張楠，李彥奇，鄧偉，龔曉琴，苗冬梅

【摘? 要】介紹一種基于主動(dòng)降噪技術(shù)的汽車降噪頭枕，在頭枕內(nèi)布置降噪揚(yáng)聲器，乘客的頭部空間形成單獨(dú)的定向聲場(chǎng)，通過(guò)降噪算法，在頭枕降噪揚(yáng)聲器中播放抑制噪聲的音頻，起到降低車內(nèi)環(huán)境噪聲的效果，提高車內(nèi)環(huán)境聲音舒適性。

【關(guān)鍵詞】主動(dòng)降噪；降噪頭枕；車內(nèi)環(huán)境聲音舒適性；定向聲場(chǎng)

中圖分類號(hào)：U463.6? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號(hào)：1003-8639（ 2023 ）03-0043-02

Application and Research of Automobile Noise Reduction Headrest Based on

Active Noise Reduction Technology

ZHANG Nan，LI Yan-qi，DENG Wei，GONG Xiao-qin，MIAO Dong-mei

（FAW Car Co.，Ltd.，Changchun 130000，China）

【Abstract】An automobile noise reduction headrest based on active noise reduction technology is introduced. Noise reduction speakers are arranged in the headrests，and passengers have no space to form a separate directional sound field. Through the noise reduction algorithm，the noise suppression audio is played in the headrest noise reduction speakers，so as to achieve the effect of environmental noise in the vehicle and improve the comfort of environmental sound in the vehicle.

【Key words】active noise reduction；noise reduction headrest；sound comfort of interior environment；directional sound field

1? 汽車噪聲

汽車噪聲對(duì)人體健康的影響是多方面的。噪聲作用于人的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，使人們大腦皮層的興奮與抑制平衡失調(diào)，導(dǎo)致條件反射異常，使腦血管張力遭到損害。這些生理上的變化，在早期能夠恢復(fù)原狀，但時(shí)間一久，就會(huì)導(dǎo)致病理上的變化，使人產(chǎn)生頭痛、腦脹、耳鳴、失眠、記憶力衰退和全身疲乏無(wú)力等癥狀。如果孕婦長(zhǎng)期乘坐噪聲較大的車輛，噪聲會(huì)通過(guò)作用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)影響胎兒發(fā)育，所以車內(nèi)環(huán)境噪聲的降低尤為重要。噪聲來(lái)源有：自身車輛運(yùn)行噪聲、其他車輛運(yùn)行噪聲、車外環(huán)境噪聲，如圖1所示。目前的隔音辦法有：隔音棉、密封條、底盤(pán)裝甲等物理隔音。

2? 主動(dòng)降噪技術(shù)

2.1? 反相噪聲

所有的聲音都由一定的頻譜組成，如果可以找到一種聲音，其頻譜與所要消除的噪聲完全一樣，只是相位剛好相反（相差180°），就可以將這噪聲完全抵消掉，關(guān)鍵在于如何得到那抵消噪聲的聲音。實(shí)際采用的辦法是：從噪聲源本身著手，設(shè)法通過(guò)電子線路將原噪聲的相位倒過(guò)來(lái)。降噪原理如圖2所示。

2.2? 聲場(chǎng)隔離

通過(guò)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(tīng)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。具體方法是通過(guò)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，各揚(yáng)聲器發(fā)出相同的聲音頻率集中到統(tǒng)一區(qū)域，這片區(qū)域就成為定向聲場(chǎng)，只有在這個(gè)聲場(chǎng)內(nèi)才能聽(tīng)見(jiàn)聲音。聲場(chǎng)隔離降噪原理如圖3所示。

3? 主動(dòng)降噪算法

3.1? 降噪流程

在車內(nèi)布置的麥克風(fēng)采集車內(nèi)噪聲，再通過(guò)頭枕?yè)P(yáng)聲器播放出反向聲波，從而達(dá)到降低噪聲的效果。降噪流程如圖4所示。通過(guò)布置在車內(nèi)的麥克風(fēng)采集車內(nèi)噪聲，先進(jìn)行噪聲信號(hào)處理，之后計(jì)算噪聲聲場(chǎng)，再計(jì)算噪聲控制聲場(chǎng)，進(jìn)而發(fā)出降噪驅(qū)動(dòng)信號(hào)到揚(yáng)聲器，揚(yáng)聲器發(fā)出降噪聲波，從而實(shí)現(xiàn)聲場(chǎng)疊加以打造降噪的效果。

3.2? 算法原理

測(cè)量并建立聲場(chǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)模型，數(shù)據(jù)模型中最關(guān)鍵的兩個(gè)部分為噪聲傳播路徑（P）和控制聲波路徑（Ge）。降噪算法基于數(shù)字模型建立降噪過(guò)濾結(jié)構(gòu)，算法原理如圖5所示。

3.3? 實(shí)現(xiàn)架構(gòu)

聲音處理路徑：4路麥克風(fēng)輸入，頻率可低至20Hz；4路D/A功放能同時(shí)驅(qū)動(dòng)4路揚(yáng)聲器；CAN總線通信接口，用于從CAN線上獲取如發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等信息；4路音頻信號(hào)輸入，完成娛樂(lè)系統(tǒng)與噪聲控制信號(hào)的混音；1路開(kāi)關(guān)量輸入；1路串口通信接口，用于和上位機(jī)通信進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、調(diào)試等。實(shí)現(xiàn)架構(gòu)如圖6所示。

4? 技術(shù)應(yīng)用

4.1? 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

將車窗關(guān)閉可隔絕部分噪聲，同時(shí)可以保證車內(nèi)相對(duì)封閉的空間，在車內(nèi)布置的麥克風(fēng)采集車內(nèi)噪聲，再通過(guò)頭枕?yè)P(yáng)聲器播放出反向聲波，從而達(dá)到降低噪聲的效果。系統(tǒng)架構(gòu)如圖7所示，系統(tǒng)各部件功能見(jiàn)表1。

4.2? 測(cè)試結(jié)果

測(cè)試結(jié)果（圖8）表明，降噪頭枕有效降低頭枕區(qū)域的噪聲，聽(tīng)覺(jué)感受明顯，降低10dB。其中，虛線為降低后的音值。

5? 結(jié)論

通過(guò)理論數(shù)據(jù)研究和實(shí)際樣件效果的測(cè)試，降噪頭枕可將特定空間內(nèi)噪聲感受降低，提高乘客的聽(tīng)覺(jué)舒適性，對(duì)定向聲場(chǎng)和降噪技術(shù)的應(yīng)用有意義。

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（編輯? 凌? 波）

作者簡(jiǎn)介

張楠，主要從事創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用研究方向的工作。