一、 汽車噪聲

汽車噪聲對(duì)人體的影響非常廣泛，特別是對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的影響。長期暴露在噪聲環(huán)境下，不僅可能導(dǎo)致頭痛、腦脹、耳鳴、失眠等常見癥狀，還可能對(duì)人的記憶力和全身健康產(chǎn)生負(fù)面影響。特別是對(duì)于孕婦來說，長期暴露在噪聲環(huán)境中可能會(huì)對(duì)胎兒的發(fā)育產(chǎn)生不良影響。降低車內(nèi)環(huán)境噪聲對(duì)于保護(hù)駕駛員和乘客的健康非常重要，為了降低車內(nèi)環(huán)境噪聲，目前常用的隔音辦法包括使用隔音棉、密封條和底盤裝甲等物理隔音材料。這些材料可以在一定程度上減少車內(nèi)和車外噪聲的傳播，從而提供更加安靜和舒適的駕駛環(huán)境。除了物理隔音方法外，還可以考慮采用其他措施來進(jìn)一步降低車內(nèi)環(huán)境噪聲。例如，改進(jìn)車輛的設(shè)計(jì)和制造工藝，提高車輛的隔音性能；優(yōu)化車輛的懸掛系統(tǒng)和輪胎，減少行駛過程中的振動(dòng)和噪聲；以及使用先進(jìn)的音頻處理技術(shù)，如主動(dòng)噪音消除系統(tǒng)，來進(jìn)一步降低車內(nèi)環(huán)境噪聲。目前，主動(dòng)降噪技術(shù)正在從高端車下探到中端車，使用范圍越來越廣。 

二、兩種主動(dòng)降噪技術(shù)

1、反相噪聲技術(shù)

如果能夠找到一種聲音，其頻譜與所要消除的噪聲完全一樣，但相位剛好相反，那么就可以將原噪聲完全抵消掉。這種技術(shù)被稱為“相位抵消”或“反相”。在實(shí)際應(yīng)用中，從噪聲源本身著手，通過電子線路將原噪聲的相位倒過來是一種可行的方法。這種方法可以通過電子線路的設(shè)計(jì)和控制來實(shí)現(xiàn)，使得產(chǎn)生的反相噪聲與原噪聲在相位上完全相反，從而在空間中相互抵消。這種方法可以通過以下幾個(gè)步驟來實(shí)現(xiàn)：

a、采集噪聲源的聲音信號(hào)：首先需要使用傳感器或麥克風(fēng)等設(shè)備采集噪聲源的聲音信號(hào)。

b、分析噪聲頻譜：對(duì)采集到的聲音信號(hào)進(jìn)行分析，確定其頻譜特性。

c、設(shè)計(jì)反相電路：根據(jù)噪聲頻譜特性，設(shè)計(jì)一個(gè)反相電路，使得產(chǎn)生的反相噪聲與原噪聲在相位上完全相反。

d、產(chǎn)生反相噪聲：通過反相電路產(chǎn)生反相噪聲，并將其與原噪聲疊加在一起。

e、抵消噪聲：由于反相噪聲與原噪聲在相位上完全相反，因此它們會(huì)在空間中相互抵消，從而消除噪聲。值得注意的是，這種方法的效果受到多種因素的影響，包括噪聲源的特性、環(huán)境聲學(xué)條件以及反相電路的設(shè)計(jì)和控制等。因此，在實(shí)際應(yīng)用中需要根據(jù)具體情況進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整。

2、聲場隔離技術(shù)

通過技術(shù)手段將聲音控制在局部范圍內(nèi)傳播，針對(duì)獨(dú)立的區(qū)域形成可聽區(qū)域，實(shí)現(xiàn)針對(duì)指定區(qū)域人群播放聲音，互不干擾，實(shí)現(xiàn)聲音聚集成束、定性直達(dá)的效果，這種技術(shù)被稱為“定向聲技術(shù)”或“聲音束技術(shù)”。

具體方法是通過控制器控制一套揚(yáng)聲器組合，揚(yáng)聲器組合由多個(gè)揚(yáng)聲器組成。每個(gè)揚(yáng)聲器發(fā)出相同的聲音頻率，這些聲音頻率在空間中疊加，形成了一個(gè)定向聲場。在這個(gè)聲場內(nèi)，聲音可以被聽到，而在聲場之外，聲音則無法被聽到。這種技術(shù)的實(shí)現(xiàn)需要精確的聲學(xué)設(shè)計(jì)和控制，以確保聲音能夠準(zhǔn)確地聚焦到指定的區(qū)域，并且不會(huì)干擾其他區(qū)域。此外，還需要使用高質(zhì)量的揚(yáng)聲器和控制器，以確保聲音的質(zhì)量和清晰度。這種技術(shù)可以應(yīng)用于各種場景，如商業(yè)展示、教育、娛樂等。例如，在商業(yè)展示中，可以將聲音定向到展臺(tái)附近的人群，讓他們聽到產(chǎn)品的介紹和演示；在教育場景中，可以將聲音定向到教室內(nèi)的學(xué)生，讓他們聽到教師的講解；在娛樂場景中，可以將聲音定向到觀眾席上的觀眾，讓他們聽到音樂或表演的聲音。聲場隔離降噪原理如圖3所示。

三、主動(dòng)降噪的算法

1、降噪流程

在車內(nèi)布置麥克風(fēng)采集車內(nèi)噪聲，再通過頭枕揚(yáng)聲器播放反向聲波，從而達(dá)到降低車內(nèi)噪聲的效果，這是一種有效的降噪技術(shù)。工作原理如下：

A、采集車內(nèi)噪聲：在車內(nèi)布置麥克風(fēng)，用于采集車內(nèi)的噪聲。這些噪聲信號(hào)會(huì)被記錄下來，并用于后續(xù)的處理。

B、噪聲信號(hào)處理：對(duì)采集到的噪聲信號(hào)進(jìn)行處理，包括降噪、放大等操作，以便后續(xù)的計(jì)算和處理。

C、計(jì)算噪聲聲場：根據(jù)采集到的噪聲信號(hào)，計(jì)算出車內(nèi)的噪聲聲場。這包括確定噪聲的來源、強(qiáng)度、頻率等特性。

D、計(jì)算噪聲控制聲場：根據(jù)噪聲聲場，計(jì)算出需要控制的噪聲聲場。這需要考慮降噪的目標(biāo)、效果等因素。

E、發(fā)出降噪驅(qū)動(dòng)信號(hào)：根據(jù)計(jì)算出的噪聲控制聲場，發(fā)出降噪驅(qū)動(dòng)信號(hào)到頭枕揚(yáng)聲器。這些信號(hào)會(huì)驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出反向聲波。

F、發(fā)出降噪聲波：頭枕揚(yáng)聲器接收到降噪驅(qū)動(dòng)信號(hào)后，會(huì)發(fā)出與車內(nèi)噪聲頻率、相位等特性相反的聲波。這些聲波與車內(nèi)噪聲疊加，會(huì)相互抵消，從而實(shí)現(xiàn)降噪的效果。

G、聲場疊加：通過頭枕揚(yáng)聲器發(fā)出的反向聲波與車內(nèi)噪聲的疊加，打造出一個(gè)降噪的聲場。在這個(gè)聲場內(nèi)，車內(nèi)的噪聲會(huì)被降低到預(yù)期的水平。

2、算法原理

測量并建立聲場環(huán)境數(shù)據(jù)模型是降噪技術(shù)中的重要步驟。在這個(gè)模型中，最關(guān)鍵的兩個(gè)部分是噪聲傳播路徑（P）和控制聲波路徑（Ge）。噪聲傳播路徑（P）：噪聲傳播路徑是描述噪聲在空間中如何傳播的路徑。它涉及到噪聲的來源、強(qiáng)度、頻率、方向等因素。通過測量和建模噪聲傳播路徑，可以確定降噪的目標(biāo)和范圍，以及降噪算法的設(shè)計(jì)和優(yōu)化?？刂坡暡窂剑℅e）：控制聲波路徑是描述降噪聲波如何傳播的路徑。它涉及到降噪聲波的頻率、強(qiáng)度、方向等因素。通過測量和建?？刂坡暡窂剑梢源_定降噪聲波的特性，以及如何與噪聲聲波疊加實(shí)現(xiàn)降噪效果。最終通過數(shù)字模型，可以模擬和控制降噪聲波與噪聲聲波的疊加過程，從而獲得理想的降噪效果。

3、實(shí)現(xiàn)架構(gòu)

這是一個(gè)復(fù)雜的聲音處理系統(tǒng)，涉及到多個(gè)輸入輸出接口和功能。以下是該系統(tǒng)的主要功能和接口的描述：

A、4路麥克風(fēng)輸入：這意味著系統(tǒng)可以接收4個(gè)通道的音頻信號(hào)，頻率可低至20Hz。這使得系統(tǒng)能夠捕獲到低頻的聲音，如車輛的振動(dòng)聲等。

B、4路D/A功放能同時(shí)驅(qū)動(dòng)4路揚(yáng)聲器：D/A功放是數(shù)字到模擬的轉(zhuǎn)換器，它能夠?qū)?shù)字音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器播放聲音。這里的4路功放可以驅(qū)動(dòng)4個(gè)揚(yáng)聲器，提供多通道的音頻輸出。

C、CAN總線通信接口：CAN總線是一種用于汽車內(nèi)部通信的標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)接口允許系統(tǒng)從CAN線上獲取如發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等信息。這意味著系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)地獲取車輛的狀態(tài)信息，并根據(jù)這些信息調(diào)整聲音處理的方式。

D、4路音頻信號(hào)輸入：這允許娛樂系統(tǒng)與噪聲控制信號(hào)進(jìn)行混音。也就是說，系統(tǒng)可以將娛樂系統(tǒng)的音頻信號(hào)與噪聲控制信號(hào)混合在一起，以提供更好的聽覺體驗(yàn)。

E、1路開關(guān)量輸入：開關(guān)量輸入通常用于接收開關(guān)狀態(tài)的變化，如按鈕的按下或釋放。這允許系統(tǒng)根據(jù)開關(guān)的狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的操作。

F、1路串口通信接口：串口通信是一種常見的通信方式，用于和上位機(jī)或其他設(shè)備進(jìn)行通信。這里的接口用于和上位機(jī)通信，進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、調(diào)試等操作。

這個(gè)聲音處理系統(tǒng)具有高度的可定制性和靈活性，可以根據(jù)不同的需求和場景進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整和處理。同時(shí)，它還具備與外部設(shè)備通信的能力，實(shí)現(xiàn)與其他系統(tǒng)的集成和交互。

四、技術(shù)應(yīng)用

1、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

以某公司測試為例，驗(yàn)證主動(dòng)降噪頭枕對(duì)車內(nèi)環(huán)境噪聲的抑制效果。測試人員首先將車窗關(guān)閉隔絕部分噪聲。因?yàn)檐嚧瓣P(guān)閉后，車內(nèi)的空氣流動(dòng)會(huì)減少，會(huì)減少風(fēng)噪聲和其他外部噪聲的傳入。同時(shí)，關(guān)閉車窗可以保證車內(nèi)相對(duì)封閉的空間，使得車內(nèi)噪聲的傳播更加集中和可控。然后在車內(nèi)布置麥克風(fēng)采集車內(nèi)噪聲，再通過頭枕揚(yáng)聲器播放出反向聲波，與車內(nèi)噪聲疊加，相互抵消，實(shí)現(xiàn)降噪的效果。

2、測試結(jié)果

測試結(jié)果如圖，藍(lán)色虛線表示降噪后的音值。可以看到，與原始音值（粉色虛線）相比，降噪后的音值降低可達(dá)10dB，聽覺感受明顯。這意味著，乘客在使用降噪頭枕后，將能夠更清晰地聽到周圍的音頻信號(hào)，減少被噪聲干擾的可能性。

3、結(jié)論

通過理論數(shù)據(jù)研究和實(shí)際樣件效果的測試，降噪頭枕確實(shí)能夠?qū)⑻囟臻g內(nèi)的噪聲感受降低，從而提高乘客的聽覺舒適性。降噪頭枕通過采用先進(jìn)的降噪技術(shù)和算法，能夠有效地抑制和消除特定空間內(nèi)的噪聲。目前這項(xiàng)技術(shù)已逐漸被應(yīng)用于各種場景，如汽車、飛機(jī)、高鐵等交通工具，以及辦公室、會(huì)議室等室內(nèi)環(huán)境。定向聲場技術(shù)的應(yīng)用使得降噪頭枕能夠更加精準(zhǔn)地控制聲音的傳播方向和范圍，將聲音信號(hào)集中在特定區(qū)域，避免對(duì)周圍的人造成干擾。隨著新能源車的快速發(fā)展，用戶對(duì)于車內(nèi)靜謐性、舒適性的要求越來越高，主動(dòng)降噪技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于提升駕乘體驗(yàn)具有重要意義，也是廠商提升產(chǎn)品競爭力的有力武器。