JP2008094328A - エンジン音加工装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 収音したエンジン音を所望のランブル感を持ったエンジン音に加工し、運転者に提供する。
【解決手段】 信号処理部100は、マイク11−1等による収音により得られた信号に加工を施し、合成エンジン音信号YLおよびYRを生成する。制御部200は、エンジン回転センサ201により検出されるエンジン回転数に対応した周波数を有し、アクセル開度等の運転状態パラメータに基づいて決定される変調の深さを持った変調信号を出力する。合成エンジン音信号の生成過程において、信号処理部100内の振幅変調部102−1等は、この変調信号により、エンジン音信号の振幅変調を行い、合成エンジン音信号YLおよびYRに運転状態に応じたランブル感を持たせる。
【選択図】図1

Description

この発明は、車両において収音されたエンジン音等を加工して車両内に出力するエンジン音加工装置に関する。
近年、騒音防止の観点からエンジン音の外部への放射の少ない車両が求められているが、その一方、車両内において迫力のあるエンジン音を楽しみたいという要求もある。そこで、このような要求に応えるための技術的手段として、車両においてマイクによりエンジン音を収音し、これに加工を施して車両内に出力するエンジン音加工装置が各種提案されている。例えば特許文献1は、車両において発生するエンジン音を収音し、そのエンジン音に対し、運転状態に応じて低音域の音量を上げる等、周波数特性の調整を施して車室内に放音する装置を提案している。また、特許文献2は、収音したエンジン音に対し、エンジンの回転数に対応した次数成分のレベルの調整を施して車室内に放音する装置を提案している。
特開平2005−134749号公報 特開平2004−74994号公報
ところで、車両の中には、音圧に車両独特の脈動が加わっており、ゴロゴロと唸るようなランブル感を聴者に感じさせるエンジン音を発生するものがある。この種の車両のエンジン音が持つランブル感は、車両の構造等により区々であるが、快いランブル感を持ったエンジン音は、車両の力強さや高級感を運転者にアピールする。また、エンジン音が持つランブル感は、アクセル開度や車速等の運転状態の変化に応じて変化し、このランブル感の変化の態様も車両により区々である。その意味において、エンジン音が持つランブル感は、車両の個性であるといえる。そして、運転の愛好家の間では、自分の車両本来のエンジン音とは異なる所望のランブル感を持ったエンジン音を楽しみたいという要求も多い。しかしながら、このような要求に応えるエンジン音を運転者に提供することができるエンジン音加工装置はこれまで提供されていなかった。
この発明は、以上説明した事情に鑑みてなされたものであり、収音したエンジン音または再生したエンジン音を所望のランブル感を持ったエンジン音に加工し、運転者に提供することができるエンジン音加工装置を提供することを目的とする。
この発明は、車両において発生したエンジン音を収音し、または前記車両のエンジンの回転に同期した速度で記憶媒体からエンジン音波形を再生することにより、エンジン音信号を取得するエンジン音信号取得手段と、車両の運転状態を検出し、運転状態パラメータを出力する運転状態検出手段と、前記運転状態パラメータに基づいて決定される変調の深さを有する変調信号を生成する制御部と、前記エンジン音信号取得手段により取得されるエンジン音信号を、前記変調信号によって振幅変調する振幅変調手段と、前記振幅変調手段による振幅変調を経たエンジン音信号を音として車両内に出力するエンジン音出力手段とを具備することを特徴とするエンジン音加工装置を提供する。
かかる発明によれば、取得されたエンジン音信号に対し、運転状態に応じた深さで振幅変調が施され、運転状態に応じたランブル感を持ったエンジン音が車両内に出力される。
以下、図面を参照し、この発明の実施の形態を説明する。
図1は、この発明の一実施形態であるエンジン音加工装置の構成を示すブロック図である。このエンジン音加工装置は、車両において収音されたエンジン音に加工を施して車室内に出力する装置である。図1に示す例では、吸気音、エンジン爆発音、排気音、メカ音およびその他の音がエンジン音の成分として選択されており、N個のマイク11−k(k=1〜N)は、それらのエンジン音の各成分を収音可能な各位置に配置されている。マイク11−k(k=1〜N)は、収音したエンジン音波形を示すアナログエンジン音信号を各々出力する。マイク11−k(k=1〜N)から出力されるアナログエンジン音信号は、アンプ12−k(k=1〜N)により増幅され、A/D変換器13−k(k=1〜N)に与えられる。A/D変換器13−k(k=1〜N)は、所定のサンプリング周期のサンプリングクロックにより、各アンプ12−k(k=1〜N)から出力されるアナログエンジン音信号をサンプリングし、デジタルエンジン音信号DAk(k=1〜N)に変換して出力する。
信号処理部100は、A/D変換器13−k(k=1〜N)から出力されるデジタルエンジン音信号DAk(k=1〜N)に基づいて左右2チャネル分のデジタル形式の合成エンジン音信号YLおよびYRを生成する信号処理を実行する装置である。この信号処理部100は、専用の電子回路により構成してもよいが、DSP(Digital Signal Processor;デジタル信号処理装置)等のプロセッサにより構成してもよい。信号処理部100における信号処理は、上記サンプリングクロックに同期して実行される。
信号処理部100から出力される合成エンジン音信号YLおよびYRは、D/A変換器151Lおよび151Rによってアナログ信号に変換された後、アンプ152Lおよび152Rによって増幅され、エンジン音出力手段としての左右のスピーカ153Lおよび153Rから音として車室内に出力される。
信号処理部100は、デジタルエンジン音信号DAk(k=1〜N)に基づいて合成エンジン音信号YLおよびYRを生成するための手段として、伝達特性模擬フィルタ101−k(k=1〜N)と、振幅変調部102−k(k=1〜N)と、ミキサ110と、フィルタ121Lおよび121Rと、動的フィルタ122Lおよび122Rとを有している。信号処理部100をDSP等のプロセッサにより構成する態様では、各種のフィルタ、振幅変調部、ミキサの実体は、プロサッサにそれらのフィルタ、振幅変調部、ミキサとしての処理を行わせるプログラムである。
伝達特性模擬フィルタ101−k(k=1〜N)は、吸気音、エンジン爆発音等の音源毎に用意されたフィルタであり、デジタルエンジン音信号DAk(k=1〜N)に対し、伝達特性模擬フィルタ処理と帯域制限処理を施し、デジタルエンジン音信号DBk(k=1〜N)として各々出力する。ここで、伝達特性模擬フィルタ処理は、吸気音、エンジン爆発音等の音源毎に、その音源から車両のボディを介して運転者に至るまでの音の伝達系の特性をシミュレートしたフィルタ処理である。また、帯域制限処理は、吸気音、エンジン爆発音等の音源毎に、その音源の音の周波数帯域の成分のみを取り出すためのフィルタ処理である。
振幅変調部102−k(k=1〜N)は、制御部200から与えられる変調信号m(t、k)(k=1〜N)によりデジタルエンジン音信号DBk(k=1〜N)に振幅変調処理を各々施し、デジタルエンジン音信号DCk(k=1〜N)を出力する。なお、制御部200における変調信号m(t、k)(k=1〜N)の発生方法については後述する。
ミキサ110は、制御部200による制御の下、振幅変調部102−k(k=1〜N)から出力されるデジタルエンジン音信号DCk(k=1〜N)をミキシングして左右のチャネルのデジタルエンジン音信号XLおよびXRを合成する。フィルタ121Lおよび121Rは、スピーカ153Lおよび153Rから出力するのに適さない不要な高域成分および低域成分をミキサ110の出力信号XLおよびXRから除去したり周波数特性を整えたりするフィルタである。動的フィルタ122Lおよび122Rは、フィルタ121Lおよび121Rの各出力信号にフィルタ処理を施して合成エンジン音信号YLおよびYRを出力するフィルタであり、周波数対利得特性の制御が可能な構成となっている。好ましい態様では、運転者に聴取されるエンジン音に対し、エンジン回転数に応じた迫力を与えるため、単位時間当たりのエンジン回転数が例えば3000rpm付近である場合には、400Hz付近の周波数帯域の利得を持ち上げ、単位時間当たりのエンジン回転数が例えば6000rpm付近である場合には、1kHz付近の周波数帯域の利得を持ち上げる、という具合に、制御部200により動的フィルタ122Lおよび122Rの周波数対利得特性の制御が行われる。
制御部200は、信号処理部100の制御を含むエンジン音加工装置全体の制御を行う装置である。制御部200には、エンジン回転センサ201、車速センサ202およびアクセル開度センサ203等、車両の運転状態を示すパラメータを得るための各種のセンサと、メモリ210と、操作表示部220とが接続されている。操作表示部220は、車室内において運転者の前方の位置に配置されており、運転者に各種の表示情報を提供する液晶表示パネル等の表示部と運転者からコマンドや情報を受け取るための押しボタン等の操作子により構成されている。メモリ210には、信号処理部100の制御に用いられる複数種類の制御プログラムが記憶されている。これらの制御プログラムは、エンジン回転センサ201等の各種のセンサの出力信号に基づいて信号処理部100の信号処理を制御するための各種のパラメータを生成するプログラムである。
制御部200によって生成されるパラメータのうち特徴的なものとして、上述した振幅変調部102−k(k=1〜N)に与えられる変調信号m(t、k)(k=1〜N)がある。制御部200は、この変調信号m(t、k)(k=1〜N)として、図2に例示するように、「1」を最大振幅値とする正弦波を出力する。この変調信号m(t、k)は、次式により与えられる。
m(t、k)
=1−(h(k)/2)・(sin(2πf(k)t+θ)+1) ……(1)
上記式(1)において、f(k)は変調信号m(t、k)の変調周波数、h(k)は変調の深さである。
4サイクルエンジンの場合、制御部200は、変調周波数f(k)(k=1〜N)を決定するため、次式に従い、エンジン回転サンサ201の出力信号が示すエンジン回転数rから回転0.5次に相当する周期T0(爆発の周期)を算出する。
T0=(2×60)/r ……(2)
そして、制御部200は、周期T0の逆数である基本周波数F0を算出し、この基本周波数F0またはその整数倍の周波数を変調周波数f(k)(k=1〜N)とする。ここで、振幅変調の対象であるデジタルエンジン音信号DBk(k=1〜N)は、各々エンジン音の一成分である吸気音、エンジン爆発音等に相当する成分を各々有している。これらの各成分は、エンジンの回転をトリガとして発生するため、基本周波数F0およびその整数倍の倍音周波数のスペクトルを有している。このようなデジタルエンジン音信号DBk(k=1〜N)に基本周波数F0と同一またはその整数倍の変調周波数f(k)(k=1〜N)で振幅変調を施すと、これにより得られるデジタルエンジン音信号DCk(k=1〜N)は、エンジンの振動が強調され、ランブル感を持ったエンジン音を示すものとなる。
各変調周波数f(k)(k=1〜N)は、同じ周波数としてもよいが、例えば吸気音に対応したデジタルエンジン音信号DB1の振幅変調の変調周波数f(1)は基本周波数F0のk1倍とし、エンジン爆発音に対応したデジタルエンジン音信号DB2の振幅変調の変調周波数f(2)は基本周波数F0のk2倍にする、という具合に、吸気音、エンジン爆発音等の成分間で変調周波数f(k)(k=1〜N)を異ならせてもよい。
また、制御部200は、変調の深さh(k)(k=1〜N)を決定するために、エンジン回転センサ201、車速センサ202およびアクセル開度センサ203等から出力される運転状態パラメータを監視する。そして、運転状態パラメータまたはその時間的変化の態様に基づいて、変調の深さh(k)(k=1〜N)を演算する。この場合、変調の深さh(k)(k=1〜N)は、吸気音、エンジン爆発音等の成分間で同じ深さにしてもよく、成分間で異ならせてもよい。あるいは一部の成分については、変調の深さh(k)を0に固定し、振幅変調を行わせないようにしてもよい。
そして、制御部200は、このようにして決定される変調周波数f(k)(k=1〜N)および変調の深さh(k)(k=1〜N)に基づき、上記式(1)に示す変調信号m(t、k)(k=1〜N)を発生し、信号処理部100の振幅変調部102−k(k=1〜N)に供給するのである。
基本周波数F0から各変調周波数f(k)(k=1〜N)を決定する方法および運転状態パラメータから変調の深さh(k)(k=1〜N)を決定する方法は、メモリ210に記憶された複数種類の制御プログラム間で異なる。制御部200は、これらの制御プログラムのうち操作表示部220の操作により指定された制御プログラムを実行し、その制御プログラムの実行により生成された変調信号m(t、k)(k=1〜N)等のパラメータを信号処理部100に供給する。
次に図3〜図6を参照し、本実施形態の動作例を説明する。図3は、本実施形態によるエンジン音加工装置が搭載された車両がある区間を走行したときの車速の変化の様子を示すグラフである。図4は、同区間を走行中の同車両のアクセル開度の変化の様子を示すグラフである。そして、図5は、同車両のエンジン音加工装置の制御部200がある制御プログラムを実行している場合に同制御プログラムにより決定されたデジタルエンジン音信号DBk(k=1〜N)の振幅変調の深さh(k)を示すグラフである。なお、この例では、吸気音、エンジン爆発音等の各成分間で振幅変調の態様に差を設けず、各成分間で振幅変調周波数を同じ周波数とし、変調の深さも同じ深さとしている。
この動作例において、制御部200が実行している制御プログラムは、アクセル開度と車速とに基づいて変調の深さh(k)(k=1〜N)を算出しており、アクセル開度が上昇(正方向に変化)する速さに応じて変調の深さh(k)(k=1〜N)を増加させ、車速が閾値を越えている場合にはその超過分に応じて変調の深さh(k)(k=1〜N)を減少させている。
具体的には制御部200は、次の手順により振幅変調の深さh(k)(k=1〜N)を算出している。
(1)まず、アクセル開度の時間微分値を算出し、時間微分値を最大値が1程度になるように正規化する。
(2)次に、アクセル開度の時間微分値に適度な時定数のローパスフィルタ処理または重み付け移動平均算出処理などを施し、アクセル開度の時間微分値のエンベロープを求める。
(3)このアクセル開度の時間微分値のエンベロープにおいて、負の値となっている区間はエンベロープの瞬時値を0とする。
(4)次に車速に応じた変調深さの補正値を決める。図6はこの変調深さの補正値の例を示すグラフである。この例では、車速が30km/hに満たない場合には補正値を0とし、車速が30km/hを越える区間では、その超過分に相当するだけ補正値を負方向に変化させている。
(5)次に、(2)で求めたアクセル開度の時間微分値のエンベロープと(4)で求めた補正値との和を求め、変調の深さh(k)(k=1〜N)とする。その際、和が負となる場合にはh(k)(k=1〜N)=0とする。
このような方法により変調の深さh(k)(k=1〜N)を算出すると、次のようなエンジン音のランブル感の変化が実現される。
まず、車速が低い状態において、アクセルが急激に踏み込まれ、アクセル開度の時間微分値が上昇したときには、変調の深さh(k)(k=1〜N)が大きくなり、車室内に出力されるエンジン音のランブル感が強くなる(例えば図3〜図5では時刻10s付近においてアクセル開度の上昇に対して変調の深さが上昇している点に注目)。
次に、車速が高い状態では、アクセルが踏み込まれ、アクセル開度が上昇しても、変調の深さh(k)(k=1〜N)は浅くなり、車室内に出力されるエンジン音のランブル感は弱くなる(例えば図3〜図5では時刻30s付近においてアクセル開度が上昇しても変調の深さが0である点に注目)。
以上のように、この動作例では、実際の車両の走行の際に見られるアクセル開度の情報、車速、エンジン音のランブル感の3者の関係と同じ関係を再現することができる。
以上説明したように、本実施形態によれば、収音したエンジン音を示す信号に対し、運転状態パラメータに応じた振幅変調を施して出力するので、運転状態に応じたランブル感を持ったエンジン音を運転者に提供することができる。また、本実施形態では、吸気音、エンジン爆発音等の各成分毎に、振幅変調の有無あるいは程度、振幅変調の変調周波数を基本周波数F0の何倍の周波数にするかを制御部200に実行させる制御プログラムにおいて任意に定めるようにしている。従って、ランブル感を持ったデジタルエンジン音信号として多彩な内容のものを生成することができる。
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明にはこれ以外にも他の実施形態が考えられる。例えば次の通りである。
(1)上記実施形態では、ミキサ110によるミキシング前の段階において、吸気音、エンジン爆発音等の各成分単位で振幅変調処理を実行したが、ミキサ110の後段の例えばフィルタ121Lおよび121Rに振幅変調処理を行わせ、後段の回路に出力させるようにしてもよい。
(2)上記実施形態では、吸気音、エンジン爆発音等の成分毎の振幅変調の有無(変調の深さh(k)を運転状態パラメータから算出した値にするか0に固定するか)を制御部200が制御プログラムに従って決定したが、車両内の運転者の手前に操作子を設け、この操作子の操作により各成分についての振幅変調の有無が決定されるように構成してもよい。
(3)上記実施形態では、制御部200が運転状態パラメータに応じて振幅変調の深さを決定したが、振幅変調の程度を指定する操作子を設け、制御部200がこの操作子により指定される振幅変調の程度の指定値と運転状態パラメータに基づいて(例えば両者の乗算により)、振幅変調の深さを決定するように構成してもよい。
(4)振幅変調の深さの制御に用いる運転状態パラメータを運転者が操作子の操作により指定できるようにしてもよい。例えば車速、アクセル開度、エンジン回転数等の各種の運転状態パラメータを指定する操作子を車両内に設ける。そして、運転者が例えば車速およびアクセル開度を指定する各操作子をONにした場合、制御部200は、予めメモリ210に記憶された各種の関数の中から車速およびアクセル開度を独立変数とし、振幅変調の深さを従属変数とする関数を選択し、この関数を使用して振幅変調の深さの制御を行うのである。
(5)上記実施形態では、正弦波の変調信号を用いたが、変調信号として、矩形波、三角波等の正弦波以外の周期波形信号を用いてもよい。あるいは、変調信号の波形を、吸気音、エンジン爆発音等の各成分間で異ならせてもよい。あるいは、変調信号の波形を、各成分毎に運転者が選択できるように構成してもよい。
(6)信号処理部100をアナログ回路により構成し、A/D変換器13−k(k=1〜N)、D/A変換器151Lおよび151Rを削除してもよい。
(7)上記実施形態では、エンジン回転センサ201により検出されるエンジン回転数に基づいて基本周波数F0を求めたが、収音されるエンジン爆発音等の信号波形から基本周波数F0を検出してもよい。
(8)上記実施形態では、変調周波数f(k)を基本周波数F0の整数倍の周波数としたが、変調周波数f(k)を基本周波数F0の非整数倍の周波数としてもよい。
(9)上記実施形態では、エンジン音を収音して、これに加工を施してスピーカから再生した。しかし、このように実際にエンジン音を収音する代わりに、エンジン音の波形データを予めメモリに記憶させ、このメモリからエンジン回転数に応じた読み出し速度で波形データを読み出して、擬似エンジン音信号を再生し、この擬似エンジン音信号に対し、上記実施形態と同様な信号処理を施してもよい。
この発明の一実施形態であるエンジン音加工装置の構成を示すブロック図である。 同実施形態における変調信号の波形を例示する図である。 同実施形態の動作例における車両の車速の変化の様子を示すグラフである。 同動作例における同車両のアクセル開度の変化の様子を示すグラフである。 同動作例における変調の深さの変化の様子を示すグラフである。 同動作例における変調の深さの補正値の例を示すグラフである。
符号の説明
200……制御部、210……メモリ、220……操作表示部、201……エンジン回転センサ、202……車速センサ、203……アクセル開度センサ、11−k(k=1〜N)……マイク、12−k(k=1〜N)……アンプ、13−k(k=1〜N)……A/D変換器、100……信号処理部、151L,151R……D/A変換器、152L,152R……アンプ、153L,153R……スピーカ、101−k(k=1〜N)……伝達特性模擬フィルタ、102−k(k=1〜N)……振幅変調部、110……ミキサ、121L,121R……フィルタ、122L,122R……動的フィルタ。

Claims (4)

  1. 車両において発生したエンジン音を収音し、または前記車両のエンジンの回転に同期した速度で記憶媒体からエンジン音波形を再生することにより、エンジン音信号を取得するエンジン音信号取得手段と、
    車両の運転状態を検出し、運転状態パラメータを出力する運転状態検出手段と、
    前記運転状態パラメータに基づいて決定される変調の深さを有する変調信号を生成する制御部と、
    前記エンジン音信号取得手段により取得されるエンジン音信号を、前記変調信号によって振幅変調する振幅変調手段と、
    前記振幅変調手段による振幅変調を経たエンジン音信号を音として車両内に出力するエンジン音出力手段と
    を具備することを特徴とするエンジン音加工装置。
  2. 前記車両のエンジン回転数を検出するエンジン回転センサを具備し、
    前記制御部は、前記変調信号の周波数を、前記エンジン回転センサにより検出されたエンジン回転数に基づいて決定することを特徴とする請求項1に記載のエンジン音加工装置。
  3. 前記運転状態検出手段は、前記運転状態として、前記車両の車速とアクセル開度を検出する手段を具備し、
    前記制御部は、前記車両のアクセル開度が正方向に変化する速さに応じて前記変調の深さを増加させ、前記車両の車速が閾値を越えている場合にはその超過分に応じて前記変調の深さを減少させることを特徴とする請求項1または2に記載のエンジン音加工装置。
  4. 前記エンジン音信号取得手段は、車両の各部において各々エンジン音の一成分となる音を収音し、収音した音を示す信号を出力する複数の収音部を具備し、
    前記制御手段は、前記複数の収音部の各出力信号毎に個別的に前記変調信号を出力し、
    前記振幅変調手段は、前記複数の収音部の各出力信号に対し、各出力信号毎に個別的に出力された変調信号を用いた振幅変調を施すことを特徴とする請求項1〜3に記載のエンジン音加工装置。
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