基于ANC的非入耳式汽車主動降噪技術應用研究

柯曄偉，陳星

（福建船政交通職業學院汽車學院，福建 福州 350007）

前言

汽車誕生至今已有一百多年，時至今日汽車已不再是單純的交通工具，而是集實用性、科技性、藝術性于一體的現代化移動智能空間。人們對于汽車的要求也已不再是簡單的代步工具而已，對車輛的乘坐舒適性也有很高的要求。人們都希望在喧鬧的都市中找到一片屬于自己的安靜的空間，汽車正好能滿足人們的這一需求，因此越來越多的汽車廠家不斷在汽車靜音性方面下功夫，打造具備優秀靜音效果的汽車。

1 ANC主動降噪技術概述

在生活中，有很多聲音是我們不需要的，這些聲音被稱之為噪音，要獲得一個安靜的環境，就是要減少這些噪音。減少噪音的方法主要分為兩種，一種是主動降噪，一種是被動降噪。被動降噪就是給房屋或者車輛安裝隔音材料，通過隔音材料阻隔聲波的傳導，保持內部環境的靜謐。被動降噪需要消耗大量的隔音材料，隔音材料不但價格昂貴，而且報廢時難以降解，對環境造成傷害。由于被動降噪有以上缺點，因此現在越來越多的科技企業開始關注主動降噪技術。

1.1 主動降噪技術的降噪原理

主動降噪技術的降噪原理如圖1所示，探測器檢測到一定空間內的噪聲，且能分析出噪聲的頻率和振幅，再由波形發生器發出與噪聲波形頻率相同、振幅相同但是方向相反的波形，來抵消噪聲波形，這樣一來人耳就無法捕捉到噪音的聲波，噪聲就“消失”了[1]。

圖1 主動降噪技術降噪原理圖

1.2 主動降噪技術的應用領域

主動降噪技術需要發出反向波形來消除噪音，降噪設備需要消耗能量，所涉及面積越大消耗能量越多，因此最早的主動降噪技術僅在耳機上使用，設備只需要向耳蝸發出相反波形即可消除噪音，該技術被稱為入耳式主動降噪技術。

隨著技術進步，主動降噪聲波可覆蓋的區域越來越大，越來越多的場合都使用主動降噪技術實現噪音的消除，這種不帶耳機而對整個空間內的噪音進行清除的技術稱之為非入耳式主動降噪技術，最常見的就是ANC主動降噪技術。比如大型民航客機就使用了這項技術，民航客機的發動機在工作時會發出巨大的、令人煩躁的噪音，為保證乘客和機組人員有個愉快的飛行旅程，飛機客艙內安裝了非入耳式主動降噪裝置，可以減少至少70%的噪音，使噪音水平降低至人體能夠承受的范圍內[2]。

ANC主動降噪技術也被運用到汽車上，一些中高端車型除了有良好的被動降噪技術，還裝備了ANC非入耳式主動降噪技術，使得車輛的內室具有非常高水平的靜音效果。汽車上的主動降噪技術與飛機上使用的技術非常類似，具有非常高的技術含量，本文以長安福特銳界車型為例，介紹其使用的自適應式ANC非入耳式主動降噪技術的結構組成及工作原理。

2 ANC非入耳式主動降噪技術在汽車上的應用解析

長安福特銳界是長安福特公司重點打造的一款中高端SUV車型，其內部配置實用有效，可以為駕乘人員帶來高級且舒適的用車樂趣。該車型使用大排量高功率發動機，在工作時會產生一定的噪聲污染，給成員的出行帶來不適。為解決這一問題，長安福特公司為銳界車型配備了ANC非入耳式主動降噪系統，可有效降低噪音對人體的傷害[3]。

2.1 ANC非入耳式主動降噪技術的結構組成

長安福特銳界車型所用的ANC非入耳式主動降噪系統采用自適應調控模式，可根據發動機噪音的變化自動調節反向聲波的頻率和振幅，既節約了能量，又可以為乘客提供最優質的靜音服務。該系統是一個相對獨立的系統，有單獨的傳感器、控制單元和接收器，只要汽車發動就開始工作，不受其他條件的制約。

該系統的核心部件ANC麥克風，在銳界車型上這種麥克風有三個，分布于左右B柱上方頂棚和后方頂棚，分布位置如圖2所示。ANC麥克風的作用是檢測乘客艙內共振的發動機噪聲，并將噪聲轉化為模擬信號。該系統的控制單元為DACMC（數碼音響控制模塊），該控制單元的硬件集成在音響控制模塊中，但是其運算程序卻相對獨立。最后發出與發動機噪音相反波形的是車載揚聲器，除了儀表板中央揚聲器和低音炮揚聲器外，其他揚聲器在不影響自身工作任務的情況下發出與噪音波形相反的干擾波，抵消發動機噪音。

圖2 主動降噪系統麥克風位置示意圖

2.2 ANC非入耳式主動降噪技術的工作原理

如圖3所示是長安福特銳界車型音響娛樂系統的網絡拓撲圖，圖中方框圈出部分為ANC非入耳式主動降噪系統的工作原理圖。從圖中可以看出主動降噪系統的硬件依托音響娛樂系統，但是控制程序卻是獨立出來的。首先由ANC麥克風檢測車廂內部的發動機共振噪音，并將噪音信號轉變為模擬信號發送給DACMC（數碼音響控制模塊），DACMC模塊在接收信號后對波形進行分析，利用濾波裝置可以獲得噪音波形的方向、頻率、振幅等波形信息。之后DACMC模塊主動合成與噪音波形方向相反、頻率和振幅相同的波形，并以模擬信號的模式傳遞給車載揚聲器，揚聲器將信號轉換后發出波形，將發動機噪音信號抵消，實現靜音降噪功能。該系統會根據發動機每時每刻工作狀態的不同，不斷調節抵消波形的輸出，實現了高效又節能的自適應主動降噪。

圖3 主動降噪系統工作原理網絡拓撲圖

3 結束語

ANC非入耳式主動降噪技術有非常多的優點，是當前最主流的降噪手段之一。優點之一是可以根據車輛內部噪聲的變化而自適應的調節，達到理想的消音目標。優點之二是這項技術不需要消耗大量的隔音材料，既環保又可以節約成本。優點之三是這一系統隨著技術進步，制造成本也隨之下降，未來在諸多中低端車型上也可以使用，為更多的消費者帶來優質的駕乘體驗。相信憑借著以上優點，ANC主動降噪技術很快會走進千家萬戶，成為開車出行的必備之選。