在車(chē)輛行駛的過(guò)程中，車(chē)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(dòng)機(jī)、變速器、驅(qū)動(dòng)橋、傳動(dòng)軸、車(chē)廂、玻璃窗、輪胎、繼電器、喇叭、音響等都會(huì)產(chǎn)生噪聲。汽車(chē)噪聲不但增加駕駛員和乘員的疲勞，而且影響汽車(chē)的行駛安全。主動(dòng)降噪技術(shù)的發(fā)展，有助于汽車(chē)制造商打造與眾不同的汽車(chē)產(chǎn)品，同時(shí)提高整體乘客體驗(yàn)。目前，傳統(tǒng)上僅部署于頂級(jí)高端車(chē)輛中的主動(dòng)降噪和路噪降噪(ANC/RNC)系統(tǒng)，現(xiàn)在也進(jìn)入了主流市場(chǎng)。展望未來(lái)，基于音頻或聲學(xué)的技術(shù)將成為L(zhǎng)4/L5級(jí)自動(dòng)駕駛車(chē)輛發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)的關(guān)鍵組成部分。

傳統(tǒng)的消除車(chē)內(nèi)噪聲的辦法是將消音材料引入車(chē)身面板和其他部分，以減少噪聲帶來(lái)的損害，或僅僅減少駕駛員和乘客聽(tīng)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(duì)環(huán)境非常不利的材料制成。另外，從汽車(chē)制造商的角度來(lái)看，消音材料實(shí)際上很難安裝， 因?yàn)樗窃谄?chē)生產(chǎn)之后才添加，所以相當(dāng)復(fù)雜。如今，使用主動(dòng)降噪技術(shù)就可以實(shí)現(xiàn)從簡(jiǎn)單的發(fā)動(dòng)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(chē)降噪方面提供了高效、低成本信號(hào)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(chē)產(chǎn)業(yè)在產(chǎn)品升級(jí)上的新思路。

車(chē)內(nèi)通話(huà)回聲消除和降噪

大多數(shù)國(guó)家和地區(qū)都禁止開(kāi)車(chē)時(shí)使用手持電話(huà)，支持藍(lán)牙的免提裝置已成為幾乎所有車(chē)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(huà)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(guò)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(lái)說(shuō)明這一點(diǎn)，它以循環(huán)形式顯示了信號(hào)的衰減，以及麥克風(fēng)從特定方向接收了多少信號(hào)。圖形上的黑線(xiàn)是雙麥克風(fēng)系統(tǒng)的相當(dāng)?shù)湫偷男阅?。為了?jiǎn)單起見(jiàn)，在極坐標(biāo)圖中可以看到兩個(gè)相當(dāng)大的對(duì)數(shù)，這意味著我們從車(chē)內(nèi)捕獲了大量目標(biāo)聲音，同時(shí)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(tái)中的中央陣列捕獲前排兩個(gè)座椅，并側(cè)向聚焦(推薦)

上圖綠線(xiàn)是使用三個(gè)麥克風(fēng)的示例。通過(guò)使用三個(gè)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(shuō)話(huà)者，實(shí)際上可以形成一個(gè)波束并獲取信息，從車(chē)輛中不同的座椅位置獲取聲音，并且可以排除波束外說(shuō)話(huà)者，即車(chē)?yán)锲渌说恼f(shuō)話(huà)聲。這是相對(duì)較新的技術(shù)，下圖是來(lái)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(gè)處理盒，其中包含ADI的一個(gè)DSP，其間的連接采用了A2B總線(xiàn)。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(kāi)發(fā)工具，可以針對(duì)汽車(chē)環(huán)境實(shí)現(xiàn)個(gè)性化解決方案。

ADI提供回聲消除和降噪的評(píng)估系統(tǒng)

主動(dòng)降噪消除發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲

主動(dòng)降噪是更先進(jìn)、更復(fù)雜的技術(shù)，旨在使車(chē)艙安靜下來(lái)。ANC分為多個(gè)類(lèi)別，其中窄帶ANC的目的是讓發(fā)動(dòng)機(jī)安靜下來(lái)，減少對(duì)車(chē)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(gè)ANC系統(tǒng)需要三個(gè)截然不同的領(lǐng)域的結(jié)合，ADI ANC系統(tǒng)級(jí)解決方案包括A2B總線(xiàn)、SHARC DSP和關(guān)鍵軟件算法三大模塊。A2B總線(xiàn)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(lái)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(lái)應(yīng)對(duì)應(yīng)用的低延遲挑戰(zhàn);ANC軟件工具箱則可為客戶(hù)和第三方ANC算法設(shè)計(jì)人員提供基本構(gòu)建模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)其算法。

面對(duì)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(lái)自不同的地方——可能是簡(jiǎn)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(gè)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(dòng)汽車(chē)的話(huà)，與內(nèi)燃機(jī)不同，電動(dòng)汽車(chē)本來(lái)就更安靜，這意味著路噪會(huì)成為主導(dǎo)性的噪聲。因此，未來(lái)我們將看到更多采用路噪降噪系統(tǒng)的汽車(chē)，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(gè)麥克風(fēng)和振動(dòng)傳感器的自適應(yīng)系統(tǒng)主要部署在電動(dòng)汽車(chē)中。

ADI RNC系統(tǒng)級(jí)解決方案包括A2B、SHARC DSP、ADXL317(振動(dòng)傳感器)和關(guān)鍵軟件算法(包括FxLMS)。A2B總線(xiàn)提供經(jīng)濟(jì)高效、最低延遲的確定性解決方案來(lái)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(lái)應(yīng)對(duì)應(yīng)用的低延遲挑戰(zhàn);3軸加速度計(jì)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(hù)和第三方RNC算法設(shè)計(jì)人員提供基本構(gòu)建模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)其算法。

總結(jié)

車(chē)內(nèi)越來(lái)越依賴(lài)語(yǔ)音控制和語(yǔ)音UI，因此音頻處理對(duì)車(chē)輛將越來(lái)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(guò)系統(tǒng)級(jí)的結(jié)解決方案幫助汽車(chē)設(shè)備制造商通過(guò)電子的方式進(jìn)行車(chē)內(nèi)通訊優(yōu)化和發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲、路噪的降噪，對(duì)于這些非常復(fù)雜的系統(tǒng)，ADI 有不同類(lèi)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(jì))、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(zhuān)門(mén)為在汽車(chē)和消費(fèi)類(lèi)/專(zhuān)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(jì))以及算法和軟件。ADI提供的這些各種應(yīng)用產(chǎn)品和開(kāi)發(fā)工具，旨在幫助供應(yīng)商和原始設(shè)備制造商設(shè)計(jì)、配置功能豐富的汽車(chē)娛樂(lè)和信息解決方案。