代表运输工具动力并且引起听觉幻觉的声音信号的生成装置

摘要

本发明涉及一种负责生成代表运输工具(V)动力的声音信号的生成装置(D)。该生成装置(D)包括处理部件(MT)，所述处理部件配置用于：i)根据运输工具(V)的即时速度来限定频率窗口，ii)根据所述即时速度的即时变化来限定所述频率窗口的偏移，以及iii)根据运输工具(V)的即时加速度来限定包括频谱分量的梳的扫描速度，并且声音合成部件(MS)配置用于合成取决于这些限定的声音信号，以便由声音传播系统(SD)来传播所述声音信号。

说明书

技术领域

本发明涉及负责生成代表运输工具动力的声音信号的生成装置。

背景技术

此处“运输工具动力”理解为运输工具的即时速度和即时加速度、以及任选地一些动力控制，例如运输工具的油门踏板的即时位置。

具有消音发动机(例如电机)的运输工具的越来越广的使用造成声音场对于这些运输工具的乘客以及对于位于这些运输工具外部的人的深度混乱。该混乱通过可用信息的损失来表现，所述可用信息与运输工具动力相关联并且由缺少发动机声音导致。事实上已知，运输工具的发动机噪音有助于估计即时速度和即时加速度和/或驾驶员的意图。

为了力图弥补上述缺点，已提议将声音信号的生成装置(还称为“发声”装置)装配在运输工具上，所述生成装置负责重新产生噪音，所述噪音可代替内燃机噪音并且用于提供关于动力的信息并且任选地协助标记图像。

在该类型的生成装置中实施的策略通常涉及生成声音信号，所述声音信号的基准频率随运输工具的速度而增加。事实上，关于运输工具动力的声音信息反馈的主轨道(piste)建立在取决于该运输工具的即时速度或该运输工具的即时发动机转速的感知频率变化的基准上。

为了生成该类型的声音信号，可使用多轨道的取样器，所述取样器能够使预先记录的声音的轨道重新形成回路，同时根据运输工具动力参数(速度或加速度)和任选地驾驶员的动作(例如油门踏板的即时位置)来控制再读取。不同的轨道构成了声质空间，所述声质空间随后根据驾驶参数来运动。例如，由于确认人未感知到线性速度，不同的轨道分别与速度的不同区间相关联。

然而，这些不同的轨道难以产生，并且对于大量的轨道在运输工具中所装载的合成器中的存储能够覆盖大量的速度区间，这需要大量昂贵的存储器。而且，每个轨道的读取参数(例如读取速度和传播强度)可以独立的方式根据运输工具的动力参数来控制。事实上，每个轨道影响某个速度区间，需确定每个时刻的速度区间，在所述速度区间上每个轨道用作信息反馈，需根据驾驶参数来调节控制，需确保声音与运输工具的对于每个轨道的动力之间的相干，最后需确保在叠放不同的轨道之后的整体相干。

此外，预先记录的轨道的使用显得极其限制于个性化术语和/或声音样式。事实上可仅使用预先存储在合成器中的声音，并且声音的较小改变需要新轨道的载入。当声音被载入时，控制中存在唯一的操作界限。

最后，轨道在根据驾驶参数来运动之前被限定。然而，一些“声质”不适用于通过这些声音运动而引起的改变，具有在声音质量和声音美学方面的较大损失。

另外，当想要在没有变速比转换的电动(或混合动力)运输工具中再产生内燃机声音时，需考虑在更换变速比时存在基准频率的失同步(décrochage)，这不能被感知到。在电动(或混合动力)运输工具中，因此受限于使频率根据速度继续变化，这需要极大的频率范围，以便还能够至少给出在运输工具的整个速度范围上的噪音信息。事实上，发动机噪音仅影响在受限的速度范围上的(仅在变速比上)的频率变化。当想要继续影响整个速度范围时，这造成了极大的频率变化。相反地，当选择保存用于影响运输工具的整个速度范围的发动机噪音频率范围时，需使声音明显较慢变化，因此大大减小了声音所具有的信息的精确度和数量。

发明内容

本发明的目的尤其在于改善所述情况。

为此，本发明旨在提供一种用于生成代表运输工具动力的声音信号的生成装置，并且所述生成装置包括声音合成部件，所述声音合成部件配置用于合成该声音信号，以便由声音传播系统根据代表所述运输工具的即时动力的参数来传播所述声音信号。

该生成装置的特征在于，所述生成装置包括处理部件，所述处理部件配置用于：

-i)根据所述运输工具的至少一个即时速度来限定频率窗口，ii)根据该即时速度的即时变化来限定该频率窗口的偏移，以及iii)根据所述运输工具的至少一个即时加速度来限定至少三个频谱分量的梳(peigne)的扫描速度，以及

-为所述声音合成部件提供至少对于所述频率窗口、与所述梳相关联的扫描速度、和所述频率窗口的偏移的限定，以使所述声音合成部件合成要根据所提供的这些限定来传播的声音信号。

此处“频谱分量”理解为完全(或协调)正弦或者窄带噪音。

对于根据频率窗口的位置和/或宽度和梳的扫描速度以及至少根据运输工具的即时速度和即时加速度来合成的声音信号的频率变化的控制能够精确地控制关于运输工具动力的信息的反馈，所述信息通过声音信号而被给予听众。

根据本发明的生成装置可包括可被单独或组合采用的其它特征，尤其是：

-所述处理部件可配置用于由中心频率、频率宽度和以该中心频率为中心的幅度变化函数来限定所述频率窗口；

所述变化函数可为高斯式的；

所述处理部件可配置用于在最小频率与中心频率之间选择一个倍频程比，并且在所述中心频率与最大频率之间选择另一个倍频程比；

所述处理部件可配置用于根据取决于运输工具即时速度的中心频率的预定变化定律来选择中心频率。例如该定律可具有线性、指数、或乘方的形式；

所述处理部件可配置用于根据运输工具的至少一个驾驶参数来选择梳的频谱分量的数量和/或频率窗口的宽度；

-所述处理部件可配置用于还根据即时加速度和/或所述运输工具的油门踏板的即时位置和/或在代表所述运输工具外部的照明等级的信息来限定所述频率窗口；

-所述处理部件可配置用于确定频率窗口的位置和/或宽度，以便能够使合成的声音在由驾驶员选择(因此适合驾驶员听力)的区域中定位。事实上这使具有听力缺陷的人能够听到合成的声音；

-所述处理部件可配置用于还根据所述即时速度和/或所述运输工具的油门踏板的即时位置和/或在代表所述运输工具外部的照明等级的信息来限定所述梳的扫描速度；

-所述处理部件可配置用于使所述梳对于至少一个所给出的速度处于同一状态(与同一频率协调)。这能够告知驾驶员达到具有可识别合成声音的特殊速度；

-所述处理部件可配置用于根据运输工具的所述即时速度来确定所述声音信号的声音传播等级；

-所述处理部件可配置用于根据所述即时速度来限定需被施加在包括在所述频率窗口中的所述频谱分量上的调幅；

-所述生成装置包括所述声音传播系统。

本发明还提供了一种运输工具、任选地机动型运输工具，所述运输工具包括上述类型的生成装置。

附图说明

通过阅读下文的详细说明和附图，本发明的其它特征和优点将更加清楚，在附图中：

-图1示意性和功能性示出了设置有声音传播系统和根据本发明的生成装置实施例的机动运输工具，

-图2通过随频率变化的幅度曲线图示意性示出了完整梳PH的示例和在两个不同时刻的移动的频率窗口FF的示例，

-图3通过曲线图示意性示出了运输工具的即时速度随时间变化的示例，

-图4通过曲线图示意性示出了由于根据本发明的生成装置而被合成的声音信号的中心频率随时间变化的示例，其中存在图3上示出的变化的即时速度，以及

-图5通过曲线图示意性示出了由人感知的频率随时间变化的示例，其中存在图4上示出的被合成的声音信号。

具体实施方式

本发明的目的尤其在于提供一种用于生成代表运输工具V动力的声音信号的生成装置D。

在下文中，作为非限制性示例，认为生成装置D用于安装在运输工具V中。但本发明不限制于该应用。本发明事实上还涉及电脑(或类似的电子设备)，所述电脑负责使代表动力的声音信号与(任选地混合)运输工具相关联，以形成视频序列或电影。

另外，作为非限制性示例，认为运输工具为机动型或全电动的运输工具。但本发明不限制于该类型的运输工具。事实上，本发明涉及包括至少一个发动机(消声或不消声)并且用于在陆上或河上(或海上)的行驶路线上行驶的所有类型的运输工具。

图1上示意性示出了设置有(此处电动型)发动机的运输工具V，所述发动机安置在发动机舱CM中，并且所述运输工具设置有根据本发明的生成装置D的实施例。此处发动机ME与电子计算机(或微处理器)CE联结，所述电子计算机负责根据由驾驶员提供的命令(尤其是通过油门踏板或(方向盘的类似控制装置)和尤其是通过被装载的传感器发送的参数值和物理量)来控制发动机的运行。

在这些参数和物理量中，可尤其举例出：即时速度vv、发动机转速、和油门踏板(或方向盘的控制装置)相对于参考位置的位置(或踩踏深度等级)。这些参数和物理量由运输工具V中可得到的数字化数据限定。这些参数和物理量可例如经由运输工具V中被装载的任选地多路型通信网络而传送到电子设备之间。

根据本发明，(生成)装置D至少包括声音合成部件(或合成器)MS和处理部件MT。

声音合成部件MS可配置用于根据处理部件MT的命令来合成声音信号，以便由声音传播系统SD传播所述声音信号。

在图1上非限制性示出的示例中，声音传播系统SD为被装载在运输工具中的设备，所述设备用于将声音传播到座舱H中。这例如涉及运输工具收音机或具有复式声源的设备(例如收音机或光盘(CD和/或DVD)的读取器和/或磁带读取器)。但这还可涉及音频和/或视频传播设备、和任选地卫星导航设备。

声音传播系统SD包括壳体BC，所述壳体包括信号放大器AS，所述信号发达器与扬声器HP联结。在图1上非限制性示出的示例中，扬声器HP由于被用于将声音信号传播到座舱H中而被安置在所述座舱H中。但至少一个扬声器可被安置在座舱H的外部，以用于将(任选地仅由生成装置D生成的)声音信号传播到在给定的时刻位于运输工具V的环境中的人。

另外，在图1上非限制性示出的示例中，生成装置D安置在壳体BC中并且与放大器AS联结。但在第一变型中，该生成装置D可在声音传播系统SD的外部，同时该生成装置与所述声音传播系统SD联结。在第二变型中，生成装置D可包括固有的声音传播系统SD，带有能够在座舱H的外部传播声音信号的至少一个扬声器和/或能够在座舱H的内部传播声音信号的至少一个扬声器。

处理部件MT首先配置用于：一方面，根据运输工具V的至少一个即时速度vv来限定频率窗口FF，第二方面，根据即时速度v的即时变化来限定该频率窗口FF的偏移df，和第三方面，根据运输工具V的至少一个即时加速度av来限定(谐波或噪音带的)至少三个频谱分量的梳的扫描速度PH。

将扫描速度限定成例如为由基准谐波走完的倍频程的数量除以时间。

注意到，频谱分量限定基础声音，根据至少一个即时速度vv和即时加速度av来使该基础声音运动。每个频谱分量例如可为纯音(正弦函数)或噪音(窄带式噪音)。对于不同谐波和频率窗口FF的选择能够确定合成声音的声调。

梳PH的包括在频率窗口FF中的频谱分量的扫描与该频率窗口FF在即时速度vv随加速度av而增大时的频率偏移的组合在听众的头脑中引起造成听觉幻觉的合成声音信号，感知频率fp大大且无限地增大。

换句话说，本发明能够由声音信号的感知听觉幻觉给出关于运输工具V动力的信息的反馈，所述声音信号看似具有无限增加的感知频率fp，而所述感知频率保持在频率窗口FF的极限下。频率窗口FF的移动能够包括合成声音的频率范围。这样能够更好地通知驾驶员关于运输工具V的动力和/或通知行人关于潜在危险的到来。而且，这为运输工具V提供技术性特征并且改善了感知质量。

梳PH的扫描能够增大感知频率fp的变化感觉。因此可给出在运输工具V的整个速度范围上的频率上升与由内燃机产生的频率上升一样快的感觉，但同时保持在受限且可接受的频率范围中。梳PH的扫描速度vb能够控制由该梳PH在一秒内扫描的倍频程数量。该扫描速度vb至少随运输工具V的加速度av变化，运输工具V的加速度av越大，速度vv变化越快，因此合成声音信号的频率将变化越快。

完整的梳PH的非限制性示例和在两个不同时刻n和n+1上的移动的频率窗口FF的示例根据图2的频率(用单位Hertz)而被示出在幅度变化曲线图中(用任意单位)。在该图2上，竖直线条示出了完整的梳的谐波，并且钟形部分(cloche)示出了频率窗口FF。另外，竖直虚线示出了梳PH的谐波和频率窗口FF在时刻n上的各自位置，然而竖直实线示出了梳PH的谐波和频率窗口FF在时刻n+1上的各自位置。此外，水平箭头示出了频率窗口FF和梳PH的谐波中的每个在时刻n和n+1之间的移动。因此用粗实线得到频率窗口FF在时刻n+1上的位置和频率窗口FF在该时刻n+1上所包括的梳PH的部分。在该示例中，梳PH在频率带的整个宽度上被示出，所述频率带由声音合成部件MS使用。但实际上，在所考虑的每个处理时刻上仅使用单一的频谱分量，所述单一频谱分量包括在为所考虑的处理时刻的频率窗口FF限定的包络线中。

注意到处理部件MT可配置用于根据运输工具V的至少一个驾驶参数(例如运输工具V外部的照明等级或油门踏板的即时位置)来选择梳PH需包括的频谱分量的数量，所示梳包括在每个频率窗口FF中。

例如，处理部件MT可配置用于由中心频率fc、频率宽度lf、和以该中心频率fc为中心的幅度变化函数来限定每个频率窗口FF。此处“频率宽度lf”理解为在频率窗口FF的最小频率与最大频率之间的频率间隔。注意到处理部件MT可配置用于根据运输工具V的至少一个驾驶参数(例如运输工具V外部的照明等级或油门踏板的即时位置)来选择每个频率窗口FF的频率宽度lf。

注意到频率窗口FF的频率宽度lf还可有利地通过添加或取代对于中心频率fc(和因此频率窗口FF的位置)的控制被控制成增大感知频率。该频率宽度lf根据即时速度和任选地运输工具V的即时加速度而被控制。

另外，限定不同包络线形状的不同变化函数可用于频率窗口FF。该包络线能够控制不同频谱分量的等级(或幅度)，所述不同频谱分量构成要合成的声音信号。

作为非限制性示例，例如图2上示出的示例中，处理部件MT可使用高斯类型的变化函数。通过该类型的频率窗口FF，所述等级在两个高斯队列中极小，因此频谱分量不可被听见，然而(由fc限定的)高斯式中心处的频谱分量等级最大。因此由于梳PH的扫描而获得的频率变化极其清楚地在频率窗口FF的中心区域中，而听不到其它频谱分量进入该频率窗口FF中以及从该频率窗口输出。

但本领域技术人员已知的其它变化函数、尤其是三角函数可被使用。更通常地，在边界处具有最小值以及在边界之间(任选地在中心fc处)具有最大值以及对称或不对称的所有函数可被使用。因此，具有上升的第一部分和降低的第二部分以及任选地具有在这两部分之间的恒定段的所有变化函数可被使用。

注意到处理部件MT可有利地配置用于在限定的频率窗口FF的最小频率与中心频率fc之间选择一个倍频程比，并且在同一频率窗口FF的中心频率fc与最大频率之间选择另一个倍频程比。这事实上改善了无限频率变化的听觉幻觉。

中心频率fc限定频率窗口FF的位置。因此，至少根据即时速度vv来选择的情况能够具有要合成的声音信号的平均频率，所述平均频率随着即时速度vv而增大。该频率窗口的位置在对应于即时速度vv为零的最小位置与对应于即时速度vv最大的最大位置之间变化。最小和最大的这两个频率位置固定了要合成的声音信号的最大频率范围。

还注意到处理部件MT可有利地配置用于根据取决于运输工具V即时速度的中心频率的预定变化定律来选择每个频率窗口FF的中心频率fc。

例如，该定律可具有线性、或者指数、又或乘方的形式。该定律可被选择为良好适用于驾驶员速度感知和声音感知。作为示例，频率和速度之间的指数定律确保了在感知频率与运输工具V的速度之间的线性比。

还注意到处理部件MT可配置用于根据变化定律来选择每个频率窗口FF的中心频率fc，所述变化定律的极限由使用者限定，以便例如适用于其听觉能力和/或舒适性。

还注意到处理部件MT可配置用于还根据即时加速度av和/或运输工具V的油门踏板的即时位置和/或代表运输工具V外部的照明等级的信息(“日/夜”信息)和/或代表运输工具V外部的天气(尤其是下雨、下雪或有雾)的信息来限定每个频率窗口FF。根据即时加速度av而对于频率窗口FF的控制由人感知到即时速度vv随该即时加速度av的变化并非线性而导致。同样地，根据日或夜而对于频率窗口FF的控制由人感知到即时速度vv根据日或夜而变化而导致。

还注意到处理部件MT可配置用于还根据即时速度vv和/或运输工具V的油门踏板的即时位置和/或代表在运输工具V外部的照明等级的信息(日/夜信息)和/或代表运输工具V外部的天气(尤其是下雨、下雪或有雾)的信息来限定梳PH的扫描速度vb。根据即时速度vv而对于梳PH的扫描速度的控制vb由人感知到的速度vv随该即时速度vv的变化并非线性而导致。同样地，根据日或夜而对于梳PH的扫描速度的控制由人感知到加速度根据日或夜而变化而导致。

还注意到处理部件MT可有利地配置用于使梳PH处于具有一个(或多个)给定速度的同一状态(相同位置处的频谱分量)。

还注意到处理部件MT可配置用于根据运输工具V的即时速度来确定要合成的声音信号的声音传播等级。事实上此处认为要合成的声音信号的声音等级(或声量)需总保持可听到并且出现空气阻力噪音和运输工具V的行驶噪音，所述空气阻力噪音和运输工具的行驶噪音取决于该运输工具的即时速度vv。

还注意到处理部件MT可配置用于根据即时速度vv或所有其它驾驶参数来限定需施加在包括在频率窗口FF中的频谱分量上的调幅。该选择用于将作为调频的函数的选定音律给到要合成的声音信号上。

处理部件MT还配置用于为声音合成部件MS提供至少对于频率窗口FF、与梳PH相关联的扫描速度vb、以及频率窗口FF的偏移df的限定，以根据所提供的这些限定来生成要传播的声音信号。

注意到声音合成部件MS例如可通过至少一个基础声音生成(或合成)每个声音信号，所述至少一个基础声音由存储在生成装置D的存储部件MM中的数字化数据来限定。被存储的数字化数据还可优选地涉及能够限定梳PH、频率窗口FF以及使每个声音合成参数与驾驶参数联接的定律的参数。这些存储部件MM可具有本领域技术人员已知的所有形式、和尤其是RAM或ROM类型的存储器形式。

图3的曲线图中示意性示出了运输工具的即时速度vv(单位为m.s^-1)随时间(单位为秒)变化的曲线的非限制性示例，图4的曲线图中示意性示出了由生成装置D合成的锯齿类型的声音信号的中心频率fc随时间变化的示例，其中存在图3的即时速度vv的变化曲线。当人听到这种合成声音信号时，人具有听到感知频率的听觉幻觉，所述感知频率如图5上所示地随时间变化，因此所述感知频率基本跟随图3上所示的即时速度vv的变化。

作为合成：

在本发明中，问题是音频信号包括的频率分量(完全正弦或精确的噪音带)具有限定的频率。

这些不同分量形成“谐波梳”。

将该梳的成分(composition)(不同分量之间的频率比)限定在一个倍频程的区间(最小谐波分量)中，然后对该成分在高倍频程上建立双工通讯。

包括梳(谐波梳)的谐波的不同频率因此完全与由“锯齿”类型的函数控制的基准谐波成比例。

谐波梳“扫描了”锯齿函数的每个时期的所有频率范围。

将扫描速度限定成由基准谐波走完的倍频程数量除以时间。

该扫描速度直接取决于锯齿函数的频率。

该扫描速度至少由运输工具的加速度按照可为线性或非线性的关系来控制。该扫描速度还根据速度、其它动力参数、外部参数、或这些不同参数的组合来控制。

该谐波梳随后由高斯包络线装窗(fenêtrer)，所述高斯包络线可改变宽度并且可由运输工具动力参数(最小速度、和/或加速度、踏板踩踏深度、或所有其它驾驶参数甚至外部参数，以使合成声音适用于环境或驾驶员)来控制中心频率。

该包络线能够根据频率来限定要施加在每个谐波分量上的等级，例如，将零等级与频率在频率窗口之外的不需被听到的分量相关联。

因此生成听觉合成信号，所述听觉合成信号通过锯齿函数限定不同的分量频率，并且通过频率窗口限定等级。

包络线的作用是使频率对应于极限值的谐波分量听不见，并且使频率对应于中心频率的分量的等级最大。

可实现该作用的非高斯式的所有其它函数也可被使用，此外最大值不需达到频率窗口的中心值。该功能因此可为不对称的。

注意到本发明通过对于梳的结构(从一个倍频程向另一个倍频程重复的“记录”复合结构)和频率窗口(在梳扫描频率范围时频率窗口的中心的等级最大并且输入和输出听不见)的选择来去掉标记(sedémarquer)，所述梳和频率窗口能够生成听觉幻觉，所述听觉幻觉为驾驶员提供频率无限增大的感觉。

因此在包络线和梳的扫描的配置中，本发明采用所有方向。

尽管实际上频率保持被包括在由频率窗口限界的频率区间中，这样生成的幻觉能够为听众提供频率连续无限增大的感觉。

听众事实上在包络线最大的区域中听到梳的分量频率的变化，而不是在谐波分量的梳扫描时进入该频率窗口或从该频率窗口输出的分量。因此感知到频率变化并且“再构建”频率无限增大的信号的内心图像。

因此可借助于感知频率而向驾驶员提供的强烈加速的感觉，而不在长时间加速时达到过高的频率。这种频率变化能够为驾驶员提供关于动力的精确信息，同时保持在选定区间中有界限，以避免声音达到过高的频率，从而不变得令人不舒服。这种信息反馈在不使用该幻觉的情况下不可能达到。

由于谐波分量和频率窗口的任意选择，需在频率变化(因此给出的信息的精细度)的动力与频率变化的边界之间做出选择。在保持较大的变化动力时，在高速下达到令人不愉悦的频率，或者相反，在固定可接受的极限时，变化动力不能够提供精确的信息反馈。

本发明的目标最后明确在于不再产生发动机噪音，而创造新噪音，在具有消声动力装置的运输工具中，所述新噪音可给出通常由发动机噪音承载的信息的一部分。

与现有技术相反，此处仅需要影响运输工具的整个速度范围的唯一轨道。此外，由于听觉幻觉产生的感知声音提供了较大的设计可能性并且包括在个性化保护范围中。事实上可改变谐波内容并且因此得到极其多样化的大量其它声音，而不需要额外的展开。事实上为此只需改变存储在生成装置的存储部件中的上述数字化数据。