因此,高端降噪耳机中使用的主动降噪(ANC)技术被应用于数百万辆汽车。虽然ANC能够有效消除窄带发动机噪音,但对抑制轮胎产生的宽带噪音(路噪)效果甚微。为此,
行业领先的Analog Devices公司(ADI)和现代汽车公司(HKMC)联合举办了一场技术研讨会,旨在解决路噪消除问题。ADI是一家提供全方位解决方案的技术公司,以解决最棘手的工程难题而闻名。作为汽车行业的先驱,现代汽车希望打造差异化品牌,并开发能够显著降低车辆噪音的技术。
双方团队合作,开发了业内首个全数字主动滚动噪声控制(RANC)系统。挑战在于如何以实用且易于制造的方式实现RANC。2020年初,这项创新的RANC系统加速投入量产,并应用于现代汽车的旗舰车型GV80。

而这仅仅是个开始。现代汽车的愿景是打造一条通往未来的道路,远远超越降噪技术,为旗下所有车型的驾驶员和乘客提供更具沉浸感、娱乐性和高品质的音响体验。.

案例描述

目标
是提供以人为本、环保的技术和服务,为更舒适、便捷、安全的驾驶体验奠定基础。

挑战:
将业内首款全数字化道路噪声消除系统推向市场,使其价格亲民、结构更简单、重量更轻,并加快其大规模生产的应用。

应用:
利用 ADI 的汽车音频总线 (A2B®) 技术,实现您必要的音频连接和信息娱乐应用功能。

目标:
开发适用于所有车辆的音频和信息娱乐连接应用,以创造更具活力的汽车体验。

噪音

过去,汽车制造商为了降低车内噪音,提升车辆的豪华感,会在车内地板、引擎盖等所有可能的地方增加隔音屏障。即使轻质材料出现,在增加额外重量影响燃油效率之前,隔音效果也有限。因此,他们转向了一种简单的模拟技术:主动降噪(ANC)。这项技术最初于20世纪50年代用于降低直升机和飞机机舱内震耳欲聋的发动机轰鸣声,后来被耳机行业广泛应用。ANC
是一种简单而巧妙的解决方案,它消除的是窄带噪音,而不是降低噪音。就像湖面上的涟漪与凹陷交汇一样,ANC通过消除或抵消声波来达到降噪效果。
消除道路噪音与其说是追求绝对的安静,不如说是消除噪音给驾驶员和乘客带来的疲劳。

主动降噪的工作原理是什么?

主动降噪 (ANC) 技术的工作原理与降噪耳机相同,都是利用软件和数字信号处理器 (DSP) 以及麦克风等组件来测量和降低噪音。车厢内的麦克风拾取发动机噪音并将其传输到数字信号处理器 (DSP),ANC 算法在 DSP 中处理该噪音,并通过扬声器发送一个反相音频信号。这种反相干扰产生的声波对驾驶员和乘客来说是听不到的,但足以抵消发动机噪音。ANC

应用会“监听”外部发动机噪音,然后 (A) 播放一个相位差为 180 度的声音 (B),从而在噪音到达耳朵之前将其“抵消”(C)。为了实现这一点,数字处理速度必须非常快。

ANC 限值

主动降噪 (ANC) 技术仅在噪声持续、可预测且频率较低时有效,例如发动机的窄带隆隆声。* 随机的宽带噪声,例如路面坑洼,会被滤除,因为 ANC 信号和处理速度无法足够快地产生反波。其软件和硬件难以在道路噪声到达乘客耳朵所需的 4 毫秒内完成降噪处理。现代汽车一直在为其车辆寻找更好的解决方案。.

*这种缺点有时反而会成为优势。驾驶时,听到关键的声音至关重要:例如汽车喇叭声、消防车或救护车的警笛声。由于主动降噪 (ANC) 系统只能消除低频连续声,因此这些关键的、高频的、不规则的声信号却能被清晰地听到。

现代汽车技术团队正在进行 RANC 测试。

现代汽车与亚德诺半导体公司(ADI)保持着十余年的长期合作关系。自2012年起,ADI开始为现代汽车的高端音频放大器提供数字信号处理(DSP)技术。随后几年,双方的合作迅速发展,重点转向现代汽车的道路噪声主动控制系统(RANC)。RANC
的
延迟和信号处理速度不仅极快,而且比道路噪声传播到车厢的速度快四倍以上。RANC仅需2毫秒即可分析道路噪声,并通过汽车音响扬声器发送反向声波,在车内人员听到之前就将其消除。测试表明,RANC可将车厢噪声降低一半,即3分贝。


RANC分析和反转声波需要两毫秒时间


 
现代汽车提出的RANC系统由四个主要部分组成:


加速度计
:位于每个轮胎附近的加速度计可检测轮胎和悬架的振动。

处理器:
自适应驾驶系统 (ADS) 的专有算法可在几毫秒内通过扬声器发出大小相等、方向相反的声波来抵消振动噪声。

麦克风:
麦克风同时测量车厢内的声音,确保生成精确的降噪信号。

扬声器:
车厢扬声器完成信号回路并降低声波。最终效果是为每位乘客营造更安静的车内环境,并带来更舒适的驾驶体验。2015
年初,现代汽车 NVH 研究实验室的研究员 Kang-Duck Ih 博士及其团队正在研发用于 RANC 应用的算法。ADI 公司邀请 Ih 博士及其团队成员引入一种新型 Griffin DSP(数字信号处理器)来实现 RANC 算法。在探讨RANC架构时,ADI了解到,现代汽车基于传统模拟连接的解决方案成本过高且不切实际。汽车行业道路噪声消除系统的部署一直受到阻碍,原因在于缺乏一种经济高效、低延迟的网络技术,能够有效地将必要的输入传感器连接到DSP。

A2B解决方案

A2B 的推出旨在提供一种经济高效、低延迟、非屏蔽的双绞线连接解决方​​案,以取代昂贵且笨重的点对点同轴电缆。除了支持通过同一根电缆传输多达 32 个通道的音频、控制和幻象电源外,A2B 还实现了优化的菊花链网络拓扑结构,进一步降低了线束的重量和复杂性。Analog
Devices 公司车载连接总经理 Vlad Bulavsky 表示:“我们最初与现代汽车团队接洽,介绍了 ADI DSP 和 A2B 技术及发展路线图。现代汽车面临的挑战是如何实际部署其 RANC 系统。经过多次头脑风暴,我们最终利用 ADI A2B、加速度计和 Griffin DSP 开发出一种实用且可部署的 RANC 解决方案,用于替代竞争对手的处理器,以应用于现代汽车的下一代车型。”
从2015年到2016年,现代汽车和ADI公司持续合作,共同研发解决方案。2020年初,双方团队成功将业界首个全数字化道路噪音消除技术应用于现代GV80车型。

现代GV80 - 图片由现代汽车提供

A2B优势:更环保的车辆。更卓越的性能。更佳的设计。

A2B 以菊花链方式连接多个用于不同应用的远程传感器,显著减少了冗余布线。因此,线缆束的重量大幅降低,同时由于线缆数量减少,整体设计成本和复杂性(设计、安装和维护)也得以降低。.

“我们与现代汽车紧密合作,为其设计了全数字化RANC系统。该系统利用我们的A2B技术,在降低设备成本、重量和设计复杂性的同时,还提高了整体燃油效率,并帮助解决了电子RANC系统面临的诸多挑战,”ADI车载体验副总裁Andy McLean表示。“ADI与现代汽车的合作表明A2B技术的应用前景日益广阔,并进一步提升了现代汽车在当今市场上的竞争力。”.


“RANC 是一个很好的应用案例,它需要多种技术融合才能形成高效的系统解决方案,”Vlad Bulavsky 说。“ADI 的 DSP、A2B 连接、加速度计和软件 IP 无缝结合,为极具挑战性的声学问题提供了经济高效、高性能的解决方案。”

RANC和ADI的DSP、A2B和加速度计技术应用于电动汽车(EV)领域,前景十分广阔。由于电动推进系统没有发动机噪音,道路噪音就更加明显。目前,强大的降噪技术仍在研发中。

更佳的音响系统:汽车不仅仅是代步工具,更是个人生活方式的体现。消费者在车内聆听音乐的时间比其他任何地方都多。现代汽车充分利用其全新静谧的座舱,打造出舞台级音质,并针对道路环境进行了专业调校,配备了搭载 Quantum Logic® 环绕声技术的 Lexicon® 高级音响系统。该系统拥有 1050 瓦的放大功率,并巧妙地在座舱内 17 个位置布置了 21 个扬声器和低音炮,为每位乘客量身定制环绕声体验。尽管未来的通勤路程可能依然漫长,但得益于 ADI 与 现代汽车的合作,驾驶者和乘客可以在更安全、更安静、更舒适的个性化空间中放松身心。

RANC 和上市时间

二十多年来,音响系统制造商因成功开发和应用 RANC 技术而频频登上新闻头条,但从未实现大规模量产。
现代汽车和 ADI 是如何找到解决方案,将该产品推向市场并实现规模化生产的呢?该项目成功的关键因素在于现代汽车和 ADI 开发 RANC 技术的速度和紧迫性。双方的深度合作促成了从车辆设计、组装、生产到售后服务等各个环节的协同效应,从而实现了快速上市。

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