基于ANC的非入耳式汽車主動降噪技術(shù)應(yīng)用研究

柯曄偉，陳星

（福建船政交通職業(yè)學(xué)院汽車學(xué)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(shù)性于一體的現(xiàn)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(yōu)秀靜音效果的汽車。

1 ANC主動降噪技術(shù)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(huán)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(dǎo)，保持內(nèi)部環(huán)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(huán)境造成傷害。由于被動降噪有以上缺點，因此現(xiàn)在越來越多的科技企業(yè)開始關(guān)注主動降噪技術(shù)。

1.1 主動降噪技術(shù)的降噪原理

主動降噪技術(shù)的降噪原理如圖1所示，探測器檢測到一定空間內(nèi)的噪聲，且能分析出噪聲的頻率和振幅，再由波形發(fā)生器發(fā)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(shù)降噪原理圖

1.2 主動降噪技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

主動降噪技術(shù)需要發(fā)出反向波形來消除噪音，降噪設(shè)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(shù)僅在耳機上使用，設(shè)備只需要向耳蝸發(fā)出相反波形即可消除噪音，該技術(shù)被稱為入耳式主動降噪技術(shù)。

隨著技術(shù)進步，主動降噪聲波可覆蓋的區(qū)域越來越大，越來越多的場合都使用主動降噪技術(shù)實現(xiàn)噪音的消除，這種不帶耳機而對整個空間內(nèi)的噪音進行清除的技術(shù)稱之為非入耳式主動降噪技術(shù)，最常見的就是ANC主動降噪技術(shù)。比如大型民航客機就使用了這項技術(shù)，民航客機的發(fā)動機在工作時會發(fā)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(nèi)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(nèi)[2]。

ANC主動降噪技術(shù)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(shù)，還裝備了ANC非入耳式主動降噪技術(shù)，使得車輛的內(nèi)室具有非常高水平的靜音效果。汽車上的主動降噪技術(shù)與飛機上使用的技術(shù)非常類似，具有非常高的技術(shù)含量，本文以長安福特銳界車型為例，介紹其使用的自適應(yīng)式ANC非入耳式主動降噪技術(shù)的結(jié)構(gòu)組成及工作原理。

2 ANC非入耳式主動降噪技術(shù)在汽車上的應(yīng)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(nèi)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(fā)動機，在工作時會產(chǎn)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(tǒng)，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(shù)的結(jié)構(gòu)組成

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

該系統(tǒng)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(nèi)共振的發(fā)動機噪聲，并將噪聲轉(zhuǎn)化為模擬信號。該系統(tǒng)的控制單元為DACMC（數(shù)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(fā)出與發(fā)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(wù)的情況下發(fā)出與噪音波形相反的干擾波，抵消發(fā)動機噪音。

圖2 主動降噪系統(tǒng)麥克風位置示意圖

2.2 ANC非入耳式主動降噪技術(shù)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(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲圖，圖中方框圈出部分為ANC非入耳式主動降噪系統(tǒng)的工作原理圖。從圖中可以看出主動降噪系統(tǒng)的硬件依托音響娛樂系統(tǒng)，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(nèi)部的發(fā)動機共振噪音，并將噪音信號轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號發(fā)送給DACMC（數(shù)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(zhuǎn)換后發(fā)出波形，將發(fā)動機噪音信號抵消，實現(xiàn)靜音降噪功能。該系統(tǒng)會根據(jù)發(fā)動機每時每刻工作狀態(tài)的不同，不斷調(diào)節(jié)抵消波形的輸出，實現(xiàn)了高效又節(jié)能的自適應(yīng)主動降噪。

圖3 主動降噪系統(tǒng)工作原理網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

3 結(jié)束語

ANC非入耳式主動降噪技術(shù)有非常多的優(yōu)點，是當前最主流的降噪手段之一。優(yōu)點之一是可以根據(jù)車輛內(nèi)部噪聲的變化而自適應(yīng)的調(diào)節(jié)，達到理想的消音目標。優(yōu)點之二是這項技術(shù)不需要消耗大量的隔音材料，既環(huán)保又可以節(jié)約成本。優(yōu)點之三是這一系統(tǒng)隨著技術(shù)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(yōu)質(zhì)的駕乘體驗。相信憑借著以上優(yōu)點，ANC主動降噪技術(shù)很快會走進千家萬戶，成為開車出行的必備之選。