JP2021102416A

JP2021102416A - 音声出力装置

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Publication number: JP2021102416A
Application number: JP2019235154A
Authority: JP
Inventors: 山本　力; Tsutomu Yamamoto; 力山本
Original assignee: Denso Electronics Corp
Current assignee: Denso Electronics Corp
Priority date: 2019-12-25
Filing date: 2019-12-25
Publication date: 2021-07-15
Also published as: CN114901517A; WO2021131581A1; US20220303679A1; DE112020006276T5

Abstract

【課題】安定した音圧が得られる音声出力装置を提供する。【解決手段】音声波形を出力する波形出力部２と、波形出力部２から出力された音声波形に対応する音声を発生させる発音体３と、を備える音声出力装置であって、波形出力部２は、所望の中心周波数を有する第１波形を周波数変調することによって生成された第２波形を含む音声波形を出力する。これによれば、第１波形を周波数変調した第２波形に対応する音声が出力されるため、例えば第１波形に対応する音声のみを出力した場合に比べて、音声の周波数が広帯域化する。そのため、音声の周波数と落ち込み周波数が重なっても、音圧の減衰が低減され、安定した音圧が得られる。【選択図】図１

Description

本発明は、音声データに基づいて発音を行う音声出力装置に関し、特に車両から音声を発生させる車室外通報音出力装置、例えば車両が接近していることを周囲に通報する車両接近通報装置に適用される。

近年、電気自動車（ＥＶ車）やハイブリッド車（ＨＶ車）などでは、その構造的に発生騒音が小さく、これらの車両の接近に歩行者が気付き難いということから、歩行者など周囲に車両が近くにいるという認知度を上げるために擬似エンジン音や擬似モータ音などの車両接近通報音を発生させる車両接近通報装置が搭載されつつある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−１７１４６２号公報

このような車両用報知音については、例えば、ＵＮ−Ｒ１３８、ＦＭＶＳＳ１４１等の車両接近通報の法規制において、車両が発音すべき音圧の最低値が規定されている。そして、その音圧の計測方法については、車両位置に対し受聴位置を想定したマイク位置が規定されている。

このように、車両とマイクとの位置関係が固定されることで、車両内部に搭載された発音体と、発音体の搭載位置周辺の構造物や路面等との位置関係が固定される。このような状況では、報知音の直接波と反射波が逆相となり特定の周波数で音圧が落ち込むディップが生じてしまう。

従来の車両用報知音は、基音と倍音とで構成された狭帯域成分の集合であるため、ディップが生じる落ち込み周波数と、報知音の音圧に寄与している狭帯域成分の周波数とが重なることで、音圧が低下するおそれがある。

本発明は上記点に鑑みて、安定した音圧が得られる音声出力装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、音声波形を出力する波形出力部（２）と、波形出力部から出力された音声波形に対応する音声を発生させる発音体（３）と、を備える音声出力装置であって、波形出力部は、所望の中心周波数を有する第１波形を周波数変調することによって生成された第２波形を含む音声波形を出力する。

これによれば、第１波形を周波数変調した第２波形に対応する音声が出力されるため、例えば第１波形に対応する音声のみを出力した場合に比べて、音声の周波数が広帯域化する。そのため、音声の周波数と落ち込み周波数が重なっても、音圧の減衰が低減され、安定した音圧が得られる。

例えば、請求項２に記載のように、周波数変調の変調率は、変調幅が１／３オクターブ以上となるように設定される。

このように変調幅を大きくすることで、第２波形の周波数帯域の幅が落ち込み周波数の幅よりも広くなり、音圧の減衰をさらに低減することができる。

また、請求項３に記載の発明では、第１波形は、振幅と周波数の時間による変動がない波形である。例えば、請求項４に記載のように、第１波形は、ｓｉｎ波とされる。

これによれば、第２波形の音圧の時間変動を抑制し、一定の振幅を保つことができる。例えば走行中の車両から発せられる報知音においては、このようにすることで、音圧揺らぎを低減し、車両が通過するタイミングによる音圧変動を抑制することが可能となる。

また、請求項５に記載の発明では、周波数変調の変調周波数は、３０Ｈｚ以上とされている。

このように変調周波数を大きくすることで、変動強度が小さくなり、受聴者が音程の変化による違和感を持ちにくくなる。

また、請求項６に記載の発明では、波形出力部は、ランダムノイズを含む音声波形を出力する。

このようにランダムノイズを付加することで、ディップによる音圧の減衰をさらに低減することができる。

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。

第１実施形態で説明する車両用接近通報システムのブロック図である。ディップの特性を示す図である。従来の報知音の周波数成分を示す図である。変調波等の周波数特性を示す図である。ディップによる変調波等の周波数特性の変化を示す図である。ディップによる１／３オクターブバンドレベルの変化を示す図である。周波数シフトを伴う場合のディップによる音圧変動を示す図である。他の実施形態における報知音の周波数成分を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
第１実施形態について説明する。本実施形態では、音声出力装置が車両用接近通報装置に適用される場合を例に挙げて説明する。図１は、本実施形態にかかる車両接近通報装置を含む車両接近通報システムのブロック図である。この図を参照して、本実施形態にかかる車両用接近通報装置を含む車両接近通報システムについて説明する。

図１に示すように、車両接近通報システムは、車両状態取得部１と、波形出力部としての車両接近通報装置２と、発音体としてのスピーカ３を有した構成とされている。車両接近通報システムでは、車両接近通報装置２が、車両状態取得部１からの検出信号に基づいて音声波形を出力し、スピーカ３が、車両接近通報装置２から出力された音声波形に対応する音声を発生させることで、車両の接近を周囲の歩行者などに通報する。

車両状態取得部１は、車速センサやアクセル開度センサもしくはシフトポジションセンサなどの各種センサによって構成され、車両の走行状態検知信号として、車速検知信号やアクセル開度信号、車両のシフトポジション信号を出力している。

車両接近通報装置２は、車両状態取得部１より走行状態検知信号を入力して車速やアクセル開度およびシフトポジションに関する情報を取得し、車両がロードノイズの小さな低速走行中（例えば２０ｋｍ／ｈ以下）に、車両の接近を通報する報知音に対応する音声波形を出力する。

車両接近通報装置２は、マイコン２０とデジタル／アナログ変換器（以下、Ｄ／Ａ変換器という）２２およびパワーアンプ（以下、ＡＭＰという）２３を有している。

マイコン２０は、音声データ出力器２１を有する制御部として機能するものであり、図示しないが、ＣＰＵやメモリ部に相当するＲＯＭ、ＲＡＭに加えて、Ｉ／Ｏなどを備えた構成とされている。メモリには、発音の制御プログラムや、報知音の音声データ、サンプリング周期や音量を設定するデータなどが記憶されている。マイコン２０は、サンプリング周期毎に音声データを読み出すと共に、音声データ出力器２１にセットし、出力させる。音声データ出力器２１は、ＰＷＭまたはシリアル通信を用いて音声データを出力する。

本実施形態では、マイコン２０のメモリに、周波数が広帯域化された音声データが記憶されている。この音声データは、次の手順で生成される。まず、報知音で音圧を出したい周波数帯域に合わせて、中心周波数を決定する。つぎに、この所望の中心周波数を有する第１波形を選択する。第１波形としては、振幅や周波数が時間によらず一定とされたものが望ましく、例えばｓｉｎ波が選択される。そして、第１波形を周波数変調（ＦＭ変調）して第２波形を生成し、第２波形を含む音声波形が車両接近通報装置２から出力されるように音声データを生成する。

周波数変調の変調率については、中心周波数×変調率で求められる変調幅が、所望の帯域幅となるように設定される。例えば、変調幅が１／３オクターブバンド以上となるように、あるいは、予測される落ち込み周波数の幅より大きくなるように変調率が設定される。なお、変調幅があまりに大きいと、報知音が中心周波数から離れた周波数の音に聞こえるため、例えば変調幅が３０％以下になるように変調率を設定することが望ましい。

また、変調周波数については、変動強度（ｖａｃｉｌ）が小さくなり、受聴者が音程の変化による違和感を持ちにくくなる周波数、例えば３０Ｈｚ以上に調整する。

Ｄ／Ａ変換器２２は、音声データ出力器２１が、パルス状のデジタル信号として表されたＰＷＭ出力を用いる場合には、ＰＷＭ出力をアナログ信号に変換するフィルタ部として構成される。例えば、このフィルタ部が抵抗器やコンデンサ等で構成される場合には、パルス状のＰＷＭ出力に基づいてコンデンサが充放電されることで、ＰＷＭ出力のＰＷＭ周波数およびデューティ比に応じたアナログ信号を出力する。これにより、音声データと対応する出力波形のアナログ信号が復調される。

ＡＭＰ２３は、Ｄ／Ａ変換器２２から出力されるアナログ信号と対応する出力電圧をスピーカ３に印加する。これにより、スピーカ３に対して、車両走行状態に応じた音声データを再生する出力電圧が印加され、スピーカ３から、印加された出力電圧に応じた発音が行われる。なお、ここではＡＭＰ２３からアナログ信号に応じた出力電圧をスピーカ３に対して印加するということで説明したが、出力電流であっても良い。

以上のようにして本実施形態の車両接近通報システムが構成されている。この車両接近通報システムでは、車両状態に応じてマイコン２０から音声データが出力され、その音声データ出力に応じた出力電圧がスピーカ３に印加されることで、車両走行状態に応じた発音が行われる。

このような車両接近通報システムについては、法規制において、車両が発音すべき音圧の最低値が規定されている。そして、その音圧の計測の際に、車両とマイクとの位置関係が固定されることで、スピーカ３と、スピーカ３の搭載位置周辺の構造物や路面等との位置関係が固定される。

このような状況では、図２に示すように、報知音の直接波と反射波が逆相となり特定の周波数で音圧が落ち込むディップが生じてしまう。例えば、図３に示すように、基音と倍音の狭帯域成分で構成された報知音では、報知音の周波数と落ち込み周波数とが重なることで、音圧が低下するおそれがある。規定のマイク位置は受聴者、特に歩行者の位置を意図したものであるため、報知音の認知性を向上させるためには、音圧の計測結果の改善を図ることが重要である。

また、このような車両接近通報システムでは、車両接近通報装置２において、車速に応じて走行音を模した周波数シフトを伴うことがある。このような場合には落ち込み周波数を避けて発音することが難しく、特定の車速で音圧が急激に落ち込み、最低音圧規定を満足できなくなるおそれがある。

また、規定を満足させるために音出力を増大させると、車室内への透過音が増加し、運転者に対する騒音となるおそれがある。また、より大きな体格の発音装置が必要となり、コストの増加や車両搭載性の悪化につながるおそれがある。

これに対して、前述のように報知音を広帯域化した本実施形態では、スピーカ３の車両搭載環境や路面等の反射により、報知音の周波数と落ち込み周波数が重なっても、音圧の減衰が低減され、安定した音圧が得られる。

図４〜７は、本実施形態の効果を説明するための図であり、本発明者らが行ったＦＦＴ解析等の結果を示すものである。図４〜図７における変調波は、ｓｉｎ波を第１波形とした周波数変調によって得られた第２波形である。図４に示すように、変調波は、ｓｉｎ波よりも帯域が広く、音圧はランダムノイズよりも大きくなっている。そして、音圧のディップが生じ、中心周波数と落ち込み周波数が重なった場合、図５、図６に示すように、ｓｉｎ波の音圧が大きく低下するのに対し、変調波については、落ち込み周波数と重ならない周波数成分によって音圧が維持されている。

また、広帯域化の方法として、第１波形の振幅が維持される周波数変調を用いることで、音圧効率が落ちることを抑制することができる。図６に示すように、ディップがない場合には、第１波形とされたｓｉｎ波と変調波の１／３オクターブバンドレベルがほぼ同等となっている。

また、周波数シフトを伴う場合にも、本実施形態では音圧の安定化が期待できる。図７は、時間の経過とともに周波数シフトを高くした場合の１／３オクターブバンドレベルの解析結果である。図７に示すように、ｓｉｎ波で構成された報知音については、単周波のためディップの影響が大きく、音圧が大きく低下する。また、従来の報知音については、基音や倍音の狭帯域成分がディップの影響を受けて音圧が低下するとともに、音圧の時間変動を伴う。また、ランダムノイズについては、ディップの影響は受けにくいが、音圧効率が低い。これに対して、周波数変調によって得られた第２波形に対応する報知音については、ディップの影響が小さく、音圧が維持される。また、音圧の時間変動が少なく、音圧効率も高い。

以上説明したように、本実施形態では、報知音の周波数を周波数変調によって広帯域化することで、ディップによる音圧の減衰が低減され、安定した音圧が得られる。

また、音声波形の振幅揺らぎにより、報知音の音圧が時間変動すると、走行する車両が通過するタイミングによっては、十分な音圧が得られないことがある。そのため、振幅揺らぎを極力小さくすることが望まれるが、従来の報知音を構成する基音や倍音成分の振幅揺らぎを個別に調整することは困難である。

これに対して、本実施形態では、第１波形として振幅や周波数の時間変動がない波形を選択することで、第２波形の音圧の時間変動を抑制し、一定の振幅を保つことができる。これにより、走行中の車両から発せられる報知音、例えば車両接近通報音の音圧揺らぎを低減し、車両が通過するタイミングによる音圧変動を抑制することが可能となる。

また、落ち込み周波数は車両や装置の製造ばらつきや気温の変動等によっても変化するため、安定して音圧を確保し、車室外に向けた報知音等の認知性を向上させるためのロバスト性向上が望まれる。

これについて、本実施形態では、報知音の周波数を広帯域化することで、外乱によって落ち込み周波数が変動した場合にも安定した音圧が得られ、報知音の認知性を向上させることができる。

また、本実施形態では、音圧効率の改善により、スピーカやアンプ等の再生装置の出力を抑制することができる。これにより、車室内への不要な透過音を低減し、騒音対策のためのコストを低減するとともに、再生装置の体格を小型化して、車両搭載性やコストを改善することが可能となる。また、周波数変調により、車室内に伝搬しやすい周波数帯域に音声が集中することを避け、不要な透過音をさらに低減することができる。

また、高い音圧効率により、他の周波数成分を付加する余地が多くなるため、音色の自由度が高くなる。また、音圧レベルの時間変動が少ないため、収録時間の短いループ音で報知音を構成することができ、波形データの記憶に要するメモリの容量が小さくなる。

また、車両内部に搭載されたスピーカから報知音を発音する際に、車両の左右で音の伝搬経路が異なることから、左右で落ち込み周波数が異なることがある。そのような場合に、本実施形態では、左右それぞれで報知音の音圧を安定化することにより、左右の音圧の差を小さくすることができる。

（他の実施形態）
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

例えば、上記実施形態では第１波形としてｓｉｎ波を用いたが、第１波形として他の波形を用いてもよい。また、第２波形のみによって音声波形を構成してもよいし、第２波形の他にｓｉｎ波、ランダムノイズ等が音声波形に含まれていてもよい。ランダムノイズとしては、例えば図８に示すようなピンクノイズを用いてもよい。また、図８に示すように、第２波形が複数含まれるように音声波形を構成してもよい。なお、図８の実線および破線は２つの変調波を示し、一点鎖線はピンクノイズを示している。

また、第２波形に対し、周波数成分分布が変化しない範囲で、聴感上好ましくなるように残響等の音響効果を施したものを、音声波形として用いてもよい。また、報知音の音色を聴感上好ましいものとするために、第２波形と楽音等の狭帯域成分とを組み合わせて音声波形を構成してもよい。

また、周波数変調によって得られた各周波数成分を１つの音声データに合成（ミックスダウン）して用いてもよいし、各周波数成分を独立かつ同時に発音できる機器に組み込んで用いてもよい。また、本発明を車両用接近通報装置以外の音声出力装置に適用してもよい。

１車両状態取得部
２車両接近通報装置
３スピーカ
２０マイコン
２１音声データ出力器
２２Ｄ／Ａ変換器
２３ＡＭＰ

Claims

音声波形を出力する波形出力部（２）と、
前記波形出力部から出力された音声波形に対応する音声を発生させる発音体（３）と、を備える音声出力装置であって、
前記波形出力部は、所望の中心周波数を有する第１波形を周波数変調することによって生成された第２波形を含む音声波形を出力する音声出力装置。
前記周波数変調の変調率は、変調幅が１／３オクターブ以上となるように設定されている請求項１に記載の音声出力装置。
前記第１波形は、振幅と周波数が時間によらず一定とされた波形である請求項１または２に記載の音声出力装置。
前記第１波形は、ｓｉｎ波である請求項３に記載の音声出力装置。
前記周波数変調の変調周波数は、３０Ｈｚ以上とされている請求項１ないし４のいずれか１つに記載の音声出力装置。
前記波形出力部は、ランダムノイズを含む音声波形を出力する請求項１ないし５のいずれか１つに記載の音声出力装置。