CN107731240A - 用于合成引擎声音的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

用于合成引擎声音的系统和方法可以接收一个或多个车辆运行数据信号。可以响应于该一个或多个车辆运行数据信号来修改与Shepard音调生成器相关联的一个或多个音调参数。可以响应于修改后的一个或多个音调参数来生成Shepard音调。可以使用一个或多个音频换能器来再现Shepard音调。

Description

用于合成引擎声音的系统和方法
技术领域
本公开涉及用于处理音频信号的领域。具体地，涉及用于合成引擎声音的系统和方法。
背景技术
引擎声音增强(ESE)可用于汽车中，以产生新的引擎(engine)声音或增强现有的引擎声音。ESE可以被转速计信号激发或驱动以驱动与每分钟转数(RPM)值(例如，引擎速度)有关的一个或多个正弦信号。在电动汽车中，ESE可用于产生响应于电动机(electricmotor)的RPM的声音，在其逐步改变其传动比时提供与汽油引擎有关的更熟悉的引擎声音。可能存在电动机的输出不通过档位(gear)逐步改变的场合，例如在将电动机直接与车轮连接时。因而在从0到非常高的数字上RPM可以是连续的。如果维持在高速，与非常高的RPM直接相联系的引擎声音可能使司机感到烦躁。相比之下，如果减速，即使维持速度，合成产生的引擎声音也可能听起来会令人愉快。
需要一种引擎声音增强系统，其响应于车辆状态和发动机类型来提供反馈。
附图说明
参考以下附图和描述可以更好地理解该系统和方法。图中的组件不一定是按比例绘制的，而是将重点放在了说明本公开的原理。此外，在附图中，类似的附图标记在全部不同视图中表示对应的部分(部件)。
在检查以下附图和详细描述之后，其他系统、方法、特征和优点对于本领域技术人员将是显而易见的或将变得显而易见。所有这些附加的系统、方法、特征和优点都旨在包括在本说明书中并受到所附权利要求的保护。
图1是用于合成引擎声音的系统的示意表示。
图2是用于合成引擎声音的方法的表示。
图3是用于合成引擎声音的系统的另一示意表示。
具体实施方式
用于合成引擎声音的系统和方法可以接收一个或多个车辆运行数据信号。可以响应于该一个或多个车辆运行数据信号来修改与Shepard音调生成器相关联的一个或多个音调参数。可以响应于修改后的一个或多个音调参数来生成Shepard音调。可以使用一个或多个音频换能器来再现Shepard音调。
Shepard的音调是一种已知的听觉幻觉，其被感知为无限升高或降低的音调，尽管在整个连续回放中实际音高可能保持在舒适的范围内。可以利用Shepard的音调来产生不随着档位逐步升降的引擎声音，其随着引擎一起不断变化，并且针对司机维持着舒适的音高范围。Shepard的音调可以响应于来自电动机的连续变化的RPM，来为车辆内部或外部的引擎声音产生可接受的音高范围。产生的声音可以提供自动“变化档位”的幻觉，但是听众却意识不到这一变化。取决于RPM和/或其他车辆运行数据信号，回放可以升高、降低或保持音高。当与连续可变的、无档位的或电动的发动机一起使用时，该机制在感知上可能是令人愉悦的。可以使用其他已知的听觉幻觉(包括例如Risset韵律)来替换Shepard的音调以获得类似的效果。本文描述为使用Shepard的音调的实施例可被理解为包括使用修改后的Shepard音调。
附加的车辆参数或车辆运行数据信号可被用于修改Shepard的音调的参数。车辆参数(例如油门位置、发动机负荷、加速度和车辆速度)也可被用作Shepard音调引擎合成器的输入。一个或多个车辆参数可在车辆总线上(例如控制器域网(CAN总线))上轻易地实时获得，或者例如可从诸如加速度计的外部传感器导出。在一个示例中，Shepard的音调的音高可随着车辆速度的增加而升高，并且随着车辆速度的降低而降低。Shepard的音调的级别、响度、均衡(EQ)或其他质量也可能会根据这些车辆参数而动态变化。在另一例子中，一旦车辆达到巡航速度，Shepard的音调的音量可以逐渐降低。0
图1是用于合成引擎声音的系统的示意表示。系统100是用于合成引擎声音的示例系统。该示例系统配置包括接收一个或多个车辆运行数据信号102、运行数据信号处理器104、Shepard音调生成器106、音频后期处理器108以及一个或多个音频换能器112。该一个或多个车辆运行数据信号102可以例如包括发动机转速(例如RPM)、车辆加速度，车辆速度、发动机负荷、油门位置、变速箱(例如变速器)档位选择以及引擎功率设置中的任何一项或多项。一个或多个车辆运行数据信号102可以在车辆总线(包括控制器域网(CAN总线)和/或面向媒体的系统传输(MOST)总线)上轻易地实时获得，或者可从一个或多个外部传感器(例如，加速度计和转速计)导出。
运行数据信号处理器104可以利用该一个或多个车辆运行数据信号102以响应于一个或多个车辆运行数据信号102来修改与Shepard音调生成器106相关联的一个或多个音调参数110。响应于一个或多个车辆运行数据信号102来修改与Shepard音调生成器106相关联的一个或多个音调参数110可以包括，针对该一个或多个音调参数110中的任一个设置初始值和/或默认值。备选地或附加地，可以使用另一机制来针对一个或多个音调参数110中的任一个设置初始值和/或默认值。
所生成的Shepard的音调可被收听者感知，以模拟引擎在变化的运行状况下的上升和下降的声音。在一个示例中，可以修改与Shepard音调生成器106的音高(pitch)相关联的音调参数110，以响应于与增加车辆速度相关联的车辆运行数据信号102来升高Shepard音调的音高。Shepard音调生成器106的一个或多个音调参数110包括音高改变速率、音高改变方向、并发音调的数量、音量、响度、均衡参数以及失真参数中的任何一项或多项。在另一示例中，可以修改与Shepard音调生成器106的音高相关联的音调参数110，以响应于与降低车辆速度相关联的车辆运行数据信号102来降低Shepard音调的音高。在另一示例中，可以修改与Shepard音调生成器106的音高相关联的音调参数110，以响应于与增加车辆加速度相关联的车辆运行数据信号102来增加Shepard音调的并发音调的数量。在另一示例中，可以响应于车辆运行数据信号102来修改或调制包括与基频有关的谐波分量的Sheperd的音调的音色。可以通过加性合成和/或粒子合成来合成Shepard的音调，其中，可以修改加性合成和/或粒子合成的参数以响应于车辆运行数据信号102来改变音色。
响应于一个或多个车辆运行数据信号102，运行数据信号处理器104可以修改与音频后期处理器108相关联的一个或多个音频后期处理参数116。音频后期处理器108可以例如包括均衡、动态处理、混响和限制中的任何一项或多项。例如，运行数据信号处理器104可以修改与混响的湿/干量相关联的音频后期处理参数116，以在车辆正在加速时包含较少的混响。
运行数据信号处理器104可以修改一个或多个音调参数110，使得当车辆速度基本上恒定时，Shepard音调的音量随时间推移而下降。如果当前的引擎状况没有变化，则车辆操作员可能更愿意感知较低的引擎声音。可以利用一个或多个时间常数来过滤车辆数据信号中的一个或多个，以调整所感知到的Shepard音调生成器106和/或音频后期处理器108对改变车辆状态的响应性。
可以在一个或多个音频换能器112中再现Shepard音调生成器106和/或音频后期处理108的输出。该一个或多个音频换能器112可以位于包括车辆内部和车辆外部的任何一个或多个位置。音频换能器112和/或音频后期处理108可以被同时用于再现其它来源(例如包括信息娱乐系统、主动噪声消除系统和接近警报系统)的音频信号。
图2是用于合成引擎声音的方法的表示。方法200可以例如使用系统100来实现，并且在此参考图1进行描述。方法200可包括以下动作。接收一个或多个车辆运行数据信号202。响应于该一个或多个车辆运行数据信号204来修改与Shepard音调生成器相关联的一个或多个音调参数。响应于已修改的一个或多个音调参数206来生成Shepard音调。使用音频换能器208再现Shepard音调。用于合成引擎声音的方法的其他实施例可以包括比上述参考图2所述的动作更多或更少的动作。
图3是用于合成引擎声音的系统的另一示意表示。系统300包括处理器302、存储器304(其内容可由处理器302访问)和输入/输出(I/O)接口306。存储器304可以存储当使用处理器302执行时可使系统300呈现与如本文所述的合成引擎声音相关联的功能的指令。例如，存储器304可以存储当使用处理器302执行时可以使系统300呈现本文所述的与运行数据信号处理器104和Shepard音调生成器106相关联的功能的指令。此外，数据结构、临时变量和其他信息可以存储在数据存储器308中。
处理器302可以包括单个处理器或多个处理器，该多个处理器可以被布置在单个芯片上，布置在多个设备上或分布在一个以上的系统上。处理器302可以是执行计算机可执行指令或体现在存储器304或其他存储器中的计算机代码以执行系统的一个或多个特征的硬件。处理器302可以包括通用处理器、中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字电路、模拟电路、微控制器、任何其它类型的处理器或其任何组合。
存储器304可以包括用于存储和取回数据、处理器可执行指令或其任何组合的设备。存储器304可以包括非易失性存储器和/或易失性存储器，诸如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)或闪速存储器。存储器304可以包括可以设置在一个或多个专用存储器设备或者处理器或其他类似设备上的单个设备或多个设备。附加地或备选地，存储器304可以包括光学的、磁(硬盘驱动)的或任何其他形式的数据存储设备。
存储器304可以存储计算机代码，例如本文所述的运行数据信号处理器104和Shepard音调生成器106。计算机代码可以包括可与处理器302一起执行的指令。计算机代码可以用任何计算机语言来编写，例如C、C++、汇编语言、通道程序代码和/或计算机语言的任何组合。存储器304可以将信息存储在数据结构中，包括例如表示Shepard音调生成器的一个或多个音调参数的信息。
I/O接口306可用于连接设备(例如，音频换能器112、车辆运行数据信号102以及系统300的其他组件)。
无论所描述的具体实施方式如何，所有这些公开内容本质上是示例性的，而不是限制。系统300可以包括比图3所示的更多、更少或不同的组件。此外，系统300的每个组件可以包括比图3所示的更多、更少或不同的元素。标记、数据、数据库、表、实体和其他数据结构可以被单独存储和管理，可被并入到单个存储器或数据库中，可被分发，或可被通过许多不同的方式逻辑地和物理地组织。组件可以独立运行，也可以是相同程序或硬件的一部分。组件可以驻留在单独的硬件上(例如单独的可移除电路板)或共享公共硬件(例如相同存储器和用于实现来自该存储器的指令的处理器)。程序可以是单个程序的一部分，可以是各个程序，也可以分布在多个存储器和处理器中。
可以响应于存储在计算机可读介质之中或之上的一组或多组逻辑或指令来执行附图中示出或所描述的功能、动作或任务。功能、动作或任务独立于特定类型的指令集、存储介质、处理器或处理策略，并且可以由单独或组合操作的软件、硬件、集成电路、固件、微代码等来执行。类似地，处理策略可以包括多处理、多任务、并行处理、分布式处理和/或任何其他类型的处理。在一个实施例中，指令存储在可移除介质设备上以供本地或远程系统读取。在其他实施例中，逻辑或指令存储在远程位置以便通过计算机网络或通过电话线传送。在其他实施例中，逻辑或指令可以存储在给定的计算机内，例如CPU。
尽管本文中已经参考合成引擎声音来描述了本说明书的系统和方法的各种实施例，但是本领域普通技术人员将会理解，本发明的系统和方法不限于生成引擎声音，而是可以用于生成提供模拟或提供各种类型的机械系统和机制的操作幻觉的声音。
尽管描述了用于合成引擎声音的系统和方法的各种实施例，对于本领域普通技术人员来说显而易见的是，在本发明的范围内可存在更多的实施例和实施方式。因此，除了所附权利要求及其等同替代，本发明不受限制。

Claims (20)

1.一种用于合成引擎声音的方法，包括：
接收一个或多个车辆运行数据信号；
响应于所述一个或多个车辆运行数据信号来修改与Shepard音调生成器相关联的一个或多个音调参数；
响应于修改后的一个或多个音调参数来生成Shepard音调；以及
使用一个或多个音频换能器来再现所述Shepard音调
2.根据权利要求1所述的用于合成引擎声音的方法，其中，所述一个或多个车辆运行数据信号包括以下各项中的任何一项或多项：发动机转速、车辆加速度、车辆速度、发动机负荷、油门位置以及多个功率设置。
3.根据权利要求1所述的用于合成引擎声音的方法，其中，所述Shepard音调生成器的一个或多个音调参数包括以下各项中的任何一项或多项：音高改变速率、音高改变方向、并发音调的数量、音量、响度、多个均衡参数以及多个失真参数。
4.根据权利要求1所述的用于合成引擎声音的方法，其中，所述一个或多个音频换能器位于包括车辆内部和车辆外部的任何一个或多个位置。
5.根据权利要求1所述的用于合成引擎声音的方法，其中，当车辆速度基本上恒定时，所述Shepard音调的音量随着时间的推移而下降。
6.根据权利要求1所述的用于合成引擎声音的方法，其中，对所述一个或多个车辆数据信号进行滤波。
7.根据权利要求1所述的用于合成引擎声音的方法，其中，所生成的Shepard音调模拟引擎在变化的运行状况下的多个上升和下降的声音。
8.一种用于合成引擎声音的系统，包括：
接收器，用于接收一个或多个车辆运行数据信号；
修改器，用于响应于所述一个或多个车辆运行数据信号来修改与Shepard音调生成器相关联的一个或多个音调参数；
生成器，用于响应于修改后的一个或多个音调参数来生成Shepard音调；以及
再现器，用于使用一个或多个音频换能器来再现所述Shepard音调。
9.根据权利要求8所述的用于合成引擎声音的系统，其中，所述一个或多个车辆运行数据信号包括以下各项中的任何一项或多项：发动机转速、车辆加速度、车辆速度、发动机负荷、油门位置以及多个功率设置。
10.根据权利要求8所述的用于合成引擎声音的系统，其中，所述Shepard音调生成器的一个或多个音调参数包括以下各项中的任何一项或多项：音高改变速率、音高改变方向、并发音调的数量、音量、响度、多个均衡参数以及多个失真参数。
11.根据权利要求8所述的用于合成引擎声音的系统，其中，所述一个或多个音频换能器位于包括车辆内部和车辆外部的任何一个或多个位置。
12.根据权利要求8所述的用于合成引擎声音的系统，其中，当车辆速度基本上恒定时，所述Shepard音调的音量随着时间的推移而下降。
13.根据权利要求8所述的用于合成引擎声音的系统，其中，对所述一个或多个车辆数据信号进行滤波。
14.根据权利要求8所述的用于合成引擎声音的系统，其中，所生成的Shepard音调模拟引擎在变化的运行状况下的多个上升和下降的声音。
15.根据权利要求8所述的用于合成引擎声音的系统，其中，所述车辆运行状况包括加速度，并且音频后期处理参数包括湿混响。
16.一种编码有机器可执行指令的非暂时性机器可读介质，其中，对所述机器可执行指令的执行用于：
接收一个或多个车辆运行数据信号；
响应于所述一个或多个车辆运行数据信号通过信号处理器来修改与Shepard音调生成器相关联的一个或多个音调参数；
响应于信号处理器呈现修改后的一个或多个音调参数来生成Shepard音调；
通过对所述Shepard音调进行后期处理来生成音频后期处理反馈参数；以及
使用一个或多个音频换能器来再现所述Shepard音调；
其中，所述信号处理器在检测到车辆运行状况时修改所述音频后期处理反馈参数。
17.根据权利要求16所述的非暂时性机器可读介质，其中，所述一个或多个车辆运行数据信号包括以下各项中的任何一项或多项：发动机转速、车辆加速度、车辆速度、发动机负荷、油门位置以及功率设置。
18.根据权利要求16所述的非暂时性机器可读介质，其中，所述Shepard音调生成器的一个或多个音调参数包括以下各项中的任何一项或多项：音高改变速率、音高改变方向、并发音调的数量、音量等级、响度等级、多个均衡参数以及多个失真参数。
19.根据权利要求1所述的用于合成引擎声音的方法，其中，当车辆速度基本上恒定时，所述Shepard音调的音量等级随着时间的推移而下降。
20.一种车辆，包括：
接收器，被配置为从所述车辆接收一个或多个车辆运行数据信号；
信号处理器，被配置为响应于来自所述车辆的一个或多个车辆运行数据信号来修改一个或多个音调参数；
Shepard音调生成器，被配置为响应于修改后的一个或多个音调参数来生成Shepard音调；
音频后期处理器，被配置为响应于所述音频后期处理器对所述Shepard音调的处理来呈现音频后期处理参数；以及
再现器，被配置为使用一个或多个音频换能器来再现所述Shepard音调；
其中，所述一个或多个音调参数与Shepard音调生成器相关联；以及
其中，所述信号处理器还被配置为在检测到车辆运行状况时修改所述音频后期处理参数。
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