比 AirPods Pro 還能打,他們怎麼讓一輛車降噪?_技術

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原標題:比 AirPods Pro 還能打,他們怎麼讓一輛車降噪?

擁有一對 AirPods Pro,成為了當下人們追求的時尚。它小巧輕便,並擁有強大的降噪能力,迅速變成飛機和高鐵上的神器。

要知道,除了飛機高鐵,人們每天駕駛汽車也在遭受噪聲的攻擊,耳機在這時就失去了它的作用。如果我們要享受安靜的車內空間,在耳機上的主動降噪技術就派上了用場。近日,現代宣稱公司研究人員已經開發出了一種更先進的車內主動降噪技術。該系統被稱作道路主動噪音控制(Road Active Noise Control),簡稱 RANC。現代聲稱,它具備更多的傳感器和計算能力,可抵禦駕駛艙內的大多數噪聲。

降低一半噪音

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目前廣泛使用的主動降噪技術(ANC)已經應用了幾年時間,其原理主要是通過降噪系統產生與外界噪音相等的反向聲波,將噪音中和,從而實現降噪的效果。在車內也是一樣的道理,系統在檢測並分析駕駛艙內聲音后,可以通過麥克風發出反向聲波,消除不想要的噪音。

但主動降噪技術也存在一定缺陷:它僅在某些情況下才有效。例如,在消除恆定或可預測的噪聲時,降噪技術才能發揮最大功效。輪胎或發動機發出的聲音到達乘員的耳朵僅需大約 0.009 秒,ANC 也無法完全抵消次聲波(頻率低於 20Hz 的聲音),這些都受限於主動降噪技術的處理能力。

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RANC 系統的主動降噪原理 | cnet

而現代的 RANC 系統可以實時分析一系列噪聲類型。消除它們后,它會精確地發出反向聲波,從而結束各類喧鬧聲音,甚至從道路上傳來的噪聲。

為此,RANC 使用了加速度傳感器,這是一組套件,可檢測車輛在道路上行駛時發出的振動。計算機會分析此信息,進行處理並從數字信號處理器(DSP)發出反向聲波。全部過程僅需 0.002 秒。現代方面表示,RANC 系統可以準確地檢測,分析和抵消影響駕駛員,前排乘客和後排乘客的噪聲,從而將整車內噪聲降低了 3 分貝,相當於車輛內部噪音的一半。

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現代稱 RANC 系統可將車內噪音減少一半 | cnet

現代汽車表示,公司花了六年的時間才準備將 RANC 版本投入批量生產。過程中,包括韓國先進科學技術研究院,WeAcom、BurnYoung 以及 Harman 的音頻專家都提供了幫助。

正在普及的降噪技術

2010 年,凱迪拉克旗下的凱雷德首次裝載了與 BOSE 合作研發的主動降噪系統,之後凱迪拉克在全系車型上推廣了這項技術。隨後,英菲尼迪、謳歌、雷克薩斯等廠商都在自家部分車型當中搭載了主動降噪技術。

凱迪拉克在全系車型上都搭載了降噪技術 | 通用汽車

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說到 Bose,這家降噪技術最出名的公司之一,也正在研發更先進的降噪技術,並將於 2021 年搭載在量產車型上。Bose 方面曾公開表示,自 2010 年以來,其汽車部門為汽車製造商(如上文的凱迪拉克)提供了引擎諧波降噪技術(EHC),可減少不良的發動機噪音。2019 年 1 月,Bose 發布了 Bose QuietComfort 主動路噪消減(RNC)技術,官方說明是這樣的:

安裝在車身上的加速度計使 Bose 算法能夠連續測量產生噪聲的振動。然後,此信息用於計算聲學消除信號,該信號通過車輛的揚聲器傳遞以降低目標噪聲。放置在駕駛艙內的麥克風監控殘留的噪聲水平,使系統能夠調整控制信號以在不同的路面上實現最佳性能。

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車內的麥克風實時輸出數字信號以保證降噪 | Bose 官網

聽起來是不是和現代說明的技術有些類似?兩種技術均通過加速度傳感器來收集噪聲,利用算法輸出信號降噪。從這種「英雄所見略同」的策略可以看出,未來一段時間內,類似於主動降噪的技術將會逐漸上車,成為標配。

過去我們提到車內「安靜」,原因是汽車製造商們花了大力氣打造汽車內部的密閉性,關於這一點,一個國際標準是 NVH,即噪聲、振動與聲振粗糙度(Noise、Vibration、Harshness)的英文縮寫。

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怎樣把車門密封性做到更好、玻璃窗應該多厚、底盤結構怎樣設置,用多少剎車片消音劑,都是車企應該考慮的事情,也是一項技術。有統計資料顯示,整車約有 1/3 的故障問題是和車輛的 NVH 問題有關係,而各大公司有近 20% 的研發費用消耗在解決車輛的 NVH 問題上。

但是,現在提到讓車內更安靜,主動降噪技術似乎可以獨當一面。利用數字信號來抵消胎噪、發動機噪和風噪,讓這件事情看起來更加簡單,只是用一項技術就能代替繁雜的工序,但對於技術的要求上,或許我們可以說,它變得更難了。

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奧迪降噪技術圖解 | 奧迪官網

車企不需要再花如此大的力氣,將所有材料都做到強密封性,大量利用隔音棉和消音劑把一輛車打造成鐵盒子,一項技術就能替代許多材料。並不是說打造成密封性較好的車輛是一件壞事,只不過主動降噪技術能夠減少對其中某些物品的需求,從而減輕車輛重量,能改善燃油經濟性。

這一點在電動汽車上尤為明顯。雖說缺少了發動機噪聲,但胎噪和風噪對於電動汽車內部仍是一項巨大的考驗,何況電動汽車已經有了足夠重量的電池。

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現代汽車表示,RANC 系統將應用到即將面世的 Genesis 車輛中。現代擁有 RANC 核心技術的專利,包括信號選擇方法和傳感器位置。當然這不是最重要的一點,不論何種方式完成車內降噪,技術的普及,形成大規模應用,對於司機和乘客都是一件大幅提升體驗的事。而在汽車成為第四空間的道路上,這項功能成為了一條強有力的證明。