CN105190742A - 机动车合成噪音的音频信号及其生成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于生成机动车合成噪音的音频信号(02)的方法。本发明此外还涉及一种所提及的机动车合成噪音的音频信号(02)。在根据本发明的方法的一个步骤中，提供表示噪声的信号(01)。此外，确定代表机动车运行转速的基本频率。在另一个步骤中，将多个滤波器应用于噪声的信号(01)。滤波器分别具有中间频率，该中间频率通过阶次因子与基本频率相关联。其中至少多个阶次因子是整数，从而使得滤波器过滤掉基本频率的高次谐波。根据要合成的机动车噪音的声响特征，选出滤波器的阶次因子和振幅变化曲线。通过滤波器而得到的噪声信号(02)是依赖于机动车运行转速的机动车合成噪音的音频信号(02)。

Description

机动车合成噪音的音频信号及其生成方法
技术领域
本发明涉及一种用于生成机动车合成噪音的音频信号的方法，该机动车例如是带内燃机作为驱动装置的机动车或者带电动马达作为驱动装置的机动车。此外，本发明还涉及一种所提及的机动车合成噪音的音频信号。这类音频信号在机动车的运行期间发出，并且例如用于行人保护。
背景技术
DE102011102709A1示出一种用于以模拟方式生成机动车运行噪音的装置。该装置包括可实时处理的单元，利用其检测机动车的运行参数。多路样本播放器的通道依赖于所检测的运行参数被驱控用于生成运行噪音。
由DE102009055777A1公知一种用于以合成方式生成马达噪音的方法，其中，使用了数据存储器，在该数据存储器中存放了多个具有函数值的信号样本。这些信号样本依赖于所检测的马达运行参数地以匹配转速的方式被调用。
DE19746523B4示出一种用于在机动车中生成声响的方法，其中，首先检测机动车的马达转速。根据所获知的转速，计算出由马达发出的噪声的基本频率。此外，通过负载状态传感器检测马达的负载状态。根据负载状态，选出基本频率的高次谐波，其中，对于更高的负载，提高整个频谱。
由EP0469023B1公知一种用于用在车辆中的噪音增强***，该噪音增强***包括已存储的用于机动车运行噪音的信号源。此外，信号源用于提供关于车辆运行的信号，例如车辆加速信号、马达运行信号、节流阀位置信号和换挡信号。
发明内容
从现有技术出发，本发明的任务在于，简化提供机动车合成噪音的音频信号。特别是应当可以省去对相应机动车的自然噪音的耗费的录音。
该任务通过根据所附权利要求1的用于生成机动车合成噪音的音频信号的方法来解决。该任务还通过根据所附并列权利要求10的机动车合成噪音的音频信号来解决。
根据本发明的方法用于生成代表机动车合成噪音的音频信号。该音频信号被设置成用于在机动车运行期间通过扩音器发出。发出的音频信号应当例如被机动车内的乘客或者也可以被其他人、例如机动车周围的行人感觉到。机动车例如可以包括内燃机或电动马达作为驱动马达。特别是对于行驶非常安静的电动汽车，这种合成噪音应当能够使得易于从听觉上感觉到车辆。
在根据本发明的方法的一个步骤中，提供表示噪声的信号。原则上可以相应于任意特征的噪声。噪声也可以以合成方式或者自然地生成。噪声信号可以以多种不同的形式且低耗费地提供来提供。噪声信号优选以数字形式存在。在根据本发明的方法的另一个步骤中，确定代表机动车的运行转速的基本频率。在最简单的情况下，基本频率等于机动车的运行转速，其中，不同的单位、特别是单位“转/分”和单位“赫兹”要相应地进行换算。在最简单的情况下，通过限定基本频率的一个值或多个值来确定基本频率。但是也可以通过提供具有基本频率的信号来确定基本频率。
在根据本发明的方法的另一个步骤中，将多个滤波器应用于噪声信号。滤波器优选构造为通带滤波器，特别优选构造为窄带通带滤波器。这些滤波器分别具有中间频率，这些中间频率以阶次因子(Ordnungsfaktor)与确定的基本频率相关联。其中至少多个阶次因子是整数，从而使得这些滤波器可以过滤，也就是滤除基本频率的高次谐波。根据要合成的机动车噪音的声响特征，选出滤波器的阶次因子和振幅变化曲线。因此，可以通过滤波器的阶次因子和振幅变化曲线的选择，根据预先规定确定要合成的噪音的特征。通过滤波器而得到的噪声信号是依赖于机动车运行转速的机动车合成噪音的音频信号。音频信号优选以数字形式存在。
根据本发明的方法的特别的优点在于，可以特别低耗费地实施。不需要为了可以生成要合成的噪音而对类似车辆的声音进行录音。根据本发明的方法可以在使用标准程序的情况下例如在个人电脑上实施。
在根据本发明的方法的优选实施方式中，还将至少一个宽带滤波器应用到噪声信号上。宽带滤波器不依赖于基本频率，并且代表在机动车运行时不依赖于机动车的运行转速的噪音。通过该宽带滤波器或者说通过多个宽带滤波器可以合成噪音，例如风噪声和轮胎噪声。该宽带滤波器或者多个宽带滤波器可以分别通过高通滤波器、低通滤波器或者带通滤波器构成。
噪声优选由白噪声构成。白噪声作为标准信号能以多种形式来提供，并且因此可以特别低耗费地提供。但是要提供的噪声也可以具有其他特征。
在根据本发明的方法的优选实施方式中，机动车的运行转速由机动车驱动马达的转速选出。运行转速例如是用于驱动机动车的电动马达或内燃机的转速。
根据机动车的驱动马达中出现的转速，基本频率优选在0.1Hz至200Hz之间，特别优选在1Hz至100Hz之间。
优选通过如下方式来确定基本频率，即，提供代表机动车的运行转速的脉冲序列，其具有基本频率。脉冲序列特别是代表机动车的驱动马达，并且因此可以理解为人工的转速通道。
滤波器分别具有如下带宽，该带宽优选在5Hz至50Hz之间，特别优选在10Hz至30Hz之间。
滤波器优选分别由卡尔曼滤波器构成。卡尔曼滤波器特别是很适合于过滤高次谐波。但是也可以使用其他窄带滤波器类型。
在根据本发明的方法的优选实施方式中，其中多个阶次因子从2至10之间(包括2和10)的整数的组中选出，由此可以合成内燃机的噪音。特别是这些阶次因子优选包括数字2、4、6和8或者数字3、6和9。由此，例如可以合成具有四个缸或具有六个缸的内燃机的噪音。
在根据本发明的方法的替选的优选实施方式中，其中多个阶次因子是整数并且大于或等于20。在此，这些阶次因子优选此外还包括数字20、40、47、80、120和240中的一个或者多个。根据本发明的方法的这些实施方式适合于生成机动车合成噪音的音频信号，该机动车具有电动马达作为驱动马达。
在特殊的实施方式中，为了模拟特殊车辆或特殊驱动马达的噪音，其中一些阶次因子不是整数。例如其中一些阶次因子可以通过以二作为分母的共同的分数构成。
机动车的运行转速在大部分情况下不是恒定的。因此，优选不仅提供恒定的基本频率。优选确定其中多个基本频率。特别优选地，将基本频率确定为在一定持续时间上随着时间变化的参量，其中，基本频率在所述持续时间期间在最大值与最小值之间变化。只要基本频率通过提供脉冲序列来确定，那么基本频率就优选在所述持续时间期间在最小值与最大值之间改变。于是，脉冲序列是具有变化的转速的人工转速通道。所述持续时间优选在10s至200s之间。
滤波器的中间频率优选以和随时间变化的基本频率相同的方式改变。因此，在将滤波器应用于噪声信号时，滤波器的中间频率随着随时间改变的基本频率变化。在此，始终保持中间频率通过阶次因子与基本频率相关联。
在第一优选实施方式中，基本频率在一定持续时间期间连续改变，从而构造出例如转速斜坡形式的斜坡。对于以依赖于时间的方式合成的机动车噪音，时间同时代表机动车的运行转速。
在第二优选实施方式中，基本频率在时间持续期间不连续地改变，所以仅示出用于运行转速的值的有代表性的选择。只要改变的基本频率通过脉冲序列来确定，那么就存在脉冲序列的多个具有不同基本频率的信号段，其中，在信号段内的基本频率分别是恒定的。脉冲序列的信号段也可以由分开的单个信号形成。以相同的方式，生成的机动车合成噪音的音频信号可以具有多个信号段，或者也可以由多个单个信号形成。
优选地，机动车合成噪音的音频信号在机动车运行之前被存储在机动车中，例如作为数字音频信号存储在数据存储器中。由此，在机动车运行期间可以提供生成的音频信号。
生成的音频信号优选按规定发出。在这方面涉及一种用于生成和发出机动车合成噪音的音频信号的方法。为此，根据本发明的方法优选包括如下另外的步骤，这些步骤在机动车运行期间执行：在其中一个步骤中，测量机动车运行转速的当前值。此外，选出表示机动车合成噪音的音频信号的时间上的区段，在这个时间上的区段内，基本频率最接近机动车运行转速的当前值。如果音频信号中的基本频率不连续地改变，那么就通过判断做出选择，为此将基本频率的不同的值与运行转速的测得的当前值进行比较。只要生成的音频信号的基本频率连续变化，那么就要选出音频信号的如下时间上的区段，这个时间上的区段位于基本频率的等于测得的运行转速当前值的值附近。选出的表示机动车合成噪音的音频信号的区段通过机动车上的至少一个扩音器发出。一个或多个扩音器可以朝着机动车的内部空间定向或者是朝着机动车外部定向。在机动车运行期间持续地并且周期性地重复提到的步骤：测量运行转速的当前值、选出表示机动车合成噪音的音频信号的时间上的区段并且发出选出的表示机动车合成噪音的音频信号的区段。由此，实现了发出的噪音与机动车运行转速的当前值的持续匹配。
正如已经阐述的那样，运行转速优选是机动车驱动马达的转速。优选还测量脚踏板位置的当前值和/或机动车速度的当前值。脚踏板位置和/或机动车的速度的测得的值可以用于改变窄带滤波器的特征。
根据本发明的机动车合成噪音的音频信号可以利用根据本发明的方法生成。根据本发明的音频信号的优选实施方式可以利用根据本发明的方法的优选实施方式生成。
附图说明
本发明的其他细节和改进方案从下面参照附图对根据本发明方法的优选实施方式的说明中得出。其中：
图1示出根据本发明的优选实施方式提供的白噪声的时间变化图；
图2示出图1所示的噪声在经多个滤波器过滤之前和之后的频谱图；以及
图3示出图2所示的噪声在经多个滤波器过滤之后的时间变化图。
具体实施方式
图1示出根据本发明方法的优选实施方式提供的白噪声的信号01的时间变化图。仅示出大约0.1秒的很短的时间段。白噪声的信号01具有例如60秒的持续时间。
图2示出图1所示的噪声在经多个滤波器过滤之前和之后的频谱图。在下部示出0到2500Hz的白噪声的信号频谱01。根据本发明，白噪声的信号01由多个卡尔曼滤波器来过滤。在所示实施例中，合成出具有电动马达作为驱动马达的机动车的噪音。电动马达的转速形成基本频率。所使用的卡尔曼滤波器具有中间频率，这些中间频率等于基本频率的20倍、40倍、47倍、80倍、120倍和240倍。在图2的上部示出过滤后的噪声的信号频谱02。20阶、40阶、47阶、80阶、120阶和240阶的窄带卡尔曼滤波器导致相应的窄带频谱区域。
经卡尔曼滤波器过滤的噪声信号是待生成的音频信号02。音频信号02适合于模拟具有电动马达作为驱动马达的机动车的噪音，其中，噪音与电动马达的转速相关。
图3以时间变化图示出图2所示的音频信号02。又仅示出大约0.06秒的很小的时间段。视频信号02具有与图1所示的白噪声的信号01一样的总持续时间。
附图标记列表
01白噪声的信号
02通过过滤噪声信号而生成的音频信号

Claims (10)

1.一种用于生成机动车合成噪音的音频信号(02)的方法，所述方法包括以下步骤：
-提供表示噪声的信号(01)；
-确定代表机动车的运行转速的基本频率；以及
-将多个滤波器应用于噪声的信号(01)，其中，所述滤波器分别具有中间频率，所述中间频率通过阶次因子与所述基本频率相关联，其中，所述阶次因子中的至少多个阶次因子是整数，并且其中，根据要合成的机动车噪音的声响特征，选出所述滤波器的阶次因子和振幅变化曲线；
其中，通过所述滤波器而得到的噪声信号(02)是依赖于机动车运行转速的机动车合成噪音的音频信号(02)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还将至少一个宽带滤波器应用到所述噪声的信号(01)上，所述宽带滤波器不依赖于所述基本频率，并且所述宽带滤波器代表在机动车运行时不依赖于机动车的运行转速的噪音。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述噪声由白噪声形成。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，通过如下方式确定所述基本频率，即，提供代表机动车的运行转速的具有所述基本频率的脉冲序列。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述阶次因子中的多个阶次因子从2至10之间且包括2和10的整数的组中选出。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述阶次因子中的多个阶次因子是整数并且大于或等于20。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，将所述基本频率确定为在一定持续时间上随着时间变化的参量，其中，所述基本频率在所述持续时间期间在最小值与最大值之间变化。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在将滤波器应用到所述噪声的信号(01)上时，所述滤波器的中间频率随着随时间改变的基本频率变化。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下另外的步骤，这些步骤在机动车运行期间进行：
-测量机动车的运行转速的当前值；
-选出表示机动车合成噪音的音频信号(02)的时间上的区段，在所述时间上的区段内，所述基本频率最接近机动车的运行转速的当前值；
-选出的表示机动车合成噪音的音频信号(02)的区段通过机动车上的扩音器发出；以及
-周期性地重复以下步骤：测量运行转速的当前值；选出表示机动车合成噪音的音频信号(02)的时间上的区段；并且发出选出的表示机动车合成噪音的音频信号(02)的区段。
10.一种机动车合成噪音的音频信号(02)，所述音频信号能利用按照权利要求1至9中任一项所述的方法生成。
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