JPH02237298A - 合成音発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は合成音発生装置に関する。

本発明に係る合成音発生装置は，例えば，自動車の車室
内に発生する所謂こもり音を抑制するための相殺音の発
生源として，あるいは運転シミュレークや遊技用ドライ
ブシミュレータ，動力玩具などに実用化されている疑似
エンジン音や回転機器音の発生源として利用される。

〔従来の技術〕

例えば自動車においては，単室の空洞共鳴騒音により発
生する所謂車内こもり音を抑制するため，エンジン回転
数に応じてスピーカから空洞共鳴騒音と逆位相の相殺音
を出力して空洞共鳴騒音を相殺することが行われている
。この相殺音の発生装置としては，例えばエンジン回転
パルスを基本波として用いてこれをフィルタなどによっ
て波形整形して相殺音を発生するものなどが知られてお
り例えば特開昭５９−９６９９号公報に開示されている
ようなものがある。

また運転シミュレータ等の疑似エンジン音発生装置は，
エンジン回転数の変化に応じて音の再生速度やフィルタ
のピーク位置を変化させるようなものが主体となってい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

例えば車室空洞共鳴騒音を抑制する場合，実車の車内音
はエンジン回転数だけではなく，運転状態によって音質
が大きく変化するため，簡単な発振回路とフィルタ等の
組合セだけでは．単純なこもり音の抑制程度にしか利用
できず，より複雑な波形のこもり音の抑制効果は低い。

また運転シミュレー夕等に用いられている従来の疑似音
発生装置では，回転数の変化は表現できるが，運転状態
に応じた多様な音質変化までは表現できない。この場合
，複数の発振器により種々の次数成分の信号を発生し．
回転数に応じてこれら発振出力の合成割合を調整しつつ
合成すれば，音質に変化を与えることができるが．発振
器の数が多くなり，制御も複雑化するので実用的でない
。

そこでトランスバーサルフィルタを用いて高品質な合成
音を発生することが考えられる。すなわち．回転数とト
ルク等の運転状態に応じてトランスハーサルフィルタの
タップ係数を変化させれば状態変化に応した相殺音，疑
似音，あるいは強調音等の合成音を発生できるものであ
る。この場合駆動源としてイグニションパルスを用い，
これを全極型のトランスバーサルフィルタに入力させて
波形合成する構成が簡単である。

ところが．自動車のエンジン音等は一般にその周波数ス
ペクトルに極（ピーク点）だけでなく零点（谷間点）も
存在しており，全極型のトランスバーサルフィルタでは
かかる零点付近の成分を合成できる精度に限界があり，
精度を上げようとすると計算量が増え，リアルタイムで
の処理が困難になる。そこで零点型のトランスバーサル
フィルタで装置を実現することも考えられるが．この場
合はフィルタが複雑化し，その制御も複雑となる。

したがって本発明の目的は，簡単な構成の回路で．きめ
の細かい音質の合成音を発生できるようにすることにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る合成音発生装置は，合成目的音の情報に応
じて複数のパルスからなるパルス列をそのパルス数およ
びパルス位置を決定しつつ発生するパルス列発生手段と
，このパルス列発生手段からのパルス列が入力されてこ
のパルス列に基づいて目的音の音信号を合成するディジ
タルフィルタと．目的音の情報に応じてディジタルフィ
ルタのフィルタ係数を制御するフィルタ係数制御手段と
，ディジタルフィルタからの音信号を音波に変換して目
的音の合成音を発生ずる音波発生手段とを備えてなる。

〔作用〕

本発明装置は，合成音の駆動源として複数のパルスから
なるパルス列を用いることで，より複雑な波形を合成可
能にするものである。

例えばエンジン音の室内相殺音（あるいは強調音）を発
生する場合には，エンジン音を線形予測して得られたＬ
　Ｐ　Ｇパラメータ等のフィルタ係数だけでなく．駆動
源となるパルスの数と振幅をエンジンのイグニションパ
ルスとの相対位置情報と共に予め推定して記憶しておき
，これらの情報に基づき．エンジン運転状態に応じてフ
ィルタ係数とパルス列のパルス数および振幅を決定して
ディジタルフィルタに与えることで，周波数成分と位相
が最適に制御された相殺音を合成することができる。

一般に音の合成などではＬ　Ｐ　Ｇパラメータとパルス
による合成が行われているが，駆動源は自由発振であり
，単一周期パルスで全極型フィルタ（共鳴型フィルタ）
を通過させる方法が普通である。

ところが．例えばエンジン等の回転装置では．その発生
音は周波数スペクトルに極だけでなく零点を持っている
ので，この零点付近の成分を合成するためには．共鳴位
置情報（すなわち極情報）だけでなく伝達零点情報が重
要であり，この情報を利用できれば，音の細かい特性を
合成できる。この目的のためには零点型フィルタで実現
するよりも，駆動パルスの複数化を行うほうが容易であ
り特にエンジン等の回転数の変化に応じる合成音を発生
ずる場合には少ない情報量で実現できるものである この駆動パルスの複数化について数式を用いて以下に更
に詳しく説明する。

線形予測法を例にして説明すると，線形予測法では信号
の予測値Ｓを →−ａ　２　Ｓｎ−２　＋．．．．．．．−ａｊ　　Ｓ
ｎ−ｊ　）　　　−（　１）の形で表すため，実際の音
Ｓｎとの誤差ｅｎは，ｅｎ　＝３， ？ｎ”’Ｓ■　＋ΣａｊＳｎ−ｊ ｊ＝１ となる。これをＺ変換すると ｐ ＥｆＺｌ−（１　＋Σａ　ｊｚ−ｊ）　　Ｓ　（ＺＩＪ
・１ すなわち，音Ｓ　ｆ７．１は Ｓ　（Ｚｌ　＝ Ｅ　（Ｚ） ｐ １　＋Σａｊ　ｚ−ｊ ｊ＝］ となる。これは駆動源信号Ｅ　（Ｚｌを，伝達関数Ｈ　
ｆＺｌが ■ Ｈ　（Ｚｌ　＝ ｐ １　→−Σａｊ　ｚ−３ ｊ＝１ というフィルタに通ずと．ＳＦ７．１の合成音が得られ
るものと解釈することができる。周波数特性上で見ると
，一般にＥ　（Ｚｌとしては単一パルスがホワイトノイ
ズを用いるため，駆動源信号Ｅ　（Ｚｌの周波数特性は
フラソトであり，一方，式（５）の伝達関数Ｈ　（Ｚ）
は全極型（共鳴型）であるため，周波数特性にピーク点
を持つものとなり，したがって合成音Ｓ　（Ｚ）も式（
５）と同じ周波数特性を持つものとなる。

ところが，エンジン音などの周波数特性は，極だけでな
く零点を持っている。つまり．システムが全極型でなく
，極ゼロ型．すなわち伝達関数が前述の（５）式ではな
く， ｊ＝１ の形であるといえる。これはエンジン音がイグニション
周期に基づく短周期の繰り返しであることに起因してい
る。

したがって，かかる周波数特性を持つエンジン音等の波
形を全極型のフィルタで合成することは無理がある。

さて．ごの極ゼロ型のシステムを見るとこれは前出と同
じく周波数特性がフラソトな駆動源パルスＥ　ｆ７．１
を伝達関数が式（６）のフィルタに通して合成音Ｓ　ｆ
Ｚ）を得ることになるが，分子のｑ （１　＋Σｂｊ　ｚ−ｊ） ｊ＝１ という特性は， Ｙ（７．）一　（１→−Σｂｚ−ｊ）Ｘ（ｚｌ一Ｘ（Ｚ
ｌ＋ｂｊ　Ｉ　Ｘ（ｚ１２−ＪＬ　　→一　十ｂ　ｊ，
ＸｌｚｌＸ−ｊｌであり，時間軸ｉは， ｙ（ｔｌ＝　ｘ（ｔｌ＋ｂｊ　　Ｘ（ｔ−ｊ１）　　十
−ｂｊ｝Ｘ（ｔ−ｊｙ，）となり，これは入力をｊ　＋
　，　　ｊ　２’−”ｊｌ　だけ遅らせた信号の総加算
を意味している。すなわち１バルスを入力すると複数の
パルスを出力するものである。

この合成は次の意味を持つ。すなわち，単一パルスを極
ゼロ型フィルタに通ずことと，複数パルスを全極型フィ
ルタに通すことは等価である。ここで実際の回路で構成
する場合，前者に比べて後者の方が遥かに実現が容易で
ある。

以上の原理に基づき，本発明の合成音発生装置では．周
波数特性に極だけでなく零点をも持つような目的音を合
成する場合に，パルス列発生手段で目的音の発生情報に
応じてパルス数および位置が制御されたパルス列を発生
してこれをディジタルフィルタに与えることにより合成
目的音の零点付近成分の合成に寄与させ，一方，フィル
タ係数制御手段で目的音の発生情報に応じてディジタル
フィルタのフィルタ係数を制御して目的音の極付近成分
の合成に寄与させ．それにより一層きめ細かい音質の音
の合成を実現している。

〔実施例〕

以下，図面を参照して本発明の実施例を説明する。

本発明の一実施例としの合成音発生装置が第１図に示さ
れる。この合成音発生装置は本発明を自動車の車室内に
おける空洞共鳴騒音を相殺する相殺音の発生源として用
いたものである。

図中，１はエンジンのイグニソヨンパルスを検出するは
イグニションパルス検出器２　２は検出サれたイグニシ
ョンパルスを波形整形するパルス整ィルタで専用のディ
ジタル信号プロセノサ等で構成されるもの，４０はパル
ス整形回路２からのイグニションパルスＰ３から得られ
る回転数情報と，アクセル開度検出器４から得られるス
ロソトル開度情報に基づき１・ランスバーサルフィルタ
９に与えるパルス列とフィルタタップ係数を決定してパ
ルス整形回路２からのイグニションパルス４１　３Ｐ２
のタイミングで出力する処理装置，１０はＤ／Ａ変換器
，］】は低域通過フィルタ，１２はオーディオアンプ，
１３はスビーカである。

ここで処理装置４０はマイクロコンピュータヲ用いたソ
フ１・ウエア的処理で実現されるものであり５その機能
を等価的な機能ブロノク構成で表すと，パルス整形回路
２からのパルスＰ３に基づきエンジン回転数Ｐ４を計算
する回転数計算回路３この回転数情報Ｐ４とスロットル
開度情報Ｓ１に基づきパルス列のパルス情報Ｍ〕を決定
するパルス情報テーブル５．回転数情報Ｐ４とスロソｌ
・ル開度情報Ｓ１に基づきｌ・ランスハーザルフィルタ
の１．　Ｐ　Ｃ係数を決定するＩ−　Ｐ　Ｃ係数テーブ
ル６パルス列補間計算回路７，係数補間計算回路８等を
含み構成される。

ここでパルス情報テーブル５は．第２図に示されるよう
なデータ構造でパルス情報を格納しているメモリである
。すなわち，回転数Ｐ４（１０００ｒｐｍ　〜６５００
ｒｐｍ＞とスロノトル開度Ｓ１　　（０、２〜１．０）
をパラメータとしてパルス情報を検索するテーブルとな
っており，パルス情報は第４図に示されるように８涸の
パルスについてのイグニションパルス位置Ｐ２からの相
対位置Ｐｏｓ（ｏｌ　”’−　Ｐｏｓ　（７１と振幅八
ｍｐ（ｏｌ　−　Ａｍｐ（７１の組である。

またＬ　Ｐ　Ｇ係数テーブル６は第３図に示されるよう
なデータ構造でＬ　Ｐ　Ｇ係数を格納しているメモリで
あり，上述同様に回転数Ｐ４とスロノトル１■ 開度Ｓ１をパラメータとしてＬ　Ｐ　Ｇ係数情報を検索
することができる。このＬ　Ｉ）　Ｃ係数情報は第５図
に示されるような１・ランスバーサルフィルタ９の各タ
ップ係数を表す８個の実数Ａ（０）〜Ａ（７）の組であ
る。

ここで，これらのパルス情報およびＬ　Ｐ　Ｇ係数情報
は，エンジン回転数とスロソ１・ル開度を変えた種々の
運転状態下において車室内で発生ずる音響を予め実験で
測定し，これらの音響を相殺する相殺音をトランスバー
サルフィルタ９で合成するためのデータとして設定され
ている。

パルス列補間計算回路７はパルス情報テーブル５のデー
タが，離散的な回転数とスロソトル開度に応した値であ
るので，その間を補間するデータを計算により求める回
路であり，この計算で求めた振幅および位置のパルス列
Ｍ２をイグニションパルス位置信号Ｐ２にタイミングを
合わせて発生してトランスハーサルフィルタ９に出力す
る。

またｔ．　ｐ　ｃ係数補間計算回路８は同じく離散的な
回転数とスロットル開度の間のデータを補間計算する回
路であり，計算で求められたＬＰＧ係数Ｌ２を１・ラン
スバーサルフィルタ９にフィルタタノプ係数として与え
る。

以下，実施例装置の動作が説明される。

まず，全体的な動作を説明すると，マイクロコンピュー
タシステム４０が現在の回転数情報とスロソ１・ル開度
情報を元に記憶装置のテーブルから音源パルス列とＬ　
Ｐ　Ｇ係数を割り出し．トランスバーザルフィルタ９に
入力させる。１一ランスバーサルフィルタ９はこれらに
基づき合成音信号を合成してそれをＤ／Ａ変換器１０，
低域通過フィルタ１１を通過させた後，オーディオアン
プ１２とスビーカ１３により制御用音響波にして出力す
るものである。以下，これについて説明する。

イグニソヨンパルス検出器１によって検出されたエンジ
ン回転２次成分信号Ｐ】は波形整形回路２によって波形
整形された後，マイクロコンピュータ４０に取り込まれ
，回転数計算用のパルスＰ３として回転数計算回路３に
送られると共に，イグニションパルスの位置（タイミン
グ）信号Ｐ２としてパルス列補間計算回路７にも送られ
る。またアクセル開度検出器４で検出された８ビノ１・
の開度信号Ｓ１もマイクロコンビューク４０に取リ込ま
れる。

回転数計算回路３はイグニションパルスＰ３に基づきエ
ンジン回転数Ｐ４を計算する。マイクロコンピュータ４
０はこのようにして得た現在の回転数Ｐ４とアクセル開
度Ｓ１を元に，それに最も近いパルス情報をパルス情報
テーブル５から検索し，これを周辺の値とあわせてパル
ス列補間計算回路７で計算して現在の駆動源パルス列Ｍ
２を作りだす。

この駆動源パルス列Ｍ２は８個のパルスからなり，各パ
ルスは回転数およびスロノトル開度（すなわちトルク情
報）に応じてイグニションパルス位置Ｐ２からの相対位
置とその振幅が定められるものである。ここでエンジン
音はイグニションパルスの付近に音の大きな振幅がある
ものなので，パルス列は普通にはイグニションパルスの
近くに配列される。

またマイクロコンピュータ４０は回転数Ｐ４とスロノ１
−ル開度Ｓ１に応じてＬ　Ｐ　Ｇ係数テーブルからそれ
に最も近いＬ　Ｐ　Ｇ係数を検索し，同しく係数補間計
算回路８で周辺の値とあわせて現在のＬ　Ｐ　Ｇ係数Ｌ
２を計算し，これをトランスバーサルフィルタ９に与え
る。

これによりトランスバーサルフィルタ９は目的の合成音
を生成し，これをＤ／Ａ変換器１０，低域通過フィルタ
１１，オーディオアンプ１２を介してスピーカ１３から
車内相殺音として出力する。

以上の構成により，エンジンの回転数とスロソ１・ルの
状態に細かく対応した正確な補正音を得ることができる
。特に合成音の周波数軸での共振成分はＬＰＧ係数によ
る極で表現することができ，一方，合成音の零点と位相
はマルチパルスの構造と位置で調整することができるた
め，幅広い特性を持った相殺音をわずかな量のパラメー
タでリアルタイムで合成できるようになる。

本発明の実施にあたっては種々の変形形態が可能である
。第７図にはかかる変形例装置の一つが示される。この
変形例装置は，前述の実施例装置が車室内の相殺音（あ
るいは強調音）の発生源として用いられたのに対し，車
両運動シミュレーション装置の疑似車両音の発生源とし
て用いられているものである。

この変形例装置が第１図の実施例装置と相違する点は，
マイクロコンピュータ４１に入力される回転数情報Ｒ１
とスロノトル開度情報Ｓ１が車両運動シミュレーション
装置２１からのものでありマイクロコンピュータ４１内
に雑音レベル情報テプル２２と雑音レベル補間計算回路
２５を備えており，さらにトランスハーサルフィルタ９
にパルス列Ｐ２の他にホワイトノイズ発生器２８からの
ハワイトノイズＮ３もレヘル調整器２９を介して入力さ
れており，このレヘル調整器２９は雑音レヘル補間計算
回路２５からの雑音レベル信号Ｎ２によってレベル調整
を行うように構成されていることである。なお，雑音レ
ベル情報テーブル２２は第６図に示されるように，各回
転数対応にホワイト雑音レヘル情報Ｎ　（ＸＸＸ）を蓄
えている記憶装置である。

この変形例装置の全体的な動作を説明するとまず外部の
車両運動シミュレーション装置２１から現在の回転数情
報Ｒ１とスロソトル開度情報Ｓ１が出力され，それを元
にマイクロコンピュータ４１が記憶装置からホワイ１・
雑音レベル．音源パルス列，およびＬＰＧ係数を割り出
し，トランスハーサルフィルタ９とホワイトノイズ発生
器２８を用いて，低域の回転音成分と広域の雑音成分を
同時に合成し，その合成出力はＤ／Ａ変換器１０低域通
過フィルタ１１を通った後，オーディオアンプ１２とス
ビーカ１３により疑僚車両音として出力されるものであ
る。以下，これについて説明する。

車両運動シミュレーション装置２１が出力する現在のエ
ンジン回転数Ｒ１とスロットル開度情報Ｓ１はマイクロ
コンピュータシステム４１に取り込まれる。マイクロコ
ンピュータ４Ｉは，回転数情報を元に雑音レベル情報テ
ーブル２２から現在の回転数Ｒ１に最も近い雑音レヘル
Ｎを検索し雑音レヘル補間計算回路２５で周辺の値とあ
わせて現在の雑音レヘルを決定し，これをレベル調整器
２９に供給する。

ホワイトノイズ発生器２８で合成された広帯域ＰＩ　音
Ｌｔこのレヘル調整器２９で指定のレヘルに調整された
後にトランスハーサルフィルタ９に入力される。

なお，パルス列Ｐ２とＬ　Ｐ　Ｇ係数１−　２に関する
動作は前述の実施例と同様であるので，詳しい説明は省
略する。

トランスハーサルフィルタ９は係数補間計算回路２７で
計算されたＬＰＣ係数Ｌ２をタソプ係数とし，レベル調
整器２９からの広帯域雑音Ｎ４とパルス列補間計算回路
２６からのパルス列Ｐ２とを駆動源として，疑似車内音
信号を合成する。この合成された音信号はＤ／Ａ変換器
１０，低域通関フィルタ１１，オーディオアンブ１２を
経てスビーカ１３から疑似車内音として出力される。

このように，この変形例装置では，複数の励起パルスと
ボワイ１・ノイズを音源として用いて１−ランスバーサ
ルフィルタで自動車疑倍音を合成している。すなわち，
スロットル操作量とエンジン回転数からトルクの状態を
推定して，それに応じた駆動源パルス列とホワイトノイ
ズのレベルを記憶装置から取り出して音源信号とし，こ
れを同しくトルク状態に応じて制御されるフィルタ係数
を持ったトランスバーサルフィルタを用いて疑似エンジ
ン音を合成するものである。

これにより機械の固有振動の共振による音成分と回転に
より変化する次数成分の両方が，負荷と回転の状況に応
じたより細かい音質表現で合成でき，近僚度の高い疑偵
車内音を得ることができる。

特に低域の周期成分は周波数軸でのマルチパルスの構造
と位置で調整ができ，高域の共振成分はＬＰＣ係数によ
る極によりパルス音源と雑音音源の両方を同時に効率よ
く制御できるものである。

また発生ずる音の周波数特性や音量変化の調整はメモリ
の記憶情報を変えることで容易に行えシステムも単一サ
ンプリング周波数の信号処理システムであるので，可変
速モータや音響信号記憶装置なども不要であり，装置構
成が簡単となる。

以」二の実施例では，本発明を自動車用の各種合成音を
発生する装置に適用した場合について説明したが，本発
明にこれに限られるものではなく音響を合成する合成音
発生装置として広く一般に用いることができ，特に合成
すべき目的音の周波数特性に極の他に零点も含んでいる
ような場合に本発明は適している。

〔発明の効果〕

本発明によれば．簡単な構成の回路で，きめの細かい音
質の合成音を発生することができるようになる。本発明
を例えば自動車車室内におけるこもり音の相殺音の発生
源として用いれば，高い相殺効果を得ることができ，ま
た運転シミュレーション装置に用いれば，実際の運転感
覚により近い疑似車内音を発生できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例としての合成音発生装置を示
すブロソク図， 第２図は実施例装置におけるパルス情報テープルのデー
タ構造を示す図． 第３図は実施例装置におけるＬ　Ｐ　Ｇ係数テーブルの
データ構造を示す図 第４図は第２図におけるパルス情報の構造を示す図， 第５図は第２図におけるＬＰＧ係数の構造を示す図， 第６図は雑音レベル情報テーブルのデータ構造を示す図 第７図は本発明の変形例装置を示すブロック図である。 図において ■−イグニションパルス検出器 ２−パルス整形回路 ３一回転数計算回路 ４−アクセル開度検出器 ５−パルス情報テーブル ６　．　　２　４−Ｌ　Ｐ　Ｇ係数情報テーブル７．２
６−パルス列補間計算回路 ８．２７一係数補間計算回路 ９−＝トランスハーサルフィルタ回路 １０　Ｄ／Ａ変換器 １１−低域通過フィルタ １２−オーディオアンプ １３−スピーカ ２１−車両運動シミュレーンヨン装置 特許出願人　マ　ツ　ダ　株　式　会 第４図 第５ 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 合成目的音の発生情報に応じて複数のパルスからなるパ
   ルス列をそのパルス数およびパルス位置を決定しつつ発
   生するパルス列発生手段と、このパルス列発生手段から
   のパルス列が入力されてこのパルス列に基づいて目的音
   の音信号を合成するディジタルフィルタと、該目的音の
   発生情報に応じて該ディジタルフィルタのフィルタ係数
   を制御するフィルタ係数制御手段と、該ディジタルフィ
   ルタからの音信号を音波に変換して目的合成音を発生す
   る音波発生手段とを備えた合成音発生装置。