JP4134989B2

JP4134989B2 - 車載用音響機器

Info

Publication number: JP4134989B2
Application number: JP2005010353A
Authority: JP
Inventors: 由和本地; 哲小林; 崇國井
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2004-03-10
Filing date: 2005-01-18
Publication date: 2008-08-20
Anticipated expiration: 2025-01-18
Also published as: EP1575163A3; JP2005292785A; EP1575163A2; EP1575163B1; US20050213776A1

Description

この発明は、自動車に搭載される車載用音響機器およびその信号処理方法に関する。

自動車の車室内は遮音材等で防音が施されているが、それでも走行中は、エンジン音、タイヤ音、風切り音等の様々なノイズが発生する。このノイズは走行速度、エンジンの回転数などの運転状況において様々に変化する。このため、カーステレオ等の車載用音響機器のオーディオ信号が、停車時には適度な音量であっても高速走行時にはノイズにマスキングされて聴こえなるという問題点がある。また、逆に高速走行時に適度な音量であっても停車時には音量が大きすぎるという問題点がある。

そこで、従来より自動車の走行状態に応じてボリューム等を自動調整する車載用音響機器が提案されている（たとえば、特許文献１、特許文献２）。

特許文献１のものは、自動車の走行速度を表す車速パルスを検出し、走行速度に応じて低音出力用のサブウーハーの出力を調整するものである。また、特許文献２のものは、エンジン回転数に応じてボリュームを制御するものである。
特開平９−２３４９５号公報特開２０００−３０７３６６公報

しかし、特許文献１、２のいずれに記載されているものも、単純に車速やエンジン回転数に応じた音量制御である。したがって、さまざまな運転状況（たとえば上り坂で車速は遅いがエンジン回転数が高い場合や、下り坂でエンジン回転数は低いが車速が速い場合など）における車室内のノイズ発生状況に応じた適切な制御ができていないという問題点があった。

また、（低音域、高音域と帯域は制限されていても）ボリュームを調整するのみの制御であるため、全体的に音が大きくなるのみで、ノイズによってマスキングされた音域を聴きやすくするというものではなく、音量が大きくなるわりには明瞭度・了解度が向上しないという問題点があった。

この発明は、どのような運転状況であってもオーディオ信号を聞き取りやすく制御できる車載用音響機器およびその制御方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、エンジン回転数を検出する回転数センサ、アクセル開角を検出するアクセル開角センサ、および自動車の速度を検出する車速センサ、からなる複数のセンサと、車室内のノイズのうちエンジンノイズ成分のエンジンノイズ特性を記憶したエンジンノイズデータベースと、車室内のノイズのうち走行ノイズ成分の走行ノイズ特性を記憶した走行ノイズデータベースと、からなるノイズデータベースと、前記回転数センサと前記アクセル開角センサの検出値に対応するエンジンノイズ特性と前記車速センサの検出値に対応する走行ノイズ特性を合成して車室内のノイズ特性を生成する合成手段と、前記合成手段が合成したノイズ特性を読み出すことで、そのときの車室内のノイズを推定するノイズ推定手段と、前記ノイズ推定手段で推定されたノイズによってオーディオ信号がマスキングされないようにイコライズ特性を決定する手段と、オーディオ信号を入力して前記決定されたイコライズ特性で信号処理を行う信号処理部と、前記複数のセンサの検出値を所定の時間間隔で平均化する検出値平均化手段と、を備え、前記ノイズ推定手段は、前記検出値平均化手段が平均化した検出値に基づいてノイズを推定し、前記信号処理部は、前記ノイズ推定手段で高いレベルのノイズを推定した場合に、前記オーディオ信号のゲインを所定時間高くし、かつ前記ノイズ推定手段で推定したノイズのうち、ノイズレベルが高い周波数域よりも高い周波数のオーディオ信号がマスキングされないようにイコライズ特性を決定することを特徴とする。

この発明では、運転状況を検出する複数のセンサ検出値に基づいてそのときの車室内のノイズを推定する。このように運転状況を検出するセンサの検出値に基づいてノイズを推定することにより、マイクを設けて車室内の音を集音し、この音声信号からオーディオ信号を分離してノイズ成分のみを取り出して、さらに周波数分析する等の処理が不要になり、ノイズ検出（推定）処理を簡略化することができる。そして、このノイズによってオーディオ信号がマスキングされないようなイコライズ特性を決定する。この特性でオーディオ信号をイコライズすることにより、どのような運転状況のときでもオーディオ信号を、過大な音量にならずに聴こえやすく出力することが可能になる。

この発明では、車室内のノイズ特性を記憶したノイズデータベースを備えている。ノイズ特性は、ノイズの周波数スペクトルを表すデータである。センサ検出値に基づいてノイズデータベースからノイズ特性を読み出す。これにより、ノイズ推定処理をさらに簡略化することができる。

この発明では、エンジン回転数とアクセル開角に基づいてエンジンノイズ成分のエンジンノイズ特性を読み出す。このエンジンノイズ特性からノイズを推定する。

この発明では、さらに自動車の速度に基づいて走行ノイズ成分の走行ノイズ特性を読み出し、エンジンノイズ特性と合成して車室内のノイズ特性を生成する。生成したノイズ特性からノイズを推定する。

請求項２に記載の発明は、エンジン回転数を検出する回転数センサ、およびアクセル開角を検出するアクセル開角センサ、からなる複数のセンサと、車室内のノイズのうちエンジンノイズ成分のエンジンノイズ特性を記憶したエンジンノイズデータベースと、前記回転数センサの検出値に対応するエンジンノイズ特性を読み出し、前記アクセル開角センサの検出値に対応するフィルタ特性で前記エンジンノイズ特性をフィルタリングして得られたノイズ特性でそのときの車室内のノイズを推定するノイズ推定手段と、前記ノイズ推定手段で推定されたノイズによってオーディオ信号がマスキングされないようにイコライズ特性を決定する手段と、オーディオ信号を入力して前記決定されたイコライズ特性で信号処理を行う信号処理部と、前記複数のセンサの検出値を所定の時間間隔で平均化する検出値平均化手段と、を備え、前記ノイズ推定手段は、前記検出値平均化手段が平均化した検出値に基づいてノイズを推定し、前記信号処理部は、前記ノイズ推定手段で高いレベルのノイズを推定した場合に、前記オーディオ信号のゲインを所定時間高くし、かつ前記ノイズ推定手段で推定したノイズのうち、ノイズレベルが高い周波数域よりも高い周波数のオーディオ信号がマスキングされないようにイコライズ特性を決定することを特徴とする。

この発明では、アクセル開角に基づいてエンジンノイズ成分のエンジンノイズ特性を読み出す。さらに、エンジン回転数に基づいてエンジンノイズ特性をフィルタリングする。例えばアクセル開角が大きくてもエンジン回転数が小さければノイズ特性の音量が小さくなるようにフィルタリングする。

請求項３に記載の発明は、前記複数のセンサの検出値を所定の時間間隔で平均化する検出値平均化手段をさらに備え、前記ノイズ推定手段は、前記検出値平均化手段が平均化した検出値に基づいてノイズを推定することを特徴とする。

この発明では、センサ検出値を所定の時間間隔で平均化する。平均化した検出値に基づいてノイズを推定する。このように平均化することで、突発的に音量を変化させずに、より自然にオーディオ信号を変化させることができる。

以上のようにこの発明によれば、複数のセンサにより検出した運転状況に応じて車室内のノイズを推定し、このノイズにマスキングされないようにオーディオ信号をイコライズ処理するため、単に車速やエンジン回転数に応じて音量を上下することに比べて、音量を過大に変化させずに明瞭度・了解度を向上させることができる。

図１はこの発明の実施形態である車載用オーディオ機器のブロック図である。制御部１０はマイクロプロセッサで構成されており、ＣＰＵのほかプログラムやデータベースを記憶しているＲＯＭやワークメモリ用のＲＡＭ、各種インタフェースなどを内蔵している。運転状況を検出するためのセンサとして、エンジンの回転数を検出するための回転数センサ２０、アクセルの開角を検出するためのアクセル開角センサ２１、自動車の速度を検出するための車速センサ２２がインタフェース１６を介して制御部１０に接続されている。インタフェース１６は、必要に応じてＡ／Ｄコンバータを内蔵しているものとする。また、回転数センサ２０、車速センサ２２がエンジンの回転または車軸の回転に応じてパルスを出力するエンコーダの場合には、このパルスの積算値またはパルス間隔に基づいて制御部１０がエンジンの回転数や車速を算出するようにしてもよい。

制御部１０は、この回転数センサ２０、アクセル開角センサ２１、および車速センサ２２の検出値を定期的に読み取り、この検出値に基づいて現在の車室内のノイズを推定する。このノイズ周波数特性の推定は、各センサ検出値で、ノイズの周波数スペクトルの形状を表すデータであるノイズ特性を記憶したノイズ推定データベースを検索することによって行う。推定されたノイズ周波数特性に基づいて、このノイズにオーディオ信号がマスキングされないように、オーディオ信号に対するイコライズ特性を決定する。なお、イコライズ特性を決定する時に、ノイズ周波数特性の推定に代えて人間の聴覚特性を考慮したノイズによるマスキング特性を求めてからイコライズ特性を算出するようにしてもよい。この場合、各センサの検出値でマスキング特性データベースを検索し、読み出したマスキング特性を回避してオーディオ信号が聴こえるようにイコライズ特性を決定する。決定されたイコライズ特性をイコライザであるＤＳＰ１１に出力する。なお、ノイズ推定データベースに記憶するノイズ特性は、周波数スペクトルの形状を表すデータであれば波形データであっても、形状を近似するパラメータであってもよい。波形データとしては例えば、周波数軸上で所定の周波数間隔のプロットデータ等を記憶しておけばよいし、パラメータとしては例えば、周波数スペクトルの形状を近似した多項式（関数）を示すデータ等を記憶しておけばよい。

ＤＳＰ１１には、オーディオソース１２からデジタルのオーディオ信号が入力されている。ＤＳＰ１１は、このオーディオ信号を制御部１０から入力されたイコライズ特性でイコライズ処理する。ＤＳＰ１１から出力されたオーディオ信号は、オーディオ回路１３に入力される。オーディオ回路１３は、Ｄ／Ａコンバータおよびオーディオアンプを内蔵しており、入力されたオーディオ信号をＤ／Ａ変換して増幅し、車室壁面に埋め込まれたスピーカ１４から出力する。

したがって、スピーカ１４から出力されるオーディオ信号は、車室内のノイズに対応してイコライズ処理されており、高速走行時にも全体に音量を大きくすることなくオーディオ信号の明瞭度・了解度を高くすることができる。

図２は、ノイズ推定データベースの構成を示す図である。また、図３は制御部１０の処理手順を示す図である。図２において、ノイズ推定データベースは、走行ノイズデータベースおよびエンジンノイズデータベースからなっている。走行ノイズデータベースは、１０、２０、３０、４０、５０、６０、８０、１００（ｋｍ／時）のそれぞれの車速ステップにおける走行ノイズ（エンジンノイズを除く路面およびタイヤから伝播するノイズ、風切り音などのノイズ）の周波数特性を記憶している。また、エンジンノイズデータベースは、０、２０、４０、６０、８０、１００（％）のアクセル開角ステップ、および、１０００、２０００、３０００、４０００、５０００、６０００（ｒｐｍ）のエンジン回転数ステップのそれぞれの組み合わせの場合におけるエンジンノイズの周波数特性を記憶している。

これらのノイズ周波数特性は、実際に自動車を走行させて測定した周波数特性データの時間平均をとったものを用いればよいが、通常の走行では測定したノイズから走行ノイズとエンジンノイズを分離する必要がある。予め走行ノイズとエンジンノイズを別々に測定するためには、エンジンを掛けずに牽引された車両で走行ノイズを測定し、シャーシダイナモ装置上で走行させてエンジンノイズを測定すればよい。また、これらの測定結果と実際走行時の測定結果とを比較して、より精度よく走行ノイズとエンジンノイズを分離するようにしてもよい。また、シミュレーション結果や風洞測定結果等を考慮してもよい。

図３において、エンジン回転数センサ２０、アクセル開角センサ２１、および車速センサ２２の検出値を読み取り（ｓ１）、このセンサ検出値で図２のノイズ推定データベースを検索して対応するノイズ周波数特性を読み出す（ｓ２）。この読み出しにおいて、検出された車速、アクセル開角、エンジン回転数が上記のステップと一致しない場合には、四捨五入等の処理でいずれかのステップに丸め込むようにする。たとえば、車速が４７ｋｍ／ｈの場合には、四捨五入により５０ｋｍ／ｈの走行ノイズ周波数特性を読み出す。また、アクセル開角が１５％、エンジン回転数が２３００ｒｐｍの場合には、最も近い２０％×２０００ｒｐｍのエンジンノイズ周波数特性を読み出す。ｓ３では、読み出した走行ノイズ周波数特性とエンジンノイズ周波数特性とを合成することにより、そのときの車室内のノイズを推定する。ｓ３では、エンジンノイズ周波数特性のみから車室内のノイズを推定する処理を行ってもよい。

また、センサの検出値はリアルタイムに読み出すのではなく、所定の時間間隔で平均化した後に読み取るようにしてもよい。平均化した検出値に基づいて対応するノイズ周波数特性を読み出す。このように平均化することで、突発的に音量を変化させずに、より自然にオーディオ信号を変化させることができる。

なお、上記例においては、エンジン回転数センサ２０とアクセル開角センサ２１の検出値に対応するエンジンノイズ周波数特性を読み出すようにしたが、この例に限るものではない。エンジンノイズデータベースは、エンジン回転数センサ２０の検出値に対応するエンジンノイズ周波数特性を記憶し、読み出したエンジンノイズ周波数特性をアクセル開角センサ２１の検出値に対応したフィルタ特性でフィルタリングするようにしてもよい。このフィルタ特性は、アクセル開角センサの検出値に対応するフィルタ特性を記憶したデータベースから読み出すようにしてもよいし、アクセル開角センサの検出値から算出するようにしてもよい。

その後、推定したノイズ特性に基づいてノイズによるマスキング特性を割り出す（ｓ４）。ここでは、推定したノイズ周波数特性によってオーディオ信号がどのようにマスキングされるかを割り出す。最も簡易的には、ノイズ周波数特性をそのままマスキング周波数特性とすればよい。このマスキング特性（マスキング周波数特性）に基づいて、オーディオ信号がマスキングされないようにイコライズ特性を決定する（ｓ５）。最も簡易的には、ノイズ周波数特性と同じ特性で、オーディオ信号のゲインを高くするイコライズ特性とする。

マスキング特性の割り出しにおいては、ノイズ特性に加えて人間の聴覚の周波数特性や倍音のマスキング特性等を考慮してもよい。また、現在のノイズ特性に基づく周波数マスキング特性とともに、過去のノイズ特性に基づくテンポラルマスキング特性も考慮してもよい。テンポラルマスキングは時間軸上のマスキングであり、例えば、ある音が鳴り止んだ直後に別の音を短く鳴らした場合、後の音が前の音に掻き消されて聞こえなくなってしまう人間の聴覚特性である。高いノイズレベルを検出した後は、時間軸上でマスキングされないようにオーディオ信号のゲインを所定の時間の間だけ高くする。

イコライズ処理においてノイズレベルが高い周波数域のゲインを高くするのではなく、そのノイズレベルが高い周波数域よりも若干低い周波数域のゲインを高くしたほうが全体の音量を抑えて且つ明瞭度・了解度を高くすることができる。また、ノイズレベルが高い周波数域が低周波数の場合は、その周波数よりも高い周波数のマスキングまで考慮したイコライズ特性に調整する。一方で、ノイズレベルが高い周波数域が高周波数の場合は、その周波数よりも低い周波数のマスキングは考慮せずに高い周波数だけを考慮したイコライズ特性に調整する。低い周波数のオーディオ信号は、高い周波数域のノイズにマスキングされにくいからである。このようにすることで、さらに全体の音量を抑えて且つ明瞭度・了解度を高くすることができる。

以上のようにして決定したイコライズ特性をＤＳＰ１１に出力してオーディオソースから入力されたオーディオ信号をイコライズ処理させる（ｓ６）。

以上は、センサ検出値に応じて、リアルタイムにノイズ特性の推定→マスキング特性の割り出し→イコライズ特性の決定をする実施形態である。本発明の車載用オーディオ機器は、以下のような変形例も可能である。

すなわち、予め上記各車速ステップ、アクセル開角ステップ、エンジン回転数ステップの全ての組み合わせについてノイズ特性の推定→マスキング特性の割り出し→イコライズ特性の決定の演算処理をすませておき、演算されたイコライズ特性をその車速ステップ、アクセル開角ステップ、エンジン回転数ステップの組み合わせに対応づけてメモリにイコライズ特性データベースとして記憶しておくようにする。これにより、この車載用オーディオ機器の実動作時には、センサ検出値に基づいてデータベースを検索するのみでイコライズ特性を決定することができる。なお、この場合、時系列のノイズ変化を考慮することは困難であるため、周波数マスキングのみ考慮したイコライズ特性とするのが好適である。

図４は、イコライズ特性データベースを記憶した処理部の動作手順を示す図である。エンジン回転数センサ２０、アクセル開角センサ２１、および車速センサ２２の検出値を読み取り（ｓ１１）、このセンサ検出値の組み合わせでイコライズ特性データベースを検索し、対応するイコライズ特性を読み出す（ｓ１２）。そして、このイコライズ特性をＤＳＰ１１に出力する（ｓ１３）。これにより、図３の処理に比べてさらに簡略な処理でオーディオ信号のイコライズをすることができる。なお、車速センサ２２の検出値は考慮せずに、エンジン回転数センサ２０、およびアクセル開角センサ２１の検出値から対応するイコライズ特性データベースを検索するようにしてもよい。

この発明の実施形態である車載用オーディオ機器のブロック図同車載用オーディオ機器のノイズ推定データベースの構成を示す図同車載用オーディオ機器の制御部の処理手順を示す図同車載用オーディオ機器の制御部の処理手順の他の形態を示す図

符号の説明

１０…制御部
１１…（イコライザとして機能する）ＤＳＰ
１２…オーディオソース
１３…オーディオ回路
１４…スピーカ
１５…操作部
１６…インタフェース
２０…エンジン回転数センサ
２１…アクセル開角センサ
２２…車速センサ

Claims

エンジン回転数を検出する回転数センサ、アクセル開角を検出するアクセル開角センサ、および自動車の速度を検出する車速センサ、からなる複数のセンサと、
車室内のノイズのうちエンジンノイズ成分のエンジンノイズ特性を記憶したエンジンノイズデータベースと、車室内のノイズのうち走行ノイズ成分の走行ノイズ特性を記憶した走行ノイズデータベースと、からなるノイズデータベースと、
前記回転数センサと前記アクセル開角センサの検出値に対応するエンジンノイズ特性と前記車速センサの検出値に対応する走行ノイズ特性を合成して車室内のノイズ特性を生成する合成手段と、
前記合成手段が合成したノイズ特性を読み出すことで、そのときの車室内のノイズを推定するノイズ推定手段と、
前記ノイズ推定手段で推定されたノイズによってオーディオ信号がマスキングされないようにイコライズ特性を決定する手段と、
オーディオ信号を入力して前記決定されたイコライズ特性で信号処理を行う信号処理部と、
前記複数のセンサの検出値を所定の時間間隔で平均化する検出値平均化手段と、を備え、
前記ノイズ推定手段は、前記検出値平均化手段が平均化した検出値に基づいてノイズを推定し、
前記信号処理部は、前記ノイズ推定手段で高いレベルのノイズを推定した場合に、前記オーディオ信号のゲインを所定時間高くし、かつ前記ノイズ推定手段で推定したノイズのうち、ノイズレベルが高い周波数域よりも高い周波数のオーディオ信号がマスキングされないようにイコライズ特性を決定する車載用音響機器。
エンジン回転数を検出する回転数センサ、およびアクセル開角を検出するアクセル開角センサ、からなる複数のセンサと、
車室内のノイズのうちエンジンノイズ成分のエンジンノイズ特性を記憶したエンジンノイズデータベースと、
前記回転数センサの検出値に対応するエンジンノイズ特性を読み出し、前記アクセル開角センサの検出値に対応するフィルタ特性で前記エンジンノイズ特性をフィルタリングして得られたノイズ特性でそのときの車室内のノイズを推定するノイズ推定手段と、
前記ノイズ推定手段で推定されたノイズによってオーディオ信号がマスキングされないようにイコライズ特性を決定する手段と、
オーディオ信号を入力して前記決定されたイコライズ特性で信号処理を行う信号処理部と、
前記複数のセンサの検出値を所定の時間間隔で平均化する検出値平均化手段と、を備え、
前記ノイズ推定手段は、前記検出値平均化手段が平均化した検出値に基づいてノイズを推定し、
前記信号処理部は、前記ノイズ推定手段で高いレベルのノイズを推定した場合に、前記オーディオ信号のゲインを所定時間高くし、かつ前記ノイズ推定手段で推定したノイズのうち、ノイズレベルが高い周波数域よりも高い周波数のオーディオ信号がマスキングされないようにイコライズ特性を決定する車載用音響機器。