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從產(chǎn)品方案中如何處理汽車駕駛艙中“欲拒還迎”的噪聲?
發(fā)布時間:2020-12-04 來源:ADI 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】聲音廣泛存在于自然界,是人類最原始的信息交流方式,也是人類從自然界獲取信息最基本的渠道。然而當(dāng)越來越多的人為制造的聲音存在于現(xiàn)代人的空間中時,“噪聲”就成為越來越嚴(yán)重的社會問題,克服噪聲對人類的影響已經(jīng)成為一個重要的商業(yè)市場,在很多細(xì)分領(lǐng)域也逐漸成為很多產(chǎn)品差異化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵,而現(xiàn)代汽車制造商就與噪聲較上了勁。噪聲對于當(dāng)代的汽車制造商而言,絕不能一避了之,有說不完的欲拒還迎的技術(shù)門道。
What?主動增加噪聲?對電動汽車可以有!
生活中很多事情也總是可以從相反的兩面去看,給我們生活造成不少干擾的噪聲,一樣也有正反兩面的意義。噪聲成為現(xiàn)代城市人的健康殺手之一,而有時候,噪聲也是人們的“朋友”——日益受歡迎的電動汽車幾乎沒有發(fā)動機(jī)的噪聲,在路面上行駛時很難被行人察覺,從而增加了不少安全隱患。為此,越來越多的整車廠人為增加模擬的發(fā)動機(jī)聲音,實(shí)現(xiàn)行人安全提醒。
ADI公司就推出了一款嵌入式系統(tǒng),用于為電動(EV)和混合動力汽車(HEV)產(chǎn)生發(fā)動機(jī)聲音。通過采用ADSP-BF706數(shù)字信號處理器和電動汽車警示音系統(tǒng)(EVWSS)固件,汽車制造商能夠滿足電動和混合動力汽車低速行駛時對外部發(fā)動機(jī)聲音的未來安全規(guī)范要求。事實(shí)上,不僅外部行人需要發(fā)動機(jī)噪聲來起到警示效果,通過在駕駛艙產(chǎn)生適當(dāng)?shù)陌l(fā)動機(jī)噪聲也有助于改善車主的駕駛體驗(yàn)。
ADI解決方案包含完整的硬件和固件參考設(shè)計(jì)。利用ADSP-BF706或 ADAU1450 數(shù)字音頻處理器擴(kuò)展后,分別可用于高性能應(yīng)用或入門級應(yīng)用。ADSP-BF706采用存儲器映射四通道SPI存儲器,能夠更快速、更便捷地訪問存儲的用于產(chǎn)生發(fā)動機(jī)聲音的音頻文件。它最多可以同時訪問24個WAV文件,而傳統(tǒng)產(chǎn)品一般只能訪問五個。
抑制噪聲提高駕乘體驗(yàn),駕駛艙路噪消除不簡單
過去兩年,主動降噪功能成為耳機(jī)產(chǎn)品熱賣助推器,降噪功能一開世界瞬間靜下來的體驗(yàn)讓消費(fèi)者樂得掏腰包。而對于“移動的家”,汽車駕乘體驗(yàn)就飽受噪聲影響,噪聲體驗(yàn)成為新車購買決策的影響因素之一。近年來隨著ANC(主動降噪)技術(shù)的成熟,主動降噪功能近兩年獲得汽車廠商的關(guān)注。
前不久,ADI公司宣布與現(xiàn)代汽車公司合作推出業(yè)界首個全數(shù)字路噪降噪系統(tǒng)。無獨(dú)有偶,在媒體的公開報道中,BOSE也推出了這項(xiàng)汽車“黑科技”——降低胎噪的主動降噪技術(shù)。有意思的是,披露出來的信息顯示,這兩個業(yè)界知名企業(yè)的相關(guān)設(shè)計(jì)中都采用了ADI汽車音頻總線(A2B)技術(shù)。
降噪的原理很簡單:空氣傳播的聲音都是震動的波,有波峰和波谷,那么只要偵測到波峰波谷,主動的發(fā)出與波峰波谷相反的聲音,就可以做到正負(fù)抵消掉聲音的波。然而,汽車降噪方案中音頻處理并非關(guān)鍵,因?yàn)槎鷻C(jī)的降噪方法不能直接推廣到汽車上。與耳機(jī)的聲學(xué)模型不同,人在車中坐、聲從路上來,汽車路噪降噪需要對外部噪聲采樣,對部署于汽車底盤或輪轂上的振動傳感器或麥克風(fēng)采集機(jī)的數(shù)據(jù)處理和延遲提出了挑戰(zhàn),如果傳輸延遲長、處理速度慢,就“悲劇”了——沒等降噪聲波抵達(dá)產(chǎn)生抵消的效果,噪聲聲波已經(jīng)進(jìn)入乘客耳膜了??紤]到道路或發(fā)動機(jī)噪音到達(dá)乘客只需要大約 0.009 秒,當(dāng)前汽車總線傳輸技術(shù)有點(diǎn)鞭長莫及。
由于A2B針對音頻應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化,速度為50Mbps,非常適合數(shù)字麥克風(fēng)。而非常重要的是,A2B可以保證延時最多2個時鐘周期,從而為ANC/RNC這樣的延時敏感型應(yīng)用提供了時間確定性。A2B技術(shù)提供的超低確定性延遲特性,A2B技術(shù)提供同步數(shù)據(jù)交換,保證最大延遲低于50 µs,為0.009秒的聲音傳播條件下的噪聲消除創(chuàng)造了必要條件。從媒體公開的現(xiàn)代汽車的相關(guān)數(shù)據(jù)顯示,由于其計(jì)算和信號傳輸速度得到了優(yōu)化,僅需 0.002 秒即可分析噪聲并產(chǎn)生由數(shù)字信號處理器產(chǎn)生的反向聲波。傳感器不斷監(jiān)視道路噪音狀態(tài),并將信息發(fā)送到數(shù)字信號處理器。全數(shù)字路噪降噪系統(tǒng)能夠進(jìn)行準(zhǔn)確的噪聲分析和快速計(jì)算,確保及時消除駕駛員、乘客和后排各個座椅位置的道路噪聲。
本文小結(jié)
有意思的是,上面提到的兩個與噪聲的解決方案核心芯片均不是“為噪聲而生”,ADI公司的ADSP-BF706或 ADAU1450 數(shù)字音頻處理器其實(shí)早被廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)的音頻系統(tǒng)中了。兩年前在傳統(tǒng)音頻方案中通過增加數(shù)字信號處理器和電動汽車警示音系統(tǒng)(EVWSS)固件,采用ADI公司的 Sigma Studio集成開發(fā)環(huán)境 (IDE),OEM可在使用ADAU1450時靈活調(diào)整聲音。因此,方案現(xiàn)成而簡單,即便編程經(jīng)驗(yàn)極少的音響師也能夠優(yōu)化音頻性能,縮短開發(fā)時間。
ADI公司的A2B總線系列產(chǎn)品的初衷則是為消減"復(fù)雜度、重量,以及附加成本而設(shè)計(jì)的。而A2B技術(shù)提供同步數(shù)據(jù)交換,保證最大延遲低于50 µs的特點(diǎn),在汽車降噪延遲特性要求嚴(yán)格的路噪降噪應(yīng)用中獲得新的應(yīng)用“發(fā)掘”。同樣的特性,A2B也在遠(yuǎn)程會議系統(tǒng)獲得應(yīng)用,利用A2B技術(shù)提供的超低確定性延遲特性,所涉及的麥克風(fēng)數(shù)量、可用的處理能力和系統(tǒng)中的延遲都會影響波束成形實(shí)現(xiàn)的有效性。A2B總線確定的延遲特性為路噪主動降噪提供了可能,也為汽車減少被動降噪的成本提供了空間,為提高駕乘體驗(yàn)提供了新的思路。
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