CN104691460A - 用于屏蔽噪音的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种屏蔽由车辆发动机中旋转设备产生的噪音的方法。该方法包括：-检查一个或多个发动机输入条件是否满足发动机输入条件阈值，其中，如果所述一个或多个发动机输入条件满足所述发动机输入条件阈值，-从至少一个扬声器(6)输出第一屏蔽噪音，其中所述第一屏蔽噪音包括第一中心频率、第一预定带宽和第一振幅，其中该第一中心频率和第一振幅由所述输入条件确定。本发明也涉及一种屏蔽由车辆发动机中旋转设备产生的噪音的系统。

Description

用于屏蔽噪音的方法和系统

技术领域

本发明涉及一种屏蔽由车辆发动机中旋转设备产生的噪音的方法和系统。

背景技术

噪音在现今社会是广受关注的问题。各种类型的机器发出各种频率的声音。具有特定声压级的特定频率被认定为噪音，并且例如由于法规而必须被消除或者降低至低于可允许的声压级。

这种机器的一个示例是任何类型的发动机、泵或类似的，发出的噪音不能被诸如谐振器或隔离器的标准吸音或降噪装置衰减或吸收。

在特定发动机rpm运行的车辆发动机致使诸如增压器、风扇、泵、发电机、压缩机或其它类似设备的旋转设备发出特定的与旋转设备的旋转频率或旋转设备rpm成比例的噪音频率。发动机自身也可视为一种旋转设备，例如在电机的情况下。由于旋转设备的旋转频率与发动机rpm相关联，具有由发动机rpm确定的频率的特定噪音频率被发出。特定噪音频率由此由发动机输入条件确定，例如rpm和/或其它因素。这样的特定噪音频率通常具有的振幅致使该特定噪音频率易于从由例如内燃机、车轮和风产生的环境宽带声音中分辨出来。

采用普通的例如谐振器或隔离器的装置并非总是能够吸收或减小这些特定噪音频率。如果特定噪音频率是低频的，即低于大概300Hz，可使用主动噪音控制，并且具有与特定噪音频率相同频率的信号可与特定噪音频率一起异相地输出，由此消除该特定频率。然而，这对于高于特定频率，例如高于大概300Hz的特定噪音频率是不可行的。

由此，存在一种用于处理不想要的特定噪音频率的改进方法的需求，尤其是不能通过主动噪音控制或普通衰减或隔离方式消除的特定噪音频率。

发明内容

本发明的目的是提供一种屏蔽由车辆发动机中旋转设备产生的噪音的独创性的方法和系统。该目的由权利要求1和9特征部分的技术特征实现。在从属权利要求中阐述了本发明的其它特征。

本发明涉及一种屏蔽由车辆发动机中旋转设备产生的噪音的方法。该方法包括：

-检查一个或多个发动机输入条件是否满足发动机输入条件阈值，

其中，如果所述一个或多个发动机输入条件满足所述发动机输入条件阈值，则执行以下操作：

-从至少一个扬声器输出第一屏蔽噪音，其中所述第一屏蔽噪音包括第一中心频率、第一预定带宽和第一振幅，其中该第一中心频率和第一振幅由所述输入条件确定。

特定噪音频率是音调声音或噪音，即单一频率或非常窄带的声源。该方法的一个优势是通过输出屏蔽噪音，其具有在第一带宽上围绕特定噪音频率的频率，与不如此相比，特定噪音频率被感知为不太突出。这是基于心理声学。特定噪音频率与具有宽带频谱的声音相比越显著或突出，即，声级差异越大，人耳越易于感知。同样，特定噪音频率比背景或环境宽带声音更易于感知为烦人的。通过输出屏蔽噪音，其中第一屏蔽噪音包括第一中心频率、第一带宽和第一振幅，其中第一中心频率和第一振幅由所述输入条件确定，屏蔽噪音减少特定噪音频率和环境宽带声音之间的振幅差别，环境宽带声音在第一带宽上围绕特定噪音频率，致使特定噪音被感知的突兀性被减小。该方法与本发动机声音设计一起使用，以维持悦耳的发动机声音。

本申请中的旋转设备包括与车辆发动机相连的旋转设备，例如增压器、风扇、泵、发电机、压缩机或其它类似设备。旋转设备还可以包括整个发动机自身或者发动机自身的内部部件，例如在电机的情况下。

该方法进一步包括：

-通过至少一个麦克风测量车厢内由所述旋转设备和所述车辆发动机产生的声谱，

-在DSP中依据测量到的声谱计算所述输入条件确定的第一特定噪音频率的振幅和环境声音的振幅之间的第一音调/噪音振幅比率，

其中，如果第一音调/噪音振幅比率超过预定音调/噪音振幅比率阈值，

-从至少一个扬声器输出第一屏蔽噪音，其中该第一屏蔽噪音包括第一中心频率、第一带宽和第一振幅，其中所述第一中心频率是所述第一特定噪音频率，所述第一振幅由所述音调/噪音振幅比率确定。

通过使用一个或多个麦克风，其布置为记录存在于车厢内的声谱，该方法对于存在车厢内的实际声音更为敏感。麦克风记录的声谱包含环境宽带声音和由至少一个旋转设备产生的一个或多个特定噪音频率。可在第一特定噪音频率振幅和环境宽带声音振幅之间计算第一音调/噪音振幅比率。如果音调/噪音振幅比率超过预定的第一音调/噪音振幅比率阈值，并且上述提及的发动机输入条件满足发动机输入条件阈值，由扬声器输出屏蔽噪音。屏蔽噪音的振幅由音调/噪音振幅比率确定。该测量持续地执行，从而屏蔽噪音持续地适用于匹配改变的特定噪音频率，其由于改变的发动机输入条件而发生改变。

该方法可包括：

-在ECU中检查所述一个或多个发动机输入条件是否满足发动机输入条件阈值，

其中，如果所述一个或多个输入条件满足所述发动机输入条件阈值，

-将所述发动机输入条件从ECU提供至DSP，该DSP包括噪音生成器和至少一个带通滤波器，

-将第一屏蔽噪音信号从DSP提供至噪音生成器，其中所述的第一屏蔽噪音信号是经带通滤波的噪音信号。

-借助噪音生成器从所述至少一个扬声器输出第一屏蔽噪音，其具有与所提供的经带通滤波的噪音信号相匹配的频谱。

该方法可包括：

-从所述至少一个扬声器与所述第一屏蔽噪音一起输出第二屏蔽噪音，其中所述第二屏蔽噪音包括第二中心频率、第二带宽和第二振幅，其中所述第二中心频率与所述发动机输入条件相关联，并且第二振幅与所述发动机输入条件或者一在DSP中依据测量到的声谱计算到的第二特定噪音频率振幅和环境声音振幅之间的第二音调/噪音振幅比率相关联。

车辆发动机可能不仅发出一种特定噪音频率，而是数种。额外的特定噪音频率是具有最低的频率的特定噪音频率的泛音，。由此，有利的是能够屏蔽这些特定噪音频率中的每一个。

该方法可进一步包括：

-在DSP中依据测量到的声谱计算所述输入条件确定的第一特定噪音频率的振幅和环境声音的振幅之间的第一音调/噪音振幅比率，其中所述音调/噪音振幅比率是音调相对于噪音的比率(TNR)或突出比率(PR)。音调/噪音振幅比率阈值取决于发动机输入条件，并且在0-10dB之间，优选在0-6dB之间。TNR和PR根据ECMA-74计算。

取决于特定噪音频率的频率，其可以是突出或不突出的。在人最敏感的听觉范围部分(大概2000-4000Hz)，音调/噪音振幅比率可以较低，特定噪音频率在环境宽带声音中将仍会感知为突出。音调/噪音振幅比率阈值对于所有频率可以相同或者对于不同的频率可以不同。

本发明也涉及一种屏蔽由车辆发动机中旋转设备产生的噪音的系统。该系统包括用于检查发动机输入条件是否满足发动机输入条件阈值的装置、至少一个扬声器和用于生成通过至少一个扬声器输出的噪音的装置。如果所述一个或多个发动机输入条件满足所述发动机输入条件阈值，该系统布置为从至少一个扬声器输出第一屏蔽噪音，其中所述第一屏蔽噪音具有第一中心频率、第一预定带宽和第一振幅，其中该第一中心频率和第一振幅由所述输入条件确定。

该系统进一步包括至少一个麦克风，布置为测量车厢内的声谱。该系统布置为在DSP中依据测量到的声谱计算所述输入条件确定的第一特定噪音频率的振幅和环境噪音的振幅之间的第一音调/噪音振幅比率。如果所述音调/噪音振幅比率超过预定音调/噪音振幅比率阈值级，系统就从至少一个扬声器输出第一屏蔽噪音，其中该第一屏蔽噪音具有第一中心频率、第一带宽和第一振幅，其中所述第一中心频率是所述第一特定噪音频率，所述第一振幅由所述音调/噪音振幅比率确定。系统的等待时间优选少于100ms。

用于检查发动机输入条件是否满足发动机输入条件阈值的装置可以是ECU。该系统布置为将发动机输入条件从ECU提供给DSP，该DSP包括噪音生成器和至少一个带通滤波器，将第一屏蔽噪音从DSP提供给噪音生成器，其中第一屏蔽噪音信号是带通滤波过的噪音信号，并借助噪音生成器从扬声器输出第一屏蔽噪音，其具有与提供的带通滤波过的噪音信号匹配的频谱。

该系统可布置为：从所述至少一个扬声器与所述第一屏蔽噪音一起输出第二屏蔽噪音，其中所述第二屏蔽噪音包括第二中心频率、第二带宽和第二振幅，其中所述第二中心频率与所述发动机输入条件相关联，并且第二振幅与所述发动机输入条件或者一在DSP中依据测量到的声谱计算到的第二特定噪音频率振幅和环境声音振幅之间的第二音调/噪音振幅比率相关联。

第一屏蔽噪音的带宽位于所述第一中心频率的3％-30％之间，在所述中心频率周围均匀分布。第二屏蔽噪音的带宽位于所述第一中心频率的3％-30％之间，在所述中心频率周围均匀分布。具有限制的带宽的优势是被感知的屏蔽噪音与来自车厢内的发动机和其它源的环境声音混合。

输入条件可以是如下之一或多个：

-发动机rpm

-发动机转矩

-旋转设备rpm

-选择的挡位

-车辆速度

-节气门位置

并且其中：

-所述发动机rpm的阈值在800rpm-15000rpm之间，

-所述发动机转矩阈值大于等于70Nm

-所述旋转设备rpm的阈值在800-16000rpm之间

-选择的挡位阈值在第二挡以上

-车辆速度阈值在5kph以上。

附图说明

图1示意性地描述了根据本发明的一个系统；

图2示意性地描述了根据本发明的一个系统；

图3示出了在有和没有根据本发明的系统运行情况下的车辆车厢内测量的声谱。

具体实施方式

图1示意性地描述了根据本发明的一个系统1。将与系统1一起描述根据本发明的一种方法。系统1包括电控单元(ECU)2，借助CAN总线布置为发送数据至车内其他部件，数字信号处理器(DSP)3包括噪音生成器4。噪音生成器4连接至放大器5，接着连接至扬声器6。系统1的ECU/CAN总线存在于现代车辆中。该方法通过将屏蔽噪音添加至发动机声音设计输出的声音中，而与其它发动机声音设计成为一体。

根据本发明的一种方法使用来自ECU 2的信息，其中发动机输入条件被检查，以看它们是否满足发动机输入条件阈值。如果一个或多个值满足，则扬声器6输出屏蔽噪音。屏蔽噪音包括第一中心频率、第一预定带宽和第一振幅，其中第一中心频率和第一振幅由所述输入条件确定。发动机输入条件是，例如发动机rpm、发动机转矩、旋转设备rpm、选择的挡位、车辆速度和/或节气门位置。

作为非限制性示例，运行在3000rpm(＝50Hz)的发动机可连接至比率为6.5的增压器，意味着对于发动机的每次旋转，增压器转动6.5次旋转。具有阶数4的增压器发出音调的频率为发出的音调通常具有随附的泛音，具有的频率是高频音调的倍数。该倍数由旋转设备速度的阶数或倍数确定。作为非限制性示例，对于增压器，阶数4、8、12和16产生了不想要的音调。

通过从ECU 2接收发动机输入条件，DSP 3可以为每个发动机输入条件或发动机输入条件的组合，计算或者从查找表格中提取发出了哪个频率或多个频率。DSP 3包括多个带通滤波器，其特性取决于发动机rpm。DSP3进一步包括一个或多个噪音生成器，其布置为生成一个或多个带通滤波过的噪音信号。噪音生成器可以布置为生成白噪音、粉噪音、棕噪音、蓝噪音、紫噪音或任何其它类型的噪音。噪音源也可以组合，以进一步适应输出的噪音。

在发出一个音调的情况下，第一带通滤波过的噪音信号被生成。第一带通过滤过的噪音信号包括第一中心频率，与DSP计算或提取的发出的音调的频率相同，并具有第一带宽，相应于第一中心频率的3％-30％之间，由此也在音调频率的3％-30％之间。第一带通滤波过的噪音信号的第一振幅由发动机输入条件确定，与第一频率的方式相似。第一带通滤波过的噪音信号由DSP 3提供至噪音生成器4，作为第一屏蔽噪音信号。噪音生成器4通过放大器5借助扬声器6输出第一屏蔽噪音。第一屏蔽噪音由此具有与第一带通滤波过的噪音信号相匹配的频谱。

图2示意性示出了根据本发明的系统1。系统1相似于图1的系统，额外具有麦克风7。麦克风7例如位于车辆车厢内，并可以是用于电话呼叫的麦克风。图2中的系统布置为采用与结合图1描述的一样的方法，额外之处在于第一音调/噪音振幅比率由麦克风7测量，并且对于由扬声器6输出的第一屏蔽噪音，除了发动机输入条件以外，还需要满足第一音调/噪音振幅比率阈值条件。第一屏蔽噪音由此仅在音调/噪音振幅比率和发动机输入条件满足它们各自的阈值时才被输出。

由所述输入条件确定的第一特定噪音频率的振幅和环境声音的振幅之间的第一音调/噪音振幅比率在DSP中依据由麦克风7测量到的声谱8计算。第一屏蔽噪音以与图1描述相同的方式提供。麦克风7的添加允许第一屏蔽噪音的振幅通过音调/噪音振幅比率确定，而取代发动机输入条件。图2描述的方法是递归的，以持续测量声谱8并根据发动机输入条件和音调/噪音振幅比率适应第一屏蔽噪音的特征。

作为非限制性示例，用于内燃机的发动机输入条件阈值可以是：

-发动机rpm的阈值：在800rpm-6500rpm之间，

-所述发动机转矩的阈值：大于等于70Nm

-所述旋转设备rpm的阈值：在800-80000rpm之间

-选择的挡位的阈值：在第二挡以上

-车辆速度的阈值：在5kph以上。

作为非限制性示例，用于电机的发动机输入条件阈值可以是：

-发动机rpm的阈值：在800rpm-15000rpm之间，

-所述发动机转矩的阈值：等于或高于0Nm

-所述旋转设备rpm的阈值：在800-80000rpm之间

-选择的挡位的阈值：在第二挡以上

-车辆速度的阈值：在5kph以上。

关于用于电机的发动机输入条件，在适用的情况下，发动机输入条件和发动机输入条件阈值相应于电机输入条件和电机条件阈值。

图3示出了在有和没有根据本发明的系统运行情况下的车辆车厢内测量的声谱。X轴显示以秒计经过的时间。Y轴显示Hz单位的频率。X轴下面的强度条显示dB(A)单位的声级。较深的颜色代表较高的声级。

在框9中，即频谱的右侧，可见两个不同的线10。该线圈出以便更易于看见。这些线示出了单一音调，具有随着时间上升的频率。上升的频率示出了例如发动机rpm和/或旋转设备rpm的增加，致使音调改变频率。

在框11中，即频率的左侧，见不到不同的线。相反，可见更深的区域12覆盖着与框9中音调相同的频率范围。这示出了该系统是有效的并且围绕的频率具有与音调相似的声级，导致没有单一的音调被感知。该系统通过增加具有特定声级的围绕频率屏蔽了不同的音调。

上述的描述可以延伸至任何数目的音调。可以为每个音调提供一个带通滤波过的信号。替代的，一个带通滤波过的噪音信号可以覆盖多于一个的多个音调，由此减少为每个音调提供一个屏蔽噪音的需求。额外的，屏蔽噪音不需要通过带通滤波过的信号提供。屏蔽噪音可以例如是预先录制的噪音文件，与发动机输入条件匹配，以输出具有正确振幅的正确的屏蔽噪音。该屏蔽噪音可以通过位于车厢内的车辆声音系统扬声器输出。额外的，一个或多个扬声器可以布置在发动机舱内，以加强屏蔽噪音的输出。替换的，也可以使用音调/噪音振幅比率，而不是TNR和PR。

在权利要求中提及的附图标记不应该视为限制权利要求所保护的主题的范围，它们仅有的功能是使得权利要求更易于理解。

应当理解，本发明能够从多个明显的方面进行修改，这些修改都不脱离所附的权利要求的范围。因此，附图和描述在本质上被视为示例，而不是限制。

Claims (14)

1.一种用于屏蔽由车辆发动机中的旋转设备产生的噪音的方法，其特征在于，所述方法包括：

-检查一个或多个发动机输入条件是否满足发动机输入条件阈值，

其中，如果所述一个或多个发动机输入条件满足所述发动机输入条件阈值，则执行以下操作：

-从至少一个扬声器(6)输出第一屏蔽噪音，其中，所述第一屏蔽噪音包括第一中心频率、第一预定带宽和第一振幅，其中，所述第一中心频率和所述第一振幅由所述输入条件确定。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法进一步包括：

-借助至少一个麦克风(7)来测量车厢内由所述旋转设备和所述车辆发动机产生的声谱(8)，

-在DSP中依据测量到的声谱(8)来计算由所述输入条件确定的第一特定噪音频率的振幅与环境声音的振幅之间的第一音调/噪音振幅比率，

其中，如果所述第一音调/噪音振幅比率超过预定音调/噪音振幅比率阈值，则执行以下操作：

-从所述至少一个扬声器(6)输出第一屏蔽噪音，其中，所述第一屏蔽噪音包括第一中心频率、第一带宽和第一振幅，其中，所述第一中心频率是所述第一特定噪音频率，并且所述第一振幅由所述音调/噪音振幅比率来确定。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述方法包括：

-在ECU(2)中检查所述一个或多个发动机输入条件是否满足发动机输入条件阈值，

其中，如果所述一个或多个输入条件满足所述发动机输入条件阈值，则执行以下操作：

-将所述发动机输入条件从所述ECU(2)提供至DSP(3)，所述DSP(3)包括噪音生成器(4)和至少一个带通滤波器，

-将第一屏蔽噪音信号从所述DSP(3)提供至所述噪音生成器(4)，其中，所述第一屏蔽噪音信号是经带通滤波的噪音信号，

-借助所述噪音生成器(4)从所述至少一个扬声器(6)输出第一屏蔽噪音，所述第一屏蔽噪音具有与所提供的经带通滤波的噪音信号相匹配的频谱。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述方法包括：

-从所述至少一个扬声器(6)与所述第一屏蔽噪音一起输出第二屏蔽噪音，其中，所述第二屏蔽噪音包括第二中心频率、第二带宽和第二振幅，其中，所述第二中心频率与所述发动机输入条件相关联，并且所述第二振幅与所述发动机输入条件或在DSP(3)中依据测量到的声谱(8)所计算的在第二特定噪音频率的振幅与环境声音的振幅之间的第二音调/噪音振幅比率相关联。

5.根据权利要求2-6中任一项所述的方法，其中，所述方法包括：

-在DSP(3)中依据测量到的声谱(8)来计算由所述输入条件确定的在第一特定噪音频率的振幅与环境声音的振幅之间的第一音调/噪音振幅比率，其中，所述音调/噪音振幅比率是音调相对于噪音的比率(TNR)或突出比率(PR)，

其中，所述音调/噪音振幅比率阈值取决于发动机输入条件，并且所述音调/噪音振幅比率阈值在0至10dB之间，优选地在0至6dB之间。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述发动机输入条件是以下条件中的一个或多个：

-发动机rpm；

-发动机转矩；

-旋转设备rpm；

-选择的挡位；

-车辆速度；

-节气门位置；

并且其中，

-所述发动机rpm的阈值在800rpm至15000rpm之间；

-所述发动机转矩的阈值大于等于70Nm；

-所述旋转设备rpm的阈值在800至80000rpm之间；

-选择的挡位的阈值在第二挡以上；

-车辆速度的阈值在5kph以上。

7.一种屏蔽由车辆发动机中的旋转设备产生的噪音的系统(1)，所述系统(1)包括：用于检查发动机输入条件是否满足发动机输入条件阈值的装置、至少一个扬声器(6)和用于生成将由所述至少一个扬声器(6)输出的噪音的装置，所述系统(1)的特征在于，如果一个或多个发动机输入条件满足所述发动机输入条件阈值，则所述系统被布置为从至少一个扬声器(6)输出第一屏蔽噪音，其中，所述第一屏蔽噪音具有第一中心频率、第一带宽和第一振幅，其中，所述第一中心频率和所述第一振幅由所述输入条件确定。

8.根据权利要求7所述的系统(1)，其中，所述系统(1)进一步包括至少一个麦克风(7)，所述麦克风被布置为测量车厢内的声谱(8)，其中，所述系统(1)被布置为在DSP中依据测量到的声谱(8)来计算在由所述输入条件确定的第一特定噪音频率的振幅与环境声音的振幅之间的第一音调/噪音振幅比率，并且，如果所述音调/噪音振幅比率超过预定音调/噪音振幅比率阈值级，则从所述至少一个扬声器(6)输出第一屏蔽噪音，其中，所述第一屏蔽噪音具有第一中心频率、第一带宽和第一振幅，其中，所述第一中心频率是所述第一特定噪音频率，并且所述第一振幅由所述音调/噪音振幅比率确定。

9.根据权利要求7或8所述的系统(1)，其中，用于检查发动机输入条件是否满足发动机输入条件阈值的所述装置是ECU(2)，并且所述系统被布置为：将发动机输入条件从所述ECU(2)提供给DSP(3)，所述DSP(3)包括噪音生成器(4)和至少一个带通滤波器；将第一屏蔽噪音信号从所述DSP(3)提供给所述噪音生成器(4)，其中，所述第一屏蔽噪音信号是经带通滤波的噪音信号；并且借助所述噪音生成器(4)从所述扬声器(6)输出第一屏蔽噪音，其中，所述第一屏蔽噪音具有与所提供的经带通过滤的噪音信号匹配的频谱。

10.根据权利要求7-9中任一项所述的系统(1)，其中，所述系统(1)被布置为从所述至少一个扬声器(6)与所述第一屏蔽噪音一起输出第二屏蔽噪音，其中，所述第二屏蔽噪音具有第二中心频率、第二带宽和第二振幅，其中，所述第二中心频率与所述发动机输入条件相关联，并且所述第二振幅与所述发动机输入条件或在DSP(3)中依据测量到的声谱(8)所计算的在第二特定噪音频率的振幅与环境声音的振幅之间的第二音调/噪音振幅比率相关联。

11.根据权利要求7-9中任一项所述的系统(1)，其中，所述第一屏蔽噪音的带宽位于所述第一中心频率的3％至30％之间，且在所述中心频率的周围均匀分布。

12.根据权利要求10所述的系统(1)，其中，所述第二屏蔽噪音的带宽位于所述第一中心频率的3％至30％之间，且在所述中心频率的周围均匀分布。

13.根据权利要求8-12中任一项所述的系统(1)，其中，在DSP(3)中依据测量到的声谱(8)来计算在由所述输入条件确定的第一特定噪音频率的振幅与环境声音的振幅之间的第一音调/噪音振幅比率，其中，所述音调/噪音振幅比率是音调相对于噪音的比率(TNR)或突出比率(PR)，

其中，所述音调/噪音振幅比率阈值取决于发动机输入条件，并且所述音调/噪音振幅比率阈值在0至10dB之间，优选地在0至6dB之间。

14.根据权利要求7-13中任一项所述的系统(1)，其中，所述输入条件是以下条件中一个或多个：

-发动机rpm；

-发动机转矩；

-旋转设备rpm；

-选择的挡位；

-车辆速度；

其中，

-所述发动机rpm的阈值在800rpm至15000rpm之间；

-所述发动机转矩的阈值大于等于70Nm；

-所述旋转设备rpm的阈值在800至80000rpm之间；

-选择的挡位的阈值在第二挡以上；

-车辆速度的阈值在5kph以上。