车内降噪还在用物理方式?新型电子降噪更符合大趋势

在车辆行驶的过程中，车内的噪音并不是单一的某种噪音，而是多种噪音叠在一起形成的。发动机、变速器、驱动桥、传动轴、车厢、玻璃窗、轮胎、继电器、喇叭、音响等都会产生噪声。汽车噪声不但增加驾驶员和乘员的疲劳，而且影响汽车的行驶安全。主动降噪技术的发展，有助于汽车制造商打造与众不同的汽车产品，同时提高整体乘客体验。目前，传统上仅部署于顶级高端车辆中的主动降噪和路噪降噪(ANC/RNC)系统，现在也进入了主流市场。展望未来，基于音频或声学的技术将成为L4/L5级自动驾驶车辆发动机控制单元(ECU)的关键组成部分。

传统的消除车内噪声的办法是将消音材料引入车身面板和其他部分，以减少噪声带来的损害，或仅仅减少驾驶员和乘客听到的噪声。这种方法的缺点是这些材料很重，而且往往由对环境非常不利的材料制成。另外，从汽车制造商的角度来看，消音材料实际上很难安装， 因为它往往是在汽车生产之后才添加，所以相当复杂。如今，使用主动降噪技术就可以实现从简单的发动机阶次噪声消除到更先进的宽带/路噪降噪。ADI作为业界知名的高性能半导体公司，在为汽车降噪方面提供了高效、低成本信号链解决方案，本文将以该公司的相关产品及技术作为基础进行分析，提供汽车产业在产品升级上的新思路。

车内通话回声消除和降噪

大多数国家和地区都禁止开车时使用手持电话，支持蓝牙的免提装置已成为几乎所有车辆的标配设备，回声消除和降噪就是为了改善免提通话的体验。回声消除和降噪的总体目标是消除外部噪声，即从扬声器到麦克风的反馈，这些不必要的反馈环路，必须通过电子的方式予以消除。从技术角度看，可以使用下图所示的图形来说明这一点，它以循环形式显示了信号的衰减，以及麦克风从特定方向接收了多少信号。图形上的黑线是双麦克风系统的相当典型的性能。为了简单起见，在极坐标图中可以看到两个相当大的对数，这意味着我们从车内捕获了大量目标声音，同时也从其他位置捕获了很多信息和噪声。ADI有一些解决方案可以改善这种情况。

极坐标图显示了不同声音冲击角的衰减

*标准2麦克风(黑色)

*ADI 2麦克风(红色)

*ADI 3麦克风(绿色)：头顶控制台中的中央阵列捕获前排两个座椅，并侧向聚焦(推荐)

上图绿线是使用三个麦克风的示例。通过使用三个独立麦克风可以进行波束赋形，这意味着我们可以将麦克风系统的音锥指向目标说话者，实际上可以形成一个波束并获取信息，从车辆中不同的座椅位置获取声音，并且可以排除波束外说话者，即车里其他人的说话声。这是相对较新的技术，下图是来自ADI公司的示例系统，左侧显示了三麦克风阵列，它们是数字麦克风。旁边有一个处理盒，其中包含ADI的一个DSP，其间的连接采用了A2B总线。值得一提的是，这些系统也包含大量软件，ADI公司提供了一些开发工具，可以针对汽车环境实现个性化解决方案。

ADI提供回声消除和降噪的评估系统

主动降噪消除发动机噪声

主动降噪是更先进、更复杂的技术，旨在使车舱安静下来。ANC分为多个类别，其中窄带ANC的目的是让发动机安静下来，减少对车舱噪声的影响。它是消音材料的真正电子替代品。

实现一个ANC系统需要三个截然不同的领域的结合，ADI ANC系统级解决方案包括A2B总线、SHARC DSP和关键软件算法三大模块。A2B总线为OEM厂商提供经济高效、最低延迟的确定性解决方案来连接各种系统组件;SHARC DSP系列提供可扩展的处理解决方案来应对应用的低延迟挑战;ANC软件工具箱则可为客户和第三方ANC算法设计人员提供基本构建模块来实现其算法。

面对更难消除的路噪

消除路噪要困难得多，原因有多方面。首先，它更多的是一种宽带现象，而且频率不那么低，也不是周期性的，噪声可能来自不同的地方——可能是简单的轮胎噪声，也可能是悬挂系统发出的噪声，或者是路上的坑洼引起的冲击噪声。因此，从根本上讲，这是一个艰巨的挑战。虽然是更复杂的系统，但如今也同样重要，因为如果考虑电动汽车的话，与内燃机不同，电动汽车本来就更安静，这意味着路噪会成为主导性的噪声。因此，未来我们将看到更多采用路噪降噪系统的汽车，但需要相当复杂的大功率工艺，如下图所示，需要使用多个麦克风和振动传感器的自适应系统主要部署在电动汽车中。

ADI RNC系统级解决方案包括A2B、SHARC DSP、ADXL317(振动传感器)和关键软件算法(包括FxLMS)。A2B总线提供经济高效、最低延迟的确定性解决方案来连接各种系统组件;SHARC系列DSP提供可扩展的处理解决方案来应对应用的低延迟挑战;3轴加速度计ADXL317可实现与A2B的直接数字连接;RNC软件工具箱为客户和第三方RNC算法设计人员提供基本构建模块来实现其算法。

总结

车内越来越依赖语音控制和语音UI，因此音频处理对车辆将越来越重要。在音频解决方案领域拥有领导地位的ADI公司，通过系统级的结解决方案帮助汽车设备制造商通过电子的方式进行车内通讯优化和发动机噪声、路噪的降噪，对于这些非常复杂的系统，ADI 有不同类型的传感器(通常是低延迟麦克风和某种形式的加速度计)、传感器模块、可提供低延迟确定性连接路径的A2B、音频解决方案(ADSP-2156x 系列处理器专门为在汽车和消费类/专业音响应用中提供身临其境的音频和音效体验而设计)以及算法和软件。ADI提供的这些各种应用产品和开发工具，旨在帮助供应商和原始设备制造商设计、配置功能丰富的汽车娱乐和信息解决方案。