hyundai e a Analog Devices, Inc. (ADI) mantêm uma parceria de longa data, há mais de uma década. A partir de 2012, a ADI forneceu à Hyundai tecnologia de processamento de sinal digital (DSP) para os seus amplificadores de áudio premium. Nos anos seguintes, a parceria evoluiu rapidamente, focando-se no Controlo Ativo do Ruído da Estrada (RANC) da Hyundai.
RANC
não são apenas rápidos, mas mais de quatro vezes mais rápidos do que a velocidade de propagação do ruído da estrada para a cabine. Em apenas 2 ms (2 milissegundos), o RANC analisa o ruído da estrada e envia uma onda sonora invertida através dos altifalantes do sistema de som do automóvel, atenuando o ruído antes que qualquer pessoa dentro da cabine o possa ouvir. Em testes, o RANC reduziu o ruído na cabine para metade, ou 3 dB (três decibéis).
Dois milissegundos é o tempo que o RANC demora a analisar e inverter a onda sonora
O sistema RANC proposto pela Hyundai era constituído por quatro componentes principais:
Acelerómetro
: Os acelerómetros, localizados junto a cada pneu, detetam vibrações provenientes dos pneus e da suspensão.
Processador:
O algoritmo proprietário do Adaptive Driver (ADS) contraria o ruído de vibração em milissegundos com uma onda sonora igual e oposta transmitida pelos altifalantes.
Microfones:
Simultaneamente, os microfones medem o som na cabine e garantem a geração de um sinal de redução de ruído preciso.
Altifalantes:
Os altifalantes da cabine completam o circuito de sinal e reduzem a onda sonora. O resultado é uma zona interior mais silenciosa em torno de cada passageiro e uma experiência de condução visivelmente mais confortável.
No início de 2015, o Dr. Kang-Duck Ih, investigador do Laboratório de Investigação NVH da Hyundai, e a sua equipa estavam a realizar investigação e desenvolvimento de algoritmos para as suas aplicações RANC. A ADI contratou o Dr. Ih e a sua equipa para introduzir uma nova família de DSPs (processadores de sinal digital) Griffin para implementar o algoritmo RANC. Ao discutir a arquitetura RANC, a ADI descobriu que a solução da Hyundai, baseada na conectividade analógica tradicional, era proibitivamente cara e impraticável. A implementação de sistemas de cancelamento de ruído rodoviário na indústria automóvel tem sido dificultada pela falta de uma tecnologia de rede de baixo custo e baixa latência que ligue eficientemente os sensores de entrada necessários ao DSP.
A solução A2B
A tecnologia A2B foi introduzida como uma solução de conectividade de par entrançado não blindado, de baixo custo e baixa latência, para substituir os cabos coaxiais ponto a ponto, dispendiosos e volumosos. Além de suportar até 32 canais de áudio, controlo e alimentação phantom no mesmo cabo, o A2B também possibilitou uma topologia de rede em cadeia otimizada, reduzindo ainda mais o peso e a complexidade do chicote de fios.
Vlad Bulavsky, Director Geral de Conectividade Automóvel da Analog Devices Inc., afirmou: “Inicialmente, contactámos a equipa da Hyundai para apresentar as tecnologias e os planos de desenvolvimento do DSP e do A2B da ADI. O desafio da Hyundai era a implementação prática do seu sistema RANC. Após várias sessões de brainstorming, conseguimos chegar a uma solução RANC prática e implementável, utilizando o A2B da ADI, acelerómetros e o DSP Griffin, para substituir o processador de um concorrente nos veículos da próxima geração da Hyundai.”
A Hyundai e a ADI reuniram-se continuamente de 2015 a 2016 para colaborar no desenvolvimento da solução. As duas equipas implementaram com sucesso a primeira tecnologia de cancelamento de ruído rodoviário totalmente digital do setor no Hyundai GV80 no início de 2020.
Hyundai GV80 - Imagem cedida pela Hyundai.
Vantagem A2B: Veículos mais ecológicos. Recursos superiores. Designs melhores
O sistema A2B liga vários sensores remotos para diferentes aplicações numa sequência em cadeia, reduzindo significativamente a redundância de cabos. Como resultado, o peso do feixe de cabos diminui drasticamente, enquanto os custos e a complexidade global do projeto (projeto, instalação e manutenção) são reduzidos devido ao menor número de cabos.
“Trabalhamos em estreita colaboração com a Hyundai para conceber o seu sistema RANC totalmente digital, que utiliza a nossa tecnologia A2B para reduzir os custos de equipamento, o peso e a complexidade do design, além de melhorar a eficiência global do combustível e ajudar a resolver vários desafios do sistema RANC eletrónico”, afirmou Andy McLean, Vice-Presidente de Experiência no Veículo da Analog Devices. “O trabalho da ADI com a Hyundai demonstra a crescente viabilidade da tecnologia A2B e diferencia ainda mais os veículos Hyundai no mercado atual.”.
“O RANC é um ótimo exemplo de aplicação em que são necessárias diferentes tecnologias para formar uma solução de sistema eficiente”, afirma Vlad Bulavsky. “O DSP da ADI, a conectividade A2B, os acelerómetros e a propriedade intelectual de software combinam-se perfeitamente para oferecer uma solução de alto desempenho e baixo custo para um problema acústico bastante complexo.”
O futuro é muito promissor para as tecnologias DSP, A2B e de acelerómetros da RANC e da ADI aplicadas a veículos elétricos (VEs). Nos sistemas de propulsão elétrica, não há ruído do motor, pelo que o ruído da estrada é mais percetível. Tecnologias robustas de cancelamento de ruído ainda estão em desenvolvimento
Sistemas de Som melhorados: Um automóvel é mais do que apenas um meio de transporte do ponto A ao ponto B. É um reflexo do estilo de vida pessoal. Os consumidores passam mais tempo a ouvir música nos seus carros do que em qualquer outro lugar. Aproveitando o novo habitáculo silencioso, a Hyundai desenvolveu um som com qualidade de palco, afinado com mestria para a estrada, com o seu sistema de áudio premium Lexicon® com Quantum Logic® Surround. Combinando 1.050 watts de potência amplificada com 21 altifalantes e subwoofers estrategicamente posicionados em 17 pontos do habitáculo, o GV80 cria uma experiência de som surround perfeitamente adaptada a cada passageiro. Embora as deslocações diárias possam ainda ser longas, os condutores e passageiros poderão relaxar num espaço personalizado mais seguro, silencioso e divertido, graças à colaboração entre a ADI e a Hyundai.
RANC e tempo de lançamento no mercado
Há mais de 20 anos que os fabricantes de sistemas de áudio são notícia pelo desenvolvimento e implementação bem-sucedidos do RANC, mas nunca pela sua produção em massa.
Como é que a Hyundai Motors e a ADI desenvolveram uma solução para levar o produto ao mercado com uma produção escalável? Um fator chave para o sucesso do programa é a rapidez e a urgência com que a Hyundai Motors e a ADI desenvolveram a tecnologia RANC. A profunda colaboração entre elas ajudou a criar sinergias que abrangem o design do veículo, a montagem, a produção e o serviço pós-venda, permitindo um rápido lançamento no mercado.
