Title:
Verfahren zur Klangsynthese für ein Kraftfahrzeug
Kind Code:
A1


Abstract:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Klangsynthese für ein Kraftfahrzeug, bei welchem mittels eines Klangsynthesizers (10) ein Klang synthetisiert und wenigstens ein den Klang verkörperndes Audiosignal ausgegeben wird, wobei das Synthetisieren des Klangs umfasst, dass wenigstens ein Rauschsignal mittels eines Rauschgenerators (12) bereitgestellt und mittels eines Mischers (14) mit sich selbst gemischt wird.




Inventors:
Küppers, Thomas, Dr. Ing. (71155, Altdorf, DE)
Application Number:
DE102016011040A
Publication Date:
04/13/2017
Filing Date:
09/13/2016
Assignee:
Daimler AG, 70327 (DE)
International Classes:
Domestic Patent References:
DE102013011144A1N/A2015-01-08



Claims:
1. Verfahren zur Klangsynthese für ein Kraftfahrzeug, bei welchem mittels eines Klangsynthesizers (10) ein Klang synthetisiert und wenigstens ein den Klang verkörperndes Audiosignal ausgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Synthetisieren des Klangs umfasst, dass wenigstens ein Rauschsignal mittels eines Rauschgenerators (12) bereitgestellt und mittels eines Mischers (14) mit sich selbst gemischt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rauschsignal mit sich selbst gemischt wird, indem ein von dem Mischer (14) bereitgestelltes Ausgangssignal über einen Rückführpfad (16) rückgeführt wird und das rückgeführte Ausgangssignal und das bereitgestellte Rauschsignal dem Mischer (14) zugeführt und mittels des Mischers (14) gemischt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückführpfad (16) wenigstens ein Filter (20) umfasst, mittels welchem das rückzuführende Ausgangssignal gefiltert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als das Filter (20) ein Hochpass- und/oder Tiefpassfilter verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückführpfad (16) wenigstens ein Verzögerungsglied (18) zum zeitlichen Verzögern der Rückführung umfasst

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückführpfad (16) wenigstens ein Dämpfungsglied (22) umfasst, mittels welchem das rückzuführende Ausgangssignal abgeschwächt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein bei dem Verfahren erzeugtes Signal zum Erzeugen des Audiosignals in adäquater Weise mit kohärenten Signalanteilen, die aus einem Oszillator (32) mit Bandpassfilterung (34) und Verstärkung (36) erzeugt werden, gemischt wird

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal durch dynamische Mischung (40), Verstärkung (44), Verzerrung (46), komplexe Frequenzgangsänderung (42) und Kerbfilterung (48) beeinflusst wird.

Description:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Klangsynthese für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Ein solches Verfahren zur Klangsynthese für ein Kraftfahrzeug ist beispielsweise bereits der DE 10 2013 011 144 A1 als bekannt zu entnehmen. Bei dem Verfahren wird mittels eines Klangsynthesizers ein Klang synthetisiert und wenigstens ein den Klang verkörperndes Audiosignal ausgegeben. Die Klangsynthese kommt beispielsweise zum Einsatz, um mithilfe des synthetisierten Klangs und somit mittels des Audiosignals das Geräusch beziehungsweise den Klang einer Verbrennungskraftmaschine des Kraftfahrzeugs zu simulieren und/oder anzureichern.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhafter Klang synthetisiert werden kann.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.

Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhafter Klang synthetisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Synthetisieren des Klangs umfasst, dass wenigstens ein Rauschsignal mittels eines Rauschgenerators bereitgestellt und mittels eines Mischers mit sich selbst gemischt wird. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine besonders vorteilhafte Klanggestaltung, insbesondere über wenigstens einen Lautsprecher, realisiert werden, indem beispielsweise dem Lautsprecher das Audiosignal zugeführt wird. Mittels des Lautsprechers kann dann beispielsweise das Audiosignal in einen von dem menschlichen Ohr akustisch wahrnehmbaren Klang umgewandelt werden, sodass der synthetisierte Klang hörbar gemacht wird.

Der Erfindung liegt dabei insbesondere folgende Erkenntnis zugrunde: Eine Klangsynthese zur Simulation und/oder Anreicherung eines Klangs einer Verbrennungskraftmaschine zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs basiert üblicherweise auf der Erzeugung und Zuspielung reiner Sinustöne, welche beispielsweise mithilfe wenigstens eines Lautsprechers hörbar gemacht werden, sodass die Sinustöne vom menschlichen Ohr akustisch wahrnehmbar sind. Die Lautstärke solcher Sinustöne kann jedoch nur begrenzt angehoben werden, da sie solitär wahrgenommen werden und somit im Kraftfahrzeug künstlich wirken. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es nun möglich, eine besonders vorteilhafte Lautstärke des Klangs, welcher beispielsweise mittels wenigstens eines Lautsprechers auf Basis des Audiosignals ausgegeben wird, zu realisieren, da beispielsweise im Vergleich zu herkömmlichen Klangsynthesen die Schwelle der möglichen Zuspiellautstärke erhöht werden kann. Herkömmliche Klangsynthesen basieren üblicherweise auf der Wavetable- beziehungsweise samplebasierten Synthese, welche den Nachteil einer schlechten Parametrierbarkeit des vorgegebenen Geräuschspektrums aufweist. Dieser Nachteil kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens vermieden werden.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf einfache Weise ein Geräuschanteil erzeugt, der einerseits stochastisch ist und damit nicht oder im Vergleich zu herkömmlichen Klangsynthesen weniger künstlich wirkt, andererseits das Grundmuster einer Verbrennungskraftmaschine, welche auch als Verbrennungsmotor bezeichnet wird, besonders gut nachahmt. Dabei ist die algorithmische Implementierung sehr einfach und die Parametrierbarkeit sehr direkt erlebbar. Das erfindungsgemäße Verfahren, insbesondere das Mischen des Rauschsignals mit sich selbst, kann mit Sinustönen kombiniert werden, wodurch eine deutlich lautere Zuspielung von künstlichen Motorgeräuschanteilen ermöglicht ist. Ferner ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine schlanke algorithmische Implementierung von stochastischen Geräuschanteilen sowie eine gute und intuitive Parametrierbarkeit und Anpassung an einen Aufbau, insbesondere die Karosserie, des Kraftfahrzeugs und den Grundgeräuschcharakter. Somit kann eine deutlich größere Authentizität der zugespielten Motorgeräuschanteile realisiert werden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Die Zeichnung zeigt in:

1 ein Blockdiagramm zum Veranschaulichen eines Verfahrens zur Klangsynthese für ein Kraftfahrzeug, bei welchem mittels eines Klangsynthesizers ein Klang synthetisiert wird, indem wenigstens ein Rauschsignal mittels eines Rauschgenerators bereitgestellt und mittels eines Mischers mit sich selbst gemischt wird;

2 ein weiteres Blockdiagramm zum Veranschaulichen eines Verfahrens; und

3 ein weiteres Blockdiagramm zum Veranschaulichen des Verfahrens.

In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Im Folgenden wird anhand von 1 bis 3 ein Verfahren zur Klangsynthese für ein Kraftfahrzeug erläutert. Bei dem Verfahren wird mittels eines Klangsynthesizers 10 ein Klang synthetisiert und wenigstens ein den Klang verkörperndes Audiosignal ausgegeben. Das Audiosignal kann beispielsweise wenigstens einem Lautsprecher zugeführt werden, sodass der Lautsprecher mittels des Audiosignals angesteuert wird. Der Lautsprecher kann das Audiosignal beispielsweise in den vom menschlichen Ohr akustisch wahrnehmbaren Klang, welcher durch das Audiosignal verkörpert wird, umwandeln, sodass das Audiosignal mittels des Lautsprechers hörbar gemacht wird.

Wie im Folgenden noch genauer erläutert wird, umfasst das Synthetisieren des Klangs, dass wenigstens ein Rauschsignal mittels eines Rauschgenerators 12 bereitgestellt und mittels eines Mischers 14, welcher auch als Mixer bezeichnet wird, mit sich selbst gemischt wird. Bei dem Rauschsignal handelt es sich beispielsweise um Rauschen, insbesondere um Pseudo-Rauschen. In 1 ist mit 27 ein Kernalgorithmus bezeichnet, welcher zur Klangsynthese genutzt wird. Dieser Kernalgorithmus 27 ist in 1 anhand eines Signalflussplans beziehungsweise anhand eines Blockschaltbilds veranschaulicht. Das Verfahren kommt beispielsweise innerhalb eines Systems zum Einsatz, welches im Kraftfahrzeug zur Verbesserung und Emotionalisierung eines Verbrennungsmotorgeräuschs eingesetzt werden kann. Das Kraftfahrzeug umfasst beispielsweise wenigstens eine Verbrennungskraftmaschine zum Antreiben des Kraftfahrzeugs, wobei die Verbrennungskraftmaschine auch als Verbrennungsmotor bezeichnet wird. Während ihres Betriebs emittiert die Verbrennungskraftmaschine ein Geräusch, welches als das zuvor genannte Verbrennungsmotorgeräusch bezeichnet wird. Mittels der Klangsynthese und somit mittels des synthetisierten Klangs ist es möglich, das Verbrennungsmotorgeräusch, zumindest beispielsweise im Innenraum des Kraftfahrzeugs, anzureichern. Darunter ist beispielsweise zu verstehen, dass das Verbrennungsmotorgeräusch um den synthetisierten Klang ergänzt wird, um dadurch ein Gesamtgeräusch beziehungsweise eine Geräuschkulisse zu erzeugen, welche beispielsweise im Innenraum des Kraftfahrzeugs akustisch wahrgenommen werden kann und von sich im Innenraum aufhaltenden Insassen als besonders angenehm und/oder emotional empfunden wird. Als Eingangsgrößen dienen beispielsweise Fahrzustandsparameter des Kraftfahrzeugs. Das Audiosignal des Algorithmus ist beispielsweise ein Ausgang und wird mittels wenigstens eines Schallwandlers in hörbaren Luftschall umgesetzt.

Bei konventionellen Synthesizer-Systemen zur Verbesserung des Verbrennungsmotorgeräuschs werden Sinustöne erzeugt oder ganze Samples abgespielt. Sinustöne klingen ab einer gewissen Maximallautstärke zu künstlich, während die Sample-Technik zwar prinzipiell authentisch klingt, aber weniger Klangbeeinflussungsparameter bietet. Mithilfe des Kernalgorithmus 27 beziehungsweise des Verfahrens kann ein verbrennungsmotorähnliches Hintergrundgeräusch auf einfache Weise generiert werden, welches dann um Sinustöne ergänzt werden kann, um sowohl einen realistischen Klang zu generieren als auch viele Parameter zur Beeinflussung zu haben.

Aus 1 ist erkennbar, dass das bereitgestellte Rauschsignal mit sich selbst gemischt wird, indem ein von dem Mischer 14 bereitgestelltes Ausgangssignal über einen Rückführpfad 16 rückgeführt wird. Das rückgeführte Ausgangssignal und das bereitgestellte Rauschsignal werden dem Mischer 14 zugeführt und mittels des Mischers 14 gemischt. Dabei durchläuft das rückzuführende Ausgangssignal eine Zeitverzögerung, welche proportional zur Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine und durch ein Verzögerungsglied 18 des Rückführpfads 16 realisiert ist. Das Verzögerungsglied 18 wird auch als Delay bezeichnet und dient dem zeitlichen Verzögern der Rückführung beziehungsweise des rückzuführenden Ausgangssignals. Um zu vermeiden, dass in dem bereitzustellenden Audiosignal statische Anteile addiert werden, durchläuft das rückzuführende Ausgangssignal eine geeignete Filterung 20 des Rückführpfads 16, wobei die Filterung 20 wenigstens einen Filter umfasst, mittels welchem das rückzuführende Ausgangssignal gefiltert wird. Beispielsweise umfasst die Filterung 20 wenigstens einen Hochpassfilter und/oder einen Tiefpassfilter. Da die Rückführung des Ausgangssignals den Kernalgorithmus 27 prinzipiell ins Unendliche schwingfähig macht, wird das rückzuführende Ausgangssignal, welches auch als Rückführsignal bezeichnet wird, über einen Dämpfungsfaktor, welcher kleiner als 1 ist, abgeschwächt. Hierzu umfasst der Rückführpfad 16 ein Dämpfungsglied 22, mittels welchem das Rückführsignal um den Dämpfungsfaktor abgeschwächt wird. Die Motordrehzahl ist in 1 mit RPM bezeichnet und wird beispielsweise mit einem Faktor 24 multipliziert, wobei die multiplizierte Motordrehzahl RPM dem Verzögerungsglied 18 zugeführt wird.

Zur Auswahl eines geeigneten hörbaren Bereiches sollte aus klangästhetischen Gesichtspunkten eine Bandpassfilterung erfolgen. Um dies zu realisieren, durchläuft das Ausgangssignal des Mischers 14 eine Bandpassfilterung 26. Durch den in 1 veranschaulichten Signalfluss entsteht ein kammgefiltertes Rauschen, dessen Filterpeaks bei geeigneter Parameterwahl mit den Motorordnungen übereinstimmen, der stochastische Grundcharakter jedoch erhalten bleibt.

2 zeigt einen Erweiterungsalgorithmus 28, welcher mit dem Kernalgorithmus 27, insbesondere über eine Cross-Fade-Funktion 30, kombiniert wird. Mittels des Erweiterungsalgorithmus 28 werden beispielsweise kohärente Anteile erzeugt und addiert. Diese Erweiterung um kohärente Signalanteile erfolgt beispielsweise durch einen Oszillator 32, welcher beispielsweise als Rechteck-/Sägezahn-/Dreieck-Oszillator ausgebildet ist, dessen Grundfrequenz ebenfalls proportional zur Motordrehzahl RPM ist. Die Motordrehzahl RPM wird mit dem gleichen Faktor 24, welcher auch im Kernalgorithmus 27 zum Einsatz kommt, multipliziert, woraufhin die multiplizierte Motordrehzahl RPM dem Oszillator 32 zugeführt wird. Der Oszillator 32 stellt ein Ausgangssignal bereit, über welches eine Bandpassfilterung 34 erfolgt. Mittels der Bandpassfilterung 34 kann eine adäquate Bandpassfilterung realisiert werden, durch welche das Ausgangssignal klangästhetisch auf einen relevanten Frequenzbereich beschränkt wird. Durch eine gezielte Verstärkung 36, welche auch als Gain bezeichnet wird, wird das Signal auf einen vergleichbaren Ausgangssignalpegel zu dem Kernalgorithmus 27 gebracht. Hierdurch wird ermöglicht, dass nachgeschaltet per Cross-Fade-Funktion 30 zwischen dem stochastischen Geräusch des Kernalgorithmus 27 und dem kohärenten Signal des Oszillators 32 beziehungsweise des Erweiterungsalgorithmus 28 überblendet werden kann. Diese Überblendung erfolgt geschickterweise proportional zur Motorlast und/oder beispielsweise proportional zu einer Stellung eines von dem Fahrer des Kraftfahrzeugs betätigbaren Fahrpedals. Diese Berücksichtigung der Motorlast ist in 2 durch einen Pfeil 38 veranschaulicht.

3 zeigt eine Ansteuerung einer Gesamt-Synthesizer-Einbettung. Der Kernalgorithmus 27 und der Erweiterungsalgorithmus 28 stellen jeweilige Ausgangssignale und somit jeweilige Klangbausteine bereit. Zur Einbettung der beiden beschriebenen Klangbausteine in Form des Kernalgorithmus 27 und des Erweiterungsalgorithmus 28 in die Fahrzeugumgebung kann ein erzeugtes Grundsignal adäquat an ein multidimensionales Zustands- und Geräuschkennfeld des Kraftfahrzeugs angepasst werden. Hierzu werden die Klangbausteine beispielsweise einer Cross-Fade-Funktion 40 und dann einer komplexen Frequenzgangfilterung 42 zugeführt, wobei in 3 die Berücksichtigung der Last durch den Pfeil 38 veranschaulicht ist.

Auf die unterschiedliche Motordynamik, insbesondere bezüglich Last und Drehzahl, kann das Geräusch, wie dargestellt, noch über eine Gesamtlautstärkenverstärkung 44 und eine parametrisierbare, nicht-lineare Verzerrung 46 mit jeweiligen Parameterkennfeldern angepasst werden. Die Verzerrung 46 berücksichtigt beispielsweise die Motordrehzahl RPM und die Last, wie es durch den Pfeil 38 dargestellt ist. Um den realistischen Klang im Innenraum des Kraftfahrzeugs zu gewährleisten und das Signal aus klangästhetischen Gesichtspunkten zu gestalten, werden die komplexe Frequenzgangfilterung 42 und ein/mehrere Kerbfilter 48 genutzt. Hierbei ist zu beachten, dass es sich um resonanzbehaftete Filter mit großer Flankensteilheit handeln kann. Auch die Gesamtlautstärkenverstärkung 44 berücksichtigt beispielsweise die durch den Pfeil 38 veranschaulichte Last und die Motordrehzahl RPM.

Zur Einbettung in das Gesamtsystem kann zur Verbesserung des Motorgeräusches das resultierende Signal mit dem Klang von Sinus-Oszillatoren kombiniert und unter Zuhilfenahme weiterer Signalaufbereitungsglieder auf einen oder verschiedene Schallwandler im Kraftfahrzeug verteilt werden. Als adäquate Ansteuerungsparameter sind folgende Fahrzustandsgrößen möglich: Drehzahl

  • – Motorlast/Motormoment
  • – Fahrpedalstellung/Fahrpedalaktivität
  • – Fahrzeuggeschwindigkeit
  • – Fahrprogramm oder spezielle Funktionstasten/Fahrzeugkonfiguration
  • – Batterieladezustand
  • – Tageszeit/Jahreszeit/Fahrzeit
  • – Fahrer/Fahrerkondition
  • – geografische Position, zum Beispiel Landstraße/Autobahn.

Bezugszeichenliste

10
Synthesizer
12
Rauschgenerato
14
Mischer
16
Rückführpfad
18
Verzögerungsglied
20
Filterung
22
Dämpfungsglied
24
Faktor
26
Bandpassfilterung
27
Kernalgorithmus
28
Erweiterungsalgorithmus
30
Cross-Fade-Funktion
32
Oszillator
34
Bandpassfilterung
36
Verstärkung
38
Pfeil
40
Cross-Fade-Funktion
42
komplexe Frequenzgangfilterung
44
Gesamtlautstärkenverstärkung
46
Verzerrung
48
Kerbfilter
RPM
Motordrehzahl

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.

Zitierte Patentliteratur

  • DE 102013011144 A1 [0002]