1.典型ANC系统组成

主动控制系统包括传感器、扬声器和控制器。传感器包括误差传感器和参考传感器。误差传感器是指在消声区域使用的传声器；参考传感器是用于采集输入信号的传感器，它可以是声学传感器，如传声器，也可以是非声学传感器，如加速度计、转速计等。控制器包括硬件系统和软件系统，硬件系统有数字信号处理器（digitalsignalprocessor，DSP）等，软件是控制软件。闭环ANC是汽车应用的标准形式，主要包含以下4大核心模块：

（1）参考麦克风(ReferenceMic.)

安装位置：发动机舱、底盘、轮拱、排气管附近；

功能：实时采集原始噪声源信号（发动机燃烧噪声、路噪、风噪），作为系统输入；

（2）误差麦克风(ErrorMic.)

安装位置：车内顶棚、座椅头枕、门板内侧（人耳高度）；

功能：采集消声后残留噪声，反馈给控制器，形成闭环自适应调节；

（3）控制器（核心）

核心算法：LMS（最小均方）算法、FXLMS（滤波x-LMS）算法（汽车主流）、深度学习算法；

功能：快速分析噪声频谱，计算最优反相声波参数，实时修正控制信号；

（4）次级声源（执行器）

载体：车载扬声器（车门、顶棚、后平台）、专用降噪扬声器、主动减振器；

功能：播放控制器生成的反相声波信号，与原始噪声干涉消声。

2.ANC系统分类

ANC系统分类非常多，最常用的分类是按照是否需要参考信号来分类，可以分为前馈控制和反馈控制。图2是一个前馈主动控制系统示意图，由于在“源”处获取了初级声场的参考信号，因此这个系统被称为前馈控制系统。系统受到干扰时，可以自我调节，因此前馈控制系统是一个自适应系统。它能够很好地控制与参考信号相关的噪声成分，并消除宽频噪声。

图2 前馈ANC系统示意图

图3是一个反馈主动控制系统，由于没有获得“源”处的参考信号，而只有误差信号，因此这个系统被称为反馈控制系统。系统受到干扰时，不能自我调节，因此反馈控制系统不是一个自适应系统。反馈控制通常用来控制可以预测的固定频率或窄带频率的噪声。

图3 反馈ANC系统示意图

按照初级噪声能量分布，可以分为宽带ANC系统及窄带ANC系统。初级噪声能量主要集中在特定的一个或多个频率上，如发动机噪声和进排气噪声，如图4所示；初级噪声能量分布在一个较宽的频带范围内，如路噪和风噪，如图5所示。

图4 窄带ANC系统示意图

图5 宽带ANC系统示意图

3.ANC在汽车上的核心应用场景

（1）发动机噪声主动控制

动力系统声音主动控制包括发动机声音控制、进气声音控制、排气声音控制等，其中发动机噪声主动控制（enginenoisecontrol，ENC）应用最多。动力系统声音有规律性，如声音是由阶次组成，而阶次的频率与发动机转速相关；它的确定性强，如加速轰鸣声是发生在某个转速和/或车速下。这样，动力声音的主动控制可以采用前馈控制，也可以用反馈控制。使用前馈控制时，参考信号可以选择发动机近场噪声、进气管噪声、排气管噪声等声音信号，也可以选择悬置上的振动信号，还可以选择发动机转速，发动机噪声主动降噪示意图如图6所示。

图6 发动机噪声主动降噪示意图

适用工况：怠速、低速、急加速（低频燃烧噪声、机械振动噪声，20-150Hz）；

系统配置：发动机舱1-2个参考麦，车内顶棚/座椅4-6个误差麦，利用原车音响扬声器作次级声源；

降噪效果：怠速工况降低10-15dB，车内安静如熄火；加速时消除“轰鸣感”，提升平顺性；

代表车型：奔驰S级、宝马7系、BOSEANC系统、比亚迪汉EV/DM-i。

某样车发动机应用ANC的工程实例如图7和图8所示。ANC开启后（稳态3510rpm），发动机2、4阶噪声被明显衰减，主驾右耳2、4阶降噪量为26.2dB(A)和10dB(A)，副驾左耳2、4阶降噪量为22.9dB(A)和12.1dB(A)。

图7 稳态工况主驾右耳噪声

图8 稳态工况副驾右耳噪声

（2）路噪主动控制

路噪没有规律性，输入信号不确定，因此路噪主动控制比动力系统噪声主动控制难度大，系统更加复杂，其研究也晚于发动机噪声主动控制。路噪主动控制（roadnoisecon-trol，RNC）主要用于降低中低频结构声路噪，是专门针对汽车行驶中轮胎与路面产生的低频轰鸣（30–500Hz）设计的高级主动降噪技术，核心是“振动前置感知+反相声波抵消”，从源头抑制路噪传入座舱，是当前电动车NVH（静谧性）升级的核心方案，其原理图如图9。

图9 RNC原理图

图10和图11是路噪主动控制硬件布置图。硬件包括加速度传感器、传声器、扬声器和控制器。四个加速度传感器分别布置在前后左右四个悬架上，如转向节、副车架、摆臂等位置，用于采集每个轮胎传递给悬架的振动信号，作为路噪控制的输入参考信号。四个传声器安装在四个乘员外侧耳朵附近的位置，如座椅靠背侧面、头枕、立柱、头顶顶棚等，用于采集误差信号。扬声器布置在头枕、车门、立柱、行李舱等地方，其中必须有低频扬声器。路噪控制单元集成到整车控制器中，放置在车内的某个位置，如座椅下、行李舱地板上。控制器必须满足延时要求，即在初级噪声到达人耳之前，能够根据次级通道脉冲函数、参考信号和初级声场信号来计算出次级声信号并通过扬声器发出，以保证控制的实时性并实现优化控制。

图10 路噪主动控制硬件布置图

图11 RNC控制中振动传感器布置位置示意图

图12是某纯电动汽车RNC开启前后车内噪声对比。在光滑沥青路面60km/h，副驾驶位置和后左座位声压级降低3.2dB和4.9dB，150-250Hz降低约9-11dB(A)；在粗糙沥青路面70km/h，副驾驶位置和后左座位声压级降低3.2dB和5.4dB，150-250Hz降低约8-13dB(A)。

图12 RNC开启前后驾驶员右耳噪声对比

（3）主动发声

主动声音设计(ActiveSoundDesign,ASD)是一种通过电子信号处理与声学合成技术，主动创造、增强或修改车辆内外声音的技术。它与主动降噪（ANC）“以声消声”相反，核心是“以声补声、以声传情”，为车辆赋予品牌化、个性化的声学特征。

图13 ASD设计流程

图14 ASD典型应用车型

4.主流汽车厂商的应用实践

主动降噪技术正从豪华车的专属配置向下普及，成为众多品牌提升产品竞争力的关键技术。

特斯拉自2021年起在ModelS和ModelX中加载了主动降噪功能，通过前排座椅头枕内嵌的6个麦克风感知低频路噪，利用车载音响系统生成反相抗噪信号。

华为问界M9搭载了华为自研的主动降噪系统，通过车内麦克风实时捕捉残余噪音，再经由音响系统释放反向声波进行抵消，配合全车多层隔音玻璃和0.264的低风阻系数，形成了“主动+被动”的双重降噪方案，实测120km/h高速行驶时车内噪音控制在60分贝以内。

理想汽车在MEGA车型上采用了11块双层夹胶玻璃并升级RNC主动路噪消除功能。

小米SU7通过传感器感知内外噪音，用反向声波抵消干扰。

极氪009更是结合30单元雅马哈主动降噪系统与大面积吸声材料，强化对风噪和胎噪的抑制。

5.主动噪声控制发展趋势

展望未来，主动降噪技术的发展将呈现三大趋势：（1）AI赋能——引入深度学习和自适应控制算法，实现对噪声的精准预测与动态响应；（2）全域覆盖——从单一的发动机降噪扩展到路噪、风噪、电驱啸叫的全频段综合控制；（3）系统融合——将主动降噪与车载音响、智能座舱乃至自动驾驶系统深度集成，打造沉浸式的听觉体验。当汽车座舱逐步进化为移动的“静音舱”，主动降噪技术无疑将是这场静音革命中最核心的技术引擎。

图15 ANC发展趋势

注：文章中引用数据和图片来源网络