DE19945259C1 - Vorrichtung zur elektroakustischen Geräuscherzeugung bei einem Kraftfahrzeug - Google Patents
Vorrichtung zur elektroakustischen Geräuscherzeugung bei einem KraftfahrzeugInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektroakustischen Geräuscherzeugung bei einem Kraftfahrzeug mit einem Schalldrucksensor, einer Signalverarbeitungseinheit, welche mit dem Schalldrucksensor verbunden ist und Signale von diesem erhält und verarbeitet, und einer Lautsprechereinheit mit zumindest einem Lautsprecher, welche mit der Signalverarbeitungseinheit verbunden ist, wobei der Schalldrucksensor im Bereich des Ansaug- oder Abgastraktes des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. DOLLAR A Um eine möglichst variable, zugleich dennoch authentische Geräuscherzeugung zu gewährleisten, wird vorgeschlagen, einen Synthesizer zu verwenden, der mit der Signalverarbeitungseinheit derart verbunden oder in diese integriert ist, daß den aus den Schalldrücken erzeugten Signalen synthetische Klangkomponenten beimischbar sind.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektroakustischen Geräuscherzeugung
bei einem Kraftfahrzeug.
Bei Personenkraftfahrzeugen ist es bekannt, ein Sound-Design durchzuführen.
Grundsätzlich sollte den Fahrzeuginsassen ein hohes Maß an Akustikkomfort ge
boten werden, wobei insbesondere auf einen geringen Geräuschpegel Wert zu le
gen ist. Andererseits soll der Fahrer aber auch den Betriebszustand des Motors
exakt erkennen, wozu eine Fahrgeräuschrückkopplung, insbesondere eine Rück
kopplung des Motorgeräusches, zweckmäßig ist. Im übrigen gilt es, die Emissions
vorschriften (dazu gehören auch die Schallemissionsvorschriften) einzuhalten.
Um diesen Zielkonflikt zu lösen ist es bekannt, das Innengeräusch durch passive
Abstimm-Maßnahmen, beispielsweise durch Aggregatlagerungen, zu verändern.
Ferner ist neben einer guten Schalldämmung die synthetische Erzeugung von In
nengeräuschen oder aber auch die Abspeicherung von Klangkomponenten und die
elektroakustische Einspielung in den Innenraum eines Kraftfahrzeuges bekannt
(vgl. EP 0 469 023 B1, DE 27 34 948 A1, WO 91/18385).
Eine Quelle mit starker Lastabhängigkeit stellen die Abgasanlage und der Ansaug
trakt dar. Eine allgemeine Anhebung des abgestrahlten Schalls aus diesen Anre
gungsquellen ist aber wegen der oben genannten Emissions- und Außengeräusch
vorschriften nicht zielführend. Im übrigen wird die Einleitung dieser Geräuschkom
ponenten in den Innenraum durch eine hohe Karosseriedämmung, die zur Minde
rung von Wind- und Rollgeräuschen sowie zur Unterdrückung störender, mechani
scher Motorgeräuschkomponenten erforderlich ist, weitgehend unterbunden. Eine
gezielte mechanische Einleitung in den Fahrzeug-Innenraum ist zwar prinzipiell
möglich und bekannt (DE 44 35 296 A1, DE 42 33 252 C1), hat sich aber bezüglich
der Kosten und der Anordnung im Fahrzeug als nachteilig herausgestellt.
Eine rein synthetische Herstellung eines Motorgeräusches hat sich ebenfalls als
nachteilig erwiesen, da damit in der Regel kein absolut authentisches Motorge
räusch nachempfunden werden kann.
In der DE 198 45 736 A1 ist daher vorgeschlagen, den Schalldruck im Ansaug- oder
Abgastrakt eines Verbrennungsmotors aufzunehmen, zu verarbeiten und die so
erzeugten Signale in den Innenraum eines Kraftfahrzeugs einzuspielen. Der An
saug- bzw. der Abgastrakt stellen akustische Quellen mit besonders hoher Lastab
hängigkeit dar. Bereits sehr einfache Ausführungsformen können daher relativ na
turgetreue akustische Signale in den Fahrzeug-Innenraum übermitteln. Durch den
Einsatz von Filtereinrichtungen in einer Signalverarbeitungseinheit der oben be
schriebenen Vorrichtung ist eine Variierung der Geräuschcharakteristik möglich.
Allerdings ergeben sich hinsichtlich der Variabilität zur Änderung der Geräuschzu
sammensetzung Grenzen. Beispielsweise können solche Frequenzspektren nicht
erzeugt werden, welche in den von dem Schalldrucksensor zur Verfügung gestell
ten Signalen nicht enthalten sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher eine Verbesserung einer eingangs
genannten Vorrichtung zur elektroakustischen Geräuscherzeugung in der Weise,
daß eine möglichst variable, zugleich dennoch authentische Geräuscherzeugung
gewährleistet werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
Demgemäß wird einer Vorrichtung, wie sie aus der DE 198 45 736 A1 bekannt ist,
noch ein Synthesizer zugeschaltet, der auf künstlichem Wege Signale oder Geräu
sche erzeugt und diese Klangkomponenten den aus den Schalldrücken erzeugten
Signalen beimischt. Dadurch können auch Geräusche mit solchen Frequenzen in
den Fahrzeuginnenraum eingespielt werden, die in den Ansaug- oder Abgastrakten
nicht vorkommen.
Zur Erzeugung eines besonderes authentischen Motorgeräusches hat es sich als
vorteilhaft erwiesen, Sinusfrequenzen zu erzeugen, die auf die Drehfrequenzen des
Antriebsmotors zurückzuführen sind. Insbesondere können ein oder mehrere Si
nusfrequenzen erzeugt werden, die beispielsweise einem halb- und/oder ganzzahli
gen Vielfachen der Motordrehzahl entsprechen.
Durch die Beimischung der synthetisierten Klangkomponenten zu den über den
Schalldrucksensor erzeugten Geräuschen kann so ein aus Sicht eines Sounddesi
gners wünschenswerter Gesamteindruck erzeugt werden, der weiterhin authentisch
klingt.
Eine besonders einfache Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, Amplituden
und auch Phasen von zuzumischenden Sinusfrequenzen in einer Tabelle in Abhän
gigkeit von der Antriebsmotordrehzahl abzulegen. Je nach Motordrehzahl können
die entsprechenden Amplituden- und Phasenwerte aus der Tabelle ausgelesen und
vom Synthesizer in Abhängigkeit davon Signale erzeugt werden. Damit erreicht
man eine auf die Drehzahl abgestimmte Klangcharakteristik. Natürlich bestimmt
dabei das Amplitudenverhältnis der verschiedenen Sinustöne maßgeblich die Ge
samtklangcharakteristik. Die Amplitude des vom Synthesizer einzuspielenden Si
gnals kann aber auch in Abhängigkeit von beispielsweise der Drosselklappenstel
lung, der Fahrpedalstellung oder anderer Lastsignale beeinflußt werden. Gerade
durch Berücksichtigung von Signalen, die mit einer Last gekoppelt sind, ist auch
eine Lastabhängigkeit des erzeugten Geräusches zu erzielen.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann das Signal vom Schalldrucksensor
selbst als Eingangsgröße für den Synthesizer dienen. Auch dieses Eingangssignal
ist in besonderer Weise lastabhängig.
Sollte eine bestimmte Klangcharakteristik in Abhängigkeit von verschiedenen Fahr
zeugbetriebsbedingungen angestrebt werden, so müßten die Amplituden- und/oder
Phasenverhältnisse der einzelnen Töne in einer erforderlichen Art angepaßt wer
den. Neben einer Einflußnahme über die Drosselklappenstellung, die Fahrpedal
stellung, die Drehzahl des Antriebsmotors, die Fahrzeuggeschwindigkeit können
auch andere Parameter, wie z. B. die Kick-down-Stellung, eine Gangwahl oder bei
spielsweise ein Signal, ob ein Cabrioverdeck offen oder zu ist, zur Bestimmung der
Amplituden- und/oder Phasenverhältnisse genutzt werden. Dabei ist es möglich
mehrere Tabellen vorzusehen, aus denen Werte in Abhängigkeit von solchen oder
anderen Fahrzeugparametern ausgewählt werden.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform stellt sich dadurch dar, daß ein
Schubbetrieb erkannt und eine eigene Klangabstimmung dafür geschaffen wird.
Beispielsweise kann beim Übergang in den Schubbetrieb ein langsam anschwel
lendes Geräusch erzeugt werden. Es ist auch möglich, während des Schubbetrie
bes ein stochastisches Geräusch (blubbern, brabbeln) zu erzeugen und zusätzlich
einzuspielen. Dazu ist es erforderlich, eine Einheit vorzusehen, mit welcher der
Schubbetrieb detektiert werden kann. Je nach Auswertungssignal muß dann ein für
diesen Schubbetrieb charakteristisches Klangbild ausgewählt und ein Signal an den
Synthesizer abgegeben werden. Dieser erzeugt dann beim Schubbetrieb ein ge
wünschtes Geräusch.
Insgesamt ergibt sich mit der vorliegenden Erfindung eine weitere Verbesserung
des Innengeräusches, insbesondere im Hinblick auf die Variabilität hinsichtlich ver
schiedener Fahrzeugbetriebsbedingungen.
Die vorliegende Erfindung wird, auch im Hinblick auf weitere Vorteile und Merkmale,
anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die beiliegende
Zeichnung näher erläutert.
Die einzige Figur stellt eine schematische Schaltskizze eines Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Vorrichtung dar.
In einem Ansaugtrakt eines Motors (nicht dargestellt) ist ein Schalldrucksensor 12
vorgesehen, welcher die durch die Fahrdynamik hervorgerufenen Luftdruckände
rungen aufnimmt und über eine Leitung an eine Signalverarbeitungseinheit 14 ab
gibt. Alternativ kann der Schalldrucksensor auch im Abgastrakt oder nahe beim
Ansaug- oder Abgastrakt, z. B. im Bereich des Ansaugtrakteingangs oder des Ab
gastragtausgangs, angeordnet sein.
Die Signalverarbeitungseinheit 14 verarbeitet u. a. die Signale vom Schalldrucksen
sor 12 und gibt sie an eine Lautsprechereinheit 16 ab, welche die von der Signalvor
richtungseinheit 14 erzeugten Signale in akustische Signale umwandelt und in den
Innenraum eines Kraftfahrzeugs einspielen. Als Lautsprecher können separate
Lautsprecher aber auch die Lautsprecher einer bereits vorhandenen Audio- oder
Kommunikationsanlage eines Fahrzeugs verwendet werden.
Die Signalverarbeitungseinheit 14 umfaßt im vorliegenden Fall im wesentlichen zwei
Äste.
Zum einen wird das von dem Schalldrucksensor 12 stammende Signal in einer Fil
tereinheit 20, 22, 24, 26, die nachfolgend noch beschrieben wird, verarbeitet und
nach einer entsprechenden Verstärkung an die Lautsprechereinheit 16 abgegeben.
In einem zweiten Ast werden auf synthetische Weise Klangkomponenten entspre
chende Signale erzeugt und den vom Schalldrucksensor 12 stammenden Signalen
beigemischt. Mit dieser Vorgehensweise läßt sich ein authentisch klingendes In
nengeräusch erzeugen, welches in großen Bereichen beliebig veränderbar ist.
Die Einzelheiten der beiden Signaläste werden nachfolgend beschrieben.
Im ersten Ast wird das Signal vom Schalldrucksensor 12 zunächst durch einen
Hochpaßfilter 20 geschickt, um niederfrequente Schallanteile, die zu großen Mem
branbewegungen führen würden, zu eliminieren. Das vom Hochpaßfilter 20 abge
gebene Signal wird in zwei Zweige aufgespalten. In einem Zweig wird das Signal
durch einen Tiefpaßfilter 22 geführt und dann an ein Potentiometer 26 geleitet, wel
ches je nach seiner Einstellung ein mehr oder minder abgeschwächtes Signal an
einen Addierer 27 weitergibt. Die Einstellung des Potentiometers bestimmt sich
über Eingangsgrößen E, die nachfolgend noch erläutert werden.
Natürlich können in anderen Ausführungsformen auch andere Filteranordnungen in
den verschiedenen Ästen verwendet werden.
Das Signal in dem anderen Zweig des ersten Astes läuft direkt zu einem weiteren
Potentiometer 24 und besitzt daher Breitbandanteile. Nach dem Potentiometer 24
wird dieses Signal ebenfalls dem Addierer 27 zugeführt.
Im Addierer 27 werden die beiden von den Potentiometern 24 und 26 stammenden
Signale zusammengeführt und addiert (gemischt).
In dem anderen Ast, dem synthetischen Ast, ist ein Synthesizer 40 vorgesehen, der
zur Erzeugung von Sinusfrequenzen ausgebildet ist. Der Synthesizer 40 weist bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Eingang auf, in dem das Drehzahlsi
gnal N des Antriebsmotors eingespeist wird. In Abhängigkeit dieses Drehzahlsi
gnals N erzeugt der Synthesizer 40 vorliegend mehrere Sinustöne, deren Frequen
zen halb- und ganzzahligen Vielfachen der Motordrehzahl entsprechen. Die Ampli
tuden und Phasen der jeweiligen Sinusfrequenzen sind von der Motordrehzahl ab
hängig und werden aus einer Speichereinheit 42 ausgelesen. Zu diesem Zweck gibt
der Synthesizer 40 an die Speichereinheit 42 das Drehzahlsignal ab. In der Spei
chereinheit 42 ist zumindest eine Tabelle vorhanden, in der die Amplituden und
Phasen in Abhängigkeit von der Motordrehzahl gespeichert sind. Aufgrund der aus
der Tabelle und der Speichereinheit 42 ausgelesenen Größen erzeugt der Synthe
sizer 40 ein Signal mit einer bestimmten Klangcharakteristik. Natürlich bestimmt
dabei das Amplitudenverhältnis, die Phasenlage sowie die Anzahl der Sinustöne die
Klangcharakteristik. Das von dem Synthesizer 40 erzeugte Signal wird einem weite
ren Potentiometer 44 zugeleitet, welches die Signalstärke definiert.
In einem weiteren Addierer 46 wird das Signal für die synthetische Klangerzeugung
dem Signal aus der Klangerzeugung über den Schalldrucksensor beigemischt. Da
bei wird die Mischung vorliegend insgesamt von der Einstellung der Potentiometer
24, 26, 44 bestimmt.
Anschließend wird das Gesamtsignal durch einen weiteren Tiefpaßfilter 28 geleitet,
so daß die Frequenzen nach oben begrenzt werden.
Alternativ kann das Signal jeden Zweiges durch einen eigenen Tiefpaßfilter geleitet
werden und erst nach diesen Tiefpaßfiltern in einem Addierer zusammengemischt
werden. Darüber hinaus ist es möglich, an dieser Stelle der Anordnung ein Equali
zer-Filter vorgesehen werden, mit dem das Übertragungsverhalten des Lautspre
chers oder des Fahrzeuginnenraumes beeinflußt wird.
Schließlich wird das so verarbeitete Signal in einem Verstärker 30 verstärkt und an
die Lautsprechereinheit 16 des Fahrzeugs abgegeben. Diese wandelt das elektri
sche Signal in ein akustisches Signal um, welches ein sehr authentisches, jedoch in
einer gewünschten Weise variiertes Signal in den Innenraum eines Kraftfahrzeugs
ergibt.
Vorliegend wird die Justierung der Potentiometer 24, 26 und 44 manuell vorge
nommen. Durch eine Veränderung der entsprechenden Potentiometer kann die
Gewichtung der jeweiligen Zweige verändert werden und zwar zwischen einem
Breitband- und Tiefbandanteil des vom Schalldrucksensor stammenden Signals
einerseits und dem synthetischen Signal auf der anderen Seite. Natürlich könnten
die Potentiometer natürlich auch fest eingestellt sein.
Alternativ kann die Steuerung der Potentiometer auch elektronisch erfolgen und von
Fahrbetriebsbedingungen abhängen. In der Figur sind dazu Signaleingänge E dar
gestellt, über die diese Einstellung erfolgen kann. Beispielsweise kann die Verstel
lung der Potentiometer 24, 26 und 44 in Abhängigkeit von der Drosselklappenstel
lung, dem Drehzahlsignal des Antriebsmotors oder der Geschwindigkeit erfolgen.
Zu diesem Zweck könnte die Signalverarbeitungseinheit 14 an einen CAN-Bus an
geschlossen sein und eine zusätzliche Steuereinheit besitzen, welche die Steue
rung der Potentiometer 24, 26 und 44 übernimmt.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform - gekennzeichnet durch die gestri
chelt dargestellten Eingangsgrößen des Synthesizers 40 - können auch andere
Fahrzeugbetriebsparameter zur Erzeugung und/oder Steuerung des synthetischen
Signals verwendet werden. Beispielsweise können die Anzahl der Sinustöne, die
Entscheidung ob halb- und ganzzahlige Vielfache der Frequenzen der Motordreh
zahl verwendet werden, die Amplituden- und die Phasenverhältnisse von Eingangs
größen wie der Drosselklappenstellung, der Fahrpedalstellung, der Fahrzeugge
schwindigkeit und der Motordrehzahl abhängig gemacht werden. Unter den Ein
gangsgrößen K können auch noch andere Parameter wie die Kick-down-Stellung,
die Gangwahl oder ein Signal, ob ein Cabrioverdeck geöffnet oder geschlossen ist,
eingelesen werden. Insgesamt können die gleichen Parameter sowohl für die Ein
gangsgrößen E als auch K verwendet werden. Je nach Ausbildung des Synthesi
zers und Berücksichtigung verschiedener Eingangsparameter können so besonders
angepaßte, dynamische Klangeindrücke erreicht werden. Dazu ist es auch möglich,
in der Speichereinheit 42 mehrere Tabellen zu hinterlegen, die je nach Eingangspa
rameter ausgelesen werden. Das in den Innenraum einzuspielende Geräusch kann
dabei in einem großen Bereich verändert werden ohne von der Authentizität des
Geräusches aus dem Ansaugbereich in übermäßigem Maße abzuweichen.
Als besonders vorteilhaft hat sich die Berücksichtigung des Signals vom
Schalldrucksensor im Synthesizer 40 gezeigt (vgl. entsprechende Strichlinierung in
der Zeichnung). Durch eine Steuerung der Klangcharakteristik und Dynamik über
das Signal aus dem Schalldrucksensor 12 kann eine besondere Veränderung in
Bezug auf die Lastabhängigkeit erreicht werden.
12
Schalldrucksensor
14
Signalverarbeitungseinheit
16
Lautsprecher
20
Hochpaßfilter
22
Tiefpaßfilter
24
Potentiometer
26
Potentiometer
27
Addierer
28
Tiefpaßfilter
30
Verstärker
40
Synthesizer
42
Speichereinheit
44
Potentiometer
46
Addierer
E Eingangssignale
N Drehzahlsignal
K weitere Eingangssignale
E Eingangssignale
N Drehzahlsignal
K weitere Eingangssignale
Claims (8)
1. Vorrichtung zur elektroakustischen Geräuscherzeugung bei einem Kraftfahr
zeug mit einem Schalldrucksensor (12), einer Signalverarbeitungseinheit
(14), welche mit dem Schalldrucksensor (12) verbunden ist und Signale von
diesem erhält und verarbeitet, und einer Lautsprechereinheit (16) mit zumin
dest einem Lautsprecher, welche mit der Signalverarbeitungseinheit (14)
verbunden ist, wobei der Schalldrucksensor (12) im Bereich des Ansaug-
oder Abgastraktes des Kraftfahrzeugs angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Synthesizer (40) vorgesehen ist, der mit der Signalverarbeitungsein
heit (14) derart verbunden oder in diese integriert ist, daß den aus den
Schalldrücken erzeugten Signalen synthetische Klangkomponenten bei
mischbar sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Synthesizer (40) zur Erzeugung von einer oder mehreren Sinusfre
quenzen ausgebildet ist, deren Frequenz von einer Motordrehzahl abhängig
ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Vorrichtung (42) mit einer Tabelle vorgesehen ist und in der Ta
belle die Amplituden und/oder Phasen der Sinusschwingungen in Abhängig
keit von der Motordrehzahl abgespeichert sind.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Synthesizer (40) zumindest einen Eingang (K) für Eingangssignale,
wie der Drosselklappenstellung, der Fahrpedalstellung und/oder anderer
Eingangsparameter entsprechender Signale, umfaßt und derart ausgebildet
ist, daß die Amplitude und/oder die Klangcharakteristik des vom Synthesizer
(40) erzeugten Signals in Abhängigkeit von den Eingangssignalen veränder
bar sind.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Synthesizer (40) einen Eingang für ein Signal umfaßt, das auf der
erfaßten Schalldruckamplitude basiert, und derart ausgebildet ist, daß die
Amplitude und/oder die Klangcharakteristik des vom Synthesizer (40) er
zeugten Signals in Abhängigkeit von diesem Signal veränderbar sind.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Synthesizer (40) eine Bestimmungseinheit enthält oder mit einer
solchen verbunden ist, die einen Eingang für eine Eingangsgröße enthält,
aus der ein Schubbetrieb detektierbar ist, daß die Bestimmungseinheit zur
Erfassung des Schubbetriebes ausgebildet ist und ein entsprechendes Si
gnal an den Synthesizer (40) abgibt und daß der Synthesizer derart ausge
bildet ist, um bei einem Schubbetrieb ein vordefiniertes Geräusch nachzubil
den.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Signalverarbeitungseinheit (14) eine Filtereinrichtung (20, 22) zur
Filterung des vom Schalldrucksensor (12) stammenden Signals umfaßt und
die Filtereinrichtung (20, 22) zur Veränderung der Klangcharakteristik des
vom Schalldrucksensor (12) aufgenommenen Geräusches ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Signalverarbeitungseinheit (14) derart ausgebildet ist, um das vom
Schalldrucksensor (12) sowie dem Synthesizer (40) stammende Gesamtge
räusch im Abhängigkeit von Parametern, insbesondere geschwindigkeitsab
hängig, lastabhängig und/oder drehzahlabhängig, mischen zu können.
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