تست سیستم‌ صوتی خودرو

تست سیستم‌ صوتی خودرو بر اساس دستورالعمل‌های AES TC-AA

مقدمه

سیستم صوتی خودرو یکی از مهم‌ترین بخش‌های تجربه رانندگی مدرن است. امروز دیگر خودرونه تنها وسیله‌ای برای جابه‌جایی که برای بسیاری فضایی شخصی برای گوش دادن به موسیقی، پادکست یا حتی تماس‌های کاری نیز محسوب می‌شود. همین موضوع باعث شده که کیفیت صوت و آکوستیک داخل کابین اهمیت فراوانی پیدا کند.
اما اندازه‌گیری و ارزیابی سیستم صوتی خودرو به سادگی تست یک بلندگو در اتاق آزمایشگاهی نیست. فضای کابین ترکیبی از سطوح بازتابنده (مانند شیشه‌ها) و سطوح جاذب (مانند صندلی‌ها و روکش‌ها) است. بنابراین برای تحلیل صدای داخل خودرو باید از دستورالعمل‌های دقیق استفاده کرد. انجمن مهندسان صوتی (AES) از طریق کمیته تخصصی Automotive Audio (TC-AA) مجموعه‌ای از راهنماها را تدوین کرده که در این مطلب به آن‌ها می‌پردازیم.

چرا آکوستیک خودرو متفاوت است؟

برای درک بهتر ابتدا باید سه نوع میدان صوتی کلاسیک را بشناسیم:

• میدان آزاد (Free Field): جایی که صدا بدون مانع منتشر می‌شود و میکروفون فقط صدای مستقیم منبع را دریافت می‌کند.
• میدان فشاری (Pressure Field): فضایی بسته یا کوچک که در آن فشار صوتی در همه نقاط یکسان است، مثل اتاقک‌های تست یا تونل باد.
• میدان پراکنده (Diffuse Field): حالتی که صدا از همه جهت‌ها با احتمال و شدت برابر به گوش می‌رسد، مثل اتاق‌های پر از بازتاب و انعکاس.

کابین خودرو هیچ‌کدام از این‌ها نیست؛ بلکه ترکیبی پیچیده از میدان آزاد و میدان پراکنده است. بلندگوها در مکان‌های مختلف نصب شده‌اند و مواد جاذب و بازتابنده متنوعی وجود دارد. به همین دلیل نمی‌توان با مدل‌های ساده، آکوستیک خودرو را توضیح داد.

نقش میکروفون‌های اندازه‌گیری

برای ارزیابی دقیق سیستم صوتی خودرو از میکروفون‌های اندازه‌گیری استاندارد استفاده می‌شود. این میکروفون‌ها بر اساس استاندارد IEC 61094 تعریف شده‌اند و ویژگی‌هایی مثل حساسیت، پاسخ فرکانسی، خطی بودن و محدوده دینامیکی مشخصی دارند.

ویژگی‌های میکروفن مناسب برای تست آکوستیک خودرو

1. پاسخ فرکانسی (Frequency Response):
   • باید وسیع و یکنواخت باشد.
   • محدوده‌ی 20 هرتز تا 20 کیلوهرتز معمولاً لازم است، چون هم نویز موتور (فرکانس‌های پایین) و هم صدای سوت باد یا سیستم صوتی (فرکانس‌های بالا) باید ثبت شود.
   • برای تست‌های ویژه‌ی لرزش و صدای بدنه، گاهی تا 10 هرتز هم اهمیت دارد.
2. حساسیت (Sensitivity):
   • میکروفن باید بتواند تغییرات کوچک در سطح فشار صدا را دقیق ثبت کند.
   • حساسیت معمولاً در حدود –20 dB re 1 V/Pa برای میکروفن‌های تست آکوستیک استاندارد است.
3. محدوده دینامیکی (Dynamic Range):
   • داخل خودرو در حال حرکت، ممکن است هم صدای خیلی ضعیف (مثلاً نویز برقی سیستم‌ها) و هم صدای خیلی قوی (بوق، ضربه، یا نویز باد) شنیده شود.
   • پس میکروفن باید حداقل بازه 20 dB(A) تا 140 dB(A) را پوشش دهد.
4. نویز ذاتی (Self-noise):
   • مخصوصاً وقتی می‌خواهیم صدای بسیار ضعیف داخل کابین را اندازه‌گیری کنیم، نویز داخلی میکروفن باید خیلی کم باشد (معمولاً کمتر از 15 dB(A)).
5. الگوی دریافت (Polar Pattern):
   • بیشتر تست‌های آکوستیک خودرو نیاز به میکروفن همه‌جهته (Omnidirectional) دارند تا کل میدان صدا را بدون جهت‌گیری خاص ثبت کنند.
   • اما برای تست سیستم صوتی یا منبع خاص، گاهی میکروفن Cardioid یا figure-8 هم استفاده می‌شود.
6. اندازه و نصب (Size & Mounting):
   • باید کوچک و قابل نصب روی سه‌پایه یا پایه‌های مخصوص درون خودرو باشد.
   • گاهی میکروفن‌های اندازه‌گیری 1/2 اینچ یا 1/4 اینچ استاندارد استفاده می‌شوند (مانند Brüel & Kjær یا GRAS).
7. کالیبراسیون:
   • میکروفن‌های تست آکوستیک باید قابلیت کالیبره شدن با کالیبراتور 94 dB یا 114 dB در 1 kHz را داشته باشند.
8. استاندارد بودن:
   • میکروفن‌های تست NVH معمولاً باید با استاندارد IEC 61094 (میکروفن‌های اندازه‌گیری) تطابق داشته باشند.

پیشنهاد ویژه:

« اولین و کاملترین دوره آموزشی نرم افزار اودئون ODEON برای طراحی آکوستیک »

ثبت نام دوره آموزشی نرم افزار اودئون ODEON

چالش‌های تست درون خودرو

برخلاف تست‌های آزمایشگاهی، در خودرو باید عوامل زیر در نظر گرفته شوند:

• تغییرپذیری مکان اسپیکرها: هر خودروساز موقعیت متفاوتی برای نصب بلندگو انتخاب می‌کند.
• شرایط محیطی: دما، فشار و نویز پس‌زمینه می‌توانند روی نتایج اثر بگذارند.
• تداخل منابع صوتی: وجود چندین بلندگو در نقاط مختلف باعث پیچیدگی در تحلیل پاسخ فرکانسی می‌شود.

دستورالعمل‌های AES TC-AA چه می‌گویند؟

دستورالعمل‌های AES TC-AA (Audio Engineering Society – Technical Committee on Automotive Audio) در قالب یک «وایت‌پیپر» منتشر شده‌اند که هدفشان ایجاد یک روش مرجع استاندارد برای اندازه‌گیری آکوستیک داخل خودرو است تا آزمایش‌ها قابل مقایسه، تکرارشونده و دقیق باشند

هدف و دامنه

• این دستورالعمل روی سیستم‌های کامل داخل خودرو (system-level measurements) تمرکز دارد، نه قطعات منفرد مثل بلندگو یا تقویت‌کننده‌ها.
• دستگاه باید در حالت ثابت (0 کیلومتر بر ساعت، خودرو ایستاده) قرار گیرد (یعنی اندازه‌گیری در سرعت حرکت در دستورالعمل پایه نیست).
• ارزیابی‌های کیفی (subjective) یا تنظیمات دقیق صوتی (tuning) در این وایت‌پیپر پوشش داده نشده‌اند.

انجمن AES با انتشار White Paper ویژه خودرو، روش‌هایی برای تست و مقایسه سیستم‌های صوتی ارائه کرده است. این دستورالعمل‌ها شامل:

1. روش‌های اندازه‌گیری استاندارد: مشخص می‌کند میکروفون‌ها در چه موقعیت‌هایی نصب شوند و چه سیگنال‌هایی برای تست پخش گردد.
2. پارامترهای اصلی کیفیت صدا: شامل پاسخ فرکانسی، محدوده دینامیکی، اعوجاج، و بازتولید استریو.
3. امکان مقایسه بین خودروها: با استفاده از این استانداردها، نتایج به صورت قابل تکرار ثبت می‌شود و می‌توان سیستم‌های صوتی برندهای مختلف را به شکل منصفانه مقایسه کرد.

تجهیزات و تنظیمات پیشنهادی

میکروفن‌ها و آرایه میکروفن

• پیشنهاد می‌شود ۶ میکروفن فشار (“pressure field”) با حساسیت بالا استفاده شود تا میانگین توان از موقعیت‌های مختلف گرفته شود.
• اندازه میکروفن باید کوچک باشد تا اختلال در میدان صوتی داخل کابین کم شود (مثلاً میکروفن‌های ¼ اینچ توصیه شده‌اند).
• آرایه میکروفن باید در قالب خاصی قرار گیرد، مثلاً ساختار “H-shaped” با فاصله‌ها و زوایای معینی بین میکروفن‌ها، طوری که نماینده مکان‌های سر راننده و سر سرنشین باشد.
• موقعیت آرایه باید در محل سر راننده (یا مرکز سرهای احتمالی) قرار گیرد و زاویه Pitch معمولاً ۳۰ درجه انتخاب می‌شود.

نرم‌افزارهای مورد نیاز برای تست صوتی خودرو

برای اجرای تست‌های صوتی مطابق دستورالعمل‌های AES TC-AA، نرم‌افزار نقش کلیدی دارد. این نرم‌افزارها امکان تولید سیگنال‌های تست، تحلیل داده‌ها و ارائه گزارش‌های دقیق را فراهم می‌کنند. مهم‌ترین آن‌ها عبارت‌اند از:

• Audio Precision APx500: یکی از پرکاربردترین نرم‌افزارها برای تحلیل سیستم‌های صوتی خودرو است. این نرم‌افزار همراه با سخت‌افزار AP Analyzer استفاده می‌شود و انواع تست‌ها مانند پاسخ فرکانسی، اعوجاج هارمونیک کل (THD+N)، و دینامیک سیستم را پوشش می‌دهد.
• MATLAB و Python: برای تحلیل‌های پیشرفته، مدل‌سازی و پردازش سیگنال‌های صوتی به کار می‌روند. این ابزارها انعطاف‌پذیری بالایی دارند و می‌توانند داده‌های خام جمع‌آوری‌شده را در قالب‌های سفارشی تحلیل کنند.
• نرم‌افزارهای شبیه‌سازی آکوستیک مانند COMSOL Multiphysics یا EASE: برای پیش‌بینی رفتار صوتی کابین خودرو و شبیه‌سازی قبل از تست عملی استفاده می‌شوند.
• APx Project Files: فایل‌های از پیش آماده که فرآیند تست را سریع‌تر می‌کنند و تنظیمات پیشنهادی برای تست‌های مختلف را در اختیار کاربر می‌گذارند.

• سیستم اندازه‌گیری باید بتواند سطح‌های صوتی کالیبره‌شده در واحد dB SPL و ضرایب A, C, و Z مطابق IEC 61672 نمایش دهد.
• باید قادر باشد سیگنال‌های شش میکروفن را به صورت مستقل پردازش کرده و میانگین توان (power averaging) را برای مدت زمان ۳۰ ثانیه محاسبه کند (Leq)
• نتایج معمولاً در بازه‌های یک‌سوم اکتاوی (1/3 octave bands) نمایش داده می‌شوند.

اندازه‌گیری‌های کلیدی طبق TC-AA

TC-AA در این وایت‌پیپر، سه آزمون پایه را توصیه می‌کند:

پیشنهاد ویژه:

دوره آموزش ماژول آکوستیک ساختمانی نرم افزار کامسول

ثبت نام دوره آموزشی نرم افزار کامسول

نتیجه‌گیری

آزمایش سیستم‌های صوتی خودرو فرآیندی پیچیده ولی ضروری است. فضای کابین با ترکیب مواد مختلف و موقعیت بلندگوها، شرایطی متفاوت از میدان‌های صوتی سنتی ایجاد می‌کند. انتخاب درست میکروفون و پیروی از دستورالعمل‌های AES TC-AA امکان‌پذیر می‌سازد که تست‌ها دقیق، تکرارپذیر و قابل مقایسه باشند.

برای خودروسازان، رعایت این استانداردها تنها یک الزام فنی نیست، بلکه ابزاری برای جلب رضایت مشتری و خلق تجربه شنیداری بهتر در خودروهای آینده است.

آموزس، شبیه سازی، طراحی و اجرای پروژه های آکوستیکی با آوانا