JP5180519B2 - 車両用音質評価装置、及び、車両用音質評価方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両の排気吐出口や車内運転席耳位置等における音の協和感を評価する車両用音質評価装置、及び、車両用音質評価方法に関する。

従来より、車両においては、車両の伝達音を評価する様々な技術が提案されている。例えば、特開２００２−１２３２６１号公報では、データベースに聴覚感性に基づく様々な評価語（「快適」、「歯切れのある」、「リニア感のある」）及び所定の機械要素に対応した、音の周波数スペクトル、エンジン回転数と騒音レベルの相関テーブル等の音響特性データを備え、受音部で受音した音の騒音レベルの測定、エンジン音に起因する周期音、走行に起因する非周期音の測定等の分析を行って、これらの分析値をデータベースを参照して評価語と評価値を算出する技術が開示されている。
特開２００２−１２３２６１号公報

ところで、音には美しさを感じさせる一要素として「協和感」というものがあり、従来、車両におけるこの「協和感」の評価は、熟練評価者による官能法により評価していた。しかし、官能法では評価者の個人差や体調変化などによる評価バラツキが大きく、再現性のある定量評価法が求められている。上述の特許文献１に開示される評価法では、「リニア感のある」音を評価するために、回帰直線からの変位量を求めることにより、「リニア感」の評価値を求める例が開示されているが、音の「協和感」の評価については何ら開示されておらず、「協和感」について、再現性のある適切な定量評価法の技術の開発が強く求められている。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、車両に生じる様々な音についての協和感に対し、再現性のある適切な定量評価を可能とする車両用音質評価装置、及び、車両用音質評価方法を提供することを目的とする。

本発明は、計測した評価対象とする評価音を次数解析する次数解析手段と、基音となる次数成分とその倍音となる次数成分の音圧レベルに対する直線の理想とする傾き角度を理想傾き角度として記憶する理想傾き角度記憶手段と、上記次数解析した評価音の上記基音となる次数成分とその倍音となる次数成分の音圧レベルに対する直線の傾きを解析傾き角度として求める解析傾き角度演算手段と、少なくとも上記理想傾き角度と上記解析傾き角度に基づいて上記評価音の協和感を定量評価する評価式を予め設定し、該評価式に基づいて上記評価音の協和感を定量評価する定量評価手段とを備えたことを特徴としている。

本発明による車両用音質評価装置、及び、車両用音質評価方法によれば、車両に生じる様々な音についての協和感に対し、再現性のある適切な定量評価が可能となる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１乃至図８は本発明の実施の一形態を示し、図１は車両用音質評価装置の全体を示す構成図、図２は音質評価プログラムのフローチャート、図３は協和感定量評価式による協和感レベルの演算処理ルーチンのフローチャート、図４は評価音の次数解析の一例を示す説明図、図５は４気筒エンジンの車内音の解析の一例を示す説明図、図６は６気筒エンジンの車内音の解析の一例を示す説明図、図７は評価音の評価の説明図、図８はエンジン回転数と周波数で音質を表示する例の説明図である。

本実施形態において、車両の音質評価の処理は、パーソナルコンピュータ（以下、ＰＣと略称）等のコンピュータシステムにおいて後述する処理プログラムが実行されることによって行われる。

図１に示すように、車両用音質評価装置であるＰＣ１は、中央処理装置（以下、ＣＰＵと略称）と各種データ及びプログラムを記憶する記憶装置とを備えたコンピュータ本体２と、このコンピュータ本体２に接続された、キー入力装置であるキーボード３と、ポインティングデバイスであるマウス４と、表示装置であるモニタ５とを有して主要に構成されている。

このコンピュータ本体２には、内蔵されたＨＤ（Hard Disk）に、後述する音質評価プログラムが記録されている。

また、コンピュータ本体２に内蔵されたＨＤには、基音となる次数成分とその倍音となる次数成分の音圧レベルに対する直線の理想とする傾き角度が理想傾き角度として、予め複数の理想傾き角度ｘｒが記憶されている。

これら理想傾き角度ｘｒは、予め実験等により設定されるものであり、例えば、４気筒エンジンの車両については、基音次数を２．０次成分とし、その倍音成分（４．０次成分、６．０次成分、８．０次成分・・・）に対応した音圧レベルに対する直線の理想とする傾き角度となっている。

また、６気筒エンジンの車両に対応した理想傾き角度として、基音次数を１．５次成分とし、その倍音成分（３．０次成分、４．５次成分、６．０次成分・・・）に対応した音圧レベルに対する直線の理想とする傾き角度と、基音次数を３．０次成分とし、その倍音成分（６．０次成分、９．０次成分、１２．０次成分・・・）に対応した音圧レベルに対する直線の理想とする傾き角度の２種類が記憶されている。

そして、評価対象とする評価音のするデータが、ＦＤ（flexible disk）、ＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等の記録メディア等を通じて供給され、コンピュータ本体２に内蔵された、ＨＤ（Hard Disk）に記録され、後述の音質評価プログラムに従って、音質評価が実行される。尚、この評価音は、車室内の運転席や助手席における耳位置に設けられたマイクで取得した音、或いは、車両の排気吐出口で計測されるエグゾーストノイズ等である。

本実施の形態により実行される具体的な音質評価を、図２、図３のフローチャートで説明する。

まず、ステップ（以下、「Ｓ」と略称）１０１で、評価対象とする評価音に対し、その評価条件が入力される。この評価条件とは、具体的には、評価音の評価位置（例えば、車内音であれば車室内の運転席や助手席における耳位置、或いは、エグゾーストノイズであれば車両の排気吐出口位置等）、全開加速時に発生する音、緩加速時に発生する音、及び、エンジン回転数の領域等の協和感を評価する条件である。

そして、Ｓ１０２に進み、上述のＳ１０１の評価条件の下での評価音の計測が行われ、計測した評価音がＦＤ、ＣＤ、ＤＶＤ等の記録メディアに記録され、これら記録メディアから、コンピュータ本体２のＨＤに記録される。

次いで、Ｓ１０３に進み、上述の記録した評価音を、例えば、図４に示すように、０．１次ピッチで次数解析する。すなわち、このＳ１０３が、次数解析手段としてのものとなっている。

次に、Ｓ１０４に進み、協和感定量評価式による協和感レベルの演算処理を行う。
この協和感定量評価式による協和感レベルの演算処理は、図３のフローチャートに示すように、まず、Ｓ２０１で、２次成分の音圧レベルが３次成分の音圧レベルよりも大きいか否かを判定し、２次成分の音圧レベルが３次成分の音圧レベルよりも大きい場合は、４気筒エンジンに係わる音であると判定してＳ２０２に進み、基音次数を２次成分とし、その高次成分を倍音成分として判別する（図５にその例を示す）。

逆に、２次成分の音圧レベルが３次成分の音圧レベル以下と判定した場合は、６気筒エンジンに係わる音であると判定してＳ２０３に進み、１．５次成分の音圧レベルと６．０次成分の音圧レベルとを比較する。

このＳ２０３の比較の結果、１．５次成分の音圧レベルが６．０次成分の音圧レベルよりも大きい場合は、Ｓ２０４に進み、基音次数を１．５次成分とし、その高次成分を倍音成分として判別する（図６（ａ）にその例を示す）。

逆に、１．５次成分の音圧レベルが６．０次成分の音圧レベル以下と判定した場合は、Ｓ２０５に進み、基音次数を３．０次成分とし、その高次成分を倍音成分として判別する（図６（ｂ）にその例を示す）。

すなわち、６気筒エンジンの場合、１．５次成分を基音次数としてその倍音成分を車両の音として認識している場合と、３．０次成分を基音次数としてその倍音成分を車両の音として認識している場合の２つの場合があるため、この２つの場合に適切に対応できる評価を行うためである。尚、本実施の形態では、Ｓ２０１〜Ｓ２０５の処理により、各次数成分の音圧レベルを比較して、基音次数とその倍音成分を決定するようにしているが、評価の初期条件として予め与えられるようにしても良い。

上述のＳ２０２、Ｓ２０４、或いは、Ｓ２０５で基音次数とその倍音成分を決定した後は、Ｓ２０６に進み、基音次数とその高次成分に対し、ピークレベルの傾き角度（解析傾き角度）ｘを演算する。

例えば、基音次数が２．０次成分でその高次成分の場合は、ピークレベルの傾き角度として、図５に示すように、２．０次成分、４．０次成分、６．０次成分、・・・・の音圧レベルを近似する直線Ｌｘを、例えば最小二乗法により演算し、この直線の傾き角度（解析傾き角度）ｘを演算する。

また、基音次数が１．５次成分でその高次成分の場合は、ピークレベルの傾き角度として、図６（ａ）に示すように、１．５次成分、３．０次成分、４．５次成分、・・・・の音圧レベルを近似する直線Ｌｘを、例えば最小二乗法により演算し、この直線の傾き角度（解析傾き角度）ｘを演算する。

また、基音次数が３．０次成分でその高次成分の場合は、ピークレベルの傾き角度として、図６（ｂ）に示すように、３．０次成分、６．０次成分、９．０次成分、・・・・の音圧レベルを近似する直線Ｌｘを、例えば最小二乗法により演算し、この直線の傾き角度ｘ（解析傾き角度）を演算する。

尚、分析対象とする次数は、例えば２０次成分までとする。すなわち、このＳ２０６は、解析傾き角度演算手段としてのものである。

次に、Ｓ２０７に進み、基音次数に応じた理想傾き角度ｘｒを読み込む。この理想傾き角度ｘｒは、前述の如く、コンピュータ本体２に内蔵されたＨＤに記録されているものであり、従って、コンピュータ本体２に内蔵されたＨＤは、理想傾き角度記憶手段として設けられている。

次いで、Ｓ２０８に進み、０．５次成分の倍数の各次数間に存在する暗騒音の音圧レベルの大きさの合計値（０．５次ピッチ暗騒音の合計値）ＮL0.5を演算する。この０．５次ピッチ暗騒音とは、図４に示すように、０．５次成分の主要次数成分を除いた部分（０．０〜０．４次成分、０．６〜０．９次成分、１．１〜１．４次成分、・・・・）の音圧レベルを示す。尚、本実施の形態では、０．５次ピッチ暗騒音を抽出して加算しているが、暗騒音の音圧レベルの合計値として、他にも、１次ピッチ、２次ピッチ、或いはその他の複次ピッチ暗騒音を抽出して、その暗騒音の音圧レベルを加算しても良い。

次に、Ｓ２０９に進み、基音次数とその高次成分レベルを基に、これらの音圧レベルの総和、すなわち、主要次数レベル総和値Ｓを演算する。

次いで、Ｓ２１０に進み、以下の協和感定量評価式により、協和感レベルを演算し、出力して、ルーチンを抜ける。
協和感レベル＝−Ａ・｜ｘｒ−ｘ｜−Ｂ・ＮL0.5＋Ｃ・Ｓ＋Ｄ
ここで、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、予め設定した定数（本実施の形態では正の値）であり、これら定数の設定の仕方により、協和感レベルの判定範囲等が決定されると共に、それぞれの演算項の影響度も決定されることになる。

上述の協和感定量評価式によれば、第１の演算項により、理想傾き角度ｘｒから解析傾き角度ｘが大きく外れるほど、協和感レベルが低下するようになっている。すなわち、誰しもが協和感の高い美しい音と感じる音から遠ざかっているほど協和感レベルが低下することを示す演算項となっている。

また、第２の演算項により、０．５次ピッチ暗騒音の合計値ＮL0.5が大きくなるほど、協和感レベルが低下するようになっている。すなわち、０．５次ピッチ暗騒音の合計値ＮL0.5が大きいほど、主要次数成分の認識性が低下し、協和感レベルが低下することを示す演算項となっている。

更に、第３の演算項により、主要次数レベル総和値Ｓが大きくなるほど協和感レベルが上昇するようになっている。すなわち、主要次数レベル総和値Ｓが大きいほど、主要次数成分の認識性が向上し、協和感レベルが上昇することを示す演算項となっている。
このように、Ｓ２１０は、定量評価手段としてのものとなっている。

その後は、再び、図２に戻り、Ｓ１０５に進んで、評価音の評価値を演算する。この評価音の評価値は、例えば、図７に示すように、エンジン回転数のＮEC1〜ＮEC2の領域における協和感レベルの合計値のみに着目した評価値である。尚、評価値は、全てのエンジン回転数領域としてももちろん良い。

次いで、Ｓ１０６に進み、評価音の評価結果の表示を行う。具体的には、評価音を、例えば図８に示すように、エンジン回転数と周波数で音圧レベルを三次元的に表示して、音質を表示するものとなっている。そして、この表示と共に、予め設定しておいた判定値の何％の評価値であるか（（評価値／判定値）・１００）を評価結果として表示する。

そして、Ｓ１０７に進み、上述の評価結果が目標を達成しているか否かを判定し、例えば、評価結果が９０％以上の場合に目標達成と判定し、音質評価を終了する。逆に、評価結果が９０％未満の場合は目標未達成と判定して、Ｓ１０８に進み、Ｓ１０６で表示された音質から、各次数成分と周波数帯成分の評価値への感度の解析が行われる。例えば、評価結果に及ぼす影響が大きくなっている特定の次数成分があるか、或いは、評価結果に及ぼす影響が大きくなっている特定の周波数帯成分があるか等を解析する。

次いで、Ｓ１０９に進み、Ｓ１０８での解析結果に基づき、設計変数の選択（特定の次数成分の変更、或いは、特定の周波数帯成分）を行う。

そして、Ｓ１１０に進み、Ｓ１０９で選択した設計変更を実行した場合の目標達成音質の演算を行い、再び、Ｓ１０４からの処理を繰り返す。

このように本発明の実施の形態によれば、計測した評価対象とする評価音を次数解析し、次数解析した評価音の基音となる次数成分とその倍音成分の音圧レベルに対する直線の傾きを解析傾き角度ｘとして求め、この解析傾き角度ｘと予め記憶しておいた理想傾き角度ｘｒとの差と、暗騒音の合計値として求めた０．５次ピッチ暗騒音の合計値ＮL0.5と、主要次数レベル総和値Ｓのそれぞれについての演算項を含んで形成した協和感定量評価式により協和感レベルを求めるようになっている。このため、車両に生じる様々な音についての協和感に対し、再現性のある適切な定量評価が可能となる。

尚、本実施の形態では、４気筒エンジンと６気筒エンジンの車両に関する音の評価について説明したが、４気筒エンジンの車両のみ、或いは、６気筒エンジンの車両のみの評価を行うプログラムとしても良く、また、これら以外の気筒数のエンジンの車両に関する音の評価を、同様に行うようにしても良い。また、協和感定量評価式は、解析傾き角度ｘと予め記憶しておいた理想傾き角度ｘｒとの差と、暗騒音の音圧レベルの合計値として求めた０．５次ピッチ暗騒音の合計値ＮL0.5と、主要次数レベル総和値Ｓのそれぞれについての演算項を含んで形成しているが、解析傾き角度ｘと予め記憶しておいた理想傾き角度ｘｒとの差と、暗騒音の音圧レベルの合計値として求めた０．５次ピッチ暗騒音の合計値ＮL0.5のみについての演算項を含んで形成しても良いし、解析傾き角度ｘと予め記憶しておいた理想傾き角度ｘｒとの差と、主要次数レベル総和値Ｓのみについての演算項を含んで形成しても良い。

車両用音質評価装置の全体を示す構成図 音質評価プログラムのフローチャート 協和感定量評価式による協和感レベルの演算処理ルーチンのフローチャート 評価音の次数解析の一例を示す説明図 ４気筒エンジンの車内音の解析の一例を示す説明図 ６気筒エンジンの車内音の解析の一例を示す説明図 評価音の評価の説明図 エンジン回転数と周波数で音質を表示する例の説明図

符号の説明

１ パーソナルコンピュータ
２ コンピュータ本体
３ キーボード
４ マウス
５ モニタ

Claims (8)

1. 計測した評価対象とする評価音を次数解析する次数解析手段と、
   基音となる次数成分とその倍音となる次数成分の音圧レベルに対する直線の理想とする傾き角度を理想傾き角度として記憶する理想傾き角度記憶手段と、
   上記次数解析した評価音の上記基音となる次数成分とその倍音となる次数成分の音圧レベルに対する直線の傾きを解析傾き角度として求める解析傾き角度演算手段と、
   少なくとも上記理想傾き角度と上記解析傾き角度に基づいて上記評価音の協和感を定量評価する評価式を予め設定し、該評価式に基づいて上記評価音の協和感を定量評価する定量評価手段と、
   を備えたことを特徴とする車両用音質評価装置。
2. 上記評価式は、予め設定された数次成分の倍数の各次数間に存在する暗騒音の音圧レベルの合計に応じて上記評価式の評価結果を可変する演算項を有することを特徴とする請求項１記載の車両用音質評価装置。
3. 上記評価式は、上記基音となる次数成分とその倍音となる次数成分の音圧レベルの合計に応じて上記評価式の評価結果を可変する演算項を有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の車両用音質評価装置。
4. 上記定量評価手段による結果が予め設定したエンジン回転数の領域において予め設定する判定値以上の場合に上記評価音が目標達成と判定する判定手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載の車両用音質評価装置。
5. 上記評価音は、４気筒エンジンと６気筒エンジンのどちらかの車両の評価音であることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一つに記載の車両用音質評価装置。
6. 上記評価音が４気筒エンジンの車両の評価音である場合は、上記基音の次数は２．０次成分とすることを特徴とする請求項５記載の車両用音質評価装置。
7. 上記評価音が６気筒エンジンの車両の評価音である場合は、１．５次成分と６．０次成分の音圧レベルを比較して、１．５次成分の音圧レベルが６．０次成分の音圧レベルより大きい場合には上記倍音成分は１．５次成分の倍音成分とし、６．０次成分の音圧レベルが１．５次成分の音圧レベルより大きい場合には上記倍音成分は３．０次成分の倍音成分とすることを特徴とする請求項５記載の車両用音質評価装置。
8. 計測した評価対象とする評価音を次数解析する次数解析ステップと、
   上記次数解析した評価音の基音となる次数成分とその倍音となる次数成分の音圧レベルに対する直線の傾きを解析傾き角度として求める解析傾き角度演算ステップと、
   少なくとも上記基音となる次数成分とその倍音となる次数成分の音圧レベルに対する直線の理想とする理想傾き角度と上記解析傾き角度に基づいて上記評価音の協和感を定量評価する評価式を予め設定し、該評価式に基づいて上記評価音の協和感を定量評価する定量評価ステップと、
   を有することを特徴とする車両用音質評価方法。

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