Активный звуковой дизайн
Активный звуковой дизайн — это концепция акустической технологии, используемая в автомобильных транспортных средствах для изменения или улучшения звука внутри и снаружи автомобиля. Активный звуковой дизайн (ASD) часто использует методы активного контроля шума и улучшения акустики для достижения синтезированного звука автомобиля.
Типичные реализации ASD различаются: от усиления или ослабления существующего звука до создания совершенно нового звука. Каждый производитель транспортных средств может использовать в ASD разные программные или аппаратные средства, поскольку единой модели не существует. ASD существует под несколькими названиями, например, Acura Active Sound Control , Kia Active Sound System , Volkswagen Soundaktor и QNX Acoustic Management System .
Первый экземпляр автомобильного активного шумоподавления (ANC) был разработан Lotus и установлен в Nissan Bluebird 1992 года . В 2009 году Lotus в партнерстве с Harman International разработала улучшенную систему ANC, которая устраняла шум от дороги, шин и шасси автомобиля . [ 1 ] В связи с недавним спросом на экономичные и экологически чистые с двигателями внутреннего сгорания автомобили , системы двигателей стали более эффективными, но менее привлекательными для потребителей. Транспортные средства на электромобилях и топливных элементах работают с высокими тонами , которым не хватает узнаваемого звука типичного двигателя внутреннего сгорания. [ 2 ] С помощью ASD производители как автомобилей с двигателем внутреннего сгорания, так и электромобилей стремятся улучшить восприятие этих транспортных средств за счет повышения качества внутреннего и внешнего звука автомобиля.
Компоненты
[ редактировать ]Активное шумоподавление (ANC) — это программный процесс, который использует существующее бортовое информационно-развлекательное оборудование для устранения нежелательного шума внутри автомобиля. Этот метод устранения известен как уменьшение порядка гармоник , при котором нежелательные аудиосигналы идентифицируются датчиками и отфильтровываются из общего звука внутри автомобиля. [ 3 ] Производители могут использовать АНП в автомобиле, чтобы улучшить последствия РАС. [ 4 ]
Улучшение звука двигателя (ESE) — это технология , которая позволяет производителям улучшать звуки двигателя с помощью синтетического шума, составленного на основе данных двигателя в реальном времени , включая такие компоненты, как количество оборотов двигателя в минуту (об/мин) двигателя и крутящий момент . Этот синтетически составленный звук передается через внутренние или внешние динамики автомобиля . При ASD производители могут использовать ESE для повышения воспринимаемой мощности двигателя без механических изменений, которые могут потребоваться при использовании других методов. [ 5 ] [ 6 ]
Мотивы для РАС
[ редактировать ]В условиях экологических ограничений и требований к экономии топлива в автомобильной промышленности двигателей меньшие по размеру подсистемы сделали шум в салоне автомобилей с двигателями внутреннего сгорания менее приятным. У электрических и гибридных транспортных средств вообще отсутствует отчетливый звук двигателя, вместо этого используется более тихий высокочастотный шум, который вызывает раздражение у пассажиров транспортного средства и представляет угрозу для пешеходов, которые могут не узнать приближающийся автомобиль. [ 7 ] Эти разработки вызвали потребительский спрос на более привлекательный внутренний звук, а также на фирменный стиль как внутри, так и снаружи автомобиля, который был бы узнаваем и снижал риски для безопасности. [ 8 ]
Традиционные варианты контроля звука в транспортных средствах включали утомительные механические изменения, такие как балансирные валы и звукопоглощающие материалы, что увеличивало время и стоимость производства. С обновлением продуманной конструкции в виде АСД сокращаются производственные затраты и сложности. Вместо интеграции технологии в конструкцию двигателя звук можно исправить на более позднем этапе разработки и оптимизировать под автомобиль. [ 9 ] [ 2 ]
Вариации
[ редактировать ]Активный звуковой дизайн (ASD) учитывает данные двигателя и автомобиля о скорости , нажатии педали, шуме выхлопа и вибрации автомобиля, чтобы изменить внутренний и внешний шум автомобиля. Эти входные переменные фильтруются для получения желаемых результатов . Вариации ASD выбирают одну или несколько из этих переменных для реализации нового звука. Эти варианты включают в себя:
- Пассивная генерация звука : сигналы принимаются непосредственно с выхода двигателя и передаются в салон автомобиля.
- Пассивная и активная генерация звука : усиление входного сигнала выхлопных газов и создание нового выходного сигнала для усиления внешнего шума автомобиля.
- Активные крепления : принимают входные сигналы от внешней части автомобиля и передают сигналы вибрации в салон автомобиля.
- Синтетический звук : создание нового звука посредством внутренней стереосистемы . [ 2 ]
Применение и теория
[ редактировать ]В типичном двигателе внутреннего сгорания цилиндры отвечают за сжигание бензина и выработку энергии для питания автомобиля. Эти цилиндры срабатывают периодически и могут быть сведены к серии синусоидальных волн (согласно правилам преобразования Фурье ). Эти синусоидальные волны определяются числом оборотов в минуту (об/мин) коленчатого вала двигателя и порядком зажигания или расположением цилиндров. Чтобы улучшить звук двигателя в пассажирском салоне, гармонические порядки звука двигателя, отсутствующие в звуке салона, можно усилить с помощью методов цифровой обработки сигналов (DSP). [ 2 ]
Чтобы уловить недостающие команды, состояние нагрузки двигателя определяется датчиками ускорения на двигателе старых автомобилей или с помощью шины сети контроллеров (CAN-шина) в современных автомобилях. [ 9 ] С помощью динамических полосовых фильтров (устройства, передающего заданные частоты ) недостающие заказы передаются. Чтобы свести к минимуму артефакты (помехи) во время передачи, сигнал проходит через каскадные фильтры верхних и нижних частот. Благодаря адаптации сигнала оборотов двигателя (захваченного индуктивным трансформатором напряжения ), команды усиливаются через брандмауэр автомобиля (кузов, отделяющий двигатель от салона) и внутреннюю звуковую систему. [ 10 ]
Субгармоники и звуковые характеристики
[ редактировать ]В транспортных средствах на электрических и топливных элементах виртуальные (синтетические) звуки часто используются для компенсации отсутствия звука двигателя внутреннего сгорания. Чтобы создать оптимальный звуковой дизайн в электромобиле (EV), производители должны признать психоакустические теории, лежащие в основе звуковых предпочтений. При исследовании качества звука дизельных двигателей экспериментальный анализ сравнивал субъективную оценку компонентов качества звука с JD Power . исследованием APEAL компании [ 11 ] [ 12 ]
Основываясь на исследованиях предпочтений пользователей в салоне автомобиля, производители стремятся снизить уровень громкости и высокочастотный звук для более приятного вождения. В современных электромобилях стандартный шум автомобиля маскируется звуком с фильтром нижних частот, зависящим от числа оборотов . Этот звук с фильтрацией нижних частот представляет собой низкочастотный синтетический звук, основанный на реальных параметрах двигателя электромобиля, таких как скорость и нагрузка.
чисел Альта и Йохума порядка простых целых метод гармонического К этому виртуальному шуму применяется . Субгармоники (низкочастотные копии) затем изолируются от исходных высокочастотных компонентов EV. [ 13 ] При оценке нескольких сгенерированных звуковых стимулов люди субъективно определили, что эти субгармоники являются предпочтительными для внутреннего звука электромобиля. [ 14 ]
Автомобили с двигателями внутреннего сгорания динамически реагируют на различные условия движения. Чтобы производители могли синтезировать фирменный звук в электромобиле, они должны учитывать звуковую подпись, которая включает в себя динамичный звук вождения. Базовая звуковая сигнатура определяется схемой дополнительных сигнатур и микросигнатур, которую можно расширить для повышения динамического качества звука. Эти дополнительные сигнатуры могут быть назначены параметрам (нагрузка, скорость) или маневрам, которые передают определенные звуковые образцы . Благодаря синтезу микросигнатур в трансмиссиях электромобиля получаемый звук становится более ярким и эмоциональным, чем базовые частоты электромобиля. [ 15 ]
Проблемы
[ редактировать ]Реакция потребителей
[ редактировать ]Для среднего потребителя появление РАС остается практически незамеченным. Однако в последних моделях BMW потребители чувствуют себя обманутыми из-за синтетического звука двигателя. Многочисленные обучающие видеоролики, представленные в Интернете, содержат пошаговые инструкции по отключению ASD в автомобилях BMW, а также статьи, посвященные ложно звучащему синтетическому шуму. [ 16 ] [ 17 ]
Фирменный стиль для электромобилей и автомобилей на топливных элементах
[ редактировать ]Типичные автомобили с двигателями внутреннего сгорания во время работы обеспечивают звуковую обратную связь, которая отражает фирменный стиль автомобиля. Из-за особенностей одноступенчатой системы и расположения преобразователей мощности в транспортных средствах с электрическими и топливными элементами частота звука меняется минимально в течение периода ускорения и плохо соответствует фактическому состоянию скорости и нагрузки транспортного средства. Кроме того, отсутствие шума двигателя оставляет спектральный разрыв (пустое пространство) между шумом ветра и дороги и усиливает отдельные компоненты автомобиля, снижая качество звука в салоне. [ 2 ]
Чтобы создать фирменный стиль, производители должны выбирать между воспроизведением типичного звука двигателя внутреннего сгорания и созданием совершенно новой концепции звука. [ 14 ]
Воспроизведение процесса двигателя внутреннего сгорания
[ редактировать ]Текущие реализации активного звукового дизайна в транспортных средствах с двигателями внутреннего сгорания могут неточно воспроизводить изменения микроструктуры (изменения между срабатываниями цилиндров ) процесса сгорания. Поскольку сигнальные волны исходят от множества периодически работающих цилиндров, идентификация и воспроизведение гармонических порядков работы двигателя является неэффективным процессом. Кроме того, этот подход предполагает единообразие двигателя внутреннего сгорания. Усилие , создаваемое цилиндрами, является периодическим и может меняться от одного цикла к другому, что делает невозможным воспроизведение естественного компонента шума двигателя. [ 2 ]
Примеры приложений
[ редактировать ]Несколько автомобильных компаний внедряют собственные версии технологии ASD. [ 18 ]
- В таких моделях автомобилей, как BMW M5 , система управления двигателем усиливает звуки, создаваемые скоростью и мощностью двигателя, фильтруя получаемые ею аудиоданные. Водители могут выбрать настройку вождения, которая изменит акустику салона, а также фактические характеристики автомобиля. [ 19 ]
- Аналогичным образом, Kia Stinger имеет пять режимов движения (эко, комфорт, смарт, спорт и индивидуальный), которые регулируют громкость и агрессивность звука в салоне автомобиля. [ 20 ] Этот автомобиль, оснащенный двигателем с турбонаддувом , разработан с учетом предпочтений пользователя. Турбокомпрессор в двигатель внутреннего повышает эффективность и нагнетает дополнительный сжатый воздух сгорания, создавая стабильный и чистый звук.
- Porsche Реализация ASD от сочетает в себе резонатор Гельмгольца и звуковой симпозитор для передачи звуков двигателя непосредственно в салон автомобиля. Универсальный резонатор Гельмгольца ограничивает звук двигателя с помощью клапана с электронным управлением, который колеблется вместе с воздухом, очень похоже на звук, который издается, когда дуют через горлышко бутылки. Звуковой симпозиум состоит из пластиковой трубки с мембраной и откидным клапаном , которые ведут себя так же, как человеческое ухо. При нажатии кнопки Sport резонатор и звуковой симпозитор полностью открываются, усиливая звук двигателя в салоне автомобиля. [ 21 ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Lotus и Harman сотрудничают в области технологий шумоподавления и создания шума» . Автоблог . Проверено 12 ноября 2020 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж Бодден, Маркус; Бельшнер, Торстен (14 октября 2014 г.). «Комплексное активное звуковое проектирование автомобилей. Часть 1: Автомобили с электроприводом и двигателями внутреннего сгорания» . Материалы конгресса и конференции INTER-NOISE и NOISE-CON . 249 (4): 3214–3219.
- ^ Эллиотт, С.Дж.; Нельсон, Пенсильвания (октябрь 1993 г.). «Активный шумоподавление». Журнал обработки сигналов IEEE . 10 (4): 12–35. Бибкод : 1993ISPM...10...12E . дои : 10.1109/79.248551 . S2CID 6276399 .
- ^ Ширмахер, Рольф; Эндрюс, Джерард (2016). «Разработка экономичных и энергоэффективных приложений активного шумоподавления с использованием специальных DSP» (PDF) . cadence.com . Архивировано из оригинала 26 октября 2020 года . Проверено 28 октября 2022 г.
- ^ «Платформа управления акустикой» . blackberry.qnx.com . Проверено 23 октября 2020 г.
- ^ Вейнау, Келби (03 октября 2019 г.). «Определение предпочтений по улучшению звука для спортивного автомобиля» . Материалы конгресса и конференции INTER-NOISE и NOISE-CON . 260 (1): 901–912.
- ^ Мур, Дилан; Куррано, Ребекка; Сиркин, Дэвид (2020). «Разумные решения: как синтетические звуки двигателя улучшают автономное взаимодействие транспортного средства и пешехода». 12-я Международная конференция по автомобильным пользовательским интерфейсам и интерактивным автомобильным приложениям . стр. 94–103. дои : 10.1145/3409120.3410667 . ISBN 9781450380652 . S2CID 221642335 .
- ^ Л. Гарай-Вега, А. Гастингс, Дж. К. Поллард, М. Зушлаг и М. Д. Стернс, «Более тихие автомобили и безопасность слепых пешеходов», Национальное управление безопасности дорожного движения , апрель 2010 г. [Онлайн]. Доступно: https://www.nhtsa.gov/DOT/NHTSA/NVS/Crash%20Avoidance/Technical%20Publications/2010/811304rev.pdf.+%5BДоступ:+09-Nov-2020%5D .
- ^ Jump up to: а б Ширмахер, Рольф (1 апреля 2002 г.). «Активный дизайн звука автомобильного двигателя» . Общество аудиоинженеров.
- ^ Зонтакки, Алоис; Фрэнк, Матиас; Зоттер, Франц; Кранцлер, Кристиан; Брандл, Стефан (2016). «Оптимизация звука для двигателей уменьшенных размеров». Автомобильная технология NVH . SpringerBriefs в области прикладных наук и технологий. стр. 13–27. дои : 10.1007/978-3-319-24055-8_2 . ISBN 978-3-319-24053-4 .
- ^ Генрихс, Ральф; Бодден, Маркус (28 августа 2007 г.). «Дизельная импульсивность. Часть I: Взгляд клиента» . Материалы конгресса и конференции INTER-NOISE и NOISE-CON . 2007 (5): 2463–2468.
- ^ «Исследование производительности, исполнения и компоновки автомобильной промышленности США (APEAL)» . Джей Ди Пауэр . Проверено 10 ноября 2020 г.
- ^ «Звуковой дизайн с точки зрения теории музыкальных гармоник (технический документ 2003-01-1508) - SAE Mobilus» . saemobilus.sae.org . Проверено 10 ноября 2020 г.
- ^ Jump up to: а б Гвак, Ду Ён; Юн, Кисоп; Сон, Ёлван; Ли, Сугаб (декабрь 2014 г.). «Применение субгармоник для активного звукового оформления электромобилей» . Журнал Акустического общества Америки . 136 (6): EL391–EL397. Бибкод : 2014ASAJ..136L.391G . дои : 10.1121/1.4898742 . ПМИД 25480088 .
- ^ Бодден, Маркус (21 августа 2016 г.). «Принципы активного звукового дизайна для электромобилей» . Материалы конгресса и конференции INTER-NOISE и NOISE-CON . 253 (1): 7700–7704.
- ^ «Услышьте BMW M2 с активной звуковой системой и без нее» . BMW.RU | Сообщество владельцев BMW в Сингапуре . 17.06.2016 . Проверено 10 ноября 2020 г.
- ^ Харвелл, Дрю (21 января 2015 г.). «Самые продаваемые в Америке легковые и грузовые автомобили построены на лжи: рост фальшивого шума двигателей» . Вашингтон Пост . Проверено 12 ноября 2020 г.
- ^ «Звуковой дизайн автомобиля | Технологии — Hyundai Worldwide» . ХЮНДА МОТОРС . Проверено 10 ноября 2020 г.
- ^ «BMW M5 с активным звуковым дизайном» . sgCarMart.com . Проверено 10 ноября 2020 г.
- ^ «Ощущение Kia по звуку» . www.kia.com . Проверено 10 ноября 2020 г. [ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ «Откуда рождается музыка — Porsche США» . Porsche ГЛАВНАЯ — Porsche США . Проверено 12 ноября 2020 г.