JP4174062B2 - 車両用効果音発生装置 - Google Patents

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Description

この発明は、車両のエンジン回転数に応じた効果音を車両内で発生する車両用効果音発生装置に関する。
従来から、運転者による加減速操作を検出し、加減速量に応じた効果音を車室内スピーカを通じて車室内に発生する効果音発生装置が提案されている(特許文献1、特許文献2)。
これらの効果音発生装置では、例えば加速操作に応じてエンジン回転数が増加すると、そのエンジン回転数の増加に応じて高周波数で大音量の効果音をスピーカから発生させて車室内の演出効果を高めている。
特開昭54−8027号公報(図1) 特表平4−504916号公報(図1)
ところで、段階的にギヤ比が調整される変速機を備える車両において、同一車種であっても、手動変速機を備える車両と自動変速機を備える車両とでは、全開加速時におけるエンジン回転数の時間変化量、換言すれば、回転周波数変化量[Hz/sec]が、1速、2速、3速、4速等の各ギヤ比で異なることが知られている。また、同一型式のエンジンが搭載された車両において、自動変速機と手動変速機では同一ギヤ位置で回転周波数変化量が異なることが知られている。
回転周波数変化量は、例えば、図8に示す手動変速機を有する6気筒エンジン車両(MT車両)では、1速が31[Hz/sec]、2速が16[Hz/sec]、3速が7[Hz/sec]、4速が3.7[Hz/sec]であるのに対し、図9に示す自動変速機を有する車両(AT車両)では、1速が19[Hz/sec]、2速が7.7[Hz/sec]、3速が2.9[Hz/sec]、4速が0.83[Hz/sec]となっている。
しかしながら、上記従来の車両用効果音発生装置においては、手動変速機又は自動変速機に着目して効果音を発生させる点については開示されていない。
この発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、手動変速機又は自動変速機に応じた効果音を的確に発生させることを可能とする車両用効果音発生装置を提供することを目的とする。
この発明に係る車両用効果音発生装置は、1周期分の波形を格納する波形データテーブルと、前記波形データテーブルから順次波形データを読込むことにより基準信号を生成する基準信号生成手段と、車両の走行状態を検出する走行状態検出手段と、前記車両の走行状態に応じた音響補正特性を有する音響補正手段を有し該音響補正手段を用いて前記基準信号を前記走行状態検出手段により検出された前記車両の走行状態に応じて音響変化させて制御信号を生成する制御手段と、前記制御信号を効果音として出力する出力手段と、を備える車両用効果音発生装置であって、次の特徴(1)、(2)を備える。
(1)前記車両に備わる変速機が手動変速機か自動変速機かを判別する変速機判別手段を有し、前記制御手段は、前記変速機判別手段による判別結果に応じて前記音響補正手段が有する前記音響補正特性を変更することを特徴とする。
この発明によれば、車両に備わる変速機が手動変速機か自動変速機かを判別する変速機判別手段の判別結果により手動変速機又は自動変速機に応じて音響補正特性を変更するようにしているので、手動変速機又は自動変速機それぞれの車両走行状態に応じた効果音を的確に発生することができる。
(2)上記(1)の特徴を有する発明において、前記音響補正特性は、エンジン回転周波数変化量に対応する出力ゲイン特性であり、前記エンジン回転周波数変化量が所定の閾値を上回ったとき、前記手動変速機の出力ゲイン特性が前記自動変速機の出力ゲイン特性に対して大きな値に設定されていることを特徴とする。
この発明によれば、エンジン回転周波数変化量が所定の閾値を上回ったとき、手動変速機の出力ゲイン特性を自動変速機の出力ゲイン特性に対して大きな値に設定しているので、エンジン回転周波数変化量が所定の閾値を上回る領域では手動変速機を備えるMT車両が自動変速機を備えるAT車両に比較してより大きな効果音を車室内に発生することができる。
この発明によれば、車両に備わる変速機が手動変速機か自動変速機かを判別する変速機判別手段の判別結果により手動変速機又は自動変速機に応じて音響補正特性を変更するようにしているので、手動変速機又は自動変速に応じた効果音を的確に発生することができる。
このように、自動変速機を備えるAT車両と手動変速機を備えるMT車両とで、変速機に応じた効果音を発生させるようにしているので違和感のない効果音を発生させることができる。
また、この発明によれば、出力ゲイン特性等の音響補正特性は、ソフトウエアにより切り替えることが可能となるので、AT車両用とMT車両用とで、ハードウエア構成が同一の車両用効果音発生装置を利用することができ、AT車両用とMT車両用とで作り分けを行う必要がなく、量産効果が上がり車両用効果音発生装置のコストダウン、ひいては車両自体のコストダウンが可能になる。
以下、この発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図1は、この発明の実施形態に係る車両用効果音発生装置101の構成を示すブロック図である。
この車両用効果音発生装置101は、基本的には、車両に搭載され総合制御手段であるECU(electric control unit)121により構成される部分と、出力手段であるスピーカ14と、クラッチペダル120の操作によりクラッチ信号Csを発生するクラッチスイッチ122とから構成される。
クラッチスイッチ122は、固定端子の一端が接地され他端が抵抗器124を通じて+12[V]の電源に接続されるノーマルクローズの開閉器を採用しているので、運転者がクラッチペダル120を踏んでいる間、換言すればクラッチを切っている間あるいは半クラッチの間、可動接点が離れて閉状態から開状態となり、その開状態となっている間に+12[V]のクラッチ信号CsがECU121を構成する音圧調整器70に供給される。このため、ECU121は、+12[V]のクラッチ信号Csが供給されたとき、ECU121は、車両用効果音発生装置101の搭載車両が手動変速機を備える車両であると認識することができる。
この実施形態において、ECU121は、この+12[V]のクラッチ信号Csが供給される前は、いわゆるデフォルト状態として車両用効果音発生装置101の搭載車両が自動変速機を備える車両であると認識して効果音発生の制御を行う準備がなされている。
ECU121により構成される部分は、ダッシュボードに配置され、基本的には、1周期分の波形を格納する波形データテーブル16と、エンジン回転周波数feに基づいた調波(調波信号)Shの基準信号Srを、波形データテーブル16から順次波形データを読み込むことにより生成する基準信号生成手段18と、基準信号Srに基づいた制御信号Sc2を生成する制御手段201とを備えている。
運転席や助手席等の乗員位置29の乗員に対して音響を聞かせるためのスピーカ14は、両サイドのフロントドア内パネル、あるいは両サイドのキックパネル(運転者レッグスペースのドア側内側)に固定配置される。また、ダッシュボード中央下部に配置される場合もある。
このスピーカ14は、ECU121の制御手段201からD/A変換器22を通じて出力される制御信号Sdを音響信号である効果音に変換して出力する。なお、図示していないが、D/A変換器22とスピーカ14との間には出力増幅器が挿入され、乗員によりそのゲインを変更することができるようになっている。
基準信号生成手段18の入力ポートには、エンジンの出力軸の回転毎にホール素子等から得られるエンジンパルスEpの周波数を検出する周波数カウンタ等の周波数検出器23と、周波数検出器23で検出したエンジン回転周波数fe(基本次数の周波数)の6倍の周波数(6次高調波の周波数)6feを有する調波信号Shを出力する倍数器26との直列回路が接続されている。倍数器26による倍数は、2、3、4、5、6、…等の整数倍でもよく、2.5、3.3…等の実数倍でもよい。
この場合、スピーカ14と乗員位置(ここでは、前席の乗員位置)29との間には、車室内構造や車室内の使用材料等を原因とする固有の音響特性(音場特性、周波数伝達特性、又は、音場のゲイン特性ともいう。)C00が存在する。この音場のゲイン特性C00には、車室内構造や車室内の使用材料等を原因として、応答上にピークやディップ等の複雑なあばれが存在する。
音場のゲイン特性C00は、例えば、スピーカ14への入力信号である制御信号Sdを一定振幅の正弦波信号とし、この正弦波信号の周波数(この周波数は、エンジン回転周波数ではなく、音響信号の周波数である。)を低周波から高周波まで掃引したときの乗員位置29、具体的には、乗員の耳の位置の所に配置した受音手段であるマイクロフォンから出力される信号の周波数に対するマイクロフォンから出力される信号の振幅(大きさ)に対する比としての、いわゆるゲイン周波数特性(以下、単に、ゲイン特性あるいは周波数特性ともいう。)として得られる。
換言すれば、音場のゲイン特性C00は、制御手段201を取り外し、基準信号生成手段18とD/A変換器22を直接接続したときに、基準信号生成手段18で一定振幅の正弦波信号を発生し、周波数を数十[Hz]程度の低周波から1[kHz]程度の高周波まで掃引したときの乗員位置29でのゲイン特性である。すなわち、スピーカ14から乗員位置29までの基準信号Srの周波数に応じて変化するゲイン特性C00である。より厳密に説明すると、ゲイン特性C00は、基準信号生成手段18から乗員位置29までの基準信号Srの周波数に応じたゲイン特性である。
図2Aは、約30[Hz]〜約970[Hz]まで実際に測定した、スピーカ14の位置から乗員位置29、正確には乗員の耳位置までの音場特性を表すゲイン特性C00を示している。横軸は、周波数[Hz]、縦軸はゲイン[dB]である。ゲイン特性C00上に、ピークやディップ等の複雑なあばれが存在することが分かる。
ここで、基準信号Srの生成の仕方について説明すると、上述した波形データテーブル16はメモリに格納されている。
図3A、図3Bに模式的に示すように、波形データテーブル16は、正弦波1周期分の波形を時間軸方向(=位相軸方向)に所定数(N)等分したときの各瞬時値を表すように、各瞬時値データをアドレス毎に波形データとして記憶している。なお、前記アドレス(i)は0から(前記所定数−1)までの整数(i=0、1、2、…、N−1)であり、図3A及び図3Bに記載されるアルファベットAは1又は任意の正の実数である。したがって、アドレスiの波形データは、Asin(360°×i/N)で算出される。換言すれば、1サイクルの正弦波を時間方向にN分割して標本化し、各標本化点を順次メモリ19のアドレスとし、各標本化点における正弦波の瞬時値を量子化したデータを波形データとして、対応するメモリ19のアドレス位置に格納したものである。
基準信号生成手段18は、入力される調波信号Shの周期に応じて読み出しアドレス周期を変化させて、波形データテーブル16から波形データを読み出すことで、調波信号Shに対応する周波数の正弦波信号である基準信号Srを生成する。
基準信号Srを音響変化させて制御信号Sc2を出力する制御手段201は、それぞれが音響補正手段としての音場調整器51と音圧調整器70とを備えている。
一方の音響補正手段である音場調整器51は、フィルタとしての機能を有し、このフィルタのゲイン特性(横軸は周波数、縦軸はゲイン)は、スピーカ14から乗員位置29までの基準信号Srの周波数に応じて変化する上述したゲイン特性C00を反転させた図2Bに示すゲイン特性(反転ゲイン特性)Ci00にしている。
反転させたゲイン特性とは、音響的に伝わりにくいディップとなっている周波数の出力信号は大きくなるようにし、音響的に伝わりやすいピークとなっている周波数の出力信号は小さくなるようにする特性であり、式(伝達関数)で表現すると、Ci00=B/C00(Bは基準値)となる。
ここで、音圧調整器70のゲインが1、すなわち0[dB]であると仮定すると、車両用効果音発生装置101では、基準信号生成手段18により一定振幅で30[Hz]〜970[Hz]までの基準信号Srを生成したとき、乗員位置29では、音場調整器51の補正用のゲイン特性Ci00と音場のゲイン特性C00とが乗算されて、図2Cのゲイン特性C1に示すように、周波数に対して音圧が平坦な音響が聞こえるゲイン特性C1となる。
したがって、乗員による加速操作、減速操作、一定速保持操作に応じて、エンジンパルスEpの周期が変化し、あるいは一定値に保持されたとき、周波数検出器23で検出されるエンジンの回転周波数feの倍数器26による6次高調波の周波数6feを有する調波信号Shに対して、リアルタイムに周波数が増加し、減少し、あるいは一定周波数に保持される正弦波の基準信号Srが基準信号生成手段18により生成される。
そして、この基準信号Srが音場調整器51のゲイン特性Ci00で補正された制御信号Sc1に変換される。音圧調整器70のゲインが周波数変化に対して0[dB]、いわゆるフラットであるとすれば、乗員位置29では、スピーカ14から出力された効果音が車室内音響特性C00により乗員位置29で周波数に応じて変動することを防止できる。すなわち、乗員位置29において、周波数特性が平坦な特性となる。このため、エンジン回転数(エンジン回転周波数feの6倍)に応じた、換言すれば、騒音源の状態に応じたリニア感のある効果音を乗員位置29で発生させることができる。
図4は、補正前後の乗員位置29における音圧レベルの実際の周波数特性を示している。ただし、この図4の特性を得る際に、よりリニア感を増すために、基準信号Sr又は制御信号Scは、エンジン回転周波数feに比例して振幅が大きくなる信号を発生するようにしている。
図4から分かるように、補正前のディップとピークのあるあばれが存在する特性39に比較して、補正後の特性40は、エンジン回転周波数feに対して音圧レベル[dbA]がリニアに変化していることが分かる。
エンジン回転周波数feの増加、換言すれば、加速操作に対してリニア感のある効果音を乗員位置29で発生させる処理を音場調整処理又は平坦化処理という。
この音場調整処理を行う音場調整器51において、例えば、図2Dに実線で示すように、所定周波数範囲、例えば、300[Hz]〜450[Hz]帯のゲインが増加するゲイン特性Cehをゲイン特性Ci00に直列に接続することにより、合成ゲイン特性Ci00ehが、図2Eに示すように、図2Bに示した反転ゲイン特性Ci00に対して、300[Hz]〜450[Hz]帯の周波数範囲が強調される(この例では、音が大きくされる)特性Ci00ehとされる。
なお、乗員位置29で図2Dに点線で示したゲイン特性Ceh´となるように構成することで所定周波数範囲の音を弱める(小さくする)こともできる。このように、所望の周波数の音響信号のみを強調させる処理を周波数強調処理という。
次に、他方の音響補正手段である音圧調整器70を作動させるために、エンジン回転周波数feの単位時間当たりの周波数変化量Δaf[Hz/sec]を求める周波数変化量検出器68が走行状態検出手段200に設けられる。
音圧調整器70は、周波数変化量Δafに応じた詳細を後述するゲイン特性(出力ゲイン特性)72(音響補正特性)を有し該ゲイン特性72により音場調整器51から供給される制御信号Sc1を補正し、補正した制御信号Sc2をD/A変換器22を介して前席側のスピーカ14に出力する。
図5は、エンジンパルスEpの波形を示している。周波数変化量検出器68において周波数変化量Δafを求める場合には、周波数検出器23で順次検出される前後のパルスの周波数f1(1つ前の周波数)及び周波数f2(今回の周波数)の差Δf(Δf=f2−f1)を採り、この差Δfに今回の周波数f2を乗算することで、エンジン回転周波数feの単位時間当たりの周波数変化量Δaf(Δaf=Δf×f2)[Hz/sec]、すなわち加速度が求められる。
この周波数変化量Δafは、図8、図9に示したように変速機が何速に入っているかにより異なる値となることが分かっている。ローギヤ側では周波数変化量Δafが大きく、ハイギヤ側では周波数変化量Δafが小さい。
一般に、ハイギヤ側に比較してローギヤ側では周波数変化量Δafに対して効果音の音量が大きくなることが好ましい。また、一定速クルーズ時や減速時においては、効果音が小さくなることが好ましい。さらに、1速全開加速に対応する周波数変化量を上回る空ぶかし時あるいはキックダウン時には、不快音とならないように効果音を低減させることが好ましい。
図6は、このような考察に基づいて、音圧調整器70に設定される音響補正特性である重み付けのゲイン特性72を示している。
自動変速機を備えるAT車両に適用される重み付けのゲイン特性72atと、手動変速機を備えるMT車両に適用される重み付けのゲイン特性72mt1、72mt2とを異なる特性としている。
AT車両に適用される重み付けゲイン特性72atでは、1速全開周波数変化量X2(図9参照)では重み付けゲインYを0[dB]とし、1速全開周波数変化量X2より周波数変化量Δafが小さくなるに従い4速全開周波数変化量X0(図9参照)まで徐々に重み付けゲインYが小さくなるようにしている。すなわち、ローギア側での加速時には大きな効果音となり、ハイギア側での加速時には小さな効果音となるようにしている。また、クルーズ時、減速時には、重み付けゲインYが最小となるようにし、さらに、1速全開周波数変化量X2を上回る周波数変化量Δafとなる空ぶかし領域(キックダウン時も含む)では、不快音を発生しないように急激に重み付けゲインYが小さくなる特性としている。
その一方、MT車両に適用される重み付けゲイン特性72mt1、72mt2では、1速全開周波数変化量X3(図8参照)では重み付けゲインYを0[dB]とし、1速全開周波数変化量X3より周波数変化量Δafが小さくなるに従い4速全開周波数変化量X1(図8参照)まで徐々に重み付けゲインYが小さくなるようにしている。AT車両と同様に、ローギア側での加速時には大きな効果音となり、ハイギア側での加速時には小さな効果音となるようにしている。また、クルーズ時、減速時には、重み付けゲインYが最小となるようにしている。さらに1速全開周波数変化量X3を上回る空ぶかし領域(キックダウン時も含む)では、不快音を発生しないように急激に重み付けゲインYが小さくなる重み付けゲイン特性72mt1とするか、重み付けゲインYが変化しない重み付けゲイン特性72mt2を選択可能としている。通常、重み付けゲイン特性72mt1が選択される。
基本的には以上のように構成されかつ動作する車両用効果音発生装置105における手動変速機又は自動変速機に着目して効果音の発生の仕方を自動的に設定変更する方法について、図7のフローチャートを参照して説明する。
ステップS1において、図示しないバッテリがECU121に対して接続された後、ステップS2において、ECU121はクラッチ信号Csの検出を行う。
ステップS3において、クラッチ信号Csの値が閾値電圧である10[V]を超える電圧となっているかどうかを判断し、10[V]以下の値であった場合には、車両がAT車両であると判断し、ステップS4において、音圧調整器70にデフォルトで設定されているAT車両に適用される重み付けゲイン特性72atにより制御信号Sc1を音響変化させた制御信号Sc2を生成する。
このように+12[V]のクラッチ信号Csが検出されない場合、車両用効果音発生装置105は、図示しないEEPROM等のメモリに予め書き込まれているAT車両に適用される重み付けゲイン特性72at(図6参照)により重み付けされた効果音を発生する。
その一方、ステップS3において、クラッチ信号Csの値が閾値電圧である10[V]を超える値となっていた場合には、さらにステップS5において、その値が所定時間連続しているかどうかを判断し、所定時間連続していなかった場合にはノイズによるものと判断して上述したステップS4におけるAT処理動作を継続するが、所定時間連続していた場合には、ステップS6において、運転者によるクラッチペダル120の踏む操作が行われクラッチスイッチ122が開状態となった結果の+12[V]のクラッチ信号Csと判断し、車両がAT車両ではなくMT車両であると判断する。
このとき、上記のEEPROM等のメモリの内容をAT車両に適用される重み付けゲイン特性72atからMT車両に適用される重み付けゲイン特性72mt1(図6参照)に切り替える。
このように+12[V]のクラッチ信号Csが所定時間連続して検出された場合、車両用効果音発生装置105は、MT車両に適用される重み付けゲイン特性72mt1により重み付けされた効果音を発生することができる。
以上説明したように上述した実施形態によれば、車両用効果音発生装置101は、1周期分の波形を格納する波形データテーブル16と、波形データテーブル16から順次波形データを読込むことにより基準信号Srを生成する基準信号生成手段18と、車両の走行状態を検出する走行状態検出手段200と、車両の走行状態、この実施形態ではエンジン回転周波数feの時間変化量である周波数変化量Δaf[Hz/sec]に応じた音響補正特性である重み付けゲイン特性72が記憶された音響補正手段としての音圧調整器70を有し該音圧調整器70を用いて基準信号Srを走行状態検出手段200により検出された周波数変化量Δafに応じて音響変化させて制御信号Sc2を生成する制御手段201と、制御信号Sc2を効果音として出力する出力手段としてのスピーカ14とを備える。
ここで、制御手段201は、車両に備わる変速機が手動変速機か自動変速機かを判別する変速機判別手段(ステップS2、S3、S5)を有し、変速機判別手段による判別結果に応じて音圧調整器70が有する音響補正特性である重み付けゲイン特性72を自動的に変更するようにしている。具体的には、+12[V]のクラッチ信号Csの所定時間発生状態の有無によりAT車両かMT車両かを判別しているので、簡単な構成で手動変速機又は自動変速機に応じた効果音を的確に発生することができる。
このように、ECU121に、自動変速機を備えるAT車両に適用される重み付けゲイン特性72atと、手動変速機を備えるMT車両に適用される重み付けゲイン特性72mt1、72mt2とをROMに保持しておくことで、例えば同一車種のAT車両とMT車両とで、異なるECU121を作り分けしておく必要がなくなり管理コスト、装置コストを低減することができる。
この場合、図6に示したように、手動変速機の1速全開周波数変化量X3に対応する自動変速機の空ぶかし領域における周波数変化量X3のゲインYが、手動変速機の1速全開周波数変化量X3でのゲインである0[dB]より小さい値に設定されているので、手動変速機の1速全開周波数変化量X3で的確な効果音が発生できるとともに、手動変速機の1速全開周波数変化量X3に対応する自動変速機の空ぶかし領域の周波数変化量X3では効果音を小さくできるので違和感を防止できる。
また、エンジン回転の周波数変化量Δafが所定の閾値である周波数変化量X2を上回ったとき、手動変速機のゲイン特性72mt1、72mt2が自動変速機のゲイン特性72atに対して大きな値に設定しているので、エンジン回転の周波数変化量Δafが自動変速機の1速全開周波数変化量X2を上回る領域では手動変速機を備えるMT車両が自動変速機を備えるAT車両に比較してより大きな効果音を車室内に発生することができる。
なお、+12[V]となるクラッチ信号Csは、クラッチペダル120が踏まれる毎に発生するので、このクラッチ信号Csが発生しているときの値Y=X3を超える周波数変化量Δafは加速状況ではなく過渡状況と認識し、重み付けゲインYが低下する重み付けゲイン特性72mt1又は増加しない一定の重み付けゲイン特性72mt2上で重み付けゲインYが調整されるので効果音が違和感として感じられる音圧を低減することができる。
図1は、この発明の実施形態に係る車両用効果音発生装置の構成を示すブロック図である。 図2Aは、測定したゲイン特性図である。図2Bは、ゲイン特性を反転したゲイン特性図である。図2Cは、補正後のゲイン特性図である。図2Dは、所定周波数範囲を強調するゲイン特性図である。図2Eは、所定周波数範囲が強調された反転ゲイン特性図である。 図3Aは、波形データメモリの内容を示す説明図である。図3Bは、波形データメモリを参照して生成された正弦波を示す説明図である。 図4は、補正前後の音圧レベルの周波数特性を示している。 図5は、エンジンパルスの波形図である。 図6は、音圧調整器に設定される重み付けのゲイン特性を示している。 図7は、図1例の動作説明に供されるフローチャートである。 図8は、MT車両の変速特性図である。 図9は、AT車両の変速特性図である。
符号の説明
14…スピーカ 16…波形データテーブル
18…基準信号生成手段 68…周波数変化量検出器
70…音圧調整器
72、72at、72mt1、72mt2…重み付けゲイン特性
101、105…車両用効果音発生装置 121…ECU
200…走行状態検出手段 201…制御手段

Claims (1)

  1. 1周期分の波形を格納する波形データテーブルと、前記波形データテーブルから順次波形データを読込むことにより基準信号を生成する基準信号生成手段と、エンジン回転周波数の単位時間当たりの周波数変化量を検出する周波数変化量検出手段と、前記周波数変化量に応じた音響補正特性を有する音響補正手段を有し該音響補正手段を用いて前記基準信号を前記周波数変化量検出手段により検出された前記周波数変化量に応じて音響変化させて制御信号を生成する制御手段と、前記制御信号を効果音として出力する出力手段と、を備える車両用効果音発生装置であって、
    前記車両に備わる変速機が手動変速機か自動変速機かを判別する変速機判別手段を有し、
    前記制御手段は、前記変速機判別手段による判別結果に応じて前記音響補正手段が有する前記音響補正特性を変更する
    ことを特徴とする車両用効果音発生装置。
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