액티브 사운드 디자인

Active sound design

능동형 사운드 디자인은 자동차 내부와 외부의 소리를 변경하거나 향상시키기 위해 자동차에 사용되는 음향 기술 개념이다.능동형 사운드 설계(ASD)는 능동형 소음 제어 및 음향 향상 기술을 사용하여 합성된 차량 사운드를 달성하는 경우가 많다.

ASD의 일반적인 구현은 기존 소리를 증폭하거나 축소하는 것에서부터 완전히 새로운 소리를 만드는 것까지 다양하다.각 차량 제조자는 하나의 통일된 모델이 없기 때문에 ASD에서 다른 소프트웨어 또는 하드웨어 기법을 사용할 수 있다.ASD는 아쿠라의 액티브 사운드 컨트롤, 기아차의 액티브 사운드 시스템, 폭스바겐의 사운드트랙터, QNX의 음향 관리 시스템 등 여러 이름으로 존재한다.

최초의 차내 액티브 노이즈 취소(ANC) 사례는 로터스사가 개발했으며 1992년 닛산 블루버드에 수록됐다.2009년에 Lotus는 Harman International과 제휴하여 도로, 타이어 및 차량 섀시의 소음을 제거하는 향상된 ANC 시스템을 개발했다.[1]최근 경제적이고 깨끗한 연소 엔진 차량에 대한 수요로 인해, 엔진 시스템은 더 효율적이 되었지만 소비자들에게는 덜 매력적이 되었다.전기 및 연료전지 차량은 일반적인 연소 엔진의 인식 가능한 소리가 결여된 높은 톤으로 작동한다.[2]ASD를 통해, 연소와 전기 자동차 제조사 모두 차량 내/외부 사운드의 품질을 높여 이러한 차량의 수신을 향상시키는 것을 목표로 한다.

구성 요소들

액티브 노이즈 취소(ANC)는 기존 차내 인포테인먼트 하드웨어를 이용해 차량 내부 내에서 바람직하지 않은 소음을 제거하는 소프트웨어 프로세스다.이 제거 기법은 센서에 의해 원하지 않는 오디오 신호가 식별되고 전체 내부 차량 소음에서 걸러지는 조화 순서 감소라고 알려져 있다.[3]제조업체는 ASD의 효과를 개선하기 위해 차량 내에서 ANC를 사용할 수 있다.[4]

엔진음향상(ESE)은 엔진 분당 회전수(RPM)와 엔진 토크 등 부품 등 실시간 엔진 데이터로 구성된 합성소음으로 제조사가 엔진음을 높일 수 있는 기술이다.이 합성음향은 차량 내부 또는 외부 스피커를 통해 전달된다.ASD에서 제조업체는 다른 기법이 필요로 할 수 있는 기계적 변경 없이 인식된 엔진 출력을 높이기 위해 ESE를 사용할 수 있다.[5][6]

ASD에 대한 동기 부여

자동차 산업의 환경 제한과 연비 수요에 직면하여, 소형 엔진 서브시스템은 연소 엔진 차량의 내부 차량 소음을 덜 쾌적하게 만들었다.전기 차량과 하이브리드 차량은 전혀 구별되는 엔진 소리를 결여하고 있으며, 대신 차량 승객에게 불편을 초래하고 마주 오는 차량을 인식하지 못할 수 있는 보행자에게 위협을 주는 더 조용한 고주파 소음을 특징으로 한다.[7]이러한 발전은 보다 바람직한 내부 사운드에 대한 소비자의 수요와 더불어 차량 내·외부 모두에서 안전 위험을 인지하고 완화시키는 브랜드 아이덴티티를 촉발시켰다.[8]

기존 차량 내 소음 제어의 반복에는 밸런스축과 소음 방지 재료와 같은 지루한 기계적 수정이 포함되어 제조 시간과 비용이 증가했다.ASD 형태의 건전한 디자인이 갱신되면서 제조비용과 합병증이 줄어든다.이 기술을 엔진 구조에 통합하는 대신, 사운드는 후기 개발 단계에서 고정되어 차량에 최적화될 수 있다.[9][2]

변형

능동형 사운드 설계(ASD)는 엔진 및 차량 속도, 페달 입력, 배기 소음, 차량 진동으로부터 입력을 받아 차량의 내부 및 외부 소음을 변화시킨다.이러한 입력 변수는 원하는 출력을 생성하기 위해 필터링된다.ASD의 변형은 새로운 소리를 구현하기 위해 이러한 변수들 중 하나 또는 여러 개를 선택한다.이러한 변동에는 다음이 포함된다.

  • 수동형 사운드 생성: 엔진 출력에서 직접 가져와 차량 내부에 중계되는 신호
  • 수동형 및 능동형 사운드 생성: 배기 입력을 증폭하고 새로운 출력을 생성하여 차량 외부 소음을 개선함
  • 액티브 마운트: 외부 차량으로부터 입력을 받아 진동 출력을 차량 내부로 공급
  • 합성음 :[2] 실내 스테레오 오디오를 통해 새로운 소리 발생

응용과 이론

일반적인 연소 엔진에서 실린더는 휘발유를 연소시키고 차량에 동력을 공급하기 위한 에너지를 생산하는 역할을 한다.이러한 실린더는 주기적으로 발화하며 일련의 사인파(푸리에 변환의 규약에 의해)로 감소될 수 있다.이러한 사인파는 엔진 크랭크축의 분당 회전수(RPM)와 실린더의 점화 순서 또는 배열에 의해 결정된다.실내에서 엔진음을 풍부하게 하기 위해 실내음에서 누락된 엔진음의 조화로운 순서를 DSP(Digital Signal Processing) 기법을 통해 증폭시킬 수 있다.[2]

누락된 주문을 캡처하기 위해 엔진 부하 상태는 구형 차량의 엔진에 있는 가속 센서 또는 현대 자동차의 CAN 버스(Controller Area Network bus)를 통해 식별된다.[9]동적 대역 통과 필터(지정된 주파수를 중계하는 장치)를 사용하여 누락된 주문이 전달된다.전송 중 아르테팩트(무중단 클릭)를 최소화하기 위해 신호는 계단식 하이패스 및 로우패스 필터를 통해 전달된다.엔진의 RPM 신호(유도 전압 변압기에 의해 캡처됨)를 어댑테이션하여 차량 방화벽(내부에서 엔진을 분리하는 차체)과 내부 사운드 시스템을 통해 주문이 증폭된다.[10]

하위조화학과 사운드 시그니처

전기 및 연료 전지 차량에서는 연소 엔진 소리의 부재를 수용하기 위해 가상(합성) 사운드를 사용하는 경우가 많다.전기 자동차(EV)에서 최적의 음향 설계를 만들기 위해 제조업체는 소리 선호 이면의 정신 음향 이론을 인정해야 한다.디젤 엔진 음질에 관한 연구에서는 실험 분석에서 음질 구성 요소의 주관적 등급을 J.D와 비교하였다. 파워의 APEAL 연구.[11][12]

차량 인테리어의 사용자 선호도 연구를 바탕으로 소음 증가와 고주파 사운드를 줄여 보다 쾌적한 주행 경험을 제공하는 것이 제조업체의 목표다.현대적인 EV에서 스톡 차량 소음은 RPM 의존도가 낮은 저역-통과-필터링 사운드로 가려진다.이 저역 통과 필터 사운드는 속도나 부하와 같은 EV의 실제 엔진 매개변수를 기반으로 하는 저주파 합성 사운드가 된다.

이 가상 소음에는 알트와 조훔의 조화 순서의 단순 정수의 비율 기법이 적용된다.그런 다음 하위 고조파(저주파 복사)는 EV의 원래 고주파 구성 요소에서 격리된다.[13]몇 가지 발생된 음향 자극에 대한 평가에서 개인은 이러한 하위조화학이 EV의 실내음향에 선호된다는 것을 주관적으로 확인했다.[14]

연소 엔진 차량은 다양한 주행 조건에 동적으로 반응한다.제조사가 EV에 브랜드 사운드를 합성하려면 다이내믹 드라이빙 사운드를 포괄하는 사운드 시그니처를 고려해야 한다.베이스 사운드 시그니처는 소리의 동적 품질을 높이기 위해 확장할 수 있는 서브 시그니처와 마이크로 시그니처 도식으로 정의된다.이러한 하위 시그니처는 특정 사운드 샘플을 전달하는 파라미터(부하, 속도) 또는 기동에 할당할 수 있다.EV 드라이브트레인에서 마이크로 시그니처를 합성해 EV의 기본 주파수보다 그 결과 소리가 생생하고 감성적이다.[15]

과제들

컨슈머 리스폰스

일반 소비자에게 있어서 ASD의 등장은 거의 눈에 띄지 않게 된다.하지만 최근 BMW 모델과 함께 소비자들은 이 합성 엔진 소리에 속았다는 느낌을 받는다.온라인에 소개된 수많은 교육용 동영상은 BMW 차량 내 ASD 불능화에 대한 단계별 설명과 함께 거짓으로 들리는 합성 소음을 다룬 기사를 제공한다.[16][17]

전기 및 연료 전지 차량의 브랜드 아이덴티티

일반적인 연소 엔진 차량은 운전 중 차량의 브랜드 아이덴티티를 나타내는 음향 피드백을 제공한다.단일 기어 시스템의 특성과 전기 및 연료 전지 차량의 동력 변환기의 배치 때문에, 소리의 주파수는 가속 기간에 걸쳐 최소로 변화하며 차량 속도와 부하의 실제 상태와 잘 일치하지 않는다.또한 엔진 소음이 부족하면 바람과 도로 소음 사이의 스펙트럼 간극(빈 공간)이 남고 개별 차량 구성부품을 증폭시켜 실내 음질을 떨어뜨린다.[2]

브랜드 아이덴티티를 만들기 위해 제조업체는 전형적인 연소 엔진 소리를 재현하는 것과 완전히 새로운 소리 개념을 만드는 것 중 하나를 선택해야 한다.[14]

연소 엔진 공정 재현

연소 엔진 차량에서 현재 구현 중인 능동 음향 설계는 연소 과정의 미세 구조 변화(실린더 발생 간 변화)를 정확하게 재현하지 못할 수 있다.신호파는 주기적으로 여러 대의 점화 실린더에서 발생하므로 고조파 엔진 주문을 식별하고 복제하는 것은 비효율적인 과정이다.또한 이 접근방식은 연소 엔진의 균일성을 가정한다.실린더에서 공급되는 힘은 주기적이며 주기마다 다를 수 있으므로 엔진 소음의 자연 구성 요소가 복제될 수 없다.[2]

응용 프로그램 예

몇몇 자동차 회사들은 자체 브랜드 버전의 ASD 기술을 구현한다.[18]

  • BMW M5와 같은 차량 모델에서는 엔진 관리 시스템이 수신하는 오디오 데이터를 필터링하여 속도와 엔진 출력에 의해 제공되는 소리를 향상시킨다.운전자는 차량의 실제 성능뿐만 아니라 내부 음향도 조절할 수 있는 주행 설정을 선택할 수 있다.[19]
  • 이와 유사하게 기아 스팅어는 5가지 주행 모드(에코, 컴포트, 스마트, 스포츠, 커스텀)를 갖추고 있어 차내 소리의 시끄럽고 강도가 세다.[20]터보차지 엔진과 페어링된 이 차량은 사용자 기호에 맞게 설계되었다.터보차저는 효율을 높이고 연소 엔진으로 압축 공기를 추가로 공급하여 일관되고 깨끗한 소리 출력을 생성한다.
  • 포르쉐의 ASD 구현은 헬름홀츠 공명기와 사운드 심포저를 결합해 엔진 소리를 차량 실내로 직접 전달한다.헬름홀츠 범용 공진기는 병뚜껑을 불 때 나오는 소리처럼 공기와 함께 진동하는 전자 제어식 밸브를 통해 엔진 소리를 제한한다.음향 심포저는 사람의 귀와 같은 기능을 하는 막과 플랩 밸브가 있는 플라스틱 튜브 라인으로 구성되어 있다.스포츠 버튼을 누르면 공진기와 사운드 심포저가 완전히 열려 차량 실내에서 엔진 소리가 증폭된다.[21]

참고 항목

참조

  1. ^ "Lotus and Harman partner on noise-cancelling, noise-creating tech". Autoblog. Retrieved 2020-11-12.
  2. ^ a b c d e f Bodden, Markus; Belschner, Torsten (2014-10-14). "Comprehensive automotive active sound design - Part 1: Electric and combustion vehicles". INTER-NOISE and NOISE-CON Congress and Conference Proceedings. 249 (4): 3214–3219.
  3. ^ Elliott, S.J.; Nelson, P.A. (October 1993). "Active noise control". IEEE Signal Processing Magazine. 10 (4): 12–35. Bibcode:1993ISPM...10...12E. doi:10.1109/79.248551. S2CID 6276399.
  4. ^ https://ip.cadence.com/uploads/1021/TIP_WP_ActiveNoiseControl_FINAL-pdf
  5. ^ "Acoustics Management Platform". blackberry.qnx.com. Retrieved 2020-10-23.
  6. ^ Weiinau, Kelby (2019-10-03). "Definition of the Sound Enhancement Preferences for a Sport Vehicle". INTER-NOISE and NOISE-CON Congress and Conference Proceedings. 260 (1): 901–912.
  7. ^ Moore, Dylan; Currano, Rebecca; Sirkin, David (2020). "Sound Decisions: How Synthetic Motor Sounds Improve Autonomous Vehicle-Pedestrian Interactions". 12th International Conference on Automotive User Interfaces and Interactive Vehicular Applications. pp. 94–103. doi:10.1145/3409120.3410667. ISBN 9781450380652. S2CID 221642335.
  8. ^ L. 가라이베가 A.헤이스팅스, J. K. 폴라드, M. Zuschlag, M. D. Stearns, "Quieter Cars and Safety of Blind 보행자 안전", 미국도로교통안전청, 2010년 4월~2010년 4월. [온라인]이용 가능: https://www.nhtsa.gov/DOT/NHTSA/NVS/Crash%20Avoidance/Technical%20Publications/2010/811304rev.pdf.+%5BAccessed:+09-Nov-2020%5D.
  9. ^ a b Schirmacher, Rolf (1 April 2002). "Active Design of Automotive Engine Sound". Audio Engineering Society. {{cite journal}}:Cite 저널은 필요로 한다. journal=(도움말)
  10. ^ Sontacchi, Alois; Frank, Matthias; Zotter, Franz; Kranzler, Christian; Brandl, Stephan (2016). "Sound Optimization for Downsized Engines". Automotive NVH Technology. SpringerBriefs in Applied Sciences and Technology. pp. 13–27. doi:10.1007/978-3-319-24055-8_2. ISBN 978-3-319-24053-4.
  11. ^ Heinrichs, Ralf; Bodden, Markus (28 August 2007). "Diesel impulsiveness Part I: Customer perspective". INTER-NOISE and NOISE-CON Congress and Conference Proceedings. 2007 (5): 2463–2468.
  12. ^ "U.S. Automotive Performance, Execution and Layout (APEAL) Study". J.D. Power. Retrieved 2020-11-10.
  13. ^ "Sound Design Under the Aspects of Musical Harmonic Theory (2003-01-1508 Technical Paper) - SAE Mobilus". saemobilus.sae.org. Retrieved 2020-11-10.
  14. ^ a b Gwak, Doo Young; Yoon, Kiseop; Seong, Yeolwan; Lee, Soogab (December 2014). "Application of subharmonics for active sound design of electric vehicles". The Journal of the Acoustical Society of America. 136 (6): EL391–EL397. Bibcode:2014ASAJ..136L.391G. doi:10.1121/1.4898742. PMID 25480088.
  15. ^ Bodden, Markus (21 August 2016). "Principles of Active Sound Design for electric vehicles". INTER-NOISE and NOISE-CON Congress and Conference Proceedings. 253 (1): 7700–7704.
  16. ^ "Hear the BMW M2 With and Without Active Sound Design". BMW.SG BMW Singapore Owners Community. 2016-06-17. Retrieved 2020-11-10.
  17. ^ Harwell, Drew (2015-01-21). "America's best-selling cars and trucks are built on lies: The rise of fake engine noise". Washington Post. Retrieved 2020-11-12.
  18. ^ "Vehicle sound design Tech - Hyundai Worldwide". HYUNDAI MOTORS. Retrieved 2020-11-10.
  19. ^ "BMW M5 with Active Sound Design". sgCarMart.com. Retrieved 2020-11-10.
  20. ^ "Experiencing Kia by Sound". www.kia.com. Retrieved 2020-11-10.
  21. ^ "Where the Music Comes From - Porsche USA". Porsche HOME - Porsche USA. Retrieved 2020-11-12.


외부 링크