CN117351927A - 一种汽车加速声的合成方法、系统及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种汽车加速声的合成方法、系统及设备，涉及声音合成技术领域。数据采集模块在预设分贝值的环境中采集不同转速下车辆的原始噪声信号；低频信号合成模块对所述原始噪声信号进行低波滤通处理、确定阶次幅值和相位设定，得到合成低频信号；高频信号合成模块对原始噪声信号进行高波滤通处理、取绝对值处理和低波滤通处理，得到高频载波；将合成低频信号作为高频载波的调幅信号，得到合成高频信号；合成声信号输出模块将合成低频信号与合成高频信号进行合成，得到最终合成声信号。本发明降低了合成声与真实声的差异，提高了合成声的真实度。

Description

一种汽车加速声的合成方法、系统及设备
技术领域
本发明涉及声音合成技术领域，特别是涉及一种汽车加速声的合成方法、系统及设备。
背景技术
为了保障行人安全，电动汽车需要在低速时配备类似燃油车的声音，一些汽车通过额外增加声浪以满足驾驶者的听觉需求。在虚拟驾驶和游戏领域，声音合成技术是也必不可少的。声音的合成技术可以分为物理建模和样本拼接两大种类。物理建模方式是建立声源的物理模型，模型精度直接影响了合成声的真实度，合成声与真实声的差异较大。样本拼接方式通过采集各种工况下真实的噪声样本，根据周围环境的变化选择不同样本进行播放或者调节样本的播放速度，但难以合成快速变化的声音，样本数量庞大。尤其是高频噪声部分，作为宽带调幅噪声，若采用随机噪声进行模拟，与真实噪声差异大，若进行分频段滤波，分解复杂，合成难度大。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种汽车加速声的合成方法、系统及设备，降低了合成声与真实声的差异，提高了合成声的真实度。
为实现上述目的，本发明实施例提供了如下方案：
一种汽车加速声的合成系统，包括：
数据采集模块，用于在预设分贝值的环境中采集不同转速下车辆的原始噪声信号；
低频信号合成模块，与所述数据采集模块连接，用于对所述原始噪声信号进行低波滤通处理、确定阶次幅值和相位设定，得到合成低频信号；
高频信号合成模块，分别与所述数据采集模块和所述低频信号合成模块连接，用于：
对所述原始噪声信号进行高波滤通处理、取绝对值处理和低波滤通处理，得到高频载波；
将所述合成低频信号作为所述高频载波的调幅信号，得到合成高频信号；
合成声信号输出模块，分别与所述低频信号合成模块和所述高频信号合成模块连接，用于将所述合成低频信号与所述合成高频信号进行合成，得到最终合成声信号。
可选地，所述低频信号合成模块具体包括：
低通滤波单元，与所述数据采集模块连接，用于对所述原始噪声信号进行低通滤波，得到第一次低通滤波后的噪声信号；
阶次幅值计算单元，与所述低通滤波单元连接，用于对所述第一次低通滤波后的噪声信号进行频谱分析，并根据转速找出基频及其对应阶次，得到各阶次的幅值；
相位设定单元，与所述阶次幅值计算单元连接，用于对每一阶次的噪声信号的正弦信号、频率、幅值、相位进行调节，得到任一阶次的正弦波信号；
低频信号合成单元，与所述相位设定单元连接，用于将任一阶次的正弦波信号相加，得到所述合成低频信号。
可选地，所述各阶次的幅值计算公式为：
f＝N*n/120；
其中，N是车辆发动机缸数，n为转速。
可选地，所述高频信号合成模块具体包括：
高通滤波单元，与所述数据采集模块连接，用于对所述原始噪声信号进行高通滤波，得到高通滤波后的噪声信号；
取绝对值单元，与所述高通滤波单元连接，用于对所述高通滤波后的噪声信号取绝对值，得到绝对值噪声信号；
第二低通滤波单元，与所述取绝对值单元连接，用于对所述绝对值噪声信号进行第二次低通滤波，得到第二次低通滤波后的噪声信号；
高频载波单元，分别与所述取绝对值单元和所述第二低通滤波单元连接，用于将所述绝对值噪声信号除以所述第二次低通滤波后的噪声信号，得到所述高频载波；所述高频载波为高频段的宽带噪声信号；
高频信号合成单元，分别与所述低频信号合成单元和所述高频载波单元连接，用于将所述合成低频信号作为所述高频载波的调幅信号，得到所述合成高频信号。
可选地，由全部阶次的正弦波信号组成的汽车噪声模型如下：
k＝0.5,1,2,3…；
其中，所述任一阶次的正弦波信号包括：低频阶次噪声和高频调幅噪声；ω0为基频，k为阶次；为低频阶次噪声，n(t)为高频调幅噪声。
可选地，当车辆的速发生变化时，根据变化后的发动机转速计算低频段的基频及其对应阶次，根据预设的低频段阶次幅值表确定各阶次新的幅值；
获取当前各阶次的最后相位，并将所述最后相位作为变化后的发动机转速下的新相位，得到变化后的发动机转速的合成低频信号。
为实现上述目的，本发明实施例还提供了如下方案：
一种汽车加速声的合成方法，包括：
在预设分贝值的环境中采集不同转速下车辆的原始噪声信号；
对所述原始噪声信号进行低波滤通处理、确定阶次幅值和相位设定，得到合成低频信号；
对所述原始噪声信号进行高波滤通处理、取绝对值处理和低波滤通处理，得到高频载波；
将所述合成低频信号作为所述高频载波的调幅信号，得到合成高频信号；
将所述合成低频信号与所述合成高频信号进行合成，得到最终合成声信号。
一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的汽车加速声的合成方法。
一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现所述的汽车加速声的合成方法。
在本发明实施例中，合成声汽车噪声模型建模难度低，样本数量小，便于后期调整。由于人耳对于低频声的相位更加敏感，本发明实施例保留了低频段的相位特征，并且根据不同转速下发动机各阶次相位关系仍保持不变的特点，以某一转速下的相位作为各转速下的相位，降低了低频噪声的合成复杂度。
由于人耳对于高频声的频谱特征和幅度调制敏感，本发明实施例提取了高频段的整体宽带噪声信号，完整保留了高频段的频谱特征，也避免了现有的算法对高频段多次滤波带来的计算复杂度和频谱特征破坏。由于高频声主要受低频阶次调制，本发明实施例以低频阶次信号作为高频的幅度调制信号，降低了计算量。
与现有技术对比，本发明实施例依据人耳的听觉特性，在保留汽车主要噪声特征的基础上，充分利用了各转速下的共有声特征，简化了汽车噪声模型和合成方法，并设置了合成声调整参数，适合于车速快速变化时的汽车噪声合成。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的汽车加速声的合成系统的详细结构图；
图2为本发明实施例提供的汽车加速声的合成方法的流程示意图；
图3为本发明实施例提供的汽车加速声的合成方法的详细流程示意图。
符号说明：
数据采集模块-1，低频信号合成模块-2，高频信号合成模块-3，合成声信号输出模块-4。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种汽车加速声的合成方法、系统及设备，以解决现有的合成声与真实声的差异大，合成声的真实度低的问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1示出了上述一种汽车加速声的合成系统的一种示例性结构。下面对各模块进行详细介绍。
数据采集模块1用于在预设分贝值的环境中采集不同转速下车辆的原始噪声信号；
在一个示例中，数据采集模块1在安静的环境下采集燃油车不同转速下噪声，在任一较低转速下采集燃油车噪声，如发动机1200转。
不同转速是指怠速到0-6000转，可设定为每100转采集一次，实际上是踩下加速踏板，让转速迅速从怠速到6000转，然后将采集的噪声按转速切片处理。
低频信号合成模块2与所述数据采集模块1连接，低频信号合成模块2用于对所述原始噪声信号进行低波滤通处理、确定阶次幅值和相位设定，得到合成低频信号；
所述低频信号合成模块2具体包括：
低通滤波单元与所述数据采集模块1连接，低通滤波单元用于对所述原始噪声信号进行低通滤波，得到第一次低通滤波后的噪声信号；
在一个示例中，对各转速下的原始噪声信号进行低通滤波，滤波截止频率为1000Hz。
阶次幅值计算单元与所述低通滤波单元连接，阶次幅值计算单元用于对所述第一次低通滤波后的噪声信号进行频谱分析，并根据转速找出基频及其对应阶次，得到各阶次的幅值；
在一个示例中，对第一次低通滤波后的噪声信号进行频谱分析，根据转速找出基频及其阶次，并在频谱图上确定各阶次的幅值；
相位设定单元与所述阶次幅值计算单元连接，相位设定单元用于对每一阶次的噪声信号的正弦信号、频率、幅值、相位进行调节，得到任一阶次的正弦波信号；
在一个示例中，对于每一阶次，设置一个正弦信号发生器和频率、幅值、相位调节装置；以某一转速(如1200转)和加速踏板开度(如30％)下的各阶次相位作为各阶次的初始相位；
根据各阶次的幅值表，获取当前转速下该阶次的频率和幅值；根据上述获得的初始相位、频率和幅值，产生各阶次的正弦波信号。
低频信号合成单元与所述相位设定单元连接，低频信号合成单元用于将任一阶次的正弦波信号相加，得到所述合成低频信号。
所述各阶次的幅值计算公式为：
f＝N*n/120；
其中，N是车辆发动机缸数，n为转速。阶次即汽车噪声模型中的k值，根据发动机噪声频谱特征，阶次一般取到3即可，超过5阶基本被噪声淹没了。建立不同转速下的各阶次幅值表；
由全部阶次的正弦波信号组成的汽车噪声模型如下：
k＝0.5,1,2,3…；
其中，所述任一阶次的正弦波信号包括：低频阶次噪声和高频调幅噪声；ω0为基频，k为阶次；为低频阶次噪声，n(t)为高频调幅噪声。
当车辆的速发生变化时，根据变化后的发动机转速计算低频段的基频及其对应阶次，根据预设的低频段阶次幅值表确定各阶次新的幅值；
获取当前各阶次的最后相位，并将所述最后相位作为变化后的发动机转速下的新相位，得到变化后的发动机转速的合成低频信号。
在一个示例中，当车速发生变化时，根据此时新的发动机转速计算低频段的阶次频率，根据已存储的低频段阶次幅值表确定各阶次新的幅值，获取当前各阶次的最后相位，并以此作为新转速下的相位，生产新转速下的合成低频信号。
高频信号合成模块3分别与所述数据采集模块1和所述低频信号合成模块2连接，高频信号合成模块3用于：
对所述原始噪声信号进行高波滤通处理、取绝对值处理和低波滤通处理，得到高频载波；
将所述合成低频信号作为所述高频载波的调幅信号，得到合成高频信号；
所述高频信号合成模块3具体包括：
高通滤波单元与所述数据采集模块1连接，高通滤波单元用于对所述原始噪声信号进行高通滤波，得到高通滤波后的噪声信号；
在一个示例中，对低转速下采集的燃油车噪声进行高通滤波(例如滤波频率为1000Hz)。
取绝对值单元与所述高通滤波单元连接，取绝对值单元用于对所述高通滤波后的噪声信号取绝对值，得到绝对值噪声信号；
第二低通滤波单元与所述取绝对值单元连接，第二低通滤波单元用于对所述绝对值噪声信号进行第二次低通滤波，得到第二次低通滤波后的噪声信号；滤波频率同为1000Hz。
高频载波单元分别与所述取绝对值单元和所述第二低通滤波单元连接，高频载波单元用于将所述绝对值噪声信号除以所述第二次低通滤波后的噪声信号，得到所述高频载波；所述高频载波为高频段的宽带噪声信号；此信号仅需获取一次即可。
高频信号合成单元分别与所述低频信号合成单元和所述高频载波单元连接，高频信号合成单元用于将所述合成低频信号作为所述高频载波的调幅信号，得到所述合成高频信号。
合成声信号输出模块4分别与所述低频信号合成模块2和所述高频信号合成模块3连接，合成声信号输出模块4用于将所述合成低频信号与所述合成高频信号进行合成，将所述合成低频信号与所述合成高频信号相加，得到最终合成声信号。
综上所述，在本发明实施例中，合成声汽车噪声模型建模难度低，样本数量小，便于后期调整。由于人耳对于低频声的相位更加敏感，本发明实施例保留了低频段的相位特征，并且根据不同转速下发动机各阶次相位关系仍保持不变的特点，以某一转速下的相位作为各转速下的相位，降低了低频噪声的合成复杂度。
由于人耳对于高频声的频谱特征和幅度调制敏感，本发明实施例提取了高频段的整体宽带噪声信号，完整保留了高频段的频谱特征，也避免了现有的算法对高频段多次滤波带来的计算复杂度和频谱特征破坏。由于高频声主要受低频阶次调制，本发明实施例以低频阶次信号作为高频的幅度调制信号，降低了计算量。
与现有技术对比，本发明实施例依据人耳的听觉特性，在保留汽车主要噪声特征的基础上，充分利用了各转速下的共有声特征，简化了汽车噪声模型和合成方法，并设置了合成声调整参数，适合于车速快速变化时的汽车噪声合成。
为实现上述目的，本发明实施例还提供了如下方案：
一种汽车加速声的合成方法，请参见图2和图3，包括：
步骤S1：在预设分贝值的环境中采集不同转速下车辆的原始噪声信号。
步骤S2：对所述原始噪声信号进行低波滤通处理、确定阶次幅值和相位设定，得到合成低频信号；
步骤S3：对所述原始噪声信号进行高波滤通处理、取绝对值处理和低波滤通处理，得到高频载波；
步骤S4：将所述合成低频信号作为所述高频载波的调幅信号，得到合成高频信号；
步骤S5：将所述合成低频信号与所述合成高频信号进行合成，得到最终合成声信号。
进一步地，本发明还提供一种电子设备，该电子设备可以包括：处理器、通信接口、存储器和通信总线。其中，处理器、通信接口、存储器通过通信总线完成相互间的通信。处理器可以调用存储器中的计算机程序，以执行所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的汽车加速声的合成方法。
此外，上述的存储器中的计算机程序通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器、随机存取存储器、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
进一步地，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现所述的汽车加速声的合成方法。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明实施例的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明实施例的限制。

Claims (9)

1.一种汽车加速声的合成系统，其特征在于，包括：
数据采集模块，用于在预设分贝值的环境中采集不同转速下车辆的原始噪声信号；
低频信号合成模块，与所述数据采集模块连接，用于对所述原始噪声信号进行低波滤通处理、确定阶次幅值和相位设定，得到合成低频信号；
高频信号合成模块，分别与所述数据采集模块和所述低频信号合成模块连接，用于：
对所述原始噪声信号进行高波滤通处理、取绝对值处理和低波滤通处理，得到高频载波；
将所述合成低频信号作为所述高频载波的调幅信号，得到合成高频信号；
合成声信号输出模块，分别与所述低频信号合成模块和所述高频信号合成模块连接，用于将所述合成低频信号与所述合成高频信号进行合成，得到最终合成声信号。
2.根据权利要求1所述的汽车加速声的合成系统，其特征在于，所述低频信号合成模块具体包括：
低通滤波单元，与所述数据采集模块连接，用于对所述原始噪声信号进行低通滤波，得到第一次低通滤波后的噪声信号；
阶次幅值计算单元，与所述低通滤波单元连接，用于对所述第一次低通滤波后的噪声信号进行频谱分析，并根据转速找出基频及其对应阶次，得到各阶次的幅值；
相位设定单元，与所述阶次幅值计算单元连接，用于对每一阶次的噪声信号的正弦信号、频率、幅值、相位进行调节，得到任一阶次的正弦波信号；
低频信号合成单元，与所述相位设定单元连接，用于将任一阶次的正弦波信号相加，得到所述合成低频信号。
3.根据权利要求2所述的汽车加速声的合成系统，其特征在于，所述各阶次的幅值计算公式为：
f＝N*n/120；
其中，N是车辆发动机缸数，n为转速。
4.根据权利要求2所述的汽车加速声的合成系统，其特征在于，所述高频信号合成模块具体包括：
高通滤波单元，与所述数据采集模块连接，用于对所述原始噪声信号进行高通滤波，得到高通滤波后的噪声信号；
取绝对值单元，与所述高通滤波单元连接，用于对所述高通滤波后的噪声信号取绝对值，得到绝对值噪声信号；
第二低通滤波单元，与所述取绝对值单元连接，用于对所述绝对值噪声信号进行第二次低通滤波，得到第二次低通滤波后的噪声信号；
高频载波单元，分别与所述取绝对值单元和所述第二低通滤波单元连接，用于将所述绝对值噪声信号除以所述第二次低通滤波后的噪声信号，得到所述高频载波；所述高频载波为高频段的宽带噪声信号；
高频信号合成单元，分别与所述低频信号合成单元和所述高频载波单元连接，用于将所述合成低频信号作为所述高频载波的调幅信号，得到所述合成高频信号。
5.根据权利要求2所述的汽车加速声的合成系统，其特征在于，由全部阶次的正弦波信号组成的汽车噪声模型如下：
k＝0.5，1，2，3...；
其中，所述任一阶次的正弦波信号包括：低频阶次噪声和高频调幅噪声；ω0为基频，k为阶次；为低频阶次噪声，n(t)为高频调幅噪声。
6.根据权利要求2所述的汽车加速声的合成系统，其特征在于，当车辆的速发生变化时，根据变化后的发动机转速计算低频段的基频及其对应阶次，根据预设的低频段阶次幅值表确定各阶次新的幅值；
获取当前各阶次的最后相位，并将所述最后相位作为变化后的发动机转速下的新相位，得到变化后的发动机转速的合成低频信号。
7.一种汽车加速声的合成方法，其特征在于，包括：
在预设分贝值的环境中采集不同转速下车辆的原始噪声信号；
对所述原始噪声信号进行低波滤通处理、确定阶次幅值和相位设定，得到合成低频信号；
对所述原始噪声信号进行高波滤通处理、取绝对值处理和低波滤通处理，得到高频载波；
将所述合成低频信号作为所述高频载波的调幅信号，得到合成高频信号；
将所述合成低频信号与所述合成高频信号进行合成，得到最终合成声信号。
8.一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求7中所述的汽车加速声的合成方法。
9.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被执行时实现如权利要求7所述的汽车加速声的合成方法。
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