當前位置: 華文問答 > 數碼

為什麽主動降噪沒能成汽車降噪或者飛機機艙降噪的標配?

2013-03-26數碼

想搞清車輛主動降噪的來龍去脈,不妨從以下兩方面展開。

1)車輛雜訊的組成

汽車雜訊包含了很多部份,大致來看主要有以下三塊:

  • 動力總成等機械雜訊
  • 胎路噪
  • 風噪
  • 一般情況下, 時速30公裏以下 機械雜訊 為主;30公裏以上胎路噪逐漸出現,到 時速50公裏 以上時, 胎路噪 便已成為主導雜訊;而在高速 時速70-80 時,雜訊則主要變為 風噪

    車輛的整體降噪都叫 NVH工程 ,即雜訊(Noise)、振動(Vibration)、聲振粗糙度(Harshness)。它是用來研究車輛雜訊和振動對整個車的效能和舒適性的影響。

    具體來看,針對胎路噪的問題,工程師主要會針對性地研究輪胎、懸掛(Suspension)的特性及車輛本身在不同路面的場景。透過權衡成本、車身結構、耐久問題等等,最終會選擇最適合該車本身效能的輪胎。

    風噪的研究則更為復雜,不僅需要從空氣動力學的角度考慮車的流線型設計,也會考慮車輛本身的密封性(如增加電吸門等)。


    至於發動機等的機械雜訊,一方面可以在管道設定四分之一波長管及赫姆霍茲諧振腔,增加吸隔聲材料,另一方面還可以利用主動降噪技術進行消噪。

    沒錯,當下處理車輛雜訊時,主動降噪技術主要是 針對於汽車低速時的發動機雜訊 。而這樣做主要有兩個考量:一是由於主動降噪適合降的頻段為中低頻,和發動機雜訊頻段相符;二是低速時發動機、變速箱的轉速非常可控,在資訊掌握充足的情況下可以讓主動降噪更精準。

    2)主動降噪的限制

    拋開成本不談,目前車輛降噪沒有大規模使用主動降噪技術,既是 物理局限 ,也是 工程問題

    主動降噪目前較為成熟的技術套用還是主要在耳機上。換句話說,主動降噪技術就是把人耳道旁那一塊小區域的雜訊除幹凈。與耳機的降噪區域相比,車輛內部的體積可算是大了千萬倍。而要在這麽大空間進行主動降噪就會引入最大的一個問題: 聲波的此消彼長

    簡單來解釋,聲波是向四面八方傳播,你無法去用一個聲波去包裹另一個聲波。在幹涉作用下,雜訊和喇叭產生的反相波相遇會使得車內某一些區域聲音減小,但同時卻也 增強了另一些區域的聲音 。這就是所謂的‘此消彼長,能量守恒’。換言之,你很有可能在某輛開了主動降噪的車裏反而聽到比降噪前還吵的雜訊。至於如何應對這個問題,只能是 優先對駕駛員 頭部雙耳附近區域進行降噪處理咯。

    當然,如果車內一切的人事物位置都不變,讓駕駛員和乘客們都乖乖坐著一動不動,那麽利用主動降噪技術還是可以保證讓車內每個乘客們都感受到安靜的。然而,為了保證效果,絕對不能有人下車!因為只要一個人下了車,車內的聲場就會跟著發生天翻地覆的改變,那麽之前設定好的主動降噪也就全都付之東流了。

    不過,也正是因為低頻受聲場改變的影響比高頻小很多,做低頻的車內主動降噪相對而言就更容易。這也是我們主要會優先選擇做發動機機械雜訊降噪的另一原因。

    物理局限說完,咱再聊聊工程難點。雖然主動降噪可以透過增加麥克風和喇叭的數量來精確測量,但實際的難度依舊很大。原因很簡單:數學建模不容易&計算量大得令答主我都害怕。為了讓大家有更直觀的感受,我在這裏簡單舉個例:

    和降噪耳機一樣,車輛主動降噪也要做前饋、反饋。然而,與耳機一般前饋反饋各用一個麥克不同,車輛降噪的 前饋 是透過 發動機的轉速、油門開度及車身振動狀態(放振動傳感器測量) 處理分析得到, 反饋 則一般會透過至少 3個左右的反饋麥克風 進行。不僅如此,耳機降噪與汽車降噪在喇叭的個數上也有很大差異。一般耳機一邊一個喇叭就妥妥的了,而汽車卻至少要設定5個喇叭才行,並且它們擺放的位置也都大有講究。

    如果單看反饋這個控制結構,耳機的反饋只用算一個點,即解一個方程式。而做汽車降噪的反饋則需要計算一個3x5的矩陣。


    再加上算每個系數都是解一個至少10個變量的方程式,這計算復雜度我簡直不敢想。(在此,我向每一位做NVH工程、車輛主動降噪的工程師們都深深鞠一躬。您,辛苦了!)

    最後,再白給大家一個當前市面主要套用主動降噪的車型列表(不用謝,我叫雷鋒):

  • 凱迪拉克XTS、CTS、CT6、XT5
  • 本田雅閣、思鉑睿
  • 福特蒙迪歐、銳界、金牛座
  • 別克昂科威
  • (咦,都是美國、日本車呢。)

    【17/3/30補充】 評論區的朋友們對於套用主動降噪車型還有補充。為大家智慧的結晶點贊!!


    好了,就答這些吧。

    本篇來源的原推播,戳:揭秘 | 主動降噪與車輛雜訊的愛恨情仇

    對主動降噪或是答主我感興趣,戳:會聽聲學-專業的主動降噪技術(ANC)方案和耳機產品提供商

    另外,微信公眾號‘會聽聲學’(id:huitingshengxue),歡迎隨意調戲。感謝:)