WO2018153243A1 - 电机高频噪声的掩蔽方法和装置 - Google Patents

电机高频噪声的掩蔽方法和装置 Download PDF

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赵永吉
孙亚轩
刘文展
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比亚迪股份有限公司
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    • G—PHYSICS
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    • G10L19/00—Speech or audio signals analysis-synthesis techniques for redundancy reduction, e.g. in vocoders; Coding or decoding of speech or audio signals, using source filter models or psychoacoustic analysis
    • G10L19/012—Comfort noise or silence coding

Definitions

  • the sound pressure level of the background sound in the background sound database ranges from 40 to 65 dB.
  • the spectral data includes a frequency and a sound pressure level of the high frequency noise signal
  • the signal generating unit is specifically configured to: according to a frequency of the high frequency noise signal and the The masking curve function determines a frequency of the masking acoustic signal; the masking acoustic signal is generated based on a frequency of the masking acoustic signal.
  • the background sound comprises a first type of background sound and a second type of background sound.
  • FIG. 7 is a schematic diagram of a method of generating a first type of background sound according to a specific example of the present invention.
  • a plurality of sets of background sound samples may be preset, and the background sound samples may be water sound, wind sound, sea wave sound, etc., and sounds in any frequency band of 500 to 1000 Hz may be various. Then organize the personnel to adopt a certain evaluation method in a specific area (such as the evaluation room) or subjective evaluation according to specific requirements, and select a background sound with a high subjective evaluation, such as a music piece that gives a cheerful sunshine feeling.
  • the background sound samples can be objectively analyzed with corresponding software (such as Spek acoustic spectrum analysis software, PocketRTA sound analysis software, etc.), and good background sounds such as loudness, jitter and roughness are obtained.
  • the subjectively selected background sound and the background sound obtained by the software analysis can be statistically selected, and the background sound shared by the two can be comprehensively selected to form a background sound database.
  • the background sound after the comprehensive selection may be further processed, for example, the background sound with a frequency of 600-700 Hz and a background sound with a sound pressure level of 45 dB may be processed to obtain a frequency of 600-700 Hz and a sound pressure level. Any background sound in the range of 40 ⁇ 65dB.
  • the masking method for the high-frequency noise of the motor in the embodiment of the present invention can mask the high-frequency noise signal generated by the motor, so that it is expressed in a background sound that people are willing to accept, which helps to improve people's products related to the motor.
  • the experience of using can mask the high-frequency noise signal generated by the motor, so that it is expressed in a background sound that people are willing to accept, which helps to improve people's products related to the motor. The experience of using.
  • the frequency band of the masking signal such as 600 ⁇ 700Hz
  • control its sound pressure level to gradually increase such as from 40dB
  • observe the sound pressure of the masking signal that masks the high frequency noise signal band is 4000 ⁇ 4100Hz
  • the sound pressure level is 63dB
  • the point (600-700Hz, 63dB) can be obtained.
  • an infinite number of such points can be obtained, and a masking curve function can be obtained.
  • the frequency of the masking sound signal may be determined according to the frequency of the high frequency noise signal and the masking curve function, thereby generating the masking sound signal according to the frequency of the masking sound signal.
  • the background sound in the background sound database may be a sound that the human ear can accept and feel comfortable.
  • the frequency may range from 500 to 1000 Hz, and the sound pressure level may range from 40 to 65 dB.
  • the collected high frequency noise signal is subjected to spectrum analysis to obtain the frequency and sound pressure level of the high frequency noise signal.
  • the collected high frequency noise signal can be divided into frequency bands, for example, divided by a bandwidth of 100 Hz. Select a frequency band (such as 4000 ⁇ 4100Hz) signal, the sound pressure level is fixed as 30dB.
  • the mask generating acoustic signal is generated by the signal generating unit according to the spectral data of the collected high-frequency noise signal and the masking curve function, and the background sound is selected from the background sound database according to the spectral data of the collected high-frequency noise signal by the selection processing unit, And the background sound selected from the background sound database is processed according to the masking curve function, and the generated masking sound signal is combined with the processed background sound by the composite output unit and output.

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Abstract

本申请提供一种电机高频噪声的掩蔽方法和装置，其中，方法包括：基于电机产生的高频噪声信号生成掩蔽曲线函数；实时采集电机产生的高频噪声信号；根据采集的高频噪声信号的频谱数据和掩蔽曲线函数生成掩蔽声信号，并根据采集的高频噪声信号的频谱数据从背景声数据库中选择背景声，并根据掩蔽曲线函数对选择的背景声进行处理；将生成的掩蔽声信号与选择的背景声进行合成后输出。该电机高频噪声的掩蔽方法能够掩蔽由于电机产生的高频噪声信号，使其以一种人们乐于接受的背景声表现出来，有助于提升人们对电机相关产品的使用体验。

Description

电机高频噪声的掩蔽方法和装置
本申请要求于2017年02月21日提交中国专利局、申请号为201710092478.5、发明名称为“电机高频噪声的掩蔽方法和装置”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本发明涉及噪声控制技术领域，具体涉及一种电机高频噪声的掩蔽方法和一种电机高频噪声的掩蔽装置。
背景技术
随着新能源产业的迅速发展，越来越多的电机相关新能源产品出现在我们的生活中。但新能源产品在给我们的生活带来方便的同时，也同样给我们带来了电机噪声的困扰。
电机的高频噪声是一种综合噪声，其包括机械噪声、电磁噪声以及空气噪声，频率从1KHz到12KHz或者更高，这种高频的噪声会给人带来强烈的不适感，所以对这种噪声的治理是非常有必要的。
相关技术中，电机噪声治理方案主要有两种：一种是被动降噪，包括结构优化，消除共振，阻尼材料进行吸隔声，如采用传统的隔音、吸音、消音材料达到降低噪声的效果。但被动降噪受电机散热指标的制约，只能有限采用，对于电机的高频噪声还是达不到理想的要求。另外一种是有源降噪，对低频的电机噪声进行相位抵消。但由于电机噪声的频率很高，波长很短，所以很难去捕捉它的相位来生成反相声波来主动抵消。即使能够捕捉，也要不断去调整搜索步长，这样循环次数会非常多，运算量很大，算法很难实现；即使算法能够实现，对硬件的要求也会很高，成本高昂。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种电机高频噪声的掩蔽方法。该方法能够掩蔽由于电机产生的高频噪声信号，使其以一种人们乐于接受的背景声表现出来，有助于提升人们对电机相关产品的使用体验。
本发明的另一个目的在于提出一种电机高频噪声的掩蔽方法装置。
为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种电机高频噪声的掩蔽方法，包括以下步骤：基于电机产生的高频噪声信号生成掩蔽曲线函数；实时采集所述电机产生的高频噪声信号；根据采集的高频噪声信号的频谱数据和所述掩蔽曲线函数生成掩蔽声信号，并根据采集的高频噪声信号的频谱数据从背景声数据库中选择背景声，并根据所述掩蔽曲线函数对选择的背景声进行处理；将生成的所述掩蔽声信号与处理后的背景声进行合成后输出。
本发明实施例的电机高频噪声的掩蔽方法，预先基于电机产生的高频噪声信号生成掩蔽曲线函数，在进行高频噪声信号掩蔽时，实时采集电机产生的高频噪声信号，并根据采集的高频噪声信号的频谱数据和掩蔽曲线函数生成掩蔽声信号，同时根据采集的高频噪声信号的频谱数据从背景声数据库中选择背景声，并根据掩蔽曲线函数对选择的背景声进行处理，进而将生成的掩蔽声信号与处理后的背景声进行合成后输出。由此，能够掩蔽由于电机产生的高频噪声信号，使其以一种人们乐于接受的背景声表现出来，有助于提升人们对电机相关产品的使用体验。
根据本发明的一个实施例，所述频谱数据包括所述高频噪声信号的频率和声压级，其中，所述根据所述高频噪声信号的频谱数据和掩蔽曲线函数生成掩蔽声信号，包括：根据所述高频噪声信号的频率和所述掩蔽曲线函数确定掩蔽声信号的频率；根据所述掩蔽声信号的频率生成所述掩蔽声信号。
根据本发明的一个实施例，从背景声数据库中选择背景声，并根据所述掩蔽曲线函数对选择的背景声进行处理，包括：根据所述高频噪声信号的频率从背景声数据库中选择背景声；根据所述高频噪声信号的声压级和所述掩蔽曲线函数确定基准声压级；根据所述基准声压级对从所述背景声数据库中选择的背景声进行处理。
根据本发明的一个实施例，所述基于电机产生的高频噪声信号生成掩蔽曲线函数，包括以下步骤：根据采集的高频噪声信号选择掩蔽信号的频率，并调节所述掩蔽信号的声压级；获取掩蔽掉所述高频噪声信号的所述掩蔽信号的声压级；基于多个高频噪声信号的频率、掩蔽信号的频率以及掩蔽掉所述高频噪声信号的所述掩蔽信号的声压级进行建模以获取所述掩蔽曲线函数。
根据本发明的一个实施例，所述基于电机产生的高频噪声信号生成掩蔽曲线函数，还包括以下步骤：根据采集的高频噪声信号选择掩蔽信号的声压级，并调节所述掩蔽信号的频率；获取掩蔽掉所述高频噪声信号的所述掩蔽信号的频率；基于多个高频噪声信号的频率、掩蔽信号的声压级以及掩蔽掉所述高频噪声信号的所述掩蔽信号的频率进行建模以获取所述掩蔽曲线函数。
根据本发明的一个实施例，所述根据所述掩蔽信号的频率生成掩蔽声信号，包括：根据所述掩蔽声信号的频率通过LMS(Least Mean Square，最小均方)自适应滤波器对所述高频噪声信号进行滤波，生成所述掩蔽声信号。
根据本发明的一个实施例，所述背景声包括第一类背景声和第二类背景声。
根据本发明的一个实施例，根据所述高频噪声信号的频率从背景声数据库中选择背景声，包括：判断所述高频噪声信号的频率是否稳定；如果所述高频噪声信号的频率不稳定，则根据所述电机的转速选择所述第一类背景声；如果所述高频噪声信号的频率稳定，则选择所述第二类背景声。
根据本发明的一个实施例，所述背景声数据库中的背景声的声压级的取值范围为40～65dB。
为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种电机高频噪声的掩蔽装置，包括：预生成单元，用于基于电机产生的高频噪声信号生成掩蔽曲线函数；采集单元，用于实时采集所述电机产生的高频噪声信号；信号生成单元，用于根据采集的高频噪声信号的频谱数据和所述掩蔽曲线函数生成掩蔽声信号；选择处理单元，用于根据采集的高频噪声信号的频谱数据从背景声数据库中选择背景声，并根据所述掩蔽曲线函数对选择的背景声进行处理；合成输出单元，用于将生成的所述掩蔽声信号与处理后的背景声进行合成后输出。
本发明实施例的电机高频噪声的掩蔽装置，预先通过预生成单元基于电机产生的高频噪声信号生成掩蔽曲线函数，在进行高频噪声信号掩蔽时，通过采集单元实时采集电机产生的高频噪声信号，通过信号生成单元根据采集的高频噪声信号的频谱数据和掩蔽曲线函数生成掩蔽声信号，同时通过选择处理单元根据采集的高频噪声信号的频谱数据从背景声数据库中选择背景声，并根据掩 蔽曲线函数对选择的背景声进行处理，进而通过合成输出单元将生成的掩蔽声信号与处理后的背景声进行合成后输出。由此，能够掩蔽由于电机产生的高频噪声信号，使其以一种人们乐于接受的背景声表现出来，有助于提升人们对电机相关产品的使用体验。
根据本发明的一个实施例，所述频谱数据包括所述高频噪声信号的频率和声压级，其中，所述信号生成单元，具体用于：根据所述高频噪声信号的频率和所述掩蔽曲线函数确定掩蔽声信号的频率；根据所述掩蔽声信号的频率生成所述掩蔽声信号。
根据本发明的一个实施例，所述选择处理单元，具体用于：根据所述高频噪声信号的频率从所述背景声数据库中选择背景声；根据所述高频噪声信号的声压级和所述掩蔽曲线函数确定基准声压级；根据所述基准声压级对从所述背景声数据库中选择的背景声进行处理。
根据本发明的一个实施例，所述预生成单元，具体用于：根据采集的高频噪声信号选择掩蔽信号的频率，并调节所述掩蔽信号的声压级；获取掩蔽掉所述高频噪声信号的所述掩蔽信号的声压级；基于多个高频噪声信号的频率、掩蔽信号的频率以及掩蔽掉所述高频噪声信号的所述掩蔽信号的声压级进行建模以获取所述掩蔽曲线函数。
根据本发明的一个实施例，所述预生成单元，具体还用于：根据采集的高频噪声信号选择掩蔽信号的声压级，并调节所述掩蔽信号的频率；获取掩蔽掉所述高频噪声信号的所述掩蔽信号的频率；基于多个高频噪声信号的频率、掩蔽信号的声压级以及掩蔽掉所述高频噪声信号的所述掩蔽信号的频率进行建模以获取所述掩蔽曲线函数。
根据本发明的一个实施例，所述信号生成单元根据所述掩蔽声信号的频率生成所述掩蔽声信号时，具体用于：根据所述掩蔽声信号的频率通过LMS自适应滤波器对所述高频噪声信号进行滤波，生成所述掩蔽声信号。
根据本发明的一个实施例，所述背景声包括第一类背景声和第二类背景声。
根据本发明的一个实施例，所述选择处理单元根据所述高频噪声信号的频 率从背景声数据库中选择背景声时，具体用于：判断所述高频噪声信号的频率是否稳定；如果所述高频噪声信号的频率不稳定，则根据所述电机的转速选择所述第一类背景声；如果所述高频噪声信号的频率稳定，则选择所述第二类背景声。
根据本发明的一个实施例，所述背景声数据库中的背景声的声压级的取值范围为40～65dB。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明的一个实施例的电机高频噪声的掩蔽方法的流程图；
图2是根据本发明一个实施例的背景声数据库的建立方法的流程图；
图3是根据本发明实施例的安静环境下的听阈示意图；
图4是根据本发明一个实施例的掩蔽曲线函数的生成方法的流程图；
图5是根据本发明另一个实施例的掩蔽曲线函数的生成方法的流程图；
图6是根据本发明一个实施例的掩蔽声信号生产方法的流程图；
图7是根据本发明一个具体示例的第一类背景声的生成方法的示意图；
图8是根据本发明一个实施例的电机高频噪声的掩蔽方法的操作流程图；以及
图9是根据本发明一个实施例的电机高频噪声的掩蔽装置的结构框图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考附图描述本发明实施例的电机高频噪声的掩蔽方法和装置。
图1是根据本发明一个实施例的电机高频噪声的掩蔽方法的流程图。如图1所示，该电机高频噪声的掩蔽方法包括：
S1，预先基于电机的高频噪声信号生成掩蔽曲线函数。
其中，掩蔽曲线函数即为高频噪声信号与掩蔽其的掩蔽信号之间的关系函数，通过高频噪声信号可以获取与其对应的掩蔽信号。
S2，实时采集电机产生的高频噪声信号。
具体地，可以通过声音信号接收器(如麦克风等)和/或转速传感器实时采集电机高频噪声信号。对于负载比较恒定的电机，可以只用转速传感器采集高频噪声信号；对于负载变化较大的电机，可以通过转速传感器和声音信号接收器同时采集高频噪声信号，以提高高频噪声信号的采集精度。
可以理解，电机转动时，转速与高频噪声信号之间存在对应关系，故可以预先存储转速与高频噪声信号的对应关系，进而可以通过转速传感器检测电机的转速获得对应的高频噪声信号。
S3，根据采集的高频噪声信号的频谱数据和掩蔽曲线函数生成掩蔽声信号，并根据采集的高频噪声信号的频谱数据从背景声数据库中选择背景声，并根据掩蔽曲线函数对选择的背景声进行处理。
在本发明的实施例中，上述用于掩蔽高频噪声信号的掩蔽信号包括掩蔽声信号和处理后的从背景声数据库中选择的背景声。
其中，背景声数据库中的背景声可以是人耳能够接受且感觉比较舒服的声音，其频率的取值范围可以是500～1000Hz，且其声压级的取值范围可以是40～65dB。
如图2所示，在建立背景声数据库时，可以预先设置多组背景声样本，背景声样本可以是流水声、风声、海浪声等，500～1000Hz任一频段内的声音可以有多种。然后组织人员在特定的区域(如评价室)采用一定的评价方法或按照特定要求进行主观评价，从中选择主观评价高的背景声，如可以是给人欢快阳光感觉的乐曲。同时可以结合相应软件(如Spek声学频谱分析软件、PocketRTA声音分析软件等)对背景声样本进行客观分析，得出关于响度、抖动度、粗糙度等较好的背景声。进而可以对主观选择的背景声与软件分析得到的背景声进行统计，可以综合选择两者共有的背景声组成背景声数据库。
进一步地，还可以对综合选择后的背景声进行进一步处理，例如可以对频 率为600～700Hz的背景声、声压级为45dB的背景声进行处理，以获得频率为600～700Hz、声压级在40～65dB范围内任一取值的背景声。
S4，将生成的掩蔽声信号与处理后的背景声进行合成后输出。
具体地，如图3所示，低频声音的听阈高于高频声音的听阈，当声音频率很低时，声压级需要在60dB以上才能够被听到，但声音在高频8KHz左右时，只需几分贝即可被听到。对此，可以通过低频声音(即掩蔽声信号)掩蔽电机高频噪声，以提高高频噪声的听阈，但这样会使声压级升高，可能会高于当前环境原有声压级，达不到降噪的效果。此时可以加入合适的背景声，用背景声去掩蔽声信号，以使经掩蔽声信号掩蔽后的声音隐藏于人耳乐于接受的背景声(如风声、流水声等)中，即降低声环境的声压级，使人耳听到的声音为悦耳的背景声。
需要说明的是，如果直接用背景声去掩蔽高频噪声信号，会使原来声环境的声压级会提高很多，达不到掩蔽的效果。
由此，本发明实施例的电机高频噪声的掩蔽方法，能够掩蔽由于电机产生的高频噪声信号，使其以一种人们乐于接受的背景声表现出来，有助于提升人们对电机相关产品的使用体验。
在本发明的一个示例中，如图4所示，上述步骤S1包括以下步骤：
S101，根据采集的高频噪声信号选择掩蔽信号的频率，并调节掩蔽信号的声压级。
S102，获取掩蔽掉高频噪声信号的掩蔽信号的声压级。
S103，基于多个高频噪声信号的频率、掩蔽信号的频率以及掩蔽掉高频噪声信号的掩蔽信号的声压级进行建模以获取掩蔽曲线函数。
具体地，对采集到的高频噪声信号进行频谱分析，以获取该高频噪声信号的频率和声压级。可以对采集到的高频噪声信号进行频段分割，如以每100Hz为带宽进行分割。首先选取某一频段(如4000～4100Hz)信号，其对应的声压级是固定的如30dB。然后选择掩蔽信号的频段(如600～700Hz)，控制其声压级逐渐升高(如从40dB开始升高)，观察掩蔽掉高频噪声信号(频段为4000～4100Hz)的掩蔽信号的声压级，若声压级在63dB时刚好掩蔽掉4000～ 4100Hz频段、声压级为30dB的高频噪声信号，此时可以得到点(600-700Hz，63dB)。由此，可以得到无数个这样的点，进而可以得到掩蔽曲线函数。
在本发明的另一个示例中，如图5所示，上述步骤S1包括以下步骤：
S111，根据采集的高频噪声信号选择掩蔽信号的声压级，并调节掩蔽信号的频率。
S112，获取掩蔽掉高频噪声信号的掩蔽信号的频率。
S113，基于多个高频噪声信号的频率、掩蔽信号的声压级以及掩蔽掉高频噪声信号的掩蔽信号的频率进行建模以获取掩蔽曲线函数。
具体地，对采集到的高频噪声信号进行频谱分析，以获取该高频噪声信号的频率和声压级。可以对采集到的高频噪声信号进行频段分割，如以每100Hz为带宽进行分割。首先选取某一频段(如4000～4100Hz)信号，其声压级是固定的如30dB。然后选择掩蔽信号的声压级(如63dB)，将其频段逐渐升高，观察掩蔽掉高频噪声信号(频段为4000～4100Hz)的掩蔽信号的频段，若频段在600-700Hz时刚好掩蔽掉4000～4100Hz频段，声压级为30dB的高频噪声信号，此时可以得到点(600-700Hz，63dB)。由此，可以得到无数个这样的点，进而可以得到掩蔽曲线函数。
在本发明的实施例中，高频噪声信号的频谱数据可以包括高频噪声信号的频率和声压级。可以理解，高频噪声信号的频谱数据可以是对高频噪声信号进行频谱分析获得，具体频谱分析方法属比较成熟的技术，具体不做赘述。
进一步地，可以根据高频噪声信号的频率和掩蔽曲线函数确定掩蔽声信号的频率，进而根据掩蔽声信号的频率生成掩蔽声信号。
具体地，在高频噪声信号的频率、升压级确定的情况下，可以根据上述掩蔽曲线函数确定掩蔽信号的频率和声压级，其中，掩蔽信号的频率即为掩蔽声信号的频率，进而可以根据掩蔽声信号的频率生成掩蔽声信号。
在本发明的一个示例中，在根据掩蔽声信号的频率生成掩蔽声信号时，可以根据掩蔽声信号的频率通过LMS自适应滤波器对高频噪声信号进行滤波，生成掩蔽声信号。
具体地，如图6所示，将采集到的高频噪声信号带入LMS自适应估计函 数，得到高频噪声信号的频率特性，启动LMS算法。同时结合掩蔽曲线函数，得到掩蔽该高频噪声信号的掩蔽声信号的频率，该频率能够使经掩蔽声信号掩蔽后的声音听阈最低，声压级的变化最小。可以理解，在LMS算法中，每次步长取足够小，使得频率变化趋于0，这样声压级的变化就会无限小。
进一步地，通过LMS自适应滤波器，滤掉多余的成分，输出的信号经D/A转换后即输出掩蔽声信号。
需要说明的是，生成的掩蔽声信号对高频噪声信号进行掩蔽后，会提高声环境的声压级，达不到降噪的效果。
为改善声环境噪声，可以在掩蔽声信号的基础上加入背景声。具体地，可以根据高频噪声信号的频率从背景声数据库中选择背景声，根据高频噪声信号的声压级和掩蔽曲线函数确定基准声压级，根据基准声压级对从背景声数据库中选择的背景声。
其中，背景声可以包括第一类背景声和第二类背景声。
具体地，根据高频噪声信号的频率从背景声数据库中选择背景声，包括：判断高频噪声信号的频率是否稳定；如果高频噪声信号的频率不稳定，则根据电机的转速选择第一类背景声；如果高频噪声信号的频率稳定，则选择第二类背景声。
可以理解，实际采集的电机高频噪声信号的频率一般不是固定不变的，如可以是集中于某个频率范围进行波动。在本发明的一个示例中，当频率波动范围较大，如3500～4500Hz，带宽为1000Hz时，可以认为高频噪声信号的频率不稳定；当频率波动范围较小，如4000～4100Hz，带宽为100Hz时，可以认为高频噪声信号的频率稳定。
进一步地，在高频噪声信号的频率、升压级确定的情况下，可以根据上述掩蔽曲线函数确定掩蔽信号的频率和声压级，其中，掩蔽信号的声压级即为基准声压级。然后可以根据掩蔽信号的频率从第一类背景声或第二类背景声中选择与该频率对应的背景声，进而可以根据基准声压级对上述从第一类背景声或第二类背景声中选择的背景声进行处理，以使处理后的背景声的声压级达到所述基准声压级。
在本发明的一个实施例中，电机负载变化比较大时，电机高频噪声信号的频率会随电机转速的变化而发生较大波动，此时对高频噪声信号进行掩蔽时，可以选择第一类背景声，即随转速变化的背景声。第一类背景声的获取方法可以通过图7进行说明：
如图7所示，以风声做背景声为例，在模拟驾驶中分别录制不同电机转速下的发动机声音，电机转速为1000转/分时风声为a，电机转速为1100转/分时风声为b，以此类推。每一个转速都会对应一个风声，将这些转速和风声拟合在一个函数之中，即形成一个转速与声音的函数，可称为“函数背景声”。“函数背景声”对应的第一类背景声在调取时，可以通过CAN总线获得电机转速，根据电机转速获取第一类背景声。
需要说明的是，上述建立“函数背景声”的方法是示例性的，也可以根据车速-风声的关系建立“函数背景声”，还可以根据转速-流水声的关系、车速-流水声的关系等建立“函数背景声”，在此不做限定。
在本发明的另一种实施例中，电机的负载比较恒定时，高频噪声信号的频率比较稳定，此时需要的背景声也比较单一，此时可以通过图2的流程，选择一种比较常见，人们乐于接受的声音(如流水声，风声等)作为第二类背景声。
需要说明的是，为减少实际使用时对背景声的处理复杂度，还可以根据采集的高频噪声信号的频谱数据和掩蔽曲线函数直接从背景声数据库中选择频率和声压级均合适的背景声。可以理解，此时要求背景声数据库存储有各种频率、各种声压级的背景声。
为便于理解本发明实施例的电机高频噪声的掩蔽方法，可通过图8进行说明：
如图8所示，实施采集高频噪声信号，通过相应的频谱分析即可获得高频噪声信号的频率和声压级，如高频噪声信号的频率为4000Hz、声压级为30dB。根据掩蔽曲线函数可以得出，掩蔽该高频噪声信号的掩蔽信号的频率为600～700Hz、声压级为63dB。一方面，可确定掩蔽声信号的频率为600～700Hz，将此频率输入LMS自适应滤波器，生成掩蔽声信号。另一方面，可确定基准声压级为63dB，根据高频噪声信号的频率稳定性从背景声数据库中选取合适 的背景声，并根据基准声压级对背景声进行处理，并输出。将生成的掩蔽声信号与处理后的背景声进行合成后输出，人耳听到的即为乐于接受的背景声，其中，输出的背景声的声压级刚好能掩蔽生成的掩蔽声信号。
综上，本发明实施例的电机高频噪声的掩蔽方法，能够很好的掩蔽由于电机产生的高频噪声信号，并使其以一种人们乐于接受的背景声表现出来，有助于提升人们对电机产品的使用体验。
图9是本发明一个实施例的电机高频噪声的掩蔽装置的结构框图。如图9所示，该电机高频噪声的掩蔽装置包括：预生成单元10、采集单元20、信号生成单元30、选择处理单元40和合成输出单元50。
其中，预生成单元10用于预先基于电机的高频噪声信号生成掩蔽曲线函数。采集单元20用于实时采集电机产生的高频噪声信号。信号生成单元30用于根据采集的高频噪声信号的频谱数据和掩蔽曲线函数生成掩蔽声信号。选择处理单元40用于根据采集的高频噪声信号的频谱数据和从背景声数据库中选择背景声，并根据掩蔽曲线函数对选择的背景声进行处理。合成输出单元50用于将生成的掩蔽声信号与处理后的背景声进行合成后输出。
可以理解，背景声数据库中的背景声可以是人耳能够接受且感觉比较舒服的声音，其频率的取值范围可以是500～1000Hz，且其声压级的取值范围可以是40～65dB。
在本发明的一个实施例中，预生成单元10具体用于根据电机的高频噪声信号选择掩蔽信号的频率，并调节掩蔽信号的声压级，获取掩蔽掉高频噪声信号的掩蔽信号的声压级，基于多个高频噪声信号的频率、掩蔽信号的频率以及掩蔽掉高频噪声信号的掩蔽信号的声压级进行建模以获取掩蔽曲线函数。
具体地，对采集到的高频噪声信号进行频谱分析，以获取该高频噪声信号的频率和声压级。可以对采集到的高频噪声信号进行频段分割，如以每100Hz为带宽进行分割。选取某一频段(如4000～4100Hz)信号，其声压级是固定的如30dB。然后选择掩蔽信号的频段(如600～700Hz)，控制其声压级逐渐升高，观察掩蔽掉高频噪声信号(频段为4000～4100Hz)的掩蔽信号的声压级，若声压级在63dB时刚好掩蔽掉4000～4100Hz频段的高频噪声信号，此 时可以得到点(600-700Hz，63dB)。由此，可以得到无数个这样的点，进而可以得到掩蔽曲线函数。
在本发明的另一个实施例中，预生成单元10具体还用于根据采集的高频噪声信号选择掩蔽信号的声压级，并调节掩蔽信号的频率，获取掩蔽掉高频噪声信号的掩蔽信号的频率，基于多个高频噪声信号的频率、掩蔽信号的声压级以及掩蔽掉高频噪声信号的掩蔽信号的频率进行建模以获取掩蔽曲线函数。
具体地，对采集到的高频噪声信号进行频谱分析，以获取该高频噪声信号的频率和声压级。可以对采集到的高频噪声信号进行频段分割，如以每100Hz为带宽进行分割。选取某一频段(如4000～4100Hz)信号，其声压级是固定的如30dB。然后选择掩蔽信号的声压级(如63dB)，将其频段逐渐升高，观察掩蔽掉高频噪声信号(频段为4000～4100Hz)的掩蔽信号的频段，若频段在600-700Hz时刚好掩蔽掉4000～4100Hz频段的高频噪声信号，此时可以得到点(600-700Hz，63dB)。由此，可以得到无数个这样的点，进而可以得到掩蔽曲线函数。
在本发明的一个实施例中，频谱数据包括高频噪声信号的频率和声压级。
具体地，信号生成单元30用于根据高频噪声信号的频率和掩蔽曲线函数确定掩蔽声信号的频率，以及根据掩蔽声信号的频率生成掩蔽声信号。
其中，信号生成单元30根据掩蔽声信号的频率生成掩蔽声信号时，具体可以根据掩蔽声信号的频率通过LMS自适应滤波器对高频噪声信号进行滤波，生成掩蔽声信号。
选择处理单元40用于根据高频噪声信号的频率从背景声数据库中选择背景声，根据高频噪声信号的声压级和掩蔽曲线函数确定基准声压级，根据基准声压级对从背景声数据库中选择的背景声进行处理。
在本发明的实施例中，背景声包括第一类背景声和第二类背景声。
进一步地，选择处理单元40根据高频噪声信号的频率从背景声数据库中选择背景声时，具体用于判断高频噪声信号的频率是否稳定，如果高频噪声信号的频率不稳定，则根据电机的转速选择第一类背景声；如果高频噪声信号的频率稳定，则选择第二类背景声。
可以理解，实际采集的电机高频噪声信号的频率一般不是固定不变的，如可以是集中于某个频率范围进行波动。在本发明的一个示例中，当频率波动范围较大，如3500～4500Hz，带宽为1000Hz时，可以认为高频噪声信号的频率不稳定；当频率波动范围较小，如4000～4100Hz，带宽为100Hz时，可以认为高频噪声信号的频率稳定。
需要说明的是，本发明实施例的电机高频噪声的掩蔽装置的具体实施方式可参见上述实施例的电机高频噪声的掩蔽方法的具体实施方式，为减少冗余，此处不做赘述。
本发明实施例的电机高频噪声的掩蔽装置，预先通过预生成单元基于电机产生的高频噪声信号生成掩蔽曲线函数，在进行高频噪声信号掩蔽时，通过采集单元实时采集电机产生的高频噪声信号，通过信号生成单元根据采集的高频噪声信号的频谱数据和掩蔽曲线函数生成掩蔽声信号，同时通过选择处理单元根据采集的高频噪声信号的频谱数据从背景声数据库中选择背景声，并根据掩蔽曲线函数对从背景声数据库中选择的背景声进行处理，进而通过合成输出单元将生成的掩蔽声信号与处理后的背景声进行合成后输出。由此，能够掩蔽由于电机产生的高频噪声信号，使其以一种人们乐于接受的背景声表现出来，有助于提升人们对电机相关产品的使用体验。

Claims (16)

  1. 一种电机高频噪声的掩蔽方法，其特征在于，包括以下步骤：
    预先基于电机的高频噪声信号生成掩蔽曲线函数；
    实时采集电机产生的高频噪声信号；
    根据采集的高频噪声信号的频谱数据和所述掩蔽曲线函数生成掩蔽声信号，并根据采集的高频噪声信号的频谱数据从背景声数据库中选择背景声，并根据所述掩蔽曲线函数对选择的背景声进行处理；
    将生成的所述掩蔽声信号与处理后的背景声进行合成后输出。
  2. 如权利要求1所述的电机高频噪声的掩蔽方法，其特征在于，所述频谱数据包括所述高频噪声信号的频率和声压级，其中，所述根据所述高频噪声信号的频谱数据和掩蔽曲线函数生成掩蔽声信号，包括：
    根据所述高频噪声信号的频率和所述掩蔽曲线函数确定掩蔽声信号的频率；
    根据所述掩蔽声信号的频率生成所述掩蔽声信号。
  3. 如权利要求2所述的电机高频噪声的掩蔽方法，其特征在于，根据所述高频噪声信号的频谱数据从背景声数据库中选择背景声，并根据所述掩蔽曲线函数对选择的背景声进行处理，包括：
    根据所述高频噪声信号的频率从背景声数据库中选择背景声；
    根据所述高频噪声信号的声压级和所述掩蔽曲线函数确定基准声压级；
    根据所述基准声压级对从所述背景声数据库中选择的背景声进行处理。
  4. 如权利要求1-3中任一项所述的电机高频噪声的掩蔽方法，其特征在于，所述预先基于电机的高频噪声信号生成掩蔽曲线函数，包括以下步骤：
    根据电机的高频噪声信号选择掩蔽信号的频率，并调节所述掩蔽信号的声压级；
    获取掩蔽掉所述高频噪声信号的所述掩蔽信号的声压级；
    基于多个高频噪声信号的频率、掩蔽信号的频率以及掩蔽掉所述高频噪声信号的所述掩蔽信号的声压级进行建模以获取所述掩蔽曲线函数。
  5. 如权利要求1-3中任一项所述的电机高频噪声的掩蔽方法，其特征在于，所述预先基于电机的高频噪声信号生成掩蔽曲线函数，包括以下步骤：
    根据电机的高频噪声信号选择掩蔽信号的声压级，并调节所述掩蔽信号的频率；
    获取掩蔽掉所述高频噪声信号的所述掩蔽信号的频率；
    基于多个高频噪声信号的频率、掩蔽信号的声压级以及掩蔽掉所述高频噪声信号的所述掩蔽信号的频率进行建模以获取所述掩蔽曲线函数。
  6. 如权利要求2-5任一项所述的电机高频噪声的掩蔽方法，其特征在于，所述根据所述掩蔽信号的频率生成掩蔽声信号，包括：
    根据所述掩蔽声信号的频率通过LMS自适应滤波器对所述高频噪声信号进行滤波，生成所述掩蔽声信号。
  7. 如权利要求3-6任一项所述的电机高频噪声的掩蔽方法，其特征在于，所述背景声包括第一类背景声和第二类背景声；
    根据所述高频噪声信号的频率从背景声数据库中选择背景声，包括：
    判断所述高频噪声信号的频率是否稳定；
    如果所述高频噪声信号的频率不稳定，则根据所述电机的转速选择所述第一类背景声；
    如果所述高频噪声信号的频率稳定，则选择所述第二类背景声。
  8. 如权利要求1-7任一项所述的电机高频噪声的掩蔽方法，其特征在于，所述背景声数据库中的背景声的声压级的取值范围为40～65dB。
  9. 一种电机高频噪声的掩蔽装置，其特征在于，包括：
    预生成单元，用于预先基于电机的高频噪声信号生成掩蔽曲线函数；
    采集单元，用于实时采集电机产生的高频噪声信号；
    信号生成单元，用于根据采集的高频噪声信号的频谱数据和所述掩蔽曲线函数生成掩蔽声信号；
    选择处理单元，用于根据采集的高频噪声信号从背景声数据库中选择背景声，并根据所述掩蔽曲线函数对选择的背景声进行处理；
    合成输出单元，用于将生成的所述掩蔽声信号与处理后的背景声进行合成后输出。
  10. 如权利要求9所述的电机高频噪声的掩蔽装置，其特征在于，所述频谱数据包括所述高频噪声信号的频率和声压级，其中，所述信号生成单元，具体用于：
    根据所述高频噪声信号的频率和所述掩蔽曲线函数确定掩蔽声信号的频率；
    根据所述掩蔽声信号的频率生成所述掩蔽声信号。
  11. 如权利要求9或10所述的电机高频噪声的掩蔽装置，其特征在于，所述选择处理单元，具体用于：
    根据所述高频噪声信号的频率从所述背景声数据库中选择背景声；
    根据所述高频噪声信号的声压级和所述掩蔽曲线函数确定基准声压级；
    根据所述基准声压级对从所述背景声数据库中选择的背景声进行处理。
  12. 如权利要求-9-11中任一项所述的电机高频噪声的掩蔽装置，其特征在于，所述预生成单元，具体用于：
    根据电机的高频噪声信号选择掩蔽信号的频率，并调节所述掩蔽信号的声压级；
    获取掩蔽掉所述高频噪声信号的所述掩蔽信号的声压级；
    基于多个高频噪声信号的频率、掩蔽信号的频率以及掩蔽掉所述高频噪声信号的所述掩蔽信号的声压级进行建模以获取所述掩蔽曲线函数。
  13. 如权利要求9-11中任一项所述的电机高频噪声的掩蔽装置，其特征在于，所述预生成单元，具体还用于：
    根据电机的高频噪声信号选择掩蔽信号的声压级，并调节所述掩蔽信号的频率；
    获取掩蔽掉所述高频噪声信号的所述掩蔽信号的频率；
    基于多个高频噪声信号的频率、掩蔽信号的声压级以及掩蔽掉所述高频噪声信号的所述掩蔽信号的频率进行建模以获取所述掩蔽曲线函数。
  14. 如权利要求10-13任一项所述的电机高频噪声的掩蔽装置，其特征在于，所述信号生成单元根据所述掩蔽声信号的频率生成所述掩蔽声信号时，具体用于：
    根据所述掩蔽声信号的频率通过LMS自适应滤波器对所述高频噪声信号进行滤波，生成所述掩蔽声信号。
  15. 如权利要求11所述的电机高频噪声的掩蔽装置，其特征在于，所述背景声包括第一类背景声和第二类背景声；
    所述选择处理单元根据所述高频噪声信号的频率从背景声数据库中选择背景声时，具体用于：
    判断所述高频噪声信号的频率是否稳定；
    如果所述高频噪声信号的频率不稳定，则根据所述电机的转速选择所述第一类背景声；
    如果所述高频噪声信号的频率稳定，则选择所述第二类背景声。
  16. 如权利要求9-15任一项所述的电机高频噪声的掩蔽装置，其特征在于，所述背景声数据库中的背景声的声压级的取值范围为40～65dB。
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