JP2005338453A - 音響シミュレーション装置、音響シミュレーションプログラム及び記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】 雑音が存在する車室内の音響を正確にシミュレーション可能とする。
【解決手段】 音場チューニング部２０により生成された再生音ＣＬ、ＣＲに対して、雑音を付加し、この雑音が付加された再生音ＣＬ’、ＣＲ’に基づいて、聴取位置ＥＬ、ＥＲにおける再生音ＣＬ’、ＣＲ’の音質を評価する構成とした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両の室内における音響をシミュレーションする技術に関する。

従来から、リスニングルームやコンサートホール等の室内の音響設計を行う際、コンピュータシミュレーションによって音響性能を予測し、さらに、音場を再生して実際に試聴することにより、音響特性を確認することが可能な音環境疑似体験装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平７−１６８５８７号公報

しかしながら、上記従来の技術は、音楽の聴取に適した建築物等の音響設計を目的とするものであり、エアコン稼動時のエアコン送風音や、車両走行時の走行騒音といった雑音が存在する車両の室内（車室内）の音響設計に用いることができない。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、雑音が存在する車室内の音響を正確にシミュレーションすることのできる音響シミュレーション装置、音響シミュレーションプログラム及び記録媒体を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、車室内の音響をシミュレーションする音響シミュレーション装置において、前記車室内の構造と音響特性とがモデル化された車室内の第１インパルス応答を算出するインパルス応答算出手段と、前記車室内に再現するリファレンス音響環境の第２インパルス応答に基づいて前記第１インパルス応答を補正し、補正後の第１インパルス応答に基づいて、前記車室内の受音点における再生音を示す再生音信号を生成する音場補正生成手段と、前記音場補正生成手段により生成された再生音信号に対して、雑音信号を付加する雑音付加手段と、前記雑音信号が付加された再生音信号に基づいて、前記受音点における再生音の音質を示す特性値を算出する音質評価手段とを具備することを特徴とする。

また本発明は、上記発明において、前記雑音信号が付加された再生音信号に対して音響効果を付加する音響効果付加手段を更に備え、前記音質評価手段は、前記音響効果が付加された後の再生音信号に基づいて、前記受音点における再生音の音質を示す特性値を算出することを特徴とする。

また本発明は、上記発明において、前記音質評価手段に入力される再生音信号と同じ再生音信号を放音装置に出力する出力手段を更に具備することを特徴とする。

また本発明は、上記発明において、前記車室内の構造を示す構造のデータを複数記憶する第１記憶手段と、前記車室内に配置される部材の音響特性のデータを記憶する第２記憶手段と、前記構造のデータ及び音響特性のデータとを選択し、前記車室内をモデル化するモデル化手段と、前記モデル化された車室内における前記受音点の位置を設定する受音位置設定手段とを備えることを特徴とする。

また本発明は、上記発明において、前記リファレンス音響環境ごとに前記第２インパルス応答を複数記憶する第３記憶手段と、前記リファレンス音響環境を選択するリファレンス音響環境設定手段とを備えることを特徴とする。

また本発明は、上記発明において、前記音場補正生成手段は、前記第１インパルス応答を前記第２インパルス応答に近づくように補正することを特徴とする。

また本発明は、上記発明において、車両が走行している際に発生する走行騒音のデータを予め記憶する第４記憶手段と、車両に設けられたエアコンが稼動している際に発生するエアコン送風音のデータを予め記憶する第５記憶手段とを備え、前記雑音付加手段は、前記走行騒音のデータ及び前記エアコン送風音のデータのすくなくともいずれか１つのデータに基づいて前記再生音信号に前記雑音信号を付加することを特徴とする。

また本発明は、上記発明において、前記音響効果付加手段は、前記雑音信号が付加された再生音信号に対して、ラウドネス、前記雑音信号に応じた周波数特性の補正、及び、アクティブノイズコントロールのうちの少なくともいずれか１つの音響効果を付加することを特徴とする。

また本発明は、上記発明において、前記出力手段は、前記放音装置により再生される音声の周波数レベルが略均一となるように、前記放音装置の周波数特性に応じて、前記再生音信号を補正する特性補正手段を備えることを特徴とする。

また本発明は、上記発明において、前記出力手段は、前記放音装置により音声を再生した際に生じるクロストークを防止するための補正を前記再生信号に対して施すクロストークキャンセル手段を備えることを特徴とする。

また本発明は、上記発明において、前記音場補正生成手段は、前記第２インパルス応答と評価音信号との畳み込み演算によりリファレンス評価音信号を算出すると共に、前記補正後の前記第１インパルス応答と前記評価音信号との畳み込み演算により前記再生音信号を生成し、前記音質評価手段は、前記評価音信号と前記再生音信号とに基づいて第３インパルス応答を前記特性値として算出することを特徴とする。

また本発明は、上記発明において、前記音質評価手段は、前記第３インパルス応答をフーリエ変換してなる伝送周波数特性を特性評価値として算出することを特徴とする。

また本発明は、上記発明において、前記音質評価手段は、前記再生音信号と、前記リファレンス評価音信号とに基づいてＰＥＡＱ（Perceived Evaluation of Audio Quality）方式にしたがって客観的音質評価値（Objective Difference Grade）を前記特性値として算出することを特徴とする。

また本発明は、上記発明において、前記音質評価手段は、前記評価音信号が無圧縮音楽信号である場合には、前記再生音信号と前記リファレンス評価音信号との相互相関に基づいて、前記再生音信号と前記リファレンス評価音信号との信号同期を行い、前記リファレンス評価音信号の信号レベルを変化させたときに最大となる前記客観的音質評価値を算出することを特徴とする。

また、上記目的を達成するために、本発明は、車室内の音響をシミュレーションするための音響シミュレーションプログラムにおいて、コンピュータを、前記車室内の構造と音響特性とがモデル化された車室内の第１インパルス応答を算出する手段、前記車室内に再現するリファレンス音響環境の第２インパルス応答に基づいて前記第１インパルス応答を補正し、補正後の第１インパルス応答に基づいて、前記車室内の受音点における再生音を示す再生音信号を生成する手段、前記再生音信号に対して、雑音信号を付加する手段、および、前記雑音信号が付加された再生音信号に基づいて、前記受音点における再生音の音質を示す特性値を算出する手段として機能させることを特徴とする。

また本発明は、上記音響シミュレーションプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であることを特徴とする。

本発明によれば、雑音が存在する車室内の音響を正確にシミュレーションすることができる。

以下図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態に係る音響シミュレーション装置１の機能的構成を示すブロック図である。なお、本音響シミュレーション装置１は、ＭＰＵ等の制御手段やハードディスクドライブ等の記憶手段、キーボード等の入力手段、ディスプレイ等の表示手段を備えるコンピュータ（電子計算機）に、本実施の形態に係る音響シミュレーションのためのプログラムを実行させることで、以下に説明する各種の機能を実現するように構成されたものである。

図１に示すように、音響シミュレーション装置１は、大別すると、音場シミュレーション部１０と、音場チューニング部２０と、雑音付加部３０と、音響効果付加部４０と、音場再生部５０と、音質評価部６０とを備えている。

音場シミュレーション部１０は、設計対象となる車両の室内（以下、「車室内」という）をモデル化し、当該モデル化された車室内のインパルス応答を計算するものであり、図２に示すように、部材音響データベース部１０１と、聴取位置設定部１０２と、車室内モデル化部１０３と、シミュレーション実行部１０４とを備えている。

部材音響データベース部１０１は、例えばスピーカ装置や窓ガラス、シート等の車室内に存在する各種部材の音響に関する特性（例えば吸音率や音の反射角等）をデータベース化して記憶するものであり、ハードディスクドライブ等の記憶手段を有している。聴取位置設定部１０２は車室内における試聴者の聴取位置（受音点）を設定するものである。より具体的には、聴取位置設定部１０２は車室内の構造を示す空間形状データ（フレーム形状や、シートの形状やその配置位置、スピーカの形状やその配置位置等）を記憶する記憶手段と、車室内における試聴者の聴取位置の入力を受け付ける入力手段とを備え、聴取位置が入力された場合に、この聴取位置と空間形状データとを対応付けて車室内モデル化部１０３に出力する。また、聴取位置設定部１０２には、互いに異なる複数の空間形状データが予め記憶されており、ユーザがこれらの空間形状データを適宜選択し、異なる車室内を設計可能となっている。なお、それらの空間形状データをユーザが適宜修正又は変更可能な構成としても良い。

車室内モデル化部１０３は、車室内の空間形状データ及び聴取位置が入力された場合に、この車室内に配置されている各種部材の音響特性を部材音響データベース部１０１から読み出して空間形状データと対応付けて車室内のモデル化を行い、シミュレーション実行部１０４に出力するものである。

シミュレーション実行部１０４は、車室内モデル化部１０３にてモデル化された車室内におけるスピーカ（発音点）と聴取位置（受音点）間の音響特性をシミュレーションしてインパルス応答として音場チューニング部２０に出力するものである。具体的には、シミュレーション実行部１０４は、音線法や虚像法等の幾何学的解析法、或いは、有限要素法や境界要素法等の数値解析法、これら双方を組み合わせた解析法等に基づいて、車室内モデル化部１０３によりモデル化された車室内に対してコンピュータシミュレーシンを実行し、スピーカと聴取位置間のインパルス応答を算出する。

ここで、本実施の形態では、車両として４ドアのセダンタイプの車両を設定し、聴取位置としてダミーヘッドの左耳ＥＬ及び右耳ＥＲを設定している。また、スピーカとして、左側フロントドア下部に設置されるスピーカＦＬと、右側フロントドア下部に設置されるスピーカＦＲと、左側のリアドア下部に設置されるスピーカＲＬ、右側のリアドア下部に設置されるスピーカＲＲの４つのスピーカを設定している。このような設定の下、シミュレーション実行部１０４からは、４つのスピーカＦＬ、ＦＲ、ＲＬ、ＲＲの各々とダミーヘッド左耳ＥＬ間の４つのインパルス応答ＦＬＥＬ、ＦＲＥＬ、ＲＬＥＬ、ＲＲＥＬ（以下、これらをまとめて「インパルス応答Ｉｐ１」とする）と、４つのスピーカＦＬ、ＦＲ、ＲＬ、ＲＲの各々とダミーヘッド右耳ＥＲ間の４つのインパルス応答ＦＬＥＲ、ＦＲＥＲ、ＲＬＥＲ、ＲＲＥＲ（以下、これらをまとめて「インパルス応答Ｉｐ２」とする）とが出力されることとなる。

音場チューニング部２０は、音場シミュレーション部１０から出力されたインパルス応答Ｉｐ１、Ｉｐ２に対して補正を加えた後、補正後のインパルス応答Ｉｐ１’、Ｉｐ２’と評価音との畳み込み演算により、聴取位置における再生音（再生音信号）を生成するものであり、図３に示すように、リファレンス音響データベース部２０１と、ターゲット特性設定部２０２と、音場補正部２０３と、リファレンス評価音生成部２０４とを備えている。

リファレンス音響データベース部２０１は、音響を試聴する音響環境として理想的な音響環境（例えばオーディオルームやリスニングルーム等）のインパルス応答Ｉｐ３をデータベース化して記憶するものであり、例えばハードディスクドライブ等の記憶手段を構成されている。ターゲット特性設定部２０２は、リファレンス音響データベース部２０１に記憶されているいずれかの音響環境のインパルス応答Ｉｐ３を読み出して音場補正部２０３及びリファレンス評価音生成部２０４に出力するものであり、読み出すべき音響空間をユーザが指示入力するための入力手段等を備えている。

音場補正部２０３は、音場シミュレーション部１０から出力されたインパルス応答Ｉｐ１、Ｉｐ２に対して、ターゲット特性設定部２０２から出力されたインパルス応答Ｉｐ３の特性に近づくように、例えば最小２乗法等に基づいて補正を行い、補正後のインパルス応答ＦＬＥＬ’、ＦＲＥＬ’、ＲＬＥＬ’、ＲＲＥＬ’（以下、これらをまとめて「インパルス応答Ｉｐ１’」とする）と、補正後のインパルス応答ＦＬＥＲ’、ＦＲＥＲ’、ＲＬＥＲ’、ＲＲＥＲ’（以下、これらをまとめて「インパルス応答Ｉｐ２’」とする）とを生成する。

また、音場補正部２０３には、２チャンネルの音楽データ、或いは、Ｍ系列符号等からなる評価用の２チャンネルのデータが評価音ＳＬ、ＳＲとして入力されており、音場補正部２０３は、評価音ＳＬ、ＳＲと補正後のインパルス応答Ｉｐ１’、Ｉｐ２’との畳み込み演算を実行して、設計段階の車室内空間の音響特性を評価音ＳＬ、ＳＲに反映させた２チャンネルのデータを再生音ＣＬ、ＣＲとして出力する。この再生音ＣＬ、ＣＲの生成について詳細に説明すると、図４に示すように、音場補正部２０３には、補正後の８つのインパルス応答ＦＬＥＬ’、ＦＲＥＬ’、ＲＬＥＬ’、ＲＲＥＬ’、ＦＬＥＲ’、ＦＲＥＲ’、ＲＬＥＲ’、ＲＲＥＲ’ごとに１つずつ畳み込み演算回路２０６が設けられ、車室内左側に配置されるスピーカＦＬ、ＲＬと聴取位置ＥＬ、ＥＲ間の補正後のインパルス応答であるインパルス応答ＦＬＥＬ’、ＦＬＥＲ’、ＲＬＥＬ’、ＲＬＥＲ’の各々と、左側チャンネルの評価音ＳＬとの畳み込み演算が実行される共に、車室内右側に配置されるスピーカＦＲ、ＲＲと聴取位置ＥＬ、ＥＲ間の補正後のインパルス応答であるインパルス応答ＦＲＥＬ’、ＦＲＥＲ’、ＲＲＥＬ’、ＲＲＥＲ’の各々と、右側チャンネルの評価音ＳＲとの畳み込み演算が実行される。また、音場補正部２０３には、２つの加算器２０７ａ、２０７ｂが設けられており、ダミーヘッドの左耳（聴取位置）ＥＬに届く音同士が加算器２０７ａにより加算されて再生音ＣＬとして出力されると共に、ダミーヘッドの右耳（聴取位置）ＥＲに届く音同士が加算器２０７ｂにより加算されて再生音ＣＲとして出力される。

また、この音場補正部２０３には、ＩＩＲ（Infinite Impulse Response）フィルタを有し、再生音ＣＬ、ＣＲにおける周波数領域の振幅を補正するパラメトリックイコライザと、４つのスピーカＦＬ、ＦＲ、ＲＬ、ＲＲの各々から聴取位置ＥＬ、ＥＲの各々への再生音ＣＬ、ＣＲの到達時間に基づいて、当該再生音ＣＬ、ＣＲの遅延を補正するタイムアライメント補正手段とが設けられている。なお、パラメトリックイコライザやタイムアライメント補正手段に代えて、ＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタを有し、モデル化された車室内の音響特性と逆の特性を有する逆フィルタを音場補正部２０３に設ける構成としても良い。また、上述した畳み込み演算回路２０６や加算器２０７ａ、２０７ｂ、各フィルタ回路は、ハードウェアにより実現する構成としても良く、また、それらと等価な機能をソフトウェアにより実現し計算によって上記再生音ＣＬ、ＣＲを求める構成としても良い。

以上の構成により、例えばターゲット特性設定部２０２において、リファレンス用の音響環境としてオーディオルームのインパルス応答Ｉｐ３を設定した場合、このインパルス応答Ｉｐ３に近づくように、車室内のインパルス応答Ｉｐ１、Ｉｐ２が補正され、さらに、再生音ＣＬ、ＣＲの振幅と遅延（位相も含む）とが完全に補正されれば、この再生音ＣＬ、ＣＲを車室内に実際に出力したときの音場は、オーディオルームの音場と等価となり、以って、車室内で理想的な音響環境を実現することができる。

ここで、上記車室内の音場補正においては、可聴域の全周波数帯域にわたって再生音ＣＬ、ＣＲの振幅と遅延（位相も含む）とを、演算等により完全に補正することは困難である。そこで、本実施の形態では、後述する音質評価部６０における再生音ＣＬ、ＣＲの音質評価に基づいて、パラメトリックイコライザやタイムアライメント補正手段、逆フィルタの各フィルタ係数等を調整し、車室内の音場を可能な限り理想的な音響環境に近づけられるようにしている。

リファレンス評価音生成部２０４は、ターゲット特性設定部２０２において設定されたリファレンス用の音響環境のインパルス応答Ｉｐ３と、上記評価音ＳＬ、ＳＲとの畳み込み演算を実行することにより、再生音ＣＬ、ＣＲと対比するためのリファレンス評価音ＲＬ、ＲＲを生成し、後述する音質評価部６０に出力する。

雑音付加部３０は、音場チューニング部２０から出力された再生音ＣＬ、ＣＲに雑音を付加すべく雑音信号を重畳するものであり、図５に示すように、走行騒音データベース部３０１と、送風音データベース部３０２と、雑音設定部３０３と、合成部３０４とを備えている。走行騒音データベース部３０１は、例えばエンジン音やタイヤ音、風きり音等の車両の走行に伴って発生する騒音をデータベース化して記憶するものであり、ハードディスクドライブ等の記憶手段を備えて構成されている。また、送風音データベース部３０２はエアコン送風音をデータベース化して記憶するものであり、ハードディスクドライブ等の記憶手段を備えている。

雑音設定部３０３は、上記再生音ＣＬ、ＣＲに付加すべき雑音を設定するためのものであり、当該雑音の設定を受け付ける入力手段を備え、入力された雑音設定に基づいて走行騒音データベース部３０１及び送風音データベース部３０２から騒音やエアコン送風音を読み出して合成部３０４に出力する。

合成部３０４は、雑音設定部３０３により入力された雑音を上記再生音ＣＬ、ＣＲに加算して、当該雑音が重畳された再生音ＣＬ’、ＣＲ’を生成し、音響効果付加部４０に出力する。

音響効果付加部４０は、雑音が重畳された再生音ＣＬ’、ＣＲ’に対して一般的な人の聴覚特性に基づいてラウドネス（Loudness）を補正する機能と、走行騒音やエアコン送風音等の雑音に応じて再生音ＣＬ’、ＣＲ’の周波数を補正するオートボリューム機能と、再生音ＣＬ’、ＣＲ’から動的に雑音を除去するアクティブノイズコントロール機能とを備え、各種音響効果を再生音ＣＬ’、ＣＲ’に付加し音場再生部５０に出力する。なお、当該音響効果付加部４０において再生音ＣＬ’、ＣＲ’に付与される音響効果を、変更、追加、或いは削除等することで、音響信号処理に関する様々なアルゴリズムを検証することができる。

音場再生部５０は、音響効果付加部４０から入力された再生音ＣＬ’、ＣＲ’を、ヘッドホンの特性、或いは、スピーカの周波数特性に応じて補正し、これらのヘッドホン或いはスピーカに出力するものであり、図６に示すように、ヘッドホン特性補正部５０１と、スピーカ特性補正部５０２と、クロストークキャンセル部５０３とを備えている。

ヘッドホン特性補正部５０１は、再生音ＣＬ’、ＣＲ’をヘッドホンから音声出力する場合に、この音声の周波数レベルが周波数領域において略均一化されるように（フラットとなるように）、再生音ＣＬ’、ＣＲ’をヘッドホンの周波数特性に応じて補正し、ヘッドホン再生音ＨＣＬ、ＨＣＲとして、ヘッドホンに出力するものである。一方、スピーカ特性補正部５０２は、再生音ＣＬ’、ＣＲ’をスピーカから音声出力する場合に、この音声の周波数領域における周波数レベルが略均一化されるように（フラットとなるように）、再生音ＣＬ’、ＣＲ’をスピーカの周波数特性に応じて補正し、クロストークキャンセル部５０３を介してスピーカに出力するものである。

クロストークキャンセル部５０３は、図７に示すように、Ｌチャンネル音声を出力するスピーカＳＰ１と、Ｒチャンネル音声を出力するスピーカＳＰ２の２つのスピーカＳＰ１、ＳＰ２を試聴者Ｕの前方に配置し、これらのスピーカＳＰ１、ＳＰ２から再生音ＣＬ’、ＣＲ’を再生した場合に発生するクロストーク（各チャンネルのスピーカＳＰ１、ＳＰ２からの音が反対側にまわり込む現象）を抑制するために、再生音ＣＬ’、ＣＲ’にフィルタ処理を施し、スピーカ再生音ＳＣＬ、ＳＣＲとしてスピーカに出力するものである。

これより、音場シミュレーション部１０にてモデル化された車室内の音場をヘッドホンやスピーカを用いて試聴することができ、試聴者Ｕが聴感で音場の評価を行うことができる。なお、この音場再生部５０において、音場チューニング部２０から出力された再生音ＣＬ、ＣＲ、或いは、雑音付加部３０から出力された再生音ＣＬ’、ＣＲ’も個別に試聴可能な構成としても良い。

音質評価部６０は、再生音ＣＬ’、ＣＲ’を評価するためのものであり、図８に示すように、処理部６０１と、ＩＲ（IR：Impulse Response）特性表示部６０２と、ｆ（周波数）特性表示部６０３と、客観的音質評価値表示部６０４とを備えている。

処理部６０１は、音場再生部５０から入力された再生音ＣＬ’、ＣＲ’と、上記評価音ＳＬ、ＳＲと、上記リファレンス評価音ＲＬ、ＲＲとの比較のための演算処理を行い、演算結果をＩＲ特性表示部６０２、ｆ特性表示部６０３、及び、客観的音質評価値表示部６０４の各々に出力するものである。

さらに詳述すると、上記評価音ＳＬ、ＳＲがＭ系列符号のデータである場合には、処理部６０１は、再生音ＣＬ’、ＣＲ’と評価音ＳＬ、ＳＲとの相互相関関数を演算により求めて、音場チューニング部２０、雑音付加部３０及び音響効果付加部４０からなる評価音ＳＬ、ＳＲの伝送経路におけるインパルス応答Ｉｐ４を算出し、ＩＲ特性表示部６０２に出力する。このＩＲ特性表示部６０２には、上記音場チューニング部２０にて設定されたリファレンス音響環境のインパルス応答Ｉｐ３も入力されており、当該ＩＲ特性表示部６０２は、インパルス応答Ｉｐ４とインパルス応答Ｉｐ３とが対比可能に表示する。さらに、処理部６０１は、インパルス応答Ｉｐ４、Ｉｐ３の各々に対してフーリエ変換処理を実行して、それぞれの伝送周波数特性を生成してｆ特性表示部６０３に出力する。ｆ特性表示部６０３は、これらの伝送周波数特性を対比可能に表示する。

一方、上記評価音ＳＬ、ＳＲが音楽データである場合には、処理部６０１は、ＩＴＵ−Ｒ勧告のＢＳ．１３８７−１にて標準化されているＰＥＡＱ（Perceived Evaluation of Audio Quality)方式にしたがって再生音ＣＬ’、ＣＲ’の客観的音質評価値ＯＤＧ（Objective Difference Grade）を演算により求め、演算結果を客観的音質評価値表示部６０４に出力する。客観的音質評価値表示部６０４は、上記客観的音質評価値ＯＤＧを表示する。

ここで、上記ＰＥＡＱ方式は、人間の主観的な音質を客観的な数値により表して評価するための方式であり、一般的には、圧縮オーディオの音質評価に用いられるものである。しかしながら、車室内においては、スピーカの周波数特性や指向特性、さらに初期反射音、残響音等により、再生音ＣＬ’、ＣＲ’の周波数特性における振幅や位相特性が変動してしまう。すなわち、ＭＰ３（MPEG1 Audio Layer-3）やＷＭＡ（Windows（登録商標） Media Audio）等の、所定の圧縮コーデックで圧縮された音楽データに比べ、無圧縮の音楽データを評価音ＳＬ、ＳＲとして使用する場合には、現在の再生位置やボリューム（信号レベル）等を示す情報が付加されていないため、再生音ＣＬ’、ＣＲ’と、リファレンス評価音ＲＬ、ＲＲとの同期や信号レベルがズレた場合に、上記ＰＥＡＱ方式による正確な音質評価が困難となる。

そこで、本実施の形態では、処理部６０１がＰＥＡＱ方式にて音質評価を行う場合に、次のようして、再生音ＣＬ’、ＣＲ’と、リファレンス評価音ＲＬ、ＲＲとの同期及び信号レベルを合わせるようにしている。

すなわち、図９に示すように、処理部６０１は、まず、再生音ＣＬ’、ＣＲ’と、リファレンス評価音ＲＬ、ＲＲとを所定期間だけ切り出す（ステップＳ１０１）。そして、処理部６０１は、切り出した再生音ＣＬ’、ＣＲ’及びリファレンス評価音ＲＬ、ＲＲの信号同期を図るべく、それぞれの相互相関を計算し、相互相関のピーク位置に基づいて、再生音ＣＬ’、ＣＲ’と、リファレンス評価音ＲＬ、ＲＲとが同期する可能性の高い同期ポイントＡを求める（ステップＳ１０２）。

続いて、処理部６０１は、上記同期ポイントＡの近傍で、より正確な同期ポイントＢを求めるための処理を実行する。すなわち、処理部６０１は、切り出したリファレンス評価音ＲＲ、ＲＬを同期ポイントＡから所定の時間間隔ずつ時間軸前後方向に遅延させならが（ステップＳ１０３）、上記客観的音質評価値ＯＤＧを順次算出する（ステップＳ１０４）。そして、処理部６０１は、切り出した所定期間全域における客観的音質評価値ＯＤＧを算出した後（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、次のようにして、正確な同期ポイントＢを求める。

すなわち、図１０に示すように、客観的音質評価値ＯＤＧは、再生音ＣＬ’、ＣＲ’に対するリファレンス評価音ＲＬ、ＲＲの遅延量に応じてその値が変化し、再生音ＣＬ’、ＣＲ’とリファレンス評価音ＲＬ、ＲＲとが同期する遅延量にて極大となる。そこで処理部６０１は、ステップＳ１０３乃至Ｓ１０５にて求めた客観的音質評価値ＯＤＧに基づいて、その極大点を求め、その極大点を正確な同期ポイントＢとして、再生音ＣＬ’、ＣＲ’と、リファレンス評価音ＲＬ、ＲＲとを再同期させる（ステップＳ１０６）。

次いで、処理部６０１は、再生音ＣＬ’、ＣＲ’と、リファレンス評価音ＲＬ、ＲＲとの信号レベルを合わせるための処理を行う。すなわち、処理部６０１は、ステップＳ１０１にて切り出したリファレンス評価音ＳＬ、ＳＲの信号レベルを所定レベルずつ変化させながら（ステップＳ１０７）、上記客観的音質評価値ＯＤＧを順次算出する（ステップＳ１０８）。そして、処理部６０１は、所定レベル範囲にける客観的音質評価値ＯＤＧを算出した後（ステップＳ１０９）、次のようにして、今回モデル化された車室内の最終的な客観的音質評価値ＯＤＧを求める。

すなわち、図１１に示すように、客観的音質評価値ＯＤＧは、再生音ＣＬ’、ＣＲ’の信号レベルに対するリファレンス評価音ＲＬ、ＲＲの信号レベルに応じてその値が変化し、再生音ＣＬ’、ＣＲ’とリファレンス評価音ＲＬ、ＲＲとの信号レベルが合った場合に極大となる。そこで処理部６０１は、上記ステップＳ１０７乃至Ｓ１０９にて求めた客観的音質評価値ＯＤＧに基づいて極大点Ｃを求め、そして、この極大的Ｃにおける客観的音質評価値ＯＤＧを、今回モデル化された車室内の最終的な客観的音質評価値ＯＤＧとして、上記客観的音質評価値表示部６０４に出力し（ステップＳ１１０）、本処理を終了する。

以上の処理により、評価音ＳＬ、ＳＲとして無圧縮の音楽を用いた場合であっても、ＰＥＡＱ方式に基づく客観的音質評価値ＯＤＧを再生音ＣＬ’、ＣＲ’に対して正確に求められる。

次いで、本実施の形態の全体動作について説明する。

図１２に示すように、音場シミュレーション部１０において、設計対象となる車両の車室内がモデル化され、また、この車室内における聴取位置ＥＬ、ＥＲが設定されると、音場シミュレーション部１０のシミュレーション実行部１０４が聴取位置ＥＬ、ＥＲとスピーカＦＬ、ＦＲ、ＲＬ、ＲＲ間の上記インパルス応答Ｉｐ１、Ｉｐ２を演算し、音場チューニング部２０に出力する（ステップＳ２０１）。なお、このとき、シミュレーション実行部１０４から出力されるインパルス応答の数は、聴取位置の数Ｍとスピーカの数Ｎとした場合には、Ｍ×Ｎとなる。

次いで、車室内で再現すべき理想的な音響環境（例えばリスニングルーム等）が音場チューニング部２０に設定され、また、当該音場チューニング部２０に上記インパルス応答Ｉｐ１、Ｉｐ２が入力されると、音場チューニング部２０は、この車室内における音場を調整（音場チューニング）を実行し、調整後の音場にて再生される再生音ＣＬ、ＣＲを雑音付加部３０に出力する（ステップＳ２０２）。より具体的には、このステップＳ２０２において、音場チューニング部２０の音場補正部２０３は、理想的な音響環境のインパルス応答Ｉｐ３に近づくように、インパルス応答Ｉｐ１、Ｉｐ２を補正してインパルス応答Ｉｐ１’、Ｉｐ２を生成すると共に、これらのインパルス応答Ｉｐ１’、Ｉｐ２’と評価音ＳＬ、ＳＲとの畳み込み演算を行い、再生音ＣＬ、ＣＲを生成する。次いで、音場補正部２０３は、これらの再生音ＣＬ、ＣＲによって再現される車室内の音場を、理想的な音響環境の音場により近づけるべく、再生音ＣＬ、ＣＲに対してパラメトリックイコライザ処理、及び、タイムアライメント補正（或いは逆フィルタ補正）を施し、その周波数領域における振幅や、スピーカから聴取位置までの到達時間、時間領域における振幅及び位相を補正する。このとき、パラメトリックイコライザやタイムアライメント補正に用いるフィルタ係数等の調整によって補正量が可変され、車室内の音場が理想的な音響環境の音場に近づくように調整されて音場チューニングが行われる。

再生音ＣＬ、ＣＲが入力され、また、車室内の雑音が設定されると、雑音付加部３０は、それらの再生音ＣＬ、ＣＲに、設定された雑音を重畳し、再生音ＣＬ、ＣＲを生成し、音響効果付加部４０に出力する（ステップＳ２０３）。これにより、車室内にエアコン送風音や車両走行時に発生する騒音が存在する場合に、試聴者が試聴する再生音ＣＬ’、ＣＲ’が再現される。

次に、再生音ＣＬ’、ＣＲ’が音響効果付加部４０に入力されると、当該音響効果付加部４０は、これらの再生音ＣＬ’、ＣＲ’に、ラウドネス補正やオートボリューム補正、アクティブノイズコントロール補正等の各種の音響効果を付加し、音場再生部５０に出力する（ステップＳ２０４）。これにより、騒音が存在する車室内において、各種の音響効果を付与した再生音ＣＬ、ＣＲを再生した場合に、試聴者が試聴する再生音ＣＬ’、ＣＲ’が再現される。すなわち、この音響効果付加部４０にて付加する音響効果を変更等することで、騒音が存在する車室内で再生される再生音ＣＬ、ＣＲが変更され、このときの再生音ＣＬ、ＣＲに基づいて最適な音響効果を調整することができる。

音響効果付加部４０にて各種音響効果が付与された再生音ＣＬ’、ＣＲ’が音場再生部５０に入力されると、当該音場再生部５０は、当該再生音ＣＬ’、ＣＲ’を出力する機器（スピーカやヘッドホン等）の特性を打ち消すように再生音ＣＬ’、ＣＲ’に対して補正を行った後に、その機器に再生音ＣＬ’、ＣＲ’を出力する（ステップＳ２０５）。これにより、再生音ＣＬ’、ＣＲ’を再生する機器の違いによって試聴する音が異なることなく、今回モデル化された車室内にて再生される音を試聴することが可能となる。

また、音響効果付加部４０から出力された再生音ＣＬ’、ＣＲ’が音質評価部６０に入力されると、当該音質評価部６０は、これらの再生音ＣＬ’、ＣＲ’、評価音ＳＬ、ＳＲ、及び、リファレンス評価音ＲＬ、ＲＲに基づいて上記インパルス応答Ｉｐ４や伝送周波数特性、客観的音質評価値ＯＤＧを演算により求め、それぞれを上記ＩＲ特性表示部６０２、ｆ特性表示部６０３及び客観的音質評価値表示部６０４に表示して、リファレンス評価音ＲＬ、ＲＲとの比較が可能となる（ステップＳ２０６）。

そして、これらインパルス応答Ｉｐ４、伝送周波数特性及び客観的音質評価値ＯＤＧが予め定めた所定の水準以下である場合には（ステップＳ２０７：ＮＯ）、処理手順がステップＳ２０１に戻り、各部１０〜６０における各種のパラメータの設定変更が行われることとなる。具体的には、音場シミュレーション部１０においては、スピーカの数やスピーカ位置等の変更、音場チューニング部２０においては、各種フィルタのフィルタ係数といったチューニングパラメータや、フィルタの種類等の変更、音響効果付加部４０においては、再生音ＣＬ’、ＣＲ’に付与する音響効果のアルゴリズム等の変更が行われることとなる。なお、このような各種のパラメータの変更は、音響シミュレーション装置１の制御部等が、所定のアルゴリズムに基づいて行っても良く、また、ユーザ等が変更するようにしても良い。

以上説明したように、本実施の形態によれば、音場チューニング部２０により生成された再生音ＣＬ、ＣＲに対して、雑音を付加し、この雑音が付加された再生音ＣＬ’、ＣＲ’に基づいて、聴取位置ＥＬ、ＥＲにおける再生音ＣＬ’、ＣＲ’の音質を評価する構成としたため、雑音のある車室内の音響を正確にシミュレーションすることが可能となる。

また、本実施の形態によれば、上記雑音が付加された再生音ＣＬ’、ＣＲ’に対して音響効果を付加し、この音響効果が付加された後の再生音ＣＬ’、ＣＲ’に基づいて音室を評価する構成としたため、雑音のある車室内において、再生音ＣＬ、ＣＲに音響効果を付与して再生した場合の音響を正確にシミュレーションすることが可能となる。

また、本実施の形態によれば、音質評価の対象となる再生音ＣＬ’、ＣＲ’と同じ再生音を、スピーカやヘッドホン等の放音装置に出力する構成としたため、ユーザが聴覚で再生音を評価することができる。

また、本実施の形態によれば、車両が走行している際に発生する走行騒音、車両に設けられたエアコンが稼動している際に発生するエアコン送風音の各々をデータベース化し、これらの走行騒音及びエアコン送風音を雑音として適宜選択可能としたため、種々の雑音のある車室内の音響をシミュレーションすることができる。

また、本実施の形態によれば、音質評価として、インパルス応答Ｉｐ４、伝送周波数特性及び客観的音質評価値ＯＤＧを求める構成としたため、再生音ＣＬ’、ＣＲ’の音質を定量的に評価することが可能となり、また、その評価結果に基づいて、上記音響効果や聴取位置（受音点）、スピーカ（発音点）の位置、指向特性等の各種パラメータ、各種補正の際のパラメータを調整することで、車室内の音響環境を簡単に最適化でき、車室内の音響設計及び開発期間の短期化を図ることができる。

なお、上述した実施の形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の範囲内で任意に変形可能である。例えば、上述した実施の形態では、音響シミュレーション装置をコンピュータに音響シミュレーションのためのプログラムを実行させて実現する構成としが、これに限らず、各部を専用のハードウェアにより構成しても良い。

本発明の実施の形態に係る音響シミュレーション装置の機能的構成を示すブロック図である。 音場シミュレーション部の機能的構成を示すブロック図である。 音場チューニング部の機能的構成を示すブロック図である。 音場チューニング部における再生音の生成を説明するための図である。 雑音付加部の機能的構成を示すブロック図である。 音場再生部の機能的構成を示すブロック図である。 クロストークキャンセル部の動作を説明するための図である。 音質評価部の機能的構成を示すブロック図である。 客観的音質評価値の算出手順を示すフローチャートである。 客観的音質評価値の算出手順を説明するための図である。 客観的音質評価値の算出手順を説明するための図である。 音響シミュレーション装置の全体動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 音響シミュレーション装置
１０ 音場シミュレーション部
２０ 音場チューニング部
３０ 雑音付加部
４０ 音響効果付加部
５０ 音場再生部
６０ 音質評価部

Claims (16)

1. 車室内の音響をシミュレーションする音響シミュレーション装置において、
   前記車室内の構造と音響特性とがモデル化された車室内の第１インパルス応答を算出するインパルス応答算出手段と、
   前記車室内に再現するリファレンス音響環境の第２インパルス応答に基づいて前記第１インパルス応答を補正し、補正後の第１インパルス応答に基づいて、前記車室内の受音点における再生音を示す再生音信号を生成する音場補正生成手段と、
   前記音場補正生成手段により生成された再生音信号に対して、雑音信号を付加する雑音付加手段と、
   前記雑音信号が付加された再生音信号に基づいて、前記受音点における再生音の音質を示す特性値を算出する音質評価手段と
   を具備することを特徴とする音響シミュレーション装置。
2. 前記雑音信号が付加された再生音信号に対して音響効果を付加する音響効果付加手段を更に備え、
   前記音質評価手段は、前記音響効果が付加された後の再生音信号に基づいて、前記受音点における再生音の音質を示す特性値を算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の音響シミュレーション装置。
3. 前記音質評価手段に入力される再生音信号と同じ再生音信号を放音装置に出力する出力手段を更に具備することを特徴とする請求項１または２に記載の音響シミュレーション装置。
4. 前記車室内の構造を示す構造のデータを複数記憶する第１記憶手段と、
   前記車室内に配置される部材の音響特性のデータを記憶する第２記憶手段と、
   前記構造のデータ及び音響特性のデータとを選択し、前記車室内をモデル化するモデル化手段と、
   前記モデル化された車室内における前記受音点の位置を設定する受音位置設定手段と
   を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の音響シミュレーション装置。
5. 前記リファレンス音響環境ごとに前記第２インパルス応答を複数記憶する第３記憶手段と、
   前記リファレンス音響環境を選択するリファレンス音響環境設定手段と
   を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の音響シミュレーション装置。
6. 前記音場補正生成手段は、前記第１インパルス応答を前記第２インパルス応答に近づくように補正する
   ことを特徴とする請求項１乃至５に記載の音響シミュレーション装置。
7. 車両が走行している際に発生する走行騒音のデータを予め記憶する第４記憶手段と、
   車両に設けられたエアコンが稼動している際に発生するエアコン送風音のデータを予め記憶する第５記憶手段とを備え、
   前記雑音付加手段は、前記走行騒音のデータ及び前記エアコン送風音のデータのすくなくともいずれか１つのデータに基づいて前記再生音信号に前記雑音信号を付加することを特徴とする請求項１乃至６に記載の音響シミュレーション装置。
8. 前記音響効果付加手段は、前記雑音信号が付加された再生音信号に対して、ラウドネス、前記雑音信号に応じた周波数特性の補正、及び、アクティブノイズコントロールのうちの少なくともいずれか１つの音響効果を付加する
   ことを特徴とする音響シミュレーション装置。
9. 前記出力手段は、
   前記放音装置により再生される音声の周波数レベルが略均一となるように、前記放音装置の周波数特性に応じて、前記再生音信号を補正する特性補正手段を備えることを特徴とする請求項３に記載の音響シミュレーション装置。
10. 前記出力手段は、
    前記放音装置により音声を再生した際に生じるクロストークを防止するための補正を前記再生信号に対して施すクロストークキャンセル手段を備えることを特徴とする請求項３または９に記載の音響シミュレーション装置。
11. 前記音場補正生成手段は、前記第２インパルス応答と評価音信号との畳み込み演算によりリファレンス評価音信号を算出すると共に、
    前記補正後の前記第１インパルス応答と前記評価音信号との畳み込み演算により前記再生音信号を生成し、
    前記音質評価手段は、
    前記評価音信号と前記再生音信号とに基づいて第３インパルス応答を前記特性値として算出することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の音響シミュレーション装置。
12. 前記音質評価手段は、前記第３インパルス応答をフーリエ変換してなる伝送周波数特性を特性評価値として算出することを特徴とする請求項１１に記載の音響シミュレーション装置。
13. 前記音場補正生成手段は、前記第２インパルス応答と評価音信号との畳み込み演算によりリファレンス評価音信号を算出すると共に、
    前記補正後の前記第１インパルス応答と前記評価音信号との畳み込み演算により前記再生音信号を生成し、
    前記音質評価手段は、
    前記評価音信号が音楽信号である場合に、前記再生音信号と、前記リファレンス評価音信号とに基づいてＰＥＡＱ（Perceived Evaluation of Audio Quality）方式にしたがって客観的音質評価値（Objective Difference Grade）を前記特性値として算出することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の音響シミュレーション装置。
14. 前記音質評価手段は、
    前記評価音信号が無圧縮音楽信号である場合には、前記再生音信号と前記リファレンス評価音信号との相互相関に基づいて、前記再生音信号と前記リファレンス評価音信号との信号同期を行い、前記リファレンス評価音信号の信号レベルを変化させたときに最大となる前記客観的音質評価値を算出する
    ことを特徴とする請求項１３に記載の音響シミュレーション装置。
15. 車室内の音響をシミュレーションするための音響シミュレーションプログラムにおいて、コンピュータを、
    前記車室内の構造と音響特性とがモデル化された車室内の第１インパルス応答を算出する手段、
    前記車室内に再現するリファレンス音響環境の第２インパルス応答に基づいて前記第１インパルス応答を補正し、補正後の第１インパルス応答に基づいて、前記車室内の受音点における再生音を示す再生音信号を生成する手段、
    前記再生音信号に対して、雑音信号を付加する手段、および、
    前記雑音信号が付加された再生音信号に基づいて、前記受音点における再生音の音質を示す特性値を算出する手段
    として機能させることを特徴とする音響シミュレーションプログラム。
16. 請求項１５に記載の音響シミュレーションプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
    

Images