从起居室到开阔的道路：为更多汽车带来优质音响

1930 年，Galvin Manufacturing Corp.（后来更名为摩托罗拉）发布了第一台用于福特 A 型车等车辆售后市场的汽车收音机。当时，电子产品的想法在汽车中几乎是不可想象的。不仅对于基本上只有一个扬声器和一个 AM 收音机来说，安装极其困难，而且仅该系统的成本就接近车辆总价值的四分之一。

从那时起的 90 多年里，汽车音响系统已成为每款车型的标准组成部分。这是一段有趣的旅程，跨越了基于晶体管的收音机、FM 收音机频段、盒式磁带和光盘播放器（包括对 8 英寸黑胶唱片的尝试），以及现在更现代的产品，如智能手机连接和卫星收音机。

共同的主题是，制造商将公众熟悉的东西带到了车辆之外，并将相同的音频体验带入了车辆中。我们甚至已经达到了这样一个地步，即某些汽车音响系统可能是一个人拥有的性能最好的音响系统。

电气化和汽车音频

汽车音频系统的许多变化都与汽车的更大架构改造直接相关。汽车电气化极大地影响了用户的音频体验。

虽然您可能不再听到电动汽车 （EV） 中内燃机的隆隆声，但您很快就会注意到道路通过车轮振动进入机舱的噪音。电动汽车还需要尽可能轻，以最大限度地延长电池续航里程，这减少了车门的被动隔音效果，降低了车窗玻璃的厚度，并去除了车轮中的减振器。这些更改将最大限度地减少噪音的责任交给了音频系统。

在商业音频行业，趋势包括耳机中的主动降噪 （ANC） 和极其高效的音频放大器等功能，以实现更长的便携式电池供电扬声器的聆听时间。

ANC 等功能也有助于改善 EV 的一般体验。同时，便携式扬声器中更高效的音频放大器可以转化为电动汽车中更高效的音频系统，在车辆的整个生命周期内，对总行驶里程的影响较小。

ANC 并不是唯一进入新车的功能。通过杜比全景声 （Dolby Atmos） 技术实现的沉浸式空间音频体验也可以增强车内音频体验。杜比全景声 （Dolby Atmos） 是著名的家庭影院环绕声概念的演变，最初旨在提供更精确的音乐、电影和视频游戏空间化，以实现更加身临其境的 3D 聆听环境。

在耳机中，Dolby Atmos 需要将空间化音频混音进行特定的相位和定时处理，并将其放入您耳朵旁边的一对扬声器中。将其扩展到家庭中需要多达 12 个扬声器来环绕听众并提供这些声音的深度、高度和精确位置。这需要对环境进行相当多的调整，并对多声道音频源进行大量处理，以实现创作者想要的声音体验。

ANC 和杜比全景声 （Dolby Atmos） 需要相当多的多通道数字信号处理 （DSP），而现代车辆中的音频系统必须处理更多。例如，高级驾驶辅助系统 （ADAS） 使用音频来播放信息提示音和警报。电动汽车的车辆声学警报系统 （AVAS） 音调有助于补偿发动机噪音的不足，以便行人可以听到车辆接近的声音。内部铃声和外部 AVAS 音调需要对车辆进行主动监控，并且必须快速提供音频信息。

高级音响系统的技术要求

优质音频系统需要解决的技术挑战之一是 ANC 信号链的端到端延迟。为了尽可能快地减少延迟并产生进入机舱的抗噪声，需要优化信号链中的每个器件。最大限度地减少输入和输出时间使音频 DSP 工程师能够为其噪声消除算法考虑更大的音频噪声带。

典型的 ANC 系统需要噪声捕获到抗噪声产生信号路径（图 1）最多需要 2 毫秒，这相当于在人耳处抵消了最大 500 Hz。

1. 显示是从音频源到 DSP 的低延迟信号路径。

音频转换器和放大器，如德州仪器 （TI） 的 PCM6240-Q1 和 TAS6584-Q1，提供低延迟信号路径，将信号链模拟部分的开销降至最低。在设计中使用低延迟路径有助于确保对时间最敏感的信号尽可能快地到达需要的地方。TI 设计这些器件以实现集成滤波和其他处理功能，以便设计人员能够为车辆驾驶员创造全功能和高性能的体验。

所有这些功能都严重依赖于系统的 DSP，尤其是在处理能力方面。这就是集成 DSP 内核（例如该公司基于 Arm Cortex 的 AM2754-Q1 和 AM62D-Q1 中的 TI C7x 矢量 DSP）为高级高级音频系统提供经济友好的方法的地方。

这些处理器中的 40GFLOP C7x 内核可以处理来自 ANC 传感器的数十个独立音频源、内存中的本地音调或通过以太网来自中央计算单元的音乐数据。这种高计算能力可在杜比全景声 （Dolby Atmos） 的沉浸式聆听体验之上实现更有效、低延迟的 ANC 解决方案。

音频的下一步是什么？

在第一款福特 Model A 音响系统推出十年后，摩托罗拉在报纸上刊登了一则广告，上面写着：“电子产品？确定！我们家里已经有 20 年了！很明显，即使在那时，汽车音频功能和解决方案也落后了。

如今，随着自动驾驶和自动驾驶出租车的车辆趋势越来越大，车内体验有更多的机会减少驾驶员的输入。不仅车辆将成为移动的办公和娱乐系统，为用户提供更多获得优质音频体验的理由，而且人们对将降噪提升到新水平的功能感兴趣，例如为每位乘客提供独特聆听环境的座椅特定音频区。除了更高级的 DSP 算法之外，此功能确实需要每个座位的麦克风和扬声器阵列。

汽车行业还通过实施基于区域的架构和软件定义汽车 （SDV） 体验来开发下一代车辆网络和计算。它们直接影响音频的捕获位置、音频在车辆中通过网络的分布（图 2）以及用户可用的音频软件灵活性和配置量。

2. 该图说明了基于区域的汽车架构中麦克风和扬声器的配置。

随着这些系统变得越来越复杂，汽车制造商必须利用来自 TI 等半导体供应商的先进半导体和设计专业知识，以掌握最新、最出色的音频技术和未来汽车设计。