车辆音频增强系统的制作方法

1.本发明总体上涉及助听，并且更具体地涉及可以由车辆音频系统提供的助听。


背景技术：

2.汽车制造商的一个重要目标是制造一种保护内部免受外部噪声影响的车辆。车辆的感知质量可以取决于隔音水平。然而，确实存在车辆乘员(例如，驾驶员)想要听到车辆外部发生的情况的时候。例如，驾驶员可能想要在餐厅免下车区直接与人沟通或使用外部对讲机，听到外面的自然或背景声音。在试驾期间诊断车辆性能时，可以通过在车辆运动时从外部听到由车辆产生的声音的某些方面来辅助机械师。由于各种原因，包括相对位置、天气、外部声音的安静度或乘员可能拥有的听力损失，仅打开车窗可能是不够的。许多这些原因可能很容易同时存在。
3.在车辆的内部和外部之间使用简单的声音再现(例如，对讲机)可能无法实现令人满意的结果。取决于车辆的状态和周围环境的性质，不期望的噪声(例如，风)可能会淹没期望的声音。此外，车辆的一些乘员可能具有听力损失，这会影响他们感知正在再现的声音的能力。


技术实现要素：

4.本发明总体上涉及助听，并且更具体地涉及可以由车辆音频系统提供的助听。音频系统可以提高收听者听力有缺陷的频率下的再现的声级。车辆的内部被设计成将外部声音阻挡在车厢之外，但是在许多情况下，乘员想要听到外部声音。本发明消除了阻止乘员听到外部声音的若干因素。
5.在本发明的一个方面，一种将声音从车辆的外部传递到内部的设备。它使用外部换能器阵列和内部换能器阵列来将声音从车辆的外部再现到内部。该设备可以包括控制电路，所述控制电路对在车辆外部接收的音频信号按频率调整声级(例如，增益)以生成经修改的音频信号。按频率调整增益可以包括对听力损失的补偿、对车辆内部的竞争声音的补偿以及对不想要的外部噪声的衰减调整(即，滤波)。可以通过车辆速度和外部换能器位置来估计不想要的外部噪声(例如，风噪声)。放大器将经修改的音频信号从控制电路传递到内部换能器阵列。
6.在本发明的另一个方面，一种设备接收所述车辆的外部上的音频，并且通过从所述外部音频滤除不想要的音频、根据听力缺陷来按频率调整增益、以及根据所述车辆的内部中的背景音频来按频率调整增益而生成经修改的音频信号。该设备通过根据滤波器的组合放大音频来在车辆的内部中再现声音并根据声音的频率进行增益。可以使用限制器来将经修改的音频信号限制为最大增益。将多个音频通道用于外部声音和内部声音两者，在车辆内部以与外部音频的原始方向相对应的声场再现音频。
附图说明
7.图1是车辆的内部和外部的俯视图，其包括内部和外部换能器以及乘员的无线换能器和注视方向。
8.图2a和图2b分别是描绘外部噪声和用于抑制音频信号中的噪声的对应调整的曲线图。
9.图3a和图3b分别是描绘乘员的听力损失和用于补偿乘员的听力损失的增益调整的曲线图。
10.图4a和图4b是描绘由hvac(暖通空调)鼓风机产生的声音和基于三个鼓风机设置中的每一个的增益调整的曲线图。
11.图5是控制电路的功能框图。
12.图6是示出控制电路的输入和输出的框图。
13.图7是示出用于将车辆外部的音频再现到车辆内部的方法的一个示例性实施例的流程图。
具体实施方式
14.本发明的实施例涉及通过使用将外部声音传递到车辆的内部的设备来将车辆用作专用助听器。为了辅助听力，使用增益和衰减配置文件并且在一些情况下将声音从一个频率范围转移到另一个频率范围而将原始外部音频信号改变为修改的音频信号。通过调整信号以考虑降低乘员充分听到外部音频的能力的因素来完成这种有益的修改。可以抑制准确听到外部声音的因素是个人听力缺陷、外部噪声源和其他内部噪声源。在车辆外部使用换能器阵列(例如，传声器)来捕获原始外部音频信号，并且在车辆内部使用换能器阵列(例如，扬声器)来以重新创建外部声音来自的表观位置(即，复制外部声场)的方式再现多通道经修改的音频信号。多通道音频放大器使用经修改的音频信号驱动内部换能器。
15.图1示出了具有内部车厢11的车辆10。在车辆的车厢内部是驾驶员座椅12和乘客座椅13。驾驶员座椅被乘员14占用。控制电路15耦接到人机界面(hmi)16和放大器17。控制电路从外部换能器24-27的阵列接收信号。换能器24-27可以包括传声器和/或其他声音拾取装置(例如，使用附接到平坦表面的激励器的基于车窗玻璃的传声器或车身金属板传声器)。放大器17将经调整的音频信号传递到内部换能器20-23的阵列。阵列可以由其他数量的换能器组成，并且内部阵列和外部阵列不需要具有相同数量的换能器。外部换能器24-27的阵列收集多通道环绕立体声音频场，其中通道数量由传声器换能器的数量确定。内部换能器20-23的阵列再现多通道环绕立体声音频场，其中通道数量由扬声器换能器的数量确定。当输出多通道经修改的音频信号时，可以采用已知的信号混合和转向方法来近似外部声场。
16.移动车辆外部的外部传声器24-27的阵列受到显著的风噪声的影响。该噪声取决于车辆的速度和传声器在车辆上的位置。在对音频进行任何进一步处理之前减轻风噪声对传声器信号的影响是有利的。图2a示出了可以由外部换能器拾取的风噪声(或其他噪声，包括发动机噪声或任何表面上的轮胎噪声)的曲线图。迹线30示出了当车辆在特定类型的路面上以特定挡位并以一个特定速度行驶时正由右前换能器拾取的随频率变化的外部车辆噪声(以分贝(db)为单位)。如曲线图中所见，包含大部分声音的频率范围为约100hz至约
1000hz。本发明可以利用覆盖一定范围的条件(例如，速度、挡位、路面)的数据库(例如，查找表)来估计在任何驾驶情况期间在任何特定传声器处存在的噪声。期望通过在可能的情况下将其滤除来减轻这种风噪声。图2b示出了具有迹线31的曲线图，该迹线示出了随频率变化的传声器信号的衰减调整。因为大部分不想要的声音在100hz至1000hz范围之间，所以衰减调整包括对该范围内的声音的更重的滤除。其他已知技术也可以用于消除来自传声器信号的风噪声。
17.在清除了来自传声器阵列的音频信号的外部风噪声之后，仍然存在限制乘员听到外部声音的能力的其他因素，其中一个因素是听力损失。图3a示出了作为车辆乘员的听力能力的示例的听力图32。迹线32表示随频率变化的听力阈值。所示的听力缺陷对于相应的乘员来说是独特的。在一些实施例中，特定乘员的数据可以保存在存储器中以供对应的乘员使用。当该乘员在车辆中时，该设备以最佳地补偿乘员的听力缺陷的方式对音频信号按频率调整增益和/或调整频移。包括按频率进行的增益提升的调整由图3b中的迹线33a示出。同样地，调整可以包括将存在于用户听力受损的频率范围处的声音移位到用户听力更好的不同(例如，较低)频率范围，如通过将图3b中的音频信号33b的一部分从较高频率范围移位到较低频率范围所示。在一些实施例中，频移可以包括压缩整个可听频谱。例如，音频信号可以被低通滤波(例如，去除高于6khz的频率，因为人类言语主要落在低于6khz)并且以约1/2的比率下移所有剩余频率。尽管声音的音调是失真的，但是它们可以适应乘员的更好的听觉灵敏度的区域。
18.经修改的音频信号由内部扬声器再现以供车辆乘员听到。可以使用乘客舱的主扬声器。为了在乘客舱中存在多于一个乘员时将再现的音频引导到预期乘员，可以使用安装在相应座椅位置的头枕中的扬声器。由于头枕扬声器靠近预期乘员的头部，因此可以将经修改的声音引导到具有相关联的听力损失补偿的人，而那些声音不会影响到其他乘员。在另一个实施例中，经修改的音频信号可以仅被引导到最靠近预期乘员的主扬声器，尽管所得声音中的方向提示将丢失。
19.车辆内部的竞争声音可能会掩蔽从外部再现的期望声音。在存在竞争声音的对应频率下对期望的外部声音进行频率选择性提升可以帮助克服对来自外部的期望的声音的任何掩蔽。图4a示出了由若干不同的内部源产生的测量的声音曲线34-36。例如，曲线34可以对应于当以第一速度操作时来自hvac鼓风机的鼓风机噪声的声级。hvac鼓风机具有不同的操作速度，每个操作速度产生不同的声音曲线34-36。为了增加可能以被鼓风机噪声占据的相同频率存在的外部声音的可听性，图4b示出了表示根据hvac鼓风机速度按频率进行的相应调整37-39(例如，增益提升)的曲线图。选择最佳地掩蔽不想要的内部车厢声音的调整。
20.图5示出了控制电路15的相关部分的一个优选实施例。不同形式的逻辑41用于通知控制电路。逻辑要素包括车辆的速度信息41a、hvac鼓风机速度41b和乘员细节41c(例如，已经存储了其听力损失曲线的驾驶员的身份或其他参数诸如实际听力损失曲线或用于估计听力损失的驾驶员的年龄)。每个逻辑要素用作对应查找表42的索引，该查找表存储用以补偿影响外部声音的可听性的不同因素的相应的预定声音修改。每个查找表的索引输出是修改音频信号的配置文件43。例如，车辆速度41a用作查找表42a的索引，所述查找表输出对应于车辆速度的唯一滤波器配置文件43a。该滤波器配置文件将通过如上所述对不同水平
的外部音频信号的不同频率进行滤波来减轻风噪声的影响。类似地，hvac鼓风机速度41b用作查找表42b的索引，所述查找表输出对应于鼓风机速度的唯一增益配置文件43b。该增益配置文件将通过如上所述提高不同水平的外部音频信号的不同频率来减轻车辆内部的竞争声音的影响。最后，乘员细节41c被用作查找表42c的索引，所述查找表输出用于频移或压缩的数据(其被直接发送到音频处理器)以及用于补偿听力损失的唯一增益配置文件43c。特定的听力缺陷可以保存在控制电路内的存储器40中。在存储器中没有任何听力损失数据的情况下，对应于特定听力缺陷的乘员的身份或仅乘员的年龄被用作查找表42c中的索引，所述查找表输出对应于当前在车辆中的一个或多个乘员的唯一增益配置文件43c。这些增益配置文件将通过如上所述提高不同水平的外部音频信号的不同频率来减轻听力损失的特定和一般影响。
21.增益配置文件和衰减配置文件可以各自由函数组成，其中在音频频率范围内的每个相应频率处施加正增益或负增益。单独的增益配置文件和衰减配置文件可以单独地或一起应用于来自传声器阵列的外部音频信号。当一起处理时，它们可以在合并框44中组合。将所有配置文件进行合并且将其应用于音频信号可能导致音频信号过大(例如，导致限幅)。因此，可以提供限制器45a以将由配置文件43进行的调整限制到最大预定增益。在由限制器45a调整之后，将组合的配置文件提供给修改器46中的音频处理器47，所述音频处理器基于来自所述传声器阵列的音频信号将频率选择性增益(信号水平的升高或降低)应用于多通道音频信号。音频处理器47可以优选地是数字音频处理器，其可以将增益修改的音频信号转换为模拟信号以经由多通道放大器分配到内部换能器(例如，主舱室扬声器20-23)，从而再现所述车辆外部的声源的视向。
22.在具有多个听力正常和不良的乘员的车厢中，将补偿音频再现到车厢中可能会使听力正常的乘员反感。在一些实施例中，控制电路逻辑41可以被配置为例如当听力正常的人在车厢中时或当听力有障碍的人佩戴他们的助听器时暂停调整。替代地，音频处理器的左/右和前/后衰减器控件可以用于将经调整的音频推送到最靠近听力有障碍的人的扬声器。
23.图6描绘了控制电路15与其他车辆部件的交互。控制电路15可以接收来自存储器40的存储的数据信号、来自外部换能器24-27的传声器信号、来自hvac系统60的鼓风机速度信号、来自动力传动系统控制器61的车辆和/或发动机转速信号、来自座椅传感器62的占用传感器信号(例如，座椅位置以估计收听位置)和来自驾驶员注视检测器63的头部位置信号。控制电路还经由放大器17连接到内部换能器20-23，和/或经由无线链路65(例如，链路)连接到乘员佩戴的耳机或助听器64。控制电路15还耦接到无线通信收发器66(例如，蜂窝数据连接)以联系车外数据源，诸如存储特定个人和/或特定人群(例如，特定年龄)的听力损失曲线的数据的远程服务器。
24.图7示出了描述一种优选方法的流程图。在步骤50中，乘员使用hmi来选择性地激活设备以再现外部声音。这可以包括调整音量并将其年龄和/或听力损失数据保存到存储器。在步骤51中，车辆外部的换能器拾取车辆外部的声音。在步骤52中，根据车辆速度和传声器位置选择滤波器配置文件，然后使用所述滤波器配置文件根据外部换能器位置和车辆速度来衰减每个相应的传入传声器信号。在步骤53中，根据用户(例如，驾驶员)的标识和对其听力损失的评估来选择增益配置文件，并且使用所选择的增益配置文件和/或频移或压
缩来根据乘员的年龄和特定听力缺陷(步骤50中输入的)调整音频信号的每个通道。在步骤54中，根据与期望的外部音频竞争的内部噪声源来选择增益配置文件，并且使用所选择的配置文件来根据车辆的内部噪声水平(包括hvac鼓风机速度或泄漏到车厢中的外部噪声的估计值(例如，可以响应于车辆速度和车龄来估计))来按频率调整增益。在步骤55中，确定将使用车辆内部车厢换能器还是无线耳机换能器。在前者中，将发生步骤56a，并且在后者中将发生步骤56b。在步骤56a中，将在步骤51中由外部换能器拾取并在步骤52至54中调整的信号发送到固定在车厢内的放大器和对应的内部扬声器。控制电路可以根据外部声音的位置和乘员的座椅位置来确定如何将经调整的信号分散在内部换能器阵列上。在步骤56b中，将在步骤51中由外部换能器拾取并在步骤52至54中调整的信号发送到相对于车辆的前进方向可以具有任意左右取向的对应的无线耳机扬声器。控制电路将根据外部声音的位置、乘员的座椅位置和乘员的头部位置来确定如何将经调整的信号分散在无线换能器上。
25.听力缺陷可以由乘员已知的听力损失数据来表征，并被输入到车辆中且进行保存。然后选择与增益配置文件和/或频移或压缩相对应的乘员的身份。如果乘员没有保存听力损失数据，则可以替代地按年龄估计缺陷，其中预定年龄范围具有其自己的对应的增益配置文件和/或频移或压缩。这些特定量的听力损失数据、特定增益配置文件和频移或压缩分别类似于图3a和图3b中的曲线图。
26.存在干扰重要且有用的外部声音被外部换能器或传声器清楚地接收的外部声音。一个主要示例是风。由风生成的噪声取决于速度和传声器的放置。每个速度/传声器可以具有唯一的噪声级配置文件。某些频率的噪声被完全滤除可为可能的。这取决于这些频率是否可以表示有用的声音(例如，语音、汽笛或车辆外部的其他期望的声音)。例如，如果频率仅包含无用的噪声比如风，则可以从自控制电路传递到内部换能器的信号中完全滤除该频率。然而，在频率中产生的噪声包含无用和有用噪声时，该频率不能被完全滤除，但是在基于听力损失或竞争的内部噪声源进行任何修改之前，可以基于它们的频率来改变声级。
27.在车厢中产生和/或存在内部声音，所述内部声音干扰对再现的外部声音的收听。这些声音可以包括进入车厢(例如，取决于因素诸如取决于车龄的车门密封件劣化)的hvac噪声、车身噪声和发动机噪声(其随速度而变化)。根据鼓风机的速度和气流阻尼器的位置，在车厢中操作的hvac会引起噪声。对于这些因素中的每一个，控制电路可以被配置为对再现的声音施加对应的校正。类似于保存的乘员身份或风速，每个hvac鼓风机速度/阻尼器位置、车辆速度和车龄可以具有提供相应增益调整或配置文件的相应模型或查找表。
28.也可以基于车辆外部的原始声场来调整由内部换能器产生的声场，使得原始方向关系被保留为在乘员位置处听到。明显源自不同位置的原始外部音频信号将被传递到反映原始外部音频信号的位置的内部换能器。可以基于乘员的座椅位置来调整经修改的音频信号，从而将声音馈送到乘员头部的估计位置。例如，如果内部换能器是耳机或无线换能器，则可以调整经修改的音频信号以补偿头部远离车辆的前进方向的任何转动。调整将取决于乘员的注视方向，使得经修改的音频信号可以不断地反映原始外部音频信号的位置。
29.在本发明的一个方面，对增益的调整是对乘员的听力缺陷和存在于车辆内部的声音的补偿。
30.在本发明的一个方面，对增益的调整是对根据乘员的年龄估计的听力缺陷和根据车龄估计的车辆内部的声音的补偿。
31.在本发明的一个方面，所述经修改的音频信号经受用于限制按频率的最大增益的限制器。

技术特征：
1.一种车辆设备，其包括：具有内部和外部的车辆结构，外部声音换能器阵列；内部声音换能器阵列；控制电路，所述控制电路被配置为按频率调整由所述外部换能器阵列接收的信号的振幅的增益以生成经修改的音频信号，所述经修改的音频信号包括补偿个人的听力损失的调整和基于车辆速度和外部换能器位置衰减不想要的外部噪声的调整；以及放大器，所述放大器将信号从所述控制电路传递到所述内部换能器阵列。2.如权利要求1所述的车辆设备，其中所述控制电路还被配置为使所述外部换能器阵列接收的所述信号的至少一部分向下频移以进一步补偿所述听力损失。3.如权利要求1所述的车辆设备，其中所述控制电路根据所述车辆的所述内部中存在的噪声来提供按频率的附加增益。4.如权利要求3所述的车辆设备，其中所述控制电路接收与所述车辆的所述内部中存在的噪声相关的hvac鼓风机速度、车辆速度和车龄的逻辑输入，并且提供按频率的附加增益。5.如权利要求1所述的车辆设备，其中所述不想要的外部噪声包括风噪声、发动机噪声或任何表面上的轮胎噪声。6.如权利要求1所述的车辆设备，其中所述控制电路对由所述外部换能器接收的信号进行滤波。7.如权利要求1所述的车辆设备，其中所述控制电路内的存储器单元保存用于表征听力损失的乘员数据。8.如权利要求7所述的车辆设备，其中所述乘员数据用于识别乘员并检索包括存在障碍的特定频率的个人听力障碍，从而触发个性化增益配置文件。9.如权利要求8所述的车辆设备，其中所述个人听力障碍进一步触发由所述外部换能器阵列接收的所述信号的至少一部分的向下频移。10.如权利要求1所述的车辆设备，其中所述内部声音换能器基于乘员座椅位置和由所述外部声音换能器拾取的外部声音的位置来分散所述经修改的信号以模仿外部声音。11.如权利要求1所述的车辆设备，其中所述内部声音换能器包括用于生成所述经修改的音频信号的无线链接的耳机，并且其中所述无线链接的耳机基于乘员座椅位置、乘员头部位置和由所述外部声音换能器拾取的所述外部声音的所述位置来分散所述经修改的信号以模仿外部声音。12.如权利要求1所述的车辆设备，其中hmi被配置为响应于乘员的动作而选择性地启用所述控制电路。13.如权利要求1所述的车辆设备，其中所述外部换能器阵列围绕所述车辆的所述外部间隔开，并且所述内部换能器阵列围绕所述车辆的所述内部间隔开。14.一种在车辆内部再现车辆外部的声音的方法，其包括以下步骤：利用外部声音换能器阵列接收在车辆的所述外部的声音以生成外部音频信号；使用车辆速度和所述外部声音换能器的位置从所述外部音频信号滤除噪声以生成经滤波的音频信号；
根据乘员的听力缺陷来按频率调整所述经滤波的音频信号的增益以生成损失补偿的音频信号；根据所述车辆的所述内部中存在的竞争声音来按频率调整所述损失补偿的音频信号的增益以生成经修改的音频信号；以及放大所述经修改的音频信号以在所述车辆内部中再现。15.如权利要求14所述的方法，其中调整所述经滤波的音频信号以生成所述损失补偿的音频信号还包括使由所述外部换能器阵列接收的所述经滤波的音频信号的至少一部分向下频移。

技术总结
本公开提供了“车辆音频增强系统”。本发明是一种用于将车辆外部的声音发送到车辆内部的与声音的外部位置相对应的位置的设备。所述设备对在车辆外部接收的音频信号按频率调整增益并移频，以生成经修改的音频信号。所述调整包括对听力损失的补偿、对车辆内部的音频的补偿以及对不想要的外部噪声的衰减调整。通过从所述外部音频滤除不想要的音频、根据听力缺陷来按频率调整增益并移频/压缩频率、以及根据所述车辆内部中的音频来按频率调整增益而生成经修改的音频信号。所述经修改的音频信号可以被限制到最大增益，然后在所述车辆内部放大。大。大。


技术研发人员：斯图尔特
受保护的技术使用者：福特全球技术公司
技术研发日：2022.12.20
技术公布日：2023/7/11