JP6539943B2 - 車両の付加音量算出方法および付加音量算出装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の付加音量算出方法および付加音量算出装置に関し、特に車両に搭載される能動型の効果音発生装置により車室内の複数のスピーカから発音されて実際のエンジン加速音に付加される効果音の音量を算出する方法および装置に関する。

車外騒音規制のために車両走行音の静粛化が求められる一方で、乗員にとっては魅力品質の一つである走行音（効果音）をオーディオスピーカから車室内に出力して実際のエンジン加速音に付加することにより、車外騒音規制に制約されることなく、よりダイナミックな走行音を体感できるようにした能動型の効果音発生装置（ＡＳＣ：Ａｃｔｉｖｅ Ｓｏｕｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ とも称される。）が特許文献１等にて提案されている。

特開２０１２−１６２１４３号公報

しかしながら、特許文献１に代表されるようなシステムにおいて、効果音（加速音）としてスピーカから出力される適正な付加音量を決定するためには、官能評価と実走行試験を繰り返し行う必要があり、加速音の付加音量のチューニングに膨大な時間を要することとなって好ましくない。

例えば、付加音量として車室内に配置されるオーディオスピーカの数やエンジン回転に応じた周波数のＮ次成分を付加することを考慮すると、数十〜数百にも及ぶ組み合わせが考えられ、加速音の付加音量のチューニングに膨大な時間を要することになる。

また、ＭＩＳＯと呼ばれる手法を用いて乗員の耳位置での目的音をスピーカで再現することが可能であるが、この手法では、想定した着座位置では理想とされる加速音が再現できるものの、少しでも着座位置がずれると理想とされる加速音が再現できなくなるおそれがあるほか、様々な着座位置が選ぶことが可能な車室内での目的音の再現方式としては好ましくない。ましてや最も一般的な乗用車では助手席や後部座席に人が着座することも当然ながらあり得るので、その場合には理想とされる走行音（効果音）とは異なってしまうこととなって好ましくない。

本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、能動型効果音発生装置により発音・付加される付加音量のさらなる適正化を図るべく、とりわけその付加音量についてのチューニング工数を大幅に削減することを可能とした付加音量算出方法を提供するものである。

本発明は、車両に搭載される能動型効果音発生装置により車室内の複数のスピーカから発音・付加される効果音の音量を算出する方法として、車室内で計測したエンジン加速音についてエンジン回転数に応じた次数成分を抽出する車室内エンジン加速音抽出工程と、上記エンジン加速音の次数成分に基づいて、予め把握している目標理想音のイメージと比較しながら、理想加速音を作成する理想加速音作成工程と、スピーカ伝達特性計測用の基準音源からの音を各スピーカから出力して乗員の耳相当位置にて録音した上で各スピーカの伝達特性を算出する伝達特性算出工程と、上記エンジン加速音と理想加速音との音圧レベルの差分を算出した上で、この音圧差分と各スピーカの伝達特性とに基づいて、各スピーカから発音・付加すべき再生音の音量を算出するスピーカ再生音算出工程と、を含むものとした。

本発明によれば、能動型効果音発生装置により発音・付加される付加音量のさらなる適正化を図るにあたって、車室内着座位置による音源位置からの伝達関数の違いを考慮して、適正な付加音量を自動計算で求めることができ、それによって加速音の付加音量についてのチューニング工数を大幅に削減することができる。

本発明に係る付加音量算出方法のためのシステム全体の概略説明図。 図１における車室内エンジン加速音抽出装置の詳細を示す機能ブロック図。 図１における理想加速音作成装置の詳細を示す機能ブロック図。 図１における車室内スピーカ伝達特性のバイノーラル計測装置の詳細を示す機能ブロック図。 図１におけるスピーカ再生音算出装置の詳細を示す機能ブロック図。 車載オーディオシステムにおけるスピーカの配置例を示す説明図。

図１〜６は本発明に係る付加音量算出方法を実施するためのより具体的な形態を示し、特に図１は付加音量算出システム全体の概略構成を、図２〜５は図１における各部の機能の詳細をそれぞれ示している。

図１に示すシステムでは、大別して、車室内スピーカ伝達特性のバイノーラル計測装置１と、車室内エンジン加速音抽出装置２、理想加速音作成装置３、およびスピーカ再生音算出装置４と、から構成される。スピーカとしては、図６に示すように、車載オーディオ装置のステレオ出力装置として例えば車両の左右のフロントドアおよびリアドアのそれぞれに対をなして配置されるスピーカ５Ｒ，５Ｌおよび６Ｒ，６Ｌを想定している。そして、図１に示したシステムは、バイノーラル計測装置１、車室内エンジン加速音抽出装置２、理想加速音作成装置３およびスピーカ再生音算出装置４のそれぞれの要素を含むかたちで例えば汎用のパーソナルコンピュータをもって構築される。

図１の車室内エンジン加速音抽出装置２は、現状（実際）のエンジン加速音を車室内で計測し、次数比分析を行うことにより、車両加速時のエンジン回転数に応じたエンジン加速音の次数成分を抽出する機能を有する。

また、図１の理想加速音作成装置３は、上記車室内エンジン加速音抽出装置２で抽出・作成した加速音の次数成分を基に次数比成分音量付加装置により加速時の理想加速音を作成する機能を有する。この理想加速音作成装置３で作成した理想加速音は、後述するように、予め把握できている目標とする理想音と比較・確認され、誤差が大きい場合には目的回転次数での付加音量入力により随時自動補正され、理想加速音として完成される。

同様に、図１の車室内スピーカ伝達特性のバイノーラル計測装置１は、その名のとおり車室内スピーカ伝達特性を決定するためのもので、伝達特性計測用の基準音源を図６に示した車室内の各スピーカ５Ｒ，５Ｌおよび６Ｒ，６Ｌから出力し、人体を模したいわゆるダミータイプの計測装置本体部で伝搬音をバイノーラル録音するした上で、各スピーカ５Ｒ，５Ｌおよび６Ｒ，６Ｌからの伝達特性を算出する機能を有する。なお、ダミータイプの計測装置本体部については後述する。

さらに、図１のスピーカ再生音算出装置４は、現状（実際）のエンジン加速音と上記理想加速音作成装置３で作成した理想加速音との音圧レベルの差分を算出し、この音圧差分算出値と各スピーカ５Ｒ，５Ｌおよび６Ｒ，６Ｌの伝達特性を用いることで理想音を次数比成分音量付加装置より出力することになる。この場合において、最終的には着座位置が異なる場合（例えば、座席の前後や左右あるいは上下位置）を考慮し、後述するように周波数特性の平滑化処理を行うことにより、各スピーカ５Ｒ，５Ｌおよび６Ｒ，６Ｌからの付加音量を決定することになる。

図２は図１における車室内エンジン加速音抽出装置２の詳細を示している。図２の（Ａ）に示すように、車室内において実際の車両走行に伴う加速音を録音等により収集し、現状の車室内での加速音を所定のファイルに入力して車室内加速音ファイルとして保存する（ステップＳ１）。そして、車室内での加速音にはエンジン回転に伴う加速音以外の音も含まれていることから、エンジンの回転に起因するエンジン加速音のみを抽出するべく、抽出すべきエンジン固有の次数を決定した上で（ステップＳ２）、次数比分析装置７での分析を実行するものとする（ステップＳ３）。この次数比分析装置７での分析処理により、エンジンの回転に起因する次数成分の加速音、すなわちエンジン加速音のみが抽出され、これを所定のファイルに出力して記録する（ステップＳ４）。

図２の（Ｂ）は同図（Ａ）のステップＳ２における次数比分析装置７の詳細を示していて、ここでの次数比分析装置７は、ＦＦＴ装置８、回転数算出装置９および次数成分抽出装置１０とにより構成される。そして、これらの各要素での処理として、図２の（Ａ）におけるステップＳ１のファイルと同等のファイルを音源ファイルとして入力するともともに（ステップＳ５）、目的とするエンジン回転数の次数を入力して（ステップＳ６）、ＦＦＴ装置８、回転数算出装置９および次数成分抽出装置１０にて順次所定の演算を行うことにより（ステップＳ７〜Ｓ９）、エンジン加速音のうち目的とするエンジン回転数の次数成分のみが抽出されて出力される（ステップＳ１０）。

この場合において、当然のことながら目的とするエンジン回転数の次数は単一ではなく複数存在することから、目的とするエンジン回転数の次数の入力を始期とする上記演算を複数回繰り返すものとし、最終的には、図２の（Ａ）のステップＳ４のように、エンジンの回転に起因する複数の次数成分の加速音がエンジン加速音として抽出され、これが所定のファイルへと出力されて記録される。なお、以下の説明においては、ここで取得されたエンジン加速音を現状加速音と略称するものとする。

また、図３は図１における理想加速音作成装置３の詳細を示している。同図（Ａ）に示すように、理想加速音作成装置３では、図２の（Ａ）のステップＳ４で取得されたエンジン加速音ファイルを入力するとともに（ステップＳ１１）、図２の（Ｂ）のステップＳ６と同様に目的とするエンジン回転数の次数を入力し（ステップＳ１２）、さらにステップＳ１３での処理として、予め設定されているところの目的とするエンジン回転数の次数に応じた付加音量を入力する。そして、ステップＳ１４での処理として、次数比成分音量付加装置１１での処理を実行することにより、理想音、すなわち理想とするエンジン加速音が形成される。

さらに、続くステップＳ１５において、形成された理想音の確認としてその理想音の良否（適否）判定（ＯＫ，ＮＧ判定）を行い、「ＯＫ」であればその理想音を完成理想音として所定のファイルに出力して記録し（ステップＳ１６）、「ＮＧ」であればステップＳ１６の理想音完成までステップＳ１３以降の各処理を繰り返す。

なお、以下の説明において、ここで取得された完成理想音を「理想加速音」と略称するものとする。また、ステップＳ１５の理想音の良否判定は、「ＯＫ」であるか「ＮＧ」であるかにかかわらず一旦音源ファイル化した上で机上にて確認するものとする。故に、ここでの理想音の良否判定については、目標とする音（理想音）のイメージが事前に把握できていることが前提となる。

図３の（Ｂ）は同図（Ａ）のステップＳ１４における次数比成分音量付加装置１１の詳細を示していて、ここでの次数比成分音量付加装置１１は、ＦＦＴ装置１２、回転数算出装置１３、次数成分抽出装置１４、各次数成分波形確認装置１５のほか、各次数成分音量付加装置１６、逆ＦＦＴ装置１７および音源ファイル作成装置１８をもって構成される。そして、ステップＳ１７およびＳ１８では、同図（Ａ）のステップＳ１１およびＳ１２の処理として、エンジン加速音ファイルを入力するとともに、目的とするエンジン回転数の次数を入力して、ＦＦＴ装置１２、回転数算出装置１３、次数成分抽出装置１４および各次数成分波形確認装置１５の処理を実行する（ステップＳ１９〜Ｓ２２）。

さらに、ステップＳ２３では、同図（Ａ）のステップＳ１３の処理として、予め設定されているところの目的とするエンジン回転数の次数に応じた付加音量を入力し、各次数成分音量付加装置１６、逆ＦＦＴ装置１７および音源ファイル作成装置１８での処理を実行する（ステップＳ２４〜Ｓ２６）。これにより、ステップＳ２７において音量付加音源ファイルが形成され、これは図３の（Ａ）におけるステップＳ１６のでの完成理想音ファイル、すなわち上記理想加速音に相当するものとなる。

図４は図１に示したバイノーラル計測装置１での計測のためのシステム構成を示している。図４のシステム構成では、バイノーラル計測装置本体部１９以外に、信号発生装置２０、車載オーディオアンプ２２および車載スピーカ５Ｒ，５Ｌおよび６Ｒ，６Ｌのほか、音響信号録音装置２３および伝達特性算出装置２４が含まれている。バイノーラル計測装置本体部１９は、周知のように、人体を模したダミーの頭部のうち左右の耳相当部にバイノーラル録音のためのマイクロホンを埋め込んだものであり、車室内の任意の座席（シート）に着座させるものとする。また、車載オーディオアンプ２２は車載オーディオシステムの主要素として車両に搭載されているものであり、同様に車載スピーカ５Ｒ，５Ｌおよび６Ｒ，６Ｌは図６に示したように例えば車両の左右のフロントドアおよびリアドアのそれぞれに対をなして配置されているものである。

なお、図４のシステムにおける信号発生装置２０、音響信号録音装置２３および伝達特性算出装置２４は、図１に示した車室内エンジン加速音抽出装置２、理想加速音作成装置３およびスピーカ再生音算出装置４等と共に単一のパーソナルコンピュータをもって構築されていても良いが、図４のシステムにおける信号発生装置２０、音響信号録音装置２３および伝達特性算出装置２４の三者が単一のパーソナルコンピュータをもって構築されていても良い。

ここでのバイノーラル計測に際しては、図４に示すように、伝達特性計測用に予め用意した音源の音を信号発生装置２０で発生させ、車載オーディオアンプ２２を経由して増幅した上で各車載スピーカ５Ｒ，５Ｌおよび６Ｒ，６Ｌから出力（再生）する。そして、各車載スピーカ５Ｒ，５Ｌおよび６Ｒ，６Ｌから出力される再生音を音響信号録音装置２３にてバイノーラル録音する。さらに、図４の伝達特性算出装置２４では音響信号録音装置２３からの録音信号を受けて所定の演算を行って、各車載スピーカ５Ｒ，５Ｌおよび６Ｒ，６Ｌからダミーの着座位置における左右の耳相当位置までの伝達関数（インパルスレスポンス）を算出して、各車載スピーカ５Ｒ，５Ｌおよび６Ｒ，６Ｌごとの伝達関数を所定のファイルに出力して記録することになる。

さらに、図５は図１に示したスピーカ再生音算出装置４の詳細を示している。同図に示すように、スピーカ再生音算出装置４は、二つのＦＦＴ装置２５，２６のほか、差分値算出装置２７、次数比成分音量付加装置２８、音量レベルスムージング装置２９および逆ＦＦＴ装置３０とをもって構成される。そして、図４のバイノーラル計測装置１で取得した各スピーカ５Ｒ，５Ｌおよび６Ｒ，６Ｌごとの伝達関数を一方のＦＦＴ装置２５に、前後のスピーカ５Ｒ，５Ｌおよび６Ｒ，６Ｌの出力レベルの割合を次数比成分音量付加装置２８にそれぞれ入力する。

この場合において、図４のバイノーラル計測装置１で取得した各スピーカ５Ｒ，５Ｌおよび６Ｒ，６Ｌごとの全ての伝達関数をそのまま一方のＦＦＴ装置２５に入力するのではなく、主要伝達経路の伝達関数のみを選択して入力するものとする。ここでは、例えば車室内における右前方側のスピーカ５Ｒから右耳位置までの伝達関数と、左前方側のスピーカ５Ｌから左耳位置までの伝達関数と、右後方側のスピーカ６Ｒから右耳位置までの伝達関数、および左後方側のスピーカ６Ｌから左耳位置までの伝達関数をそれぞれ選択して一方のＦＦＴ装置２５に入力するものとする。

また、図３の理想加速音作成装置３で取得した理想加速音と、同じく図２の車室内エンジン加速音抽出装置２で取得した現状加速音とを他方のＦＦＴ装置２６に入力するものとする。さらに、予め設定してあるスムージング量を図５の音量レベルスムージング装置２９に入力するものとする。そして、二つのＦＦＴ装置２５，２６のほか、差分値算出装置２７、次数比成分音量付加装置２８および逆ＦＦＴ装置３０でのそれぞれの処理を実行する。

ここでは、上記現状加速音と理想加速音との音圧レベルの差分を算出した上で、この音圧差分と各スピーカ５Ｒ，５Ｌおよび６Ｒ，６Ｌの伝達特性を用いることで理想加速音に必要な付加音量分を求め、最終的には、図５に示すように、上記付加音量分に応じた各スピーカ５Ｒ，５Ｌおよび６Ｒ，６Ｌからの出力音量を決定してこれを逆ＦＦＴ装置３０から出力するものとする。つまり、予め取得した各スピーカ５Ｒ，５Ｌおよび６Ｒ，６Ｌごとの伝達関数を用いることで、理想加速音に対する現状加速音の差分を計算にて求め、上記伝達関数から求められた付加音量分を逆算して求める手法を採る。ただし、伝達関数の位相成分を無視して、音圧のみに基づいて所定の演算処理を行うものとする。

この場合において、図５の音量レベルスムージング装置２９でのスムージング処理として、車室内での着座位置が異なる場合（例えば、座製の前後や左右あるいは上下位置）を考慮した周波数特性の平滑化処理を行うことにより、各スピーカ５Ｒ，５Ｌおよび６Ｒ，６Ｌから出力される再生音としての付加音量を決定して出力するようにしている。

また、上記のように、各スピーカ５Ｒ，５Ｌおよび６Ｒ，６Ｌの伝達関数のみに基づいて周波数特性を算出した場合、車室内という狭い空間内において出力してもほとんど伝達されないいわゆるディップとなる周波数や、逆に少量のスピーカからの音圧付加でも伝達しやすい周波数が存在する。そして、この特性をそのまま入れ込むと、伝達関数測定位置のみで「理想加速音」が実現される可能性がある。そこで、他の位置でも同等に「理想加速音」を実現するために、上記音量レベルスムージング処理の一環として、あるいは別の補正処理として、各スピーカ５Ｒ，５Ｌおよび６Ｒ，６Ｌの伝達関数の周波数特性にローパスフィルタ等による波形のピーク・ディップ緩和処理を加えることが望ましい。

さらに、周波数特性に特定レベルの閾値を設け、伝達関数の周波数特性が閾値を超える場合と、閾値未満となる場合の双方において、ディップやピークの前後でデータを補完する制御を付加することで、理想加速音とかけ離れた音を聞かせてしまうことがなくなり、どの着座位置においても理想加速音に近い加速音を再現させるチューニングが可能となる。

ここで、上記以外の本実施の形態での利点を列挙すれば下記（ア）〜（エ）の通りである。

（ア）左右の耳位置における音圧を計算できることにより、左右の音差で理想加速音定位を変更ことができる。

（イ）理想加速音を加味していない原音について、計算で算出した音を実際に加味することで、机上での実際に聞こえるであろう加速音の確認が可能となる。

（ウ）上記一連の処理により、各周波数から出力すべき各周波数における音量を瞬時に算出してリスト化することにより、数十〜数百に及ぶチューニング工数が削減できることになる。

（エ）音圧のみの制御によりステレオ音源等にありがちな音像がピンポイントで定位してしまって、エンジン側から聞こえる実際の音とかけ離れてしまうといった不具合現象を効果的に回避することができる。

さらに、図１〜５に示したシステムで実行される一連の処理手順の一例を時系列に整理し直せば下記（１）〜（７）の通りである。ただし、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で一部の処理手順の後先を入れ替えることはもちろん可能である。

（１）図５に示すように、車両における各スピーカ５Ｒ，５Ｌおよび６Ｒ，６Ｌから着座位置までの周波数特性である伝達関数（インパルスレスポンス）をバイノーラル計測法によって計測する。

（２）図３に示すように、車室内における現状加速音を計測する。

（３）図４に示すように、理想加速音を作成する。

（４）図６に示すように、現状加速音と理想加速音の音圧レベルの差分を算出する。

（５）図６に示すように、（１）で計測した伝達関数をもとに、各スピーカ５Ｒ，５Ｌおよび６Ｒ，６Ｌから主要伝達成分を決定する。

（６）図６に示すように、（５）で決定した主要伝達成分をもとに、各スピーカ５Ｒ，５Ｌおよび６Ｒ，６Ｌからの付加音量の周波数特性を算出する。

（７）図６に示すように、着座位置が異なる場合を考慮して音量レベルスムージングの一環として（６）で算出した周波数特性の平滑化処理を実行し、各スピーカ５Ｒ，５Ｌおよび６Ｒ，６Ｌからの付加音量を決定する。

そして、このような処置手順のアルゴリズムをソフトウエア化して、例えば図１のシステムの母体となるパーソナルコンピュータ等にインストールしておくことにより、各周波数における音量を瞬時に算出してリスト化することができることから、従来のような数十〜数百に及ぶ組み合わせのチューニング工数を大幅に削減することができることになる。

１…車室内スピーカ伝達特性のバイノーラル計測装置（伝達特性算出手段）
２…車室内エンジン加速音抽出装置
３…理想加速音作成装置
４…スピーカ再生音算出装置
５Ｒ，５Ｌ…スピーカ
６Ｒ，６Ｌ…スピーカ
１９…バイノーラル計測装置本体部

Claims (4)

1. 車両に搭載される能動型効果音発生装置により車室内の複数のスピーカから出力されて実際のエンジン加速音に付加される効果音の音量を算出する方法であって、
   車室内で計測したエンジン加速音についてエンジン回転数に応じた次数成分を抽出する車室内エンジン加速音抽出工程と、
   上記エンジン加速音の次数成分に基づいて、予め把握している目標理想音のイメージと比較しながら、理想加速音を作成する理想加速音作成工程と、
   スピーカ伝達特性計測用の基準音源からの音を各スピーカから出力して乗員の耳相当位置にて録音した上で各スピーカの伝達特性を算出する伝達特性算出工程と、
   上記エンジン加速音と理想加速音との音圧レベルの差分を算出した上で、この音圧差分と各スピーカの伝達特性とに基づいて、各スピーカから効果音として出力される再生音の音量を算出するスピーカ再生音算出工程と、
   を含んでいることを特徴とする車両の付加音量算出方法。
2. 上記伝達特性算出工程は、スピーカ伝達特性計測用の基準音源からの音を各スピーカから出力してバイノーラル録音した上で各スピーカの伝達特性を算出するバイノーラル計測工程であることを特徴とする請求項１に記載の車両の付加音量算出方法。
3. 車両に搭載される能動型効果音発生装置により車室内の複数のスピーカから出力されて実際のエンジン加速音に付加される効果音の音量を算出する装置であって、
   車室内で計測した車両走行に伴うエンジン加速音についてエンジン回転数に応じた次数成分を抽出する車室内エンジン加速音抽出手段と、
   上記エンジン加速音の次数成分に基づいて、予め把握している目標理想音のイメージと比較しながら、理想加速音を作成する理想加速音作成手段と、
   スピーカ伝達特性計測用の基準音源からの音を各スピーカから出力して乗員の耳相当位置にて録音した上で各スピーカの伝達特性を算出する伝達特性算出手段と、
   上記エンジン加速音と理想加速音との音圧レベルの差分を算出した上で、この音圧差分と各スピーカの伝達特性とに基づいて、各スピーカから効果音として出力される再生音の音量を算出するスピーカ再生音算出手段と、
   を備えていることを特徴とする車両の付加音量算出装置。
4. 上記伝達特性算出手段は、スピーカ伝達特性計測用の基準音源からの音を各スピーカから出力してバイノーラル録音した上で各スピーカの伝達特性を算出するバイノーラル計測装置であることを特徴とする請求項３に記載の車両の付加音量算出装置。

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