汽车音响的软件化转型及探索

JD Power 市场研究公司对美国车主进行年度调查，以解决最常见的投诉。调查结果提供了一个窗口，可以了解预期与绩效之间存在的差距。2014年的调查将语音识别系统的问题列为迄今为止美国车主提出的头号问题。其他常见的抱怨与蓝牙连接困难和风噪声过大有关。

在2017年的调查中，人们预计这些问题中的大部分都会得到解决。有趣的是，与语音识别系统、蓝牙连接以及道路和风噪声相关的投诉仍然是最突出的！事实上，根据这项研究，“音频/通信/娱乐/导航类别仍然是问题最多的领域，占报告的所有问题的22%，高于去年的20%。” 显然，还有更多工作要做。

很明显，解决其中许多问题的传统方法已经不足。例如，添加更多被动阻尼材料以最大限度地减少外部风/道路噪音并使内部机舱更安静的传统方法只能起到这么多的作用。此外，除了增加成本之外，被动阻尼还会增加重量，这对车辆的燃油经济性产生负面影响。汽车制造商正在转向技术，尤其是智能软件驱动的解决方案来解决这些问题。让我们看一下噪声消除的示例，以及基于软件的主动方法如何提供答案。

在车内传输音频

尽管声学长期以来一直是汽车设计的关键考虑因素，但有趣的是，对车内体验的大多数改进都集中在整体车载信息娱乐 （IVI） 应用上。根据传统观点，任何能带来更好的 IVI 体验的东西也被认为对音频来说足够好。这是有道理的，因为音频和视频通常是齐头并进的。

然而，以声学为中心的应用的出现，如主动降噪 （ANC）、发动机声音增强 （ESE）、车辆警报系统 （AVAS） 和其他技术，最近促使设计人员更仔细地研究音频技术它自己的。

但首先要做的是：启用这些新音频应用的一个基本组件是底层总线技术。从被动到基于软件的方法的转变需要先进的总线基础设施来有效传输音频数据。Analog Devices 开发的汽车音频总线 （A2B） 相对较新，更重要的是，它是唯一专用于音频的总线。

A2B：通过轻型电缆传输的数字音频

A2B 为汽车制造商提供了一种经济高效的方式，可通过同一根轻型非屏蔽双绞线 （UTP） 电缆提供多通道数字音频、控制数据和电源。A2B 系统的电缆和组装成本最高可比模拟替代方案低 75 倍，而且更轻的重量还可以降低二氧化碳排放量。A2B 还包括系统级诊断和符合汽车电磁兼容性 （EMC）、电磁干扰 （EMI） 和静电放电 （ESD） 标准。A2B 具有确定性、低延迟性能 （50 µs） 和 50 Mbps 带宽，非常适合高质量音频和其他应用，包括信息娱乐和降噪。

基于 A2B 的连接提供了许多好处，特别是相对于仍在路上的绝大多数车辆中使用的传统的基于模拟的网络。由于幻象电源和支持节点菊花链的单主/多从线拓扑结构，A2B 系统无需本地组件电源和控制处理器来管理软件开销。因此，A2B 提供了一种简单有效的方式，以可扩展的菊花链将主机连接到车辆周围的扬声器和放大器阵列，这比实现具有许多独立、点的高端音响系统要简单得多。点连接。

与往常一样，新兴技术的普及取决于早期采用者和其他生态系统参与者的接受程度，也可以通过其来衡量。有几个 A2B 行业采用和生态系统增长的例子，最引人注目的是福特在 2016 年 1 月宣布将使用 A2B 作为其主要的信息娱乐网络技术。几个月前，德国通信技术公司 Peiker（自被法雷奥收购后）宣布推出新的 A2B 数字麦克风，内置收发器，支持车内通信和噪音消除。而且，从生态系统的角度来看，西门子旗下的 Mentor 是首批提供关键 A2B 测试支持的独立工具供应商之一，

利用主动降噪

与使用物理降噪材料的被动降噪不同，主动降噪是使用 DSP 技术实现的。主动降噪背后的想法非常简单——精心放置的麦克风拾取外部噪声，然后对其进行处理，并生成 180 度异相抗噪声信号以消除不良噪声。一些车型已经可以使用主动降噪功能，尽管它通常针对周期性的低频发动机噪音。尽管每台发动机都是独一无二的，但噪音行为是可预测的，并且通常取决于发动机的性能 （RPM）。因此，可以相当确定地对发动机噪声进行建模，然后进行后续处理。

但发动机噪音只是整体情况的一部分。第二个更棘手的噪声源来自道路——本质上是宽带，不可预测，几乎不可能建模。与发动机噪音不同，道路噪音也随着路面的变化而变化。目前可用的大多数噪音消除解决方案仅处理发动机噪音，无法处理道路噪音。随着电动汽车 （EV） 的出现，解决道路噪音问题变得更加重要，电动汽车以电动机代替汽油发动机。尽管电动汽车不会产生发动机噪音，但仍然必须解决道路噪音和风噪音问题。

尽管从根本上消除道路噪音的前提与消除发动机噪音的前提相同，但挑战的复杂性需要额外的组件来实时可靠地跟踪和消除噪音。精心布置的加速度计、麦克风和扬声器组合在一起工作，以获取道路振动，处理产生的声音，然后产生针对汽车乘员的所需抗噪声。专有的高性能算法可确保快速收敛，从而快速适应和响应不断变化的路面噪音。

更大的挑战是如何部署具有成本效益的麦克风、加速度计、硬件和软件组合，以消除随机宽带道路噪声。到目前为止，技术和成本挑战一直阻碍汽车制造商提供宽带噪声消除。然而，A2B 网络技术、强大的 DSP、现成的基于 A2B 的组件（加速度计、麦克风）和软件 IP 的结合使道路噪声消除解决方案更加接近现实。通过提供确定性延迟，A2B 非常适合网络麦克风、加速度计和其他组件。

Mentor 的宽带 XSe 主动噪声控制 （ANC） 解决方案等先进的主动噪声消除技术旨在精确解决消除发动机噪声和道路噪声的双重问题。以 XSe ANC 为例，一种先进的算法有效地消除了发动机和道路噪音，从而在车厢内创造了一个周围环境。在驾驶员和乘客周围创建的安静区域涵盖了发动机、变速箱和道路噪声的稳态、动态和非周期性组件，而不会干扰音乐的享受、基于音频的导航系统的实用性或紧急车辆的警报器。 XSe ANC 等高性能解决方案以最少的硬件组件实现高级功能。

有点自相矛盾的是，其他新兴的音频应用涉及声音增强，以提高驾驶员的享受和安全性。例如，高端跑车发动机的可控隆隆声是该车标志性吸引力的重要组成部分，这就是为什么可以通过先进的工具对发动机噪音进行数字增强并通过管道传输到机舱，以分析声音的传输和汽车车厢内的振动。其他声音生成应用包括各种声音警报，从汽车启动或停车时播放的铃声，以及其他安全警报，这些警报结合起来形成汽车的个性、品牌标识以及与驾驶员和乘客的关系。不用说，这些多个音频应用程序在同一辆车上共存是可取的，甚至是必需的。

释放支持软件的汽车音响的承诺

随着基于软件的噪声消除和增强解决方案的出现，工程师的武器库中多了一种工具来解决与噪声相关的问题。但是，如前所述，汽车音频系统设计直到最近一直是专注于信息娱乐和主机系统的工程师的领域，而降低汽车中的外来噪音和振动的挑战传统上由 OEM 的噪音、振动和粗糙度来处理。 NVH） 团队。因此，为了从转向基于软件的声学解决方案中获得最大优势，汽车制造商及其供应商将需要跨越传统的组织界限，以释放软件音频的真正承诺。

未来的汽车正在发生深刻的变化，因此音频终于从阴影中走出来，作为新想法的关键推动者以及汽车制造商的差异化因素，这是有道理的。随着这些支持软件的解决方案开始在生产车辆中持续推出，人们可以期望在未来的调查中看到客户满意度反映在更高的分数中。

审核编辑：郭婷