CN110753960B - 声压信号输出装置、声压信号输出方法及声压信号输出用程序 - Google Patents
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Abstract
提供一种能够将与实物发动机接近的发动机声的声压信号，灵活地应对其规格的变更，同时低负荷且实时地进行合成并输出的声压信号输出装置。具备：接口(12)，其取得与在搭载于车辆的内燃式发动机的一个汽缸中的一次燃烧循环的期间从该汽缸产生的声音相当的声数据即单声数据，取得与发动机的转速所对应的频率的阶数声相当的阶数声数据，并取得对应于构成发动机的构造体的材质或形状的至少任一者而产生的随机声数据；以及合成部(111)，其使用分别取得的单声数据等，来合成发动机声的声压信号并输出。
Description
技术领域
本发明属于声压信号输出装置、声压信号输出方法及声压信号输出用程序的技术领域。更具体地，属于对与从内燃式发动机产生的声音相当的发动机声的声压信号进行合成并输出的声压信号输出装置和声压信号输出方法以及该声压信号输出装置用的程序的技术领域。
背景技术
在近年来的模拟器、计算机游戏(computer games)中，未使实际的车辆行驶地(即模拟地)不断输出伴随车辆的行驶而产生的发动机声。此外，在以下的说明中，将上述模拟器、计算机游戏简称为“模拟器等”。针对这样的模拟性的发动机声的输出，以往进行的是：对通过实际的车辆的行驶而产生的发动机声进行录音，将该录音数据对应于模拟器等的内容进行加工并输出。然而，在对录制了实际的发动机声而得的录音数据进行加工的情况下，与模拟器等的内容相符合是有限的，结果，存在欠缺现场感、实时性这样的问题点。因此，以往，例如下述专利文献1及下述专利文献2中记载的发明那样，进行的是：将发动机的一个汽缸中的一次燃烧循环的期间中从该汽缸产生的声音对应于该发动机的汽缸数、转速来重复进行再现，由此来合成所期望的发动机声并输出。此外，在以下的说明中，将上述一个汽缸中的一次燃烧循环的期间中从该汽缸产生的声音简称为“单声”。更具体地，在这些专利文献所公开的技术中，设为如下结构，预先准备与发动机的转速和油门的开度(换言之，相对于发动机的负荷的程度)对应的多种单声的声压信号，将它们如上述那样对应于发动机的汽缸数、转速而重复进行再现，对这些声压信号进行合成并输出。此外，在以下的说明中，将发动机的转速适当称为“转速”。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第4282786号公报
专利文献2：日本特许第4079518号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，在上述各专利文献所公开的技术中，由于需要在各种条件下对单声的声压信号进行加工合成，因而存在进行该合成的装置的处理负荷变大这样的问题点。此外，还存在无法迅速地应对发动机的规格(例如，燃烧(爆炸)间隔等)的变更这样的问题点。
因此，本发明是鉴于上述各问题点而做出的，因此，该课题的一例在于，提供一种针对各种规格的发动机，能够低负荷且实时地输出与实物发动机接近的发动机声的声压信号的声压信号输出装置、声压信号输出方法以及该声压信号输出装置用的程序。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，技术方案1记载的发明具备：第一取得单元，其取得与在内燃式发动机的一个汽缸中的一次燃烧循环的期间从该汽缸产生的声音相当的声数据即单声数据；第二取得单元，其取得与所述发动机的转速所对应的频率的阶数声相当的声数据即阶数声数据；第三取得单元，其取得与通过所述发动机中的燃烧并对应于构成该发动机的构造体的材质或形状的至少任一者而产生的随机声相当的声数据即随机声数据；和合成单元，其对所取得的所述单声数据的声压信号、所取得的所述阶数声数据的声压信号以及所取得的所述随机声数据的声压信号进行合成，来输出所述发动机的声音的声压信号。
为了解决上述课题，技术方案9记载的发明是一种通过计算机来合成并输出内燃式发动机的声音的声压信号的声压信号输出方法，包含：取得与在所述发动机的一个汽缸中的一次燃烧循环的期间从该汽缸产生的声音相当的声数据即单声数据的步骤；取得与所述发动机的转速所对应的频率的阶数声相当的声数据即阶数声数据的步骤；取得与通过所述发动机中的燃烧并对应于构成该发动机的构造体的材质或形状的至少任一者而产生的随机声相当的声数据即随机声数据的步骤；和对所取得的所述单声数据的声压信号、所取得的所述阶数声数据的声压信号以及所取得的所述随机声数据的声压信号进行合成，来输出所述发动机的声音的声压信号的步骤。
为了解决上述课题，技术方案10记载的发明使计算机执行如下步骤：取得与在内燃式发动机的一个汽缸中的一次燃烧循环的期间从该汽缸产生的声音相当的声数据即单声数据的步骤；取得与所述发动机的转速所对应的频率的阶数声相当的声数据即阶数声数据的步骤；取得与通过所述发动机中的燃烧并对应于构成该发动机的构造体的材质或形状的至少任一者而产生的随机声相当的声数据即随机声数据的步骤；和对所取得的所述单声数据的声压信号、所取得的所述阶数声数据的声压信号以及所取得的所述随机声数据的声压信号进行合成，来输出所述发动机的声音的声压信号的步骤。
根据技术方案1、技术方案9或技术方案10中的任一项所记载的发明，能够灵活地应对发动机的规格变更，同时低负荷且实时地合成接近实物发动机的发动机声的声压信号并输出。
技术方案2记载的发明被构成为，在技术方案1记载的声压信号输出装置中，所述发动机是多汽缸的发动机，所述第一取得单元分别取得在各所述汽缸各自中的所述一次燃烧循环的期间从该各汽缸分别产生的声音所相当的所述单声数据，所述第二取得单元取得与各所述汽缸的每一个对应的所述阶数声数据，所述合成单元对应于各所述汽缸中的燃烧间隔使取得的各所述单声数据的声压信号以及阶数声数据的声压信号延迟，同时对各所述单声数据的声压信号、各所述阶数声数据的声压信号以及所述随机声数据的声压信号进行合成，输出所述发动机的声音的声压信号。
根据该发明，能够合成与实物发动机更接近的发动机声的声压信号并输出。
技术方案3记载的发明被构成为，在技术方案2记载的声压信号输出装置中，所述单声数据的声压信号或所述阶数声数据的声压信号中的至少任一者的振幅倍率按每个所述汽缸而不同。
根据该发明，能够合成用于产生更具有现场感的发动机声的发动机声数据的声压信号并输出。
技术方案4记载的发明是，在技术方案1至3的任一项记载的声压信号输出装置中，一个所述单声数据通过在与该单声数据对应的所述汽缸的多个不同的转速下的所述燃烧循环期间中产生的声音所分别对应的多个按转速分类的单声数据来构成。
根据该发明，能够合成用于产生更具有现场感的发动机声的发动机声数据的声压信号并输出。
技术方案5记载的发明被构成为，在技术方案4记载的声压信号输出装置中，所述合成单元根据所述转速使多个所述单声数据的声压信号交叉淡化(cross fade)，同时对所述阶数声数据的声压信号以及所述随机声数据的声压信号进行合成。
根据该发明，能够合成用于产生更具有现场感的发动机声的发动机声数据的声压信号并输出。
技术方案6记载的发明是，在技术方案1至5的任一项记载的声压信号输出装置中，关于所述阶数声数据，利用加速时的阶数声数据与减速时的阶数声数据来形成一个该阶数声数据。
根据该发明，能够合成用于产生更具有现场感的发动机声的发动机声数据的声压信号并输出。
技术方案7记载的发明被构成为，在技术方案1至6的任一项记载的声压信号输出装置中，所述合成单元根据与所述行驶对应的油门开度以及转速，来控制并合成所述单声数据的声压信号、所述阶数声数据的声压信号以及所述构造体声数据的声压信号的每一个。
根据该发明，能够合成用于产生更具有现场感的发动机声的发动机声的声压信号并输出。
技术方案8记载的发明构成为，在技术方案1至7的任一项记载的声压信号输出装置中，所述合成单元进一步合成与所述发动机所对应的空转声相当的空转声数据的声压信号、与该发动机所对应的启动器声相当的启动器声数据的声压信号、与该发动机所对应的齿轮声相当的齿轮声数据的声压信号、与该发动机所对应的换挡声相当的换挡声数据的声压信号、与该发动机所对应的转速限制器声相当的转速限制器声数据的声压信号、或者与该发动机所对应的余火声相当的余火声数据的声压信号中的至少任一者，输出所述发动机声的声压信号。
根据该发明，能够合成用于产生更具有现场感的发动机声的发动机声的声压信号并输出。
发明的效果
根据本发明，能够灵活地应对发动机的规格变更，同时低负荷且实时地合成接近实物发动机的发动机声的声压信号并输出。
附图说明
图1是表示第一实施方式的声压信号输出装置的概要结构的框图等，其中(a)是该框图，(b)是说明该声压信号输出装置中的声音信号输出处理的概要的图。
图2是例示第一实施方式的因转速不同而不同的单声(single sound)声压信号的波形的图，其中(a)是例示第一实施方式的低旋转单声声压信号的波形的图，(b)是例示第一实施方式的高旋转单声声压信号的波形的图。
图3是表示第一实施方式的声压信号输出处理的流程图。
图4是表示第一实施方式的声压信号输出处理中的空转(idling)再现处理的图，其中(a)是例示该空转再现处理中的油门开度与声压放大率的关系的图，(b)是例示该空转再现处理中的转速与声压放大率的关系的图。
图5是表示第一实施方式的声压信号输出处理中的单声环路(loop)再现处理的图，其中(a)是例示该单声环路再现处理的波形的图，(b)是例示该单声环路再现处理中的油门开度与声压放大率的关系的图(i)，(c)是例示该单声环路再现处理中的油门开度与声压放大率的关系的图(ii)，(d)是例示该单声环路再现处理中的单声的转速(回転数)与声压放大率的关系的图(i)，(e)是例示该单声环路再现处理中的单声的转速与声压放大率的关系的图(ii)。
图6是例示第一实施方式的声压信号输出处理中的基于单声的多汽缸声(multiple cylinder sound)再现处理的波形的图。
图7是表示第一实施方式的声压信号输出处理中的阶数声(order sound)波形生成处理的图(I)，其中(a)是例示该阶数声波形生成处理中的阶数(order)与声压系数的关系的图，(b)是例示该阶数声波形生成处理的波形的图。
图8是表示第一实施方式的声压信号输出处理中的阶数声波形生成处理的图(II)，其中(a)是例示该阶数声波形生成处理中的油门开度与声压放大率的关系的图，(b)是例示该阶数声波形生成处理中的转速与声压放大率的关系的图。
图9是例示第一实施方式的声压信号输出处理中的基于阶数声的多汽缸声生成处理的波形的图。
图10是表示第一实施方式的声压信号输出处理中的随机声再现处理的图，其中(a)是例示该随机声再现处理中的油门开度与声压放大率的关系的图，(b)是例示该随机声再现处理中的转速与声压放大率的关系的图。
图11是例示第一实施方式的声压信号输出处理中的单声等合成处理的波形的图。
图12是表示第二实施方式的声压信号输出处理的流程图。
图13是例示第二实施方式的声压信号输出处理中的单汽缸声生成处理的波形的图。
图14是例示第二实施方式的声压信号输出处理中的基于延迟的多汽缸声生成处理的波形的图。
图15是例示第二实施方式的声压信号输出处理中的多汽缸声的声压信号与随机声的声压信号的合成处理的波形的图。
具体实施方式
接着，根据附图来说明用于实施本发明的方式。此外，以下说明的各实施方式是在对从搭载于车辆的内燃式发动机产生的声音的声压信号进行合成而输出的情况下应用了本发明的实施方式。此外，上述车辆包括四轮车、两轮车等车辆。
(I)第一实施方式
首先，使用图1至图11来说明本发明的第一实施方式。图1是表示第一实施方式的声压信号输出装置的概要结构的框图等，图2是例示第一实施方式的因转速不同而不同的单声(single sound)声压信号的波形的图，图3是表示第一实施方式的声压信号输出处理的流程图，图4是表示第一实施方式的声压信号输出处理中的空转(idling)再现处理的图。此外，图5是表示该声压信号输出处理中的单声环路(loop)再现处理的图，图6是例示该声压信号输出处理中的基于单声的多汽缸声(multiple cylinder sound)再现处理的波形的图，图7以及图8是表示该声压信号输出处理中的阶数声(order sound)波形生成处理的图。此外，图9是例示该声压信号输出处理中的基于阶数声的多汽缸声生成处理的波形的图，图10是表示该声压信号输出处理中的随机声再现处理的图，图11是例示该声压信号输出处理中的单声等合成处理的波形的图。
如图1的(a)所示那样，第一实施方式的声压信号输出装置S由HDD(Hard DiscDrive，硬盘驱动器)或SSD(Solid State Drive，固态驱动器)等非易失性记录介质中记录的数据库DB、以及通过个人计算机或所谓的智能手机等而实现的处理装置10来构成。此外，处理装置10由如下构件构成：CPU、ROM(Read-Only Memory，只读存储器)以及RAM(Random-Access Memory，随机存取存储器)等所构成的处理部11、接口12、触摸面板或键盘和鼠标等所构成的操作部13、液晶显示器等所构成的显示部14、以及扬声器15。此外，处理部11具备多汽缸声生成部110、以及合成部111。并且，上述处理部11的多汽缸声生成部110和合成部111、接口12、操作部13、显示部14以及扬声器15经由总线16而连接成能够进行数据或信息的收发。这里，上述多汽缸声生成部110以及上述合成部111可以通过构成处理部11的CPU等硬件逻辑电路而实现，也可以通过由处理部11读出与后述的第一实施方式的声压信号输出处理相当的程序并执行，从而以软件的形式来实现。此外，上述接口12分别相当于本发明的“第一取得单元”的一例、“第二取得单元”的一例以及“第三取得单元”的一例，上述多汽缸声生成部110以及合成部111相当于本发明的“合成单元”的一例。
在以上的结构中，数据库DB中非易失地记录有第一实施方式的声波形数据1、以及第一实施方式的声音控制数据2。
这里，使用图1的(b)，说明在第一实施方式的声压信号输出装置S中执行的、第一实施方式的声压信号输出处理的概要(原理)。
如图1的(b)所示那样，在数据库DB所记录的声波形数据1中包含单声数据1A和随机声数据1B。此外，在数据库DB所记录的声音控制数据2中包含阶数声控制数据2A。并且，在第一实施方式的声压信号输出处理中，使用单声数据1A的声压信号、使用阶数声控制数据2A而合成的阶数声数据的声压信号、以及随机声数据1B的声压信号，来合成对应的发动机的声音的声压信号并输出。此时，可以一并使用后述的附加的声数据的声压信号。
这里，上述的所谓单声数据1A是指，在上述发动机的一个汽缸(Cylinder，液压缸)中的一次燃烧循环的期间从该汽缸产生的声音(以下，将在该一次燃烧循环的期间从汽缸产生的声音称为“单声”)所相当的声数据。此外，在第一实施方式的声压信号输出处理中，如后述，使用当发动机在预先设定的低旋转区域旋转时的单声(以下称为“低旋转单声”。)所相当的声数据即低旋转单声数据的声压信号、以及当发动机在预先设定的高旋转区域旋转时的单声(以下，称为“高旋转单声”。)所相当的声数据即高旋转单声数据的声压信号，来合成第一实施方式的发动机声的声压信号并输出。此时，分别将低旋转单声数据的声压信号(低旋转单声声波形信号)的波形的一例示于图2的(a)、将高旋转单声数据的声压信号(高旋转单声声波形信号)的波形的一例示于图2的(b)。在图2的(a)以及图2的(b)所示的例子中，作为声压信号的长度，例如是50毫秒。
此外，上述的所述阶数声数据是指，上述发动机声(或以上述发动机为动力源的车辆所发出的声音。以下，同样。)中的、其频率(或频谱。以下同样。)对应于转速而发生变动的声音成分，是根据阶数声控制数据2A将预先设定的纯音(正弦波形的音)以及其泛音(overtone)进行合成而得的、具有所谓的泛音结构的声音成分所相当的声数据。此外，在第一实施方式的声压信号输出处理中，如后述那样，使用在车辆加速时的阶数声(以下，称为“加速时阶数声”)所相当的声数据即加速时阶数声数据、以及在车辆减速时的阶数声(以下，称为“减速时阶数声”)所相当的声数据即减速时阶数声数据，来合成发动机声的声压信号并输出。
此外，上述所谓的随机声数据1B是指，上述发动机声中的、不论转速如何、其频率不会实质性变动的声音成分(即，构成上述发动机的构造体(部件等)的材质或形状的至少任一者所对应的声音成分)所相当的声数据，是因车种或发动机的形式(型号)的不同而不同的声数据。
此外，上述附加的声数据中包含：例如，与上述发动机对应的空转声所相当的空转声数据、与上述发动机对应的启动器声所相当的启动器声数据、与上述发动机对应的齿轮声所相当的齿轮声数据、与上述发动机对应的换挡声所相当的换挡声数据、与上述发动机对应的转速限制器声所相当的转速限制器声数据、与上述发动机对应的余火声(after-fire sound)所相当的余火声数据等。
并且，作为数据库DB中记录的声波形数据1，记录为包含：含有上述低旋转单声数据和上述高旋转单声数据的上述单声数据1A；上述随机声数据1B；以及上述启动器声数据及上述空转声数据，以作为第一实施方式的声压信号输出处理所需的声数据。此外，根据对发动机声的声压信号进行合成的用途、车种或效果音的必要性等，除了上述必需的声数据之外，还可以记录为包含上述换挡声数据以及上述齿轮声数据等。
此外，上述声波形数据1，例如是基于对实际的车辆行驶音等进行录音而得的数据、并使用计算机独自地合成所得的声数据，例如按每个车种或每个发送机型号而被预先记录于数据库DB的内容。
另一方面，作为数据库DB中记录的声音控制数据2，除了包含上述加速时阶数声数据的声压信号的油门开度-声压放大率特性控制数据及转速-声压放大率特性控制数据、上述减速时阶数声数据的声压信号的油门开度-声压放大率特性控制数据及转速-声压放大率特性控制数据、表示上述加速时阶数声的声压系数的加速时阶数声压系数数据、以及表示上述减速时阶数声的声压系数的减速时阶数声压系数数据的上述阶数声控制数据2A之外，还记录为包含如下内容：上述低旋转单声数据的声压信号的油门开度-声压放大率特性控制数据及转速-声压放大率特性控制数据、上述高旋转单声数据的声压信号的油门开度-声压放大率特性控制数据及转速-声压放大率特性控制数据、上述随机声数据的声压信号的油门开度-声压放大率特性控制数据及转速-声压放大率特性控制数据、上述空转声数据的声压信号的油门开度-声压放大率特性控制数据及转速-声压放大率特性控制数据、表示上述发动机的汽缸数的汽缸数数据、表示上述发动机的汽缸间的爆炸间隔(explosioninterval)的爆炸间隔数据、表示每个该汽缸的声压系数的汽缸声压系数数据。此外，作为声音控制数据2，记录为包含如下内容：上述低旋转单声以及上述高旋转单声、上述加速时阶数声以及上述减速时阶数声、上述随机声、上述启动器声以及上述空转声各自的音量系数数据。此外，作为声音控制数据2，还可以根据上述用途、车种或效果音的必要性等，记录为包含上述换挡声以及上述齿轮声等各自的音量系数数据。
此外，对于上述声音控制数据2，例如与每个车种或每个发动机型号对应的该声音控制数据2被预先记录于数据库DB。
另一方，表示成为第一实施方式的声压信号输出的对象的发动机的起动/停止的数据、以及表示车辆的行驶中的油门开度以及转速的各数据，作为车辆数据C，从外部经由接口12而实时地被输入到处理装置10。由此，处理部11的多汽缸声生成部110从数据库DB经由接口12读出与该车种或发动机型号等对应的上述声波形数据1以及上述声音控制数据2，生成第一实施方式的声压信号输出处理中的每个汽缸的声音的声压信号等。并且，合成部111将由多汽缸声生成部110生成的每个汽缸的声压信号等合成为第一实施方式的发动机声的声压信号。此时，在操作部13执行第一实施方式的声压信号输出处理所需要的操作等，由此操作部13生成与该操作等对应的操作信号并输出给处理部11。并且，处理部11与该操作信号对应地执行第一实施方式的声压信号输出处理。此外，在该声压信号输出处理中需要的信息经由显示部14而向使用者提示。此外，通过该声压信号输出处理而合成并输出的声压信号所相当的发动机声，根据需要经由扬声器15而被发出。此外，所合成的发动机声的声压信号(或者与该声压信号相当的声数据)与上述车种或发动机型号等表示该发动机声数据所对应的各要素的数据对应起来，被记录于例如记录有数据库DB的上述非易失性记录介质中。
接着，具体使用图3至图11，说明第一实施方式的声压信号输出处理。此外，在以下的说明中，一边例示一边说明对四缸发动机的发动机声数据进行合成的处理。
如图3所对应的流程图所示那样，在第一实施方式的声压信号输出处理中，例如，当通过操作部13中的开始操作开始该声压信号输出处理时，首先，处理部11进行初始设定(步骤S1)。作为步骤S1的初始设定，具体地，处理部11经由接口12读入数据库DB所记录的上述声波形数据1以及上述声音控制数据2。此时，处理部11读入与通过操作部13中的选择操作而选出的车种或发动机型号等对应的声波形数据1以及声音控制数据2。除此之外，处理部11使作为第一实施方式的声压信号输出处理中的参数的油门开度、转速以及(车辆的)行驶速度初始化。
接着，处理部11经由接口12取得作为对发动机声的声压信号进行合成并输出的对象的车辆的驾驶操作信息，作为车辆数据C(步骤S2)。此时，作为上述驾驶操作信息，一般地，包含发动机起动/停止开关的操作信息、表示上述油门开度的信息以及表示上述转速的信息等。然而，由于在步骤S2的阶段发动机仍是停止的，因此，作为步骤S2取得的是发动机起动/停止开关的操作信息。然后，处理部11判定在步骤S2是否取得了表示发动机起动/停止开关成为接通的意思(即表示发动机被起动了的意思)的操作信息(步骤S3)。步骤S3的判定中，在未取得表示发动机起动停止开关成为接通的意思的操作信息的情况下(步骤S3：“否”)，处理部11返回到步骤S2，等待该表示成为接通的意思的操作信息的取得。另一方面，在步骤S3，在取得了表示发动机起动停止开关成为接通的意思的操作信息的情况下(步骤S3：“是”)，接着，多汽缸声生成部110执行空转再现处理(步骤S4)。在步骤S4的空转再现处理中，多汽缸声生成部110对应于表示上述发动机起动/停止开关成为接通的意思的操作信息地对上述启动器声数据进行再现，输出对应的声压信号，之后，对上述空转声数据进行环路再现，输出对应的声压信号，由此，对空转状态进行再现。这里，根据在步骤S1从数据库DB读入的启动器声以及空转声各自的音量系数数据，来控制上述启动器声数据的声压信号以及上述空转声数据的声压信号各自再现时的声压。除此之外，通过图4的(a)中例示的油门开度-声压放大率特性控制数据以及图4的(b)中例示的转速-声压放大率特性控制数据，根据作为车辆数据C而输入的表示该油门开度以及转速的各数据，来分别控制空转声数据的声压信号的声压放大率。
接着，处理部11在空转再现处理(步骤S4)中，周期性地取得表示发动机的运转状态(例如转速、变速齿轮位置)、作为车辆的驾驶操作(例如油门开度、行驶速度以及发动机起动/停止开关的状态)的信息，以作为车辆数据C(步骤S5)。作为步骤S5的各信息的取得周期，通过作为处理部11的规格等来预先设定，具体地，优选是几十毫秒左右。然后，处理部11根据步骤S5中取得的各信息，判定发动机起动/停止开关是否成为了断开(即发动机停止了)(步骤S6)。在步骤S6的判定中，在判定为发动机起动/停止开关断开了情况下(步骤S6：“是”)，处理部11结束第一实施方式的声压信号输出处理。另一方面，在步骤S6的判定中，在未判定为发动机起动/停止开关断开了的情况下(步骤S6：“否”)，处理部11接下来计算与合成的发动机声相当的发动机的动作循环的周期T(单位：秒)(步骤S7)。此外，在以下的说明中，将该动作循环的周期简称为“发动机循环周期”。这里，在最一般的4冲程发动机中，曲柄轴进行720度旋转的时间成为发动机循环周期T，其因转速的不同而发生变化。然后，若将该转速(单位：rpm(round per minute，转/每分))设为N，则通过以下的式(1)来计算发动机循环周期T。
T＝120/N...(1)
此外，需要注意，对于上述式(1)，在2冲程发动机、转子发动机中是不同的。
接下来，多汽缸声生成部110与转速相符合地，分别对一汽缸量的低旋转单声数据的声压信号与高旋转单声数据的声压信号进行环路再现(步骤S8)。在该步骤S8中，多汽缸声生成部110如图5的(a)所例示的那样，利用步骤S7中计算出的发动机循环周期T，对低旋转单声数据的声压信号与高旋转单声数据的声压信号进行环路再现。此时，多汽缸声生成部110使各单声数据的声压信号的再现声压在按每个发动机循环周期T而预先设定的范围内随机地变化。此外，在图5的(b)中针对低旋转单声数据的声压信号、在图5的(c)中针对高旋转单声数据的声压信号而分别示出了再现时的油门开度与声压放大率的关系的例子。此外，在图5的(d)中针对低旋转单声数据的声压信号、在图5的(e)中针对高旋转单声数据的声压信号而分别示出了再现时的转速与声压放大率的关系的例子。此时，如图5的(d)及图5的(e)所例示的那样，低旋转单声数据的声压信号以及高旋转单声数据的声压信号被再现，以便在与转速的关系中交叉淡化(cross-faded)。
接着，多汽缸声生成部110将步骤S8中再现的低旋转单声数据的声压信号以及高旋转单声数据的声压信号以其余三汽缸量进行复制，进而在施加了与由上述爆炸间隔数据表示的汽缸间的爆炸间隔(燃烧间隔)相符的延迟之后，进行再现(步骤S9)。更具体地，多汽缸声生成部110如图6中例示的那样，以发动机循环周期T为基准，按每个汽缸以爆炸间隔TF施加延迟来进行复制，同时对低旋转单声数据的声压信号以及高旋转单声数据的声压信号进行再现。此外，图6中，以“#”表示各汽缸的爆炸的顺序。此外，对于上述爆炸间隔TF，可以按每个汽缸而言相同，也可以不同。此外，针对各汽缸的低旋转单声数据以及高旋转单声数据各自的声压信号的声压，可以构成为，在与按每个汽缸而不同的声压系数(换言之，振幅倍率)相乘之后进行再现。
接着，多汽缸声生成部110使用例如上述预先设定的正弦波形、以及阶数声控制数据2A，将例如从0.5阶至例如8阶的阶数声数据的声压信号以0.5阶的刻度，进行16音量的生成(步骤S10)。此时，多汽缸声生成部110将各阶的阶数声数据的声压信号设为具有各自单一的频率成分且与车种或发动机型号对应的上述正弦波形，随机地变更各自的相位来生成。这里，各阶数声的声压信号的频率根据转速的不同而变化，对于其变化，若将“Fn”设为n阶的阶数声的声压信号的频率(单位：赫兹)，将“Od”设为从0.5至8而变化的阶数(无单位)，并将“N”设为上述转速，则利用以下的式(2)来计算。
Fn＝Od×N/60...(2)
另一方面，多汽缸声生成部110根据例如表示图7的(a)中例示的阶数与声压系数的关系的上述阶数声控制数据2A，来控制各阶的阶数声的声压信号的声压，同时对各阶的阶数声数据的声压信号进行再现。此时，一般控制成：阶数越高、其声压信号的声压越小。然后，多汽缸声生成部110将各自生成的阶数声的声压信号如图7的(b)中例示的那样进行混合，生成一个发动机循环周期T的量的阶数声数据的声压信号。之后，多汽缸声生成部110通过图8的(a)中例示的油门开度-声压放大率特性控制数据以及图8的(b)中例示的转速-声压放大率特性控制数据，根据作为车辆数据C而输入的表示该油门开度以及转速的各数据，来控制声压信号的声压，同时对混合的阶数声数据的声压信号进行再现。此时，多汽缸声生成部110也可以被构成为，分别独立地使用上述加速时阶数声压系数数据以及上述减速时阶数声压系数数据，对应于例如油门开度来控制阶数声数据的声压信号的声压。
接着，多汽缸声生成部110以其余三汽缸量将步骤S10中再现的阶数声数据的声压信号进行复制，进而在施加了与由上述爆炸间隔数据表示的汽缸间的爆炸间隔相符的延迟之后，进行再现(步骤S11)。更具体地，多汽缸声生成部110如图9中例示的那样，以发动机循环周期T为基准，按每个汽缸以爆炸间隔TF施加延迟来进行复制，同时对阶数声数据的声压信号进行再现。此外，图9中，与图6所示的情况相同地，以“#”表示各汽缸的爆炸的顺序。此外，对于上述爆炸间隔TF，与图6所示的情况相同地，可以按每个汽缸而言相同，也可以不同。此外，针对各汽缸的阶数声数据的声压信号的声压，可以构成为，在与按每个汽缸而不同的声压系数相乘之后进行再现。
接着，多汽缸声生成部110执行随机声再现处理(步骤S12)。在步骤S12的随机声再现处理中，多汽缸声生成部110持续由第一实施方式的声压信号输出处理而合成的发动机声所相当的、与发动机或车种对应的随机声数据1B的声压信号，来进行环路再现。这里，上述随机声数据的声压信号再现时的音调(pitch)(频率)、环路周期不会因油门开度以及转速的某一者的不同而变化，然而，对于其声压放大率，通过图10的(a)中例示的油门开度-声压放大率特性控制数据以及图10的(b)中例示的转速-声压放大率特性控制数据，根据作为车辆数据C而输入的表示该油门开度以及转速的各数据，来分别进行控制。
之后，处理部11的合成部111将步骤S9中再现的各汽缸的低旋转单声数据的声压信号以及高旋转单声数据的声压信号(参照图6)、步骤S11中再现的各汽缸的阶数声数据的声压信号、以及步骤S12中再现的随机声数据的声压信号，以发动机循环周期T为基准进行混合(步骤S13)。此时，合成部111如图11中例示的那样，对应于各声音的声压信号将由步骤S1中读入的音量系数数据表示的音量系数乘以各个声数据来调整其音量，同时进行混合。
之后，合成部111在作为通过第一实施方式的声压信号输出处理而合成的发动机声的声压信号的用途所对应的效果音，添加了上述齿轮声、上述换挡声、上述转速限制器声或上述余火声的情况下，将与这些声音对应的声数据从声波形数据1提取，并将它们进一步混合到步骤S13中混合而得的声压信号中(步骤S14)。此时，合成部111使用对应的音量系数数据来调整各声数据的声压信号的声压，同时进行混合。
之后，处理部11将在直到步骤S14为止的处理中生成/混合而得的声压信号通过未图示的D/A(数字/模拟)变换部而模拟化成作为第一实施方式的声压信号输出处理的结果的发动机声的声压信号，并从例如扬声器15进行发声(步骤S15)。之后，处理部11根据需要，将该发动机声的声压信号(或者与该声压信号相当的声数据)与表示该发动机声的声压信号所对应的各要素(上述车种或发动机型号等)的数据关联起来，记录于例如记录有数据库DB的上述非易失性记录介质。然后，处理部11返回到上述步骤S5，重复上述的一连串处理。
如以上说明的，根据第一实施方式的声压信号输出处理，使用单声数据的声压信号、阶数声数据的声压信号以及随机声数据的声压信号来合成发动机声的声压信号并输出，因此，能够灵活地应对发动机的规格(例如汽缸数、爆炸间隔、是否是转子发动机等的规格)的变更，同时低负荷且实时地合成接近实物发动机的发动机声的声压信号并输出。
此外，分别取得针对发动机的各汽缸的单声数据1A以及阶数声数据(阶数声控制数据2A)，对应于各汽缸的爆炸间隔地使单声数据的声压信号以及阶数声数据的声压信号延迟，同时合成单声数据的声压信号、阶数声数据的声压信号以及随机声数据的声压信号，因此，能够合成与实物发动机接近的发动机声的声压信号并输出。
此外，在使单声数据的声压信号或阶数声数据的声压信号的至少任一者的声压系数(振幅倍率)按每个汽缸而不同的情况下，能够合成更加具有现场感的发动机声的声压信号并输出。
此外，进一步地，在i)通过低旋转单声数据的声压信号与高旋转单声数据的声压信号来构成一个单声数据的声压信号的情况，ii)通过根据发动机的转速使低旋转单声数据的声压信号与高转速单声数据的声压信号发生交叉淡化，来合成单声数据的声压信号的情况(参照图5的(d)以及图5的(e))，或者iii)利用加速时阶数声数据的声压信号与减速时阶数声数据的声压信号来形成一个阶数声数据的声压信号的情况的任意一种情况下，能够合成更加具有现场感的发动机声的声压信号并输出。
此外，由于根据油门开度和转速来分别控制并合成单声数据的声压信号的声压、阶数声数据的声压信号的声压以及随机声数据的声压信号的声压，因此能够合成更加具有现场感的发动机声的声压信号并输出。
此外，在进一步使用空转声数据、启动器声数据、齿轮声数据、换挡声数据、转速限制器声数据或余火声数据的至少任一种来合成发动机声的声压信号的情况下，能够增加各种效果音来合成更加具有现场感的发动机声的声压信号并输出。
(II)第二实施方式
接着，使用图12至图15，说明本发明的另一实施方式即第二实施方式。此外，图12是表示第二实施方式的声压信号输出处理的流程图，图13是例示该声压信号输出处理中的单汽缸声生成处理的波形的图，图14是例示该声压信号输出处理中的基于延迟的多汽缸声生成处理的波形的图，图15是例示该声压信号输出处理中的多汽缸声的声压信号与随机声的声压信号的合成处理的波形的图。
此外，以下说明的第二实施方式的声压信号输出装置的硬件上的结构基本上与第一实施方式的声压信号输出装置S相同。因此，在以下的说明中，在第二实施方式的声压信号输出装置中，针对与第一实施方式的声压信号输出装置S的结构构件相同的结构构件，使用相同的构件编号并省略详细说明。此外，针对以下说明的第二实施方式的声压信号输出处理中的、与第一实施方式的声压信号输出处理相同的处理，使用与图3所示的步骤编号相同的步骤编号并省略详细说明。
在上述的第一实施方式的声压信号输出处理中，设为如下结构：针对单声数据的声压信号以及阶数声数据的声压信号分别独立地生成多汽缸量的各声数据的声压信号(参照图3步骤S9和步骤S11)，并将它们与随机声数据的声压信号最终进行混合(参照图3步骤S13)。与此相对地，在以下说明的第二实施方式的声压信号输出处理中，针对一个汽缸将单声数据的声压信号与阶数声数据的声压信号进行混合来生成一汽缸量的混合声数据的声压信号，基于此来生成多汽缸量的混合声数据的声压信号，最后对随机声数据的声压信号进行混合。
即，如图12所示那样，在第二实施方式的声压信号输出处理中，首先，通过多汽缸声生成部110执行第一实施方式的声压信号输出处理中的步骤S1至步骤S8、以及步骤S10。此时，不执行第一实施方式的声压信号输出处理中的步骤S9。
接着，多汽缸声生成部110将针对一个汽缸在步骤S8中再现的低旋转单声数据的声压信号以及高旋转单声数据的声压信号、以及针对该汽缸在步骤S10中生成的阶数声数据的声压信号，以发动机循环周期T为基准进行混合(步骤S20)。此时，合成部111如图13中例示的那样，一边对应于各声音的声压信号将由步骤S1中读入的音量系数数据表示的音量系数乘以各声音的声压信号来调整其音量，一边进行混合，生成混合声数据的声压信号。
接着，多汽缸声生成部110以其余三汽缸量将步骤S20中再现的混合声数据的声压信号进行复制，进而在施加了与由上述爆炸间隔数据表示的汽缸间的爆炸间隔相符的延迟之后，进行再现(步骤S21)。更具体地，多汽缸声生成部110如图14中例示的那样，以发动机循环周期T为基准，按每个汽缸以爆炸间隔TF施加延迟来进行复制，同时对混合声数据的声压信号进行再现。此外，图14中，以“#”表示各汽缸的爆炸的顺序。此外，对于上述爆炸间隔TF，可以按每个汽缸而言相同，也可以不同。此外，针对各汽缸的混合声数据的声压，可以构成为，在与按每个汽缸而不同的声压系数相乘之后进行再现。
接着，多汽缸声生成部110执行第一实施方式的声压信号输出处理中的步骤S12，之后，合成部111将步骤S20中生成的全汽缸量的混合声数据的声压信号(参照图13)、以及步骤S12中再现的随机声数据的声压信号，以发动机循环周期T为基准进行混合(步骤S22)。此时，合成部111如图15中例示的那样，对应于各声音将由步骤S1中读入的音量系数数据表示的音量系数乘以各声数据的声压信号来调整其音量，同时进行混合。
之后，合成部111执行第一实施方式的声压信号输出处理中的步骤S14及步骤S15，并转移到步骤S5。
根据以上说明的第二实施方式的声压信号输出处理，也能够实现与第一实施方式的声压信号输出处理的效果相同的效果。
(III)第三实施方式
接着，说明本发明的另一个实施方式即第三实施方式。
在上述的第一实施方式及第二实施方式中，针对阶数声数据的声压信号，通过将按每个汽缸量再现的该声压信号进行混合，来合成作为发动机声整体的阶数声数据的声压信号并输出。然而，除此之外，当对多汽缸的发动机声的声压信号进行合成并输出时，可以构成为，将与此对应的阶数声的声压信号汇总多汽缸量来一次性合成。该情况下，能够构成为，作为具有使用上述正弦波形以及其泛音的泛音构造的声音成分，汇总各汽缸量的阶数声数据的声压信号来合成。
根据以上说明的第三实施方式的声压信号输出处理，能够实现与第一实施方式以及第二实施方式的声压信号输出处理的效果相同的效果。
工业可用性
如以上所分别说明的，本发明能够利用于声压信号输出装置的领域，特别地，如果应用于与内燃式发动机声相当的声压信号输出装置的领域，则能够获得特别显著的效果。
-符号说明-
1 声波形数据
1A 单声数据
1B 随机声数据
2 声音控制数据
2A 阶数声控制数据
10 处理装置
11 处理部
12 接口
13 操作部
14 显示部
15 扬声器
16 总线
110 多汽缸声生成部
111 合成部
C 车辆数据
S 声压信号输出装置
DB 数据库。
Claims (8)
1.一种声压信号输出装置，其特征在于，
具备：
第一取得单元，其分别取得与在为内燃式且多汽缸的发动机的各汽缸各自中的一次燃烧循环的期间内从该各汽缸分别产生的声音相当的声数据即单声数据；
第二取得单元，其取得与所述发动机的转速所对应的频率的阶数声相当的声数据即阶数声数据，该阶数声数据与各所述汽缸的每一个对应；
第三取得单元，其取得与通过所述发动机中的燃烧并对应于构成该发动机的构造体的材质或形状的至少任一者而产生的随机声相当的声数据即随机声数据；和
合成单元，其对应于各所述汽缸中的燃烧间隔使各所述单声数据的声压信号以及所述阶数声数据的声压信号延迟，同时对各所述单声数据的声压信号、各所述阶数声数据的声压信号以及所述随机声数据的声压信号进行合成，来输出所述发动机的声音的声压信号。
2.根据权利要求1所述的声压信号输出装置，其特征在于，
所述单声数据的声压信号或所述阶数声数据的声压信号中的至少任一者的振幅倍率按每个所述汽缸而不同。
3.根据权利要求1或2所述的声压信号输出装置，其特征在于，
一个所述单声数据通过在与该单声数据对应的所述汽缸的多个不同的转速下的所述燃烧循环期间内产生的声音所分别对应的多个按转速分类的单声数据来构成。
4.根据权利要求3所述的声压信号输出装置，其特征在于，
所述合成单元根据所述转速使多个所述单声数据的声压信号交叉淡化，同时对所述阶数声数据的声压信号以及所述随机声数据的声压信号进行合成。
5.根据权利要求1或2所述的声压信号输出装置，其特征在于，
关于所述阶数声数据，利用加速时的阶数声数据与减速时的阶数声数据来形成一个该阶数声数据。
6.根据权利要求1或2所述的声压信号输出装置，其特征在于，
所述合成单元根据行驶中的油门开度及转速，来控制并合成各所述单声数据的声压信号、各所述阶数声数据的声压信号以及所述随机声数据的声压信号的每一个。
7.根据权利要求1或2所述的声压信号输出装置，其特征在于，
所述合成单元进一步合成与所述发动机所对应的空转声相当的空转声数据的声压信号、与该发动机所对应的启动器声相当的启动器声数据的声压信号、与该发动机所对应的齿轮声相当的齿轮声数据的声压信号、与该发动机所对应的换挡声相当的换挡声数据的声压信号、与该发动机所对应的转速限制器声相当的转速限制器声数据的声压信号或者与该发动机所对应的余火声相当的余火声数据的声压信号中的至少任一者，输出所述发动机声的声压信号。
8.一种声压信号输出方法，通过计算机来合成并输出为内燃式且多汽缸的发动机的声音的声压信号，
所述声压信号输出方法的特征在于，包含：
取得与在所述发动机的各汽缸各自中的一次燃烧循环的期间内从该各汽缸分别产生的声音相当的声数据即单声数据的步骤；
取得与所述发动机的转速所对应的频率的阶数声相当的声数据即阶数声数据的步骤，其中该阶数声数据与各所述汽缸的每一个对应；
取得与通过所述发动机中的燃烧并对应于构成该发动机的构造体的材质或形状的至少任一者而产生的随机声相当的声数据即随机声数据的步骤；和
对应于各所述汽缸中的燃烧间隔使各所述单声数据的声压信号以及所述阶数声数据的声压信号延迟，同时对各所述单声数据的声压信号、各所述阶数声数据的声压信号以及所述随机声数据的声压信号进行合成，来输出所述发动机的声音的声压信号的步骤。
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