JP6019955B2 - エンジン音加工装置 - Google Patents

Description

この発明は、車両の運転者の耳に入るエンジン音を加工する技術に関する。

乗用車などの車両のエンジンルーム内にマイクロホンを設け、このマイクロホンの出力信号をイコライザやコンプレッサ、或いはリバーブなどにより加工して合成エンジン音信号を生成し、この合成エンジン音信号を音として当該車両の車内に放音する技術が種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。この種の技術によれば、車内に放音されるエンジン音を運転者の好みに応じて高級車のエンジン音などに加工し、運転者の満足感を高めることが可能になる。

特開２００９−４６０３４号公報

J. Benesty, S. Makino, J. Chen編，"Speech Enhancement" (Springer)，3.6.1

車両のエンジンルームはエンジンおよびその付属機器を設置するのに必要充分な容積に設計されていることが一般的であり、マイクロホンの出力信号を伝送するための信号線をノイズ源からの影響を受けないように配線することが難しい場合が多い。また、車両のエンジンルーム内の温度はエンジンの稼動状況や季節或いは天候に応じて大きく変動し、雨天の場合には雨水がエンジンルーム内に浸入する場合もあるため、マイクロホンなどの音響センサを正常に動作させるための動作条件を満たせない場合も多い。そこで、近年では、エンジンの稼動制御を行う際に必要となる情報を収集するために設けられた車載センサ（例えば、エンジンに外気を供給するための吸気管内に設けられた圧力センサ）の出力信号を加工して合成エンジン音を生成することが提案されている。

しかし、この種の圧力センサの出力信号には熱雑音等の雑音成分が含まれており、この熱雑音は所謂ホワイトノイズに近似した性質を有している。このため、圧力センサの出力信号に含まれる雑音成分を抑圧せずに合成エンジン音信号に加工すると、「サー」といった雑音が顕著に聴こえる。従来、このような雑音成分を的確に抑圧する技術は提案されていなかった。また、エンジンの動作状態を的確に反映し臨場感の高い合成エンジン音を再現するには、圧力センサの出力信号から合成エンジン音信号を生成する際の加工の内容にエンジンの動作状態を的確に反映する必要があるが、そのような仕組みは従来提案されてはいなかった。

本発明は上記課題に鑑みて為されたものであり、センサからエンジンの動作に応じた出力信号を受け取り、このセンサの出力信号を加工して合成エンジン音信号を生成する際に、エンジンの動作状態を的確に反映し、かつ雑音の少ない合成エンジン音信号を生成することを可能にする技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、センサからエンジンの動作に応じた出力信号を受け取り、当該出力信号に含まれる雑音成分を抑圧して出力する雑音抑圧部と、センサの出力信号における信号／雑音比である事後ＳＮＲ（Signal-Noise Ratio）を当該出力信号から算出するとともに、雑音抑圧部の出力信号における信号／雑音比である事前ＳＮＲを当該出力信号から算出するＳＮＲ推定部と、センサの出力信号と雑音抑圧部の出力信号とをミキシングしそのミキシング結果に加工を施して得られる信号を合成エンジン音信号としてスピーカへ出力する信号加工部であって、センサの出力信号と雑音抑圧部の出力信号のミキシング比率とミキシング結果に施す加工の内容の少なくとも一方を事後ＳＮＲおよび事前ＳＮＲに応じて調整する信号加工部とを有することを特徴とするエンジン音加工装置を提供する。なお、上記センサの具体例としては、エンジンに外気を供給するための吸気管内に設けられ、車速の変動に伴う当該吸気管内の空気流量の変動を圧力の変動として検出し、その検出結果に応じた信号を出力する圧力センサが考えられる。

詳細については後述するが、事前ＳＮＲと事後ＳＮＲの大小関係や事前ＳＮＲの符号（デシベル表現した場合の符号）には、エンジンの動作状態が反映されている。したがって、本発明のエンジン音加工装置によれば、合成エンジン音信号を生成する際の圧力センサの出力信号と雑音抑圧部の出力信号のミキシング比率およびそのミキシング結果に施す加工（例えば、イコライザによる各周波数成分の信号強度の調整やコンプレッサによるダイナミックレンジの調整）をエンジンの動作状態に応じて調整することが可能になり、エンジンの動作状態を的確に反映し、かつ雑音の少ないエンジン音を車両の車室内に放音することが可能になる。なお、本発明の別の態様としては、一般的なコンピュータを上記雑音抑圧部、ＳＮＲ推定部および信号加工部として機能させるプログラムを提供する態様が考えられる。また、このようなプログラムの具体的な提供態様としては、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk-Read Only Memory）などのコンピュータ読み取り可能な記録媒体に当該プログラムを書き込んで配布する態様や、インターネットなどの電気通信回線経由のダウンロードにより配布する態様が考えられる。

より好ましい態様においては、ＳＮＲ推定部は、周波数帯域毎に事後ＳＮＲおよび事前ＳＮＲを算出し、信号加工部は、各周波数帯域におけるミキシング比率とミキシング結果に施す加工の内容の少なくとも一方を、その周波数帯域における事後ＳＮＲおよび事前ＳＮＲに応じて周波数帯域毎に調整することを特徴とする。一般に、周波数帯域毎に加工内容等をきめ細かく調整するようにすれば、加工によるエフェクタの効果をより高めることができ、臨場感に富んだ合成エンジン音を生成することが可能になる。

また、別の好ましい態様においては、信号加工部は、事後ＳＮＲおよび事前ＳＮＲに応じてミキシング比率を変更する際に、変更前のミキシング比率から変更後のミキシング比率までセンサの出力信号と雑音抑圧部の出力信号のミキシング結果が滑らかに変化するように各信号のクロスフェードカーブを調整することを特徴とする。このような態様によれば、ミキシング比率の急激な変更による違和感をエンジン音の聴者（例えば、本発明のエンジン音加工装置が搭載された車両の運転者）に感じさせないようにすることが可能になる。

さらに別の好ましい態様においては、信号加工部は、センサの出力信号と雑音抑圧部の出力信号とをミキシングする際に、雑音抑圧部による処理に要する時間よりも小さい遅延を前者に付与してミキシングすることを特徴とする。雑音抑圧部の出力信号は雑音抑圧処理に要した時間分だけセンサの出力信号に対して遅延しているが、両信号の時間差が大きいと、上記のようなクロスフェードを行ったとしても違和感が発生する可能性がある。本態様によればこのような違和感の発生が回避される。

本発明の一実施形態のエンジン音加工装置１０を含むエンジン音加工システム１の構成例を示す図である。 エンジン音加工装置１０の雑音抑圧部１１０およびＳＮＲ推定部１２０の構成例を示す図である。 ＳＮＲ推定部１２０により算出される事前ＳＮＲおよび事後ＳＮＲとエンジンの動作状態との関係の一例を示す図である。 事前ＳＮＲおよび事後ＳＮＲに応じた加工内容の調整の一例を示す図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態のエンジン音加工装置１０を含むエンジン音加工システム１の構成例を示す図である。図１に示すように、このエンジン音加工システム１は、エンジン音加工装置１０の他に、圧力センサ２０とスピーカ３０とを含んでいる。圧力センサ２０は、エンジン音加工システム１を搭載した車両のエンジンに外気を供給するための吸気管内に設置され、当該吸気管内における圧力の時間変動を表す信号（時間領域の信号）を出力する。圧力センサ２０の出力信号Ｘは、エンジンの駆動制御を行うＥＣＵ（Engine Control Unit：図１では図示略）に供給され、エンジンの回転数制御等に利用される。また、圧力センサ２０の出力信号Ｘはエンジン音加工装置１０にも供給される。

図１のエンジン音加工装置１０は、圧力センサ２０の出力信号Ｘを電気的に加工してエンジン音を模した音信号（以下、合成エンジン音信号）Ｚを生成しスピーカ３０に供給する。スピーカ３０は、エンジン音加工システム１を搭載した車両の車室内に設置されており、エンジン音加工装置１０から供給される合成エンジン音信号Ｚを音として当該車室内に放音する。このように、本実施形態では、エンジンの駆動制御のために設けられた圧力センサ２０の出力信号Ｘに基づいて合成エンジン音信号Ｚが生成される。このように、圧力センサ２０の出力信号Ｘを加工して合成エンジン音信号を生成するようにしたのは、車両のエンジンルーム内の環境はマイクロホンなどの音響センサにとっては過酷にすぎ、実用に耐えない虞があるからである。

図１に示すように、エンジン音加工装置１０は、雑音抑圧部１１０、ＳＮＲ推定部１２０、および信号加工部１３０を含んでいる。本実施形態のエンジン音加工装置１０は例えばＤＳＰ（Digital Signal Processor）であり、図１に示す雑音抑圧部１１０、ＳＮＲ推定部１２０、および信号加工部１３０は制御プログラムにしたがって当該ＤＳＰにより実現されるソフトウェアモジュールである。本実施形態では、雑音抑圧部１１０、ＳＮＲ推定部１２０、および信号加工部１３０の各々をソフトウェアモジュールで実現するが、これら各部を電子回路で実現し、それら電子回路を組み合わせてエンジン音加工装置１０を構成しても勿論良い。

雑音抑圧部１１０は、圧力センサ２０の出力信号Ｘに含まれる雑音成分を抑圧して雑音抑圧済み信号Ｙを出力する。ここで、雑音抑圧部１１０による抑圧対象の雑音としては、所謂熱雑音が挙げられる。雑音抑圧部１１０の具体的な構成および雑音抑圧部１１０により実行される雑音抑圧処理の詳細については後に明らかにする。ＳＮＲ推定部１２０は、圧力センサ２０の出力信号Ｘにおける信号／雑音比である事後ＳＮＲと雑音抑圧済み信号Ｙにおける信号／雑音比である事前ＳＮＲとを算出して出力する。このＳＮＲ推定部１２０の具体的な構成およびＳＮＲ推定部１２０により実行される処理の詳細についても後に明らかにする。

信号加工部１３０は、圧力センサ２０の出力信号Ｘと雑音抑圧済み信号Ｙとから合成エンジン音信号Ｚを生成してスピーカ３０に供給する。図１に示すように、信号加工部１３０は、ミキシング部１３２、イコライザ１３４およびコンプレッサ１３６を含んでいる。ミキシング部１３２は、事後ＳＮＲおよび事前ＳＮＲに応じて定まるミキシング比率で圧力センサ２０の出力信号Ｘと雑音抑圧済み信号Ｙとをミキシングし、そのミキシング結果である信号Ｚ１をイコライザ１３４に出力する。イコライザ１３４は、信号Ｚ１に含まれる各周波数成分の強度を事後ＳＮＲおよび事前ＳＮＲに応じて調整し、その調整結果である信号Ｚ２をコンプレッサ１３６に出力する。コンプレッサ１３６は、信号Ｚ２のダイナミックレンジを事後ＳＮＲおよび事前ＳＮＲに基づいて調整し、その調整結果を合成エンジン音信号Ｚとしてスピーカ３０に与える。

つまり、信号加工部１３０は、圧力センサ２０の出力信号Ｘと雑音抑圧済み信号Ｙのミキシング比率とそのミキシング結果に施す加工の内容を事後ＳＮＲおよび事前ＳＮＲに応じて調整する。このように、圧力センサ２０の出力信号Ｘと雑音抑圧済み信号Ｙのミキシング比率およびそのミキシング結果に施す加工の内容を、事後ＳＮＲおよび事前ＳＮＲに応じて調整するようにしたのは、事後ＳＮＲおよび事前ＳＮＲの大小関係や事前ＳＮＲの符号（デシベル表現した場合の符号）にエンジンの動作状態が反映されているからであり、エンジンの動作状態を的確に反映した合成エンジン音を表す合成エンジン音信号Ｚを生成するためである。事後ＳＮＲと事前ＳＮＲの大小関係および事前ＳＮＲの符号と、エンジンの動作状態との関係については後に明らかにする。なお、本実施形態では、圧力センサ２０の出力信号Ｘと雑音抑圧済み信号Ｙのミキシング比率とそのミキシング結果に施す加工の内容の両方を事後ＳＮＲおよび事前ＳＮＲに応じて調整するが、何れか一方を事後ＳＮＲおよび事前ＳＮＲに応じて調整する態様であっても良い。

図２は、雑音抑圧部１１０およびＳＮＲ推定部１２０の構成例を示す図である。
図２に示すように雑音抑圧部１１０は、ＳＴＦＴ部１１２、雑音推定部１１４、反復ＳＳ部１１６およびＩＳＴＦＴ部１１８を含んでいる。ＳＴＦＴ部１１２は、圧力センサ２０の出力信号Ｘを所定時間長のフレームに区切って短時間フーリエ変換を施し、当該信号Ｘのスペクトル（複素スペクトル）Ｘ（ｋ，ｍ）をフレーム毎に出力する。ここで、記号ｋは周波数を指定する周波数ビンインデックスであり、記号ｍはフレームを指定するフレームインデックスである。なお、短時間フーリエ変換のアルゴリズムについては周知のものを適宜利用するようにすれば良く、上記フレームの時間長については実験等を行って適宜好適な値に定めるようにすれば良い。

雑音推定部１１４および反復ＳＳ部１１６は、車載ＬＡＮを介してイグニッション指令（すなわち、エンジンの点火指示）を検出したことを契機とし、イグニッション指令の検出から所定時間が経過した時点（すなわち、エンジンの稼動が安定したアイドリング状態になったと推測される頃合）以降のフレームを処理対象として反復スペクトル減算による雑音の推定および低減を行う。雑音推定部１１４および反復ＳＳ部１１６が行う処理は、イグニッション指令の検出から所定時間が経過した時点を起算点とする所定時間長の雑音推定区間に属するフレームを解析して圧力センサ２０の出力信号に含まれる雑音を推定する雑音推定処理と、この雑音推定処理により推定された雑音の振幅スペクトルを利用して当該雑音推定区間以降の各フレームに含まれる雑音を低減させる雑音低減処理とに大別される。

雑音推定処理では、雑音推定部１１４は、雑音推定区間に属するフレームに含まれる雑音成分の振幅スペクトル（以下、雑音振幅スペクトル）を推定する処理を予め定められた回数（本実施形態では、Ｉ（２以上の任意の自然数）回）に亘って繰り返し実行する。第１回目の処理においては、雑音推定部１１４は、数１に示す演算を行う。すなわち、雑音推定部１１４は、雑音推定区間に属する各フレームにおける圧力センサ２０の出力信号Ｘのパワースペクトルの平均（数１右辺参照）を算出し、その算出結果を雑音振幅スペクトルの初期値Ｎ₁（ｋ）として記憶する。数１において記号ｍτは上記雑音推定区間に属するフレームの各々を指定するフレームインデックスであり、Ｎ_ｍτは当該雑音推定区間の時間長に相当するフレーム数である。また、雑音推定部１１４は、上記の要領で算出した雑音振幅スペクトルＮ₁（ｋ）を反復ＳＳ部１１６とＳＮＲ推定部１２０に与える。反復ＳＳ部１１６およびＳＮＲ推定部１２０の各々は、雑音推定部１１４から与えられる雑音振幅スペクトルＮ₁（ｋ）を記憶する。

第ｉ（ｉ≧２）回目の処理においては、雑音推定部１１４は、以下の数２に示す演算を行って雑音振幅スペクトルＮ_ｉ（ｋ）を算出し記憶するとともに、雑音振幅スペクトルＮ_ｉ（ｋ）を反復ＳＳ部１１６とＳＮＲ推定部１２０に与える。数２右辺における｜Ｙ_ｉ−１（ｋ、ｍτ）｜は、以下の数３または数４にしたがって反復ＳＳ部１１６によって算出される。雑音推定処理における第ｉ（ｉ≧１）回目の処理では、反復ＳＳ部１１６は数３または数４にしたがって振幅スペクトル｜Ｙ_ｉ（ｋ、ｍτ）｜を算出し雑音推定部１１４に与える。雑音推定部１１４は反復ＳＳ部１１６から受け取った振幅スペクトル｜Ｙ_ｉ（ｋ、ｍτ）｜を記憶し、次回（すなわち、第ｉ＋１回目）の処理において雑音振幅スペクトルＮ_ｉ＋１（ｋ）の算出に使用する。なお、数２および数４における記号βは０より大きな値を有する減衰係数であり、記号ηは０〜１の範囲で定められるフロアリング係数である。これら減衰係数およびフロアリング係数についても実験等により好適な値に定めるようにすれば良い。

上記Ｉ回の処理が実行される結果、雑音推定部１１４、反復ＳＳ部１１６およびＳＮＲ推定部１２０には雑音振幅スペクトルＮ_ｉ（ｋ）（ｉ＝１〜Ｉ）が記憶される。

次いで、雑音低減処理について説明する。
反復ＳＳ部１１６は、雑音推定区間以降のフレームの各々に対して反復型雑音抑圧処理を施すことにより、雑音抑圧済み信号Ｙのスペクトル（複素スペクトル）を順次に生成する。反復型雑音抑圧処理とは、スペクトル減算による雑音成分の抑圧処理（以下「単位抑圧処理」という）を処理対象のフレームの各々に対して反復回数Ｉだけ累積的に施す処理である。例えば、処理対象のフレームにおける圧力センサ２０の出力信号ＸのスペクトルがＸ（ｋ，ｍ）である場合、第１回目の単位抑圧処理においては、反復ＳＳ部１１６は、前掲数３に示すように、処理対象フレームの振幅スペクトル｜Ｘ（ｋ，ｍ）｜を初期値｜Ｙ_１（ｋ，ｍ）｜として記憶する。そして、第ｉ（ｉ≧２）回目の単位抑圧処理においては、反復ＳＳ部１１６は、雑音推定処理にて記憶した雑音振幅スペクトルＮ_ｉ−１（ｋ）を用いて前掲数４に示す演算を行って振幅スペクトル｜Ｙ_ｉ（ｋ，ｍ）｜を生成し、当該振幅スペクトル｜Ｙ_ｉ（ｋ，ｍ）｜を記憶する。

第Ｉ回目の単位抑圧処理を完了すると、反復ＳＳ部１１６は、以下の数５に示す演算を行って雑音抑圧済み信号Ｙのスペクトル（複素スペクトル）Ｙ（ｋ，ｍ）を生成し、ＳＮＲ推定部１２０とＩＳＴＦＴ部１１８に与える。なお、数５において記号ｊは虚数単位であり、記号ａｒｇ（Ｘ（ｋ，ｍ））は複素数Ｘ（ｋ，ｍ）の偏角である。つまり、反復ＳＳ部１１６は、第Ｉ回目の単位抑圧処理により得られた振幅スペクトル｜Ｙ_Ｉ（ｋ，ｍ）｜と圧力センサ２０の出力信号Ｘの位相スペクトルとを合成して雑音抑圧済み信号ＹのスペクトルＹ（ｋ，ｍ）を生成するのである。ＩＳＦＴ部１１８は反復ＳＳ部１１６から与えられるスペクトルＹ（ｋ，ｍ）に逆フーリエ変換を施して時間領域の信号に変換し、当該信号を雑音抑圧済み信号Ｙとして信号加工部１３０に出力する。

ＳＮＲ推定部１２０は、図２に示すように事後ＳＮＲ算出部１２２と事前ＳＮＲ算出部１２４を含んでいる。事後ＳＮＲ算出部１２２には、Ｘ（ｋ，ｍ）とＮ_ｉ（ｋ）（ｉ＝１〜Ｉ）とが与えられ、事前ＳＮＲ算出部１２４には、Ｙ（ｋ，ｍ）とＮ_ｉ（ｋ）（ｉ＝１〜Ｉ））とが与えられる。事後ＳＮＲ算出部１２２は、圧力センサ２０の出力信号Ｘのｍ番目のフレームにおける記号ｋで示される周波数成分についての信号／雑音比である事後ＳＮＲγ（ｋ，ｍ）を以下の数６にしたがって算出する。一方、事前ＳＮＲ算出部１２４は、雑音抑圧済み信号Ｙのｍ番目のフレームにおける記号ｋで示される周波数成分についての信号／雑音比である事前ＳＮＲξ（ｋ，ｍ）を以下の数７にしたがって算出する。このようにして算出された事後ＳＮＲγ（ｋ，ｍ）および事前ＳＮＲξ（ｋ，ｍ）は信号加工部１３０に与えられる。

前述したように、信号加工部１３０は、ＳＮＲ推定部１２０から与えられる事後ＳＮＲγ（ｋ，ｍ）および事前ＳＮＲξ（ｋ，ｍ）に基づいてエンジンの動作状態を判定し、ミキシング部１３２におけるミキシング比率、イコライザ１３４或いはコンプレッサ１３６における加工処理の内容をその判定結果に応じて調整する。ここで、事後ＳＮＲγ（ｋ，ｍ）および事前ＳＮＲξ（ｋ，ｍ）に基づいてエンジンの動作状態を判定することができる理由は以下の通りである。

事前ＳＮＲと事後ＳＮＲの大小関係の組み合わせは、対象信号（エンジン音信号）と雑音信号の大きさの組み合わせにより、図３に示す４つの状態に分類される。なお、図３では、事後ＳＮＲγ（ｋ，ｍ）および事前ＳＮＲξ（ｋ，ｍ）が各々デシベル値で表現されている。対象信号と雑音信号が共に大きい、または共に小さい場合には、両信号の信号レベルを観測することで状態の判別が可能であるため、図３に示す４状態の各々をそれぞれ判別することが可能である。図３における状態４は所謂アイドリング状態であり、同状態３はエンジンの回転数の増加につれて車速が上昇した状態である。これに対して、図３の状態１或いは状態２はエンジンに何らかの故障が発生した状態である。したがって、エンジンの稼動状態は一般的には図３の状態３と状態４との間で遷移することとなる。

ミキシング部１３２におけるミキシング比率の調整やイコライザ１３４（或いはコンプレッサ１３６）における加工パラメータの制御に事前ＳＮＲおよび事後ＳＮＲを利用する場合には、以下の数８に示すように、全ての周波数ビンに渡って事前／事後ＳＮＲを平均した平均値γ（ｍ）およびξ（ｍ）を、図３のγ（ｋ，ｍ）およびξ（ｋ，ｍ）の代わりに用いるようにすれば良い。なお、エンジン音信号の周波数特性を考慮し、数９に示すように重み付け平均により求めたγ（ｍ）およびξ（ｍ）を図３のγ（ｋ，ｍ）およびξ（ｋ，ｍ）の代わりに用いても良い。数９においてｗ_γ（ｋ）およびｗ_ξ（ｋ）はそれぞれｋ番目の周波数ビンについての重み係数である。

また、全帯域ではなく、いくつかの周波数帯域を設定し、これらに含まれる複数の周波数ビンに渡って、事前／事後ＳＮＲを平均し、平均された推定ＳＮＲによりマルチバンドコンプレッサやイコライザのパラメータを制御することも可能である。マルチバンドコンプレッサのように、帯域ごとに制御することで一般にエフェクタの効果は高まるからである。

例えば、ミキシング部１３２におけるミキシング比率を事前ＳＮＲγ（ｍ）および事後ＳＮＲξ（ｍ）に応じて調整する場合には、０から１の範囲の値をとるミキシング係数ζを事前ＳＮＲγ（ｍ）および事後ＳＮＲξ（ｍ）の関数（以下、ζ（γ（ｍ）、ξ（ｍ））と表記する）として定義しておき、圧力センサ２０の出力信号Ｘのｍ番目のフレームと雑音抑圧済み信号Ｙのｍ番目のフレームとをミキシングする際のミキシング係数としてζ（γ（ｍ）、ξ（ｍ））を両フレームの何れか一方に乗算し、他方に（１−ζ（γ（ｍ）、ξ（ｍ）））を乗算して加算するようにすれば良い。なお、事後ＳＮＲおよび事前ＳＮＲに応じてミキシング部１３２におけるミキシング比率を変更する際には、変更前のミキシング比率から変更後のミキシング比率まで圧力センサ２０の出力信号Ｘと雑音抑圧済み信号Ｙのミキシング結果が滑らかに変化するように各信号のクロスフェードカーブを調整するようにしても良い。ミキシング部１３２におけるミキシング比率の急激な変更による違和感をエンジン音の聴者（例えば、エンジン音加工システム１が搭載された車両の運転者）に感じさせないようにするためである。

また、コンプレッサ１３６によるダイナミックレンジの調整を事前ＳＮＲγ（ｍ）および事後ＳＮＲξ（ｍ）に基づいて行う場合には、ダイナミックレンジの調整曲線として図４にて実線で示す調整曲線と同点線で示す調整曲線の２種類を用意しておき（図４では、横軸は調整前の信号の信号強度、縦軸は調整後の信号の信号強度）、事前ＳＮＲγ（ｍ）および事後ＳＮＲξ（ｍ）から状態４と判定される場合（すなわち、雑音抑圧済み信号Ｙの信号レベルが小さく、かつγ（ｋ，ｍ）＜ξ（ｋ，ｍ）の場合）には、図４にて実線で示す調整曲線にしたがってダイナミックレンジの調整を行い、状態３と判定される場合（すなわち、γ（ｋ，ｍ）とξ（ｋ，ｍ）が略等しく、ξ（ｋ，ｍ）＞０の場合）には、図４にて点線で示す調整曲線にしたがってダイナミックレンジの調整を行うようにすれば良い。アイドリング時（すなわち、状態４）においてはコンプレッサ１３６は弱く働いていて構わない一方、状態３へ遷移し車の速度が上がりエンジン音も大きくなる過程では、エンジン音が大きくなるに連れてコンプレッサ１３６の効きを強くすることで臨場感を高め、運転に対する運転者の満足感を高めることが好ましいからである。

また、図１の信号加工部１３０にリバーブを追加する場合（例えば、コンプレッサ１３６の後段にリバーブを追加する場合）には、状態３においてはエンジン音が大きな時にはリバーブをオフにしてヌケの良い音を演出し、エンジン音が小さな時にはリバーブをオンにして音に包まれた印象を演出しても良い。このような態様によれば、高級感のあるエンジン音を再現し、運転者の満足感を高めることが可能となる。

前述したように、エンジンの稼動状態は図３の状態３と状態４との間で遷移すると考えられるが、エンジンに何らかの故障が発生した場合には、状態１や状態２への遷移も発生する。事前ＳＮＲγ（ｍ）および事後ＳＮＲξ（ｍ）から状態１或いは状態２への遷移が発生したと判定された場合には、雑音抑圧の強度を強くしつつ（例えば、雑音抑圧済み信号Ｙのミキシング比率を高くするなど）、イコライザ１３４やコンプレッサ１３６により付与するエフェクトを弱めることが考えられる。状態１或いは状態２においては雑音の強度が高くなるため雑音抑圧の強度を強めることは当然である。しかし、雑音抑圧処理では一般的に処理歪が発生し、この処理歪みは雑音抑圧の強度を強くするほど大きなり、所謂ミュージカルノイズとして顕著に現れる傾向がある。このため、雑音抑圧の強度を強めた状態（処理歪が大きくなりつつある状態）でエフェクトの効きを強くすると、運転者が処理歪を知覚する可能性を高めてしまう。そこで、状態１や状態２への遷移が発生した場合には、エフェクトのパラメータが効きの弱くなるよう制御し処理歪を検知しづらくするのである。なお、状態１或いは状態２への遷移が発生した場合には、機器の故障を警告するための報知をエンジン音加工装置１０に行わせるようにしても良い。

以上説明したように、本実施形態のエンジン音加工装置１０によれば、外気をエンジンに供給するための吸気管内に設けられた圧力センサ２０の出力信号Ｘを加工して合成エンジン音信号Ｚを生成する際に、車両の運転状況を的確に反映し、かつ雑音の少ない合成エンジン音信号Ｚを生成することが可能になる。

また、本実施形態によれば、事前ＳＮＲと事後ＳＮＲの大小関係や事前ＳＮＲの符号に基づいてエンジンの稼動状態が判別されるため、エンジンの稼動状態（例えば、回転数や車速）を検出するためのセンサを別途設ける必要がない。このため、エンジンの稼動状態を検出するためのセンサが設けられていない車両であっても、本実施形態のエンジン音加工システム１を搭載することで、その車室内に車両の運転状況を的確に反映し、かつ雑音の少ない合成エンジン音を放音することが可能になる。

以上本発明の一実施形態について説明したが、この実施形態に以下に述べる変形を加えても勿論良い。
（１）上記実施形態では、エンジンの始動を車載ＬＡＮを介して検出し、アイドリング状態における圧力センサ２０の出力信号（より正確には、雑音推定区間の信号）に基づいて雑音成分の推定を行った。しかし、雑音推定方法として最小統計法を用いることも可能である。非特許文献１において説明される最小統計法は、明示的な音声／非音声区間検出を行わずとも雑音スペクトルを推定可能な手法である。最小統計法により雑音推定を行う態様によれば、圧力センサ２０の出力信号のみを用いて雑音が推定可能であるため、エンジンの始動を示す情報を車載ＬＡＮ経由で収集する必要はなく、季節によるエンジンの安定時間の変化などを考慮する必要がないといった利点がある。また、雑音推定部１１４に有音区間検出器を設け、この有音区間検出器により有音区間（圧力センサ２０の出力信号の信号レベルが所定の閾値を上回っている区間）ではないと判定された区間を雑音区間として雑音振幅スペクトルの初期値を算出するようにしても良い。

（２）上記実施形態では、数７にしたがった事前ＳＮＲを算出したが、以下の数１０にしたがった事前ＳＮＲを算出しても良い。なお、数１０におけるαは０〜１の範囲内の忘却係数であり、実験等を行って好適な値を特定するようにすれば良い。

（３）上記実施形態では、圧力センサ２０の出力信号Ｘに含まれる雑音成分を反復スペクトル減算により抑圧したが、反復スペクトル減算に換えて準ウィナーフィルタなどのウィナーフィルタ族によるフィルタ処理により雑音抑圧を実現しても良い。具体的には、反復ＳＳ部１１６に換えて以下の数１１に示す演算によりＸ（ｋ，ｍ）からＹ（ｋ，ｍ）を算出するフィルタ処理部を設けるようにすれば良い。

（４）上記実施形態では、反復スペクトル減算により雑音抑圧を実現したが、MMSE-STSA法を用いて雑音抑圧を実現しても良い。

（５）上記実施形態では、圧力センサ２０の出力信号Ｘに含まれる雑音成分を反復スペクトル減算により抑圧したが、ノイズゲートやエキスパンダを用いて雑音抑圧を実現しても良い。これら手法では閾値処理により雑音レベルの低減が実現される。例えばノイズゲートを用いる場合には、信号強度が所定の閾値未満の信号成分を雑音と見做して後段へ出力しないといった具合である。このように雑音抑圧にノイズゲートやエキスパンダを用いる場合には、ノイズゲートやエキスパンダにおける処理にて用いる閾値を事前ＳＮＲおよび事後ＳＮＲに応じて制御すれば良い。ノイズゲートやエキスパンダを用いて雑音抑圧を実現する態様は、反復スペクトル減算或いはウィナーフィルタ処理による雑音抑圧に比較して雑音の抑圧能力が低いといった短所があるものの、構成が簡易で演算量が非常に小さいといった長所がある。したがって、演算量を出来る限り小さく抑える必要がある場合には、ノイズゲートやエキスパンダを用いて雑音抑圧を実現する態様は有効である。

（６）圧力センサ２０の出力信号Ｘと雑音抑圧済み信号Ｙとをミキシング部１３２によってミキシングする際に、雑音抑圧部１１０における雑音抑圧処理に要する時間に相当する遅延（より好ましくは、雑音抑圧部１１０における雑音抑圧処理に要する時間よりも小さい遅延）を圧力センサ２０の出力信号Ｘに付与した後にミキシングを行うようにしても良い。ここで、圧力センサ２０の出力信号Ｘに付与する遅延を雑音抑圧部１１０における雑音抑圧処理に要する時間よりも小さくする理由は以下の通りである。エンジンルームから車体等を介して音響的に車室内へ伝搬するエンジン音には遅延を付加することができない。このため、圧力センサ２０の出力信号Ｘに雑音抑圧部１１０における雑音抑圧処理に要する時間と同程度の遅延を付与すると、合成エンジン音信号Ｚも同程度の遅延を有することとなり、スピーカ３０から放音される合成エンジン音が音響的に車室内へ伝搬するエンジン音に比較して遅れて聴こえるディレイ・エフェクトと同様の効果が顕著になってしまう。圧力センサ２０の出力信号Ｘに雑音抑圧処理で発生する遅延よりも小さな遅延を付加して雑音抑圧済み信号Ｙとミキシングするようにすれば、ディレイ・エフェクトの効果を低減しつつ、圧力センサ２０の出力信号Ｘと雑音抑圧済み信号Ｙとの時間差をある程度解消し、総合的な音作りの幅を拡げることが可能となる。

（７）上記実施形態では、エンジンに外気を供給するための吸気管内に設けられた圧力センサ２０の出力信号Ｘから合成エンジン音信号Ｚを生成する場合について説明した。しかし、合成エンジン音信号Ｚの材料となる信号の出力元は、上記のような圧力センサに限定される訳ではない。例えば、エンジンの振動を検出しその検出結果を示す信号を出力するセンサであっても良く、また、エンジンの回転数やトルクを検出しその検出結果を示す信号を出力するセンサであっても良い。要は、エンジンの動作状態を検出しその動作状態を表す信号を出力する車載センサであれば良い。車載センサであれば、エンジンルーム内の過酷な動作環境にも充分に耐えられるからである。

（８）上記実施形態では、エンジン音加工装置１０（ＤＳＰ）を制御プログラムにしたがって作動させることによって当該ＤＳＰを雑音抑圧部１１０、ＳＮＲ推定部１２０および信号加工部１３０として機能させた。しかし、コンピュータを上記各部として機能させるプログラムをＣＤ−ＲＯＭなどのコンピュータ読み取り可能な記録媒体に書き込んで配布しても良く、また、インターネットなどの電気通信回線経由のダウンロードにより配布しても良い。このようにして配布されるプログラムにしたがって一般的なコンピュータ（ＣＰＵ）を作動させることによって、当該コンピュータを上記実施形態のエンジン音加工装置１０として機能させることが可能になるからである。

（９）上記実施形態では車室を有する車両（例えば、乗用車などの４輪車）にエンジン音加工システム１を搭載する場合について説明したが、２輪者に搭載することも可能である。２輪車にエンジン音加工システム１を搭載する場合には、運転者が頭に被るヘルメット内にスピーカ３０を設けるようにすれば良い。

１…エンジン音加工システム、１０…エンジン音加工装置、１１０…雑音抑圧部、１１２…ＳＴＦＴ部、１１４…雑音推定部、１１６…反復ＳＳ部、１１８…ＩＳＴＦＴ部、１２０…ＳＮＲ推定部、１２２…事後ＳＮＲ算出部、１２４…事前ＳＮＲ算出部、１３０…信号加工部、１３２…ミキシング部、１３４…イコライザ、１３６…コンプレッサ、２０…圧力センサ、３０…スピーカ。

Claims (4)

1. センサからエンジンの動作に応じた出力信号を受け取り、当該出力信号に含まれる雑音成分を抑圧して出力する雑音抑圧部と、
   前記センサの出力信号における信号／雑音比である事後ＳＮＲを当該出力信号から算出するとともに、前記雑音抑圧部の出力信号における信号／雑音比である事前ＳＮＲを当該出力信号から算出するＳＮＲ推定部と、
   前記センサの出力信号と前記雑音抑圧部の出力信号とをミキシングしそのミキシング結果に加工を施して得られる信号を合成エンジン音信号としてスピーカへ出力する信号加工部であって、前記センサの出力信号と前記雑音抑圧部の出力信号のミキシング比率と前記ミキシング結果に施す加工の内容の少なくとも一方を前記事後ＳＮＲおよび前記事前ＳＮＲに応じて調整する信号加工部と
   を有することを特徴とするエンジン音加工装置。
2. 前記ＳＮＲ推定部は、周波数帯域毎に事後ＳＮＲおよび事前ＳＮＲを算出し、
   前記信号加工部は、各周波数帯域における前記ミキシング比率と前記ミキシング結果に施す加工の内容の少なくとも一方を、その周波数帯域における事後ＳＮＲおよび事前ＳＮＲに応じて周波数帯域毎に調整することを特徴とする請求項１に記載のエンジン音加工装置。
3. 前記信号加工部は、前記事後ＳＮＲおよび前記事前ＳＮＲに応じて前記ミキシング比率を変更する際に、変更前のミキシング比率から変更後のミキシング比率まで前記センサの出力信号と前記雑音抑圧部の出力信号のミキシング結果が滑らかに変化するように各信号のクロスフェードカーブを調整することを特徴とする請求項１または２に記載のエンジン音加工装置。
4. 前記信号加工部は、前記センサの出力信号と前記雑音抑圧部の出力信号とをミキシングする際に、前記雑音抑圧部による処理に要する時間よりも小さい遅延を前者に付与してミキシングすることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のエンジン音加工装置。
   

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