一、 汽車噪聲

汽車噪聲對人體的影響非常廣泛，特別是對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的影響。長期暴露在噪聲環(huán)境下，不僅可能導致頭痛、腦脹、耳鳴、失眠等常見癥狀，還可能對人的記憶力和全身健康產(chǎn)生負面影響。特別是對于孕婦來說，長期暴露在噪聲環(huán)境中可能會對胎兒的發(fā)育產(chǎn)生不良影響。降低車內(nèi)環(huán)境噪聲對于保護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一步降低車內(nèi)環(huán)境噪聲。例如，改進車輛的設計和制造工藝，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和噪聲；以及使用先進的音頻處理技術，如主動噪音消除系統(tǒng)，來進一步降低車內(nèi)環(huán)境噪聲。目前，主動降噪技術正在從高端車下探到中端車，使用范圍越來越廣。 

二、兩種主動降噪技術

1、反相噪聲技術

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。這種技術被稱為“相位抵消”或“反相”。在實際應用中，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計和控制來實現(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步驟來實現(xiàn)：

a、采集噪聲源的聲音信號：首先需要使用傳感器或麥克風等設備采集噪聲源的聲音信號。

b、分析噪聲頻譜：對采集到的聲音信號進行分析，確定其頻譜特性。

c、設計反相電路：根據(jù)噪聲頻譜特性，設計一個反相電路，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)境聲學條件以及反相電路的設計和控制等。因此，在實際應用中需要根據(jù)具體情況進行優(yōu)化和調(diào)整。

2、聲場隔離技術

具體方法是通過控制器控制一套揚聲器組合，揚聲器組合由多個揚聲器組成。每個揚聲器發(fā)出相同的聲音頻率，這些聲音頻率在空間中疊加，形成了一個定向聲場。在這個聲場內(nèi)，聲音可以被聽到，而在聲場之外，聲音則無法被聽到。這種技術的實現(xiàn)需要精確的聲學設計和控制，以確保聲音能夠準確地聚焦到指定的區(qū)域，并且不會干擾其他區(qū)域。此外，還需要使用高質(zhì)量的揚聲器和控制器，以確保聲音的質(zhì)量和清晰度。這種技術可以應用于各種場景，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、主動降噪的算法

1、降噪流程

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

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

B、噪聲信號處理：對采集到的噪聲信號進行處理，包括降噪、放大等操作，以便后續(xù)的計算和處理。

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

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

E、發(fā)出降噪驅(qū)動信號：根據(jù)計算出的噪聲控制聲場，發(fā)出降噪驅(qū)動信號到頭枕揚聲器。這些信號會驅(qū)動揚聲器發(fā)出反向聲波。

F、發(fā)出降噪聲波：頭枕揚聲器接收到降噪驅(qū)動信號后，會發(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，會相互抵消，從而實現(xiàn)降噪的效果。

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

2、算法原理

測量并建立聲場環(huán)境數(shù)據(jù)模型是降噪技術中的重要步驟。在這個模型中，最關鍵的兩個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和范圍，以及降噪算法的設計和優(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、強度、方向等因素。通過測量和建模控制聲波路徑，可以確定降噪聲波的特性，以及如何與噪聲聲波疊加實現(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、實現(xiàn)架構

這是一個復雜的聲音處理系統(tǒng)，涉及到多個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路麥克風輸入：這意味著系統(tǒng)可以接收4個通道的音頻信號，頻率可低至20Hz。這使得系統(tǒng)能夠捕獲到低頻的聲音，如車輛的振動聲等。

B、4路D/A功放能同時驅(qū)動4路揚聲器：D/A功放是數(shù)字到模擬的轉(zhuǎn)換器，它能夠?qū)?shù)字音頻信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，以驅(qū)動揚聲器播放聲音。這里的4路功放可以驅(qū)動4個揚聲器，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)部通信的標準。這個接口允許系統(tǒng)從CAN線上獲取如發(fā)動機轉(zhuǎn)速等信息。這意味著系統(tǒng)可以實時地獲取車輛的狀態(tài)信息，并根據(jù)這些信息調(diào)整聲音處理的方式。

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

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

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

這個聲音處理系統(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行相應的調(diào)整和處理。同時，它還具備與外部設備通信的能力，實現(xiàn)與其他系統(tǒng)的集成和交互。

四、技術應用

1、系統(tǒng)實現(xiàn)

2、測試結果

測試結果如圖，藍色虛線表示降噪后的音值?？梢钥吹剑c原始音值（粉色虛線）相比，降噪后的音值降低可達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，減少被噪聲干擾的可能性。

3、結論

通過理論數(shù)據(jù)研究和實際樣件效果的測試，降噪頭枕確實能夠?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的降噪技術和算法，能夠有效地抑制和消除特定空間內(nèi)的噪聲。目前這項技術已逐漸被應用于各種場景，如汽車、飛機、高鐵等交通工具，以及辦公室、會議室等室內(nèi)環(huán)境。定向聲場技術的應用使得降噪頭枕能夠更加精準地控制聲音的傳播方向和范圍，將聲音信號集中在特定區(qū)域，避免對周圍的人造成干擾。隨著新能源車的快速發(fā)展，用戶對于車內(nèi)靜謐性、舒適性的要求越來越高，主動降噪技術的應用對于提升駕乘體驗具有重要意義，也是廠商提升產(chǎn)品競爭力的有力武器。