JP2007264332A - エンジン模擬音発生装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】少ない手間でエンジン模擬音を生成することができるエンジン模擬音発生装置および方法を提供すること。
【解決手段】１回の爆発に対応する基本波形データが格納される基本波形格納部３２と、エンジンの気筒数とそれぞれの気筒毎に爆発時期を示す点火タイミングとが点火条件として格納される点火条件格納部２２と、エンジン回転数を設定するエンジン回転設定部１０と、エンジン回転設定部１０によって設定されたエンジン回転数と点火条件格納部２２に格納された点火条件とに基づいて各気筒に対応する基本波形データを合成する波形合成部４０と、波形合成部４０によって合成された波形データに基づいてエンジン模擬音を発生するデジタル−アナログ変換器（Ｄ／Ａ）７０、アンプ７２、スピーカ７４とが備わっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンを搭載した二輪車や四輪車等の車両において発生するエンジン音を模擬するエンジン模擬音発生装置および方法に関する。

従来から、エンジン要素音としての機械音、排気音、吸気音を実際に録音し、これらの録音した音をエンジンの仕様と運転状態に応じて合成することにより、エンジン模擬音を生成するエンジン模擬音発生装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１０−２７７２６３号公報（第３−７、図１−１０）

ところで、特許文献１に開示されたエンジン模擬音発生装置は、実際に機械音、排気音、吸気音を録音する必要があるため、エンジン模擬音を生成するために膨大な手間がかかるという問題があった。当然ながら、エンジンの種類（気筒数、形状）や車両の種類等（二輪車、四輪車、マフラーの性能等）によってエンジン模擬音が変化するため、よりリアルなエンジン模擬音を生成するためには、それぞれに対応する録音作業が必要になる。また、機械音等を録音する環境は、実際にエンジン音を聞く環境と異なるため、録音された機械音等を用いて合成されたエンジン模擬音が必ずしもエンジン音を再現したリアルな音になるとは限らない。例えば、実際のエンジン音は走行中に発せられるものを聞くことが多いと考えられるが、この場合にはエンジンに負荷がかかるため、停車中の無負荷（あるいは軽負荷）の状態で録音した音とは異なることになる。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、少ない手間でエンジン模擬音を生成することができるエンジン模擬音発生装置および方法を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明のエンジン模擬音発生装置は、１回の爆発に対応する基本波形データが格納される基本波形格納手段と、エンジンの気筒数とそれぞれの気筒毎に爆発時期を示す点火タイミングとが点火条件として格納される点火条件格納手段と、エンジン回転数を設定するエンジン回転設定手段と、エンジン回転設定手段によって設定されたエンジン回転数と点火条件格納手段に格納された点火条件とに基づいて、各気筒に対応する基本波形データを合成する波形合成手段と、波形合成手段によって合成された波形データに基づいてエンジン模擬音を発生するエンジン模擬音出力手段とを備えている。

また、本発明のエンジン模擬音発生方法は、エンジン回転数を設定するエンジン回転設定ステップと、エンジン回転設定ステップにおいて設定されたエンジン回転数と、エンジンの気筒数とそれぞれの気筒毎に爆発時期を示す点火タイミングとが含まれる点火条件とに基づいて、各気筒に対応する基本波形データを合成する波形合成ステップと、波形合成ステップにおいて合成された波形データに基づいてエンジン模擬音を発生するエンジン模擬音出力ステップとを有している。

本発明のエンジン模擬音発生装置あるいは方法を用いることにより、点火条件に基づいて基本波形データを合成することによりエンジン模擬音を発生させることができるため、実際に機械音や排気音、吸気音を録音する必要がなく、少ない手間でエンジン模擬音を生成することができる。

また、上述した波形合成手段によって合成された波形データにランダムノイズを付加する処理を行うノイズ処理手段をさらに備えることが望ましい。あるいは、上述したエンジン回転設定手段は、エンジン回転数にゆらぎを与えることが望ましい。これにより、実際のエンジン音に近いエンジン模擬音の生成が可能となる。

また、上述したエンジン回転設定手段は、アクセル開度あるいはスロットル開度を示すアクセル信号に応じてエンジン回転数を変化させることが望ましい。これにより、アクセル信号に応じてエンジン回転数を変化させるとともに、この変化したエンジン回転数に連動したエンジン模擬音の生成が可能となる。

また、上述したエンジン回転設定手段は、変速器のギア比を示すシフト信号に応じてエンジン回転数を変化させることが望ましい。これにより、変速器のシフトアップ動作あるいはシフトダウン動作に連動させてエンジン模擬音を変化させることができる。

また、上述した波形合成手段は、アクセル開度あるいはスロットル開度を示すアクセル信号に応じて、合成された波形の波高値を可変することが望ましい。これにより、エンジン出力の高低に応じてエンジン模擬音の出力レベルを変化させることができる。

また、上述した波形合成手段によって合成された波形の周波数特性を可変することにより、エンジン模擬音出力手段から出力されるエンジン模擬音の音質を変更する音質処理手段をさらに備えることが望ましい。これにより、爆発音以外の要素、例えばエンジンブロック形状やマフラー等による音質への影響を考慮することが可能になり、実際のエンジン音に近いエンジン模擬音の生成が可能となる。

また、利用者が操作可能な操作手段と、操作手段を用いた利用者の操作内容に応じて、点火条件格納手段に格納する点火条件の内容を設定する点火条件設定手段とをさらに備えることが望ましい。あるいは、利用者が操作可能な操作手段と、操作手段を用いた利用者の操作内容に応じて、基本波形格納手段に格納する基本波形データの形状を設定する基本波形設定手段をさらに備えることが望ましい。また、利用者が操作可能な操作手段と、操作手段を用いた利用者の操作内容に応じて、音質処理手段によって周波数特性を可変する内容を設定する音質設定手段をさらに備えることが望ましい。これにより、利用者の操作に応じてエンジン模擬音の変更が可能になり、利用者毎の好みを反映させることができる。

以下、本発明を適用した一実施形態のエンジン模擬音発生装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、一実施形態のエンジン模擬音発生装置の全体構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態のエンジン模擬音発生装置１００は、エンジン回転設定部１０、点火条件設定部２０、点火条件格納部２２、基本波形設定部３０、基本波形格納部３２、波形合成部４０、ノイズ処理部４２、音質処理部４４、音質設定部５０、設定操作部６０、デジタル−アナログ変換器（Ｄ／Ａ）７０、アンプ７２、スピーカ７４を含んで構成されている。このエンジン模擬音発生装置１００は、例えば、ゲーム装置やドライビングシミュレータ等に適用することができる。

エンジン回転設定部１０は、アクセル信号とシフト信号とが入力されており、エンジン模擬音発生の対象として想定されるエンジンの回転数を設定する。アクセル信号は、車両のアクセル開度を示す信号である。二輪車の場合には四輪車等の「アクセル」に代えて「スロットル」と表現されることが多いため、アクセル開度はスロットル開度に置き換えることができる。また、本実施形態では、スロットル開度を示すスロットル信号も含めて、統一的に「アクセル信号」と称するものとする。シフト信号は、車両の変速器（マニュアル変速器やオートマチック変速器）のギア比を示すものである。ギア比が連続的に変化する場合も考えられる。

点火条件設定部２０は、利用者の操作指示に応じてエンジンの点火条件の内容を設定する。例えば、点火条件として、エンジンの気筒数と、各気筒毎の爆発時期を示す点火タイミングとが設定される。

図２は、点火条件の設定画面を示す図である。この設定画面は、エンジン模擬音発生装置１００の全体を制御する制御部（図示せず）によって作成されて表示される。利用者は、設定操作部６０を操作してこの設定画面内に必要事項を入力することにより、点火条件を設定することができる。図２に示す点火条件の設定画面には、最大１２気筒までの範囲で気筒数を設定するチェックボックス（１〜１２の数字の読み側の正方形枠）と、それぞれの気筒に対応する点火タイミングを入力するための入力欄とが設けられている。例えば、４気筒エンジンの場合には、１〜４のそれぞれに対応するチェックボックスを設定操作部６０に備わったポインティングデバイスでチェックすればよい（このチェックによってチェックボックスの色が変わったり、レ印や×印が付されたりする）。また、入力枠には、角度で表した各気筒毎の点火タイミングが入力される。代表的な４ストロークエンジンの場合にはエンジンが２回転する間に各気筒に対応して１回の爆発工程が含まれるので、１〜４のそれぞれに対応する入力枠には、０〜７２０°の範囲内で点火タイミングが入力される。この入力も設定操作部６０を用いて行われる。設定操作部６０にテンキーが備わっている場合には点火タイミングの値を直接入力することができる。また、設定操作部６０に２つ以上の矢印キーやジョイスティック等が備わっている場合には、点火タイミングの値を所定方向に増減して所望の値が表示されるようにしてもよい。なお、図２に示す設定画面では、最大１２気筒までの点火タイミングを設定することができるが、それ以上の気筒数のエンジンについては、１〜１２の範囲を広げてより多くの気筒について点火タイミングを入力できるようにすればよい。点火条件設定部２０によって設定された点火条件は点火条件格納部２２に格納される。

基本波形設定部３０は、利用者の操作指示に応じて、各気筒における１回の爆発に対応する基本波形の形状を設定する。この基本波形は実際の爆発音を録音してもよいが、より簡単には適当な形状を設定画面を見ながら作成してもよい。

図３は、基本波形の設定画面を示す図である。この設定画面は、点火条件の設定画面と同様に、エンジン模擬音発生装置１００の全体を制御する制御部によって作成されて表示される。利用者は、設定操作部６０を操作してこの設定画面内で任意形状の基本波形を定義することができる。図３に示す例では、代表的な基本波形が予め示されており、利用者は設定操作部６０を操作してこの基本波形の形状を任意に変更することができる。設定操作部６０に備わったポインティングデバイス等を操作して任意の軌跡を描くことにより、任意形状の基本波形を定義するするようにしてもよい。また、実際に録音した爆発音の波形を基本波形として用いる場合には、図３に示す設定画面は必ずしも表示する必要はない。なお、実際の爆発音は、図３に示すように爆発時に急激に信号レベルが上昇し、その後単調減少するような単純な波形とはならないが、図３に示すような単純な形状の基本波形を用いた場合であっても、実際のエンジン音に近いエンジン模擬音が生成されることが確かめられている。基本波形設定部３０によって設定された基本波形のデータは基本波形格納部３２に格納される。

波形合成部４０は、エンジン回転設定部１０によって設定されたエンジン回転数と、点火条件格納部２２に格納された点火条件とに基づいて、各気筒に対応する基本波形データを合成して、エンジン全体の爆発音（エンジン音）の波形を生成する。エンジン回転数と点火条件とに基づいて、各気筒に対応する基本波形を合成する時間間隔が決定されるため、この決定された時間間隔で基本波形を重ねることにより、エンジン全体の爆発音に対する波形を生成することができる。また、波形合成部４０にはアクセル信号が入力されている。アクセル開度が大きく、エンジンの各気筒に吸入される燃料が増加すると、その分だけ爆発音が大きくなる。この現象を模擬するために、波形合成部４０は、アクセル信号に応じて、合成された波形の波高値を可変する。これにより、アクセル開度が大きい場合に大きなエンジン音となるように、反対に、アクセル開度が小さい場合に小さなエンジン音となるように合成波形の波高値が設定される。

ノイズ処理部４２は、波形合成部４０によって合成された波形データにランダムノイズを付加する処理を行う。音質処理部４４は、波形合成部４０によって合成され、ノイズ処理部４２によってランダムノイズが付加された後の波形データの周波数特性を変更するフィルタリング処理を行うことにより、エンジン模擬音発生装置１００から出力されるエンジン模擬音の音質を変更する。例えば、ＦＩＲフィルタによって形成されており、フィルタ係数を変更することによって周波数特定を変化させることができる。音質設定部５０は、利用者の操作指示に応じて、音質処理部４４によって周波数特性を可変する内容を設定する。

図４は、周波数特性の設定画面を示す図である。この設定画面には、現在の周波数特性が示されている。横軸は周波数ｆに、縦軸は各周波数帯域の信号レベルをそれぞれ示している。なお、この周波数特性は、合成波形の周波数特性ではなく、合成波形をフィルタに通す場合のフィルタの周波数特性（フィルタ特性）を示している。図４に示す例では、可聴周波数帯域に対応する周波数特性がフラットな場合が示されている。利用者は、Ａ〜Ｇで示された各周波数帯域を指定して、対応する信号レベルを可変することができる。この周波数帯域の指定や信号レベルの可変操作は、設定操作部６０を用いて行うことができる。

デジタル−アナログ変換器７０は、音質処理部４４から出力される周波数特性可変後の合成波形データをアナログの音信号に変換する。この音信号は、アンプ７２によって増幅され、スピーカ７４から出力される。

上述した基本波形格納部３２が基本波形格納手段に、点火条件格納部２２が点火条件格納手段に、エンジン回転設定部１０がエンジン回転設定手段に、波形合成部４０が波形合成手段に、デジタル−アナログ変換器７０、アンプ７２、スピーカ７４がエンジン模擬音出力手段にそれぞれ対応する。また、ノイズ処理部４２がノイズ処理手段に、音質処理部４４が音質処理手段に、設定操作部６０が操作手段に、点火条件設定部２０が点火条件設定手段に、基本波形設定部３０が基本波形設定手段に、音質設定部５０が音質設定手段にそれぞれ対応する。また、エンジン回転設定部１０による動作がエンジン回転設定ステップの動作に、波形合成部４０による動作が波形合成ステップの動作に、デジタル−アナログ変換器７０、アンプ７２、スピーカ７４による動作がエンジン模擬音出力ステップの動作にそれぞれ対応する。

本実施形態のエンジン模擬音発生装置１００はこのような構成を有しており、次にその動作を説明する。図５は、合成波形データを生成して格納するまでの動作手順を示す流れ図である。図６は、格納された合成波形データを読み出してエンジン模擬音を出力するまでの動作手順を示す流れ図である。

エンジン回転設定部１０によってエンジン回転数が決定されると（ステップ１００）、波形合成部４０は、エンジンの各気筒に対応する基本波形の抽出範囲を決定する（ステップ１０１）。例えば、エンジン回転数が決まると、各気筒のクランクシャフトが１回転する時間が決まるため、基本波形の中でこの時間に対応する部分が抽出される。次に、波形合成部４０は、点火条件格納部２２に格納された各気筒毎の点火タイミングに合わせて、部分的に抽出した基本波形を合成する（ステップ１０２）。例えば、所定のサンプリング周波数に対応する時間間隔で合成波形の値が計算される。また、ノイズ処理部４２は、このようにして計算された合成波形のデータにランダムノイズを付加する（ステップ１０３）。ランダムノイズが付加された合成波形のデータは、時系列的に順番に先入れ先出し方式の格納部（図示せず）に格納される（ステップ１０４）。このような合成波形データの生成動作が繰り返される。

上述した合成波形データの生成、格納動作と並行して、音質処理部４４は、格納された合成波形データを読み出して（ステップ２００）、音質設定部５０によって設定された周波数特性に対応したフィルタリング処理を行う（ステップ２０１）。フィルタリング処理後の合成波形データはデジタル−アナログ変換器７０によってアナログ音信号に変換され（ステップ２０２）、アンプ７２で増幅されてスピーカ７４からエンジン模擬音が出力される（ステップ２０３）。このようなエンジン模擬音の生成、出力動作が繰り返される。

このように、本実施形態のエンジン模擬音発生装置１００では、エンジンの点火条件に基づいて基本波形データを合成することによりエンジン模擬音を発生させることができるため、実際に機械音や排気音、吸気音を録音する必要がなく、少ない手間でエンジン模擬音を生成することができる。また、波形合成後にランダムノイズを付加することにより、実際のエンジン音に近いエンジン模擬音の生成が可能となる。また、アクセル開度（あるいはスロットル開度）を示すアクセル信号に応じてエンジン回転数を変化させることにより、この変化したエンジン回転数に連動したエンジン模擬音の生成が可能となる。また、変速器のギア比を示すシフト信号に応じてエンジン回転数を変化させることにより、変速器のシフトアップ動作あるいはシフトダウン動作に連動させてエンジン模擬音を変化させることができる。

また、アクセル信号に応じて合成波形の波高値を可変することにより、エンジン出力の高低に応じてエンジン模擬音の出力レベルを変化させることができる。合成波形の周波数特性を可変してエンジン模擬音の音質を変更すことにより、爆発音以外の要素、例えばエンジンブロック形状やマフラー等による音質への影響を考慮することが可能になり、実際のエンジン音に近いエンジン模擬音の生成が可能となる。

また、点火条件、基本波形、音質処理部４４によってフィルタリング処理を行う際の周波数特性を利用者の操作に応じて設定することにより、エンジン模擬音の変更が可能になり、利用者毎の好みを反映させることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、エンジン回転設定部１０によってアクセル信号やシフト信号に基づいてエンジン回転数を決定したが、エンジン回転設定部１０は、このエンジン回転数を所定周波数で増減させてゆらぎを与えるようにしてもよい。これにより、さらに実際のエンジン音に近いエンジン模擬音の生成が可能となる。

また、上述した実施形態では、利用者が設定操作部６０を操作することにより、点火条件、基本波形、フィルタリング処理の周波数特性を任意に設定することができるようにしたが、ゲーム装置やドライビングシミュレータ等のエンジン模擬音発生に本発明の構成を用いる場合には、点火条件、基本波形、フィルタリング処理の周波数特性のそれぞれの内容を固定化してもよい。この場合には、図１に示す点火条件設定部２０、基本波形設定部３０、音質設定部５０の一部あるいは全部を省略するようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、ランダムノイズを付加した後の合成波形データを一旦格納し、その後この格納された合成波形データを読み出した後にフィルタリング処理を行うようにしたが、ランダムノイズ付加、合成波形格納・読み出し、フィルタリング処理の順番が入れ替えるようにしてもよい。すなわち、音質処理部４４によるフィルタリング処理を行った後の合成波形データを格納し、この格納された合成波形データを時系列的に順番に読み出してデジタル−アナログ変換器７０に入力するようにしてもよい。あるいは、波形合成部４０によって波形合成された直後のデータを格納し、この格納された合成波形データを時系列的に順番に読み出して、ランダムノイズ付加やフィルタリング処理を行うようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、波形合成を行った後に合成波形データを１つのデジタル−アナログ変換器７０に通してアナログのエンジン模擬音を生成したが、エンジンを構成する複数の気筒を複数にグループ分けし、それぞれのグループ毎に波形合成を行った後に（１つのグループに１気筒が対応している場合には波形合成する必要はなく、基本波形そのものが用いられる）合成波形データを別々のデジタル−アナログ変換器を通すようにしてもよい。この場合には、複数のデジタル−アナログ変換器のそれぞれから出力されるアナログ音信号を合成した後にアンプ７２で増幅してスピーカ７４から出力すればよい。

一実施形態のエンジン模擬音発生装置の全体構成を示す図である。 点火条件の設定画面を示す図である。 基本波形の設定画面を示す図である。 周波数特性の設定画面を示す図である。 合成波形データを生成して格納するまでの動作手順を示す流れ図である。 格納された合成波形データを読み出してエンジン模擬音を出力するまでの動作手順を示す流れ図である。

符号の説明

１０ エンジン回転設定部
２０ 点火条件設定部
２２ 点火条件格納部
３０ 基本波形設定部
３２ 基本波形格納部
４０ 波形合成部
４２ ノイズ処理部
４４ 音質処理部
５０ 音質設定部
６０ 設定操作部
７０ デジタル−アナログ変換器（Ｄ／Ａ）
７２ アンプ
７４ スピーカ
１００ エンジン模擬音発生装置

Claims (11)

1. １回の爆発に対応する基本波形データが格納される基本波形格納手段と、
   エンジンの気筒数とそれぞれの気筒毎に爆発時期を示す点火タイミングとが点火条件として格納される点火条件格納手段と、
   エンジン回転数を設定するエンジン回転設定手段と、
   前記エンジン回転設定手段によって設定されたエンジン回転数と、前記点火条件格納手段に格納された点火条件とに基づいて、各気筒に対応する前記基本波形データを合成する波形合成手段と、
   前記波形合成手段によって合成された波形データに基づいてエンジン模擬音を発生するエンジン模擬音出力手段と、
   を備えることを特徴とするエンジン模擬音発生装置。
2. 請求項１において、
   前記波形合成手段によって合成された波形データにランダムノイズを付加する処理を行うノイズ処理手段をさらに備えることを特徴とするエンジン模擬音発生装置。
3. 請求項１または２において、
   前記エンジン回転設定手段は、エンジン回転数にゆらぎを与えることを特徴とするエンジン模擬音発生装置。
4. 請求項１または２において、
   前記エンジン回転設定手段は、アクセル開度あるいはスロットル開度を示すアクセル信号に応じてエンジン回転数を変化させることを特徴とするエンジン模擬音発生装置。
5. 請求項３または４において、
   前記エンジン回転設定手段は、変速器のギア比を示すシフト信号に応じてエンジン回転数を変化させることを特徴とするエンジン模擬音発生装置。
6. 請求項１または２において、
   前記波形合成手段は、アクセル開度あるいはスロットル開度を示すアクセル信号に応じて、合成された波形の波高値を可変することを特徴とするエンジン模擬音発生装置。
7. 請求項１〜６のいずれかにおいて、
   前記波形合成手段によって合成された波形の周波数特性を可変することにより、前記エンジン模擬音出力手段から出力されるエンジン模擬音の音質を変更する音質処理手段をさらに備えることを特徴とするエンジン模擬音発生装置。
8. 請求項１〜７のいずれかにおいて、
   利用者が操作可能な操作手段と、
   前記操作手段を用いた利用者の操作内容に応じて、前記点火条件格納手段に格納する前記点火条件の内容を設定する点火条件設定手段と、
   をさらに備えることを特徴とするエンジン模擬音発生装置。
9. 請求項１〜７のいずれかにおいて、
   利用者が操作可能な操作手段と、
   前記操作手段を用いた利用者の操作内容に応じて、前記基本波形格納手段に格納する前記基本波形データの形状を設定する基本波形設定手段をさらに備えることを特徴とするエンジン模擬音発生装置。
10. 請求項７において、
    利用者が操作可能な操作手段と、
    前記操作手段を用いた利用者の操作内容に応じて、前記音質処理手段によって周波数特性を可変する内容を設定する音質設定手段をさらに備えることを特徴とするエンジン模擬音発生装置。
11. エンジン回転数を設定するエンジン回転設定ステップと、
    前記エンジン回転設定ステップにおいて設定されたエンジン回転数と、エンジンの気筒数とそれぞれの気筒毎に爆発時期を示す点火タイミングとが含まれる点火条件とに基づいて、各気筒に対応する基本波形データを合成する波形合成ステップと、
    前記波形合成ステップにおいて合成された波形データに基づいてエンジン模擬音を発生するエンジン模擬音出力ステップと、
    を有することを特徴とするエンジン模擬音発生方法。
    

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