DE2734948A1 - Echtzeit-geraeuschsyntheseverfahren im frequenzbereich - Google Patents

Description

• - Erfindungsbeschreibung -
• 11Echtzeit-Geräuschsvntheseverfahren im Frequenzbereich" Das Verfahren betrifft die synthetische Nachbildung echtzeitveränderlicher Geräusche, wie sie z.B. in Fahrzeug-, Flugzeug-oder Sonargerätesimulatoren benötigt werden.
• Dabei ist die Aufgabe zu lösen, die meist als Spektren (etwa aus Tonbandaufnahmen) gegebenen Geräusche, die zu verschiedenen Geräuschquellenzuständen, d .h. Kombinationen zustandsbestimmender Einflußgrößen, wie z.B. beim Auto: Motordrehzahl, Gaspedalstellung, Gang, Fenster offen/geschlossen, Straßenuntergrund usw.
• gehören, entsprechend den simulierten Fahrzeugreaktionen in Echtzeit zu verändern.
• Die bekannt gewordenen Verfahren für diese Aufgabe (Zeitschrift für Flugwissenschaften 23, 1975, Heft 6) lassen sich in zwei .;puppen einteilen: Die quellenspezifische Geräuscherzeugung bildet die einzelnen Teil-Geräuschquellen (z.B. beim Auto: Motor-, Getriebe-, Reifen-und Windgeräusch) durch Hard- oder Software-Modelle, in denen die Funktionalzusammenhänge zwischen Einflußgrößen und Teilgeräuschen tabellierL oder formal enthalten sind.
• Demgegenüber bedient sich die summensektrale Gerduschnachbildung einer Datenbank, die das zu jedem Geräuschquellenzustand gehörende Spektrum oder die dem Spektrum entsprechende Zeitfunktion enthält.
• Die eigentliche Geräuschbildung geschieht in beiden Fällen durch Hardware entweder selektiv durch variable Filter aus breitbandigem Rauschen oder durch periodisch wiederkehrende Zeitfunktionen (Oszillatoren, komplexe Funktionsgeneratoren), die den gewUnschten Spektrum reziprok sind.
• Im Vergleich der beiden Verfahren ergibt das erste den geringeren Modellaufwand, verbunden mit relativer Unbeweglichkeit, wenn es gilt, zwischen verschiedenen Geräuschquellen (z.B. Auto -Flugzeug) zu wechseln.
• Bei der Summenspektren-Nachbildung heißt Geräuschquellenwechsel lediglich Wechsel des Datenbankinhaltes, jedoch ist die Umsetzung der gespeicherten Spektren in Geräusche aufwendiger.
• Verwendet man Zeitfunktionen zur Geräuschspeicherung, liegen die probleme im nahtlosen Übergang von einem Geräuschquellenzustand zum nächsten und in den nicht äquidistanten Stützstellen der Zeitfunktion zum Einsparen von Speicherplatz.
• Mit der Verwendung von variablen Filtern zur selektiven Spektrengewinnung aus "weissem" Rauschen ist zwar das Ubergangsproblem gut zu lösen, jedoch ist der Hardware-Aufwand grösser.
• Der Erfindung liegen die Forderungen nach einem universellen. also nicht auf bestimmte Geräuschquellenklassen oder -typen beschränkten Echtzeit-Variablen. also im Geräusch dem Fahr-, Flugzeug- oder Maschinenzustand folgenden Geräuschgeneratorsystem zugrunde bei schneller Austauschbarkeit der simulierten Geräuschquellen.
• Die Lösung besteht in einem Summenspektren-Verfahren, das eine endliche Anzahl (z.B. 8) in Bandbreite, Amplitude und Mittenfrequenz variabler, gaussförmiger Rauschbänder (Abb. 2) zur Annäherung der Originalspektren (Abb. 1) addiert.
• Die einzelnen Rauschbänder im synthetischen Spektrum werden z.B. (Abb. 3) durch Amplituden-Modulation bandbreitenvariabler (auf), von der Frequenz 0 ausgehender Rauschbänder mit der Trägerfrequenz (f) an ihre Position im Spektrum frequenzverschoben.
• Amplitudenwichtung da) der spektralen Rauschbänder und anschließende Summation ergibt das synthetische Spektrum.
• Es sind nach dieser Methode mit einem Aufwand von nur 5 bis 10 Rauschbändern pro nachzubildendem Spektrum, d.h. mit einem Datensatz von 5 .... 10 x 3 Werten für Bandbreite, Mittenfrequenz und Amplitude, wie durch Versuche nachgewiesen wurde, zufriedenstellende bis sehr gute synthetische Geräuschnachbildung zu erzielen.
• Außerdem bietet das Verfahren folgende Vorteile: - Die Synthese von echtzeit-variablen Rauschbändern ist mit weniger Hardware-Aufwand verbunden, als die entsprechende analytische Gewinnung aus weissem Rauschen durch variable Filter.
• - Das Optimierungsproblem, das in der bestmöglichen Annäherung an das Originalspektrum durch die vorgegebene Anzahl von Rauschbändern liegt, läßt sich durch geeignete Rechenverfahren lösen. Dabei werden z.B. aus Endlos-Tonbandausschnitten, die von Originalaufnahmen gemacht werden und die jeweils einen Geräuschquellenzustand repräsentieren, nach Spektralanalyse die zugehörigen Synthese-Steuerdatensätze autonatisch gewonnen.
• - Da nur die Rauschbandgenerator-Steuergrößen, und nicht die nachzubildenden Spektren selbst gespeichert werden brauchen, können bei geringem Speicherplatzbedari komplizierte und breitbandige Spektren nachgebildet werden.
• - Die Übergänge zwischen den abgespeicherten Spektren, die normalerweise zu Unstetigkeiten im Geräusch fUhren, können durch Verzögerungsglieder flir die Steuerglieder relativ leicht verschlirten werden, was bei der Synthese ii Zeitbereich nur schwer möglich ist. Das heißt wiederum, daß die Abstufung zwischen den abgespeicherten Zuatinden nicht besonders klein zu sein braucht, wodurch weiterer Speicherplatz gelpart wird.
• L e e r s e i t e

Claims (2)

1. Patentansprüche 1 Geräuschnachbildungs-Verfahren, insbesondere für echtzeit-variable Geräusche, wie sie in Fahr- oder Flugzeugsimulatoren benötigt werden dadurch gekennzeichnet, daß zur Synthese eine Anzahl amplituden-und bandbreitenvariabler Rauschbänder verwendet wird, die durch Amplitudenmodulation mit individuellen Trägerfrequenzen auf ihre Position im Spektrum transponiert, in der Summe das synthetische Spektrum ergeben.
2. 2. Echtzeit-Ansteuerung des Geräuschnachbildungsverfahrens nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, daß der Zusammenhang zwischen Geräuschquellenzustand (=Kombination der zustandsbestimmenden Einflußgrößen auf die simulierte Geräuschquelle) und Geräuschgenerator-Steuergrößen durch eine Datenbank (Speicher) hergestellt wird.