JP5541162B2 - 音声出力装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車などの車両内において模擬エンジン音等の音声を出力する音声出力装置に関する。

近年、自動車などの車両内においてドライバへの操作感覚の増強や、運転の快適性の創出を目的とし、自動車メーカーを中心として様々な技術の提案がなされている。このような提案のうち、車両の駆動状態に応じて車両内に取り付けられた音声出力部から模擬エンジン音を出力する技術が知られている。

図１１は特許文献１に記載された従来の音声出力装置５０１のブロック図である。音声出力装置５０１は、駆動状態検出部１０１と、音声信号生成部１０２と、音声レベル調整部１０４Ａ、１０４Ｂと、音声レベル調整部１０４Ａ、１０４Ｂにそれぞれに接続されたスピーカ１０５Ａ、１０５Ｂを備える。駆動状態検出部１０１にて検出された車両の駆動状態に応じて模擬エンジン音を音声信号生成部１０２が生成する。生成された擬似エンジン音は音声レベル調整部１０４Ａ、１０４Ｂで調整され、スピーカ１０５Ａ、１０５Ｂから出力される。

音声出力装置５０１は模擬エンジン音を出力することで、車両１０６のドライバに、アクセル操作に対するエンジン回転数の変化音を強調させ、ドライバに対して車両１０６の操作感覚を増強させる。また、模擬エンジン音を元々のエンジン音と合成させることによって、音声出力装置５０１はドライバにとって心地よい周波数特性を持つエンジン音を創出し、ドライバの運転の快適性を向上させる。

なお、図１１では駆動状態検出部１０１等の音声出力装置５０１の部分は車両１０６外に描かれているが、実際にはスピーカ１０５Ａ、１０５Ｂと同様に車両１０６内に設けられている。

従来の音声出力装置５０１では、スピーカ１０５Ａ、１０５Ｂから出力した模擬エンジン音と、車両１０６内の壁面等で反射した音とが干渉し、出力した音声の特定の周波数においてピークやディップが生じる場合がある。この結果、運転席や助手席等の所定の位置に着座する乗員に、所望の模擬エンジン音を聴取させることがかなわない場合がある。

特開平２−１５８２９６号公報

音声出力装置は車両に搭載される。その音声出力装置は、車両の駆動状態を検出する駆動状態検出部と、検出された駆動状態に応じて基準信号を生成する音声信号生成部と、生成された基準信号を処理する第１と第２のユニットと、第１と第２のユニットで処理された基準信号をそれぞれ出力する第１と第２の音声出力部とを備える。第１のユニットは、第１と第２の音声出力部からそれぞれ出力された基準信号が互いに位相差を有するように基準信号の位相をシフトする位相シフタを含む。

この音声出力装置は所定の位置の乗員にその音声を良好な状態で聴かせることができる。

図１は本発明の実施の形態における音声出力装置のブロック図である。 図２は実施の形態における音声出力装置が設置される車両内の位置と音圧の関係を示す。 図３は実施の形態における音声出力装置で記憶されている基準信号の波形のデータを示す。 図４は図３に示すデータを表すデータテーブルを示す。 図５は実施の形態における音声出力装置の位相シフタの動作を示す。 図６は比較例の音声出力装置の位相シフタがシフトする位相を示す。 図７は実施の形態における音声出力装置の位相シフタがシフトする位相を示す。 図８は実施の形態における他の音声出力装置のブロック図である。 図９は実施の形態におけるさらに他の音声出力装置のブロック図である。 図１０は実施の形態におけるさらに他の音声出力装置のブロック図である。 図１１は従来の音声出力装置のブロック図である。

図１は本発明の実施の形態における音声出力装置１００１のブロック図である。音声出力装置１００１は駆動状態検出部１と、音声信号生成部２と、位相シフタ３と、音声レベル調整部４Ａ、４Ｂと、スピーカ６Ａ、６Ｂとを備える。位相シフタ３と音声レベル調整部４Ａはユニット５Ａを構成する。音声レベル調整部４Ｂはユニット５Ｂを構成する。スピーカ６Ａ、６Ｂはユニット５Ａ、５Ｂにそれぞれ接続されている。音声出力装置１００１は車両７に搭載されている。図１において音声信号生成部２等の音声出力装置１００１の構成部分は車両７外に描かれているが、これらの構成部分スピーカ６Ａ、６Ｂと同様に車両７内に設けられている。スピーカ６Ａ、６Ｂは、車両７の車内空間７Ｃを介して互いに対向する壁面７Ａ、７Ｂに設けられ、互いに対向する方向に音声を出力する。

スピーカ６Ａ、６Ｂは音声出力装置１００１から模擬エンジン音を車両７内に出力する音声出力部であり、車両７の運転席及び助手席のドアに装着されている。スピーカ６Ａ、６Ｂはユニット５Ａ、５Ｂが出力する音声信号を実際に音声として出力する。スピーカ６Ａ、６Ｂは車両７の後部座席の左右のドアに装着してもよい。

駆動状態検出部１は車両７を駆動する状態である駆動状態を検出する。具体的には、駆動状態検出部１は、エンジン回転数やアクセル開度情報、車両の加速度等の車両７の走行状態を検出し、検出した走行状態を基に実際のエンジンの負荷と応答状態を推定して、車両７の駆動状態を検出する。

音声信号生成部２は、駆動状態検出部１で検出された車両７の駆動状態を基に、車両７を運転するドライバの運転状態に対して最も適した模擬エンジン音の基準波形を生成する。音声信号生成部２は、車両７の駆動状態と模擬エンジン音の情報との対応を示すテーブルを有しており、検出された駆動状態に基づいてテーブルを参照して模擬エンジン音の基準波形を判定して生成する。なお、模擬エンジン音の情報は、レベルの周波数特性や位相の周波数特性、含まれる高調波の次数等の各要素として音声信号生成部２に記憶されている。音声信号生成部２は、必要な高調波の次数の分の周波数の正弦波を基準波形として生成し、あるいは複数の高調波成分を含む矩形波や三角波等の非正弦波を生成する。

ユニット５Ａ、５Ｂの音声レベル調整部４Ａ、４Ｂは、音声信号生成部２にて生成された模擬エンジン音の基準波形のレベルを調整する。ユニット５Ａで位相シフタ３が音声信号生成部２の後段に接続されている。

なお、実施の形態における音声出力装置１００１は、２つのユニット５Ａ、５Ｂと２つのスピーカ６Ａ、６Ｂを備えるが、２つより多いユニットと、それらのユニットにそれぞれ接続されたスピーカを備えてもよい。

位相シフタ３は、音声信号生成部２にて生成された基準波形の位相をシフトし、ユニット５Ｂ等のユニット５Ａの他のユニットの少なくとも１つが出力する音声信号と所定の位相差を有する音声信号をユニット５Ａから出力させる。周波数ごとの位相シフタ３でシフトする位相量である位相特性は、ドライバの運転状態に最も適した模擬エンジン音を提供するために駆動状態検出部１により検出された車両７の駆動状態に応じた位相特性である。

音声レベル調整部４Ａは、位相シフタ３から出力された音声信号のレベルが所定の周波数特性を有するように周波数ごとのゲインを調整する。同様に、音声レベル調整部４Ｂは、音声信号生成部２で生成された音声信号のレベルが所定の周波数特性を有するように周波数ごとのゲインを調整する。所定の周波数特性とは、位相シフタ３での位相特性と同様に、駆動状態検出部１により検出された車両７の駆動状態に応じた周波数特性である。

以下、実施の形態における音声出力装置１００１の動作について説明する。

ドライバが車両７を運転すると、ドライバによるアクセル開度の情報や、車両７のエンジンの回転数、加速度といった車両７の走行の情報が信号として駆動状態検出部１に出力される。この信号により、駆動状態検出部１は現在の車両７の駆動状態を検出する。

駆動状態検出部１によって検出された車両駆動状態は信号として音声信号生成部２に出力される。この信号を基に、音声信号生成部２はスピーカ６Ａ、６Ｂに模擬エンジン音等の音声を出力させる音声信号を生成する。

ユニット５Ａでは、位相シフタ３が音声信号の位相を補正し、音声レベル調整部４Ａが音声信号の周波数ごとのレベルを調整する。

ユニット５Ｂでは、音声レベル調整部４Ｂが音声信号生成部２にて生成した音声信号の周波数ごとのレベルを調整する。ユニット５Ｂは位相シフタ３を備えておらず、音声信号の位相を補正しない。

ユニット５Ａ、５Ｂから出力された信号はスピーカ６Ａ、６Ｂから音声としてそれぞれ出力される。

図２は音声出力装置１００１が搭載された車両７内の位置と、擬似エンジン音の周波数２５０Ｈｚの音圧の関係を示し、１．４ｍだけ離れた壁面７Ａ、７Ｂの反射のみを考慮した、音波の干渉のシミュレーションモデルを示す。図２において、縦軸は音圧を表し、横軸は壁面７Ａから壁面７Ｂまでの間で壁面７Ａからの距離を表す。特性Ｐ１は、位相シフタ３で位相を補正していない比較例の音声出力装置の音圧レベルを示し、特性Ｐ２は位相シフタ３で位相を逆位相に補正した音声出力装置１００１の音圧レベルを示す。

比較例の音声出力装置では、特性Ｐ１で示すように、スピーカ６Ａ、６Ｂから同位相の２５０Ｈｚの正弦波の音声を出力すると、壁面７Ａ、７Ｂからそれぞれ０．３５ｍ付近の位置において大きなディップが生じる。車両７の運転席や助手席が壁面７Ａ、７Ｂから０．３５ｍに位置する場合、運転席や助手席に着座する乗員は、模擬エンジン音の２５０Ｈｚの周波数の音声を聴取するのが非常に困難であり、結果として所望の模擬エンジン音をそれら乗員に提供できない。

実施の形態による音声出力装置１００１では、スピーカ６Ａから出力される音声に対してスピーカ６Ｂから出力される音声とは逆位相となるように位相シフタ３にて位相を補正した場合、車両７内の音波の干渉の影響を緩和することができ、特性Ｐ２に示すように、ディップを極端に低減させることができる。この結果、乗員は２５０Ｈｚの周波数の音声を問題なく聴取することが可能となる。

このように、ユニット５Ａ、５Ｂは音声信号生成部２で生成した基準信号を処理する。音声出力部であるスピーカ６Ａ、６Ｂはユニット５Ａ、５Ｂで処理された基準信号をそれぞれ出力する。位相シフタ３は、スピーカ６Ａ、６Ｂから出力された基準信号が互いに位相差を有するように基準信号の位相をシフトする。

複数次数の高調波を含む音声である模擬エンジン音において、位相シフタ３が音声信号の位相を複数の周波数ごとに対応する量だけシフトすることにより、車両７内の所定の位置（壁面７Ａ、７Ｂから０．３５ｍ）におけるディップやピークを抑制することが可能となる。この結果、乗員は音声信号生成部２で生成した音声信号すなわち模擬エンジン音を良好な状態にて聴取することが可能となる。

音声信号生成部２は基準信号の波形の１周期分の離散化されたデータをデータテーブルとして保持する。基準信号の波形が正弦波や三角波、方形波等の規則性を有する波形である場合は、音声信号生成部２は少なくとも１／４周期分の波形のデータを保持することで、音声信号を生成することが可能となる。データテーブルは、音声信号生成部２が基準信号を出力する出力サンプリング周期で基準信号の１周期分をサンプリングするポイントと、それらのポイントでサンプリングして得られたレベルの複数のサンプリング値を保持する。図３は基準信号である正弦波の波形を示し、さらに、その波形をデータテーブルとして保持する複数のサンプリング値で示す。図４は、音声信号生成部２がその波形を保持するデータテーブルを示す。図３において縦軸は基準信号の値を表し、横軸は時間を表す。信号の出力サンプリング周期が０．３３３ｍｓ（３０００Ｈｚ）である場合、図３、図４に示すように、データテーブルは１周期分の正弦波の波形を示す３０００個のサンプリング値を含む。なお、波形のサンプリング値の数は、出力サンプリング周期を上回る数であってもよい。

音声信号生成部２は出力サンプリング周期ごとに、駆動状態検出部１が検出した駆動状態に応じた間隔でデータテーブルからサンプリング値を出力することで基準信号を生成する。例えば、出力サンプリング周期が０．３３３ｍｓ（３０００Ｈｚ）で正弦波の１周期分を示す３０００個のサンプリング値をデータテーブルとして保持している場合、サンプリング周期ごとに５０個の間隔で３０００個のサンプリング値をデータテーブルより抽出することで、５０Ｈｚの正弦波を生成することが可能となる。

ユニット５Ａの位相シフタ３は、ユニット５Ｂがデータテーブルから抽出するサンプリング値のポイントに対して、位相をシフトする量だけ離れたポイントのサンプリング値をデータテーブルが保持する複数のサンプリング値から抽出することにより、その量の位相差を作ることが可能となる。ユニット５Ａの位相シフタ３は、音声信号生成部２からユニット５Ｂに出力されるサンプリング値のポイントから、位相をシフトする量に対応する数ＴＳだけ離れたポイントのサンプリング値をデータテーブルから抽出することで、ユニット５Ｂに出力される音声信号に対して位相をシフトした音声信号を出力することができる。例えば、スピーカ６Ｂから出力される音に対して、スピーカ６Ａで出力される音声を−π／２だけ位相をシフトする場合の波形を図５に示す。図５に示すように、３０００個のサンプリング値を有するデータテーブルにおいて７５０個（＝３０００×（π／２）／２π）の数ＴＳだけ離れたポイントのサンプリング値を抽出することにより、ユニット５Ａは、ユニット５Ｂから出力される音声信号に対して、−π／２だけ位相をシフトした音声信号を生成することが可能となる。

位相シフタ３は、１つのサンプリング値を抽出するごとに位相をシフトする量すなわち数ＴＳの増分ＤＴＳの最大値を保持してもよい。この場合、位相シフタ３は、１つのサンプリング値をデータテーブルから抽出するたびに、数ＴＳを増分ＤＴＳの最大値だけ累積することで所定の量だけ音声信号の位相をシフトすることができる。なお、位相シフタ３は、１つのサンプリング値を抽出するごとに数ＴＳを増加させる増分ＤＴＳの最大値ではなく、複数のサンプリング値を抽出するごとに数ＴＳを増加させる増分ＤＴＳの最大値を保持してもよい。

図６は比較例の位相シフタがシフトする位相を示す。比較例の位相シフタは、時点ｔ１から１つのサンプリング周期後の時点ｔ２までで＋π／２だけ位相をシフトする。時点ｔ１、ｔ２間のこのような短時間に急峻な位相シフトを行うことは、音声信号の不連続を生じてスピーカ６Ａから異常音を発生させる。

図７は実施の形態による音声出力装置１００１の位相シフタ３がシフトする位相を示す。位相シフタ３は複数のサンプリング周期でシフトする位相の量の初期値と増分ＤＴＳの最大値とを保持している。図７では、位相シフタ３は、ゼロである初期値と、１２のサンプリング周期でのπ／６０のシフトの量の増分ＤＴＳの最大値とを保持している。位相シフタ３は、π／２だけ位相をシフトする場合、位相をシフトする量を初期値（ゼロ）から１２のサンプリング周期でπ／６０ずつ増やし、時点ｔ１から３６０（＝１２×（π／２）／（π／６０））のサンプリング周期だけ経過した時点ｔ３で、位相をシフトする量すなわち数ＴＳをπ／２だけ増やす。このように位相をシフトする量を徐々に増やすことで、大きな量だけ位相をシフトしても、音声信号の不連続性が緩和され、スピーカ６Ａからは異常音が発生しない。

このように、ユニット５Ａは出力サンプリング周期ごとに、検出された駆動状態に応じた間隔でデータテーブルから複数のサンプリング値を抽出することにより基準信号を生成する。ユニット５Ｂは出力サンプリング周期ごとにその間隔でデータテーブルから複数のサンプリング値を抽出することにより基準信号を生成する。位相シフタ３は、複数のポイントのうちのユニット５Ａが抽出するポイントを、ユニット５Ｂが抽出するポイントから、検出した駆動状態に応じた位相に対応する数だけ離れて設定する。また、位相シフタ３は、数ＴＳを目指して出力サンプリング周期ごとに所定の増分ＤＴＳを累積して得られた数だけ、ユニット５Ａが抽出するポイントをユニット５Ｂが抽出するポイントから離して設定する。すなわち、位相シフタ３は、初期値（ゼロ）から出力サンプリング周期ごとに所定の増分ＤＴＳを累積して得られた数が数ＴＳになるまで初期値から所定の増分ＤＴＳを累積するように動作する。位相シフタ３は、初期値から所定の増分ＤＴＳを累積して得られた数だけユニット５Ａが抽出するポイントをユニット５Ｂが抽出するポイントから離して設定するように動作する。

図８は実施の形態における他の音声出力装置１００２のブロック図である。図８において図１に示す音声出力装置１００１と同じ部分には同じ参照番号を付す。図８に示す音声出力装置１００２では、位相シフタ３は音声レベル調整部４Ａとスピーカ６Ａの間に接続されており、音声出力装置１００１と同様の効果を有する。

図９は実施の形態におけるさらに他の音声出力装置１００３のブロック図である。図９において図１に示す音声出力装置１００１と同じ部分には同じ参照番号を付す。図９に示す音声出力装置１００３では、ユニット５Ｂは位相シフタ３と同様に、音声信号生成部２が生成した音声信号の位相をシフトする位相シフタ３Ｂをさらに備える。音声出力装置１００３は図１に示す音声出力装置１００１と同様の効果を有する。

図１０は実施の形態におけるさらに他の音声出力装置１００４のブロック図である。図１０において図９に示す音声出力装置１００３と同じ部分には同じ参照番号を付す。音声出力装置１００４は、図９に示す音声出力装置１００３に、ユニット５Ｃ、５Ｄと、ユニット５Ｃ、５Ｄに接続された音声出力部であるスピーカ６Ｃ、６Ｄをさらに備える。ユニット５Ｃは、音声信号生成部２で生成された音声信号の周波数ごとのレベルを調整する音声レベル調整部４Ｃと、音声信号の位相をシフトする位相シフタ３Ｃを備える。ユニット５Ｄは、音声信号生成部２で生成された音声信号の周波数ごとのレベルを調整する音声レベル調整部４Ｄと、音声信号の位相をシフトする位相シフタ３Ｄを備える。スピーカ６Ｃは音声レベル調整部４Ｃで調整されたレベルと位相シフタ３Ｃでシフトされた位相を有する音声信号を車内空間７Ｃに出力する。スピーカ６Ｄは音声レベル調整部４Ｄで調整されたレベルと位相シフタ３Ｄでシフトされた位相を有する音声信号を車内空間７Ｃに出力する。スピーカ６Ｃ、６Ｄは車両７の後部座席の左右の壁面に搭載されている。音声出力装置１００４は、車両７の前後の座席の乗員に聴かせる音声のディップをさらに低減することができる。

本発明の音声出力装置は所定の位置の乗員にその音声を良好な状態で聴かせることができ、乗用車等の各種車両に有用である。

１ 駆動状態検出部
２ 音声信号生成部
３ 位相シフタ
５Ａ ユニット（第１のユニット）
５Ｂ ユニット（第２のユニット）
６Ａ スピーカ（第１の音声出力部）
６Ｂ スピーカ（第２の音声出力部）

Claims (1)

1. 車両に搭載された音声出力装置であって、前記車両の駆動状態を検出する駆動状態検出部と、前記検出された駆動状態に応じて、基準信号を生成する音声信号生成部と、前記生成された基準信号を処理して第１の基準信号を生成する第１のユニットと、前記生成された基準信号を処理して第２の基準信号を生成する第２のユニットと、前記第１の基準信号を出力する第１の音声出力部と、前記第２の基準信号を出力する第２の音声出力部と、前記第１の音声出力部と前記第２の音声出力部からそれぞれ出力された前記第１と第２の基準信号が互いに位相差を有するように前記基準信号の位相をシフトする位相シフタと、を備えた音声出力装置であって、前記音声信号生成部は、前記基準信号の波形の少なくとも１／４周期分の波形を所定のサンプリング周期でサンプリングしたサンプリング値を有するデータテーブルを保持し、前記第１のユニットは前記第１の基準信号を出力する出力サンプリング周期ごとに前記データテーブルから前記検出された駆動状態に応じた間隔で前記サンプリング値を抽出することにより前記第１の基準信号を生成し、前記第２のユニットは前記第２の基準信号を出力する前記出力サンプリング周期ごとに前記データテーブルから前記間隔で前記サンプリング値を抽出することにより前記第２の基準信号を生成するように構成され、
   前記位相シフタは、前記第１のユニットが前記データテーブルから抽出するポイントと、前記第２のユニットが前記データテーブルから抽出するポイントとの差分により、前記第１のユニットからの出力と前記第２のユニットからの出力との位相差を実現し、前記駆動状態が変化した際に、この新しい状態の位相差に相当する前記第１のユニットが前記データテーブルから抽出するポイントと、前記第２のユニットが前記データテーブルから抽出するポイントとの差分を目指して、前記新しい状態の位相差に相当する前記ポイントの差分を実現するまで、前記第１のユニットまたは前記第２のユニットのいずれか一方は前記駆動状態に応じた間隔で前記サンプリング値を抽出し、もう一方は前記駆動状態に応じた間隔に所定の増分を加えた間隔で前記サンプリング値を抽出することを特徴とした音声出力装置。

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