Акселерометры как часть системы активного шумоподавления в автомобиле

в 23:03, , рубрики: Автомобильные гаджеты, акселерометр, физика

Акселерометры как часть системы активного шумоподавления в автомобиле

Активное шумоподавление в наушниках — штука очень удобная и полезная. Суть её заключается в генерировании звука, находящегося в противофазе относительно приходящего извне шума. Таким образом происходит их эффективное взаимное подавление. Конечно, полной тишины не достигается, но уровень шума для уха существенно снижается. Однако это сравнительно легко реализовать в маленьком полностью контролируемом пространстве, которое и представляет собой каждая чашка наушников. Но как можно сделать активное шумоподавление в салоне автомобиля? Инженеры компании Harman, судя по всему, нашли довольно интересное решение.

Акселерометры как часть системы активного шумоподавления в автомобиле
Активное шумоподавление в наушниках.

Шумоизоляцию в автомобиле можно условно разделить на две основные задачи.

Первая — это снижение звука работающего двигателя. В дорогих машинах эта задача решается уже давно и весьма успешно. Зная тип двигателя, его размер и мощность, а также режим работы, можно довольно точно вычислить его частотные характеристики. На основе этой информации можно генерировать подавляющий сигнал в противофазе.

Вторая задача — изоляция от всевозможных внешних шумов. И здесь всё гораздо сложнее: в отличие от двигателя или тех же наушников, система шумоподавления не может предсказать, когда возникнет какой-либо внешний шум, как и его интенсивность и частоту. Например, звук трения покрышек о дорожное полотно будет сильно отличаться в зависимости от материала, ровности поверхности и даже степени износа самих покрышек. А это один из главных источников шума в салоне автомобиля. Традиционный метод звукоизоляции салона с помощью довольно тяжёлых материалов приводит к заметному утяжелению автомобиля и, как следствие, повышению среднего расхода топлива. Кстати, адепты внедрения «беспилотных» автомобилей считают, что их широкое распространение позволит радикально снизить аварийность, а значит можно будет не закладывать в конструкцию автомобилей определённый запас прочности на случай столкновения. Следовательно, можно будет делать их из относительно менее жёстких материалов, которые будут сами по себе обеспечивать более высокую звукоизоляцию, позволят облегчить автомобили и ещё больше снизить их средний расход.

По понятным причинам, для активного шумоподавления в салоне не получится использовать подход, реализованный в тактических наушниках.

Акселерометры как часть системы активного шумоподавления в автомобиле

Каждая чашка оснащена внешним микрофоном (закрыты поролоновыми насадками). Система распознаёт выстрелы и взрывы, подавляя шумы от них с крохотной задержкой. При этом усиливается речь людей, чтобы солдат мог полноценно общаться в бою с сослуживцами. Но как использовать этот подход в случае с автомобилем? Расположить микрофоны снаружи? Но тогда часть шумов, передаваемых подвеской, будут регистрироваться ими уже с другой частотой и громкостью. Если перенести микрофоны внутрь салона, то как объяснить системе, что нужно не нужно реагировать на ряд «внутренних» звуков, например, разговор водителя и пассажиров?

Инженеры компаний Harman и Lotus Engineering предложили оригинальное решение проблемы. В салоне установили несколько акселерометров, которые отслеживают вибрации, возникающие в элементах кузова. Их анализирует бортовой компьютер и вычисляет, какой звуковой ландшафт будет создан в салоне этими вибрациями. Низкочастотные шумы получается легче нейтрализовать благодаря большей длине волны. К тому же для автомобильной акустики проще генерировать подобные звуки. Что касается высокочастотных шумов, то их блокирование вокруг головы водителя весьма затруднительно для встроенных динамиков, и даже небольшое перемещение головы может свести на нет весь эффект подавления.

Акселерометры как часть системы активного шумоподавления в автомобиле

Реакция системы занимает несколько миллисекунд на каждом из этапов, от регистрации вибрации до генерирования звука в противофазе. Обратите внимание, что те же самые динамики могут проигрывать музыку, которую вовсе не нужно подавлять. А зачастую в композициях встречаются звуки, совпадающие по частоте с шумом покрышек и подвески. Разработчики не раскрывают, как они решили эту проблему, но уверяют, что подавлению подвергаются только внешние, «ненужные» шумы, а звук встроенной акустики никак не искажается. Кстати, подавлению не подвергаются и сирены служебных автомобилей, во избежание неприятных недоразумений.

Вполне возможно, в скором времени почти полной тишиной в салоне смогут наслаждаться далеко не только владельцы автомобилей класса «люкс».

Автор: Fyodorov2000

Источник


* - обязательные к заполнению поля


https://ajax.googleapis.com/ajax/libs/jquery/3.4.1/jquery.min.js