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主动降噪在耳机应用中大火之后,汽车座舱降噪操纵再下一城

作者:时间:2020-04-22来源:汽车电子应用收藏

过去一年,耳机成为真无线耳机(TWS)外很火的产品功能概念,降噪功能一开世界瞬间静下来的体验让市场增长迅速。想要“静静”的,不仅仅有耳机,实际上功能最近几年在很多领域获得应用,而汽车则可能是继耳机之后最重要的应用领域。

本文引用地址:/article/202004/412267.htm

前不久,ADI宣布与现代汽车公司合作推出业界首个全数字路噪降噪系统,该全数字路噪降噪系统采纳了ADI汽车音频总线(A2B)技术,这个有史以来第一个降噪系统,能大幅度降低车厢内的噪音。

突破被动噪声隔离,给汽车清静空间

一直以来,噪声都是人类最重要的一种环境污染,在一些场合甚至会影响到生命安全。利用噪声隔离是人类一直采纳的被动降噪方法,近代人类在很多领域做出了大量的尝试,降噪性能的表现成为很多相关产品实现竞争差异化的主要特性。而主动降噪随着在耳机上的成功应用获得广泛的关注。道路噪声主动噪声操纵技术的原理与耳机主动噪声操纵(ANC)技术一样,该技术通过发出与入射噪声相反的声波来主动降低噪声。ANC 是一种软件驱动的技术,可以分析机舱内的声音,以减少引擎和道路的噪音。

而被动式方法则是通过隔音来阻止噪音。现有的隔音方法涉及隔音和动态阻尼器,这不仅增加了重量,而且也无法完全阻挡嗡嗡声的次声。相比之下,主动噪声消除利用麦克风和操纵器之类轻得多的部件来操纵噪声并更有效地减少次声。以现代汽车公司的全数字路噪降噪系统为例,该系统可以实时分析各种噪声,可以处理包括轮胎和车轮之间的共振声,或者来自路面的轰隆声等多种不同的道路噪声,通过实时分析这些各种噪声并生成反相声波,能够大幅降低车辆座舱内的噪声

基于A2B技术的主动降噪,总线延迟性能很关键

主动降噪功能的原理是很简单的,但实际应用中却并不简单。以汽车主动降噪为例,由于噪声测量和分析技术的局限性,现有的主动降噪仅在噪声恒定且可预测噪声发生时才能使用,过去常见的汽车主动降噪技术最常用于抵消恒定的发动机噪音。考虑到道路或发动机噪音到达乘客只需要大约 0.009 秒,因此当前技术是鞭长莫及。

公开的资料显示,作为一项创新的汽车音频总线,A2B支持串联拓扑,即单个主机最多连接10个菊花链形式的从机。A2B针对音频应用进行优化,速度为50Mbps,非常适合数字麦克风。而非常重要的是,A2B可以保证延时最多2个时钟周期,为ANC/RNC这样的延时敏感型应用提供时间确定性。而正是在50Mbps下的两个时钟周期时延,为0.009秒的声音传播条件下的噪声消除制造了必要条件。

在ADI与现代汽车合作推出的全数字路噪降噪系统的新闻稿中,ADI公司的A2B低延迟特性被多次提到。全数字路噪降噪系统使用加速度传感器计算从道路到汽车的振动,操纵计算机分析道路噪音。从媒体公开的数据显示,由于其计算和信号传输速度得到了优化,因此仅需 0.002 秒即可分析噪声并产生由数字信号处理器(DSP)产生的反向声波。麦克风不断监视道路噪音消除状态,并将信息发送到DSP。全数字路噪降噪系统能够进行准确的噪声分析和快速计算,以分别消除驾驶员座椅,乘客座椅和后排座椅的道路噪声。

据了解,通过首创的 全数字路噪降噪系统技术,现代汽车集团能够大大提高机舱内的安静度。新系统可以实时分析各种类型的噪声并产生倒转的声波。例如,新技术可以处理不同类型的道路噪音,例如轮胎和车轮之间产生的共鸣声或道路上发出的隆隆声。由于有了这一成就,与以前相比,现代可以使用更少的隔音部件和减震器来减少车辆的簧下重量。

值得一提的是,汽车应用的另一个重要问题是电磁兼容性(EMC/EMI),A2B通过了最严格的汽车EMC和EMI测试(仅使用双线UTP电缆)。在汽车路噪降噪应用中,要求加速度计和麦克风分布在汽车内部周围,使用传统模拟链路的成本非常高昂,因为需要额外部署电路(模数转换器)、电缆和连接器,A2B技术采纳新型音频源和传感器,简化了这个架构。

不止于降噪,创新总线的汽车驾驶舱音频全局应用

报道中还指出,现代汽车公司还计划在其汽车产品的基础音频连接和信息娱乐系统中更广泛地采纳ADI的A2B技术。事实上,降噪应用仅仅是A2B的低延迟优势的一个衍生应用,而其作为音频总线技术更多的是要解决全车的音频连接。 

传统的汽车音频线缆与被A2B技术简化过的车内音频系统线缆

汽车音频系统的电缆在总电缆重量中占了很大比重,这是因为模拟线路要求从音频源到端(扬声器)都采纳价格高昂的屏蔽电缆。此外,主动降噪(ANC)和路噪降噪(RNC)系统需要在车内安装多个麦克风,这为音频网络增加了许多输入节点。A2B支持串联拓扑,即单个主机最多连接10个菊花链形式的从机。A2B针对音频应用进行优化,速度为50Mbps。通过使用非屏蔽双绞线(UTP),大幅简化连接,线束的总重量减少高达75%。节点之间的距离可达15米,最大网络长度为40米。同样的UTP传输电源(幻象供电)最高可达300mA,非常适合数字麦克风。此外,若在主节点提供的供电功率分配不足时,可以由本地电源为从机节点供电。总线支持双向通信,主机至从机、从机至主机,最多可32个通道下行和上行(12、16、24位)。

本文小结

随着内燃机汽车的逐步淘汰,机舱内的安静变得越来越重要。车辆内部噪声主要来自三个来源:车辆动力总成噪声,道路噪声和风噪声。电动和燃料电池电动汽车几乎没有动力总成噪声,因此抑制道路和风噪声变得势在必行。利用全数字路噪降噪系统可以显着降低道路噪音,并为未来的电动和燃料电池电动汽车制造宁静的车厢。 



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