基于主動降噪技術汽車降噪頭枕應用及研究

張楠，李彥奇，鄧偉，龔曉琴，苗冬梅

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

【關鍵詞】主動降噪；降噪頭枕；車內環(huán)境聲音舒適性；定向聲場

中圖分類號：U463.6? ? 文獻標志碼：A? ? 文章編號：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

汽車噪聲對人體健康的影響是多方面的。噪聲作用于人的中樞神經系統(tǒng)，使人們大腦皮層的興奮與抑制平衡失調，導致條件反射異常，使腦血管張力遭到損害。這些生理上的變化，在早期能夠恢復原狀，但時間一久，就會導致病理上的變化，使人產生頭痛、腦脹、耳鳴、失眠、記憶力衰退和全身疲乏無力等癥狀。如果孕婦長期乘坐噪聲較大的車輛，噪聲會通過作用于中樞神經系統(tǒng)影響胎兒發(fā)育，所以車內環(huán)境噪聲的降低尤為重要。噪聲來源有：自身車輛運行噪聲、其他車輛運行噪聲、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、底盤裝甲等物理隔音。

2? 主動降噪技術

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，關鍵在于如何得到那抵消噪聲的聲音。實際采用的辦法是：從噪聲源本身著手，設法通過電子線路將原噪聲的相位倒過來。降噪原理如圖2所示。

2.2? 聲場隔離

通過技術手段將聲音控制在局部范圍內傳播，針對獨立的區(qū)域形成可聽區(qū)域，實現針對指定區(qū)域人群播放聲音，互不干擾，實現聲音聚集成束、定性直達的效果。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，各揚聲器發(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，只有在這個聲場內才能聽見聲音。聲場隔離降噪原理如圖3所示。

3? 主動降噪算法

3.1? 降噪流程

在車內布置的麥克風采集車內噪聲，再通過頭枕揚聲器播放出反向聲波，從而達到降低噪聲的效果。降噪流程如圖4所示。通過布置在車內的麥克風采集車內噪聲，先進行噪聲信號處理，之后計算噪聲聲場，再計算噪聲控制聲場，進而發(fā)出降噪驅動信號到揚聲器，揚聲器發(fā)出降噪聲波，從而實現聲場疊加以打造降噪的效果。

3.2? 算法原理

測量并建立聲場環(huán)境數據模型，數據模型中最關鍵的兩個部分為噪聲傳播路徑（P）和控制聲波路徑（Ge）。降噪算法基于數字模型建立降噪過濾結構，算法原理如圖5所示。

3.3? 實現架構

聲音處理路徑：4路麥克風輸入，頻率可低至20Hz；4路D/A功放能同時驅動4路揚聲器；CAN總線通信接口，用于從CAN線上獲取如發(fā)動機轉速等信息；4路音頻信號輸入，完成娛樂系統(tǒng)與噪聲控制信號的混音；1路開關量輸入；1路串口通信接口，用于和上位機通信進行參數設置、調試等。實現架構如圖6所示。

4? 技術應用

4.1? 系統(tǒng)實現

將車窗關閉可隔絕部分噪聲，同時可以保證車內相對封閉的空間，在車內布置的麥克風采集車內噪聲，再通過頭枕揚聲器播放出反向聲波，從而達到降低噪聲的效果。系統(tǒng)架構如圖7所示，系統(tǒng)各部件功能見表1。

4.2? 測試結果

測試結果（圖8）表明，降噪頭枕有效降低頭枕區(qū)域的噪聲，聽覺感受明顯，降低10dB。其中，虛線為降低后的音值。

5? 結論

通過理論數據研究和實際樣件效果的測試，降噪頭枕可將特定空間內噪聲感受降低，提高乘客的聽覺舒適性，對定向聲場和降噪技術的應用有意義。

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（編輯? 凌? 波）

作者簡介

張楠，主要從事創(chuàng)新技術應用研究方向的工作。