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隨著消費者的個性化需求越來越多，豪華汽車市場正邁向全新的領域。汽車的設計目標之一是為用戶提供良好的駕駛和乘坐體驗 ：舒服的按摩座椅，加熱的方向盤，時尚的內飾，寬敞的空間，當然還要有電子娛樂設備。在過去的十年里，音頻和多媒體系統(tǒng)在汽車中的重要性顯著提高，因為汽車已成為許多消費者生活中的一部分。有研究表明，汽車是人們聽音樂的首選場所，而他們的期望是獲得與家庭音響系統(tǒng)同樣高質量的聆聽感受。然而，想要設計出這樣的汽車音頻系統(tǒng)會面臨許多挑戰(zhàn)。
從系統(tǒng)工程的角度來看， 汽車內飾設計采用了各式各樣的硬質和軟質表面。這些設計可以帶給我們不同風格和舒適度的體驗，但往往會干擾聲音的效果，因為它們可能會反射或吸收聲音。然而，更大的挑戰(zhàn)是，消費者期望汽車中的新應用、新功能， 以及新的聆聽體驗能像智能手機發(fā)布新功能一樣快速更新。三星電子有限公司的子公司哈曼國際使用仿真軟件創(chuàng)建了可以用來改進工作流程、加快產(chǎn)品開發(fā)速度，以及能夠幫助工程師突破車載音頻技術極限的仿真 App。
個性化的車載音頻體驗
消費者每天會花很多時間在汽車上，開車上下班或在城里兜風。對于很多人來說，汽車不僅僅是從 A 地去往 B 地的交通工具， 他們更想要最大程度地享受自己的旅程，從中獲得自由感、冒險感，或是想要獲得從日常生活中逃離片刻的寧靜。為了創(chuàng)造出這種終極體驗，汽車顯示器、各種汽車應用以及音頻系統(tǒng)必須能夠協(xié)同工作。
哈曼首席工程師 François Malbos 表 示 ：“如今的消費者無論是在家里，在路上，還是在車里都需要個性化的體驗。豪華汽車會使用更多的技術、更多的揚聲器以及更復雜的音頻功能。在中檔車中，個性化功能受到很多限制，并且集成技術較少。車載音頻系統(tǒng)功能越多，就會變得越復雜，但我們看到的界面必須簡單、直觀， 并且具有可擴展性�！�
以往，汽車的價值是由其機械性能和行駛動力學來衡量的。隨著共享出行和車載技術的普及，汽車的價值是通過乘客時時刻刻的感受來衡量的。70 多年來，音頻行業(yè)有了突破性的發(fā)展，哈曼公司致力于以消費者為中心來提供個性化的音頻體驗。例如，哈曼的虛擬技術可以再現(xiàn)特定場所的聲音，該技術可以將觀眾瞬間帶到音樂廳、舒適的爵士俱樂部或錄音室。
對于高級通信問題，哈曼的解決方案是利用智能音頻和聲音信號處理的最新研究成果，為所有乘客提供清晰、無障礙的語音通信——無論是與語音助手，與別人打電話，或是乘客之間的交流。還有高級的語音命令功能可以讓駕駛員在使用電話或信息娛樂屏時將目光停留在道路上，手放在方向盤上，從而提高了交通安全性。
為了平衡豪華汽車中內置的各種個性化功能，哈曼的聲學和仿真專家在設計早期就考慮了不同的組件、聲學儀器和獨特的配置（圖 1）。這些工程師通過新穎的思考方式進行設計， 即圍繞音頻系統(tǒng)設計汽車，而不是在汽車上添加音頻系統(tǒng)。這種方式有助于團隊在接到客戶更改通知時能夠立即作出應對。此外，汽車內飾材料，車門硬度等因素會影響汽車音響效果，因此設計師需要就上述因素對音頻系統(tǒng)進行改善。
圖 1 車門硬度分析（上）。不同揚聲器位置的車廂模擬圖（下）。
圖注：Total displacement(mm), 60 Hz - 聲音頻率在 60 Hz 時的總位移（mm）；Sound pressure level (dB) at 60 Hz, door woofer active -低音揚聲器在聲音頻率 60 Hz 時的聲壓級 (dB)。
對音頻系統(tǒng)高度敏感的設計加大了產(chǎn)品開發(fā)、汽車基準測試以及對質量保證的難度。哈曼虛擬產(chǎn)品開發(fā)高級經(jīng)理 Michael Strauss 說 ：“幸運的是，哈曼具有獨特的優(yōu)勢——我們內部開發(fā)包括了從初始設計到制造階段的所有內容，這使我們的系統(tǒng)在市場上獨樹一幟，可以直面挑戰(zhàn)。”
為了簡化工作流程，哈曼使用 COMSOL 軟件來加速設計和生產(chǎn)過程，預測和驗證車廂內的測試結果，并最終改善他們的設計。
仿真 App 助力音頻系統(tǒng)設計
仿真在哈曼產(chǎn)品開發(fā)中扮演著重要角色，公司最終目標是對傳感器、汽車外飾、車 廂、雙耳環(huán)繞立體聲等實現(xiàn)完全虛擬的開發(fā)�，F(xiàn)在，VPD 團隊將物理實驗與數(shù)值建模相結合來進行研發(fā)。未來，越來越多的現(xiàn)場聽力測試將被虛擬測試所取代。在使用 COMSOL 開發(fā)虛擬音頻系統(tǒng)時，哈曼工程師可以對汽車的不同硬件裝置和獨特的設備進行快速調整。此外， 還可以將實際車內的測試結果與模擬結果進行比較（圖 2）。
圖 2 在汽車環(huán)境中，后座的聲場得到了增強。
哈曼探索了將數(shù)學模型轉變?yōu)閿?shù)字孿生模型和仿真 App 的方法。哈曼 VPD 項目負責人 MichalBogdanski 說 ：“所有模型對邊界條件的變化都很敏感，并且每個仿真結果都可能使用了不同的仿真定義和物理場接口。不過當我們有了仿真 App 或數(shù)字孿生模型后，我們可以鎖定指定的邊界條件。這些參數(shù)對于物理定義至關重要，使用仿真 App 的用戶無法對其進行更改。這種方法可確保結果與測試結果相符。”
哈曼的仿真模型在日常生活中受到了評估和驗證。VPD 團隊開發(fā)了一個仿真工作流程，以便為開發(fā)項目的任何階段提供數(shù)值支持�；诠I(yè)信息化的考慮，團隊希望將仿真技術以及仿真 App 引入傳統(tǒng)的工作流程中，并最終將其轉換為VPD 工作流程。
通過來自不同用戶群體的反饋，這些仿真 App 正在不斷被改進。這些反饋有助于找出潛在的錯誤，同時對仿真 App 提出需要改進的意見和建議。為了給用戶提供最舒適的體驗，這些建議會被定期討論，然后由團隊選擇并且實施。
哈曼虛擬現(xiàn)實工具
HARMAN VirtualWORKS（哈曼虛擬工具）是哈曼的音頻開發(fā)工具之一，最近已擴展為 HARMAN VirtualWORKS VR （哈曼虛擬現(xiàn)實工具）。借助交互式 VR 功能，客戶可以獲得與乘坐實際汽車相同的聽覺體驗。對于音頻設計師與汽車制造商而言， 這是系統(tǒng)設計環(huán)節(jié)中的一個關鍵優(yōu)勢。汽車制造商可以在虛擬的汽車上體驗音響系統(tǒng)的性能，而不必建造一個實際的樣車�！�
Strauss 補充說 ：“ 對于內部決策過程以及 OEM 主管而言，有時很難僅憑數(shù)字來說服一些關鍵的利益相關者。VirtualWORKS VR 是一個很好的工具，用來說明和演示系統(tǒng)在考慮了相關因素和在特定設置情況下的性能�！蓖ㄟ^頭戴式的 VR 裝置，音頻可通過 3D 運動和高分辨率圖形實現(xiàn)可視化。這種增強現(xiàn)實技術為用戶帶來了車載體驗，并幫助他們實現(xiàn)不同配置揚聲器的聲場可視化（圖 3） 。
圖 3 哈曼的虛擬現(xiàn)實設備。
圖注：Audio - 音頻；Audio Engine - 音頻引擎; BRIR Database - BRIR 數(shù)據(jù)庫; Video - 視頻; Video Engine - 視頻引擎; CAD/Mesh Scene - CAD/ 網(wǎng)格場景; Position/Tracking data - 位置/跟蹤數(shù)據(jù); Computer/Notebook - 電腦/筆記本電腦; HMI Components - HMI 組件。
用于豪華汽車的新產(chǎn)品和新技術既要創(chuàng)新又要成熟，同時還需要跟上客戶不斷增長的個性化需求。哈曼將先進的工具整合到工作流程中來優(yōu)化設計，從而推動了汽車音頻系統(tǒng)的開發(fā) ( 圖 4 )。不久的將來，哈曼或許能夠在制造樣車前，在開發(fā)周期中實現(xiàn)完全虛擬化。
圖 4 HARMAN VirtualWORKS 的數(shù)值模擬工作流程。
圖注：Multimodal playback - 多模式播放 ; Virtual Reality Experience - 虛擬現(xiàn)實體驗; Virtual Tuning - 虛擬調整 ; Cabin Acoustics - 艙內聲學 ; System Performance - 系統(tǒng)性能 ; Packaging - 封裝 ; Structural Mech - 結構力學 ; Integration - 積分 ; Transducers and Subsystems - 傳感器和子系統(tǒng) ; Component - 零件。
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