JP2014135694A - 車載音響装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】簡易な構成で既存のスピーカによる音像の上下方向も含めた音像定位を実現する車載音響装置を提供する。
【解決手段】オーディオシステム7は、音信号供給部71、音信号処理部72、バランス調整部73、及び音信号出力部74を備える。音信号処理部72を構成する右用信号処理部72R及び左用信号処理部72Lは、音信号供給部71から供給される音信号に対し伝達関数に基づくフィルタリングを実行する。使用する伝達関数は、頭部伝達関数721、空間伝達特性補正関数722、車高特性補正関数723からなり、空間伝達特性補正関数722は、再生音場の特性を表す空間伝達関数G0(s)の逆関数である。車高特性補正関数723は、車高の高さによって上下方向の定位を伝達関数に基づいたフィルタリング処理を実行するものであり、車高(ひいてはドライバの目線高さ)が高いほど視線を下げる様に、車高が低いほど視線を上げる様に、視線を誘導するように設定する。
【選択図】図2

Description

本発明は、車両に搭載して使用する車載音響装置に関する。
従来、車両に搭載された複数のスピーカを用いて、注意を必要とする物体等(対象物)が存在する注視点の方向に音像を定位させることにより、ドライバの視線を対象物に誘導する技術が知られている。但し、これらは、音像定位を、水平方向についてのみ行い、上下方向については考慮されていないものが一般的である。このため、車両内におけるスピーカの設置位置や、車高等によって変化するドライバの目線の高さによっては、音像の定位位置が低すぎたり高すぎたりして、ドライバの注意を速やかに対象物に向けさせることができない場合がある。
これに対して、複数のスピーカを車内の上下方向に設置することによって、上下方向の音像定位を実現する技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開平2009−166700号公報
しかし、上述の従来技術では、スピーカを上下方向に異なる位置に配置する必要があるため、多くの車両では、現存するスピーカを用いて実現することができず、また、実現するには新たにスピーカを設置しなければならないという問題があった。
本発明は、上記問題点を解決するために、簡易な構成で既存のスピーカによる音像の上下方向も含めた音像定位を実現する車載音響装置を提供することを目的とする。
本発明の車載音響装置では、音信号供給部が音信号を供給し、音信号処理部が、音信号供給部から供給される音信号に対して、音像を制御するための信号処理を施し、音出力部が、音信号処理部にて処理された音信号に従って音を出力する。
但し、音信号処理部では、空間伝達特性補正部が、車室内の空間伝達特性を表す伝達関数の逆関数を、音信号に対して作用させ、また、車高特性補正部が、車両の車高に応じて伝達関数に基づいたフィルタリング処理を行う。
このように構成された本発明の車載音響装置によれば、空間伝達特性補正部により、車室内の環境によらず同じ状態で音を乗員に提供することができる。つまり、車室内での音の伝わり方(空間伝達特性)は、車室内の環境によって様々に変化するが、この空間伝達特性を表す伝達関数の逆関数を音信号に作用させることにより、周波数特性をフラット化することができる。
更に、車高特性補正部により、上下方向に音像を調整することができ、車高に適した上下方向の位置から音が聞こえるように調整することができる。即ち、伝達関数に基づいたフィルタリング処理を行うことにより、音像の上下位置を調整している。
従って、車高が高い場合にはスピード感が感じにくいので、視線を下げる様に誘導することでスピード感を感じやすくし、車高が低い場合には視線が低くなりがちなので視線が上を向く様に誘導することで周囲を見やすくすることができ、安全な方向に上下方向に位置が異なるスピーカを用いることなく、ドライバの視線を適切な高さ(ひいては距離)に誘導することができる。
車載音響装置1の構成を表すブロック図である。 オーディオシステム7の構成を表すブロック図である。 提供内容設定部44が実行する処理を表すフローチャートである。 バランス調整システム6が実行する処理を表すフローチャートである。 音量の低下のさせ方を例示するグラフである。
以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
<全体構成>
車載音響装置1は、車両(以下、自車両とする)に搭載される車載システムであって、音像定位を用いてドライバの視線を誘導するサービス(視線誘導サービス)を提供するものである。図1に示すように、車載音響装置1は、環境認識システム2、車載センサシステム3、目標位置生成システム4、立体音響システム5、バランス調整システム6、オーディオシステム7、及びユーザが当該装置1に対して行う各種操作を入力する操作入力部8を備える。
環境認識システム2は、周知のナビゲーションシステム、及び自車両の周囲を撮像する車外カメラ、自車両の車室内を撮像する車内カメラを少なくとも備えており、車両内外の環境を認識する。ナビゲーションシステムは、地図情報(道路情報,施設情報を含む)、GPS機能、地図情報の検索機能を少なくとも備えており、自車両周辺の地図を表示し、その地図上で自車両の位置を表示する処理や、経路案内の目的地となる位置や施設を検索する処理を少なくとも実行する。車外カメラは少なくとも自車両の前方を撮像するように設置されている。車内カメラは、車両の乗員の頭部周辺(特に顔の表情)を撮像するように設置されている。
車載センサシステム3は、車輪速センサ及びジャイロセンサを少なくとも備えている。車載センサシステム3は、車輪速センサを用いて自車両の車速を検出し、ジャイロセンサを用いて、自車両のヨーレートを検出する。
操作入力部8は、ユーザからの各種指令を入力するために設けられたものであり、物理的な押しボタンスイッチの他、図示しない表示装置と一体に構成されたタッチパネルタッチパネル等によって構成されている。
目標位置生成システム4、立体音響システム5、及びバランス調整システム6はそれぞれ周知のコンピュータからなり、後述する処理を実行する。目標位置生成システム4、立体音響システム5、バランス調整システム6は、それぞれ、メモリ4a、メモリ5a、及びメモリ6aを備えており、それらのメモリに、後述する処理を実行するプログラムが記憶されている。
<オーディオシステム>
オーディオシステム7は、図2に示すように、音信号供給部71、音信号処理部72、バランス調整部73、及び音信号出力部74を備える。
音出力部74は、自車両の車室内においてドライバの前方右側に配置される前方R用スピーカFR、ドライバの後方右側に配置される後方R用スピーカRR、ドライバの前方方左側に配置される前方L用スピーカFL、及びドライバの後方左側に配置される後方L用スピーカRLを備える。つまり、前方スピーカFR,FLは、少なくとも水平面内での位置が異なるように設定されている。以下では、スピーカFR,FLを総称して前方スピーカ、スピーカRR,RLを総称して後方スピーカ、スピーカFR,RRを総称して右側スピーカ、スピーカFL,RLを総称して左側スピーカともいう。
音信号供給部71は、音源群711と音源選択部712とで構成されている。音源群711は、複数の音源A〜Cからなり、例えば、CD(コンパクトディスク)音源、ラジオ放送音源、ユーザ作成音源等が用いられる。音源選択部712は操作入力部8を介したユーザの操作に従って、複数の音源A〜Cの中から1つの音源を選択し、その音源から供給される音信号(音データ)を右用音信号及び左用音信号に分けて音信号処理部72に供給する。
音信号処理部72は、右用信号処理部72R及び左用信号処理部72Lを備える。右用信号処理部72Rは、音源選択部712から供給される右用音信号に対し伝達関数に基づくフィルタリングを実行する右用信号処理部72Rと、音源選択部712から供給される左用音信号に対し伝達関数に基づくフィルタリングを実行する左用信号処理部72Lとを備えている。フィルタリング後の右用音信号及び左用音信号は、バランス調整部73に供給される。
ここで使用される伝達関数は、詳しくは、頭部伝達関数(Head-Related Transfer Function,HRTF)721、空間伝達特性補正関数722、車高特性補正関数723によって構成される。
頭部伝達関数721(H(s)とも表記する)は、周知の音像定位技術に用いられるものであり、仮想音源(後述する目標位置)から聴取者(車両の乗員、特にドライバ)の鼓膜までの音の伝達特性を表すものである。
空間伝達特性補正関数722(G0(s)-1とも表記する)は、再生音場の特性を表す空間伝達関数G0(s)の逆関数であり、周知のトランスオーラル手法に基づいた逆フィルタ処理を行うためのものである。
車高特性補正関数723(G1(s)とも表記する)は、伝達関数に基づいたフィルタリング処理を行うためのもので、具体的には、車高(ひいてはドライバの目線高さ)に応じて、車高が高いほど視線を下げる様な処理を行い、車高が低いほど視線が上がる様な処理を行うように設定される。フィルタの特性は、所定の仰角方向/俯角方向(例えば−40[deg],−20[deg],0[deg],20[deg],40[deg])に音源が位置するように聞こえる特性を実験的に求めたものを用いてもよいし、音源の位置の高低と関係するものとして経験的に知られている特徴的な周波数帯を強調する特性を有するものを用いてもよい。
これらの関数のうち、頭部伝達関数H(s)については、立体音響システム5からの指示によって設定され、通常、右用信号処理部72Rと左用信号処理部72Lとでは異なったものが設定される。頭部伝達関数H(s)の設定は、具体的には、立体音響システム5からの指示に示された目標位置毎に、それに対応付けられた伝達関数を予め複数保持しており、指示に従っていずれかの伝達関数を選択する。一方、空間伝達特性補正関数G0(s)-1と、車高特性補正関数G1(s)については、車載音響装置1を搭載する車両の車種(車高、車室内の形状)に応じて、車両の出荷時等に設定される。特に、空間伝達特性補正関数G0(s)-1は、車室内の空間伝達特性を計測した結果から求めた空間伝達関数G0(s)の逆関数が用いられる。車高特性補正関数G1(s)は、予め用意された複数種類の関数の中から、車高に応じたものが適宜選択して用いられる。
バランス調整部73は、右バランス調整部73R及び左バランス調整部73Lを備える。右バランス調整部73Rは、右用信号処理部72Rから供給される信号処理(フィルタリング)が施された右用音信号を2分岐させて、右側スピーカFR,RRに供給する音信号を生成する。これと共に、操作入力部8を介したユーザの操作又はバランス調整システム6からの指令に従って分岐した音信号の振幅等を調整することで、右側スピーカFR,RRの音量や音バランスを調整する。これと同様に、左バランス調整部73Lは、左用信号処理部72Lから供給される信号処理(フィルタリング)が施された左用音信号を2分岐させて、左側スピーカFL,RLに供給する音信号を生成する。これと共に、操作入力部8を介したユーザの操作又はバランス調整システム6からの指令に従って分岐した音信号の振幅等を調整することで、左側スピーカFL,RLの音量や音バランスを調整する。つまり、右バランス調整部73R及び左バランス調整部73Lを連動させることで、前方スピーカFR,FLと後方スピーカRR,RLのバランスを調整することができ、右バランス調整部73Rと左バランス調整部73Lとで個別に音量を調整することによって、右側スピーカFR,RRと左側スピーカFL,RLのバランスを調整することができる。
このように構成されたオーディオシステム7では、立体音響システム5からの指示に従って、目標位置に対応する頭部伝達関数H(s)が設定されると、オーディオシステムによって生成される音像は、目標位置に定位したものとなる。即ち、ドライバにとって、あたかも目標位置の方向、距離において発音されているように聞こえることになる。
<目標位置生成システム>
目標位置生成システム4は、視線誘導サービスを提供する際に、立体音響システム5に対する指令値となる目標位置を生成するものであり、図1に示すように、注視点誘導部41と、注意喚起部42と、サービス提供部43と、提供内容設定部44とからなる。
注視点誘導部41は、運転中のドライバの視線を、自車両の位置、自車両の運動状態、及び自車両の走行環境に応じた適切な位置(注視点:運転中のドライバが注視すべき位置)に誘導するための目標位置を生成する処理を実行する。本処理は、所定周期で繰り返し実行され、その都度、目標位置を生成する。具体的には、環境認識システム2からの情報及び車載センサシステム3からの情報を利用し、現時点からN(0より大きい実数)秒後における自車両の位置、運動状態(車速、ヨーレート)、及び走行環境(道路の曲率)に基づいて注視点を推定する。この注視点の推定には、例えば、特許第4735676号公報に記載されている方法を用いることができる。なお、注視点の決定に用いられる車両の走行環境は、道路の曲率以外のものであってもよく、例えば、他の車両の位置、他の車両の走行方向、他の車両の速度、道路の状態(障害物、凍結、水溜り、積雪、ひび割れ、隆起等の有無)、気候条件(降雨、降雪、霧等の有無、気温)、車外の明るさ等を車両の走行環境とすることができる。
注意喚起部42は、車両の前方に存在する歩行者、障害物など、一時的に注意を要する物標(以下、要注意物標)が検出された場合に、ドライバの視線を要注意物標に誘導するための目標位置を生成する処理を実行する。
本処理は、所定周期で繰り返し実行され、要注意物標が検出されると、その要注意物標の位置を表す目標位置を生成する。具体的には、環境認識システム2の車外カメラから取得した撮像画像を画像処理することによって要注意物標を抽出し、その要注意物標の位置を求める。なお、画像処理によって特定の物標を抽出する処理や、その抽出された物標の3次元位置を求める処理は周知のものであるため、ここでは説明を省略する。
サービス提供部43は、ドライバの疲労度や同乗者の状態から適切な休憩タイミングを割り出し、休憩タイミングであると判断すると、車両の現在位置付近に存在する休憩可能な施設を検索し、その検索された休憩施設にドライバの視線を誘導するための目標位置を生成する処理を実行する。
本処理は、所定周期で繰り返し実行され、休憩タイミングであると判断されると、目標位置を生成する。具体的には、例えば、ドライバが継続して運転している時間が予め設定された閾値時間を超えたか否かによって、ドライバの疲労度を判断する。この場合、閾値時間を、環境認識システム2から得られる情報によって、ドライバの疲労を早める状況(例えば、夜間走行、雨天時の走行、高速での走行等)によって変化させてもよい。また、同乗者の状態は、車内カメラから取得した撮像画像に基づき、同乗者の状態(顔色,表情等)を、画像処理によって判断すればよい。なお、サービス提供部43が提供するサービスとしては、休憩タイミングで休憩施設に視線を誘導することに限るものではなく、例えば、燃料の状態に応じてガソリンスタンドに視線を誘導する等してもよいし、メータに警告灯が表示された際に視線をメータに誘導する等してもよい。
提供内容設定部44は、視線誘導サービスにおける視線誘導の対象(「注視点誘導」「注意喚起」「サービス提供」)を、操作入力部8を介したユーザの操作に従って設定する処理である。本処理は、操作入力部8を介して、視線誘導の対象を設定するための操作が行われると起動する。
本処理が起動すると、適宜、車両に搭載された画面や音を用いて、必要な入力を促す案内が行われる。図3に示すように、まず、S110では、操作入力部8を介して自動設定を行う旨の入力があったか否かを判断する。自動設定を行う旨の入力があった場合には、S120で「注視点誘導」「注意喚起」「サービス提供」の3種類全てを視線誘導の対象に設定(ON)して、本処理を終了する。
自動設定ではなく、手動設定を行う旨の入力があった場合は、S130にて、「注視点誘導」を選択する操作が入力されたか否かを判断する。「注視点誘導」を選択する操作が入力されている場合は、S140にて、「注意喚起」を選択する操作が入力されたか否かを判断する。
S140で肯定判断した場合は、S150で「注視点誘導」「注意喚起」の2種類を視線誘導の対象に設定して本処理を終了する。S140にて否定判断した場合は、S160にて、「サービス提供」を選択する操作が入力されたか否かを判断する。
S160で肯定判断した場合は、S170で「注視点誘導」「サービス提供」の種類を視線誘導の対象に設定し、一方、S160で否定判断した場合は、S180で「注視点誘導」だけを視点誘導の対象に設定して本処理を終了する。
先のS130で否定判断した場合は、S190で「注意喚起」を選択する操作が入力されたか否かを判断する。S190で肯定判断した場合は、S200で「サービス提供」を選択する操作が入力された否かを判断する。
S200で肯定判断した場合は、S210で「注意喚起」「サービス提供」の2種類を視線誘導の対象に設定し、S200で否定判断した場合は、S220で「注意喚起」のみを視線誘導の対象に設定して本処理を終了する。
先のS190で否定判断した場合は、S230で「サービス提供」のみを視線誘導の対象に設定して本処理を終了する。
つまり、ユーザが自動設定を選択した場合は、「注視点誘導」「注意喚起」「サービス提供」の3種類が自動的に視線誘導の対象に設定される。ユーザが手動設定を選択した場合は、上記3種類のうち、任意の2種類又は任意の1種類を、視線誘導の対象に設定することができる。
<立体音響システム>
立体音響システム5は、操作入力部8を介したユーザ操作により設定される視線誘導サービスを利用するか否かの設定が、利用しないになっている場合は、音信号処理を介することなく音信号をオーディオシステム7に出力する。一方、利用するになっている場合は、目標位置生成システム4から、視線の誘導先となる目標位置を取得し、その目標位置に音像を定位させる頭部伝達関数H(s)をオーディオシステム7に設定させる処理を所定周期で繰り返し実行する。
但し、目標位置生成システム4から複数種類の目標位置が提供されている場合は、予め定められた優先順位に従って、最も優先度の高い目標位置についてのみ処理を行う。
<バランス調整システム>
バランス調整システム6は、視線誘導サービスを提供する時に、オーディオシステム7の設定を視線誘導サービスの提供に適した設定に切り替えると共に、視線誘導サービスを終了する時に、オーディオシステム7の設定を元の状態に復元する処理を実行する。本処理は、操作入力部8を介したユーザ操作により、視線誘導サービスを利用するか否かの設定が利用するに設定されると起動する。ここでは、注意喚起部42又はサービス提供部43にて目標位置が出力されることをイベントと呼ぶものとする。
本処理が起動すると、図4に示すように、まずS310では、オーディオシステム7のバランス調整部73の設定内容をメモリ6aに設けられた所定の記憶エリアに記憶させる。
S320では、提供内容設定部44での処理により設定された視線誘導の対象に「注視点誘導」が含まれているか、即ち「注視点誘導」がオンに設定されているか否かを判断する。
S320にて「注視点誘導」が含まれていると判断した場合は、S330にて、オーディオシステム7のバランス調整部73の設定を、視線誘導サービスに利用する前方スピーカFR,FLだけアクティブになるように移行させる。
続くS340では、視線誘導サービスを終了させる終了条件が成立しているか否かを判断する。この終了条件には、操作入力部8を介したユーザ操作によって視線誘導サービスを利用するか否かの設定が利用しないに切り替えられること、及びエンジンが停止することが少なくとも含まれている。
S340にて終了条件が成立していないと判断した場合は、同ステップを繰り返すことで終了条件が成立するまで待機する。S340にて終了条件が成立していると判断した場合、S350では、オーディオシステム7のバランス調整部73の設定を、先のS310で記憶させた設定内容に戻して、本処理を終了する。
先のS320にて、視線誘導の対象に「注視点誘導」が含まれていないと判断した場合、S360では、視線誘導サービスを終了させる終了条件が成立しているか否かを判断する。この処理は、S340と同様である。
S360にて、終了条件が成立していないと判断した場合、S370にてイベントが発生した(即ち「注意喚起」又は「サービス提供」の目標位置が生成された)か否かを判断する。
S370にてイベントが発生していないと判断した場合は、S360に戻り、S360,S370を繰り返すことで、終了条件が成立するか、イベントが発生するまで待機する。
S360にて終了条件が成立していると判断した場合は、そのまま本処理を終了する。
S370にてイベントが発生していると判断した場合、S380では、視線誘導サービスに利用する前方スピーカFR,FL以外のスピーカの音量を、時間の経過に従って連続的に低下させる処理を実行する。この処理は、オーディオシステム7のバランス調整部73に指令を出すことで実現する。なお、音量の低下のさせ方としては、図5(a)に示すように、直線的に低下させてもよいし、図5(b)に示すように指数関数的に低下させてもよい。
続くS390では、イベントが終了したか否かを判断し、イベントが終了していないと判断した場合は、S380に戻る。S390にてイベントが終了していると判断した場合、S440では、オーディオシステム7のバランス調整部73の設定を、先のS310で記憶させた設定内容に戻してS360に戻り、次のイベント発生に備える。
つまり、視線誘導の対象に「注視点誘導」が含まれている場合は、目標位置が周期的に生成されるため、オーディオシステム7を当初から視線誘導サービス用の設定(前方スピーカFR,FLだけを使用する)に切り替えて使用する。一方、視線誘導の対象に「注視点誘導」が含まれていない場合、イベント(目標位置の生成)は不定期にしか発生しないため、イベントが発生していな間は、オーディオシステム7を通常の設定のまま使用し、イベントが発生した時だけ、視線誘導サービス用の設定に切り替えて使用する。但し、このとき、前方スピーカFR,FL以外の音量をいきなりゼロにしてしまうと、ユーザに違和感を与えてしまうため、これを緩和するために、前方スピーカFR,FL以外の音量を連続的に低下させている。
<効果>
以上説明したように、車載音響装置1によれば、音信号に対して頭部伝達関数H(s)だけでなく、空間伝達特性補正関数G0(s)-1,車高特性補正関数G1(s)を作用させている。
従って、空間伝達特性補正関数G0(s)-1の作用より、車室内の環境によらず同じ状態で音を乗員に提供することができるだけでなく、車高特性補正関数G1(s)の作用により、音像を上下方向に調整することができる。その結果、上下方向に位置が異なるスピーカを用いることなく、ドライバの視線を車高に応じた適切な高さ(ひいては距離)に誘導することができる。
車載音響装置1によれば、視線誘導サービスに使用する音源を、複数の音源A〜Cの中からユーザが選択することができる。そのことにより、ユーザの視点を一層効果的に誘導できる。
<他の実施形態>
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
例えば、1つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分散させたり、複数の構成要素が有する機能を1つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、同様の機能を有する公知の構成に置き換えてもよい。
1…車載音響装置 2…環境認識システム 3…車載センサシステム 4…目標位置生成システム 4a,5a,6a…メモリ 5…立体音響システム 6…バランス調整システム 7…オーディオシステム 8…操作入力部 41…注視点誘導部 42…注意喚起部 43…サービス提供部 44…提供内容設定部 71…音信号供給部 72…音信号処理部 73…バランス調整部 74…音出力部 721…頭部伝達関数 722…空間伝達特性補正関数 723…車高特性補正関数

Claims (5)

  1. 音信号を供給する音信号供給部(71)と、
    前記音信号供給部から供給される音信号に対して、音像を制御するための信号処理を施す音信号処理部(72)と、
    前記音信号処理部にて処理された音信号に従って音を出力する音出力部(74)と、
    を備え、
    前記音信号処理部は、
    車室内の空間伝達特性を表す伝達関数の逆関数を、前記音信号に対して作用させる空間伝達特性補正部(722)と、
    前記音信号のうち、前記車両の車高に応じて伝達関数に基づいたフィルタリング処理を実行する車高特性補正部(723)と、
    を有することを特徴とする車載音響装置。
  2. 前記車高特性補正部は、自装置を搭載する車両の車高では視線を下げる様に、車高の低いでは、視線を上げる様に視線を誘導する様に設定されることを特徴とする請求項1に記載の車載音響装置。
  3. 前記音出力部は、水平面内での位置が異なる一対のスピーカ(FR,FL)を少なくとも備え、
    前記音信号処理部は、前記一対のスピーカを用いた音像の生成に必要な伝達関数を、前記音信号に対して作用させる音像生成部(721)を備えることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の車載音響装置。
  4. 視線の誘導先である目標位置を取得し、該目標位置に音像が定位するように前記音像生成部にて前記音信号に作用させる伝達関数を設定する音像定位部(5)を備えることを特徴とする請求項3に記載の車載音響装置。
  5. 前記音信号供給部は、
    複数の音源(711)からいずれかを選択する音源選択部(712)を備えることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の車載音響装置。
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