El diseño de sonido activo es un concepto de tecnología acústica utilizado en vehículos automotores para alterar o mejorar el sonido dentro y fuera del vehículo. El diseño de sonido activo (ASD) a menudo utiliza técnicas de mejora acústica y control de ruido activo para lograr un sonido de vehículo sintetizado.
Las implementaciones típicas de ASD varían, desde amplificar o reducir un sonido existente hasta crear un sonido completamente nuevo. Cada fabricante de vehículos puede utilizar diferentes técnicas de software o hardware en ASD, ya que no existe un modelo unificado. ASD existe bajo varios nombres, como Active Sound Control de Acura , Active Sound System de Kia , Volkswagen's Soundaktor y Acoustic Management System de QNX .
La primera instancia de cancelación activa de ruido en el vehículo (ANC) fue desarrollada por Lotus y presentada en el Nissan Bluebird 1992 . En 2009, Lotus se asoció con Harman International para un sistema ANC mejorado que eliminó el ruido de la carretera, los neumáticos y el chasis del vehículo . [1] Con la reciente demanda de vehículos con motor de combustión más limpios y económicos , los sistemas de motor se han vuelto más eficientes pero menos atractivos para los consumidores. Los vehículos eléctricos y de pila de combustible funcionan con tonos agudos , sin el sonido reconocible de un motor de combustión típico. [2] Con ASD, los fabricantes de vehículos eléctricos y de combustión tienen como objetivo mejorar la recepción de estos vehículos aumentando la calidad del sonido interior y exterior del vehículo.
Componentes
La cancelación activa de ruido (ANC) es un proceso de software que utiliza el hardware de información y entretenimiento existente en el vehículo para eliminar el ruido no deseado dentro del interior de un vehículo. Esta técnica de eliminación se conoce como reducción de orden armónico , en la que los sensores identifican las señales de audio no deseadas y las filtran del sonido general del interior del vehículo. [3] Los fabricantes pueden utilizar ANC dentro de un vehículo para mejorar los efectos del TEA. [4]
La mejora del sonido del motor (ESE) es una tecnología que permite a los fabricantes mejorar los sonidos del motor con ruido sintético compuesto a partir de datos del motor en vivo , incluidos componentes como las revoluciones por minuto (RPM) y el par del motor . Este sonido de composición sintética se transmite a través de los altavoces interiores o exteriores del vehículo . En ASD, los fabricantes pueden usar ESE para mejorar la potencia percibida del motor sin las alteraciones mecánicas que otras técnicas pueden requerir. [5] [6]
Motivaciones para el TEA
Frente a las restricciones ambientales y la demanda de economía de combustible en la industria automotriz , los subsistemas de motores más pequeños han hecho que el ruido interior del vehículo sea menos agradable en los vehículos con motor de combustión. Los vehículos eléctricos e híbridos carecen por completo de un sonido de motor distintivo, en cambio presentan un ruido de alta frecuencia más silencioso que causa molestias a los pasajeros del vehículo y representa una amenaza para los peatones que pueden no reconocer un vehículo que se aproxima. [7] Estos desarrollos han provocado una demanda de los consumidores por un sonido interior más deseable, así como una identidad de marca tanto en el interior como en el exterior del vehículo que sea reconocible y mitigue los riesgos de seguridad. [8]
Las iteraciones tradicionales de control de sonido en vehículos incluían tediosas alteraciones mecánicas como ejes de equilibrio y material insonorizante que aumentaban el tiempo y el costo de fabricación. Con la renovación del diseño de sonido en forma de ASD, se reducen los costos de fabricación y las complicaciones. En lugar de integrar la tecnología en la estructura del motor, el sonido puede fijarse en una etapa posterior de desarrollo y optimizarse para el vehículo. [9] [2]
Variaciones
Diseño de sonido activa (ASD) realiza entradas de motor y vehículo velocidad , entrada de pedal, de escape ruido, y de vehículos de vibraciones para cambiar el interior y el ruido exterior del vehículo. Estas variables de entrada se filtran para producir las salidas deseadas . Las variaciones de ASD seleccionan una o varias de estas variables para implementar un nuevo sonido. Estas variaciones incluyen:
- Generación pasiva de sonido : señales tomadas directamente de la salida del motor y transmitidas al interior del vehículo.
- Generación de sonido pasivo y activo : amplifica la entrada de escape y crea una nueva salida para mejorar el ruido exterior del vehículo.
- Soportes activos : tomando entradas del vehículo exterior y alimentando salidas de vibración al interior del vehículo.
- Sonido sintético : genera un nuevo sonido a través del audio estéreo interior . [2]
Aplicación y teoría
En un motor de combustión típico, los cilindros son responsables de quemar gasolina y producir energía para impulsar el vehículo. Estos cilindros se disparan periódicamente y pueden reducirse a una serie de ondas sinusoidales (según las convenciones de la transformada de Fourier ). Estas ondas sinusoidales están dictadas por las rotaciones por minuto (RPM) del cigüeñal del motor y el orden de encendido , o disposición, de los cilindros. Para enriquecer el sonido del motor en la cabina de pasajeros, los órdenes armónicos del sonido del motor que faltan en el sonido interior se pueden amplificar mediante técnicas de procesamiento de señales digitales (DSP). [2]
Para capturar los pedidos que faltan, la condición de carga del motor se identifica mediante sensores de aceleración en el motor de los vehículos más antiguos o mediante el bus de la red de área del controlador ( bus CAN) en los automóviles modernos. [9] Usando filtros de paso de banda dinámicos (un dispositivo que transmite frecuencias específicas ), se pasan las órdenes faltantes. Para minimizar los artefactos (clics disruptivos) durante la transferencia, la señal pasa a través de filtros de paso alto y paso bajo en cascada. Con una adaptación de la señal de RPM del motor (captada por un transformador de tensión inductivo ), las órdenes se amplifican a través del cortafuegos del vehículo (carrocería que separa el motor del interior) y el sistema de sonido interior. [10]
Subarmónicos y firmas sonoras
En los vehículos eléctricos y de pila de combustible, los sonidos virtuales (sintéticos) se utilizan a menudo para adaptarse a la ausencia de un sonido de motor de combustión. Para crear el diseño de sonido óptimo en un vehículo eléctrico (EV), los fabricantes deben reconocer las teorías psicoacústicas detrás de la preferencia por el sonido. En un estudio de motor diesel de calidad de sonido, análisis experimental comparó una calificación subjetiva de componentes de calidad de sonido con JD Power estudio APEAL ‘s. [11] [12]
Según los estudios de las preferencias del usuario en el interior de los vehículos, los fabricantes tienen como objetivo reducir el incremento de volumen y el sonido de alta frecuencia para una experiencia de conducción más agradable. En los vehículos eléctricos modernos, el ruido del vehículo de serie está enmascarado con un sonido de filtro de paso bajo dependiente de las RPM . Este sonido filtrado de paso bajo es un sonido sintético de baja frecuencia que se basa en los parámetros reales del motor del EV, como la velocidad y la carga.
La técnica de orden armónico de orden de enteros simples de Alt y Jochum se aplica a este ruido virtual. Los subarmónicos (copias de baja frecuencia) se aíslan de los componentes originales de alta frecuencia del EV. [13] En una evaluación de varios estímulos sonoros generados, los individuos identificaron subjetivamente que estos subarmónicos eran preferibles para el sonido interior de un EV. [14]
Los vehículos con motor de combustión responden dinámicamente a diferentes condiciones de conducción. Para que los fabricantes sinteticen un sonido de marca en un EV, deben considerar una firma de sonido que abarque un sonido de conducción dinámico. Una firma de sonido base se define mediante un esquema de sub-firmas y micro-firmas que se pueden expandir para aumentar la calidad dinámica del sonido. Estas firmas secundarias se pueden asignar a parámetros (carga, velocidad) o maniobras que transmiten muestras de sonido particulares . Al sintetizar micro-firmas en las transmisiones de los vehículos eléctricos , el sonido resultante es más vívido y emocional que las frecuencias base del vehículo eléctrico. [15]
Desafíos
Respuesta del consumidor
Para el consumidor medio, el advenimiento de los TEA pasa en gran medida desapercibido. Sin embargo, con los modelos recientes de BMW, los consumidores se sienten engañados por el sonido sintético del motor. Numerosos videos instructivos que aparecen en línea brindan un paso a paso sobre la desactivación del ASD en los vehículos de BMW, así como artículos que abordan el ruido sintético que suena falso. [16] [17]
Identidad de marca para vehículos eléctricos y de pila de combustible
Los vehículos típicos con motor de combustión brindan una respuesta sonora durante el funcionamiento que representa la identidad de la marca del automóvil. Debido a la naturaleza del sistema de una sola marcha y la disposición de los convertidores de potencia en los vehículos eléctricos y de pila de combustible, la frecuencia del sonido cambia mínimamente durante un período de aceleración y no se corresponde bien con el estado real de la velocidad y la carga del vehículo. Además, la falta de ruido del motor deja un espacio espectral (espacio vacío) entre el viento y el ruido de la carretera y amplifica los componentes individuales del vehículo, reduciendo la calidad del sonido dentro de la cabina. [2]
Para crear una identidad de marca, los fabricantes deben elegir entre reproducir el sonido típico de un motor de combustión y crear un concepto de sonido completamente nuevo. [14]
Reproducción del proceso del motor de combustión
Las implementaciones actuales del diseño de sonido activo en vehículos con motor de combustión pueden no reproducir con precisión las variaciones de la microestructura (variaciones entre los disparos de los cilindros ) del proceso de combustión. Como las ondas de señal se originan en múltiples cilindros que se encienden periódicamente , identificar y replicar las órdenes armónicas del motor es un proceso ineficiente. Además, este enfoque asume uniformidad en el motor de combustión. La fuerza proporcionada por los cilindros es periódica y puede variar de un ciclo a otro, lo que hace imposible que se reproduzca el componente natural del ruido del motor. [2]
Aplicaciones de ejemplo
Varias empresas automotrices implementan sus propias versiones de marca de la tecnología ASD. [18]
- En modelos de vehículos como el BMW M5 , un sistema de gestión del motor mejora los sonidos proporcionados por la velocidad y la potencia del motor al filtrar los datos de audio que recibe. Los conductores pueden seleccionar una configuración de conducción que modificará la acústica interior, así como el rendimiento real del vehículo. [19]
- De manera similar, el Kia Stinger cuenta con cinco modos de manejo (eco, confort, inteligente, deportivo y personalizado) que ajustan el volumen y la agresividad del sonido dentro de la cabina del vehículo. [20] Junto con un motor turboalimentado , este vehículo está diseñado para adaptarse a las preferencias del usuario. El turbocompresor aumenta la eficiencia y fuerza la entrada de aire comprimido adicional al motor de combustión, creando una salida de sonido uniforme y limpia.
- La implementación de ASD de Porsche combina un resonador Helmholtz y un simpositor de sonido para transportar los sonidos del motor directamente a la cabina del vehículo. El resonador universal de Helmholtz restringe el sonido del motor a través de una válvula controlada electrónicamente que oscila con el aire, muy parecido al sonido que se emite cuando uno sopla sobre la parte superior de una botella. El simpositor de sonido consiste en una línea de tubos de plástico con una membrana y una válvula de aleta que se comporta de manera muy similar a un oído humano. Cuando se presiona el botón Sport, el resonador y el simposer de sonido se abren completamente para amplificar el sonido del motor en la cabina del vehículo. [21]
Ver también
- Control de ruido activo
Referencias
- ^ "Lotus y Harman se asocian en tecnología de cancelación de ruido y creación de ruido" . Autoblog . Consultado el 12 de noviembre de 2020 .
- ^ a b c d e f Bodden, Markus; Belschner, Torsten (14 de octubre de 2014). "Diseño integral de sonido activo automotriz - Parte 1: Vehículos eléctricos y de combustión" . Actas de congresos y conferencias de INTER-NOISE y NOISE-CON . 249 (4): 3214–3219.
- ^ Elliott, SJ; Nelson, PA (octubre de 1993). "Control activo de ruido" . Revista de procesamiento de señales IEEE . 10 (4): 12–35. doi : 10.1109 / 79.248551 . ISSN 1558-0792 .
- ^ https://ip.cadence.com/uploads/1021/TIP_WP_ActiveNoiseControl_FINAL-pdf
- ^ "Plataforma de Gestión Acústica" . blackberry.qnx.com . Consultado el 23 de octubre de 2020 .
- ^ Weiinau, Kelby (3 de octubre de 2019). "Definición de las preferencias de mejora de sonido para un vehículo deportivo" . Actas de congresos y conferencias de INTER-NOISE y NOISE-CON . 260 (1): 901–912.
- ^ Moore, Dylan; Currano, Rebecca; Sirkin, David (20 de septiembre de 2020). "Decisiones acertadas: cómo los sonidos del motor sintético mejoran las interacciones autónomas entre vehículos y peatones" . XII Congreso Internacional sobre Interfaces de Usuario Automotriz y Aplicaciones Vehiculares Interactivas . Nueva York, NY, EE. UU .: ACM: 94–103. doi : 10.1145 / 3409120.3410667 . ISBN 978-1-4503-8065-2.
- ^ L. Garay-Vega, A. Hastings, JK Pollard, M. Zuschlag y MD Stearns, "Autos más silenciosos y la seguridad de los peatones ciegos", Administración Nacional de Seguridad del Tráfico en Carreteras , abril de 2010. [En línea]. Disponible: https://www.nhtsa.gov/DOT/NHTSA/NVS/Crash%20Avoidance/Technical%20Publications/2010/811304rev.pdf.+%5BAccessed:+09-Nov-2020%5D .
- ^ a b Schirmacher, Rolf (2002). "Diseño Activo de Sonido de Motores Automotrices" . indefinido . S2CID 109297511 . Consultado el 25 de octubre de 2020 .
- ^ Sontacchi, Alois; Frank, Matthias; Zotter, Franz; Kranzler, Christian; Brandl, Stephan (2016), Fuchs, Anton; Nijman, Eugenius; Priebsch, Hans-Herwig (eds.), "Optimización de sonido para motores reducidos" , Tecnología NVH automotriz , SpringerBriefs in Applied Sciences and Technology, Cham: Springer International Publishing, págs. 13-27, doi : 10.1007 / 978-3-319 -24055-8_2 , ISBN 978-3-319-24055-8, consultado el 23 de octubre de 2020
- ^ Heinrichs, Ralf; Bodden, Markus (28 de agosto de 2007). "Impulsividad Diesel Parte I: Perspectiva del cliente" . Actas de congresos y conferencias de INTER-NOISE y NOISE-CON . 2007 (5): 2463–2468.
- ^ "Estudio de rendimiento, ejecución y diseño automotriz de EE. UU. (APEAL)" . JD Power . Consultado el 10 de noviembre de 2020 .
- ^ "Diseño de sonido bajo los aspectos de la teoría armónica musical (2003-01-1508 Technical Paper) - SAE Mobilus" . saemobilus.sae.org . Consultado el 10 de noviembre de 2020 .
- ^ a b Gwak, Doo Young; Yoon, Kiseop; Seong, Yeolwan; Lee, Soogab (6 de noviembre de 2014). "Aplicación de subarmónicos para el diseño de sonido activo de vehículos eléctricos" . La Revista de la Sociedad Estadounidense de Acústica . 136 (6): EL391 – EL397. doi : 10.1121 / 1.4898742 . ISSN 0001-4966 . PMID 25480088 .
- ^ Bodden, M .; Belschner, T. (2016). "Principios del Diseño Sonoro Activo para vehículos eléctricos" . www.semanticscholar.org . S2CID 13813827 . Consultado el 10 de noviembre de 2020 .
- ^ "Escuche el BMW M2 con y sin diseño de sonido activo" . BMW.SG | Comunidad de propietarios de BMW Singapur . 2016-06-17 . Consultado el 10 de noviembre de 2020 .
- ^ Harwell, Drew (21 de enero de 2015). "Los coches y camiones más vendidos de Estados Unidos se basan en mentiras: el aumento del ruido de motor falso" . Washington Post . ISSN 0190-8286 . Consultado el 12 de noviembre de 2020 .
- ^ "Diseño de sonido de vehículos | Tecnología - Hyundai en todo el mundo" . MOTORES HYUNDAI . Consultado el 10 de noviembre de 2020 .
- ^ "BMW M5 con diseño de sonido activo" . sgCarMart.com . Consultado el 10 de noviembre de 2020 .
- ^ "Experimentar Kia por sonido" . www.kia.com . Consultado el 10 de noviembre de 2020 .
- ^ "De dónde viene la música - Porsche USA" . Porsche HOME - Porsche EE . UU . Consultado el 12 de noviembre de 2020 .
enlaces externos
- https://ieeexplore.ieee.org/document/8521570
- https://www.ecmweb.com/content/article/20897096/fundamentals-of-harmonics#:~:text=We%20define%20harmonics%20as%20voltages,%2C%20200%20Hz%2C%20etc .)