從起居室到開闊的道路：為更多汽車帶來優(yōu)質(zhì)音響

1930 年，Galvin Manufacturing Corp.（后來更名為摩托羅拉）發(fā)布了第一臺用于福特 A 型車等車輛售后市場的汽車收音機(jī)。當(dāng)時，電子產(chǎn)品的想法在汽車中幾乎是不可想象的。不僅對于基本上只有一個揚聲器和一個 AM 收音機(jī)來說，安裝極其困難，而且僅該系統(tǒng)的成本就接近車輛總價值的四分之一。

從那時起的 90 多年里，汽車音響系統(tǒng)已成為每款車型的標(biāo)準(zhǔn)組成部分。這是一段有趣的旅程，跨越了基于晶體管的收音機(jī)、FM 收音機(jī)頻段、盒式磁帶和光盤播放器（包括對 8 英寸黑膠唱片的嘗試），以及現(xiàn)在更現(xiàn)代的產(chǎn)品，如智能手機(jī)連接和衛(wèi)星收音機(jī)。

共同的主題是，制造商將公眾熟悉的東西帶到了車輛之外，并將相同的音頻體驗帶入了車輛中。我們甚至已經(jīng)達(dá)到了這樣一個地步，即某些汽車音響系統(tǒng)可能是一個人擁有的性能最好的音響系統(tǒng)。

電氣化和汽車音頻

汽車音頻系統(tǒng)的許多變化都與汽車的更大架構(gòu)改造直接相關(guān)。汽車電氣化極大地影響了用戶的音頻體驗。

雖然您可能不再聽到電動汽車 （EV） 中內(nèi)燃機(jī)的隆隆聲，但您很快就會注意到道路通過車輪振動進(jìn)入機(jī)艙的噪音。電動汽車還需要盡可能輕，以最大限度地延長電池續(xù)航里程，這減少了車門的被動隔音效果，降低了車窗玻璃的厚度，并去除了車輪中的減振器。這些更改將最大限度地減少噪音的責(zé)任交給了音頻系統(tǒng)。

在商業(yè)音頻行業(yè)，趨勢包括耳機(jī)中的主動降噪 （ANC） 和極其高效的音頻放大器等功能，以實現(xiàn)更長的便攜式電池供電揚聲器的聆聽時間。

ANC 等功能也有助于改善 EV 的一般體驗。同時，便攜式揚聲器中更高效的音頻放大器可以轉(zhuǎn)化為電動汽車中更高效的音頻系統(tǒng)，在車輛的整個生命周期內(nèi)，對總行駛里程的影響較小。

ANC 并不是唯一進(jìn)入新車的功能。通過杜比全景聲 （Dolby Atmos） 技術(shù)實現(xiàn)的沉浸式空間音頻體驗也可以增強(qiáng)車內(nèi)音頻體驗。杜比全景聲 （Dolby Atmos） 是著名的家庭影院環(huán)繞聲概念的演變，最初旨在提供更精確的音樂、電影和視頻游戲空間化，以實現(xiàn)更加身臨其境的 3D 聆聽環(huán)境。

在耳機(jī)中，Dolby Atmos 需要將空間化音頻混音進(jìn)行特定的相位和定時處理，并將其放入您耳朵旁邊的一對揚聲器中。將其擴(kuò)展到家庭中需要多達(dá) 12 個揚聲器來環(huán)繞聽眾并提供這些聲音的深度、高度和精確位置。這需要對環(huán)境進(jìn)行相當(dāng)多的調(diào)整，并對多聲道音頻源進(jìn)行大量處理，以實現(xiàn)創(chuàng)作者想要的聲音體驗。

ANC 和杜比全景聲 （Dolby Atmos） 需要相當(dāng)多的多通道數(shù)字信號處理 （DSP），而現(xiàn)代車輛中的音頻系統(tǒng)必須處理更多。例如，高級駕駛輔助系統(tǒng) （ADAS） 使用音頻來播放信息提示音和警報。電動汽車的車輛聲學(xué)警報系統(tǒng) （AVAS） 音調(diào)有助于補償發(fā)動機(jī)噪音的不足，以便行人可以聽到車輛接近的聲音。內(nèi)部鈴聲和外部 AVAS 音調(diào)需要對車輛進(jìn)行主動監(jiān)控，并且必須快速提供音頻信息。

高級音響系統(tǒng)的技術(shù)要求

優(yōu)質(zhì)音頻系統(tǒng)需要解決的技術(shù)挑戰(zhàn)之一是 ANC 信號鏈的端到端延遲。為了盡可能快地減少延遲并產(chǎn)生進(jìn)入機(jī)艙的抗噪聲，需要優(yōu)化信號鏈中的每個器件。最大限度地減少輸入和輸出時間使音頻 DSP 工程師能夠為其噪聲消除算法考慮更大的音頻噪聲帶。

典型的 ANC 系統(tǒng)需要噪聲捕獲到抗噪聲產(chǎn)生信號路徑（圖 1）最多需要 2 毫秒，這相當(dāng)于在人耳處抵消了最大 500 Hz。

1. 顯示是從音頻源到 DSP 的低延遲信號路徑。

音頻轉(zhuǎn)換器和放大器，如德州儀器 （TI） 的 PCM6240-Q1 和 TAS6584-Q1，提供低延遲信號路徑，將信號鏈模擬部分的開銷降至最低。在設(shè)計中使用低延遲路徑有助于確保對時間最敏感的信號盡可能快地到達(dá)需要的地方。TI 設(shè)計這些器件以實現(xiàn)集成濾波和其他處理功能，以便設(shè)計人員能夠為車輛駕駛員創(chuàng)造全功能和高性能的體驗。

所有這些功能都嚴(yán)重依賴于系統(tǒng)的 DSP，尤其是在處理能力方面。這就是集成 DSP 內(nèi)核（例如該公司基于 Arm Cortex 的 AM2754-Q1 和 AM62D-Q1 中的 TI C7x 矢量 DSP）為高級高級音頻系統(tǒng)提供經(jīng)濟(jì)友好的方法的地方。

這些處理器中的 40GFLOP C7x 內(nèi)核可以處理來自 ANC 傳感器的數(shù)十個獨立音頻源、內(nèi)存中的本地音調(diào)或通過以太網(wǎng)來自中央計算單元的音樂數(shù)據(jù)。這種高計算能力可在杜比全景聲 （Dolby Atmos） 的沉浸式聆聽體驗之上實現(xiàn)更有效、低延遲的 ANC 解決方案。

音頻的下一步是什么？

在第一款福特 Model A 音響系統(tǒng)推出十年后，摩托羅拉在報紙上刊登了一則廣告，上面寫著：“電子產(chǎn)品？確定！我們家里已經(jīng)有 20 年了！很明顯，即使在那時，汽車音頻功能和解決方案也落后了。

如今，隨著自動駕駛和自動駕駛出租車的車輛趨勢越來越大，車內(nèi)體驗有更多的機(jī)會減少駕駛員的輸入。不僅車輛將成為移動的辦公和娛樂系統(tǒng)，為用戶提供更多獲得優(yōu)質(zhì)音頻體驗的理由，而且人們對將降噪提升到新水平的功能感興趣，例如為每位乘客提供獨特聆聽環(huán)境的座椅特定音頻區(qū)。除了更高級的 DSP 算法之外，此功能確實需要每個座位的麥克風(fēng)和揚聲器陣列。

汽車行業(yè)還通過實施基于區(qū)域的架構(gòu)和軟件定義汽車 （SDV） 體驗來開發(fā)下一代車輛網(wǎng)絡(luò)和計算。它們直接影響音頻的捕獲位置、音頻在車輛中通過網(wǎng)絡(luò)的分布（圖 2）以及用戶可用的音頻軟件靈活性和配置量。

2. 該圖說明了基于區(qū)域的汽車架構(gòu)中麥克風(fēng)和揚聲器的配置。

隨著這些系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜，汽車制造商必須利用來自 TI 等半導(dǎo)體供應(yīng)商的先進(jìn)半導(dǎo)體和設(shè)計專業(yè)知識，以掌握最新、最出色的音頻技術(shù)和未來汽車設(shè)計。