CN103907150B - 产生设备的旋转机器声 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用来产生旋转机器声的方法，包括确定在旋转机器的音质中的n个相关分音和/或泛音（i）的频率和振幅的步骤（E1），其特征在于，所述方法包括确定各值（ai）的步骤（E2）和计算旋转机器的合成声音的步骤（E7‑E8），该合成声音由频率全部或部分地偏移所述各值（ai）的n个分音和/或泛音（i）组成。

Description

产生设备的旋转机器声

技术领域

本发明涉及一种用来产生旋转机器声的方法，该旋转机器例如为机动车辆、火车、直升机等等的发动机，以及涉及一种用来在诸如机动车辆的设备中产生发动机声的方法。它也涉及使用这样一种方法产生机动车辆的发动机声的发声装置。最后，它也涉及一种装有这样一种发声装置的机动车辆。

背景技术

在机动车辆中取得的进步已经使得可能的大大地降低在它们的乘客舱内部的噪声级。车辆的乘客有时想将特定声音与他们的车辆的操作相联系，并且机动车辆的噪声级的这种降低给予他们施加他们的选择声音的自由度。

文件FR2924260提出一种用来产生在机动车辆内部的合成声音的解决方案，这种解决方案考虑到发动机转速和加速踏板的位置。声音的这种合成包括用来将真实发动机的声音分解成不同泛音的常规方法。

文件WO200225628也描述了一种用来合成声音的更复杂方法，这种方法包括与声音的每个泛音相关联的相位的计算，以便寻求真实声音的尽可能真实的再现。然而，实施的计算复杂，并且与在机动车辆中的实时使用不相容。

因而，有对于用来产生诸如机动车辆发动机之类的旋转机器的合成声音的解决方案的需要，该解决方案使得可以以与例如机动车辆发动机的真实运行相协调的方式，实现更真实和/或愉快并且与实时产生相容的结果。

发明内容

为此，本发明基于一种用来产生旋转机器声的方法，这种方法包括确定旋转机器的音质中的n个相关分音和/或泛音的频率和振幅的步骤，其特征在于，它包括确定各值的步骤，和计算旋转机器的合成声音的步骤，该合成声音由频率全部或部分地偏移各值的n个分音和/或泛音组成。

本发明由权利要求书更明确地限定。

附图说明

本发明的这些目标、特征及优点将在具体实施例的如下描述中详细地解释，该具体实施例按非限制方式与附图相关地给出，在附图中：

图1表示根据本发明一个实施例用来产生发动机声的方法的算法。

图2a和2b表示根据本发明一个实施例的分别用于两种不同类型发动机的泛音和/或分音i的表格。

图3表示根据本发明一个实施例作为泛音和/或分音的和发动机转速的函数的按dB的振幅值的表格。

图4表示根据本发明一个实施例作为驾驶员的期望的函数的增益值的表格。

图5表示根据本发明一个实施例作为机动车辆的速度的函数的增益值的表格。

具体实施方式

根据一个实施例，本发明基于一种用来产生机动车辆的特定发动机的声音的方法，这种方法的算法根据一个实施例表示在图1中。作为一种变形，同一方法可用于任何旋转机器的声音的产生、或实际不存在的假想机器的声音的产生。旋转机器可以是任何设备，如直升机、飞机、火车、等等。

该方法首先包括参数准备的上游阶段，这些参数将用来产生合成声音。

该上游阶段包括第一步骤E1：确定发动机声的基本频率f₀(N)、然后是这个涉及的发动机的声音的n个泛音和/或分音i(i₁至i_n)。发动机声由这个基本频率f₀(N)代表，对于选中泛音和/或分音i的全部值，那么由频率i×f₀(N)代表，该基本频率f₀(N)一般取决于发动机的运行转速N，就是说，取决于用于机动车辆发动机的曲轴的旋转频率。当i是整数时，称为泛音，而在其它情况下，称为分音。例如，对于四冲程发动机，全部选中分音是半整数。因而，这个步骤E1使得可以定义在考虑的机器的音质中相关的n个泛音和/或分音的频率。

作为例子，图2a和2b表示分别为六缸和四缸发动机存储的泛音和分音的分解（solution）。应该注意，根据不同希望的再现，对于同一发动机可提供多种分解。作为例子，图3的表格代表用于六缸发动机的较完全选择。用于六缸发动机的代表的这两种分解（图2a和3）彼此一致，因为它们具有大量共同的泛音和/或分音。

然后，方法包括第二步骤E2，该第二步骤E2产生n个任意数值ai，这些数值ai有利地在[-0.2；0.2]之间。由于这些数值ai能是任何数值，所以它们例如通过随机产生而定义。然而，用来定义它们的任何其它方法可能是适当的，因为它们是任意数值。

根据有利变形实施例，ai的值将在[-0.1；0.1]之间选择。

根据变形实施例，可选择比n少的值ai。

根据另一个变形实施例，将保证的是，得到ai的至少一个非零值。

其次，方法包括确定按dB的振幅k(i,N^*)的基准值数据的表格的第三步骤E3，该振幅k(i,N^*)为在第一步骤中确定的泛音和/或分音、以及发动机转速N^*的一些选中值的函数。

根据第一方案，这个第三步骤通过记录发动机的真实噪声、然后分解而经验地进行。根据第二方案，这个第三步骤根据艺术标准通过简单鉴定而进行。

方法然后包括考虑到驾驶员对于发动机的干预而确定数据表格的第四步骤E4，该数据代表按dB的增益G₁。值得注意地，考虑到加速踏板的位置，该位置就车辆运行而论代表关于驾驶员的主要的希望。为此，取决于一些预定义值C^*的增益值G1的值被预定义和存储，如作为例子由图4的表格表明那样，预定值C^*代表驾驶员的动作。

方法然后包括确定数据表格的第五步骤E5，该数据代表按dB的第二增益G₂，该第二增益G₂为机动车辆的预定速度值V^*的函数。在图5中表示的表格根据这个实施例，给出为对于这个增益作为V^*的函数而确定的值。这个增益使得可以当速度增大时减小声音的音量，以在例如高速公路上的高速度下实现舒适状态。

方法包括将这样得到的值记录在存储器中的第六步骤E6。这些存储数据作为例子由图3的表格表示。

然后，方法实施迭代阶段，该迭代阶段随时间而变化。以前在上游阶段中定义的值然后始终保持恒定，并且方法限于第二迭代阶段。作为变形，可根据定义的标准选择修改这些值。

第七步骤E7包括对于瞬时t和对于发动机转速N由如下公式计算机动车辆发动机的合成声音s(N,t)：

应该注意，这个步骤因此包括测量或估计在瞬时t处发动机的转速N。通过在上游阶段中预定义的和在数据表格中存储的值的外插法，得到振幅值K(i,N)。

因而，根据本发明的实施例，每个泛音和/或分音i的频率稍微偏移随机值，就是说，在任何值的方向上扩展。在声音的这种计算中考虑到的频率的这种计算使得可以获得较真实的声音，而不增加计算的复杂性，这与通过合适计算装置的实施相容，同时允许实时计算。

根据变形实施例，公式（1）由如下公式（2）代替，在该公式（2）中，对于每个泛音和/或分音添加相位Φ(i)，这些相位Φ(i)按任何方式，例如随机地，在范围[0;2π]内，被预先一次计算。

根据一个实施例，频率函数f(i,N)由f(i,N)=(N/60)*i确定，这意味着，在以上两个公式（1）和（2）中，f((i+ai),N)=(N/60)×(i+ai)，其中，N/60以转/秒表示发动机的转速。应该注意，这个实施例相当于认为，f₀(N)=N/60是发动机声的基本频率。

方法的第八步骤E8在于考虑增益G1和G2，以便最终得到确定的声音S(N,t)：

S(N,t)=G₁(C)×G₂(V)×s(N,t)

两个增益值G₁(C)和G₂(V)通过对在上游阶段中定义的值的表格中存储的值的外插法而得到。

根据一定的预定时间步距dt，随着时间重复步骤E7和E8。在每个瞬时t，方法包括播送计算的声音的步骤E9。

以上描述的声音产生方法自然地可经受变形，而不脱离本发明的框架。值得注意地，增益G₁和/或G₂的使用仍是选择性的。此外，振幅值k(i,N)可被不同地定义。

以前描述的方法在用于产生发动机声的设备中实施，该设备包括至少一个计算机，该计算机实施以前描述的方法的步骤，并且连接到声音播送设备上，该声音播送设备包括耦接到一个或多个扬声器上的放大器。计算机也连接到存储器上，该存储器包含前述的各种数据，这些数据用来实施该方法。

用来产生机动车辆发动机的声音的方法可在不同应用中实施。

首先，它可在机动车辆上实施。为此，将用来产生发动机声的设备有利地连接到在机动车辆的车载通信网络上，借助于该通信网络，它取回代表发动机转速、代表加速踏板的位置、代表车辆的速度、及可能代表车辆的任何执行器或代表来自驾驶员的任何其它命令、和/或代表车辆的状态或运行的任何其它量的数据的值，其中上述代表车辆的状态或运行的任何其它量例如为车辆的马达驱动类型（混合、热、电气、GPL、等等）、和/或为应付减速由发动机经历的转矩、等等。声音播送设备可连接到在车辆上的扬声器上，这些扬声器也提供为例如无线电广播。因而，用来产生发动机声的设备适于用来在乘客舱内发送发动机声，优选地与发动机的真实声音相关。

在这种应用中，根据非常短的时间步距非常迅速地重复步骤E7和E8，从而能够最好地跟随发动机的变化，以得到与发动机的真实运行最好相关的合成声音。这些步骤E7和E8使用发动机转速N的测量，该发动机转速N定期地传送到声音发生器的计算机以应用步骤E7的公式（1）或（2）。作为变形，发动机转速N的这个传输值根据确定的最新值的内插可由计算机修改，以便得到发动机转速的值-该发动机转速根据较短时段而变化，以最好地跟随发动机的变化。相同方案应用于考虑到的其它数据，如加速踏板的位置。

作为变形，用来产生发动机声音的装置用在机动车辆模拟器中，从而尽可能最真实地再现发动机声。

作为变形，产生发动机声的设备被用来基于来自于机动车辆的预定驾驶简档的数据而简单地创建声音文件，这些数据包括关于发动机转速的数据、关于加速踏板压下的数据、等等。在后一种情况下，声音产生原理的应用不再经受实时约束条件。

因而，以上描述的解决方案使得可以产生与任何旋转机器相关的声音，这可用于利用数字和/或模拟类型设备实时或非实时地各种应用的实施。

Claims (14)

1.一种用来产生旋转机器声的方法，包括确定在旋转机器的音质中的n个相关分音和/或泛音(i)的频率和振幅的步骤(E1)，其特征在于，所述方法包括确定各随机值(ai)的步骤(E2)和计算旋转机器的合成声音的步骤(E7-E8)，该合成声音由频率全部或部分地偏移所述各随机值(ai)的n个分音和/或泛音(i)组成，计算合成声音s(N，t)的步骤(E7)包括由如下公式定义的计算：

$s(N,t)=\underset{i=i1}{\overset{in}{\Σ}}k(i,N)\×sin\[2\×\mathrm{\π}\×t\×f\left(\right(i+ai),N)\]$

其中，N是旋转机器的转速，t是时间，k(i，N)是按dB的振幅，f((i+ai)，N)是与偏移所述随机值ai的泛音/分音i相关联的频率。

2.根据权利要求1所述的用来产生旋转机器声的方法，其特征在于，所述方法包括：确定随机值(ai)的步骤(E2)；和基于通过将分音和/或泛音(i)全部或部分地偏移所述随机值(ai)确定的频率，计算旋转机器的合成声音的步骤(E7-E8)。

3.根据权利要求1或2所述的用来产生旋转机器声的方法，其特征在于，计算合成声音s(N，t)的步骤(E7)包括由如下公式定义的计算：

$s(N,t)=\underset{i=i1}{\overset{in}{\Σ}}k(i,N)\×sin\[2\×\mathrm{\π}\×t\×f\left(\right(i+ai),N)+\mathrm{\Φ}\left(i\right)\]$

其中，N是旋转机器的转速，t是时间，k(i，N)是按dB的振幅，f((i+ai)，N)是与偏移所述随机值ai的泛音/分音i相关联的频率，Φ(i)是与泛音/分音i相关联的任何相位。

4.根据权利要求1或2所述的用来产生旋转机器声的方法，其特征在于，每个泛音和/或分音(i)的频率f((i+ai)，N)由公式f((i+ai)，N)＝(N/60)×(i+ai)定义，

其中，N/60以转/秒表示旋转机器的转速，i是在旋转机器的音质中的相关分音和/或泛音，ai为随机值。

5.根据权利要求1或2所述的用来产生旋转机器声的方法，其特征在于，随机值(ai)包含在区间[-0.2；0.2]中。

6.根据权利要求5所述的用来产生旋转机器声的方法，其特征在于，随机值(ai)包含在区间[-0.1；0.1]中。

7.根据权利要求6所述的用来产生旋转机器声的方法，其特征在于，所述方法包括确定其中至少一个为非零值的n个随机值(ai)。

8.根据权利要求1或2所述的用来产生旋转机器声的方法，其特征在于，在旋转机器的音质中的n个相关分音和/或泛音(i)由模拟器经验地确定，并且/或者被存储(E6)。

9.根据权利要求1或2所述的用来产生旋转机器声的方法，其特征在于，所述方法包括：确定增益G₁和/或增益G₂的步骤，该增益G₁是驾驶员命令如加速踏板的位置的函数，该增益G₂为车辆速度的函数，这些增益的基准值被存储；和通过将合成声音乘以这个增益或这些增益而计算合成声音的步骤(E8)。

10.根据权利要求1或2所述的用来产生旋转机器声的方法，其特征在于，所述方法在设备上机载进行，并且包括计算旋转机器的合成声音的步骤(E7-E8)的迭代，和周期地传送转速N和所述设备的致动器的位置的步骤。

11.根据权利要求1或2所述的用来产生旋转机器声的方法，其特征在于，所述设备是机动车辆、铁路车辆或飞行器，并且旋转机器是所述设备的发动机。

12.一种用于产生旋转机器声的设备，其特征在于，所述设备包括至少一个存储器和一个计算机，包括用于确定在旋转机器的音质中的n个相关分音和/或泛音(i)的频率和振幅的装置，用于确定各随机值(ai)的装置，和用于计算(E7-E8)旋转机器的合成声音的装置，该合成声音由频率全部或部分地偏移所述各随机值(ai)的n个分音和/或泛音(i)组成，计算合成声音s(N，t)包括由如下公式定义的计算：

$s(N,t)=\underset{i=i1}{\overset{in}{\Σ}}k(i,N)\×sin\[2\×\mathrm{\π}\×t\×f\left(\right(i+ai),N)\]$

其中，N是旋转机器的转速，t是时间，k(i，N)是按dB的振幅，f((i+ai)，N)是与偏移所述随机值ai的泛音/分音i相关联的频率。

13.一种机动车辆，其特征在于，所述机动车辆包括根据权利要求12所述的用于产生旋转机器声的设备。

14.一种机动车辆模拟器，其特征在于，机动车辆模拟器包括根据权利要求12所述的用于产生旋转机器声的设备。