电子设计15941 ANC促销

减少汽车中不必要的噪音

2017年6月9日
主动噪声控制有助于降低车辆机舱中的噪音。不过,挑战是创建一个ANC系统,该系统以更少的组件降低道路噪声。

汽车领域中最重要的组件是燃烧引擎圆柱体中的突发阶段。由于这些发动机到达现场,工程师一直致力于处理低频噪声的设计技术。节能技术有助于生产更环保的车辆,但机舱内的噪音仍然存在。减少更高效,更环保的发动机的气缸数量降低了发动机噪声频率,并增加了乘客更加强烈和烦人的骑行的可能性。

Active-Noise-Control(ANC)技术利用车辆的音频系统减少了发动机产生的不必要的噪音。为了降低噪音,工程师使用主动的声学控制或ANC来产生噪声融合信号,这些信号是在汽车机舱中的扬声器上播放的。

仔细观察ANC

音频声音主动控制是一种信号处理方法,可降低有效的声音振幅以提高信号噪声比率(SNR),从而使不需要的噪声较低。ANC方法也称为音频降低(ANR)。ANC或ANR基于相干声学,以所有形式准确复制原始声场。它使用车辆内部的放大器和麦克风以及数字信号处理(DSP)来取消噪声。声音可以描述为由振幅和相组成的压力波。

将降噪系统纳入了一个音频设备,该音频设备的幅度相等,但原始波的阶段为180°(倒相,也称为反相)。这两个波的重组过程基于物理原理称为破坏性干扰。通过使用对照算法的混合信号电路或DSP来分析声音的波形,从而实现ANC,从而生成扩增的抗相波向换能器。

1.在综合ANC系统中。数字信号处理器是基于微处理器的设备,可在反相模模式下生成反噪声波形。

这些系统越来越依赖于芯片上的集成系统(SOCS),配备了高性能标准CPU和软件基础架构。需要实时计算资源来快速实施和完成反馈控制循环,以便ANC解决方案可以正常工作。

实施此类解决方案的理想方法使用数字信号处理(图。1)。典型的基于ANC的汽车系统采用四个或五个音频系统的低音扬声器,并增加了三到六个麦克风。使用此设置,该系统可以在公共乘客舱室中降低30至250 Hz范围内的噪声(频谱覆盖了四缸发动机的点火频率)。

设计特点

ANC生成波形抗相(180°),非常适合该干扰源。为了获得更好的结果,ANC系统还应位于噪声源足够近的位置,该噪声源主要沿一个方向传输。

ANC系统利用两种基本方法之一:

  • 自适应删除方法:它基于一个或多个麦克风来检测噪声,并产生反噪声波。
  • 合成方法:它涉及采样和存储许多噪声循环,从而基于存储的信息生成反噪声波形。

ANC对于工业设备,动态系统和家用电器等应用特别有用。

2.显示的是馈送前ANC系统的典型配置。“ DFF”块是由于扬声器而导致的馈送延迟。麦克风拾取噪声信号,并将其发送到G(ω)补偿过滤器并与声音混合。

该系统基本上是基于馈电控制的,在该控件中,在传播次级源之前检测到相干的参考噪声输入,或者是在次级源之外传播的反馈控制,其中主动噪声调节器试图在没有参考输入的情况下取消噪声(图2和3)

在典型的配置中,DSP的哈佛体系结构代表了系统的核心 - 它可以执行数学处理和操纵真实信号,例如语音,音频和视频。在降噪应用中,DSP检查了输入噪声的波形的特性,并随后生成反噪声波形。因此,由于取消发生在实际或几乎实时的情况下,人耳的“白色”噪音较少。

编解码器对于音频应用至关重要,因为它可以将现实世界的模拟信号(如声音)转换为DSP的数字信号,然后回到人耳朵的模拟信号。使用最小值平方(LMS)过滤器,一种可以在操作过程中修改系数的有限型响应(FIR)过滤器,可以有效地解决实际噪声估计的问题,从而在实际条件下最大程度地提高系统性能。

3.反馈ANC系统被认为是更具成本效益的选项,最多可工作1 kHz。

被动控制

音频 - 噪声控制技术基本上是被动的,并且在如何控制噪声方面是活跃的。被动技术可以标识噪声的频带,并以最大化该频段的信号/噪声比的方式增加信号增益(语音或音乐),然后获得更好的信号清晰度。被动技术并非非常复杂,尽管它可能需要在频域中进行一系列测量。被视为被动的噪声控制技术称为“噪声门”。

结论

车辆中的噪声管理很复杂,因为产生的声音来自许多机械组件以及物体与道路和空气的相互作用。工业努力通过许多数量级减少了汽车的噪音,新的立法可能会进一步敦促工程师改善ANC系统。同时,人们对汽车的总沉默感到担忧 - 他们可能对可能无法听到汽车驶近的行人构成危险。

现有的噪声控制方法非常有效,能够将噪声降低20 dB以上。结果,它增加了SNR的数量,而无需对信号增益作用。

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