FR2974441A1 - Generation d'un son de machine tournante d'un appareil - Google Patents

Abstract

Procédé de génération d'un son de machine tournante, notamment de moteur d'un véhicule automobile, comprenant une étape (E1) de détermination de n partiels et/ou harmoniques (i) pertinents dans la sonorité d'une machine tournante, caractérisé en ce qu'il comprend une étape (E2) de détermination de valeurs aléatoires (ai) et une étape de calcul (E7-E8) d'un son de synthèse du moteur, à partir des fréquences déterminées par les partiels et/ou harmoniques (i) tout ou partie décalés des valeurs aléatoires (ai).

Description

L'invention concerne un procédé de génération d'un son d'une machine tournante, comme le moteur d'un véhicule automobile, d'un train, d'un hélicoptère, etc., ainsi qu'un procédé de génération d'un son de moteur au sein d'un appareil comme un véhicule automobile. Elle concerne aussi un dispositif sonore générant un son de moteur d'un véhicule automobile à l'aide d'un tel procédé. Enfin, elle concerne aussi un véhicule automobile équipé d'un tel dispositif sonore.

Les progrès effectués dans les véhicules automobiles ont permis de fortement réduire le niveau de bruit à l'intérieur de leur habitacle. Les occupants du véhicule ont parfois le souhait d'associer un son particulier au fonctionnement de leur véhicule, et cette réduction du niveau de bruit des véhicules automobiles leur donne la liberté d'imposer le son de leur choix.

Le document FR2924260 propose une solution de génération d'un son de synthèse à l'intérieur du véhicule automobile tenant compte du régime moteur et de la position de la pédale d'accélération. Cette synthèse du son consiste en une méthode classique de décomposition du son du moteur réel en différentes harmoniques.

Le document WO200225628 décrit par ailleurs une méthode plus compliquée de synthèse d'un son, qui intègre un calcul d'une phase associée à chaque harmonique du son, dans le but de rechercher une reproduction la plus réaliste possible des sons réels. Les calculs mis en oeuvre sont toutefois complexes et incompatibles avec une utilisation en temps réel dans un véhicule automobile.

Ainsi, il existe un besoin d'une solution de génération d'un son de synthèse d'une machine tournante comme un moteur de véhicule automobile permettant d'atteindre un résultat plus réaliste et/ou agréable et compatible avec une génération en temps réel, de manière coordonnée avec le fonctionnement réel d'un moteur de véhicule automobile par exemple. A cet effet, l'invention repose sur un procédé de génération d'un son de machine tournante, comprenant une étape de détermination de n partiels et/ou harmoniques (i) pertinents dans la sonorité d'une machine tournante, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de détermination de valeurs aléatoires (ai) et une étape de calcul d'un son de synthèse de la machine tournante moteur, à partir des fréquences déterminées par les partiels et/ou harmoniques (i) tout ou partie décalés des valeurs aléatoires (ai).

L'étape de calcul d'un son s(N,t) de synthèse peut comprendre un calcul défini par l'équation : in s(N,t) = k (i, N)x sin [2 x 'rr x t x f ((i + ai), N) ] i=i1 où N est le régime du moteur ou de la machine tournante, t le temps, k(i, N) une amplitude en dB, f(i+ai) la fréquence associée à l'harmonique/partiel (i) décalé de la valeur (ai). L'étape de calcul d'un son s(N,t) de synthèse peut comprendre un calcul défini par l'équation : in s(N,t) =k(i,N)xsin[2x'rrxtxf((i+ai),N)+(P(i)] i=i1 où N est le régime du moteur, t le temps, k(i, N) une amplitude en dB, f(i+ai) la fréquence associée à l'harmonique/partiel (i) décalé de la valeur (ai), 1(i) une phase associée à l'harmonique/partiel (i) aléatoirement choisie entre ] 0 ; 2 rr [.

La fréquence f((i+ai), N) de chaque harmonique et/ou partiel (i) peut être définie par l'équation f((i+ai), N) = (N/60) x (i + ai), où N/60 représente le régime du moteur en tour/s.

Les valeurs aléatoires (ai) peuvent être comprises dans l'intervalle [-0,2 ; 0,2], avantageusement dans l'intervalle [-0,1 ; 0,1]. Au une de ces n valeurs aléatoires (ai) est non nulle.

Les n partiels et/ou harmoniques (i) pertinents dans la sonorité du moteur peuvent être déterminés de manière empirique, par un simulateur, et/ou mémorisés (E6).

Le procédé de génération d'un son de machine tournante peut comprendre une étape de détermination d'un gain G, fonction d'une commande du conducteur comme la position de la pédale d'accélérateur, et/ou d'un gain G2 en fonction de la vitesse du véhicule, des valeurs de référence de ces gains étant mémorisés, et une étape de calcul (E8) du son de synthèse par sa multiplication par ce ou ces gain(s).

Le procédé de génération d'un son de machine tournante peut être réalisé à bord d'un appareil, et peut comprendre une itération de l'étape de calcul (E7-E8) d'un son de synthèse de la machine tournante, et une étape de transmission périodique du régime N et de la position d'un actionneur de l'appareil.

L'appareil peut être un véhicule automobile, ferroviaire ou aérien, et la machine tournante peut être le moteur de l'appareil.

L'invention porte aussi sur un dispositif de génération d'un son de machine tournante, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une mémoire et un calculateur, qui met en oeuvre le procédé de génération d'un son de machine tournante tel que défini précédemment.

L'invention porte aussi sur un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de génération d'un son de machine tournante tel que défini précédemment. L'invention porte aussi sur un simulateur de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de génération d'un son de machine tournante tel que défini précédemment.

15 Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante d'un mode de réalisation particulier fait à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :

20 La figure 1 représente un algorithme du procédé de génération d'un son de moteur selon un mode de réalisation de l'invention.

Les figures 2a et 2b représentent des tableaux d'harmoniques et/ou partiels i pour respectivement deux types de moteurs différents selon un 25 mode de réalisation de l'invention.

La figure 3 représente un tableau de valeurs d'amplitudes en dB en fonction des harmoniques et/ou partiels et du régime moteur selon un mode de réalisation de l'invention. 30 La figure 4 représente un tableau de valeurs d'un gain en fonction d'un souhait du conducteur selon un mode de réalisation de l'invention.

La figure 5 représente un tableau de valeurs d'un gain en fonction de la vitesse du véhicule automobile selon un mode de réalisation de l'invention.

Selon un mode de réalisation, l'invention repose sur un procédé de génération d'un son d'un moteur particulier d'un véhicule automobile, dont un algorithme selon un mode de réalisation est représenté à la figure 1. En variante, le même procédé peut être utilisé pour la génération d'un son de toute machine tournante ou d'un son d'une machine imaginaire, qui n'existe pas réellement. Il peut s'agir de la machine tournante de tout appareil, comme un hélicoptère, un avion, un train, etc.

Le procédé comprend d'abord une phase amont, de préparation de paramètres qui seront utilisés pour générer le son de synthèse.

Cette phase amont comprend une première étape El de détermination d'une fréquence fondamentale fo(N) du son du moteur, puis de n harmoniques et/ou de partiels i (i, à in) du son de ce moteur considéré. Le son du moteur est représenté par cette fréquence fondamentale fo(N), qui dépend en général de son régime de fonctionnement N, c'est à dire de la fréquence de rotation du vilebrequin pour un moteur de véhicule automobile, puis par les fréquences i x fo(N), pour toutes les valeurs d'harmoniques et/ou partiels i sélectionnées. Lorsque i est un entier, on parle d'harmonique, alors que dans les autres cas, il s'agit d'un partiel. Par exemple, pour un moteur quatre temps, tous les partiels choisis sont des demi-entiers.30 A titre d'exemple, les figures 2a et 2b illustrent des solutions d'harmoniques et partiels mémorisés pour respectivement un moteur à six cylindres et à quatre cylindres. En remarque, plusieurs solutions peuvent être prévues pour un même moteur, en fonction de rendus différents souhaités. A titre d'exemple, le tableau de la figure 3 représente un choix plus complet pour un moteur six cylindres. Ces deux solutions de représentation d'un moteur six cylindres (figures 2a et 3) sont cohérentes entre elles car elles comprennent un nombre important d'harmoniques et/ou partiels en commun.

Ensuite, le procédé comprend une seconde étape E2 de génération de n nombres aléatoires ai compris entre [-0,2 ; 0,2].

Selon une variante de réalisation avantageuse, on choisira les valeurs aléatoires de ai entre [-0,1 ; 0,1].

Selon une variante de réalisation, il peut être choisi moins de n valeurs aléatoires ai.

Selon une autre variante de réalisation, on fera en sorte d'obtenir au moins une valeur non nulle de ai.

Ensuite, le procédé comprend une troisième étape E3 de détermination d'un tableau de données de valeurs de référence d'une amplitude k(i, N*) en dB en fonction des harmoniques et/ou partiels déterminés à la première étape et en fonction de certaines valeurs choisies de régime du moteur N*.

Selon une première approche, cette troisième étape est réalisée empiriquement, par enregistrement du bruit réel du moteur puis décomposition. Selon une seconde approche, cette troisième étape est réalisée par une simple expertise, en fonction de critères artistiques.

Le procédé comprend ensuite une quatrième étape E4 de détermination d'un tableau de données représentant un gain G, en dB, pour tenir compte de l'intervention du conducteur sur le moteur. Notamment on tient compte de la position de la pédale d'accélérateur, qui représente un souhait important du conducteur en termes de fonctionnement du véhicule. Pour cela, des valeurs de gain G1 en fonction de certaines valeurs prédéfinies C* représentant une action d'un conducteur sont prédéfinies et mémorisées, comme illustré à titre d'exemple par le tableau de la figure 4.

Le procédé comprend ensuite une cinquième étape E5 de détermination d'un tableau de données représentant un second gain G2 en dB en fonction de valeurs de vitesse V* prédéfinies du véhicule automobile. Le tableau présenté en figure 5 présente les valeurs retenues pour ce gain en fonction de V*, selon ce mode de réalisation. Ce gain permet de réduire le volume du son quand la vitesse augmente, pour atteindre une situation confortable à haute vitesse sur autoroute par exemple.

Le procédé comprend une sixième étape E6 d'enregistrement des valeurs ainsi obtenues dans une mémoire. Ces données mémorisées sont représentées à titre d'exemple par le tableau de la figure 3.

Ensuite, le procédé met en oeuvre une phase itérative, qui évolue avec le temps. Les valeurs définies précédemment lors de la phase amont restent ensuite toujours constantes, et le procédé se limite à la seconde phase itérative. En variante, il peut être choisi de modifier ces valeurs selon des critères définis.30 La septième étape E7 comprend le calcul d'un son s(N, t) synthétisé du moteur du véhicule automobile, pour un instant t et pour le régime N du moteur, par la formule suivante : s(N,t) = E in. k (i, N)x sin[2 x Tt x t x f ((i + ai), N) ] (1) En remarque, cette étape intègre donc la mesure ou l'estimation d'un régime N du moteur à l'instant t. La valeur d'amplitude k(i, N) est obtenue par extrapolation des valeurs prédéfinies lors de la phase amont et mémorisées dans le tableau de données.

Ainsi, selon le mode de réalisation de l'invention, chaque harmonique et/ou partiel i est légèrement décalé d'une valeur aléatoire pour le calcul des fréquences prises en compte dans ce calcul du son, ce qui permet d'arriver à un son plus réaliste, sans augmenter la complexité du calcul, qui est compatible avec une mise en oeuvre par des dispositifs de calcul modestes tout en permettant un calcul en temps réel.

Selon une variante de réalisation, l'équation (1) est remplacée par l'équation (2) suivante, dans laquelle une phase c(i) est ajoutée pour chaque harmonique et/ou partiel, ces phases 1(i) étant au préalable calculées une fois pour toutes de manière aléatoire dans l'intervalle ] 0 ; 2 -rt [. s(N,t) = E inil k (i, N)xsin[2 x Tr x t x f ((i + ai), N) + (PO) ] (2) Selon un mode de réalisation, la fonction de fréquence f(i, N) est déterminée par f(i, N) = (N/60) * i, ce qui fait que dans les deux équations (1) et (2) précédentes, f ((i + ai), N) = (N/60) x (i + ai), où N/60 représente le régime du moteur en tour/s.25 En remarque, cette réalisation revient à considérer comme fréquence fondamentale du son du moteur fo(N) = N/60.

Une huitième étape E8 du procédé consiste à considérer les gains G1 et G2 pour obtenir finalement le son retenu S(N, t) : S(N, t) = G1(C) x G2(V) x s(N, t) Les deux valeurs de gains G1(C) et G2(V) sont obtenues par extrapolation des valeurs mémorisées dans les tableaux de valeurs définis lors de la phase amont.

Les étapes E7 et E8 sont répétées dans le temps, selon un certain pas temporel dt prédéfini. A chaque instant t, le procédé comprend une étape E9 de diffusion du son calculé.

Le procédé de génération de son décrit ci-dessus peut naturellement subir des variantes, sans sortir du cadre de l'invention. Notamment, l'utilisation des gains G, et/ou G2 reste optionnelle. De plus, les valeurs d'amplitude k(i, N) peuvent être définies différemment.

Le procédé décrit précédemment est mis en oeuvre dans un dispositif de génération de son d'un moteur, comprenant au moins un calculateur, qui met en oeuvre les étapes du procédé décrit précédemment et qui est relié à un dispositif de diffusion de son, qui comprend un amplificateur couplé à un ou plusieurs haut-parleurs. Le calculateur est de plus relié à une mémoire, comprenant les différentes données mentionnées précédemment, utiles à la mise en oeuvre du procédé.

Le procédé de génération de son d'un moteur de véhicule automobile peut être implémenté dans différentes applications.30 D'abord, il peut être implémenté à bord d'un véhicule automobile. Pour cela, le dispositif de génération de son de moteur est avantageusement relié à un réseau de communication à bord du véhicule automobile, par lequel il récupère les valeurs des données représentatives du régime moteur, de la position de la pédale d'accélérateur, de la vitesse du véhicule, et éventuellement de tout actionneur du véhicule ou de toute autre commande du conducteur et/ou de toutes autres grandeurs représentatives de l'état ou du fonctionnement du véhicule, comme le type hybride, thermique, électrique, GPL, etc., de la motorisation du véhicule et/ou comme le couple subi par le moteur pour traiter la décélération, etc. Le diffuseur de son peut être relié aux haut-parleurs de bord du véhicule, prévus aussi pour la diffusion de la radio par exemple. Ainsi, le dispositif de génération de son moteur est adapté pour émettre un son de moteur à l'intérieur de l'habitacle, parfaitement corrélé avec le son réel du moteur.

Dans cette application, les étapes E7 et E8 sont répétées très rapidement, selon un pas temporel très petit, de sorte à pouvoir suivre au mieux les variations du moteur, d'obtenir un son de synthèse corrélé au mieux avec le fonctionnement réel du moteur. Ces étapes E7, E8 utilisent une mesure du régime moteur N transmise périodiquement au calculateur du générateur de son pour l'application des équations (1) ou (2) de l'étape E7. En variante, cette valeur transmise du régime moteur N peut être modifiée par le calculateur, selon une interpolation des dernières valeurs retenues, afin d'obtenir une valeur du régime moteur variant selon une plus faible période, pour suivre au mieux les variations du moteur. La même approche s'applique aux autres données prises en compte, comme la position de la pédale d'accélérateur.

En variante, le dispositif de génération de son moteur est utilisé dans un simulateur de véhicule automobile, de manière à reproduire un son de moteur le plus réaliste possible.

En variante, le dispositif de génération de son moteur est utilisé pour simplement créer un fichier sonore à partir de données issues d'un profil de conduite prédéfini d'un véhicule automobile, comprenant des données du régime du moteur, de l'appui sur la pédale d'accélération, etc. Dans ce dernier cas, l'application du principe de génération de son n'est plus dans une contrainte de temps réel.

Ainsi, la solution décrite précédemment permet la génération d'un son associé à toute machine tournante, qui peut être implémenté pour des utilisations en temps réel ou pas, avec des dispositifs de type numérique et/ou analogique.

Claims (14)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de génération d'un son de machine tournante, comprenant une étape (El) de détermination de n partiels et/ou harmoniques (i) pertinents dans la sonorité d'une machine tournante, caractérisé en ce qu'il comprend une étape (E2) de détermination de valeurs aléatoires (ai) et une étape de calcul (E7-E8) d'un son de synthèse de la machine tournante, à partir des fréquences déterminées par les partiels et/ou harmoniques (i) tout ou partie décalés des valeurs aléatoires (ai).
2. 2. Procédé de génération d'un son de machine tournante selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de calcul d'un son s(N,t) de synthèse (E7) comprend un calcul défini par l'équation : in s(N,t) = k (i, N)x sin [2 x 'rt x t x f ((i + ai), N) ] i=i1 où N est le régime de la machine tournante, t le temps, k(i, N) une amplitude en dB, f(i+ai) la fréquence associée à l'harmonique/partiel (i) décalé de la valeur (ai).
3. 3. Procédé de génération d'un son de machine tournante selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de calcul d'un son s(N,t) de synthèse (E7) comprend un calcul défini par l'équation : in s(N,t) = k (i, N)x sin [2 x 'rt x t x f ((i + ai), N) + (P(i) ] i=i1 où N est le régime de la machine tournante, t le temps, k(i, N) une amplitude en dB, f(i+ai) la fréquence associée à l'harmonique/partiel (i) décalé de la valeur (ai), 1(i) une phase associée à l'harmonique/partiel (i) aléatoirement choisie entre ] 0 ; 2 rr [.25
4. 4. Procédé de génération d'un son de machine tournante selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fréquence f((i+ai), N) de chaque harmonique et/ou partiel (i) est définie par l'équation f((i+ai), N) = (N/60) x (i + ai), où N/60 représente le régime de la machine tournante en tour/s.
5. 5. Procédé de génération d'un son de machine tournante selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les valeurs aléatoires (ai) sont comprises dans l'intervalle [-0,2 ; 0,2].
6. 6. Procédé de génération d'un son de machine tournante selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les valeurs aléatoires (ai) sont comprises dans l'intervalle [-0,1 ; 0,1]. 15
7. 7. Procédé de génération d'un son de machine tournante selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend la détermination de n valeurs aléatoires (ai), dont au moins une non nulle.
8. 8. Procédé de génération d'un son de machine tournante selon l'une des 20 revendications précédentes, caractérisé en ce que les n partiels et/ou harmoniques (i) pertinents dans la sonorité de la machine tournante sont déterminés de manière empirique, par un simulateur, et/ou mémorisés (E6). 25
9. 9. Procédé de génération d'un son de machine tournante selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de détermination d'un gain G1 fonction d'une commande du conducteur comme la position de la pédale d'accélérateur, et/ou d'un gain G2 en fonction de la vitesse du véhicule, des valeurs de référence de ces gains10étant mémorisés, et une étape de calcul (E8) du son de synthèse par sa multiplication par ce ou ces gain(s).
10. 10. Procédé de génération d'un son de machine tournante selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est réalisé à bord d'un appareil, en ce qu'il comprend une itération de l'étape de calcul (E7-E8) d'un son de synthèse de la machine tournante, et une étape de transmission périodique du régime N et de la position d'un actionneur de l'appareil.
11. 11. Procédé de génération d'un son de machine tournante selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'appareil est un véhicule automobile, ferroviaire ou aérien, et en ce que la machine tournante est le moteur de l'appareil.
12. 12. Dispositif de génération d'un son de machine tournante, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une mémoire et un calculateur, qui met en oeuvre le procédé de génération d'un son de machine tournante selon l'une des revendications précédentes.
13. 13. Véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de génération d'un son de machine tournante selon la revendication précédente. 25
14. 14. Simulateur de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de génération d'un son de machine tournante selon la revendication 12. 20