Сборник статей

Каталог публикаций Интернет-изданий

переводы публикаций из социальной сети для учёных ResearchGate и из других открытых источников Интернета

Последние достижения в области активного шумоподавления в салонах автомобилей


Минимизация внутреннего шума салона была ключевой темой исследований в автомобильной промышленности в течение последних двух десятилетий. Эта проблема была первоначально решена с помощью методов пассивного шумоподавления (например,технологии активного поглощения шумов автомобилях INFINITI https://www.moscow-infiniti.ru/models/qx60/), где использовались физические методы, такие как структурное демпфирование и акустическое поглощение. Однако, поскольку производители транспортных средств стремятся к более экономичным и легким конструкциям, получающиеся в результате автомобильные интерьеры неизменно становятся более шумными из-за увеличенных структурных вибраций. В этих шумовых полях обычно преобладают низкие частоты (то есть 0 - 500 Гц) [1], [2], поэтому традиционные подходы пассивного шумоподавления менее эффективны. В попытке решить вышеупомянутую проблему были разработаны методы активного шумоподавления (ANC), где были предложены вторичные источники для ослабления шума внутри кабины. Благодаря современным автомобильным развлекательным системам с 4-6 встроенными динамиками, добавление системы активного шумоподавления сопряжено с относительно небольшими дополнительными затратами.

На практике ANC в автомобиле достигается путем создания вторичного сигнала (сигналов), который подавляет шум, создаваемый источником (ами) шума. Остаточная разница между этими двумя компонентами измеряется с помощью микрофона (ов), размещенного внутри кабины, и сводится к минимуму с помощью системы управления прямой / обратной связью [3]. Системы с прямой связью используют усовершенствованный во времени «опорный сигнал (и)», коррелированный с шумовым сигналом, чтобы ослабить поле основного шума, тогда как системы с обратной связью имеют тенденцию ослаблять общий измеренный шум. Описывается основная концепция, лежащая в основе АНК внутри транспортных средств. На рисунке 1 показано, как вторичное звуковое поле устраняет нежелательное шумовое поле с использованием адаптивного контроллера. Поскольку шум, наблюдаемый в салонах транспортных средств, часто является случайным и изменяющимся во времени, вышеупомянутые системы управления должны быть адаптивными. Концепция систем АНК довольно проста, их практическая реализация и эксплуатационные характеристики часто сдерживаются такими факторами, как сложность шумового поля в геометрии автомобиля, стоимость, время сходимости адаптивной системы, стабильность системы, отсутствие причинно-следственных связей и плохой пространственный охват. 30-летние исследователи и производители автомобилей провели обширные экспериментальные исследования, чтобы преодолеть эти ограничения [1], [4] - [6].


Рис. 1. Активный шумоподавитель в салоне автомобиля

В этой статье мы рассмотрим методы АНК для подавления шума внутри автомобилей. Мы объясняем различные типы шумовых полей, присутствующих в транспортных средствах, теоретические основы методов АНК и их применимость при отмене вышеупомянутых шумовых полей. Мы сосредотачиваемся на последних достижениях в области автомобилей ANC за последние 10–15 лет, включая коммерческие разработки, доступные в серийных автомобилях. Мы стремимся показать, что автомобильный АНК - это интересная область исследований, которая может существенно улучшить качество обслуживания пассажиров в акустически сложных условиях.

РЕЗЮМЕ И БУДУЩИЕ НАПРАВЛЕНИЯ

В этой статье было представлено компактное руководство по методам АНК с обзором их применения в снижении нежелательного шума внутри автомобилей. Некоторые из последних достижений продемонстрировали значительные улучшения в уровнях снижения шума, а также в стоимости и сложности реализации. Хотя рассмотренные выше методы могут индивидуально фокусироваться на конкретном поле шума (например, только дорожный шум, только шум двигателя), исследованиями и коммерческими продуктами доказано, что комбинация этих стратегий может принести значительные преимущества в реальных условиях.

Будущие возможности для улучшения автомобильного АНК существуют в (i) снижении затрат (ii) практической реализации и коммерциализации регионального контроля звукового поля (iii) интеграции регионального АНК с будущими автомобильными информационно-развлекательными системами и (iv) исследования альтернативного моделирования шума методы сбить компоненты системы. В настоящее время основными факторами, влияющими на стоимость, являются аппаратные компоненты, в частности, дополнительные требования к микрофонам с ошибками / эталоном и управляющим громкоговорителям. С введением MEMS-микрофонов и MEMS-громкоговорителей (например, Audio Pixels [52]) могут быть внедрены технически осуществимые недорогие системы ANC, возможно, с лучшей производительностью. Как упоминалось ранее, региональный АНК является хорошо изученной темой, которая может снизить общие системные требования. Региональный АНК также может быть расширен для нескольких регионов, обслуживающих отдельных пассажиров. Практическое внедрение и коммерциализация этих решений по-прежнему минимальны и могут снизить затраты и повысить эффективность. С нынешней глобальной тенденцией мгновенного подключения транспортные средства развиваются, чтобы обеспечить информационно-развлекательные системы, а не только радио. Они включают в себя наличие различных беспроводных интерфейсов, включая WiFi, Bluetooth, что заставляет все системы переходить на цифровой. Будущие информационно-развлекательные системы в транспортном средстве, по прогнозам, будут состоять из «компьютеров центрального стека» [44] для обработки всех типов мультимедийного контента и сетевого концентратора для обслуживания нескольких потоков мультимедиа / данных, возможно, на основе на каждое рабочее место, на основе отображения. С введением таких систем важно, чтобы ANC был повторно представлен с соответствующей обработкой звука с малой задержкой, которая обрабатывает цифровые сигналы. Наконец, еще одним важным будущим направлением, которое могло бы повысить эффективность ANC, является поиск альтернативных методов моделирования для шума. поле внутри автомобиля. Несмотря на то, что современные системы ANC в значительной степени ограничены низкими частотами, альтернативная модель, которая описывает шумовые поля с точки зрения меньшего количества активных режимов, может значительно повысить производительность системы для того же числа микрофонов / динамиков, особенно когда шумовое поле направленно разрежено.

Использованные источники

[1] P. A. Nelson and S. J. Elliott, Active control of sound.  Academic press, 1991.

[2] G. Cerrato, “Automotive sound quality - powertrain, road and wind noise,” Sound and Vibration, vol. 43, pp. 16–24, April 2009.

[3] S. M. Kuo and D. R. Morgan, “Active noise control: a tutorial review,” Proceedings of the IEEE, vol. 87, no. 6, pp. 943–973, 1999.

[4] S. J. Elliott and T. J. Sutton, “Performance of feedforward and feedback systems for active control,” IEEE Transactions on Speech and Audio Processing, vol. 4, no. 3, pp. 214–223, 1996.

[5] H. Sano, T. Inoue, A. Takahashi, K. Terai, and Y. Nakamura, “Active control system for low-frequency road noise combined with an audio system,” IEEE Transactions on Speech and Audio Processing, vol. 9, no. 7, pp. 755–763, 2001.

[6] J. Cheer, “Active control of the acoustic environment in an automobile cabin,” Ph.D. dissertation, University of Southampton, UK, 2012.

[7] D. Thompson and J. Dixon, Advanced Applications in Acoustics, Noise and Vibration. London: Spon Press, 2004, ch. Vehicle noise, p. ch. 6.

[8] D. Robinette, M. Grimmer, J. Horgan, J. Kennell, and R. Vykydal, “Torque converter clutch optimization: improving fuel economy and reducing noise and vibration,” SAE International Journal of Engines, vol. 4, no. 2011-01-0146, pp. 94–105, 2011.

[9] M. R. Schroeder, “Frequency-correlation functions of frequency responses in rooms,” The Journal of the Acoustical Society of America, vol. 34, no. 12, pp. 1819–1823, 1962.

[10] S. J. E. andM. E. Johnson, “Radiation modes and the active control of sound power,” Journal of the Acoustical Society of America, vol. 94, pp. 2194–2204, 1993.

[11] S. M. Kim, “Active control of sound in strucutral-acoustic coupled systems,” Ph.D. dissertation, University of Southampton, UK, April 1998.

[12] H. Sano, “Modern advancements in passive and active noise and vibration control technology in automobiles,” in Proc. InterNoise, 2011.

[13] D. R. Morgan, “An analysis of multiple correlation cancellation loops with a filter in the auxiliary path,” IEEE Transactions on Acoustics, Speech and Signal Processing, vol. 28, no. 4, pp. 454–467, 1980.

[14] J. Pan, C. Hansen, and D. Bies, “Active control of noise transmission through a panel into a cavity: I. analytical study,” The Journal of the Acoustical Society of America, vol. 87, no. 5, pp. 2098–2108, 1990.

[15] J. I. Mohammad, “The active control of random sound inside cars,” Ph.D. dissertation, University of Southampton, 2006. [16] H. Chen, P. Samarasinghe, T. D. Abhayapala, and W. Zhang, “Spatial noise cancellation inside cars: Performance analysis and experimental results,” in 2015 IEEE Workshop on Applications of Signal Processing to Audio and Acoustics (WASPAA). IEEE, 2015, pp. 1–5.

[17] S.-H. Oh, H.-s. Kim, and Y. Park, “Active control of road booming noise in automotive interiors,” The Journal of the Acoustical Society of America, vol. 111, no. 1, pp. 180–188, 2002.

[18] L. Eriksson, “Recursive algorithms for active noise control,” in Proc. Int. Symp. Active Control of Sound Vibration, 1991, pp. 137–146.

[19] J. Cheer and S. J. Elliott, “Multichannel control systems for the attenuation of interior road noise in vehicles,” Mechanical Systems and Signal Processing, vol. 60, pp. 753–769, 2015.

[20] J. Cheer and S. Elliott, “Mutlichannel feedback control of interior road noise,” in Proceedings of Meetings on Acoustics, vol. 19, no. 1.  Acoustical Society of America, 2013, p. 030118.

[21] S. J. Elliott, W. Jung, and J. Cheer, “The spatial properties and local active control of road noise,” in Proc. of Euro-noise, 2015.

[22] J. Cheer, S. Elliott, and W. Jung, “Sound field control in the automotive environment,” 3rd International ATZ Automotive Acoustics Conference, 2015.


Recent Advances in Active Noise Control Inside Automobile Cabins
Prasanga N. Samarasinghe


Авторизация
Забыли свой пароль?