浅谈汽车RNC主动降噪的量产实践（上）

汽车主动降噪技术的应用最近几年得到快速的发展，前几年大都还在玩Demo的时候，近两年逐步在车型得到量产应用，从幕后走向了台前，神秘的王炸的技术被揭开了面纱；国外的顶级音响品牌哈曼和现代合作开发RNC系统，在捷尼赛斯 GV80 上得到工程化应用，这是国际上应用较早的车型之一。国内号称第一家实现工程量产的汽车品牌非阿维塔莫属，网上有很多关于它RNC的应用宣传，感兴趣的可以看看。

最近网上热度比较高的车型智己L6也宣传了RNC 主动座舱降噪功能。很多人不知道的是，Lotus 品牌已上市的两款纯电车型Eletre 和Emeya，23年已经实现了RNC功能的量产。

非常的低调，网络上看不到其宣传，而且还配置了on/off 的可选项，用户可以在实际用车场景中体验它的效果，这一点确实很厚道。很多车企宣传有这项功能，但是没有给用户体验的机会。

主动降噪的原理大家都很清楚，根据有源降噪的原理，次级声源发出一个幅值与初级声源相同，相位相反的声波，相互抵消达到降噪的目标。主动降噪技术在汽车上的应用并不陌生，很多传统车型都应配置了这一功能，为什么传统的发动机噪声降噪要相对容易一些？

因为动力总成引起的车内噪声，因其噪声峰值与动力总成的转速呈定量的变化关系，即我们所说的阶次噪声，与转速有定量的对应关系，四缸机最常见的是二阶轰鸣音，可以根据汽车行驶时动力驱动系统的实时转速，人工构造次级声源信号频率，仅通过自适应调整次级声源信号幅值和相位，来对车内噪声进行主动控制，就能取得良好的效果，这方面技术的工程应用非常成熟，因此在传统油车上，有较为普遍的应用。

所以RNC主动降噪技术的难点主要还是在于初级声源的特征不好把握，是善变的，随机的，不容易追踪它，当然不好把它消灭。就跟我们身体的免疫功能一样，癌细胞为什么难以治疗，就是它很难被我们的免疫细胞识别，一般的病毒一旦被识别会迅速包围杀灭，癌细胞太狡猾，易于伪装自己，甚至混进免疫细胞的团体，等它发展起来的时候，免疫细胞很难对它有效果，甚至误伤自己。可谓“杀敌一千，自损八百”；所以治疗癌症要用到靶向药物。针对RNC的主动降噪，也需要讲究“靶向”。只有初级声源和路面激励有很高的相干性的时候，RNC才能起到较好的效果，不然也是枉然一场。

很多人也会问，为什么我的降噪耳机，同样针对外部随机的噪声源，能起到很好的效果，带上它，整个世界清净了。

不得不说，汽车RNC主动降噪的算法跟耳机降噪的算法如出一辙，一般采用自适应的前馈算法，即Fx-LMS算法（筒子们，LMS可不是西门子的意思），翻译就是Filtered Least mean squared，自适应的最小均方根方法。

主动降噪设计通过认为发出与待抵消的目标噪声幅值相同，相位相反的次级声源，实现对初级声源的有源削减，其中自适应滤波的最小均方方法Fx-LMS 算法是主动降噪中应用最广泛的方法，具有逻辑简单，运算量小，收敛性好的优点。

前馈式RNC降噪系统所能达到的降噪效果与参考信号和误差信号的相干性有直接的关系，系统在每个频率处所能达到的最大降噪量，可以初步预估，当相干性为0.9时，系统所能达到的最大降噪量为10dBA。

我们常用的降噪耳机，降噪的区域小，塞在耳朵里面，本身就是对外界高频噪声有一定的隔绝效果，再加上主动降噪低频的降噪加持，因此对整个外界有很好的降噪效果。

为什么RNC的开发相比于前面所说的两种类型，有什么难点？

概括起来，主要有以下几点：随机性、实时性、空间广、频带宽、传递多；

随机性：路面激励的随机性大家大家众所周知，有坑洼路面，碎石路，乡村路，水泥路，沥青路，还有减速带冲击等等，不同的路面会产生不同的车内响应，所以做Demo car可以针对一两种路面，或者只针对一种轮胎配置，做量产车就要考虑到所有的路况和配置，对系统的开发复杂度直接上了几个数量级。

实时性：这个很容易理解，次级声源发出的反相声波要在初级噪声抵达人耳位置之前发出来，速度要快，不能等车内驾乘人员抱怨了噪声，才发出反相位的降噪声波。根据统计，路面噪声到达人耳的时间大约为4ms，所以扬声器达到人耳的时间要小于4ms，不然噪声波都到了，降噪波还没抵达就尴尬了。这个就对系统的时延性提出了高要求。所以我们在评价RNC的效果，从Off切换到ON，一般需要等几秒钟才能体验出来，这里面就是一个滞后效应在里面。

  图片来自于公众号《子鱼说声学》

信号处理延迟永远是RNC的心病！如图片所示，加了一个0.1毫秒的延迟在降噪声上面，来看看降噪声和噪声的情况怎么样。显而易见，对于低频声音(100 Hz)来说，依然可以做到降噪，降噪声和噪声的相位还是在180°左右。但是对于5000Hz的信号来说，降噪声和噪声相位变得很小了，你把俩声音加起来就完美变成了主动升噪！

空间广：车内的乘坐空间声场比较复杂，在这个空间里产生反射、干涉和衍射现象，针对一台车容易调教，针对量产车，就要考虑不同的座椅配置，坐姿，上下，前后移动的空间，头部都需要在降噪的空间范围内。所以一般后排的降噪稳定性要比前排好，特别是中高频段。

频带宽：传统车针对动力总成轰鸣音的降噪频率一般都在200Hz以下，而对RNC主动降噪，一般都要在40-400Hz，这是路面激励结构声的主要范围。频率宽，意味着对系统的时延性要求高。

传递多：汽车路面激励传递路径复杂，前后轴，再加上三个方向，寻找相干性高的硬点需要大量的计算。

总结：今天针对汽车RNC主动降噪的基本原理算法和开发难点做了介绍，随着信息技术的发展，芯片的计算速度越来越快，给RNC提供了机会，相比于传统发动机的降噪和耳机的降噪，RNC的降噪具备更大的难度和不确定性。