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浙江数字内容研究院：AVAS在汽车上的未来趋势——产品集成化与声音定制化的发展

盖世直播陈琳铃 2024-05-27 12:24:06

2024年5月21日，在智能座舱车载声学论坛上，浙江数字内容研究院副院长、智慧交通与智能驾驶实验室主任陈芳坦言，电动车声音设计是当前汽车产业面临的重要挑战。目前，国内外在声音设计标准和执行上存在显著差异，且声音设计复杂，需平衡警示与环保要求。电动车声学特征不明显，导致行人在预判车辆行动时存在困难，容易引发安全隐患。

因此，声音设计需注重功能性和警示效果，同时考虑舒适度和可识别性。在设计中，既要避免声音过于独特造成不适，又要确保声音能有效警示行人。此外，智能座舱的发展为声音设计提供了新机遇，但也带来了新挑战。

陈芳表示，未来声音设计需综合考虑视觉和听觉等多方面因素，以打造更具辨识度和安全性的电动车声音系统。同时，随着技术的发展，声音设计也需不断创新和完善，以应对潜在的技术挑战，实现更好的声音体验和安全性。

陈芳 | 浙江数字内容研究院副院长、智慧交通与智能驾驶实验室主任

以下为演讲内容整理：

相关标准解读

2008年，美国国家公路交通管理局（NHTSA）召开了关于“安静车辆”安全的公开会议，于次年启动了相关行人碰撞事故的统计研究，并开始研究安全方面的声学问题。2011年1月，美国国会颁布了《2010年行人安全促进法案》（PSEA），该法案要求NHTSA制定一项新的安全标准，该标准要求混合动力汽车和电动汽车装备低速提示音系统，以帮助行人，特别是视力受损的人，感知到接近中的车辆。美国国家公路交通管理局于2016年12月14日颁布最终安全标准，即《联邦机动车辆安全标准》第141号，明确传统燃气发动机混合动力汽车和电动汽车的最低声音要求。

之所以颁布相关条例，是基于美国国家公路交通管理局的一项碰撞数据统计研究，发现混合动力车的行人碰撞率是传统内燃机汽车的1.18倍。此外，美国国家公路交通管理局（NHTSA）完成了一项环境评估，该评估报告指出美国城市和郊区环境中的环境噪声水平可能会因联邦法规设定混合动力和电动汽车的最低声音水平而增加。根据环境评估可知，在郊区的环境下，这种影响并不显著，并且符合安全标准的混动和电动汽车带来的整体环境噪声的增加是可以忽略的。

（NPRM）提出了30公里/小时（18.6英里/小时）的临界速度，因为根据美国国家公路交通管理局使用“同行车辆“比较方法的测试，在这个速度以上，轮胎噪音、风阻和来自车辆的其他噪音不再需要增加警示音。在该机构的测试中，对选定的电动和混合动力汽车的声音水平进行了评估，并与具有相同或类似品牌、型号和车身类型、但使用的是内燃机（ICE）的车辆的声音水平进行了比较。

国内而言，我们也设立了相应的法规和政策，以规范相关领域的标准设定。这些标准大部分是基于联合国（UN）标准的翻译，尚未进行深入的本土化研究和调整。在标准的制定过程中，我们特别强调声音的功能性和美学，这也是国际上的普遍共识。在之前的讨论中，已经多次提及声音设计在功能性方面的重要性，但同样不可忽视的是，声音设计还需与形象相匹配，同时兼顾其美学价值。此外，声音的功能性还需要能够起到告警和提醒的作用。

目前，我们制定的各企业需遵循的标准与欧盟标准存在较高的相似性。近期，我们也在进行相关研究，旨在探讨欧盟标准是否适用于中国的实际情况。关于配备有AVAS的汽车企业和设备制造商的比例，据现有数据显示，大约为30%至40%，可能还有更高的比例，但具体数据尚待进一步核实。

当前存在的问题主要在于标准的不统一以及执行力度不足。由于执行标准的力度不够强大，检验检测流程也显得不够严谨。声音设计是一项相当复杂的任务，既要确保声音足够引起人们的注意，又不能对环境造成声音污染，同时还要与品牌形象等各方面保持一致，这无疑增加了声音设计的难度。行人感知方面，我们经过市场调研发现，很多电动车在声音设计时并未进行任何行人听觉测试。因此，这些声音是否真正起到了警示作用尚难确定。

图源：演讲嘉宾素材

在法律法规的执行上，中国与欧洲之间存在一定差异。欧洲在声音设计方面，通常更强调其适用性和警示性，声音设计相对简单明了，使行人能够迅速判断车辆的到来。国内声音设计则更注重多样性，这可能会引发一系列问题。

从市场需求和普及性来看，欧洲的标准相对严格，而中国的消费者可能尚未完全意识到声音设计的重要性。我曾向许多消费者询问过他们是否意识到电动车会发出行人告警的声音，但很多人并不知情。这主要有两方面的原因：一是缺乏认知，普通公众不了解电动车需要发出这种声音，可能误认为是车辆自身设计的装饰性声音；二是环境噪音的影响，中国的背景噪音水平普遍较高，使得声音设计的效果大打折扣。按照欧盟标准，城市噪音一般不超过56分贝，但在中国许多城市的不同地点，环境噪音经常超过60、70分贝。因此，当电动车在路边驶过时，行人很难听到其发出的告警声音，除非在停车场或非常安静的环境中。此外，这也可能与测试环境有关，许多声音设计的测试可能都是在非常安静的环境下进行的，而没有考虑到实际道路环境中的噪音水平。

关于AVAS的声音设计

关于AVAS声音的设计，我会更多关注用户的体验。我认为声音设计有两个核心目的。首先，它必须能够告知行人车辆的到来，包括车辆与行人的距离以及车辆的行驶方向，从而提醒行人小心避让。其次，声音设计还应体现车辆的品牌特性，即让行人能够通过声音识别出车辆的品牌。在燃油车领域，人们往往可以通过发动机的声音来判断车辆的品牌，这种品牌声音的概念在电动车领域尚未形成，因此，如何设计电动车的品牌声音是一个值得探讨的问题。

关于AVAS的警告效果，已有众多研究对此进行了探讨。2022年发表的一篇文章中指出，相较于内燃机汽车，电动车在加速过程中的独特声学特征并不显著。尽管传统设计上已包含AVAS声音，但实际效果并不明显。

对比正常燃油车和电动车在发出声音时行人的反应，行人在听到声音后判断车辆距离和采取相应行动时，往往高估了电动车的TTC。这意味着行人可能误以为电动车距离自己很远，从而冒险过马路，增加了潜在的事故风险。因此，AVAS的预警功能在这种情况下并未得到充分发挥，即使AVAS设计的声音再悦耳动听，若失去了其基本的警示功能，那么这样的设计便失去了意义。

图源：演讲嘉宾素材

这一问题并非仅限于中国，而是全球范围内共同面临的挑战。因此，在声音设计上，我们确实需要深入考虑如何确保AVAS能够满足其首要功能，即有效地警示行人，并降低潜在的安全风险。

在多样化设计的过程中，我们需要考虑，为什么声音在判断方位、距离和速度方面显得相对较弱？这主要是因为声音本身在提供这些信息方面的能力有限，尤其是当判断对象位于侧后方时。对于前方的车辆，视觉信息通常足够明显，因此声音的预警作用可能并不突出。然而，当车辆从后方或侧后方接近时，由于我们无法依赖视觉直接观察，声音的重要性就凸显出来了。

然而，对于电动车来说，由于其声音特征与传统燃油车存在显著差异，且缺乏相应的经验积累，人们很难仅凭声音就准确判断其距离和速度，这就增加了行人在过马路或进行其他交通活动时发生误判和事故的风险。

关于TTC值的判定，其受到多个因素的影响。首先，声音特征是一个重要因素，它直接影响行人对车辆接近程度的感知。其次，声音的方向性也是一个关键变量，因为它决定了声音来源的方向，从而影响行人对车辆位置的判断。再者，时间动态也是一个需要考虑的因素，即声音随着车辆接近而变化的速率和模式。

此外，我们认为舒适度和可识别性对TTC值的判定同样具有重要影响。在智能座舱的设计中，一个显著的特征是同一品牌的车型在外观和声音上应具有一定的共性，不同车型之间应能通过特定的声音设计使行人在远处就能识别出品牌。然而，目前国内的车企在声音设计上尚未建立起这样的效果。视觉上的识别可能相对容易，但要在听觉上形成舒适度和可识别性，尤其是在每款车型都设计有不同声音的情况下，是一大挑战。针对这一问题，我建议在确立品牌特有的声音特征设计后，要避免每个车型都进行大幅度的声音变动。为了让大众习惯并识别品牌的声音特征，建议仅在亚品牌、不同型号上做出适度的调整。

此外，对于环境噪音水平应有明确的认知。声音设计的响度需根据外部环境的不同进行适当调整，以确保在各类环境中都能有效传达警示信息。声音设计与感知的清晰度、舒适度同样重要，必须确保声音既清晰又舒适，避免给听众带来不适或额外的声音污染。

研究表明，具有两个峰值频率的报警声音能够提供更好的警示效果。因此，在设计声音时，要避免随意发挥，应根据科学研究的指导，确保声音设计既符合审美要求，又能充分发挥其警示功能。

总体而言，在测试声音时，应充分考虑聆听环境和感知距离对声音感知的影响。我建议在设计声音时，不仅要追求声音的悦耳性，更要注重实际环境中的测试效果。为了准确评估声音设计的有效性，建议进行现场测试，即在实际环境中对声音进行测试。在各种不同条件下，如行人站立、行走、身高差异以及心态变化等，观察行人对声音的感知情况。这样的测试方法能够更全面地考虑不同人群、不同状态对声音感知的影响，从而确保声音设计既符合美学要求，又能在实际环境中发挥良好的警示效果。

前面所提及的文章谈到了一个现象。在警示过程中，那些不易被看见的行人往往是最容易发生碰撞的。因此，我们是否可以考虑对声音设计进行一些定向功能的测试，这是一个值得进一步探讨的新技术方向。

声音设计存在不同的理念和方法，每种方法都有其独特的优点和局限性。一种设计理念是强调声音与机动车的相似性，欧洲地区较为注重这一点，即声音设计应至少保留车辆的基本特征，避免过于天马行空的设计。相比之下，国内的一些车辆则更多地采用与机动车声音截然不同的声音设计，听起来不像是传统汽车接近，反而像是宇宙飞船在穿越空间，给人一种超时空的感觉。有次我在酒店外停车时，有一辆车驶来，其AVAS声音让我产生了一种不寻常的体验，让我短暂地误以为自己进入了科幻场景。对于这种声音设计，虽然其新颖性和创新性可能受到某些人的欢迎，但能否被广泛接受并习惯，还需进一步观察和研究。

采用与机动车相似的声音设计优势明显。这种声音对于公众来说相对熟悉，与他们对车辆的直观感觉保持一致。由于我们已经习惯了传统汽车的声音特征，这种设计更容易让人产生警觉，从而更有效地发挥安全警示的功能。

图源：演讲嘉宾素材

如果声音设计采取截然不同的方式，其安全性和环境和谐性就需要进一步评估。新的声音设计是否能够在安全功能上有所创新，以及是否能够与环境相和谐，都是值得探讨的问题。当然，公众的接受度和兴趣是可以培养的。随着时间的推移和这种新声音设计的广泛应用，人们可能会逐渐习惯并接受这种新的声音特征。

除了满足 AVAS 标准的要求，主动音响设计过程本身也是一个创造性的过程。知名电影作曲家汉斯-齐默（Hans Zimmer）认为，他为 BMW i5 设计主动音响的工作过程与他为一部大片作曲的过程是一样的。他需要构思一个故事，并设身处地地为驾驶员考虑。尽管这些声音可能只有短短的两三秒钟，并且会不断循环，但对于设计人员来说，这是一个富有创意的过程，他们希望这些声音能给周围的人带来不同的感受。

日产聆风 AVAS 音效的首席制作人兼创意总监Danni Venne谈到了自己的主动音效设计方法。她考虑的是声音应该传递什么样的感觉，以及与人产生怎样的互动。声音的创作虽然短暂，但背后可能需要长时间的思考、制作和调整，以确保声音既满足功能性需求，又能带来良好的听觉体验。

潜在的技术挑战

AVAS一般由传感器、一个处理单元和扬声器三部分组成，传感器主要用于对人的监测。现有研究表明，系统应能够测量行人与车辆之间的距离，并确定是否存在与TTC相关的潜在冲突。在没有潜在冲突的情况下，是否需要发出声音提示是一个值得探讨的问题。例如，当车辆在道路上行驶且不与行人发生交互时，可能并不需要发出声音。针对一些车企反映的问题，如车内司机觉得声音过于嘈杂并希望关闭系统，这确实是一个需要关注的问题。为了平衡车内外的声音感知，可能需要考虑更精细的声音控制策略。