CN114827825A - 有源式音效发生装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种有源式音效发生装置。有源式音效发生装置(10)具有音色调整部(24)、第1音色信号生成部(26)、第2音色信号生成部(28)、第3音色信号生成部(30)、第4音色信号生成部(32)和音效信号生成部(36)，其中，音色调整部(24)将基频乘以系数来设定多个不同的副基频；第1、第2、第3、第4音色信号生成部(26、28、30、32)与各副基频对应设置，用于生成音色信号；音效信号生成部(36)根据音色信号来生成使扬声器输出音效的音效信号。据此，能够提高音效的音色调整的自由度。

Description

有源式音效发生装置

技术领域

本发明涉及一种有源式音效发生装置(active type sound effect generationdevice)。

背景技术

在日本发明专利公开公报特开2019-128378号中公开了一种有源式音效发生装置。该有源式音效发生装置生成多个谐波声学信号。各谐波声学信号是根据车速而设定的基频的谐频的声学信号。该有源式音效发生装置将所生成的多个谐波声学信号相加，生成音效的声学信号。

发明内容

为了使音效成为协调的声音，需要将各谐频的比例设定为规定值。因此，存在音效的音色调整的自由度低，无法生成有特征的音效的技术问题。

本发明的目的在于解决上述技术问题。

本发明的一方式是一种有源式音效发生装置，其在车辆的车厢内产生音效，该有源式音效发生装置具有车速获取部、基频设定部、音色调整部、音色信号生成部和音效信号生成部，其中，所述车速获取部用于获取车速；所述基频设定部用于设定基频，该基频的频率随着获取的所述车速而变化；所述音色调整部将所述基频乘以系数来设定多个不同的副基频；所述音色信号生成部与各个所述副基频对应设置，用于生成由作为谐波的多个频率分量构成的音色信号，其中所述作为谐波的多个频率分量通过将各个所述副基频乘以规定的值而得到；所述音效信号生成部根据由各个所述音色信号生成部生成的所述音色信号来生成使扬声器输出所述音效的音效信号。

根据本发明，能够提高音效的音色调整的自由度。

通过参照附图对以下实施方式所做的说明，上述的目的、特征及优点应易于被理解。

附图说明

图1是表示有源式音效发生装置的结构的框图。

图2是表示基频相对于车速的曲线图。

图3是表示第1音色信号生成部的结构的框图。

图4是表示各谐频相对于速度的变化的曲线图。

图5是表示第2音色信号生成部的结构的框图。

图6是表示第3音色信号生成部的结构的框图。

图7是表示第4音色信号生成部的结构的框图。

图8是各音色信号的增益的映射图。

图9是车速增益映射图。

图10是加速器开度增益映射图。

图11是加速度增益映射图。

图12是表示基频相对于车速的曲线图。

图13是表示各谐频相对于速度的变化的曲线图。

具体实施方式

〔第1实施方式〕

图1是表示有源式音效发生装置10的结构的框图。有源式音效发生装置10是使扬声器12输出根据车速而进行变化的音效的装置。扬声器12被设置在汽车等车辆的车厢内。

有源式音效发生装置10具有车速获取部14、加速器开度获取部18、加速度计算部20、基频设定部22、音色调整部24、第1音色信号生成部26、第2音色信号生成部28、第3音色信号生成部30、第4音色信号生成部32、音色信号增益调整部34、音效信号生成部36、车速增益设定部38、加速器开度增益设定部40、加速度增益设定部42和音效信号放大部44。

有源式音效发生装置10具有计算机，该计算机具有未图示的1个以上的运算处理装置和1个以上的存储装置。运算处理装置例如具有中央处理装置(CPU)、微处理器(MPU)等处理器、以及由ROM(Read-Only Memory，只读存储器)、RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)等构成的存储器。存储装置例如是硬盘、固态驱动器(SSD)等记录介质。有源式音效发生装置10也可以不具有存储装置。在这种情况下，有源式音效发生装置10也可以通过通信与云上的存储装置之间收发数据。车速获取部14、加速器开度获取部18、加速度计算部20、基频设定部22、音色调整部24、第1音色信号生成部26、第2音色信号生成部28、第3音色信号生成部30、第4音色信号生成部32、音色信号增益调整部34、音效信号生成部36、车速增益设定部38、加速器开度增益设定部40、加速度增益设定部42和音效信号放大部44通过由运算处理装置执行存储在存储装置中的程序来实现。

车速获取部14从车辆的车载网络16获取车速v。加速器开度获取部18从车载网络16获取加速器开度θ。加速度计算部20根据车速获取部14所获取的车速v来计算车辆的加速度Δa。

基频设定部22根据车速v来设定基频f0。图2是表示基频f0相对于车速v的曲线图。如图2所示，基频f0被设定为，随着车速v的增加而从下限频率Fmin呈指数函数增大到上限频率Fmax。当基频f0达到上限频率Fmax时，基频f0被恢复到下限频率Fmin。基频f0被设定为，随着车速v的增加再次从下限频率Fmin呈指数函数增大到上限频率Fmax。基频f0可以通过下式求出。

IF f0(n)≥Fmax，V(n)＝v(n)

Else if f0(n)＜Fmin，V(n)＝v(n)-ΔV

Else，V(n)＝V(n-1)

在此，n表示时间步数。有源式音效发生装置10以规定的周期进行信号处理。时间步表示该周期的长度。时间步数表示信号处理是第几次的处理。Fmax表示上限频率。Fmin表示下限频率。ΔV表示从下限频率Fmin变化到上限频率Fmax时的车速v的变化量。k是频率变化率调整系数。k表示基频f0从下限频率Fmin变化到上限频率Fmax的车速间隔。据此，基频设定部22可以将基频f0设定为随着车速而进行变化且近似于谢巴德无尽音阶。

音色调整部24将基频f0乘以音色设定系数rm(r1、r2、r3、r4…)，据此，音色调整部24设定多个不同的副基频fm(f1、f2、f3、f4…)。

在本实施方式中，音色设定系数r1、r2、r3、r4被设定为以下值。

r1＝1

r2＝1.25

r3＝1.5

r4＝1.2

音色调整部24将基频f0分别乘以音色设定系数r1、r2、r3、r4。据此，音色调整部24设定四个不同的副基频f1、f2、f3、f4。在音色调整部24中能够设定多个不同的副基频fm即可。所设定的副基频fm的数量也可以不限于4个。

图3是表示第1音色信号生成部26的结构的框图。第1音色信号生成部26针对副基频f1生成三个频率分量S1c、S1d、S1e。而且，第1音色信号生成部26将对频率分量S1c、S1d、S1e分别乘以增益后的各分量相加，生成第1音色信号S1。频率分量S1c是相对于副基频f1的c次谐波分量。频率分量S1d是相对于副基频f1的d次谐波分量。频率分量S1e是相对于副基频f1的e次谐波分量。c次谐波、d次谐波和e次谐波是以相同的值α为底的幂值。在本实施方式中，c次谐波是α^0次谐波即1次谐波。d次谐波是α^1次谐波即α次谐波。e次谐波是α^2次谐波。另外，“^”表示幂。

图4是表示相对于副基频f1的c次谐波频率、d次谐波频率、e次谐波频率相对于车速v的变化的曲线图。例如，当车速v为v1时，d次谐波频率是c次谐波频率的α倍，并且e次谐波频率是c次谐波频率的α^2倍。例如，在α＝2的情况下，能够使第1音色信号S1的声音成为协调的声音。

图5是表示第2音色信号生成部28的结构的框图。第2音色信号生成部28针对副基频f2生成三个频率分量S2c、S2d、S2e。而且，第2音色信号生成部28将对频率分量S2c、S2d、S2e分别乘以增益后的各分量相加，生成第2音色信号S2。频率分量S2c是相对于副基频f2的c(＝1)次谐波分量。频率分量S2d是相对于副基频f2的d(＝α)次谐波分量。频率分量S2e是相对于副基频f2的e(＝α^2)次谐波分量。在α＝2的情况下，与第1音色信号S1的声音同样，能够使第2音色信号S2的声音成为协调的声音。

图6是表示第3音色信号生成部30的结构的框图。第3音色信号生成部30针对副基频f3生成三个频率分量S3c、S3d、S3e。而且，第3音色信号生成部30将对频率分量S3c、S3d、S3e分别乘以增益后的各分量相加，生成第3音色信号S3。频率分量S3c是相对于副基频f3的c(＝1)次谐波分量。频率分量S3d是相对于副基频f3的d(＝α)次谐波分量。频率分量S3e是相对于副基频f3的e(＝α^2)次谐波分量。在α＝2的情况下，与第1音色信号S1的声音同样，能够使第3音色信号S3的声音成为协调的声音。

图7是表示第4音色信号生成部32的结构的框图。第4音色信号生成部32针对副基频f4生成三个频率分量S4c、S4d、S4e。而且，第4音色信号生成部32将对频率分量S4c、S4d、S4e分别乘以增益后的各分量相加，生成第4音色信号S4。频率分量S4c是相对于副基频f4的c(＝1)次谐波分量。频率分量S4d是相对于副基频f4的d(＝α)次谐波分量。频率分量S4e是相对于副基频f4的e(＝α^2)次谐波分量。在α＝2的情况下，与第1音色信号S1的声音同样，能够使第4音色信号S4的声音成为协调的声音。

本实施方式的有源式音效发生装置10具有第1音色信号生成部26、第2音色信号生成部28、第3音色信号生成部30和第4音色信号生成部32这4个音色信号生成部。音色信号生成部的数量也可以不是四个。音色信号生成部的数量与由音色调整部24生成的副基频的数量相同即可。

在本实施方式的有源式音效发生装置10中，第1音色信号生成部26生成频率分量S1c、频率分量S1d和频率分量S1e这三个频率分量。第1音色信号生成部26也可以生成两个频率分量。第1音色信号生成部26也可以生成4个以上的频率分量。

另外，第2音色信号生成部28生成频率分量S2c、频率分量S2d和频率分量S2e这三个频率分量。第2音色信号生成部28也可以生成两个频率分量。第2音色信号生成部28也可以生成四个以上的频率分量。

另外，第3音色信号生成部30生成频率分量S3c、频率分量S3d和频率分量S3e这三个频率分量。第3音色信号生成部30也可以生成两个频率分量。第3音色信号生成部30也可以生成四个以上的频率分量。

另外，第4音色信号生成部32生成频率分量S4c、频率分量S4d和频率分量S4e这三个频率分量。第4音色信号生成部32也可以生成两个频率分量。第4音色信号生成部32也可以生成四个以上的频率分量。

音色信号增益调整部34调整分别与第1音色信号S1、第2音色信号S2、第3音色信号S3和第4音色信号S4相乘的增益。下面，有时将第1音色信号S1的增益记载为增益1。有时将第2音色信号S2的增益记载为增益2。有时将第3音色信号S3的增益记载为增益3。有时将第4音色信号S4的增益记载为增益4。图8是增益1、增益2、增益3和增益4的映射图。如图8所示，增益1和增益3与车速v无关，是恒定的值。增益2是车速v越高则值越小。增益2的最大值等于增益1和增益3的值。增益4是车速v越高则值越大。增益4的最大值等于增益1和增益3的值。

据此，在车速v较低的情况下，从扬声器12输出的音效中较多地包含第1音色信号S1、第2音色信号S2和第3音色信号S3。第1音色信号S1的基频(副基频f1)、第2音色信号S2的基频(副基频f2)和第3音色信号S3的基频(副基频f3)的比例是r1：r2：r3＝1:1.25:1.5。据此，音效成为大和弦的明快的声音。

另一方面，在车速v较高的情况下，从扬声器12输出的音效中较多地包含第1音色信号S1、第4音色信号S4和第3音色信号S3。第1音色信号S1的基频(副基频f1)、第4音色信号S4的基频(副基频f4)和第3音色信号S3的基频(副基频f3)的比例是r1：r4：r3＝1:1.2:1.5。据此，音效成为小和旋的美妙的声音。

音效信号生成部36将第1音色信号S1'、第2音色信号S2'、第3音色信号S3'和第4音色信号S4'相加，生成音效信号S。第1音色信号S1'、第2音色信号S2'、第3音色信号S3'和第4音色信号S4'是与在音色信号增益调整部34中调节后的增益相乘之后的信号。

车速增益设定部38设定车速增益Gv。图9是车速增益映射图。在低车速区域中，车速增益Gv与车速v无关而为恒定值。在中车速区域和高车速区域中，车速增益Gv随着车速v的增大而呈线性增加。

加速器开度增益设定部40设定加速器开度增益Gθ。图10是加速器开度增益映射图。在加速器开度θ的小开度区域中，加速器开度增益Gθ与加速器开度θ无关而为恒定值。在加速器开度θ处于从中开度区域向大开度区域的区域时，加速器开度增益Gθ随着加速器开度θ的增大而呈线性增加。在加速器开度θ处于大开度区域时，加速器开度增益Gθ与加速器开度θ无关而为恒定值。

加速度增益设定部42设定加速度增益GΔa。图11是加速度增益映射图。在低加速度区域中，加速度增益GΔa与加速度Δa无关而为恒定值。在中加速度区域和高加速度区域中，加速度增益GΔa随着加速度Δa的增大而呈对数增加。

音效信号放大部44将音效信号S乘以增益G而作为音效信号S'输出。增益G利用车速增益Gv、加速器开度增益Gθ和加速度增益GΔa，通过下式求出。

G＝Gv×Gθ+GΔa

音效信号S'由未图示的数字-模拟转换器转换为模拟信号，并输出给扬声器12。从扬声器12向车厢内输出与音效信号S'对应的音效。

[作用效果]

在由有源式音效发生装置10的第1音色信号生成部26生成的第1音色信号S1中包含的作为频率分量的谐波是c次谐波、d次谐波和e次谐波。在由第2音色信号生成部28生成的第2音色信号S2中包含的作为频率分量的谐波为c次谐波、d次谐波和e次谐波。在由第3音色信号生成部30生成的第3音色信号S3中包含的作为频率分量的谐波为c次谐波、d次谐波和e次谐波。在由第4音色信号生成部32生成的第4音色信号S4中包含的作为频率分量的谐波是c次谐波、d次谐波和e次谐波。

d次谐波是c次谐波的α倍，e次谐波是d次谐波的α倍。即，第1音色信号S1、第2音色信号S2、第3音色信号S3和第4音色信号S4各自所包含的作为频率分量的谐波均相同。另外，谐波的比例也固定为α。为了使从扬声器12输出的音效成为协调的声音，大多设定为α＝2。因此，仅调整第1音色信号S1、第2音色信号S2、第3音色信号S3和第4音色信号S4的作为频率分量的谐波，则音效的音色调整的自由度低。其结果，无法按照车型生成特有的音效。另外，无法生成象征品牌的音效。

因此，在本实施方式的有源式音效发生装置10中，音色调整部24生成副基频f1、f2、f3、f4。通过将基频f0分别乘以音色设定系数r1、r2、r3、r4来生成副基频f1、f2、f3、f4。第1音色信号生成部26根据副基频f1生成第1音色信号S1。第2音色信号生成部28根据副基频f2生成第2音色信号S2。第3音色信号生成部30根据副基频f3生成第3音色信号S3。第4音色信号生成部32根据副基频f4生成第4音色信号S4。音效信号生成部36根据第1音色信号S1、第2音色信号S2、第3音色信号S3和第4音色信号S4，生成音效信号S。

据此，通过任意设定在音色调整部24中使用的音色设定系数r1、r2、r3、r4，能够实现任意音色的音效。

在本实施方式的有源式音效发生装置10中，第1音色信号生成部26生成的第1音色信号S1包含频率分量S1c、频率分量S1d和频率分量S1e。频率分量S1c是相对于副基频f1的c次谐波分量。频率分量S1d是相对于副基频f1的d次谐波分量。频率分量S1e是相对于副基频f1的e次谐波分量。d次谐波是c次谐波的α倍，e次谐波是d次谐波的α倍。通过使α＝2，能够使第1音色信号S1的声音成为协调的声音。

在本实施方式的有源式音效发生装置10中，第2音色信号生成部28生成的第2音色信号S2包含频率分量S2c、频率分量S2d和频率分量S2e。频率分量S2c是相对于副基频f2的c次谐波分量。频率分量S2d是相对于副基频f2的d次谐波分量。频率分量S2e是相对于副基频f2的e次谐波分量。d次谐波是c次谐波的α倍，e次谐波是d次谐波的α倍。通过使α＝2，能够使第2音色信号S2的声音成为协调的声音。

在本实施方式的有源式音效发生装置10中，第3音色信号生成部30生成的第3音色信号S3包含频率分量S3c、频率分量S3d和频率分量S3e。频率分量S3c是相对于副基频f3的c次谐波分量。频率分量S3d是相对于副基频f3的d次谐波分量。频率分量S3e是相对于副基频f3的e次谐波分量。d次谐波是c次谐波的α倍，e次谐波是d次谐波的α倍。通过使α＝2，能够使第3音色信号S3的声音成为协调的声音。

在本实施方式的有源式音效发生装置10中，第4音色信号生成部32生成的第4音色信号S4包含频率分量S4c、频率分量S4d和频率分量S4e。频率分量S4c是相对于副基频f4的c次谐波分量。频率分量S4d是相对于副基频f4的d次谐波分量。频率分量S4e是相对于副基频f4的e次谐波分量。d次谐波是c次谐波的α倍，e次谐波是d次谐波的α倍。通过使α＝2，能够使第4音色信号S4的声音成为协调的声音。

另外，在本实施方式中，在音色信号增益调整部34中，根据车速v调整与第1音色信号S1、第2音色信号S2、第3音色信号S3和第4音色信号S4相乘的增益。更具体而言，在本实施方式中，在音色信号增益调整部34中，以第2音色信号S2的增益为车速v越高则值越小、第4音色信号S4的增益为车速v越高则值越大的方式进行调整。据此，能够根据车速v切换音效的音色。

另外，在本实施方式中，基频设定部22将基频f0设定为随着车速v的增加而重复从下限频率Fmin呈指数函数增加到上限频率Fmax。据此，仅使用固定的频率区域内的频率的声音，就能够使扬声器12产生与车速v和加速度Δa对应的音效。

〔第2实施方式〕

在第1实施方式中，基频设定部22将基频f0设定为随着车速v的增加而呈指数函数增加。与此相对，基频设定部22也可以将基频f0设定为随着车速v的增加而呈线性增加。

图12是表示基频f0相对于车速v的曲线图。如图12所示，基频f0被设定为随着车速v的增加而呈线性增大。在车速v达到规定车速(v1、v2、v3…)的情况下，基频f0被设定为0。而且，基频f0被设定为随着车速v的增加而再次呈线性增大。

在本实施方式中，第1音色信号生成部26针对副基频f1生成三个频率分量S1c、S1d、S1e。而且，第1音色信号生成部26将对频率分量S1c、S1d、S1e分别乘以增益后的各分量相加，生成第1音色信号S1。频率分量S1c是相对于副基频f1的c次谐波分量。频率分量S1d是相对于副基频f1的d次谐波分量。频率分量S1e是相对于副基频f1的e次谐波分量。在本实施方式中，c次谐波是1次谐波，d次谐波是α次谐波，e次谐波是2α次谐波。

图13是表示相对于副基频f1的c次谐波频率、d次谐波频率、e次谐波频率相对于车速v的变化的曲线图。例如，d次谐波频率是c次谐波频率的α倍，e次谐波频率是c次谐波频率的2α倍。

〔其他实施方式〕

在第1实施方式中，有源式音效发生装置10具有第1音色信号生成部26、第2音色信号生成部28、第3音色信号生成部30和第4音色信号生成部32这四个音色信号生成部。在音色调整部24中生成的副基频f1、f2、f3、f4的数量为4个。即，音色信号生成部的数量等于副基频fm的数量。声音信号生成部的数量不限于4个，只要准备与副基频fm的数量对应数量的声音信号生成部即可。

另外，多个副基频fm中的一部分副基频fm也可以是彼此相同的频率。在这种情况下，根据相同频率的副基频fm来生成音色信号的音色信号生成部计数为一个。例如，在副基频f2和副基频f4为相同频率的情况下，将第2音色信号生成部28和第4音色信号生成部32这两个音色信号生成部的数量计数为一个。

[从实施方式获得的技术发明]

以下记载能够从上述实施方式掌握的技术发明。

本发明提供一种有源式音效发生装置(10)，其在车辆的车厢内产生音效，具有车速获取部(14)、基频设定部(22)、音色调整部(24)、音色信号生成部(26、28、30、32)和音效信号生成部(36)，其中，所述车速获取部(14)用于获取车速；所述基频设定部(22)用于设定基频，该基频的频率随着获取的所述车速而变化；所述音色调整部(24)将所述基频乘以系数来设定多个不同的副基频；所述音色信号生成部(26、28、30、32)与各个所述副基频对应设置，用于生成由作为谐波的多个频率分量构成的音色信号，其中所述作为谐波的多个频率分量通过将各个所述副基频乘以规定的值而得到；所述音效信号生成部(36)根据由各个所述音色信号生成部生成的所述音色信号来生成使扬声器(12)输出所述音效的音效信号。

本发明是一种有源式音效发生装置，也可以具有增益调整部(34)，该增益调整部(34)根据车速来设定与由各个所述音色信号生成部生成的所述音色信号对应的增益，且将各个所述音色信号乘以与所述音色信号对应的所述增益后将其输出。

本发明是一种有源式音效发生装置，增益调整部也可以将至少一个与所述音色信号对应的所述增益设定为车速越高则该增益越大，且将至少一个与所述音色信号对应的所述增益设定为车速越高则该增益越小。

本发明是一种有源式音效发生装置，所述基频设定部也可以构成为：将所述基频设定在下限频率和上限频率之间，将所述基频设定为使其随着所述车速的增加而使其从所述下限频率呈指数函数增大到所述上限频率，并且，将所述基频设定为当该基频达到所述上限频率时使其恢复至所述下限频率且随着所述车速的增加而使其重复从所述下限频率呈指数函数增大至所述上限频率。

Claims (4)

1.一种有源式音效发生装置(10)，其在车辆的车厢内产生音效，其特征在于，

具有车速获取部(14)、基频设定部(22)、音色调整部(24)、音色信号生成部(26、28、30、32)和音效信号生成部(36)，其中，

所述车速获取部(14)用于获取车速；

所述基频设定部(22)用于设定基频，该基频的频率随着获取的所述车速而变化；

所述音色调整部(24)将所述基频乘以系数来设定多个不同的副基频；

所述音色信号生成部(26、28、30、32)与各个所述副基频对应设置，用于生成由作为谐波的多个频率分量构成的音色信号，其中所述作为谐波的多个频率分量通过将各个所述副基频乘以规定的值而得到；

所述音效信号生成部(36)根据由各个所述音色信号生成部生成的所述音色信号来生成使扬声器输出所述音效的音效信号。

2.根据权利要求1所述的有源式音效发生装置，其特征在于，

具有增益调整部(34)，该增益调整部(34)根据车速来设定与由各个所述音色信号生成部生成的所述音色信号对应的增益，且将各个所述音色信号乘以与所述音色信号对应的所述增益后将其输出。

3.根据权利要求2所述的有源式音效发生装置，其特征在于，

增益调整部将至少一个与所述音色信号对应的所述增益设定为车速越高则该增益越大，且将至少一个与所述音色信号对应的所述增益设定为车速越高则该增益越小。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的有源式音效发生装置，其特征在于，

所述基频设定部构成为：

将所述基频设定在下限频率和上限频率之间，

将所述基频设定为使其随着所述车速的增加而从所述下限频率呈指数函数增大到所述上限频率，并且，

将所述基频设定为当该基频达到所述上限频率时使其恢复至所述下限频率且随着所述车速的增加而使其重复从所述下限频率呈指数函数增大至所述上限频率。

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