JP2004138788A

JP2004138788A - Simulation system of car interior sound, and degree component removing filter

Info

Publication number: JP2004138788A
Application number: JP2002302999A
Authority: JP
Inventors: Masao Komatsu; 小松　正男
Original assignee: Ono Sokki Co Ltd
Current assignee: Ono Sokki Co Ltd
Priority date: 2002-10-17
Filing date: 2002-10-17
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2022-10-17
Also published as: JP4002498B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To resolve random components and degree components with sufficient resolution in small circuit scale and by small operand with respect to a simulation system of car interior sound which simulates car interior sound and a degree component removing filter which is suitable for the simulation system of car interior sound. <P>SOLUTION: The simulation system of car interior sound is provided with the degree component removing filter 300 which has a variable delay section 31 for delaying a sound signal by delay amount corresponding to a control signal, a signal subtract section 32 which subtracts sound signal after being delayed by the variable delay section 31 from sound signal before being delayed by the variable delay section and a delay control section 33 producing a control signal for controlling the delay amount of the variable delay section 31 based on rotation speed of a rotator so that random component from which the degree component due to rotation of the rotator is removed can be obtained and conveying the control signal to the variable delay section 31. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車室内の音をシミュレートする車室内音シミュレート装置およびその車室内音シミュレート装置に好適な次数成分除去フィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の車室内音の低減化が問題となっており、その車室内音を能動的に低減化することが試みられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
自動車の車室内音が低減化されたかどうかを評価するためには、自動車の車室内の音を走行状態に応じて再現又はシミュレートする必要がある。このような要請から、自動車の車室内音の評価方法の一つとして、室内の音を車の走行状態に応じて再現又はシミュレートする方法が、重要な手法となってきている。
【０００４】
この時の音の再現方法の一つとして、音の成分を、エンジンの回転等の回転速度に比例した次数成分とそれ以外のランダム音とに分離し、車のおかれた、それぞれの状況に応じ、各々の成分音を合成して、実際の走行状況に近い音を再現する方法がある。次数成分の音が支配的であるが、ランダム音も音をリアルに再現するために必要な成分である。この方法に於いては、次数成分とランダム成分とを分離し、音を個々に分析加工した後、合成、再現する方法が一つの重要な手法となっている。
【０００５】
分離の方法として、従来は、音にＦＦＴ等の演算を施し、周波数軸上で次数成分を除去加工し、逆ＦＦＴ演算により、残った次数成分以外の音をランダム成分の音として取り出す手法が主たる方法である。
【０００６】
しかし、信号のデータを固定周波数でサンプルした時、基本次数が低い周波数から高い周波数へと（１０倍程度）変わる場合は、ＦＦＴの周波数分解能を低い周波数に合わせる必要がある。この時、分解能を低い周波数に合わせると、分析の信号の長さを長く取る必要が出てくる。又高い周波数に合わせると低い方の周波数の除去が分解能の不足によって、正しく出来ないという問題がある。
【０００７】
一方、上記問題を回避する方法として、信号を所定の回転角度毎にサンプルし、ＦＦＴで演算した場合は、ＦＦＴの分解能は必要最低限を選択できる。しかし、このように回転角度を基準としてサンプルすると、扱う周波数の上限が回転速度によって限定される。たとえば自動車のエンジン回転は、低回転１０００ｒｐｍから高回転７０００ｒｐｍと適応回転範囲が広い。ＦＦＴ演算の分解能とサンプル上限周波数が災いして、高い回転では、２０ｋＨｚ程度の音までサンプル対応できるが、低い回転の場合は上限周波数範囲が下がって、音の高い成分がカットオフされてしまうという問題がある。
【０００８】
上記問題を回避する方法、つまり次数成分を回転の変化に追従して除去する方法としては、各次数成分に対応してノッチフィルタを用意し、次数成分毎に成分除去を行うか、フィルタを必要数準備し、同時に複数の次数成分を除去する方法がある。しかし同時に行うとコスト的に、もしくは、演算回路の規模から考えても不利であり、更に効率の良い方法が求められている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平５−３３３８８３号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑み、小さい回路規模かつ少ない演算数で、ランダム成分と次数成分を十分な分解能で分解する機能を備えた車室内音シミュレート装置、およびその車室内音シミュレート装置に好適な次数成分除去フィルタを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の車室内音シミュレート装置は、自動車室内の音のピックアップして音信号を得るとともに、その音をピックアップした時点における、その音の発生に寄与する回転体の回転速度を含むその自動車の走行状態をピックアップし、その音をピックアップして得た音信号をランダム成分と上記回転体の回転速度に応じた次数成分とに分離し、音の再生にあたり、上記次数成分に基づいて上記回転体の所望の回転速度に応じた次数成分を生成し、その生成された次数成分と、上記ランダム成分に基づいて得られるランダム成分とを合成して出力する車室内音シミュレート装置において、
上記音信号を制御信号に応じた遅延量だけ遅延する可変遅延部と、その可変遅延部により遅延される前の音信号からその可変遅延部で遅延された後の音信号を減算する信号減算部と、上記回転体の回転速度に基づいて、可変遅延部の遅延量を、信号減算部で上記回転体の回転に起因する次数成分が除去されたランダム成分が得られる遅延量に制御する制御信号を生成して可変遅延部に伝達する遅延制御部とを有する次数成分除去フィルタを備えたことを特徴とする。
【００１２】
ここで、「上記次数成分（回転体の回転速度に応じた次数成分）に基づいて、上記回転体の所望の回転速度に応じた次数成分を生成し」は、音をピックアップして音信号を得た時点における回転体の回転速度に応じた次数成分をそのままその回転体の所望の回転速度に応じた次数成分に変換してもよく、あるいは所望の回転速度に応じた次数成分への変換前あるいは変換後において次数成分に加工を加えてもよいことを意味している。
【００１３】
また、「上記ランダム成分（自動車室内の音をピックアップして得た音信号中のランダム成分）に基づいて得られるランダム成分」は、その音信号から抽出したままのランダム成分であってもよく、その抽出したランダム成分に加工を加えた後のランダム成分であってもよいことを意味している。
【００１４】
本発明の車室内音シミュレート装置は、上記回転体の、ある回転速度での車室内の音をピックアップした音信号に基づいて、その音をピックアップしたときの回転体の回転速度と同一あるいは異なる所望の回転速度での音を作り出すことができ、例えば複数の回転速度それぞれでピックアップして得た音信号に基づいてそれら複数の回転速度の間をつなぐことにより、例えばエンジンの回転数が徐々に上昇しているときの音を作り出すことができる。また、次数成分あるいはランダム成分を任意に加工して加工後の音をシミュレートすることもできる。
【００１５】
ここで、上記本発明の車室内音シミュレート装置は、上記の次数成分除去フィルタを備えたものであるため、従来と比べ小さい回路規模あるいは速い演算速度で、音信号を高精度にランダム成分と次数成分に分離することができる。
【００１６】
また、上記目的を達成する本発明の次数成分除去フィルタは、所定の回転体の回転速度に応じた次数成分とその回転体の回転速度とは独立のランダム成分とを含む信号を入力して、次数成分を除去することによりランダム成分を抽出する次数成分除去フィルタにおいて、
上記信号を、制御信号に応じた遅延量だけ遅延する可変遅延部と、その可変遅延部により遅延される前の信号からその可変遅延部で遅延された後の信号を減算する信号減算部と、上記回転体の回転速度に基づいて、可変遅延部の遅延量を、信号減算部で上記回転体の回転に起因する次数成分が除去された信号が得られる遅延量に制御する制御信号を生成して可変遅延部に伝達する遅延制御部とを備えたことを特徴とする。
【００１７】
本発明の次数成分除去フィルタは、いわゆる櫛形のフィルタの一種である。櫛形フィルタは整数倍の高次成分を同時に除去することがが可能である。しかし従来の使用法による櫛形フィルタはサンプル周期の整数倍であったため、除去可能な周波数成分は、定まった基本波と整数倍の周波数の除去になってしまっている。本発明は、回転速度から求めた遅延量だけ信号を遅延し、遅延前の信号から遅延後の信号を減算することでフィルタを実現し、少ない演算で基本波及びその整数倍の高次成分を一括して除去し、ランダム成分を取り出すことができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１９】
図１は、本発明の車室内音シミュレート装置の一実施形態を示すブロック図である。
【００２０】
自動車の室内の音がセンサ１０でピックアップされてアナログの音信号Ｓが生成され、Ａ／Ｄ変換器２０でディジタルの音信号に変換される。
【００２１】
また、センサ１１，１２により、この自動車のエンジンやそのエンジンからの動力を伝達する部材等の回転体の回転速度Ｒと、この自動車の走行速度Ｔがそれぞれピックアップされる。
【００２２】
Ａ／Ｄ変換器２０から出力されたディジタルの音信号は、信号分離部３０により、センサ１１により回転速度がピックアップされた回転体の、その回転速度に応じた次数成分と、その回転体の回転速度とは無関係のランダム成分とに分離される。信号分離部３０で分離された音信号の次数成分やランダム成分は、センサ１０でその音信号をピックアップした時の、センサ１１，１２でピックアップされた回転速度Ｒおよび走行速度Ｔに対応づけられて信号記憶部４０に記憶される。
【００２３】
音信号を収録する段階においては、上記の音収録が回転体の複数の回転速度と自動車の複数の走行速度との各組合せごとに行なわれる。
【００２４】
信号記憶部４０に記憶された音信号（次数成分とランダム成分）は、所望のシミュレートを行なうために必要に応じて加工される。
【００２５】
音の再生に当たっては、例えば時間的に変化する走行速度信号Ｔ’と回転速度信号Ｒ’が入力され、信号記憶部４０からは、そこに記憶されている複数の音信号（次数成分とランダム成分）の中から現在入力されている走行速度信号Ｔ’と回転速度信号Ｒ’との組合せに近い１つもしくは複数の音信号（次数成分とランダム成分）が読み出され、信号変換部５０に入力される。信号変換部５０では、信号記憶部４０から読み出された音信号中の次数成分が、現在入力されている回転速度信号Ｒ’に応じた回転速度の次数成分に変換されてランダム成分と合成される。信号記憶部４０から複数の音信号が読み出されるときは、上記の合成前あるいは合成後において線形補間演算等によりそれら複数の音信号の中間的な音信号（次数成分は現在の回転速度信号Ｓ’に応じた次数成分に変換された後の音信号）が生成される。
【００２６】
信号変換部５０で得られた走行速度信号Ｔ’および回転速度信号Ｒ’に応じた音信号は、Ｄ／Ａ変換器６０でアナログの音信号に変換されて、スピーカ７０から音として空間に放出される。
【００２７】
図２は、図１の信号分離部３０を構成する次数成分除去フィルタを示すブロック図である。
【００２８】
この次数成分除去フィルタ３００は、可変遅延部３１と、信号減算部３２と、遅延制御部３３とを備えている。
【００２９】
可変遅延部３１は、Ａ／Ｄ変換器２０（図１参照）から出力されたディジタルの音信号を入力し、その音信号を、遅延制御部３３で生成された制御信号Ｃに応じた遅延量だけ遅延して出力するものである。
【００３０】
また、信号減算部３２は、可変遅延部３１で遅延される前の音信号からその可変遅延部３１で遅延された後の音信号を減算するものである。
【００３１】
また、遅延制御部３３には、センサ１１でピックアップされた回転速度Ｒが入力され、遅延制御部３３では、その回転速度Ｒに基づいて、可変遅延部３１の遅延量を、信号減算部３２で、その回転速度Ｒで回転する回転体の回転に起因する次数成分が除去されたランダム成分が得られる遅延量に制御するための制御信号Ｃが生成されて可変遅延部３１に入力される。
【００３２】
こうすることにより、この図２に示す次数成分除去フィルタ３００に入力される入力信号が（Ａ）のような周波数特性を有するものである場合、この次数成分除去フィルタ３００では、（Ｂ）の出力信号の周波数特性に見られるように、直流成分、および回転体の回転速度Ｒに起因する基本周波数およびその整数倍の高周波が一括に除去される。
【００３３】
尚、次数成分は、図１の信号分離部３０において、Ａ／Ｄ変換器２０から出力された音信号から、図２の次数成分除去フィルタ３００の信号減算部３２から出力されたランダム成分を減算することにより、抽出される。
【００３４】
次に、図２に示す次数成分除去フィルタの特性を理論的に説明する。
【００３５】
図３は、図２の次数成分除去フィルタの理論上の周波数特性を示す図である。
【００３６】
ここでは、入力をｘ（ｔ）、出力をｙ（ｔ）とし、遅延をＺ^−ｎで表す。このフィルタの特性はＺ変換を用いると
Ｙ（ｚ）＝（１−Ｚ^−ｎ）Ｘ（ｚ）
Ｈ（ｚ）は、
Ｈ（ｚ）＝１−Ｚ^−ｎ
となり、
Ｚ^−１＝ｅｘｐ（−ｊｗｎＴ）
とすると、Ｔがサンプル周期の時、ｗは２π／ｎＴの周期関数となる。
【００３７】
ｗがπ／Ｔの時、
ｈ（ｗ）＝１−ｃｏｓ（ｎｗＴ）十ｊ・ｓｉｎ（ｎｗＴ）
ゲイン特性Ｇ（ｗ）は
Ｇ（ｗ）＝ｓｑｒｔ（（１−ｃｏｓ（ｎｗＴ））^２十ｓｉｎ^２（ｎｗＴ））
＝ｓｑｒｔ（１＋ｃｏｓ^２（ｎｗＴ）−２ｃｏｓ（ｎｗＴ）
＋ｓｉｎ^２（ｎｗＴ））
＝ｓｑｒｔ（２−２ｃｏｓ（ｎｗＴ））
＝ｓｑｒｔ（２・（１−ｃｏｓ（ｎｗＴ）））
となり、ｎに逆比例して、任意の基本周波数とその高調波を除去できる。
【００３８】
Ｇ（ｗ）はｎｗＴが２πのときサンプル周波数の特性になり、π以上は周波数が折り返しになる。サンプル周波数／２に対しＤＣ＋ｎ／２本の次数成分を除去できる。
【００３９】
従って基本周波数をｆ０としたとき、ｎは、
ｎ＝（サンプル周波数）／ｆ０
サンプル周波数＝１／Ｔ
で求められる。
【００４０】
以上の理論的な考察をグラフに表わすと、図３のようになる。
【００４１】
図４は、図２に示す次数成分除去フィルタの実際の入出力信号波形の一例を示す図である。
【００４２】
図４（Ａ）は入力信号波形を示したものであり、ランダム成分と、回転体の回転速度に応じた次数成分が含まれている。
【００４３】
図４（Ｂ）は、図２の次数成分除去フィルタの出力信号を示したものであり、次数成分が除去された信号が得られている。
【００４４】
次に、従来技術との比較結果について説明する。ここでは、次数成分除去の方式として本発明方式の他に下記の（１）〜（３）の３通りを考え、比較した。
【００４５】
（１）サンプル周波数固定のＦＦＴ方式の場合
（２）サンプル周波数可変のＦＦＴ方式の場合
（３）ノッチフィルタの組み合せた場合
（４）本発明方式を用いた場合
表１は、その比較結果を示す。
【００４６】
【表１】

【００４７】
ここでは、自動車の車室内音に適用した時の場合を考え、演算負荷、メモリ容量、及び応答性について比較を行う。車室内騒音にもっとも大きく影響するエンジン回転速度範囲は一般的に６００ｒｐｍから６０００ｒｐｍである。よって次数成分の除去は、基本周波数範囲が１０Ｈｚ〜１００Ｈｚ間で基本波とその高調波を除く事である。この条件で比較を行なう。
【００４８】
（１）信号を固定周波数で行いＦＦＴ演算する場合
一般的にＦＦＴで周波数分析を行う場合は、ハニングウインドウが使用される。この場合、除去したい周波数がＦＦＴ周波数分析ライン上の場合でも、両サイドのラインにセンターのラインの１／２の大きさのスペクトル信号が表れる。従って次数スペクトル間は最低でも周波数分解能の５倍以上が必要である。つまり除去すべき周波数の基本周波数の周期の５倍以上のデータの長さが分離、除去するために必要になる。
【００４９】
下限の周波数は１０Ｈｚなので、必要なＦＦＴの分解能は１０Ｈｚ／５＝２Ｈｚ（データ長は５００ｍＳ）となる。ＦＦＴ分析結果は５００ｍｓの平均のスペクトルとみなせるので応答は２Ｈｚと考える。
【００５０】
又周波数の上限は、取扱い信号を可聴周波数とし、１０ｋＨｚまでとした時、エリアジング防止を考慮したＦＦＴアナライザ等では一般的にサンプル周波数は１０ｋＨｚ×２．５６＝２５．６ｋＨｚとなる。必要な周波数分解能２Ｈｚとサンプル周波数２５．６ｋＨｚとにより必要なＦＦＴ演算のデータ点数ｎは、
２Ｈｚ×２^ｎ＞２５．６ｋＨｚから
ｎ≧１４　　となり、
ＦＦＴの演算点数は２^１４＝１６３８４ポイント以上が必要である。
【００５１】
ＦＦＴ演算における四則演算数は、１６３８４点の場合、時間軸に戻し、音を発生させるので次数除去の為にＦＦＴを実施し、周波数軸上で次数成分を除去し、その後、周波数軸のデータを時間軸に戻すため、逆ＦＦＴ演算を行う。従って１６３８４／２×（１４＋１４）×２回のバタフライ演算が必要となる。上式の最後の×２は、ハニングウインドウをデータに乗じた時点でデータのはじめと終わりにデータが０になる事に対するハニングウインドウの影響を除去するためである。
【００５２】
ここで、バタフライ演算の四則演算数は、１回のバタフライ演算につき乗算４回、和差４回とすると、１点あたり２８×４乗算、２８×４和差となる。又必要なメモリ数は１６３８４リアル、イマジナリのデータメモリが必要なので３２７６８メモリとなる。
【００５３】
（２）サンプル周波数可変のＦＦＴ方式の場合
回転に合わせサンプルを可変にして（いわゆるトラッキングと言われる方法）でデータサンプルして１０２４点のＦＦＴを実施した場合、演算負荷に関して、ＦＦＴの演算の基本であるバタフライ演算は、
ＦＦＴ　　　　　１０２４／２×１０バタフライ
ＩＮＶＦＦＴ　　１０２４／２×１０バタフライ
ハニング時５０％のオーバーラップが必要なので　×２
１０２４点に対して１０２４／２×（（１０十１０）×２）
１点につき２０バタフライ演算が必要
１バタフライにつき掛算４回、和差４回が必要なので
（８０の乗算と８０の和差）／データ
出力される信号の計算のサイクルは２Ｈｚ〜２０Ｈｚとなる。
【００５４】
必要なメモリ数は、１０２４（リアルパート）＋１０２４（イマジナリパート用）＝２０４８メモリとなる。
【００５５】
但しサンプルを可変にするため、実施にあたり、上記条件の場合では１回転に１０２４／５　サンプルのためのパルスの発生回路と、折り返し防止のために、回転に応じてカットオフ特性が変わるフィルタが必要となる。
【００５６】
（３）ノッチフィルタの組み合せの場合
デジタルのノッチフィルタ１構成につき、メモリ３、掛算３、和２となる。基本周波数が１００Ｈｚの時、１０ｋＨｚまで除去する場合１００の次数除去になり、メモリ３００、掛算３００、和２００となる。基本周波数が低い時は、更に増加する。基本周波数の応答１０Ｈｚ〜１００Ｈｚ、他のノッチフィルタはその除去周波数と考えられる。
【００５７】
（４）ＦＩＲフィルタを利用して補間を実施した場合
本発明方式では、基本周波数の周期で信号の除去を逐次行なっていくので、ＦＦＴ方式に比べ、上記条件で実施した場合は、最低でも５倍良好な応答性が得られる。
【００５８】
又、サンプルに含まれる全ての高調波を除去可能となる。１点につき２０ステップのＦＩＲ処理と引き算、１点につき２０の乗算と２０の和差及び１回の差を行なう。応答性は、基本周波数の周期だけ信号を遅延させた信号間の差の演算なので、回転速度に比例し１０Ｈｚ〜１００Ｈｚとなる。
【００５９】
また、データメモリは遅延分２５．６ｋＨｚサンプルで１０Ｈｚの周期の遅延を実現する点数が必要なので、２５６００÷１０＝２５６０ポイント分のデータメモリが必要となる。
【００６０】
本発明の方式は、データメモリ関しては、他の方式と比べ優位性はないが、表１に有るように演算数が少ないのが大きな特徴である。２つのＦＦＴの方式に比べて応答も性もよい。ノッチフィルタの組み合せも、応答性がよく、メモリが少ないが、本方式と比べると、１データあたりの演算点数が多くなり、ノッチフィルタ毎に係数を管理するため、操作が煩雑になり、補間にＦＩＲのフィルタを利用する方法を用いると、本方式の方が非常に容易に構成しやすい。
【００６１】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば小さい回路規模かつ少ない演算数で、信号をランダム成分と次数成分に十分に分解能で分離することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の車室内音シミュレート装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１の信号分離部を構成する次数成分除去フィルタを示すブロック図である。
【図３】図２の次数成分除去フィルタの理論上の周波数特性を示す図である。
【図４】図２に示す次数成分除去フィルタの実際の入出力信号波形の一例を示す図である。
【符号の説明】
１０，１１，１２　　センサ
２０　　Ａ／Ｄ変換器
３０　　信号分離部
３１　　可変遅延部
３２　　信号減算部
３３　　遅延制御部
４０　　信号記憶部
５０　　信号変換部
６０　　Ｄ／Ａ変換器
７０　　スピーカ
３００　　次数成分除去フィルタ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a vehicle interior sound simulating device for simulating a vehicle interior sound and an order component removing filter suitable for the vehicle interior sound simulating device.
[0002]
[Prior art]
There is a problem in reducing vehicle interior noise, and attempts have been made to actively reduce the vehicle interior noise (for example, see Patent Document 1).
[0003]
In order to evaluate whether or not the vehicle interior sound has been reduced, it is necessary to reproduce or simulate the vehicle interior sound according to the traveling state. From such a demand, a method of reproducing or simulating the sound in the room according to the running state of the vehicle has become an important method as one of the methods of evaluating the sound in the vehicle compartment.
[0004]
As one of the sound reproduction methods at this time, the sound component is separated into an order component proportional to the rotation speed such as the rotation of the engine and other random sounds, and each situation is set in a car. Accordingly, there is a method of synthesizing each component sound and reproducing a sound close to an actual driving situation. Although the sound of the order component is dominant, the random sound is also a component necessary for realistically reproducing the sound. In this method, one of the important methods is to separate the order component and the random component, analyze and process the sound individually, and then synthesize and reproduce the sound.
[0005]
Conventionally, as a method of separation, a method of subjecting a sound to an operation such as FFT, removing an order component on a frequency axis, and extracting a sound other than the remaining order component as a sound of a random component by an inverse FFT operation is mainly used. Is the way.
[0006]
However, when sampling the signal data at a fixed frequency, if the fundamental order changes from a low frequency to a high frequency (about 10 times), it is necessary to adjust the frequency resolution of the FFT to the low frequency. At this time, if the resolution is adjusted to a low frequency, it is necessary to increase the length of the analysis signal. In addition, there is a problem that when the frequency is adjusted to a high frequency, the removal of the lower frequency cannot be correctly performed due to a lack of resolution.
[0007]
On the other hand, as a method for avoiding the above-described problem, when a signal is sampled at every predetermined rotation angle and calculated by FFT, the minimum required resolution of FFT can be selected. However, when sampling is performed based on the rotation angle as described above, the upper limit of the frequency to be handled is limited by the rotation speed. For example, the engine rotation of an automobile has a wide adaptive rotation range from a low rotation of 1000 rpm to a high rotation of 7000 rpm. The resolution of the FFT operation and the sample upper limit frequency are harmful, so that at high rotations, samples up to about 20 kHz can be sampled, but at low rotations, the upper limit frequency range is reduced, and high-frequency components are cut off. There's a problem.
[0008]
As a method of avoiding the above problem, that is, a method of removing the order component following the change in rotation, prepare a notch filter corresponding to each order component and perform component removal for each order component or use a filter. There is a method of preparing several numbers and simultaneously removing a plurality of order components. However, if performed simultaneously, it is disadvantageous in terms of cost or the scale of the arithmetic circuit, and a more efficient method is required.
[0009]
[Patent Document 1]
JP-A-5-333883
[Problems to be solved by the invention]
In view of the above circumstances, the present invention provides a vehicle interior sound simulation device having a function of decomposing a random component and an order component with a sufficient resolution with a small circuit scale and a small number of operations, and a vehicle interior sound simulation device. An object is to provide a suitable order component removal filter.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The vehicle interior sound simulating apparatus of the present invention that achieves the above object obtains a sound signal by picking up the sound in the vehicle interior, and at the time of picking up the sound, the rotational speed of the rotating body that contributes to the generation of the sound. Pick up the running state of the car including, and separate the sound signal obtained by picking up the sound into a random component and an order component corresponding to the rotation speed of the rotating body, and upon reproducing the sound, A vehicle interior sound simulation device that generates an order component corresponding to a desired rotation speed of the rotating body based on the generated component, and combines and outputs the generated order component and a random component obtained based on the random component. At
A variable delay unit for delaying the sound signal by a delay amount according to a control signal, and a signal subtraction unit for subtracting the sound signal delayed by the variable delay unit from the sound signal before being delayed by the variable delay unit And a control signal for controlling the delay amount of the variable delay unit to a delay amount by which a random component from which the order component caused by the rotation of the rotator has been removed is obtained by the signal subtraction unit based on the rotation speed of the rotator. And a delay control unit for generating the signal and transmitting it to the variable delay unit.
[0012]
Here, “generating an order component corresponding to a desired rotation speed of the rotating body based on the order component (an order component corresponding to the rotating speed of the rotating body)” is to pick up a sound and generate a sound signal. The order component corresponding to the rotation speed of the rotating body at the time of obtaining may be directly converted to the order component corresponding to the desired rotation speed of the rotating body, or may be converted to the order component corresponding to the desired rotation speed. Alternatively, it means that the order component may be processed after the conversion.
[0013]
Further, the "random component obtained based on the random component (random component in a sound signal obtained by picking up a sound in a vehicle interior)" may be a random component extracted from the sound signal, This means that a random component obtained by processing the extracted random component may be used.
[0014]
The vehicle interior sound simulating device of the present invention is configured such that, based on a sound signal obtained by picking up a sound in the vehicle interior at a certain rotation speed, the rotation speed of the rotation body is the same as or different from the rotation speed of the rotation body when the sound is picked up A sound at a desired rotation speed can be produced.For example, by connecting between the plurality of rotation speeds based on a sound signal obtained by picking up at each of the plurality of rotation speeds, for example, the rotation speed of the engine is gradually increased. It can create a sound when rising. Further, the order component or the random component can be arbitrarily processed to simulate the processed sound.
[0015]
Here, since the vehicle interior sound simulating device of the present invention includes the above-described order component removal filter, the sound signal can be accurately converted to a random component with a small circuit scale or a high calculation speed as compared with the related art. It can be separated into order components.
[0016]
In addition, the order component removal filter of the present invention that achieves the above object receives a signal including an order component corresponding to a rotation speed of a predetermined rotator and a random component independent of the rotation speed of the rotator, In an order component removal filter that extracts a random component by removing an order component,
A variable delay unit that delays the signal by a delay amount according to the control signal, and a signal subtraction unit that subtracts a signal delayed by the variable delay unit from a signal before being delayed by the variable delay unit, On the basis of the rotation speed of the rotator, a control signal for controlling the delay amount of the variable delay unit to a delay amount at which a signal from which an order component caused by the rotation of the rotator is removed is obtained by a signal subtraction unit. And a delay control unit for transmitting the signal to the variable delay unit.
[0017]
The order component removing filter of the present invention is a kind of so-called comb-shaped filter. The comb filter is capable of simultaneously removing higher-order components of an integral multiple. However, since the comb filter according to the conventional usage is an integral multiple of the sample period, the removable frequency component is a frequency that is an integral multiple of the fixed fundamental wave. The present invention delays the signal by the delay amount obtained from the rotation speed, and realizes a filter by subtracting the delayed signal from the signal before the delay, and realizes the fundamental wave and its integral multiple higher-order components with a small number of operations. It is possible to remove them all at once and take out random components.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
[0019]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a vehicle interior sound simulation device according to the present invention.
[0020]
The sound in the interior of the vehicle is picked up by the sensor 10, an analog sound signal S is generated, and converted into a digital sound signal by the A / D converter 20.
[0021]
Further, the

sensors

11 and 12 pick up the rotational speed R of a rotating body such as the engine of the vehicle or a member for transmitting power from the engine, and the running speed T of the vehicle.
[0022]
The digital sound signal output from the A / D converter 20 is converted by the signal separation unit 30 into an order component corresponding to the rotation speed of the rotation body whose rotation speed is picked up by the sensor 11 and the rotation of the rotation body. It is separated into random components independent of speed. The order component and random component of the sound signal separated by the signal separation unit 30 are associated with the rotation speed R and the traveling speed T picked up by the

sensors

11 and 12 when the sound signal is picked up by the sensor 10. It is stored in the signal storage unit 40.
[0023]
In the step of recording the sound signal, the above-described sound recording is performed for each combination of the plurality of rotation speeds of the rotating body and the plurality of traveling speeds of the automobile.
[0024]
The sound signal (order component and random component) stored in the signal storage unit 40 is processed as necessary to perform a desired simulation.
[0025]
In reproducing the sound, for example, a running speed signal T ′ and a rotation speed signal R ′ that change over time are input, and a plurality of sound signals (order component and random component) stored therein are input from the signal storage unit 40. ), One or a plurality of sound signals (order components and random components) close to the combination of the currently input traveling speed signal T ′ and rotational speed signal R ′ are read out and input to the signal conversion unit 50. Is done. In the signal conversion unit 50, the order component in the sound signal read from the signal storage unit 40 is converted into the order component of the rotation speed according to the currently input rotation speed signal R ′, and is synthesized with the random component. You. When a plurality of sound signals are read from the signal storage unit 40, the intermediate sound signals of these sound signals (the order component is the current rotation speed signal S ′) by a linear interpolation operation before or after the above-described synthesis. (A sound signal after being converted into an order component corresponding to).
[0026]
The sound signal corresponding to the traveling speed signal T ′ and the rotation speed signal R ′ obtained by the signal conversion unit 50 is converted into an analog sound signal by the D / A converter 60 and emitted from the speaker 70 into space as sound. Is done.
[0027]
FIG. 2 is a block diagram illustrating an order component removal filter included in the signal separation unit 30 of FIG.
[0028]
The order component removal filter 300 includes a variable delay unit 31, a signal subtraction unit 32, and a delay control unit 33.
[0029]
The variable delay unit 31 receives a digital sound signal output from the A / D converter 20 (see FIG. 1) and converts the sound signal into a delay amount corresponding to the control signal C generated by the delay control unit 33. Output with only a delay.
[0030]
The signal subtracting section 32 subtracts the sound signal delayed by the variable delay section 31 from the sound signal before being delayed by the variable delay section 31.
[0031]
The rotation speed R picked up by the sensor 11 is input to the delay control unit 33, and the delay control unit 33 calculates the delay amount of the variable delay unit 31 based on the rotation speed R by the signal subtraction unit 32. Then, a control signal C for controlling the amount of delay to obtain a random component from which the order component has been removed due to the rotation of the rotating body rotating at the rotation speed R is generated and input to the variable delay unit 31.
[0032]
By doing so, if the input signal input to the order component elimination filter 300 shown in FIG. 2 has a frequency characteristic as shown in FIG. 2A, the order component elimination filter 300 outputs As can be seen from the frequency characteristics of the signal, the DC component, the fundamental frequency due to the rotation speed R of the rotating body, and the integral multiple of the fundamental frequency are removed at once.
[0033]
The order component is obtained by subtracting the random component output from the signal subtraction unit 32 of the order component removal filter 300 in FIG. 2 from the sound signal output from the A / D converter 20 in the signal separation unit 30 in FIG. Is extracted.
[0034]
Next, the characteristic of the order component removal filter shown in FIG. 2 will be described theoretically.
[0035]
FIG. 3 is a diagram showing theoretical frequency characteristics of the order component removal filter of FIG.
[0036]
Here, the input is x (t), the output is y (t), and the delay is represented by ^Zn . The characteristic of this filter is expressed as follows: Y (z) = (1−Z− ⁿ ) X (z)
H (z) is
H (z) = 1-Z- ⁿ
Becomes
Z ⁻¹ = exp (−jwnT)
Then, when T is a sample period, w is a periodic function of 2π / nT.
[0037]
When w is π / T,
h (w) = 1-cos (nwT) 10 j · sin (nwT)
Gain characteristic G (w) is G (w) = sqrt (( 1-cos (nwT)) 2 tens ^sin 2 ^(nwT))
= Sqrt (1 + cos ² (nwT) -2cos (nwT)
+ Sin ² (nwT))
= Sqrt (2-2 cos (nwT))
= Sqrt (2 · (1-cos (nwT)))
And an arbitrary fundamental frequency and its harmonics can be removed in inverse proportion to n.
[0038]
G (w) becomes a characteristic of the sample frequency when nwT is 2π, and the frequency is turned over when π or more. DC + n / 2 order components can be removed with respect to the sample frequency / 2.
[0039]
Therefore, when the fundamental frequency is f0, n is
n = (sample frequency) / f0
Sample frequency = 1 / T
Is required.
[0040]
FIG. 3 shows the above theoretical consideration in a graph.
[0041]
FIG. 4 is a diagram showing an example of actual input / output signal waveforms of the order component removal filter shown in FIG.
[0042]
FIG. 4A shows an input signal waveform, which includes a random component and an order component corresponding to the rotation speed of the rotating body.
[0043]
FIG. 4B shows an output signal of the order component removal filter of FIG. 2, and a signal from which the order component has been removed is obtained.
[0044]
Next, a result of comparison with the related art will be described. Here, in addition to the method of the present invention, the following three methods (1) to (3) were considered and compared as a method of order component removal.
[0045]
(1) In the case of the FFT system with a fixed sample frequency (2) In the case of the FFT system with a variable sample frequency (3) In the case of combining notch filters (4) In the case of using the system of the present invention Table 1 shows the comparison results. .
[0046]
[Table 1]

[0047]
Here, a case in which the present invention is applied to vehicle interior sound is considered, and the calculation load, the memory capacity, and the response are compared. The engine speed range that most greatly affects the cabin noise is generally from 600 rpm to 6000 rpm. Therefore, the removal of the order component is to remove the fundamental wave and its harmonics in the fundamental frequency range of 10 Hz to 100 Hz. A comparison is made under these conditions.
[0048]
(1) When a signal is processed at a fixed frequency to perform FFT calculation Generally, when performing frequency analysis by FFT, a Hanning window is used. In this case, even if the frequency to be removed is on the FFT frequency analysis line, a spectrum signal having a size half that of the center line appears on the lines on both sides. Therefore, at least five times the frequency resolution is required between the order spectra. That is, a data length that is at least five times the period of the fundamental frequency of the frequency to be removed is required for separation and removal.
[0049]
Since the lower limit frequency is 10 Hz, the required FFT resolution is 10 Hz / 5 = 2 Hz (data length is 500 mS). Since the result of the FFT analysis can be regarded as an average spectrum of 500 ms, the response is considered to be 2 Hz.
[0050]
Also, when the upper limit of the frequency is set to an audible frequency up to 10 kHz, the sampling frequency is generally 10 kHz × 2.56 = 25.6 kHz in an FFT analyzer or the like in which aliasing prevention is considered. With the required frequency resolution of 2 Hz and the sample frequency of 25.6 kHz, the required number of data points n of the FFT operation is
From 2 Hz × 2 ⁿ > 25.6 kHz, n ≧ 14, and
The number of calculation points of the FFT needs to be 2 ¹⁴ = 16384 points or more.
[0051]
In the case of 16384 points, the four arithmetic operations in the FFT operation return to the time axis and generate a sound, so that FFT is performed to remove the order, the order component is removed on the frequency axis, and then the data on the frequency axis is To return to the time axis, an inverse FFT operation is performed. Therefore, 16384/2 × (14 + 14) × 2 butterfly operations are required. The last x2 in the above equation is to eliminate the effect of the Hanning window on the fact that the data becomes 0 at the beginning and end of the data when the data is multiplied by the Hanning window.
[0052]
Here, the four arithmetic operations of the butterfly operation are 28 × 4 multiplication and 28 × 4 sum difference per point, assuming four multiplications and four sum differences for one butterfly operation. The required number of memories is 16384 reals, and 32768 memories because an imaginary data memory is required.
[0053]
(2) In the case of the FFT method with variable sample frequency When the sample is made variable according to the rotation (so-called tracking method) and the FFT of 1024 points is performed, the basics of the FFT calculation with respect to the calculation load The butterfly operation is
FFT 1024/2 × 10 butterfly INVFFT 1024/2 × 10 butterfly Hanning requires 50% overlap, so × 2
1024/2 × ((10 × 10) × 2) for 1024 points
20 butterfly computations are required for one point. Since four multiplications and four sums and differences are required for one butterfly (multiplication of 80 and sum and difference of 80) / the calculation cycle of the data output signal is 2 Hz to 20 Hz.
[0054]
The required number of memories is 1024 (real part) +1024 (for imaginary part) = 2048 memories.
[0055]
However, in order to make the sample variable, a pulse generation circuit for 1024/5 samples per rotation under the above conditions and a filter whose cutoff characteristics change according to the rotation are required to prevent aliasing in the case of the above conditions. It becomes.
[0056]
(3) In the case of a combination of notch filters For one configuration of the digital notch filter, the memory 3, the multiplication 3, and the sum 2 are used. When the fundamental frequency is 100 Hz, when the frequency is removed up to 10 kHz, the order of 100 is removed, and the memory 300, the multiplication 300, and the sum 200 are obtained. When the fundamental frequency is low, it further increases. The response of the fundamental frequency is 10 Hz to 100 Hz, and other notch filters are considered as the removal frequencies.
[0057]
(4) When Interpolation is Performed Using FIR Filter In the method of the present invention, signals are sequentially removed in the cycle of the fundamental frequency. A twice better response is obtained.
[0058]
In addition, all harmonics contained in the sample can be removed. 20 steps of FIR processing and subtraction are performed for each point, 20 multiplications, 20 sum differences and 1 difference are performed for each point. Since the response is an operation of a difference between signals obtained by delaying the signals by the period of the fundamental frequency, the response is 10 Hz to 100 Hz in proportion to the rotation speed.
[0059]
Further, since the data memory needs a point for realizing a delay of 10 Hz with a delay of 25.6 kHz samples, a data memory for 25600/10 = 2560 points is required.
[0060]
The method of the present invention is not superior to the other methods with respect to the data memory, but is characterized by a small number of operations as shown in Table 1. Response and responsiveness are better than two FFT methods. The combination of notch filters also has good responsiveness and little memory, but compared to this method, the number of operation points per data increases, and the coefficients are managed for each notch filter, which complicates the operation and requires interpolation. If a method using an FIR filter is used, this method is very easy to configure.
[0061]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a signal can be separated into a random component and an order component with sufficient resolution with a small circuit scale and a small number of operations.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a vehicle interior sound simulation device according to the present invention.
FIG. 2 is a block diagram illustrating an order component removing filter included in the signal separating unit of FIG. 1;
FIG. 3 is a diagram showing theoretical frequency characteristics of the order component removal filter of FIG. 2;
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of actual input / output signal waveforms of the order component removal filter illustrated in FIG. 2;
[Explanation of symbols]
10, 11, 12 Sensor 20 A / D converter 30 Signal separation unit 31 Variable delay unit 32 Signal subtraction unit 33 Delay control unit 40 Signal storage unit 50 Signal conversion unit 60 D / A converter 70 Speaker 300 Order component removal filter

Claims

A sound signal is obtained by picking up the sound in the vehicle interior, and at the time of picking up the sound, the running state of the vehicle including the rotation speed of the rotating body contributing to the generation of the sound is picked up, and the sound is picked up. The obtained sound signal is separated into a random component and an order component corresponding to the rotation speed of the rotator, and upon reproducing a sound, an order component corresponding to a desired rotation speed of the rotator is determined based on the order component. In the vehicle interior sound simulating device that generates and synthesizes and outputs the generated order component and the random component obtained based on the random component,
A variable delay unit for delaying the sound signal by a delay amount according to a control signal, and a signal subtraction unit for subtracting the sound signal delayed by the variable delay unit from the sound signal before being delayed by the variable delay unit And controlling the delay amount of the variable delay unit based on the rotation speed of the rotator to a delay amount at which a random component from which an order component caused by the rotation of the rotator is removed by the signal subtraction unit is obtained. A vehicle interior sound simulating device comprising: an order component removing filter having a delay control unit for generating a control signal and transmitting the control signal to the variable delay unit.

A signal including an order component corresponding to the rotation speed of a predetermined rotating body and a random component independent of the rotation speed is input, and an order component removal filter that extracts the random component by removing the order component ,
A variable delay unit that delays the signal by a delay amount according to a control signal, and a signal subtraction unit that subtracts a signal after being delayed by the variable delay unit from a signal before being delayed by the variable delay unit, On the basis of the rotation speed of the rotating body, a control signal for controlling the delay amount of the variable delay unit to a delay amount at which a signal from which an order component caused by rotation of the rotating body has been removed by the signal subtraction unit is obtained. A delay control unit for generating and transmitting the generated delay to the variable delay unit.