ユーザー事例集

カーオーディオシステムの設計に役立つシミュレーションアプリケーション

HARMANの専門家は, シミュレーションアプリケーションを構築および配布して, 顧客の期待を超える自動車用オーディオシステムを開発し, プロセスの内部ワークフローを改善しています.

Thomas Forrister著
2019年12月

今日の高級車市場は, 顧客の好みを満たす能力において未知の領域に突入しています. 車両は究極の運転と乗車体験を提供するように設計されています. ヒーター付きハンドル, スタイリッシュなインテリア, 広々としたキャビン. そしてもちろん, 電子エンターテインメント. 自動車は多くの最終消費者のライフスタイルの重要な要素となっているため, 過去10年間で自動車のオーディオおよびマルチメディアシステムの重要性は大幅に高まっています. 調査によると, 車は人々が音楽を聴く最大の場所であり, 彼らの期待は, 家庭用オーディオシステムと同じ高品質のリスニング体験を得ることです. しかし, そのようなカーオーディオシステムの設計にはいくつかの課題があります.

システムエンジニアリングの観点からは, インテリアデザインを特徴づけるさまざまな固い表面と柔らかい表面が, スタイルと快適さを提供しながら, 反射や吸音が発生する可能性があるため, サウンドを妨げることがよくあります. ただし, さらに大きな課題はスマートフォンで利用できるようになる新機能と同じ頻度で車の新しいアプリケーション, 新機能, および新しいリスニング体験が提供されることを消費者が期待することです. 家庭用電化製品の開発サイクル(6か月以下の場合もある)は, 自動車(5から6年)よりもはるかに短いです. Samsung Electronics Co. Ltd. の子会社である HARMAN International は, シミュレーションソフトウェアを使用して, ワークフローを改善し, 製品開発をスピードアップし, 車載オーディオテクノロジーの可能性の限界を広げるアプリケーションを構築しています,

パーソナライズされた車載オーディオ体験の提供

消費者は毎日車で多くの時間を過ごし, 通勤や都市部での運転に出かけています. 多くの場合, 車はA地点からB地点への移動手段にすぎません. 彼らは車の乗り心地を最大限に楽しみ, 自由と冒険の感覚を得て, 日常生活から一瞬逃れることさえしたいのです. この体験を実現するには, 消費者のデバイスと車両の間のシームレスな統合, および車載テクノロジーが重要です. 例えば, さまざまな車のディスプレー, アプリケーション, およびオーディオシステムは, 協調して機能する必要があります.

「今日の消費者は, 自宅でも, 外出先でも, 車内でも, パーソナライズされたソリューションとエクスペリエンスを求めています」とHARMANの主任エンジニア, François Malbos氏は言います. 「高級車は, より多くのテクノロジー, より多くのスピーカー, そしてより洗練されたオーディオ機能を提供します. ミッドレンジの車両では, パーソナライズされた機能が制限され, 統合されるテクノロジーが少なくなる可能性があります. システムがより大きく, より機能的であるほど, より複雑で洗練されているので, インターフェースはシンプルで直感的に使用でき, しかもスケーラブルでなければなりません.」

自動車の価値がその機械的性能とドライビングダイナミクスによって測定されていたのはそれほど昔のことではありません. 共有モビリティと車載テクノロジーの人気が高まっている現在, 価値はマイルあたりのエクスペリエンスによって測定されています. オーディオ業界に画期的な開発を導入する最前線に70年以上あるHARMANは, パーソナライズされたオーディオエクスペリエンスを提供する際に消費者中心のアプローチをとり, マイルあたりのエクスペリエンスのパラダイムへの移行を推進しています. 1つの例はHARMANの「仮想会場」テクノロジーです. それは, それぞれの音響フィンガープリントに基づいて特定の会場のサウンドを再生することで, 聴く人を世界的に有名な音楽会場(コンサートホール, スタジアム, 居心地の良いジャズクラブ, またはサウンドスタジオ)に 音響的に連れて行きます. もう１つの例は, HARMANのプレミアムコミュニケーションソリューションです. それは, スマートオーディオと音響信号処理の最新の進歩を活用して音環境をパーソナライズし, 音声アシスタント, 電話の相手, または乗客同士など, 全ての車両の乗員に明確でフラストレーションのないコミュニケーションを提供します. 強化された音声コマンド機能により, 電話やインフォテインメント画面を使用しているときに, ドライバーが道路から目を離さず, ハンドルを握るようになり, 交通安全も向上します.

高級車に組み込まれる幅広いパーソナライズされた機能のバランスをとるために, HARMAN の音響およびシミュレーションの専門家チームは, 設計システムプロセスの早い段階でさまざまな部品, 音響, および独自の構成を考慮します(図1). これらのエンジニアが「キャビンの外で考える」こと, つまり創造的に考えることの１つの方法は, 車を中心にオーディをシステムを設計するのではなく、逆にオーディオシステムを中心に車を設計することです. これにより, チームはすぐにカスタマイズリクエストに対応することができます. 車のキャビンの音響に影響を与える要因はいくつかあります. 例えば, 内装レベルの変更や使用されている様々な素材の変更を伴うことが多いトリムレベルの選択. システムのチューニングは, 設計のこのような変更を補正して, 音質を損なわないようにする必要があります. 車のドアの剛性のような側面は, 車の音響を変化させる可能性があるため, エンジニアは追加のベルとホイッスルを考慮する必要があります.

左：ドアの剛性分析. 右：様々なスピーカー配置の車室内シミュレーション.

これらのオーディオシステム設計の感度により, 製品開発, 自動車ソリューションのベンチマーク, および品質保証プロセスの複雑さが増します. 「幸いなことに, HARMAN はこれらの設計課題に真正面から取り組む独自の態勢を整えています. HARMANの仮想製品開発(VPD)のシニアマネージャーであるMichael Strauss氏は次のように述べています. 「初期設計から製造段階まで, 社内で全てを開発できるので, 当社のシステムは市場に固有のものになります.」

ワークフローを容易にするために, HARMAN は COMSOL Multiphysics® ソフトウェアを使用して, 設計および製造プロセスを加速し, キャビン内のテスト結果を予測および検証し, 最終的に設計を強化します.

シミュレーションアプリケーションを含む拡張オーディオシステムへのロードマップ

シミュレーションは HARMAN の製品開発で大きな役割を果たし, トランスデューサー, パッケージング, 車のキャビン, バイノーラル再生などの完全な仮想開発を実行するという最終目標を掲げています. 現在, VPDチームは物理実験と数値モデリングを組み合わせています. 今後は, 仮想テストに置き換え, より多くの現場リスニングテストが行われます. COMSOL Multiphysics® を使用して仮想的にオーディオシステムを開発する場合, HARMAN エンジニアは, 作業中の車のさまざまな部品や独自の構成に基づいてすばやく調整できます. さらに, 物理的な車内テストの結果をシミュレーション結果と比較できます(図2).

車内環境で拡大された後部座席(左)と右前部スピーカー(右)の音響音場.

HARMANはまた, モデルをデジタルツインおよびシミュレーションアプリケーションに変換する方法を模索しています. 「全てのモデルは境界条件の変化に敏感であり, 各シミュレーション結果はシミュレーションと物理学の間のインターフェースの定義に関して異なります」と HARMAN のVPDのプロジェクトリーダーであるMichal Bogdanski氏は言います. 「アプリやデジタルツインでは, 特定の境界条件を「ロック」できるため, それほど心配する必要はありません. これらのパラメーターは, 物理の定義に不可欠であり, アプリユーザーが変更することはできません.このようなアプローチにより, 結果が測定値と一致することが保証されます.」

HARMAN シミュレーション参照モデルは, 今日, 人々の日常業務の中で評価され, 実証されています. VPDチームは, 開発プロジェクトのどの段階でも数値サポートを提供するシミュレーションワークフローを確立しました. インダストリー4.0を念頭に置いて, 目的の1つは, シミュレーションサポートとシミュレーションアプリケーションをレガシーワークフローに導入し, 最終的にそれをVPDワークフローに変換することです. このアプリケーションを使用すると, ユーザーとシミュレーションの専門家は, 会社全体で協力して, プロセスの以前よりもはるかに早い段階で設計を変更できます. Malbos はワークフローをさらに加速するために, HARMAN がアプリケーションユーザーがアクセスできるツールボックスを設計するのに役立つロードマップコンセプトを作成しました. これにより, アプリケーションの使用は長期的なリソース計画により適するようになります. 「私たちのワークフローは本当に改善されました. 誰もが同時に作業できるわけではないので, アプリのコンセプトは, プロジェクトのステータスを追跡し, グローバルで機能横断的なチームのサポートにより推進するのに役立ちます」とマルボス氏は言います. 「さらに, このアプリは, 必ずしも流暢なシミュレーションの専門家ではない他のチームメンバーにもメリットがあります」とシュトラウス氏は付け加えます. 「これは2つの点で役立ちます. 一方では, デザイナーのワークフローはより効率的になり, 製品の機能をより深く理解できるようになります. さらに, シミュレーションの専門家は, 日常業務の一部から離れて, より時間とリソースを必要とするプロジェクトに集中できます.」

アプリケーションは, 潜在的なバグの特定や, アプリケーションの使用方法に関する推奨事項や提案を行うのに役立つ様々なユーザーグループからのフィードバックに基づいて, 常に改善されています. ユーザーグループに最大の価値を提供するために,提案は定期的に議論され, チームによって選択および実装されています.

仮想シミュレーションの機能に対する信頼の構築は, アプリケーションの民主化のもう1つの重要な部分です. 各アプリケーションユーザーは, 検証済みの材料パラメーター, アクセス可能で高品質のデータ, 革新的なソリューションとほとんどのプロセスに必要な結果の迅速な提供の両方のバランスが必要です. さらに, 高度なシミュレーションでは, ユーザーが測定値を理解できるように, 正確な表現と検証, およびコミュニケーションが必要です.

「ユーザーとの間の信頼と透明性を築くために, 全てのアプリには検証ドキュメントが付属しています. 例えば, ピットマイクを購入すると, 仕様が記載されたシートが付いてきます. この検証ドキュメントはそれに匹敵します」とStrauss氏は言います. 「ユーザーはPDFを見つけて, 測定値をアプリまたはツインと比較できます.」

COMSOL Server™ を使用して, VPDチームは検証済みアプリケーションのライブラリをまとめ, 他のエンジニアが様々な構成で様々な条件下でスピーカーのパフォーマンスを予測するために使用できるようにしました. HARMAN で最初にアプリケーションを使用したのはトランスデューサーエンジニアリング部門でしたが, 音響工学などの他の部門もすぐに興味を持ち始めました. 「受け入れは高まっています」とStrauss氏は言います.

アプリケーションを介してシミュレーションを民主化することで, リソースが解放され, VPDチームのシミュレーションの専門家が仮想現実などの他のプロジェクトに集中できるようになります.

HARMAN VirtualWORKS がバーチャルリアリティを実現

HARMAN のオーディオ開発ツールの1つである HARMAN VirtualWORKSは, 最近拡張され, HARMAN VirtualWORKS VR(バーチャルリアリティ)エクスペリエンスが含まれるようになりました. インタラクティブなVR機能により, 顧客は実際の車に座っているのと同じ聴覚体験を得ることができます. これは, 専門家ではない人でも物理的なプロトタイプを作成しなくても, 特定の車のオーディオシステムのパフォーマンスを体験できるため, 自動車メーカーと一緒にシステム設計プロセスを行う際の重要な利点です.

「VirtualWORKS VR は, ユーザーにキャビンのシステムと音場を試す機会を提供します」とBogdanski氏は言います. 「VRセットアップとメガネを使用すると, 顧客は車に乗って, オーディオシステムのパフォーマンスを見て聞くことができます. 例えば, OEMインテリアデザイナーは, おそらくインテリアを異なる形にするというアイデアがサウンドパフォーマンスに一定の影響を与えることを理解するのに役立ちます.」

Strauss 氏はさらに次のように付け加えています. 「特に, 社内の意思決定プロセスだけでなく, OEMの幹部にとっても, 主要な利害関係者を数字だけで納得させることが難しい場合があります. VirtualWORKS VR は, 関連する要素を考慮し, 特定の設定が与えられたときに系がどのように機能するかを説明およびデモするための優れたツールです. つまり, アプリのコンセプトと同様に, 製品開発プロセスのデジタル変革を実現する強力な推進力です.」

VRセットアップのヘッドマウントディスプレーを備えたオーディオキューにより, 3Dの動きと高解像度グラフィックスを通じてリスニング体験を視覚化できます. この拡張リアリティは, ユーザーに車内体験を提供し, 例えば, 様々な構成のスピーカーの音響音場を視覚化するのに役立ちます(図3).

HARMANでのVRセットアップ.

高級車向けの新製品と技術は革新的で成熟したものである必要がありますが, さらにパーソナライズに対する需要の高まりに対応する必要もあります. HARMAN は, 設計の最適化に役立つ高度なツールをエンジニアリングワークフローに組み込むことで, カーオーディオシステムの開発を推進します(図4). 近い将来, プロトタイプを構築する前に, 開発サイクルで完全に仮想化できる可能性があります.

HARMAN VirtualWORKS の数値シミュレーションワークフロー.