主动降噪技术在整车上的应用

一、 汽车噪声

汽车噪声对人体的影响非常广泛，特别是对中枢神经系统的影响。长期暴露在噪声环境下，不仅可能导致头痛、脑胀、耳鸣、失眠等常见症状，还可能对人的记忆力和全身健康产生负面影响。特别是对于孕妇来说，长期暴露在噪声环境中可能会对胎儿的发育产生不良影响。降低车内环境噪声对于保护驾驶员和乘客的健康非常重要，为了降低车内环境噪声，目前常用的隔音办法包括使用隔音棉、密封条和底盘装甲等物理隔音材料。这些材料可以在一定程度上减少车内和车外噪声的传播，从而提供更加安静和舒适的驾驶环境。除了物理隔音方法外，还可以考虑采用其他措施来进一步降低车内环境噪声。例如，改进车辆的设计和制造工艺，提高车辆的隔音性能；优化车辆的悬挂系统和轮胎，减少行驶过程中的振动和噪声；以及使用先进的音频处理技术，如主动噪音消除系统，来进一步降低车内环境噪声。目前，主动降噪技术正在从高端车下探到中端车，使用范围越来越广。 

二、两种主动降噪技术

1、反相噪声技术

如果能够找到一种声音，其频谱与所要消除的噪声完全一样，但相位刚好相反，那么就可以将原噪声完全抵消掉。这种技术被称为“相位抵消”或“反相”。在实际应用中，从噪声源本身着手，通过电子线路将原噪声的相位倒过来是一种可行的方法。这种方法可以通过电子线路的设计和控制来实现，使得产生的反相噪声与原噪声在相位上完全相反，从而在空间中相互抵消。这种方法可以通过以下几个步骤来实现：

a、采集噪声源的声音信号：首先需要使用传感器或麦克风等设备采集噪声源的声音信号。

b、分析噪声频谱：对采集到的声音信号进行分析，确定其频谱特性。

c、设计反相电路：根据噪声频谱特性，设计一个反相电路，使得产生的反相噪声与原噪声在相位上完全相反。

d、产生反相噪声：通过反相电路产生反相噪声，并将其与原噪声叠加在一起。

e、抵消噪声：由于反相噪声与原噪声在相位上完全相反，因此它们会在空间中相互抵消，从而消除噪声。值得注意的是，这种方法的效果受到多种因素的影响，包括噪声源的特性、环境声学条件以及反相电路的设计和控制等。因此，在实际应用中需要根据具体情况进行优化和调整。

2、声场隔离技术

具体方法是通过控制器控制一套扬声器组合，扬声器组合由多个扬声器组成。每个扬声器发出相同的声音频率，这些声音频率在空间中叠加，形成了一个定向声场。在这个声场内，声音可以被听到，而在声场之外，声音则无法被听到。这种技术的实现需要精确的声学设计和控制，以确保声音能够准确地聚焦到指定的区域，并且不会干扰其他区域。此外，还需要使用高质量的扬声器和控制器，以确保声音的质量和清晰度。这种技术可以应用于各种场景，如商业展示、教育、娱乐等。例如，在商业展示中，可以将声音定向到展台附近的人群，让他们听到产品的介绍和演示；在教育场景中，可以将声音定向到教室内的学生，让他们听到教师的讲解；在娱乐场景中，可以将声音定向到观众席上的观众，让他们听到音乐或表演的声音。声场隔离降噪原理如图3所示。

三、主动降噪的算法

1、降噪流程

在车内布置麦克风采集车内噪声，再通过头枕扬声器播放反向声波，从而达到降低车内噪声的效果，这是一种有效的降噪技术。工作原理如下：

A、采集车内噪声：在车内布置麦克风，用于采集车内的噪声。这些噪声信号会被记录下来，并用于后续的处理。

B、噪声信号处理：对采集到的噪声信号进行处理，包括降噪、放大等操作，以便后续的计算和处理。

C、计算噪声声场：根据采集到的噪声信号，计算出车内的噪声声场。这包括确定噪声的来源、强度、频率等特性。

D、计算噪声控制声场：根据噪声声场，计算出需要控制的噪声声场。这需要考虑降噪的目标、效果等因素。

E、发出降噪驱动信号：根据计算出的噪声控制声场，发出降噪驱动信号到头枕扬声器。这些信号会驱动扬声器发出反向声波。

F、发出降噪声波：头枕扬声器接收到降噪驱动信号后，会发出与车内噪声频率、相位等特性相反的声波。这些声波与车内噪声叠加，会相互抵消，从而实现降噪的效果。

G、声场叠加：通过头枕扬声器发出的反向声波与车内噪声的叠加，打造出一个降噪的声场。在这个声场内，车内的噪声会被降低到预期的水平。

2、算法原理

测量并建立声场环境数据模型是降噪技术中的重要步骤。在这个模型中，最关键的两个部分是噪声传播路径（P）和控制声波路径（Ge）。噪声传播路径（P）：噪声传播路径是描述噪声在空间中如何传播的路径。它涉及到噪声的来源、强度、频率、方向等因素。通过测量和建模噪声传播路径，可以确定降噪的目标和范围，以及降噪算法的设计和优化。控制声波路径（Ge）：控制声波路径是描述降噪声波如何传播的路径。它涉及到降噪声波的频率、强度、方向等因素。通过测量和建模控制声波路径，可以确定降噪声波的特性，以及如何与噪声声波叠加实现降噪效果。最终通过数字模型，可以模拟和控制降噪声波与噪声声波的叠加过程，从而获得理想的降噪效果。

3、实现架构

这是一个复杂的声音处理系统，涉及到多个输入输出接口和功能。以下是该系统的主要功能和接口的描述：

A、4路麦克风输入：这意味着系统可以接收4个通道的音频信号，频率可低至20Hz。这使得系统能够捕获到低频的声音，如车辆的振动声等。

B、4路D/A功放能同时驱动4路扬声器：D/A功放是数字到模拟的转换器，它能够将数字音频信号转换为模拟信号，以驱动扬声器播放声音。这里的4路功放可以驱动4个扬声器，提供多通道的音频输出。

C、CAN总线通信接口：CAN总线是一种用于汽车内部通信的标准。这个接口允许系统从CAN线上获取如发动机转速等信息。这意味着系统可以实时地获取车辆的状态信息，并根据这些信息调整声音处理的方式。

D、4路音频信号输入：这允许娱乐系统与噪声控制信号进行混音。也就是说，系统可以将娱乐系统的音频信号与噪声控制信号混合在一起，以提供更好的听觉体验。

E、1路开关量输入：开关量输入通常用于接收开关状态的变化，如按钮的按下或释放。这允许系统根据开关的状态进行相应的操作。

F、1路串口通信接口：串口通信是一种常见的通信方式，用于和上位机或其他设备进行通信。这里的接口用于和上位机通信，进行参数设置、调试等操作。

这个声音处理系统具有高度的可定制性和灵活性，可以根据不同的需求和场景进行相应的调整和处理。同时，它还具备与外部设备通信的能力，实现与其他系统的集成和交互。

四、技术应用

1、系统实现

2、测试结果

测试结果如图，蓝色虚线表示降噪后的音值。可以看到，与原始音值（粉色虚线）相比，降噪后的音值降低可达10dB，听觉感受明显。这意味着，乘客在使用降噪头枕后，将能够更清晰地听到周围的音频信号，减少被噪声干扰的可能性。

3、结论

通过理论数据研究和实际样件效果的测试，降噪头枕确实能够将特定空间内的噪声感受降低，从而提高乘客的听觉舒适性。降噪头枕通过采用先进的降噪技术和算法，能够有效地抑制和消除特定空间内的噪声。目前这项技术已逐渐被应用于各种场景，如汽车、飞机、高铁等交通工具，以及办公室、会议室等室内环境。定向声场技术的应用使得降噪头枕能够更加精准地控制声音的传播方向和范围，将声音信号集中在特定区域，避免对周围的人造成干扰。随着新能源车的快速发展，用户对于车内静谧性、舒适性的要求越来越高，主动降噪技术的应用对于提升驾乘体验具有重要意义，也是厂商提升产品竞争力的有力武器。