JavaScript is currently disabled.Please enable it for a better experience of Jumi.

Svensk ingenjörskonst bakom schysst ljud i bilen

På Lindholmen i Göteborg sitter en grupp ingenjörer från japanska Alpine med uppgift att bland annat stötta Volvo i utvecklingsarbetet av bra ljud i bilarna. Volvo har sedan länge gått i bräschen när det gäller just ljud – uppbackat av det svenska Alpineteamet, men även det lilla konstruktionsföretaget Abletec i Helsingborg.
 
   Markku Mulari
– Här i Sverige är vi väldigt framstående när det gäller ljudbiten. Volvo var först ut i hela bilbranschen att använda en högeffektsklass-D-förstärkare. Den kom ut 2005 och vi var väldigt engagerade i konstruktionen, säger Markku Mulari, projektansvarig på Alpine Electronics i Sverige.

På det svenska Alpinekontoret har ljudkompetensen byggts upp i över 15 år. Numera är kontoret med i företagets europeiska forsknings- och utvecklingsarbete inom ljudteknik.

– Sverige är lite av ett center inom hela globala Alpine när det gäller audio, säger Markku Mulari.

Inom bilindustrin är det fortfarande mycket som skräddarsys av varje tillverkare. Det gäller inte minst ljudet i bilen – alla använder sina egna specifikationer, vilket gör att en lösning i slutänden alltid måste kundanpassas i någon mån.

– Vi är väldigt delaktiga i allt specifikationsarbete. Vi specar kraven på gränssnitt och funktioner, vi kod- och hårdvarugranskningar och ser till att en produkt är rätt konstruerad.

Japanska Alpine utvecklar och säljer audio-, informations- och kommunikationsprodukter som sitter i bilar. Företaget arbetar med både eftermarknads- och OEM-försäljning, där det svenska kontoret i Göteborg ingår i det senare affärsområdet. Alpine har drygt 10 000 anställda i världen, varav 17 i Sverige. På kundlistan finns en mängd fordonstillverkare, exempelvis Volvo, Volkswagen, Audi, BMW, Ford, Hyundai, Toyota, Aston Martin, Jaguar och Land Rover.
Själva hård- och mjukvaran tas däremot fram vid företagets huvudkontor i Japan, men en stor del av testarbetet görs här. Framförallt gäller det integrationstest, alltså att en produkt fungerar i kundens system.

Mycket av testarbetet görs hos kunden, men hos Alpine på Lindholmen finns också ett cirka 100 kvadratmeter stort labb där främst ljudsystemet, men också radioapparater och displayer testas.

– När det gäller ljudbiten så testar vi att koder är okej. Likaså ger vi förslag på kodförbättringar, säger Markku Mulari.

Trots att fordonsindustrin har det tungt just nu, menar Markku Mulari att det ser stabilt ut för det svenska Alpineteamet som faktiskt ser en organisk tillväxt framför sig.

En anledning är att infotainment växer starkt i fordon och en central del i det utvecklingsarbetet är att utreda hur man ska interagera med föraren både via ljud och displayer. Displayer är för övrigt ytterligare ett område som det svenska kontoret börjat bygga kompetens inom.

I framtiden kommer dessutom ljudsystemet i allt större utsträckning att integreras med fordonets säkerhetssystem.

– Aktiv säkerhet kommer väldigt starkt inom fordonsindustrin och det finns många aktiva säkerhetsfunktioner som på något sätt vill signalera till föraren.

En annan nödvändig trend är att dra ner energiförbrukningen. I framtida elbilar kommer det inte att fungera att ha ljudsystem med 130 watt per kanal. Istället måste man ta fram smartare lösningar där man uppnår samma ljudupplevelse utan att dra så mycket effekt.

– Vi tittar på koncept där man använder betydligt färre antal högtalare i bilar utan att tumma på ljudupplevelsen. Vi har visat att det fungerar med prototyper med förstärkare som är lätta, har hög verkningsgard och låg energiförbrukning, säger Markku Mulari.

 
 Klass-D-förstärkare utvecklad av Alpine till OEM-kund.
I sitt prototyparbete tar Alpine ibland hjälp av externa partner i Sverige eller övriga Europa. Helsingborgsbaserade Anaview – eller Abletec som företaget numera heter efter att norrmännen köpt företaget i fjol – är en sådan samarbetspart.

– Vi har ett jättebra samarbete med Abletec. Medan vi har djup kunskap om hela signalkedjan från förstärkare till högtalare är de extremt nischade mot själva audioförstärkaren och hur man hanterar den.

Abletec specialitet är att konstruera klass-D-förstärkare med tillhörande strömförsörjning. Det som gjort denna typ av förstärkare intressant för fordonsbranschen är att den har betydligt högre verkningsgrad än klass-AB-förstärkaren, vilket gör att resultatet mindre, lättare och energisnålare.

 
   Patrik Boström
– Den stora vinsten är att klass-D-förstärkaren i princip inte kräver någon kylfläns. I övrigt finns det inget som är bättre med den än klass AB, säger Patrik Boström, utvecklare på Abletec.

Samtidigt finns det utmaningar med klass-D-förstärkare. Inte minst eftersom det är en switchad arkitektur som i sig kan skapa oönskade störningar.

– Vår arkitektur ger prestanda i världsklass, men vi har jobbat väldigt mycket på den. Det handlar om flera 1 000 timmar som vi lagt på att forska fram hur man ska göra kretskortslayouten.

En viktig ingrediens är före-tagets teknik som gör att det går att använda självsvängande förstärkare även i multikanalsystem.

I klass-D-förstärkare används alltid ett LC-filter på utgången för att ta bort harmoniska komponenter av switchfrekvensen. Problemet är att filtret har en resonans runt 40 kHz, vilket gör att man får en förstärkningstopp om lasten är induktiv som ett högtalarelement. Stigningen i frekvenskurvan börjar dock vid relativt låga frekvenser och kan ligga på flera decibel redan innan 20 kHz.

Genom att använda en självsvängande förstärkarteknik som inkluderar utgångsfiltret får man en perfekt frekvensgång efter utgångsfiltret, helt oberoende av last.

Norska Abletec utvecklar och tillverkar strömförsörjning för industritillämpningar. Förra året köpte företaget svenska Anaview i Helsingborg, därmed adderade Abletec utveckling av förstärkare och strömförsörjning för audiotillämpningar. I Sverige arbetar 4 personer för Abletec, som har totalt 17 anställda.
– Det här är inget nytt. Där-emot är det inte många som använder tekniken eftersom det innebär stora svårigheter att ha självsvängande förstärkare.
Alla kanaler i en multikanalförstärkare får olika switchfrekvenser och det uppstår en skillnadsfrekvens som lätt kan höras i högtalarna om man inte vet exakt hur man ska göra PCB-layouten.

För att förbättra resultatet lägger man på ytterligare en loop kring utgångsfiltret som hanterar audiobandet och ger förstärkning upp till 45 kHz.

– Fast det är lätt att få instabilitet om man lägger på återkoppling, och det är extra känsligt i klass-D-förstärkare. Därför har vi utvecklat en krets som ser till att loopen är stabil oavsett hur man beter sig med förstärkaren. Det är vårt första patent, förklarar Patrik Boström.

Företagets andra patent hänger också ihop med den loop som traditionellt läggs utanför utgångsfiltret.

– Vi har gjort en helt ny reglerloop som jobbar inuti förstärkaren istället för runt den. Den ger med lätthet förstärkaren större bandbredd och en i princip platt distorsion över hela audiobandet.

 
Abletecs plattform har sju förstärkar-kanaler som lämnar 130 W/kanal, men ändå bara drar 750 mA vid 14,4 V i vila. Den kräver inga kylflänsar.
Ett problem med klass-D-förstärkare just att de har väldigt hög distorsion, vanligtvis vid 6–8 kHz. Men den nya reglerloopen blir distorsionen istället i klass med den hos klass-AB-förstärkare.

– Vårt andra patent har vi inte börjat använda än. Det är så himla bra så vi bara väntar på rätt tillfälle. Men till våren ska vi introducera det. Det är en ny reglerteknik som är superenkel, men ändå mycket bättre än allt annat, säger Patrik Boström.
ANNONS:

Oktoberchansen

Vill du ha en Raspberry Pi – den populära enkortsdatorn från Farnell element14?
    Vi delar ut tio Raspberry Pi 3 Model B+ bland de som tecknar en ny prenumeration på Elektroniktidningen under september och oktober. Även trogna prenumeranter som förnyar sina uppgifter kan delta i kampanjen.
    Farnell element14 sponsrar kampanjen, som pågår fram till midnatt den 31 oktober.
    OBS glöm inte att kryssa i rutan för nyhetsbrev för att kunna vara med i utdelningen!
Prenumerera och delta!
MER LÄSNING:
 
SENASTE KOMMENTARER
Kommentarer via Disqus

Vi gör Elektroniktidningen

Anne-Charlotte Sparrvik

Anne-Charlotte
Sparrvik

+46(0)734-171099 ac@etn.se
(sälj och marknads­föring)
Per Henricsson

Per
Henricsson
+46(0)734-171303 per@etn.se
(redaktion)

Anna Wennberg

Anna
Wennberg
+46(0)734-171311 anna@etn.se
(redaktion)

Jan Tångring

Jan
Tångring
+46(0)734-171309 jan@etn.se
(redaktion)