EP1403850A1 - Methods for producing and using a sound effects library representing the sound characteristics of a motor vehicle, devices therefor - Google Patents
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- EP1403850A1 EP1403850A1 EP03292384A EP03292384A EP1403850A1 EP 1403850 A1 EP1403850 A1 EP 1403850A1 EP 03292384 A EP03292384 A EP 03292384A EP 03292384 A EP03292384 A EP 03292384A EP 1403850 A1 EP1403850 A1 EP 1403850A1
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- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G10K15/00—Acoustics not otherwise provided for
- G10K15/02—Synthesis of acoustic waves
Abstract
Description
L'invention concerne des procédés d'élaboration et de restitution d'une sonothèque représentant des caractéristiques acoustiques de véhicule automobile sous forme de séquences de sons. Elle a des applications dans le domaine de l'automobile et des loisirs par simulation des sons d'un moteur ou autres éléments d'une automobile. Un dispositif pour mise en oeuvre est également revendiqué.The invention relates to methods for developing and restoring a sound library representing acoustic characteristics of a motor vehicle in the form of sound sequences. It has applications in the automotive and leisure fields by simulating the sounds of an engine or other elements of an automobile. A device for implementation is also claimed.
L'essence de l'invention est de simuler à l'intérieur de l'habitacle d'un véhicule automobile le son d'un moteur et/ou d'autres organes dont notamment, les freins, l'échappement, d'un autre type de véhicule et de préférence d'un véhicule prestigieux ou original. Ainsi, le conducteur à bord de son véhicule aura l'impression de se trouver à l'intérieur d'une Ferrari® ou de tout autre type de véhicule pouvant l'intéresser. Afin de renforcer l'impression subjective, la simulation est effectuée en fonction de l'état de fonctionnement réel du moteur. Elle peut également être mise en oeuvre sur ou dans d'autres types de véhicules qu'une voiture et, par exemple, un camion, un bus, une motocyclette.The essence of the invention is to simulate inside the passenger compartment of a motor vehicle the sound of an engine and / or other members including in particular, the brakes, the exhaust, of another type of vehicle and preferably a prestigious or original vehicle. Thus, the driver on board his vehicle will have the impression of being inside a Ferrari® or any other type of vehicle that may interest him. In order to reinforce the subjective impression, the simulation is carried out according to the actual operating state of the engine. It can also be implemented on or in other types of vehicles than a car and, for example, a truck, a bus, a motorcycle.
On connaît des dispositifs destinés à la simulation de sons de moteurs dans un habitacle de voiture. En particulier le brevet US 6.356.185 divulgue un dispositif numérique à filtre programmable en fonction de la charge du moteur. On connaît également par la demande WO 01/33543 des procédés et dispositifs pour élaboration et utilisation d'une sonothèque dans le but de générer des sons en fonction des conditions d'utilisation du moteur, une synthèse sonore y est mise en oeuvre.Devices are known for simulating engine sounds in a car interior. In particular, US Pat. No. 6,356,185 discloses a digital device with a programmable filter as a function of the engine load. Also known from application WO 01/33543 are methods and devices for developing and using a sound library with the aim of generating sounds according to the conditions of use of the engine, a sound synthesis is implemented there.
La présente invention propose une alternative à ces dispositifs connus dans laquelle on utilise des sons qui sont traités avant d'être enregistrés dans le dispositif. Ces sons sont choisis en fonction des conditions de fonctionnement du moteur, notamment la fréquence de rotation, celle-ci permettant également l'activation ou la mise en veille du dispositif.The present invention provides an alternative to these known devices in which sounds are used which are processed before being recorded in the device. These sounds are chosen according to the operating conditions of the motor, in particular the frequency of rotation, this also allowing the activation or the putting on standby of the device.
De plus, dans l'invention, un traitement particulier du son à l'enregistrement permet de réduire la quantité de données à stocker en mémoire contrairement aux dispositifs dans lesquels les sons sont enregistrés bruts ou avec un simple filtrage. Avec la même quantité de mémoire on peut disposer de plus de possibilités de simulation. Ce traitement nécessite des calculs à la restitution. Toutefois ces calculs sont simplifiés et réduits par rapport aux procédés mettant en oeuvre une synthèse.In addition, in the invention, a specific processing of the recording sound makes it possible to reduce the amount of data to be stored in memory unlike the devices in which the sounds are recorded raw or with simple filtering. With the same amount of memory, more simulation possibilities are available. This treatment requires calculations upon return. However, these calculations are simplified and reduced compared to the methods implementing a synthesis.
L'invention concerne donc un procédé d'élaboration d'une sonothèque représentant les caractéristiques acoustiques de séquences de sons enregistrés d'au moins un véhicule de référence à moteur, chaque séquence correspondant à des conditions de fonctionnement du véhicule de référence, les conditions de fonctionnement étant définies par au moins un paramètre de fonctionnement, les sons enregistrés étant destinés à être restitués ultérieurement sur un engin à moteur par sélection en fonction des conditions de fonctionnement de l'engin à moteur sur lequel à lieu la restitution, au moins un des paramètres étant la fréquence de rotation du moteur.The invention therefore relates to a method of developing a sound library representing the acoustic characteristics of sequences of sounds recorded from at least one reference motor vehicle, each sequence corresponding to operating conditions of the reference vehicle, the conditions of being defined by at least one operating parameter, the recorded sounds being intended to be reproduced later on a motor vehicle by selection as a function of the operating conditions of the motor vehicle on which the reproduction takes place, at least one of the parameters being the frequency of rotation of the motor.
Selon l'invention de procédé, lors de l'élaboration de la sonothèque :
- on enregistre sous forme de données numériques par numérisation à une fréquence d'échantillonnage Fe des séquences de sons correspondant à des paramètres de fonctionnement, lesdits paramètres de fonctionnement étant enregistrés parallèlement,
- on effectue une analyse fréquentielle de chacune desdites séquences afin de déterminer la fréquence fondamentale de chacune des séquences,
- on détermine une fréquence de référence F0 à partir des fréquences fondamentales des séquences,
- on effectue une transposition fréquentielle sur chacune des séquences enregistrées afin qu'elles aient toutes la même fréquence fondamentale sensiblement égale à la fréquence de référence F0 afin de former la sonothèque.
- sequences of sounds corresponding to operating parameters are recorded in the form of digital data by digitization at a sampling frequency Fe, said operating parameters being recorded in parallel,
- a frequency analysis of each of said sequences is carried out in order to determine the fundamental frequency of each of the sequences,
- a reference frequency F 0 is determined from the fundamental frequencies of the sequences,
- we carry out a frequency transposition on each of the recorded sequences so that they all have the same fundamental frequency substantially equal to the reference frequency F 0 in order to form the sound library.
Dans divers modes de mises en oeuvre de l'invention de procédé d'élaboration d'une sonothèque, les moyens suivants utilisés seuls ou selon toutes leurs combinaisons techniquement possibles sont employés :
- avant enregistrement ou après enregistrement, on fait passer les sons à travers un filtre passe bande,
- le filtre passe bande est destiné, d'une part, à éliminer les composantes fréquentielles trop élevées par rapport à la fréquence d'échantillonnage pour numérisation, la fréquence de coupure de la partie passe bas correspondant sensiblement à la moitié ou moins de la fréquence d'échantillonnage, d'autre part, par la partie passe haut à éliminer les composantes fréquentielles trop basses ne pouvant être restituées par un moyen d'amplification et de restitution acoustique,
- l'état de fonctionnement est évalué par un ou plusieurs dès paramètres suivants :
- démarreur enclenché ou non,
- la position C de la pédale d'accélération,
- la fréquence de rotation R du moteur,
- la dépression à l'admission,
- la vitesse enclenchée de la boite de vitesse,
- la position de la pédale de frein,
- l'accélération ou la décélération avant/arrière mesurée par un capteur,
- la rotation du volant,
- l'accélération ou la décélération latérale mesurée par un capteur,
- les sons sont choisis parmi les types sources suivants :
- les sons du véhicule de référence en général,
- les sons du moteur du véhicule de référence,
- les sons de la transmission du véhicule de référence,
- les sons de freinage du véhicule de référence,
- les sons de roulement, notamment crissement des pneus, du véhicule, de référence
- les sons d'échappement du véhicule de référence, un paramètre de type de son étant en outre enregistré,
- les sons de types sources différents ont une même fréquence de référence F0 commune,
- on enregistre des sons provenant de plusieurs types de véhicules de référence, un paramètre de type de véhicule étant en outre enregistré,
- l'analyse fréquentielle est réalisée sur une courbe fréquentielle obtenue par une transformée de Fourier rapide (FFT) des sons numérisés enregistrés, la fréquence fondamentale correspondant au sommet principal de ladite courbe,
- en outre, on découpe chaque séquence en blocs, chaque bloc comportant Ne échantillons et étant d'une durée Te réduite par rapport à la durée totale de la séquence correspondante, Te = Ne / Fe, et on effectue l'analyse fréquentielle et la transposition sur chaque bloc de façon à ce que le procédé corresponde aux étapes suivantes :
- on enregistre sous forme de données numériques à une fréquence d'échantillonnage Fe les séquences de sons correspondant à des paramètres de fonctionnement, lesdits paramètres de fonctionnement étant enregistrés parallèlement,
- on découpe chaque séquence en n blocs séquentiels, chaque bloc comportant Ne échantillons pour une durée Te = Ne/Fe,
- on effectue une analyse fréquentielle de chacun desdits blocs afin de déterminer la fréquence fondamentale de chacun des blocs,
- on détermine une fréquence de référence F0 à partir des fréquences fondamentales des blocs,
- on effectue une transposition fréquentielle sur chacun des blocs enregistrées afin qu'ils aient tous la même fréquence fondamentale sensiblement égale à la fréquence de référence F0,
- le nombre n de blocs pour une séquence est supérieur ou égal à 1 et préférentiellement compris entre 1 et 5,
- la fréquence de référence F0 des blocs est commune aux blocs d'une séquence donnée, différentes séquences pouvant avoir pour leurs blocs respectifs des fréquences de référence F0 différentes,
- de préférence, la fréquence de référence F0 des blocs est commune à tous les blocs de toutes les séquences, différentes séquences ayant pour leurs blocs respectifs des fréquences de référence F0 identiques,
- la fréquence de référence F0 est calculée par une moyenne des fréquences fondamentales de chacune des séquences ou blocs respectivement,
- la fréquence de référence F0 est calculée par prise du minimum des fréquences fondamentales de chacune des séquences ou blocs respectivement,
- la fréquence de référence F0 est calculée par prise du maximum des fréquences fondamentales de chacune des séquences ou blocs respectivement,
- la fréquence d'échantillonnage est supérieure ou égale à 32KHZ et de préférence égale à 44,1KHz,
- on utilise une résolution de numérisation d'au moins 14bits et de préférence 16bits,
- on stocke la sonothèque dans une mémoire électronique du type circuit intégré.
- before recording or after recording, the sounds are passed through a bandpass filter,
- the band pass filter is intended, on the one hand, to eliminate the frequency components which are too high compared to the sampling frequency for digitization, the cut-off frequency of the low pass part corresponding substantially to half or less of the frequency d 'sampling, on the other hand, by the high pass part to eliminate the too low frequency components which cannot be restored by an acoustic amplification and restitution means,
- the operating state is evaluated by one or more of the following parameters:
- starter engaged or not,
- position C of the accelerator pedal,
- the frequency of rotation R of the motor,
- depression on admission,
- the gearbox engaged speed,
- the position of the brake pedal,
- the forward / backward acceleration or deceleration measured by a sensor,
- the rotation of the steering wheel,
- lateral acceleration or deceleration measured by a sensor,
- the sounds are chosen from the following source types:
- the sounds of the reference vehicle in general,
- the sounds of the engine of the reference vehicle,
- the transmission sounds of the reference vehicle,
- the braking sounds of the reference vehicle,
- rolling sounds, especially screeching tires, vehicle, reference
- the exhaust sounds of the reference vehicle, a sound type parameter being also recorded,
- the sounds of different source types have the same common reference frequency F 0 ,
- sounds from several types of reference vehicles are recorded, a vehicle type parameter also being recorded,
- the frequency analysis is carried out on a frequency curve obtained by a fast Fourier transform (FFT) of the digitized sounds recorded, the fundamental frequency corresponding to the main vertex of said curve,
- in addition, each sequence is cut into blocks, each block comprising Ne samples and being of a duration Te reduced compared to the total duration of the corresponding sequence, Te = Ne / Fe, and the frequency analysis and the transposition are carried out on each block so that the process corresponds to the following steps:
- the sequences of sounds corresponding to operating parameters are recorded in the form of digital data at a sampling frequency Fe, said operating parameters being recorded in parallel,
- each sequence is divided into n sequential blocks, each block comprising Ne samples for a duration Te = Ne / Fe,
- a frequency analysis of each of said blocks is carried out in order to determine the fundamental frequency of each of the blocks,
- a reference frequency F 0 is determined from the fundamental frequencies of the blocks,
- a frequency transposition is carried out on each of the recorded blocks so that they all have the same fundamental frequency substantially equal to the reference frequency F 0 ,
- the number n of blocks for a sequence is greater than or equal to 1 and preferably between 1 and 5,
- the reference frequency F 0 of the blocks is common to the blocks of a given sequence, different sequences possibly having different reference frequencies F 0 for their respective blocks,
- preferably, the reference frequency F 0 of the blocks is common to all the blocks of all the sequences, different sequences having for their respective blocks identical reference frequencies F 0 ,
- the reference frequency F 0 is calculated by an average of the fundamental frequencies of each of the sequences or blocks respectively,
- the reference frequency F 0 is calculated by taking the minimum of the fundamental frequencies of each of the sequences or blocks respectively,
- the reference frequency F 0 is calculated by taking the maximum of the fundamental frequencies of each of the sequences or blocks respectively,
- the sampling frequency is greater than or equal to 32KHZ and preferably equal to 44.1KHz,
- a scanning resolution of at least 14 bits and preferably 16 bits is used,
- the sound library is stored in an electronic memory of the integrated circuit type.
On comprend que l'enregistrement en parallèle des paramètres correspondants aux conditions de fonctionnement est destiné à permettre ultérieurement la sélection des sons en fonction des conditions de fonctionnement du moteur sur lequel a lieu la restitution. Si cet enregistrement des paramètres peut être continu, de préférence, pour la restitution on associe à chaque séquence ou bloc un nombre minimal de valeurs de paramètre, notamment dans le cas de blocs, on ne stocke qu'une valeur de paramètre pour chaque paramètre du bloc définissant les conditions de fonctionnement, ceci afin de réduire la quantité d'information associée à chaque séquence ou bloc de sons. Par exemple, en mémoire, dans un premier ensemble de données stockées, le répertoire, on dispose pour chaque séquence ou bloc, des valeurs des paramètres et des adresses (adresse physique ou symbolique : nom de fichier par exemple) de début et de fin de la séquence ou bloc (on peut aussi disposer de l'adresse de début et de la taille), les autres ensembles de données stockées, les fichiers sons, correspondant à des séquences ou blocs de sons. Ainsi, pour la restitution, le dispositif détermine la condition courante de fonctionnement, recherche dans le répertoire une correspondance qui lui permettra de déterminer l'adresse des données de sons. En outre, des données concernant les transpositions de fréquence et de changement d'échelle des paramètres sont stockées afin que le dispositif de restitution puisse calculer correctement les conditions de restitution.It is understood that the parallel recording of the parameters corresponding to the operating conditions is intended to subsequently allow the selection of sounds as a function of the operating conditions of the engine on which the restitution takes place. If this recording of the parameters can be continuous, preferably for the restitution, a minimum number of parameter values is associated with each sequence or block, in particular in the case of blocks, only one parameter value is stored for each parameter of the block defining the operating conditions, this in order to reduce the quantity of information associated with each sequence or block of sounds. For example, in memory, in a first set of stored data, the directory, we have for each sequence or block, the values of the parameters and addresses (physical or symbolic address: file name for example) of start and end of the sequence or block (you can also have the start address and the size), the other stored data sets, the sound files, corresponding to sequences or blocks of sounds. Thus, for the reproduction, the device determines the current operating condition, searches the directory for a correspondence which will enable it to determine the address of the sound data. In addition, data concerning the frequency transpositions and of scaling of the parameters are stored so that the rendering device can correctly calculate the conditions of restitution.
les séquences de sons peuvent correspondre à des conditions de fonctionnement évolutives du véhicule de référence, par exemple un appui progressif sur la pédale d'accélération afin que le régime moteur monte au cours de la séquence. Dans un tel cas, le découpage en bloc est destiné à former des blocs qui, chacun en eux-même, correspondent à des conditions relativement stables des paramètres, par exemple 1 er bloc à 1000tours/mn, 2ème bloc à 1100tours/mn, 3ème à 1200tours/mn, etc. On pourra être amené à ne garder que certains blocs en fonction du pas de définition que l'on souhaite. Les séquences peuvent également correspondre à des conditions de fonctionnement stable. Dans tous les cas un bloc doit correspondre à des conditions de fonctionnement sensiblement stable.the sound sequences may correspond to changing operating conditions of the reference vehicle, for example a progressive depressing of the accelerator pedal so that the engine speed rises during the sequence. In such a case, the block cutting is intended to form blocks which, each in themselves, correspond to relatively stable conditions of the parameters, for example 1 st block at 1000 rpm, 2 nd block at 1100 rpm, 3 rd at 1200rpm, etc. We may have to keep only certain blocks depending on the definition step we want. The sequences can also correspond to stable operating conditions. In all cases, a block must correspond to substantially stable operating conditions.
Le choix de la fréquence de référence F0 permet d'optimiser le procédé selon notamment des objectifs de qualité de la reproduction.The choice of the reference frequency F 0 makes it possible to optimize the process according in particular to objectives of quality of reproduction.
L'invention concerne également un procédé de restitution de sons enregistrés d'une sonothèque selon l'une quelconque des caractéristiques précédentes prise isolément ou en combinaison, par sélection de sons numérisés enregistrés dont la fréquence fondamentale est sensiblement égale à la fréquence de référence F0, en fonction de conditions de fonctionnement d'un engin à moteur sur lequel à lieu la restitution, les conditions de fonctionnement étant définies par des paramètres de fonctionnement et au moins un des paramètres étant la fréquence de rotation dudit moteur.The invention also relates to a method for restoring recorded sounds from a sound library according to any one of the preceding characteristics taken individually or in combination, by selection of recorded digital sounds whose fundamental frequency is substantially equal to the reference frequency F 0 , as a function of operating conditions of a motor vehicle on which restitution takes place, the operating conditions being defined by operating parameters and at least one of the parameters being the frequency of rotation of said motor.
Selon le procédé de restitution, on détermine l'état de fonctionnement de l'engin à moteur par mesure d'au moins un paramètre de fonctionnement courant et en ce que pour chaque paramètre de fonctionnement considéré :
- on détermine une valeur théorique du paramètre de fonctionnement courant pour le véhicule de référence à partir de la mesure du paramètre de fonctionnement courant,
- on sélectionne les sons numérisés enregistrés dont le paramètre correspond à la valeur théorique,
- on calcule la fréquence fondamentale de restitution Fr des sons en fonction du paramètre de fonctionnement courant,
- on effectue un décalage fréquentiel des sons numérisés enregistrés sélectionnés afin qu'ils aient une fréquence fondamentale sensiblement égale à la fréquence fondamentale de restitution Fr, ledit décalage étant une interpolation ou décimation en fonction des valeurs respectives de la fréquence fondamentale de restitution Fr et de la fréquence de référence F0,
- on envoie l'ensemble des sons sélectionnés et décalés dans un moyen de conversion numérique analogique, d'amplification et de restitution acoustique.
- a theoretical value of the current operating parameter for the reference vehicle is determined from the measurement of the current operating parameter,
- we select the recorded digital sounds whose parameter corresponds to the theoretical value,
- the fundamental frequency of reproduction F r of the sounds is calculated as a function of the current operating parameter,
- a frequency shift is performed of the selected recorded digital sounds so that they have a fundamental frequency substantially equal to the fundamental frequency of restitution F r , said shift being an interpolation or decimation as a function of the respective values of the fundamental frequency of restitution F r and of the reference frequency F 0 ,
- all the sounds selected and shifted are sent in a digital analog conversion, amplification and acoustic reproduction means.
Dans divers modes de mises en oeuvre de l'invention de procédé d'élaboration d'une sonothèque, les moyens suivants utilisés seuls ou selon toutes leurs combinaisons techniquement possibles sont employés :
- on effectue un calcul de pondération sur les sons devant être restitués, la pondération dépendant des mesures des paramètres courants,
- la sélection des sons numérisés enregistrés comporte en outre une étape de calcul consistant à effectuer une combinaison pondérée de sons au cours de laquelle on associe des sons dont les paramètres sont voisins de la valeur théorique, (en pratique numériquement égaux ou proches)
- on calcule les coefficients de pondération,
- l'étape de calcul consiste à effectuer une combinaison pondérée de sons au cours de laquelle on associe des sons dont le paramètre est le plus proche inférieur ou égal à la valeur théorique avec des sons dont le paramètre est le plus proche supérieur ou égal à la valeur théorique,
- l'étape de calcul consiste à effectuer une interpolation pour la valeur théorique du paramètre à partir des sons enregistrés,
- on combine des sons de plusieurs types sources différents pour restitution,
- on utilise une sonothèque avec des sons numérisés enregistrés sous forme de séquences, les sons étant restitués par séquence, (ou bouclage de séquences)
- on utilise une sonothèque avec des sons numérisés enregistrés sous forme de séquences découpées en blocs, et pour chaque période de temps Te :
- on détermine l'état de fonctionnement de l'engin à moteur par mesure d'au moins un paramètre de fonctionnement courant et en ce que pour chaque paramètre de fonctionnement considéré :
- on détermine une valeur théorique du paramètre de fonctionnement courant pour le véhicule de référence à partir de la mesure du paramètre de fonctionnement courant,
- on sélectionne et calcule une combinaison pondérée de n blocs dont les paramètres sont voisins de la valeur théorique par calcul d'un jeu de n coefficients de pondération associés aux n blocs sélectionnés puis pondération de chacun des n blocs par son coefficient de pondération obtenu et sommation des blocs pondérés,
- on calcule la fréquence fondamentale de restitution Fr en fonction du paramètre de fonctionnement courant,
- on effectue un décalage fréquentiel de la combinaison pondérée afin qu'elle ait une fréquence fondamentale sensiblement égale à la fréquence fondamentale de restitution Fr, ledit décalage étant une interpolation ou décimation en fonction des valeurs respectives de la fréquence fondamentale de restitution Fr et de la fréquence de référence F0,
- on envoie la combinaison décalée dans un moyen de conversion numérique analogique, d'amplification et de restitution acoustique,
- la fréquence d'échantillonnage est supérieure ou égale à 32KHZ et de préférence égale à 44,1 KHz,
- on utilise une résolution de numérisation d'au moins 14bits et de préférence 16bits,
- on stocke la sonothèque dans une mémoire électronique du type circuit intégré,
- on amplifie les sons restitués et le moyen restitution acoustique des sons est l'équipement en haut-parleurs de l'engin à moteur dans lequel a lieu la restitution,
- en outre par un moyen de mise en veille; on mesure la fréquence de rotation du moteur et lorsque ladite fréquence devient inférieure à un seuil prédéterminé, on coupe l'alimentation électrique des moyens destinés à la restitution, et lorsque la fréquence repasse au-dessus dudit seuil, on rétablit l'alimentation électrique,
- lorsque la durée de la restitution est supérieure à la durée des sons sélectionnés, on boucle ladite restitution en recommençant la restitution au début des sons sélectionnés. (on boucle donc une séquence ou un ou des blocs, avant ou après transposition, notamment selon la disponibilité en mémoire de stockage des sons sélectionnés transposés)
- a weighting calculation is performed on the sounds to be reproduced, the weighting depending on the measurements of the current parameters,
- the selection of recorded digital sounds also includes a calculation step consisting of carrying out a weighted combination of sounds during which sounds whose parameters are close to the theoretical value are associated (in practice numerically equal or close)
- we calculate the weighting coefficients,
- the calculation step consists in carrying out a weighted combination of sounds during which we associate sounds whose parameter is closest less than or equal to the theoretical value with sounds whose parameter is closest greater than or equal to the theoretical value,
- the calculation step consists in performing an interpolation for the theoretical value of the parameter from the recorded sounds,
- we combine sounds from several different source types for playback,
- we use a sound library with digitized sounds recorded in the form of sequences, the sounds being reproduced by sequence, (or looping of sequences)
- a sound library is used with digitized sounds recorded in the form of sequences cut into blocks, and for each time period Te:
- the operating state of the motor vehicle is determined by measuring at least one parameter of current operation and in that for each operating parameter considered:
- a theoretical value of the current operating parameter for the reference vehicle is determined from the measurement of the current operating parameter,
- a weighted combination of n blocks is selected and calculated, the parameters of which are close to the theoretical value by calculating a set of n weighting coefficients associated with the n selected blocks then weighting of each of the n blocks by its weighting coefficient obtained and summation weighted blocks,
- the fundamental restitution frequency F r is calculated as a function of the current operating parameter,
- a frequency shift of the weighted combination is carried out so that it has a fundamental frequency substantially equal to the fundamental frequency of restitution F r , said shift being an interpolation or decimation as a function of the respective values of the fundamental frequency of restitution F r and of the reference frequency F 0 ,
- the offset combination is sent in a means of digital analog conversion, of acoustic amplification and restitution,
- the sampling frequency is greater than or equal to 32KHZ and preferably equal to 44.1 KHz,
- a scanning resolution of at least 14 bits and preferably 16 bits is used,
- the sound library is stored in an electronic memory of the integrated circuit type,
- the restored sounds are amplified and the acoustic sound reproduction means is the loudspeaker equipment of the motor vehicle in which the restitution takes place,
- further by a standby means; the frequency of rotation of the motor is measured and when said frequency becomes lower than a predetermined threshold, the electrical supply of the means intended for restitution is cut off, and when the frequency goes back above said threshold, the electrical supply is restored,
- when the duration of the restitution is greater than the duration of the selected sounds, said restitution is looped by recommencing restitution at the beginning of the selected sounds. (we therefore loop a sequence or one or more blocks, before or after transposition, in particular according to the availability in storage memory of the selected sounds transposed)
La sonothèque et la restitution peut donc être plus ou moins étendue. Dans une version minimale, la sonothèque ne comprend que des sons provenant d'une seule source et d'un seul type de véhicule, dans ce cas les paramètres destinés à permettre la sélection des sons peuvent ne pas comprendre de paramètre de type source et/ou de types de véhicules, seuls les paramètres de fonctionnement, par exemple régime (fréquence de rotation) moteur, étant alors utilisés. Dans des versions plus évoluées, plusieurs sons de types sources différents peuvent être enregistrés dans une sonothèque avec leurs paramètres types sources correspondants et la restitution peut combiner des séquences/blocs de plusieurs types sources. On comprend que dans ce cas, il est préférable que la fréquence de référence F0 soit la même pour toutes les séquences/blocs de tous les types sources afin de simplifier la restitution. Dans la version la plus évoluée dans laquelle la sonothèque comprend des sons provenant de plusieurs types de véhicules, on comprend que la restitution ne concernera qu'un type de véhicule particulier, les séquences/blocs étant sélectionnés en fonction du paramètre type de véhicule correspondant.The sound library and the restitution can therefore be more or less extensive. In a minimal version, the sound library only includes sounds from a single source and a single type of vehicle, in this case the parameters intended to allow the selection of sounds may not include a source type parameter and / or vehicle types, only the operating parameters, for example engine speed (rotation frequency), then being used. In more advanced versions, several sounds of different source types can be recorded in a sound library with their corresponding source type parameters and the restitution can combine sequences / blocks of several source types. It is understood that in this case, it is preferable that the reference frequency F 0 is the same for all the sequences / blocks of all the source types in order to simplify the restitution. In the most advanced version in which the sound library includes sounds coming from several types of vehicles, we understand that the restitution will only concern one type of vehicle particular, the sequences / blocks being selected according to the corresponding vehicle type parameter.
La présente invention concerne enfin un dispositif pour la mise en oeuvre des procédés précédents et notamment pour la restitution à partir de la sonothèque de sons numérisés enregistrés et transposés à une fréquence de référence F0. Le dispositif comporte au moins un moyen informatique du type microprocesseur, microcontrôleur ou processeur de traitement de signaux numériques (DSP), de la mémoire programme pour exécution selon le procédé de restitution, de la mémoire de sons comprenant la sonothèque, des moyens d'interpolation/ décimation, lesdits moyens d'interpolation/décimation étant de préférence logiciels et au moins un convertisseur numérique analogique (CNA).The present invention finally relates to a device for implementing the above methods and in particular for the reproduction from the sound library of digitized sounds recorded and transposed to a reference frequency F 0 . The device comprises at least one computer means of the microprocessor, microcontroller or digital signal processing processor (DSP), program memory for execution according to the restitution method, sound memory comprising the sound library, interpolation means / decimation, said interpolation / decimation means preferably being software and at least one digital analog converter (DAC).
Dans divers modes de mises en oeuvre de l'invention du dispositif, les moyens suivants utilisés seuls ou selon toutes leurs combinaisons techniquement possibles sont employés :
- le dispositif comporte en outre un moyen de mise en veille dont le fonctionnement est lié à la fréquence de rotation du moteur,
- la mise en veille correspond à une interruption de l'alimentation du dispositif de restitution, le moyen de mise en veille continuant à être alimenté,
- le moyen d'interruption est un relais électromagnétique commandé par le moyen de mise en veille, la position de repos, décollé, correspondant à l'interruption,
- la restitution est effectuée en stéréophonie, l'enregistrement étant lui-même stéréophonique, deux CAN étant employés.
- the device also comprises a standby means, the operation of which is linked to the frequency of rotation of the motor,
- the standby corresponds to an interruption of the supply to the rendering device, the standby means continuing to be supplied,
- the interruption means is an electromagnetic relay controlled by the standby means, the rest position, lifted off, corresponding to the interruption,
- the restitution is carried out in stereophony, the recording being itself stereophonic, two CAN being employed.
Ainsi l'invention se caractérise lors de l'élaboration de la sonothèque par une étape de transposition fréquentielle sur les sons enregistrés afin qu'ils aient tous la même fréquence fondamentale F0. Lors de la restitution les sons sont sélectionnés en fonction du fonctionnement courant du moteur mesuré par un/des paramètres puis changement d'échelle de la mesure en valeur théorique du/des paramètres (les échelles de paramètres n'étant pas les mêmes entre le véhicule de l'enregistrement et l'engin à moteur de restitution). Lors de la sélection, un calcul peut être effectué afin d'affiner la restitution (notamment combinaison pondérée ou interpolation). Enfin, les sons sélectionnés qui sont toujours à la fréquence fondamentale F0 doivent être décalés fréquentiellement par une interpolation ou décimation en fonction d'une fréquence fondamentale de restitution Fr déterminé en fonction des mesures (ou, plutôt, de la valeur théorique du/des paramètres qui en est tirée).Thus, the invention is characterized during the development of the sound library by a step of frequency transposition on the sounds recorded so that they all have the same fundamental frequency F 0 . During playback the sounds are selected according to the current operation of the engine measured by one / several parameters then change of scale of the measurement to theoretical value of the parameter (s) (the scales of parameters not being the same between the recording vehicle and the engine with restitution engine). During the selection, a calculation can be made in order to refine the restitution (in particular weighted combination or interpolation). Finally, the selected sounds which are always at the fundamental frequency F 0 must be offset frequently by an interpolation or decimation as a function of a fundamental restitution frequency F r determined according to the measurements (or, rather, of the theoretical value of / parameters which is taken from it).
La présente invention sera mieux comprise à la lecture qui suit d'un exemple de réalisation non limitatif où :
- La Figure 1 correspond à schéma bloc d'un dispositif pour la restitution d'une sonothèque,
- La Figure 2, un schéma électronique d'un moyen de mise en veille d'un dispositif de restitution,
- La Figure 3 représente un schéma fonctionnel de mise en oeuvre de l'invention.
- Figure 1 corresponds to a block diagram of a device for restoring a sound library,
- FIG. 2, an electronic diagram of a means of putting a restitution device on standby,
- Figure 3 shows a functional diagram of implementation of the invention.
Sur la Figure 1, qui représente schématiquement un dispositif utilisable pour simuler le son d'un moteur dans un véhicule automobile à partir d'une sonothèque, on trouve un contrôleur 4, qui peut être un microcontrôleur, un microprocesseur ou un processeur de signaux numériques (DSP), relié par des bus d'adressage et de données à des mémoires. Une mémoire morte 6 pour stockage du programme de fonctionnement. La mémoire morte contient aussi la sonothèque (échantillons numériques et paramètres) et d'éventuelles données de paramétrage destinées à établir une relation entre les paramètres à l'enregistrement et les paramètres courants, par exemple l'étendue fréquence (régime) moteur pouvant être différent entre la voiture d'enregistrement et celle de restitution. Le contrôleur 4 est également associé à de la mémoire vive 7 et à un convertisseur numérique-analogique 8 (CNA) mono ou stéréo (voire plus) selon le cas. Un amplificateur 9 est prévu en sortie du CNA. Un moyen de réglage du niveau sonore pouvant être réalisé par logiciel par des opérations de décalage logique des données numériques, on n'a pas représenté de moyen de réglage classique type potentiomètreIn Figure 1, which schematically represents a device usable to simulate the sound of an engine in a motor vehicle from a sound library, there is a controller 4, which can be a microcontroller, a microprocessor or a digital signal processor (DSP), connected by addressing and data buses to memories. A read only
Sur la Figure deux paramètres d'évaluation de l'état de fonctionnement du moteur, le régime et la charge, sont considérés. La charge C du moteur 2 est évaluée par la position de l'accélérateur. Le régime R moteur 1 (fréquence de rotation) est évalué par la vitesse de rotation du moteur (capteur spécifique). Les signaux 1 et 2 correspondants sont envoyés au contrôleur 4 par l'intermédiaire d'un module 3 de mise en forme des signaux. Le module 3 de mise en forme des signaux transforme le signal analogique du régime moteur R en un signal logique filtré dont la fréquence traduit l'état du moteur. Le régime R moteur 1 et la charge C moteur 2 sont évalués régulièrement au cours du temps et déterminent la sélection des sons de la sonothèque. Dans le cas de sons en séquences découpées en blocs, dans une version simplifiée, un bloc parmi l'ensemble des blocs stockés dans la mémoire morte, est sélectionné. Dans une version plus évoluée, une combinaison pondérée de blocs est réalisée pour la restitution. En effet, la sonothèque est physiquement limitée et toutes les conditions de fonctionnement du véhicule de référence n'ont pu être enregistrés. II est donc nécessaire d'utiliser des sons correspondants à des paramètres voisins de la valeur théorique qu'il faut restituer pour produire des sons correspondant au fonctionnement courant. Par exemple, pour un paramètre qui est la fréquence de rotation moteur, le véhicule de référence va de 800tours/mn à 9000tours/mn, le moteur de l'engin à moteur sur lequel a lieu la restitution va de 500 tours/mn à 4000tours/mn et il faut donc, à partir d'une mesure courante par exemple égale à 3000tours/mn, déterminer une valeur théorique correspondant à celle du véhicule de référence. Pour cela on effectue une conversion qui donne une valeur théorique à environ 6658tours/mn. La sonothèque comporte par exemple des séquences/blocs à ... 5000, 5500, 6000, 6500, 7000 ... tours/mn. On effectue alors une combinaison pondérée des séquences/blocs à 6500 et 7000tours/mn. Dans le mode le plus évolué, on effectue une interpolation à partir des sons disponibles. Après cette étape, les sons sont toujours à la une fréquence de référence F0 et il est nécessaire d'effectuer un décalage en fréquence pour correspondre au mode de fonctionnement courant. Après ces calculs, les données sont envoyées au convertisseur numérique-analogique 8, les signaux analogiques ainsi reconstitués étant amplifiés et filtrés par l'amplificateur 9 qui comporte un filtre et envoyés à un moyen de restitution acoustique 10 du type haut-parleur. Suivant le niveau de qualité requis, la puissance de calcul disponible et/ou la capacité de mémoire, la résolution des convertisseurs peut être choisie entre 8 et 24 bits. On utilise de préférence 16 bits. La fréquence d'acquisition est de préférence de 44100Hz. Cependant il est envisagé que la fréquence d'acquisition et de restitution soit inférieure et, par exemple, jusqu'à 8 000Hz en fonction également du niveau de qualité requis, de la puissance de calcul et/ou la capacité de mémoire. De même il est envisagé un dispositif stéréophonique ou non.In the Figure two parameters for evaluating the operating state of the engine, the speed and the load, are considered. The load C of
Un dispositif de mise en veille dépendant du régime moteur R permet la mise hors tension du dispositif de restitution lorsque le moteur du véhicule dans lequel est installé le dispositif est arrêté. Lorsque le régime moteur R est nul, le dispositif de restitution est hors tension afin que la consommation électrique du système mis en oeuvre soit quasiment nulle c'est à dire réduite à la consommation dudit dispositif de veille. Un schéma électronique parfaitement explicite à lui seul est donné sur la Figure 2 avec un circuit intégré CMOS à faible consommation du type bascule mono stable dont une entrée est reliée à un amplificateur écrêteur recevant un signal filtré (R1C1) correspondant à la fréquence de rotation du moteur. A chaque impulsion de ce signal la bascule est remise à zéro. En l'absence de remise à zéro, au bout d'un temps défini par les composants R6C3, un basculement se produit et le relais K1 est commuté, ce qui coupe l'alimentation du dispositif de restitution.A standby device depending on the engine speed R allows the restitution device to be switched off when the engine of the vehicle in which the device is installed is stopped. When the engine speed R is zero, the restitution device is de-energized so that the electrical consumption of the system used is almost zero, that is to say reduced to the consumption of said standby device. A perfectly explicit electronic diagram alone is given in Figure 2 with a circuit integrated low-consumption CMOS of the stable mono flip-flop type, an input of which is connected to a clipping amplifier receiving a filtered signal (R1C1) corresponding to the motor rotation frequency. At each pulse of this signal the flip-flop is reset to zero. In the absence of reset, after a time defined by the components R6C3, a switchover occurs and the relay K1 is switched, which cuts the power supply to the playback device.
Dans d'autres formes de mise en oeuvre de l'invention, l'amplificateur 9 peut être omis, la sortie du convertisseur numérique-analogique étant reliée à un dispositif sonore existant du véhicule automobile et par exemple à un autoradio. Dans une autre forme moins évoluée de l'invention, la mesure de la charge C du moteur 2 peut être omise, seul le régime R moteur 1 étant mesuré ou inversement.In other embodiments of the invention, the
La Figure 3 représente un schéma fonctionnel général du procédé de l'invention qui, pour des raisons de simplification, ne considère qu'une seule source sonore dépendant d'un seul paramètre, le régime moteur R. On comprend que le procédé qui y est représenté peut être étendu à un nombre quelconque de types de sources et de paramètres. Sur cette même Figure, R est le régime moteur, S la source sonore, B1...Bn sont n blocs sonores (sons numérisés et transposés à la fréquence de référence F0), E1...En sont les n échantillons sonores correspondants aux blocs et C1...Cn sont n coefficients de pondération. La table de paramétrage 11 correspond à l'ensemble des coefficients de pondération des blocs des séquences. Pour chaque état de fonctionnement du moteur, un jeu de n coefficients de pondération des n blocs est calculé. Ainsi dans le cas où le fonctionnement du moteur est mesuré par le régime du moteur, les valeurs des coefficients de pondération seront référencées en fonction des valeurs correspondantes de R. Les valeurs de ces coefficients Ci (i = 1 à n) de pondération sélectionnées dans la table de paramétrage 11 en fonction de R sont envoyées dans un module 12 de synthèse additive ou ils sont associés aux échantillons Ei (i = 1 à n) des blocs sonores correspondants pour pondération et l'ensemble des blocs pondérés est additionné, permettant d'obtenir dans le domaine temporel une évolution temporelle de fréquence fondamentale Fo. Ainsi, dans ce mode de réalisation de la Figure 3, à partir de n blocs sélectionnés de durée unitaire Te, on obtient par pondération et addition l'équivalent d'un seul bloc de durée Te.FIG. 3 represents a general functional diagram of the process of the invention which, for reasons of simplification, considers only a single sound source depending on a single parameter, the engine speed R. It is understood that the process which is there shown can be extended to any number of source types and parameters. In this same Figure, R is the engine speed, S the sound source, B 1 ... B n are n sound blocks (sounds digitized and transposed to the reference frequency F 0 ), E 1 ... E n are the n sound samples corresponding to the blocks and C 1 ... C n are n weighting coefficients. The configuration table 11 corresponds to the set of weighting coefficients of the blocks of the sequences. For each operating state of the engine, a set of n weighting coefficients of the n blocks is calculated. Thus in the case where the operation of the engine is measured by the engine speed, the values of the weighting coefficients will be referenced as a function of the corresponding values of R. The values of these weighting coefficients C i (i = 1 to n) selected in the configuration table 11 as a function of R are sent to an
Un décalage (transposition) fréquentiel est alors opéré, calculé d'après l'état de fonctionnement du moteur. Si l'état de fonctionnement du moteur nécessite une restitution sonore d'une fréquence fondamentale supérieure à Fo, la séquence sonore précédemment obtenue est décimée, dans le cas inverse, elle est interpolée.A frequency shift (transposition) is then operated, calculated according to the operating state of the motor. If the operating state of the motor requires a sound reproduction of a fundamental frequency greater than Fo, the previously obtained sound sequence is decimated, in the opposite case, it is interpolated.
On va maintenant décrire la méthode de calcul des coefficients de pondération. Pour chacun des blocs de la sonothèque sont déterminés une fréquence de restitution limite inférieure (transposition fréquentielle minimale), une fréquence de restitution limite supérieure (transposition fréquentielle maximale) ainsi que, entre ces deux limites, une plage (ou une valeur) de fréquences de restitution à coefficient maximal (Ci=100%). Dans le cas où la fréquence de restitution calculée en fonction des conditions de fonctionnement de l'engin à moteur est inférieure à la limite inférieure ou est supérieure à la limite supérieure, le coefficient calculé est nul (Ci=0) et entre ces deux limites, en dehors de la plage à coefficient maximal (Ci=100%), le coefficient est calculé par extrapolation linéaire. Ainsi dans le cas d'un exemple à trois blocs, on considère le tableau suivant dans lequel chaque case du tableau comporte une (ou une gamme de) fréquence et son coefficient associé en pourcentage (sauf dans le cas où une autre case permet de déduire la valeur comme pour bloc 1 x fréquence min où l'on déduit 100% pour toute fréquence inférieure à 1000Hz.
Pour une fréquence de restitution ayant une valeur calculée à 1600 Hz, on a:
Pour une fréquence de restitution calculée à 4000 Hz, on a:
Selon les blocs disponibles et/ou sélectionnés, on peut avoir des combinaisons de blocs plus complexes que dans cet exemple.Depending on the blocks available and / or selected, combinations of blocks may be more complex than in this example.
Dans le domaine temporel l'échantillonnage est fait d'une manière compatible avec celui utilisé pour la création de la table de paramétrage soit identique : on utilise la même fréquence d'échantillonnage Fe lors de la création et lors de la restitution/simulation.In the time domain, the sampling is done in a manner compatible with that used for the creation of the configuration table, which is identical: the same sampling frequency Fe is used during creation and during restitution / simulation.
Lors de la mise en oeuvre des procédés de l'invention, la restitution s'effectue de préférence par utilisation de zone de mémoire de stockage temporaire (tampon ou "buffer") du type premier entré, premier sorti et/ou par utilisation d'un système à double tampon afin que les calculs puissent se faire pendant la restitution du son par le convertisseur numérique analogique 10 sans que ce dernier n'ait à attendre des données et donc sans risque d'interruption de la restitution.During the implementation of the methods of the invention, the restitution is preferably carried out by using a temporary storage memory area (buffer or "buffer") of the first in, first out type and / or by using a double buffer system so that the calculations can be done during the sound reproduction by the digital to
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