Systemy audio w samochodach elektrycznych

System audio w samochodzie elektrycznym to kompletny tor sygnałowy, a nie tylko liczba głośników. Źródło, oprogramowanie, cyfrowe przetwarzanie, wzmacniacze, rozmieszczenie głośników i akustyka kabiny wspólnie kształtują dźwięk docierający do każdego pasażera.

Od źródła do dźwięku

Muzyka może pochodzić z radia, lokalnego pliku, serwisu streamingowego, dźwięku przesyłanego przez Bluetooth lub USB albo z interfejsu telefonu wyświetlanego w samochodzie. Jednostka główna dekoduje źródło i kieruje sygnał do cyfrowego procesora dźwięku. Procesor może rozdzielać pasma częstotliwości między przetworniki, korygować synchronizację i charakterystykę częstotliwościową, tworzyć kanały dźwięku przestrzennego, zarządzać strefami odsłuchu oraz dostosowywać miks do prędkości lub hałasu w kabinie. Następnie wzmacniacze mocy napędzają głośniki.

Samochodowy system audio musi również obsługiwać połączenia telefoniczne, asystentów głosowych, sygnały parkowania i komunikaty nawigacji. Android Automotive klasyfikuje na przykład strumienie według ich zastosowania i może je kierować, miksować lub obniżać poziom jednego z nich, gdy ważniejszy strumień wymaga uwagi. Dźwięki ostrzegawcze o znaczeniu dla bezpieczeństwa mogą być generowane lub miksowane poza systemem operacyjnym systemu informacyjno-rozrywkowego, aby awaria aplikacji nie mogła ich wyciszyć. Android Open Source Project: Automotive audio overview

Taka architektura wyjaśnia, dlaczego system o skromnych danych katalogowych może brzmieć spójnie, podczas gdy duża liczba głośników lub wysoka deklarowana moc nie wykluczają nierównego brzmienia.

Głośniki i ich rozmieszczenie

Przetworniki głośnikowe są zoptymalizowane pod kątem różnych części słyszalnego pasma:

Głośniki wysokotonowe odtwarzają wysokie częstotliwości i często montuje się je wysoko w drzwiach, desce rozdzielczej lub słupkach.
Głośniki średniotonowe obejmują dużą część pasma odpowiedzialnego za głosy i instrumenty.
Głośniki niskotonowe odtwarzają niższe częstotliwości i wymagają większej powierzchni membrany oraz większego wychylenia.
Subwoofery obsługują najniższy bas, zazwyczaj korzystając z osobnej obudowy i dedykowanego kanału wzmacniacza.

Głośnik współosiowy łączy kilka przetworników w jednej konstrukcji. W systemie komponentowym są one rozdzielone, dzięki czemu producent ma większą swobodę ich rozmieszczenia i ukierunkowania. Żadne z tych określeń nie gwarantuje jakości; nadal liczą się konstrukcja zwrotnicy, montaż i kalibracja. JBL: Coaxial and component car speakers

Drzwi zapewniają miejsce na większe przetworniki, lecz są wymagającym środowiskiem pod względem mechanicznym i akustycznym: szyby, uszczelki, panele wykończeniowe i zmiany ciśnienia w kabinie mogą powodować drgania lub nieszczelności akustyczne. Umieszczenie głośników na desce rozdzielczej lub w słupku A może przybliżyć wysokie częstotliwości do poziomu uszu, a głośniki centralne pomagają ustabilizować głosy i komunikaty w pobliżu środka przedniej szyby.

Głośniki w zagłówkach skracają drogę dźwięku do konkretnego pasażera. Mogą ułatwiać lokalizację komunikatów nawigacji lub rozmów i obsługiwać oddzielne strefy odsłuchu, ale głośnik pola bliskiego nie zastąpi automatycznie dobrze zintegrowanego systemu nagłośnienia kabiny.

Wzmacniacze i cyfrowe przetwarzanie sygnału

Liczba kanałów wzmacniacza wskazuje, iloma wyjściami może on sterować niezależnie. Jego moc znamionowa ma znaczenie tylko wraz z warunkami pomiaru: mocą ciągłą lub szczytową, impedancją obciążenia, napięciem zasilania, zakresem częstotliwości i dopuszczalnymi zniekształceniami. Dwóch producentów może podawać nieporównywalne wartości mocy dla systemów, które w zwykłym użytkowaniu działają podobnie.

Cyfrowe przetwarzanie sygnału ma kluczowe znaczenie w fabrycznych systemach audio. Typowe funkcje obejmują:

zwrotnice kierujące do każdego przetwornika odpowiednie pasmo częstotliwości;
korekcję charakterystyki kabiny i głośników;
wyrównanie czasowe, dzięki któremu dźwięk z różnych odległości dociera spójnie do miejsca odsłuchu;
zarządzanie dynamiką i basem;
kompensację zmieniającego się hałasu drogowego lub szumu wiatru;
rozszerzanie obrazu stereofonicznego lub renderowanie wielokanałowe; oraz
oddzielne strefy audio dla różnych siedzeń.

Formaty immersyjne mogą przenosić więcej informacji przestrzennych niż tradycyjne stereo, lecz samo oznaczenie nie mówi, jak dokładnie zmierzono i dostrojono konkretną kabinę. Znaczenie ma również dostępność materiału źródłowego: system nie może odtworzyć szczegółów ani informacji o kanałach, których nie dostarcza wybrany serwis, połączenie lub nagranie.

Co zmienia się w samochodzie elektrycznym

Brak hałasu silnika spalinowego sprawia, że przy małej prędkości łatwiej usłyszeć ciche fragmenty i drobne niedoskonałości. Nie oznacza to jednak, że samochód elektryczny jest bezgłośny. Uderzenia opon, faktura nawierzchni, wiatr, ruchy zawieszenia, pompy, układ klimatyzacji i dźwięki elektrycznego układu napędowego stają się wyraźniejsze wraz ze zmianą prędkości i obciążenia.

We wcześniejszym artykule EVKX twierdzono, że akumulator samochodu elektrycznego automatycznie zapewnia systemowi audio czystsze i stabilniejsze zasilanie niż alternator. To nadmierne uproszczenie. System informacyjno-rozrywkowy i wzmacniacze zwykle działają poprzez instalację niskonapięciową oraz przetwornicę DC-DC, a ich parametry zależą od całej konstrukcji zasilania, połączeń masowych i wzmacniacza. Wysokonapięciowy akumulator trakcyjny nie stanowi bezpośredniej gwarancji mniejszych zniekształceń.

Architektura samochodu elektrycznego może tworzyć nowe miejsca montażu głośników, ale akumulatory, struktury zderzeniowe, kanały HVAC, mechanizmy drzwi i wymagania dotyczące przestrzeni bagażowej nadal ograniczają projekt. System należy oceniać w gotowej kabinie, a nie na podstawie ogólnych założeń dotyczących konstrukcji samochodów elektrycznych.

Aktywne zarządzanie hałasem

Aktywna redukcja hałasu drogowego wykorzystuje czujniki, mikrofony, przetwarzanie sygnału i system audio do wytwarzania sygnału przeciwnego dla wybranych składowych hałasu. Bose opisuje rozwiązanie produkcyjne, które wykorzystuje akcelerometry i mikrofony do ograniczania hałasu drogi, opon i podwozia w pewnym zakresie częstotliwości. Bose Automotive: Active sound management

Technika ta ma ograniczenia fizyczne. Jest najskuteczniejsza wobec przewidywalnego hałasu w miejscach, dla których skalibrowano system; nie może wyeliminować każdego dźwięku przejściowego w całej kabinie. Niewłaściwa kalibracja może również wpływać na odczuwane ciśnienie lub równowagę tonalną. Jeśli samochód na to pozwala, posłuchaj systemu zarówno z włączoną, jak i wyłączoną funkcją.

Czego nie mówią dane techniczne

Do liczby głośników można zaliczać małe przetworniki o wąskim zakresie zadań. Moc wzmacniacza nie ujawnia zniekształceń, zapasu dynamiki ani tego, ile mocy dociera do poszczególnych kanałów. Markowy system może wykorzystywać sprzęt i kalibrację dostosowane do konkretnego modelu, dlatego to samo logo może oznaczać różne rezultaty w dwóch samochodach.

Aby przeprowadzić miarodajny odsłuch:

wyłącz przesadną korekcję EQ używaną do demonstracji i porównuj przy jednakowej głośności;
użyj znanego, wysokiej jakości źródła zamiast oceniać system wyłącznie na podstawie wbudowanego nagrania demonstracyjnego;
zwróć uwagę na wyraźną mowę, stabilnie umiejscowiony wokal centralny i bas, który wygasa bez przeciągania;
wypróbuj przednie i tylne siedzenia;
zwiększ prędkość jazdy oraz obroty wentylatora klimatyzacji;
sprawdź, czy nawigacja, połączenia i sygnały ostrzegawcze rozsądnie przerywają odtwarzanie multimediów;
przetestuj zarówno przewodowe, jak i bezprzewodowe źródła z telefonu; oraz
potwierdź, które poziomy jakości transmisji strumieniowej, formaty dźwięku przestrzennego i usługi online wymagają abonamentu.

Najlepszy system nie musi być najgłośniejszy. Powinien zachowywać zrównoważone, zrozumiałe brzmienie bez rozpraszających drgań i trzasków na siedzeniach oraz w warunkach istotnych dla właściciela.