JP4140607B2 - エンジン音加工装置 - Google Patents

Description

この発明は、自動車のエンジン音を加工して車室内で再生するエンジン音加工装置に関する。

従来より自動車の車室内においては静粛性が要求されており、特にエンジン音については、エンジンルームと車室との間に厚い遮音材を介在させるなどして、車室内にエンジン音が極力漏れないような設計がなされている。

しかし、上記のような高い静粛性をもった車室空間が、自動車の乗員にとって最も快適な運転環境であるとは、必ずしも言えない。すなわち、ドライブ愛好家などの運転者にとっては、車室内に適度なエンジン音が聴こえている状況がより快適な運転環境である場合がある。

このようなドライブ愛好家の嗜好を実現するために、静粛化された車室内に人工的にエンジン音を発生する装置が提案されている。

このような装置としては、たとえば、エンジンの回転数に合わせた（エンジン音に同期した）正弦波やパルス音を発生して車室内に放音して実際に車室内に漏れてくるエンジン音に付加することにより、エンジン音の一部周波数帯を強調して聴かせることができるもの（たとえば特許文献１、特許文献２参照）や、予め所望のエンジン音を録音しておき、これをエンジンの回転数に応じて再生することによって車室内に所望のエンジン音を響かせるもの（たとえば特許文献３参照）などがあった。
特開平５−８０７９０号公報 特開２０００−１７２２８１公報 特開平７−３０２０９３号公報

しかし、特許文献１、２、３のいずれに記載されているものも、その自動車の実際のエンジン音とは異なる別の音を発生するものであるため、いかに多種類のセンサを用いて運転状況を検出しても、その運転状況に応じた実際のエンジン音を正確に反映した音声を発生できるとは限らなかった。

この発明は、実際のエンジン音を収音して加工出力することにより、車室内によりリアルに加工されたエンジン音を発生させ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。

請求項１に記載の発明は、自動車の車室外に設置され、自動車のエンジン音を収音する複数のマイクと、該自動車の運転状況を検出するセンサと、前記複数のマイクが収音したエンジン音を加工して出力する信号処理部と、前記センサの検出内容に基づいて前記信号処理部を制御する制御部と、を備え、前記信号処理部は、車室壁面における遮音特性をシミュレートする遮音特性フィルタと運転状況に応じて特性が変化するアクティブフィルタとを有し、前記制御部は、前記センサの検出内容に基づいて前記アクティブフィルタの特性を制御することを特徴とする。

この発明では、車室外に設置されたマイクからそのときの運転状況が正確に反映されている実際のエンジン音を収音し、このエンジン音をそのときの運転状況をさらに強調するように加工する。この発明において、信号処理部が加工したエンジン音を車室内にスピーカ出力するオーディオ回路をエンジン音加工装置に設けてもよいが、カーステレオなどの既存のカーオーディオ機器に接続し、このカーオーディオ機器を介して加工したエンジン音を出力するようにしてもよい。

この発明では、マイクで実際のエンジン音を収音し、このエンジン音を車室壁面における遮音特性をシミュレートしたフィルタで加工する。さらに、そのときの運転状況を反映したアクティブフィルタで加工する。アクティブフィルタの特性は、センサの検出値に基づいて制御する。例えばスポーツカーのようなエンジン音効果が得られる制御や、高級車のクルージングのようなエンジン音効果が得られる制御をする。なお、これらのモード切り替えができるようにしてもよい。これにより、運転者等の乗員が実際に車内で聴くエンジン音と類似したエンジン音で、かつ運転状況を強調したエンジン音を出力することができる。

請求項２に記載の発明は、前記複数のマイクがそれぞれ収音したエンジン音をミキシングして信号処理部に出力するミキサをさらに備えたことを特徴とする。

この発明では、各マイクが収音したエンジン音をミキシングして信号処理部に出力する。信号処理部には１または複数系統の信号を入力する。これにより信号処理部の処理負担を低減する。

請求項３に記載の発明は、前記信号処理部は、前記複数のマイクの収音したエンジン音をそれぞれに個別に加工して出力することを特徴とする。

この発明では、各マイクが収音したエンジン音を個別に加工する。これによりより精密に運転者等の乗員の好みに応じてエンジン音効果を切り替えることができる。

請求項４に記載の発明は、前記センサは、エンジン回転数を検出するセンサ、アクセル開角を検出するセンサ、自動車の速度を検出するセンサの一部または全部であることを特徴とする。

この発明では、センサは、具体的に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である。これらのうち一部または全てを設ける。

請求項５に記載の発明は、前記複数のマイクは、前記エンジンの吸気口、排気口、エンジンルームの壁面の一部または複数部に設けられていることを特徴とする。

この発明では、マイクは、具体的にエンジン吸気音を収音するマイク、エンジン排気音を収音するマイク、およびエンジンルームの壁面で音を収音するマイクである。これらのうち一部または複数を設ける。

以上のようにこの発明によれば、車室外に設置したマイクから実際のエンジン音を収音し、加工して運転状況を強調したエンジン音を車室内に出力することができるため、容易な処理でリアルなエンジン音効果を発生させることができ、ドライブ愛好家にとって心地よい車室空間を作り出すことができる。

また、各マイクが収音したエンジン音を個別に加工することもでき、ドライブ愛好家の好みに応じてエンジン音効果を切り替えて心地よい車室空間を作り出すことができる。

図面を参照してこの発明の実施形態であるエンジン音加工装置について説明する。図１は同エンジン音加工装置のブロック図である。図２は同エンジン音加工装置のマイクおよびスピーカの取り付け位置を説明する図である。

図２に示すように、エンジン音加工装置１は、２つのマイク１０、マイク２０を備えており、それぞれエンジンの吸気口およびエンジンルームの車室側の壁面にそれぞれ取り付けられている。エンジンの吸気口に取り付けられたマイク１０は、主としてエンジンの吸気音を収音する。また、エンジンルームの車室側の壁面に取り付けられたマイク２０は、主としてエンジンの爆発や回転等の動作音（以下、エンジン爆発音と言う。）を収音する。ただし、マイクの設置位置および個数はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、マフラー付近に取り付けて排気音を収音してもよいし、エンジンヘッド付近に取り付けてチェーン等の機械音を収音してもよい。

なお、それぞれの位置に取り付けるマイクは、その設置位置により異なる音を収音することができるので、それぞれの設置位置においてさらに複数のマイクを取り付けて収音した音をミキシングするようにしてもよい。例えば、エンジンルームの車室側の壁面に取り付けるマイクは、その取り付け位置によりエンジンの異なる部分の動作音を収音することができる。したがって、マイクをエンジンルームの車室側の壁面に複数取り付けて、それぞれのマイクが収音した音をミキシングしてもよい。必要とする音質に基づいてミキシング比率を調整し、エンジン動作音を収音すればよい。

また、マイクは音響マイクに限定されるもではない。例えば可聴帯域の振動をピックアップする振動センサ等であってもよい。この振動センサをエンジンに取り付ければ、エンジンの可聴帯域の振動を直接（音になる前に）収音することができる。すなわち、振動センサはエンジンの振動パルスを検出するのではなく、エンジンの音源としての信号をピックアップするものである。また、エンジンの吸気口に振動センサを取り付けることで、エンジン回転に関わらない風切り音等を収音することなく、純粋に吸気音のみを収音することが可能である。一方、マフラー付近は音響マイクを取り付け、エンジン回転次数に対応する周波数ピークを有する排気音を収音する。また、排気音を振動センサにより収音する場合は、マフラーの取付部付近に振動センサを取り付ける。このように、設置位置に応じて音響マイクと振動センサをそれぞれ取り付ければよい。

車室内にはフロント左右およびリヤ左右の４個のスピーカ４１が設置されている。このスピーカ４１は、カーオーディオ機器のものであり、エンジン音加工装置独自のものではない。すなわち、このエンジン音加工装置は、エンジン音を収音して加工したのち、そのオーディオ信号をカーオーディオ機器５に入力し、カーオーディオ機器５を介して車室内にエンジン音を出力するようにしている。

図１において、マイク１０、マイク２０は、それぞれアンプ１１、アンプ２１に接続されている。アンプ１１、アンプ２１は、それぞれマイク１０、マイク２０から入力された音声信号（吸気音、エンジン爆発音）を増幅する。増幅された音声信号は、Ａ／Ｄコンバータ１２、Ａ／Ｄコンバータ２２でデジタル信号に変換される。デジタル信号に変換された音声信号は、フィルタ１３、フィルタ２３で吸気音やエンジン爆発音をほとんど含まない不要な周波数帯をカットされる。また、信号レベルが大きすぎる場合には、このフィルタにおいてアッテネートされる。したがって、フィルタ１３、フィルタ２３は、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、アッテネータ等を組み合わせたもので構成すればよい。

フィルタ１３、フィルタ２３で周波数帯域および信号レベルを制限された信号は、信号処理部２に入力される。信号処理部２では、マイク１０で収音された吸気音およびマイク２０で収音されたエンジンルーム壁面におけるエンジン爆発音の両方に対してそれぞれ別系統で２段階のフィルタ処理を実行する。なお、このフィルタ処理は、両方の信号をミキシングしたのち１系統で行うようにしてもよい。

信号処理部２において、フィルタ１４、フィルタ２４は、車室壁面における遮音特性をシミュレートするフィルタである。すなわち、マイク１０およびマイク２０は、直接エンジンルーム内で音声を収音しているため、その音声信号は高音域の機械ノイズが高レベルで含まれており、運転者等の乗員が車室内で聴くエンジン音とはかけ離れている。このため、この音声信号を車室で聴くエンジン音と類似した音質（周波数分布）となるように、フィルタ１４、フィルタ２４で車室壁面の遮音特性をシミュレートし、低音域は残しつつ高音域をカットした音に加工する。この遮音特性は必ずしもこの装置が搭載される自動車の遮音特性をシミュレートする必要はなく、スポーツカーや高級車の遮音特性をシミュレートするものであってもよい。

なお、このフィルタ１４、フィルタ２４のフィルタ特性（遮音特性）は、固定でもよいが、設定変更を可能にしてエンジン音の周波数特性を変えられるようにしてもよい。

次段のフィルタ１５、フィルタ２５は、運転状況に応じて特性が変化するアクティブフィルタであり、エンジン音（マイク１０、マイク２０で収音した吸気音およびエンジン爆発音）を運転状況に応じて加工する。したがって、このフィルタ１５、フィルタ２５は、運転状況に応じてリアルタイムに特性が変化するアクティブフィルタである。このフィルタ特性の変化については後で説明する。

２段のフィルタ１４−フィルタ１５、およびフィルタ２４−フィルタ２５から出力された吸気音およびエンジン爆発音はミキサ１６でミキシングされて１系統の音声信号となり、Ｄ／Ａコンバータ１７でアナログのオーディオ信号に変換されて、カーオーディオ機器５に出力される。なお、この１系統の音声信号は、ステレオ出力（Ｌ／Ｒ）を含むものである。

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３０、アクセルの開角を検出するためのアクセル開角センサ３１、自動車の速度を検出するための車速センサ３２を備えている。各センサの検出値はインタフェース３３を介して制御部３に入力される。インタフェース３３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３０、車速センサ３２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３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３は、このセンサ出力に応じて前記フィルタ１５、フィルタ２５のフィルタ特性を決定するパラメータおよびミキサ１６のミキシング比率を決定する。制御部３は、この決定したパラメータおよびミキシング比率を信号処理部２に出力して、フィルタ１５、フィルタ２５およびミキサ１６を制御する。

制御部３には、操作部４が接続されている。この操作部４は、カーオーディオ機器５と共有であってもよく、オーディオ機器の操作部から信号を入力するようにしてもよい。利用者（運転者）は、この操作部４を操作して、運転状況（センサ３０、センサ３１、センサ３２の出力）に応じたフィルタ１５、フィルタ２５、ミキサ１６の制御特性を設定する。また、この操作部４を操作して、フィルタ１４、フィルタ２４のフィルタ特性（遮音特性）を設定する。

すなわち、このエンジン音加工装置の制御系統を図示すると図３のようになる。操作部４の設定により、フィルタ１４、フィルタ２４、フィルタ１５、フィルタ２５、および、ミキサ１６の制御特性が設定され、このうちフィルタ１５、フィルタ２５、およびミキサ１６は、アクティブフィルタであって、センサ３０、センサ３１、センサ３２の出力に応じてリアルタイムにその特性が制御される。

操作部４によるフィルタ特性、ミキシング比率の設定は、各フィルタについて１または複数のパラメータをマニュアル操作で設定するようにしてもよく、予め１または複数のパラメータセットを制御部３に記憶しておき、そのパラメータセットのいずれかを選択して設定するようにしてもよい。複数のパラメータセットを準備する場合には、たとえば、スポーツカーのようなエンジン音効果が得られるパラメータセット、高級車のクルージングようなエンジン音効果が得られるパラメータセットなどを準備しておき、スポーツカーモード、クルージングモードなどのモード切り換えができるようにしておけばよい。なお、このエンジン音加工装置の機能をオフしてエンジン音効果を発生させないようにすることも当然可能である。

また、フラッシュメモリやＲＯＭパックのコネクタを設けておき、パラメータセットをフラッシュメモリやＲＯＭから供給するようにしてもよい。また、カーナビゲーション装置のハードディスクから供給を受けるようにしてもよい。さらに、インターネットを介してパラメータセットをダウンロードできるようにしてもよい。また、ＬＡＮコネクタなどを設けておき、このコネクタを介して接続されたコンピュータ（ノートパソコン）からパラメータセットの供給やパラメータのマニュアル設定ができるようにしてもよい。

なお、上述したようにマイクの設置位置および個数はこの例に限定するものではない。図６は、さらに複数のマイク（例えば４個）を備えた例のエンジン音加工装置のブロック図である。なお、上述したエンジン音加工装置１と共通する構成要素には同様の符号を付してその説明を省略する。このエンジン音加工装置１００は、マイク５０、マイク６０をさらに備えている。マイク５０はエンジンの排気口（マフラー付近）に、マイク６０はエンジンヘッドにそれぞれ取り付けられている。エンジン排気口に取り付けたマイク５０は、エンジン排気音を収音する。またエンジンヘッドに取り付けたマイク６０は、エンジンヘッドの機械音を収音する。マイク５０、マイク６０は、それぞれアンプ５１、アンプ６１に接続されている。アンプ５１、アンプ６１は、それぞれマイク５０、マイク６０から入力された音声信号（排気音、機械音）を増幅する。増幅された音声信号は、Ａ／Ｄコンバータ５２、Ａ／Ｄコンバータ６２でデジタル信号に変換される。デジタル信号に変換された音声信号は、フィルタ５３、フィルタ６３で不要な周波数帯をカットされる。

フィルタ５３、フィルタ６３で周波数帯域および信号レベルを制限された信号は、ミキサ７０に入力される。また、同様にフィルタ１３、フィルタ２３で周波数帯域および信号レベルを制限された信号（吸気音、エンジン爆発音）もミキサ７０に入力される。ミキサ７０は、４つの信号をミキシングした後２系統で信号処理部２に出力する。ミキシング比率は制御部３によって制御される。信号処理部２は、フィルタ処理を行う。４つの信号はあらかじめ決められたミキシング比率でフィルタ１４、フィルタ２４にそれぞれ出力してもよいし、利用者がマニュアルで設定してもよい。例えば、排気音の音声信号のみをフィルタ１４に入力して、他の音声信号をフィルタ２４に入力する。フィルタ１４、フィルタ１５では排気音の音声信号だけをフィルタ処理することができ、他の音声信号はフィルタ２４、フィルタ２５でフィルタ処理する。これにより、排気音を他の音よりもさらに強調することができる。このように、ミキシング比率を変更することで利用者の好みに応じて強調したい音を選択することが可能となる。
なお、設置するマイクの数に応じてフィルタを備え、それぞれの系統でフィルタ処理を行うようにしてもよい。

次に、図４（Ａ）〜（Ｄ）を参照してフィルタ１５，フィルタ２５の特性制御の一例について説明する。図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すグラフの横軸は周波数、縦軸はフィルタの周波数ゲインを示し、同図に表示するフィルタの周波数ゲインは以下のような特徴を有している。

同図（Ａ）は、エンジン回転数に基づく吸気音、エンジン爆発音のフィルタ制御特性を示しており、
(a) エンジン回転数が低いときは、低音を強調し、高音を抑制する。
(b) エンジン回転数が高いときは、低音を抑制し、高音を強調する。
というルールに基づくものである。

同図（Ｂ）は、アクセル開角に基づく吸気音のフィルタ制御特性を示しており、
(c) アクセル開角が小さいときは、吸気音の低音を抑制する。
(d) アクセル開角が大きいときは、吸気音の低音を強調する。
というルールに基づくものである。

同図（Ｃ）は、車速に基づく全体音量の制御特性を示しており、
(e) 車速が小さいときは、全体音量を小さくする。
(f) 車速が大きいときは、全体音量を大きくする。
というルールに基づくものである。

同図（Ｄ）に示すグラフの横軸はアクセル開角値およびエンジン回転数、縦軸はミキシングウェイトを示している。同図（Ｄ）は、アクセル開角およびエンジン回転数に基づく吸気音、エンジン爆発音のミキシングウェイト制御特性を示しており、
(g) アクセル開角が大きくなるにつれて、吸気音のミキシングウェイトを大きくする。
(h) エンジン回転数が大きくなるにつれて、エンジン爆発音のミキシングウェイトを大きくする。
というルールに基づくものである。

なお、ミキシング比率は、吸気音のミキシングウェイトとエンジン爆発音のミキシングウェイトの比率によって決定される。以上のルールは、「エンジンの回転数が低いときは大排気量のエンジンの雰囲気を出すために低音を強調し、エンジンの回転数が高いときはエンジンの高速回転を強調するために高音を強調するとともにエンジン爆発音のミキシングウェイトを大きくする。アクセル開角が大きいときはエンジンに負荷が掛かっているため、吸気音を大きくするとともにこの吸気音のミキシングウェイトを大きくする。車速が大きいときは、風切り音やタイヤノイズなどエンジン音以外のノイズが大きくなるため、全体の音量を大きくする。」という趣旨に基づくものであり、スポーツカーモードに相当するルールである。スポーツカーモードは、実際のエンジン音にさらにそのときの運転状況を強調するためのルールである。

図５（Ａ）〜（Ｄ）を参照してフィルタ１５，フィルタ２５の特性制御の別の例について説明する。これらの図は以下のような特徴を有している。

同図（Ａ）は、エンジン回転数に基づく吸気音、エンジン爆発音のフィルタ制御特性を示しており、
(a) エンジン回転数が低いときは、低音を抑制し、高音を強調する。
(b) エンジン回転数が高いときは、低音を強調し、高音も強調する。
というルールに基づくものである。

同図（Ｂ）は、アクセル開角に基づく吸気音のフィルタ制御特性を示しており、
(c) アクセル開角が小さいときは、全帯域で強調、抑制をしない。
(d) アクセル開角が大きいときは、吸気音の低音部を抑制する。
というルールに基づくものである。

同図（Ｃ）は、車速に基づく全体音量の制御特性を示しており、
(e) 車速が小さいときは、全体音量を小さくする。
(f) 車速が大きいときは、全体音量を大きくする。
というルールに基づくものであり、スポーツカーモードよりも全体音量は小さく制御する。

同図（Ｄ）は、アクセル開角およびエンジン回転数に基づく吸気音、エンジン爆発音のミキシングウェイト制御特性を示しており、
(g) アクセル開角の大きさに関わらず、吸気音のミキシングウェイトを一定にする。
(h) エンジン回転数の大きさに関わらず、エンジン爆発音のミキシングウェイトを一定にする。
というルールに基づくものである。

以上のルールは、「エンジンの回転数が低いときは静粛性を強調するために低音を抑制し、エンジンの回転数が高いときは大排気量の高級車のように落ち着いた雰囲気を強調するために低音を強調する。アクセル開角が大きいときは通常はエンジンに負荷が掛かっているために吸気音が大きくなるが、逆に吸気音の低音を抑制して静粛性を強調する。車速が大きいときは、風切り音やタイヤノイズなどエンジン音以外のノイズが大きくなるため、全体の音量およびエンジン爆発音を大きくするが、静粛性を重視するために微量にとどめる。また、エンジン回転数、アクセル開角によってはエンジン爆発音、吸気音のミキシングウェイトを変更しない。」という趣旨に基づくものであり、クルージングモードに相当するルールである。クルージングモードは、そのときの運転状況に比較してエンジン音は強調せずに、利用者に静粛な雰囲気を提供するためのルールである。

なお、低音域、高音域の中心周波数は、エンジン音の周波数分布に基づいて決定すればよいが、一般的には、低音域の中心周波数は５００Ｈｚ前後、高音域の中心周波数は１０００Ｈｚ前後にすればよい。
また、フィルタ特性の制御ルールは上記のものに限定されない。

以上のルールをフィルタ特性に的確に反映させるためには、たとえば、各センサ出力を変数にした関数を作成しておき、この関数にセンサ出力を入力してフィルタ特性曲線を求めるようにしてもよく、ファジィ推論によって求めるようにしてもよい。また、各センサ出力の所定ステップ毎にフィルタ特性を決定するテーブルを求めておき、センサ出力でこのテーブルを検索して該当するフィルタ特性を読み出すようにしてもよい。いずれにしても利用者によって設定される上記パラメータセットにはこのセンサ出力に基づいてフィルタ特性を求めるための情報が含まれているものとする。

この発明の実施形態であるエンジン音加工装置のブロック図 同エンジン音加工装置のマイクおよびスピーカの取り付け位置を説明する図 同エンジン音加工装置の制御系統を説明する図 同エンジン音加工装置におけるフィルタ特性を説明する図 同エンジン音加工装置における別のフィルタ特性を説明する図 さらに複数のマイクを備えたエンジン音加工装置のブロック図

符号の説明

１…エンジン音加工装置
２…信号処理部
３…制御部
４…操作部
５…オーディオ機器
１０…（吸気口に設けた）マイク
２０…（エンジンルーム壁面に設けた）マイク
１４，２４…（遮音特性をシミュレートする）フィルタ
１５，２５…（運転状況に応じて特性変化する）フィルタ
３０…エンジン回転センサ
３１…アクセル開角センサ
３２…車速センサ
４１…スピーカ

Claims (5)

1. 自動車の車室外に設置され、該自動車のエンジン音を収音する複数のマイクと、
   該自動車の運転状況を検出するセンサと、
   前記複数のマイクが収音したエンジン音を加工して出力する信号処理部と、
   前記センサの検出内容に基づいて前記信号処理部を制御する制御部と、
   を備えたエンジン音加工装置であって、
   前記信号処理部は、車室壁面における遮音特性をシミュレートする遮音特性フィルタと運転状況に応じて特性が変化するアクティブフィルタとを有し、
   前記制御部は、前記センサの検出内容に基づいて前記アクティブフィルタの特性を制御するエンジン音加工装置。
2. 前記複数のマイクがそれぞれ収音したエンジン音をミキシングして信号処理部に出力するミキサをさらに備えた請求項１に記載のエンジン音加工装置。
3. 前記信号処理部は、前記複数のマイクの収音したエンジン音をそれぞれ個別に加工して出力する請求項１に記載のエンジン音加工装置。
4. 前記センサは、エンジン回転数を検出するセンサ、アクセル開角を検出するセンサ、自動車の速度を検出するセンサの一部または全部である請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のエンジン音加工装置。
5. 前記複数のマイクは、前記エンジンの吸気口、排気口、エンジンルームの壁面の一部または複数部に設けられている請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のエンジン音加工装置。

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