車載用オーディオシステムの進化と高度なオーディオ処理の必要性

車載用オーディオシステムの進化は目覚ましいもので、基本的なモノラル音声システムから、高度なノイズキャンセリング技術を備えた洗練された 3D オーディオ環境へと発展してきました。より充実したエンターテインメントオプション、パーソナライズされた快適性、安全な運転環境に対する消費者の需要の高まりによって、組込みプロセッサの技術進歩が車載用オーディオシステムの進化を可能にしています。

いくつかのオーディオ機能セットの進化と、それに対応する消費者の要求を満たすのに必要な SoC 機能について見ていきましょう。

3D サラウンドサウンドとスピーカ数の増加によるエンターテインメントの向上

車載用オーディオシステムの初期は、AM ラジオ用の単一スピーカーによるモノラルセットアップが一般的でした。FM ラジオとカセットプレーヤーの導入により、2 スピーカのステレオサウンドが車両に搭載され、リスニング体験が向上しました。2000 年代にはサラウンドサウンドシステムの導入で、大きな進歩が見られました。

高級車両には、最新の 3D サラウンドサウンドシステムが搭載され、コンサートホールや映画館にいるかのようなオーディオ環境を実現しています。ただし、この高度なオーディオ環境を実現するには、SoC のリアルタイムコンピューティング要件の大幅な増加が伴います。

3D サラウンドサウンドや空間オーディオのデコードとレンダリングには、かなりの処理能力が必要です。3 次元の音響空間を創出するために、高度なシステムでは天井スピーカを含む多数のスピーカを使用します。音の分布やカスタマイズされたオーディオゾーンなどの機能により、車両のスピーカ数は 32 以上に増加しつつあります。スピーカの追加ごとに、イコライザ設定、ゲイン、クロスオーバーポイントなどのオーディオパラメータを動的チューニングに必要な処理負荷も増大します。

アクティブノイズキャンセリング機能による静かな車内空間

ユーザーの快適性、特に静粛性を高めた車内環境も、車載用オーディオシステムの進化を推進する主な要因の一つです。初期の段階では、ゴムマットやフォームなどの防音材を使用して、エンジン音や路面ノイズなどの不要な音を吸収していました。しかし、これらのパッシブ方式には限界があり、特に低周波ノイズへの対応や車両重量の増加などの課題がありました。

アクティブノイズキャンセレーション (ANC) は、大きな進歩であり、マイクを使用して周囲のノイズを検出し、その音と逆位相の音波を生成してノイズを打ち消します。ANC により、より静かで快適な乗り心地が実現され、図 5で示すように、電気自動車やハイブリッド車では、エンジン音がほぼ無音であるため、路面ノイズがより目立つことから、その重要性が増しています。

ロードノイズキャンセレーション (RNC) などの複雑な ANC アルゴリズムを処理するには、高性能なリアルタイムコンピューティングが必要となります。極めて低遅延で処理を行うことで、ノイズキャンセレーションの効果を低下させる可能性のある、キャンセル信号の同期外れの発生を回避することができます。

乗員間の会話を明瞭にする ICC システム

車内コミュニケーション (ICC) システムは、大型車両や騒音の多い環境において、車内での会話の明瞭性を大幅に向上させます。戦略的に配置されたマイクと高度な DSP を採用することで、ICC システムは音声をキャプチャし、増幅することで、乗員が声を張り上げたり振り向いたりせずにスムーズに会話できるようにします。この技術は、移動中の全般的な快適性が向上するだけでなく、ドライバーが路上への集中力を維持できるようにすることで、安全性の向上にもつながります。RNC と同様に、ICC 機能も話している乗員の声のエコーを防ぐために、極めて低遅延な処理能力が求められます。

音声合成と警告音により安全性を向上

ハイブリッド車や電気自動車は、そのほぼ無音の動作特性から、エンジン音合成 (ESS) を活用した音響車両警報システム (AVAS) が必要となります。ハイブリッド車と電気自動車のメーカー各社は、安全規制に準拠し、自社のオーディオシステムで人工音を生成して、歩行者に自動車の存在を警告する必要があります。将来的には、機能安全の統合が進み、国際規格 ISO 26262 の自動車用安全度水準 (ASIL) A または B に分類されるリスク分類に向かう傾向にあります。

車内のチャイムや警告音も、単純なビープ音やトーン音から、運転者や同乗者にシートベルトの着用を促したり、ドアが開いたままであることを警告したりするものへと進化しています。車線逸脱や衝突警告などの高度運転支援システム (ADAS) の警告音も、オーディオが必要です。車内で使用される異なるチャイムや警告音の種類が増えるにつれて、高解像度のオーディオファイルを管理し、リアルタイムでスムーズな再生を実現するために、SoC には大容量のストレージと高速アクセス機能が求められます。

表 1は、現代の自動車における各種オーディオ機能と、それに必要な処理要件をまとめています。