基于ANC的非入耳式汽车主动降噪技术应用研究

柯晔伟，陈星

（福建船政交通职业学院汽车学院，福建 福州 350007）

前言

汽车诞生至今已有一百多年，时至今日汽车已不再是单纯的交通工具，而是集实用性、科技性、艺术性于一体的现代化移动智能空间。人们对于汽车的要求也已不再是简单的代步工具而已，对车辆的乘坐舒适性也有很高的要求。人们都希望在喧闹的都市中找到一片属于自己的安静的空间，汽车正好能满足人们的这一需求，因此越来越多的汽车厂家不断在汽车静音性方面下功夫，打造具备优秀静音效果的汽车。

1 ANC主动降噪技术概述

在生活中，有很多声音是我们不需要的，这些声音被称之为噪音，要获得一个安静的环境，就是要减少这些噪音。减少噪音的方法主要分为两种，一种是主动降噪，一种是被动降噪。被动降噪就是给房屋或者车辆安装隔音材料，通过隔音材料阻隔声波的传导，保持内部环境的静谧。被动降噪需要消耗大量的隔音材料，隔音材料不但价格昂贵，而且报废时难以降解，对环境造成伤害。由于被动降噪有以上缺点，因此现在越来越多的科技企业开始关注主动降噪技术。

1.1 主动降噪技术的降噪原理

主动降噪技术的降噪原理如图1所示，探测器检测到一定空间内的噪声，且能分析出噪声的频率和振幅，再由波形发生器发出与噪声波形频率相同、振幅相同但是方向相反的波形，来抵消噪声波形，这样一来人耳就无法捕捉到噪音的声波，噪声就“消失”了[1]。

图1 主动降噪技术降噪原理图

1.2 主动降噪技术的应用领域

主动降噪技术需要发出反向波形来消除噪音，降噪设备需要消耗能量，所涉及面积越大消耗能量越多，因此最早的主动降噪技术仅在耳机上使用，设备只需要向耳蜗发出相反波形即可消除噪音，该技术被称为入耳式主动降噪技术。

随着技术进步，主动降噪声波可覆盖的区域越来越大，越来越多的场合都使用主动降噪技术实现噪音的消除，这种不带耳机而对整个空间内的噪音进行清除的技术称之为非入耳式主动降噪技术，最常见的就是ANC主动降噪技术。比如大型民航客机就使用了这项技术，民航客机的发动机在工作时会发出巨大的、令人烦躁的噪音，为保证乘客和机组人员有个愉快的飞行旅程，飞机客舱内安装了非入耳式主动降噪装置，可以减少至少70%的噪音，使噪音水平降低至人体能够承受的范围内[2]。

ANC主动降噪技术也被运用到汽车上，一些中高端车型除了有良好的被动降噪技术，还装备了ANC非入耳式主动降噪技术，使得车辆的内室具有非常高水平的静音效果。汽车上的主动降噪技术与飞机上使用的技术非常类似，具有非常高的技术含量，本文以长安福特锐界车型为例，介绍其使用的自适应式ANC非入耳式主动降噪技术的结构组成及工作原理。

2 ANC非入耳式主动降噪技术在汽车上的应用解析

长安福特锐界是长安福特公司重点打造的一款中高端SUV车型，其内部配置实用有效，可以为驾乘人员带来高级且舒适的用车乐趣。该车型使用大排量高功率发动机，在工作时会产生一定的噪声污染，给成员的出行带来不适。为解决这一问题，长安福特公司为锐界车型配备了ANC非入耳式主动降噪系统，可有效降低噪音对人体的伤害[3]。

2.1 ANC非入耳式主动降噪技术的结构组成

长安福特锐界车型所用的ANC非入耳式主动降噪系统采用自适应调控模式，可根据发动机噪音的变化自动调节反向声波的频率和振幅，既节约了能量，又可以为乘客提供最优质的静音服务。该系统是一个相对独立的系统，有单独的传感器、控制单元和接收器，只要汽车发动就开始工作，不受其他条件的制约。

该系统的核心部件ANC麦克风，在锐界车型上这种麦克风有三个，分布于左右B柱上方顶棚和后方顶棚，分布位置如图2所示。ANC麦克风的作用是检测乘客舱内共振的发动机噪声，并将噪声转化为模拟信号。该系统的控制单元为DACMC（数码音响控制模块），该控制单元的硬件集成在音响控制模块中，但是其运算程序却相对独立。最后发出与发动机噪音相反波形的是车载扬声器，除了仪表板中央扬声器和低音炮扬声器外，其他扬声器在不影响自身工作任务的情况下发出与噪音波形相反的干扰波，抵消发动机噪音。

图2 主动降噪系统麦克风位置示意图

2.2 ANC非入耳式主动降噪技术的工作原理

如图3所示是长安福特锐界车型音响娱乐系统的网络拓扑图，图中方框圈出部分为ANC非入耳式主动降噪系统的工作原理图。从图中可以看出主动降噪系统的硬件依托音响娱乐系统，但是控制程序却是独立出来的。首先由ANC麦克风检测车厢内部的发动机共振噪音，并将噪音信号转变为模拟信号发送给DACMC（数码音响控制模块），DACMC模块在接收信号后对波形进行分析，利用滤波装置可以获得噪音波形的方向、频率、振幅等波形信息。之后DACMC模块主动合成与噪音波形方向相反、频率和振幅相同的波形，并以模拟信号的模式传递给车载扬声器，扬声器将信号转换后发出波形，将发动机噪音信号抵消，实现静音降噪功能。该系统会根据发动机每时每刻工作状态的不同，不断调节抵消波形的输出，实现了高效又节能的自适应主动降噪。

图3 主动降噪系统工作原理网络拓扑图

3 结束语

ANC非入耳式主动降噪技术有非常多的优点，是当前最主流的降噪手段之一。优点之一是可以根据车辆内部噪声的变化而自适应的调节，达到理想的消音目标。优点之二是这项技术不需要消耗大量的隔音材料，既环保又可以节约成本。优点之三是这一系统随着技术进步，制造成本也随之下降，未来在诸多中低端车型上也可以使用，为更多的消费者带来优质的驾乘体验。相信凭借着以上优点，ANC主动降噪技术很快会走进千家万户，成为开车出行的必备之选。