WO2001033543A1 - Procedes d'elaboration et d'utilisation d'une sonotheque representant les caracteristiques acoustiques de moteur de vehicule automobile, dispositifs pour mise en oeuvre - Google Patents

Procedes d'elaboration et d'utilisation d'une sonotheque representant les caracteristiques acoustiques de moteur de vehicule automobile, dispositifs pour mise en oeuvre Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method of developing a sound library representing sequences of motor vehicle engine sounds as well as a method of implementing such a sound library. It has applications in the simulation of the sounds of an engine in an automobile. Devices for implementation are also claimed.
  • the object of the invention is to simulate inside a motor vehicle the sound of an engine of another type of vehicle and preferably of a renowned or original vehicle.
  • 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.
  • the simulation is carried out according to the actual operating state of the engine.
  • the invention therefore relates to a method of developing a sound library representing the acoustic characteristics of recorded sound sequences of motor vehicle engines.
  • the sound sequences are recorded then transformed and stored in the form of digital and synthetic data according to the following steps:
  • a windowing of the block can possibly be carried out before; - decomposition of the Fourier transform of the block into a first frequency peak curve and a second residual noise curve;
  • the first frequency peak curve is smoothed by making a moving average
  • the operating condition of the engine is evaluated by one or more of the following parameters:
  • each synthesized block is at least associated with the speed of rotation R of the motor, - each synthesized block is at least associated with the position C of the accelerator pedal.
  • the invention also relates to a method of implementing a sound library according to any one of the preceding characteristics taken in isolation or in combination for simulating the sound of an engine in a motor vehicle.
  • a first temporal evolution is reconstituted from all the Nf frequency values F and the corresponding Na amplitude values of said selected block;
  • Nf of frequency values F of a block is chosen between 8 and 32 and is preferably 15;
  • the frequencies F chosen from a block correspond to the first Nf maximum frequency
  • the frequencies F chosen from a block correspond to the Nf frequency points of the Fourier transform of energies situated above the second residual noise curve.
  • the present invention finally relates to devices for implementing the above methods.
  • Figure 1 corresponds to a device for the implementation of a sound library.
  • Figure 2 shows a functional implementation diagram
  • Figure 3 shows a block breakdown of a sequence of sounds.
  • Figure 4 represents a spectral energy curve of a block.
  • Figure 1 shows schematically a device
  • the device comprises a controller 4, a microprocessor or a digital signal processor (DSP) connected by addressing and data buses 5 to read only memory 6 for storage of the
  • the load C engine 2 can be evaluated by the position of the accelerator and the speed R engine 1 can be evaluated by the speed of rotation of said motor.
  • the 20 correspondents are sent to the controller 4 via a signal shaping module 3.
  • the engine R speed 1 and the engine load C 2 are evaluated regularly over time and determine the selection of a block from the blocks obtained by cutting out the
  • the resolution of the converters can be chosen between 8 and 24 bits. Preferably 16 bits are used.
  • the acquisition frequency is
  • the acquisition frequency is lower and, for example, up to 8000 Hz depending also on the level of quality required, the computing power and / or the memory capacity.
  • a stereophonic device or not is envisaged.
  • the amplifier 9 can be omitted, the output of the digital-analog converter being connected to an existing sound device of the motor vehicle and for example to a car radio.
  • the measurement of the load C motor 2 can be omitted, only the speed R motor 1 being measured or vice versa.
  • Figure 2 is the block diagram of part of the operating program of the device shown in Figure 1.
  • Each of these values F and A, coefficients Cf and amplitude Ab is associated with an operating state of the engine.
  • the values of frequency, amplitude, filter coefficients and amplitude of white noise will be referenced according to the corresponding values of R and of C.
  • the frequency and amplitude values selected in the configuration table 1 1 as a function of R and of C are sent in a module 12 of additive synthesis making it possible to obtain in the time domain a first temporal evolution.
  • the filter coefficients Cf selected as a function of R and of C determine the characteristics of the filter through which a white noise 13, a random value weighted by the amplitude Ab is sent. These operations are carried out in a filter module 14 F. I. A. (Finite Impulse Response).
  • the filtering result is added to the first variation time in an analog adder 15 in order to produce the simulated sound.
  • the sampling is done in a manner compatible with that used for the creation of the configuration table, either identically or differently with decimation or extrapolation depending on the case. However, the same sampling frequency Fe is preferably used during creation and during restitution / simulation.
  • Figure 3 shows the block division of a sequence of sounds in the time domain.
  • Figure 4 represents the energy spectrum of a block by Fourier transform.
  • FFT fast Fourier transform
  • the smoothed residual noise smoothed background noise
  • the smoothed residual noise is used to determine the filter coefficients and the amplitude of the corresponding white noise Ab.
  • the restitution is preferably carried out by using a temporary storage memory area (buffer or "buffer") of the first in, first out and / or type. by using a double buffer system so that the calculations can be done during the sound reproduction by the digital to analog converter without the latter having to wait for data and therefore without risk of interruption of the reproduction.
  • a temporary storage memory area buffer or "buffer”

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Abstract

Procédé d'élaboration d'une sonothèque représentant les caractéristiques acoustiques de moteurs de véhicules automobiles caractérisé en ce que des séquences de sons sont enregistrées en parallèle avec l'état de fonctionnement du moteur puis transformées et stockées sous forme de données numériques et synthétiques selon les étapes suivantes: découpage de chaque séquence enregistrée en b locs séquentiels; puis réalisation d'une transformée de Fourier sur chaque bloc; décomposition de la transformée de Fourier du bloc en une première courbe de pics de fréquences et en une seconde courbe de bruit résiduel; synthétisation du block par représentation de la première courbe sous forme d'un ensemble de Nf valeurs de fréquences F et Na valeurs d'amplitudes A correspondantes, et la représentation de la seconde courbe par des coefficients de filtrage Cf d'un bruit blanc d'amplitude Ab, les valeurs F, A, coefficients de filtrage Cf et Ab de chaque bloc synthétisé étant associés à l'état de fonctionnement correspondant du moteur; - l'ensemble des blocs synthétisés d'une séquence est stocké.

Description

Procédés d'élaboration et d'utilisation d'une sonothèque représentant les caractéristiques acoustiques de moteur de véhicule automobile, dispositifs pour mise en œuvre
L'invention concerne un procédé d'élaboration d'une sonothèque représentant des séquences de sons de moteur de véhicule automobile ainsi qu'un procédé de mise en œuvre d'une telle sonothèque. Elle a des applications dans la simulation des sons d'un moteur dans une automobile. Des dispositifs pour mise en œuvre sont également revendiqués.
Le but de l'invention est de simuler à l'intérieur d'un véhicule automobile le son d'un moteur 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. L'invention concerne donc un procédé d'élaboration d'une sonothèque représentant les caractéristiques acoustiques de séquences de sons enregistrés de moteurs de véhicules automobiles.
Selon l'invention de procédé d'élaboration d'une sonothèque, les séquences de sons sont enregistrées puis transformées et stockées sous forme de données numériques et synthétiques selon les étapes suivantes :
- enregistrement des sons sous forme de séquences numériques à une fréquence d'échantillonnage Fe; - enregistrement en parallèle de l'état de fonctionnement du moteur;
- découpage de chaque séquence enregistrée en blocs séquentiels, chaque bloc comportant Ne échantillons et étant d'une d urée Te réduite par rapport à la durée totale de la séq uence, Te = Ne / Fe;
- réalisation d'une transformée de Fourier sur chaque bloc, un fenêtrage du bloc pouvant éventuellement être effectué auparavant; - décomposition de la transformée de Fourier du bloc en une première courbe de pics de fréquences et en une seconde courbe de bruit résiduel;
- synthétisation du bloc par représentation de la première courbe sous forme d'un ensemble de Nf valeurs de fréquences F et Na valeurs d'amplitudes A correspondantes, Nf = Na, et par la représentation de la seconde courbe par des coefficients de filtrage Cf d'un bruit blanc d'amplitude Ab;
- les valeurs de fréquences F, amplitudes A, coefficients de filtrage Cf et amplitude Ab de chaque bloc synthétisé sont associés à l'état de fonctionnement correspondant du moteur;
- l'ensemble des blocs synthétisés d'une séquence est stocké.
Dans divers modes de mises en œuvre de l'invention de procédé d'élaboration d'une sonothèque, les moyens suivants utilisés seuls ou selon toutes leurs combinaisons techniquement possibles sont mis en œuvre:
- la première courbe de pics de fréquence est lissée par réalisation d'une moyenne mobile;
- la seconde courbe de bruit résiduel est lissée par réalisation d'une moyenne mobile;
- l'état de fonctionnement du moteur est évalué par un ou plusieurs des paramètres suivants:
- position C de la pédale d'accélération;
- vitesse de rotation R du moteur; -"démarreur enclenché ou non;
- vitesse enclenchée de la boite de vitesse;
- position de la pédale de frein,
- chaque bloc synthétisé est au moins associé à la vitesse de rotation R du moteur, - chaque bloc synthétisé est au moins associé à la position C de la pédale d'accélération.
L'invention concerne également un procédé de mise en œuvre d'une sonothèque selon l'une quelconque des caractéristiques précédentes prise isolément ou en combinaison pour simuler le son d'un moteur dans un véhicule automobile.
Selon le procédé de mise en œuvre de la sonothèque pour simuler le son d'un moteur dans un véhicule automobile pour chaque période de temps Te:
- on mesure l'état de fonctionnement du moteur;
- on sélectionne un bloc synthétisé d'une séquence de sons correspondant à l'état de fonctionnement du moteur;
- on reconstitue une première évolution temporelle à partir de l'ensemble des Nf valeurs de fréquences F et des Na valeurs d'amplitudes A correspondantes dudit bloc sélectionné;
- on reconstitue une seconde évolution temporelle correspondant au bruit filtré et obtenue à partir d'un bruit blanc d'amplitude proportionnelle à Ab dudit bloc sélectionné puis filtré selon les coefficients de filtrage Cf dudit bloc sélectionné;
- on additionne la première évolution temporelle à la seconde évolution temporelle de bruit filtré afin de produire ledit son simulé à la fréquence d'échantillonnage Fe dans le domaine temporel.
Les procédés d'élaboration et de mise en œuvre précédents peuvent être caractérisés par les paramètres suivants:
- Fe = 44 100 Hz, Ne = 256 échantillons, le nombre Nf de valeurs de fréquences F d'un bloc est choisi entre 8 et 32 et est préférentiellement de 15;
- les fréquences F choisies d'un bloc correspondent aux Nf premiers maximum de fréquence;
- les fréquences F choisies d'un bloc correspondent aux Nf points de fréquence de la transformée de Fourier d'énergies situées au-dessus de la seconde courbe de bruit résiduel.
La présente invention concerne enfin des dispositifs pour la mise en œuvre des procédés précédents.
La présente invention sera mieux comprise à la lecture d'un exemple de réalisation non limitatif où: W yyOj 0 u1i//jHjyS u3 PCT/FR99/02670
La Figure 1 correspond à un dispositif pour la mise en œuvre d'une sonothèque.
La Figure 2 représente un schéma fonctionnel de mise en œuvre.
5 La Figure 3 représente un découpage en bloc d'une séquence de sons.
La Figure 4 représente une courbe spectrale d'énergie d'un bloc.
La Figure 1 représente schématiquement un dispositif
10 utilisable pour simuler le son d'un moteur dans un véhicule automobile à partir d'une sonothèque. Le dispositif comporte un contrôleur 4, un microprocesseur ou un processeur de signaux digitaux (DSP) relié par des bus 5 d'adressage et de données à de la mémoire morte 6 pour stockage des
15 programmes de fonctionnement et de la table de paramétrage, à de la mémoire vive 7 et à un convertisseur numérique- analogique 8. La charge C moteur 2 peut être évaluée par la position de l'accélérateur et le régime R moteur 1 peut être évalué par la vitesse de rotation dudit moteur. Les signaux
20 correspondants sont envoyés au contrôleur 4 par l'intermédiaire d'un module 3 de mise en forme des signaux. Le régime R moteur 1 et la charge C moteur 2 sont évalués régulièrement au cours du temps et déterminent la sélection d'un bloc parmi les blocs obtenus par découpage des
25 séquences de sons de la sonothèque, stockés dans la mémoire morte sous forme synthétisée. Après calcul, les données sont envoyées au convertisseur numérique- analogique 8, les signaux analogiques ainsi reconstitués étant amplifiés par l'amplificateur 9 et envoyés à un générateur de
30 sons 10 constitué d'un ou plusieurs haut-parleurs par exemple. 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
35 de préférence de 44 100 Hz. Cependant il est envisagé que la fréquence d'acquisition soit inférieure et, par exemple, jusqu'à 8 000 Hz 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.
Dans d'autres formes de mise en œuvre 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 moteur 2 peut être omise, seul le régime R moteur 1 étant mesuré ou inversement.
La Figure 2 est le schéma fonctionnel d'une partie du programme de fonctionnement du dispositif représenté à la Figure 1 . La table de paramétrage 1 1 correspond à l'ensemble des blocs synthétisés des séquences comportant pour chaque bloc et paramètre un ensemble de Nf valeurs de fréquences F et Na valeurs d'amplitudes A correspondantes, Nf = Na, et des coefficients de filtrage Cf d'un bruit blanc d'amplitude Ab. Chacune de ces valeurs F et A, coefficients Cf et amplitude Ab est associée à un état de fonctionnement du moteur. Ainsi dans le cas où le fonctionnement du moteur est mesuré par le régime du moteur et par la charge du moteur, les valeurs de fréquence , d'amplitude, coefficients de filtrage et amplitude de bruit blanc seront référencées en fonction des valeurs correspondantes de R et de C. Les valeurs de fréquences et d'amplitude sélectionnées dans la table de paramétrage 1 1 en fonction de R et de C sont envoyées dans un module 12 de synthèse additive permettant d'obtenir dans le domaine temporel une première évolution temporelle. Les coefficients de filtrage Cf sélectionnés en fonction de R et de C déterminent les caractéristiques du filtre à travers duquel un bruit blanc 13, une valeur aléatoire pondérée par l'amplitude Ab est envoyée. Ces opérations sont effectuées dans u n module 14 de filtrage F. I . R. (Finite Impulse Response). Le résultat du filtrage est additionné à la première variation temporelle dans un additionneur analogique 15 afin de prod uire le son simulé. Dans le domaine temporel l'échantillonnage est fait d'une manière compatible avec celui utilisé pour la création de la table de paramétrage soit à l'identique, soit différent avec décimation ou extrapolation suivant les cas. Cependant, on utilise de préférence la même fréquence d'échantillonnage Fe lors de la création et lors de la restitution/simulation .
La Figure 3 représente le découpage en bloc d'une séquence de sons dans le domaine temporel.
La Figure 4 représente le spectre d'énergie d'un bloc par transformée de Fourier. On utilise de préférence des méthodes par transformée de Fourier rapide (FFT). Le spectre de la Figure 4 comporte un certain nombre de pics. Les pics les plus importants et au nombre Nf sont conservés pour la création de la sonothèque. Le nombre Nf est choisi pour une restitution/simulation auditivement acceptable tout en permettant de réduire la quantité de données devant être stockées dans la table de paramétrage. On peut ainsi prendre Nf = 1 5. On choisit de préférence les Nf premières fréquences au-dessus du bruit résiduel lissé représentées en 16 sur la Figure 4. Le bruit résiduel lissé (bruit de fond lissé) est utilisé pour déterminer les coefficients de filtrage et l'amplitude du bruit blanc Ab correspondant. Lors de la mise en œuvre des procédés de mise en œuvre d'une sonothèque, 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 sans que ce dernier n'ait à attendre des données et donc sans risq ue d'interruption de la restitution .

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé d'élaboration d'une sonothèque représentant les caractéristiques acoustiques de moteurs de véhicules automobiles caractérisé en ce que des séquences de sons sont enregistrées puis transformées et stockées sous forme de données numériques et synthétiques selon les étapes suivantes:
- enregistrement des sons sous forme de séquences numériques à une fréquence d'échantillonnage Fe; - enregistrement en parallèle de l'état de fonctionnement du moteur;
- découpage de chaque séquence enregistrée en blocs séquentiels, chaque bloc comportant Ne échantillons et étant d'une d urée Te réduite par rapport à la durée totale de la séquence, Te = Ne / Fe;
- réalisation d'une transformée de Fourier sur chaq ue bloc, un fenêtrage du bloc pouvant éventuellement être effectué auparavant;
- décomposition de la transformée de Fourier du bloc en une première courbe de pics de fréquences et en une seconde courbe de bruit résiduel;
- synthétisation du bloc par représentation de la première courbe sous forme d'un ensemble de Nf valeurs de fréquences F et Na valeurs d'amplitudes A correspondantes, Nf = Na, et la représentation de la seconde courbe par des coefficients de filtrage Cf d'un bruit blanc d'amplitude Ab;
- les valeurs de fréquences F, amplitudes A, coefficients de filtrage Cf et amplitude Ab de chaque bloc synthétisé sont associés à l'état de fonctionnement correspondant du moteur; - l'ensemble des blocs synthétisés d'une séquence est stocké.
2. Procédé d'élaboration selon la revendication 1 caractérisé en ce que la première courbe de pics de fréq uence est lissée par réalisation d'une moyenne mobile.
3. Procédé d'élaboration selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce q ue la seconde courbe de bruit résiduel est lissée par réalisation d'une moyenne mobile.
4. Procédé d'élaboration selon la revendication 1 , 2 ou 3 caractérisé en ce que l'état de fonctionnement du moteur est évalué par un ou plusieurs des paramètres suivants: position C de la pédale d'accélération; vitesse de rotation R du moteur; démarreur enclenché ou non; vitesse enclenchée de la boite de vitesse; position de la pédale de frein.
5. Procédé d'élaboration selon la revendication 4 caractérisé en ce que chaque bloc synthétisé est au moins associé à la vitesse de rotation du moteur.
6. Procédé d'élaboration selon la revendication 4 ou 5 caractérisé en ce que chaque bloc synthétisé est au moins associé à la position de la pédale d'accélération .
7. Procédé de mise en œuvre d'une sonothèque selon l'une quelconque des revendications précédentes pour simuler le son d'un moteur dans un véhicule automobile caractérisé en ce que pour chaque période de temps Te:
- on mesure l'état de fonctionnement du moteur;
- on sélectionne un bloc synthétisé d'une séquence de sons correspondant à l'état de fonctionnement du moteur; - on reconstitue une première évolution temporelle à partir de l'ensemble des Nf valeurs de fréquences F et des Na valeurs d'amplitudes A correspondantes dudit bloc sélectionné;
- on reconstitue une seconde évolution temporelle correspondant au bruit filtré et obtenue à partir d'un bruit blanc d'amplitude proportionnelle à Ab dudit bloc sélectionné puis filtré selon les coefficients de filtrage Cf dudit bloc sélectionné;
- on additionne la première évolution temporelle à la seconde évolution temporelle de bruit filtré afin de produire ledit son simulé à la fréquence d'échantillonnage Fe dans le domaine temporel.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que Fe = 44 100 Hz, Ne = 256 échantillons, le nombre Nf de valeurs de fréquences F d'un bloc étant choisi entre 8 et 32 et est préférentiellement de 15.
9. Procédé selon la revendication 8 caractérisé les fréquences F choisies d'un bloc correspondent aux Nf premiers maximum de fréquence.
10. Procédé selon la revendication 8 caractérisé les fréquences F choisies d'un bloc correspondent aux Nf points de fréquence de la transformée de Fourier d'énergies situées au-dessus de la seconde courbe de bruit résiduel.
1 1 . Dispositifs pour la mise en œuvre des procédés selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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