JPH04178698A - 波形生成装置 - 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、周期的運動を行う運転機から発生される音波
や弾性波等の波形を、時間軸上で人為的に生成又は合成
する装置に関する。 たとえば、自動車のエンジンによって発生される排気音
等の波形を、エンジンの回転数の変動に伴って、時間軸
上で人為的に生成又は合成する装置に応用できる。

【従来技術】

従来、騒音防止、振動防止等の観点から、周期的運動を
行う運転機から発生される音波や弾性波等の波形を解析
することが必要となっている。この種の波形を解析する
には、時間軸上で人為的にこの波形が生成されることが
必要である。 たとえば、自動車のエンジンによって発生される排気音
の波形や、振動波形を解析して、エンジン音防止機構や
振動防止機構を改良する研究が行われている。 さらに、自動車のエンジンによる排気音を、積極的にエ
ンジンの運転状態に応じて、車室内に発生させて、運転
者の運転感覚を向上させることが行われている。 このような波形は、エンジンの運転速度によって多様に
変化し、運転速度に応じた忠実な波形生成又は波形合成
が必要となっている。 −例として、以下、自動車の排気音合成装置について述
べる。 排気音合成装置は、次の用途に用いられる。 （１）排気音の音色チューニング用 排気系の開発にあたって、排気音の音量を小さくするだ
けでなく、音質（感性品質）を向上させる要求が強くな
ってきている。ところで、従来の研究から、排気音の音
色を左右する特徴量としては、回転次数成分が重要であ
ることがわかってきている。そこで、波形合成装置は、
排気音の回転次数成分を計算機により自由に増減して音
色を加工することにより、開発目標とする音色を見つけ
る装置に用いられる。 （２）音色評価法開発時の提示合作成用排気音の音色の
客観評価法を研究する際に、物理特性を様々に変化させ
た排気音を作成している。 この音を提示音として用いて、官能評価する方法が行わ
れている。波形合成装置は、このような提示音作成装置
に用いられる。 （３）車載型の疑似排気音の合成装置用排気音は運転者
が走行運転を体感的に楽しむ要素の一つともなっている
。しかし、マフラ等の排気系だけで排気音の音質を改善
するには限界がある。そこで、波形合成装置は、車室内
において、運転状態に合わせ、又、運転者の好みの音質
で、排気音の合成音を発生させる装置に用いられる。 （４）ドライビングシミュレータの一部としての排気音
合成装置用 運転状態をシミュレーションするための装置として、ド
ライビングシミュレータがある。この装置では、現実感
を向上させるために走行状態に応じた音を発生させるこ
とが重要である。そのために、波形合成装置は、ドライ
ビングシミュレータの一部として排気音を合成する装置
に用いられる。 上記の装置における波形合成に関しては、次の技術が知
られている。 上記（２）に関連するものとして、日本音響学会講演論
文集＜１９８９年３月）に「回転次数成分情報を用いた
評価用自動車排気音の合成についてＪ、又、日本音響学
会講演論文集（Ｘ９９０年３月）に「車の騒音評価シス
テムについて」が開示されている。 上記（３）の装置に関連するものとして、特開平１−１
４０１９９号公報に、自動車の疑似排気音発生装置が開
示されている。 上記（４）の装置に関連するものとして、ＳＡｔ！　ｒ
ａｐｅｒ　　８５０３３４（１９８５）　　　に　ｒＴ
ｈｅ　　Ｄａｉｍｌａｒ−Ｂｅｎｚ　　Ｄｒｉｖｉｎｇ
Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ　　Ａ　　Ｔｏｏｌ　　ｆｏｒ　　
Ｖｅｈｉｃｌｅ　　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　　Ｊと題
する装置が開示されている。

【発明が解決しようとする課題】

上記の何れかの方法も回転次数成分（エンジン回転周波
数の倍数の周波数成分をいう）に基づく波形の合成方法
である。回転次数成分が使われる理由は、従来の研究か
ら、回転次数成分が排気音の音色を左右する特徴量であ
ることが分かっているからである。 これらの方法のうち、日本音響学会講演論文集（１９９
０年３月）「車の騒音評価システムについて」以外の方
法は、基本的には、自動車の加速に伴うエンジン回転周
波数の変化に対し、この個々の回転周波数に対する回転
次数成分にあたる複数の正弦波を重み付き加算して、合
成音を作る方法である。 この方法は、周波数が変動するので、周波数の変動に応
じた複数の正弦波の発生に多大な計算時間、あるいは大
掛かりなハードウェアを必要とする。また、自動車の加
速特性における加速カーブを一定にした状態での合成音
を得る場合には、−度、所定の基本波と高調波の正弦波
を発生させた後、これらの正弦波を重み付は加算する処
理のみでよいが、それでも演算量は膨大である。 また、「車の騒音評価システムについて」（日本音響学
会講演論文集（１９９０年３月））の装置の波形の合成
方法は、原音波形から増減したい回転次数成分にあたる
狭帯域成分をトラッキングフィルタによって抽出し、こ
の成分を増減した後、原音に加算する方法である。従っ
て、分析時の音（原音）と異なる加速カーブ特性で自動
車を加速した時に出力される排気音を合成することが８
来ないという問題点がある。 音色評価法の研究の際に、ある物理量が感性に及ばず効
果の研究が行われている。その場合には、その物理量以
外の条件である加速カーブ特性を車種によらず一定にし
たいという要請があるが、この方法ではそれが不可能で
ある。 本発明は上記課題を解決するために成されたものであり
、その目的は、周期的運動を行う運転機によって生じる
音波、弾性波等の波形を、運転機の運転速度に応じて、
時間軸上で生成させることである。 又、本発明を自動車の排気音合成装置に応用した場合で
例示すれば、本発明の解決しようとするより具体的な課
題は、次のことである。 （１）排気音をリアルタイムで合成できるようにするこ
と。 （２）原音の発生時と異なる加速カーブ特性に対応する
排気音を合成できるようにするとともに、アクセル操作
に対応した加速カーブ特性の変更に追従して排気音の合
成ができるようにすること。 （３）大幅な音色強調処理を行っても、擬音の生じない
良好な排気音の合成を可能とすること。そのために、波
形に不連続点が生じないようにすること。

【課題を解決するための手段】

上記課題を解決するためのｊ＠１発明の構成は、回転、
往復運動等の周期的運動を行う運転機の運転に伴って発
生する音波、弾性波等の波形を、運転機の運転速度に応
じて時間軸上で生成する波形生成装置において、 運転機が任意の定速度運転状態にある時に発生される周
期関数の波形を時間を変数とする直交関数級数に展開し
た時の各項の係数の集合で定義されるスペクトラムを、
運転機の定速度毎に記憶するスペクトラム記憶手段と、 波形生成時に、運転機の速度を、その速度に同期して入
力して、スペクトラム記憶手段に記憶されている定速度
毎のスペクトラムから、入力された速度に対応するスペ
クトラムを生成するスペクトラム生成手段と、 スペクトラム生成手段により出力されたスペクトラムを
時間軸上のパルス列データに変換する逆変換手段と を具備したことを特徴とする。 又、第２発明の構成は、第１発明において、前記直交関
数系を三角関数とし、前記スペクトラムを周波数スペク
トラムとし、前記逆変換手段を離散的逆フーリエ変換手
段としたことである。 又、第３発明の構成は、第２発明において、前記離散逆
フーリエ変換手段は、前記スペクトラムの各成分の位相
を９０度又は−９０度の混在した状態に固定して離散逆
フーリエ変換を行うようにし、スペクトラム生成手段は
、前記運転機の速度を、その速度に対応した前記波形の
基本周期の整数倍の周期に同期して入力するようにした
ことである。 又、第４発明の構成は、第１発明において、スペクトラ
ム生成手段の生成するスペクトラムの各成分の大きさを
各成分毎に変化させる変調手段をさらに設けたことであ
る。

【作用】

第１発明の作用 予め、周期的運動を行う運転機が任意の定速度運転状態
にある時に発生される周期関数の波形を時間を変数とす
る直交関数級数に展開した時の各項の係数の集合で定義
されるスペクトラムが、運転機の定速度毎に記憶されて
いる。 波形生成時には、運転機の速度を、その速度に同期して
入力して、スペクトラム記憶手段に記憶されている定速
度毎のスペクトラムから、入力された速度に対応するス
ペクトラムが生成される。 その後、スペクトラム生成手段により出力されたスペク
トラムを時間軸上のパルス列データに変換される。 このようにして、運転機の運転速度に応じた波形が生成
される。 第２発明の作用 スペクトラムに周波数スペクトラムが用いられている。 時間軸上への逆変換は離散的逆フーリエ変換によって実
行される。 第３発明の作用 運転機が一定速度で運転されている時に発生される波形
は周期関数となる。たとえば、４サイクルエンジンの場
合には、エンジンクランクの２回転に１回爆発すること
がら、発生される波形はエンジンクランクの２回転を１
周期とする周期関数となる。 また、２サイクルエンジンの場合は、エンジンのクラン
ク１回転に１回爆発することから、発生される波形はエ
ンジンクランクの１回転を１周期とする周期関数となり
、さらにロータリーエンジンでは一般にエンジン出力軸
１回転に１回爆発することから、発生される波形はエン
ジン出力軸１回転を１周期とする周期関数となる。以下
、運転機の最も長い振動周期を基本周期と考える。 この周期関数の波形をフーリエ級数展開した時の各項の
係数で、周波数スペクトラムが構成される。換言すれば
、周期関数の波形のフーリエ変換はスペクトル関数（パ
ルス列）（！：なる。この波形のスペクトラムが、運転
機の一定速度をパラメータとして測定される。そして、
その一定速度毎のスペクトラムが予めスペクトラム記憶
手段に記憶される。 波形生成は、次のようにして行われる。 運転機の速度が、その速度に対応した波形の基本周期の
整数倍の周期に同期して入力される。以下、この速度の
入力周期を「速度入力周期」という。たとえば、運転機
のある速度において生成される波形の１周期が運転機の
ｎ周期に対応する場合には、速度入力周期は、運転機の
ｎ倍の周期となる。換言すれば、速度入力周期は、速度
に対応したスペクトラムにおけるスペクトル間隔の整数
倍の周期でもある。 そして、予めスペクトラム記憶手段に記憶されている定
速度毎のスペクトラムから、入力された速度に対応する
スペクトラムが生成される。入力された速度に対応する
スペクトラムが存在しなければ、補間演算によって入力
された速度に対応するスペクトラムが生成される。この
スペクトラムの生成周期は、上述した速度入力周期に等
しい。 以下、この速度に対応したスペクトラムの生成周期を「
スペクトラム生成周期コという。 尚、運転機の運転をリアルタイムで波形を生成する場合
には、運転機の速度が測定され、その速度がその速度に
対応した上記速度入力周期に同期して入力される。 又、波形生成をシミュレーションとして行う場合には、
時間と共に変化し得る運転機の速度をその速度に対応し
た上記速度入力周期に同期して人為的に付与することに
なる。 このようにして、スペクトラム発生手段により、スペク
トム生成周期毎に、運転機の速度に対応する波形のスベ
クラムが生成される。従って、速度が時間的に変動すれ
ば、生成されるスペクトラムの間隔、振幅、形状も時間
的に変化する。 次に、このスペクトラムは、離散逆フーリエ変換手段に
入力し、各スペクトラム成分の位相が９０度又は−９０
度の混在した状態に固定されて、離散的逆フーリエ変換
される。その結果、時間軸上におけるパルス列が得られ
る。 このパルス列は、入力されたスペクトラムの間隔に対応
する周期の周期関数となる。 スペクトラム生成周期は、スペクトル間隔に対応した周
期に設定されているので、スペクトラム生成周期は、生
成された時間軸上のパルス列の周期となる。 各スペクトラム成分の位相を９０度又は−９０度にする
とＣＱＳ成分がＯでｓｉｎ成分のみ値をもつので、スペ
クトラム生成周期における始期と終期のタイミングで生
成される時間軸上のパルス列の振幅を零にすることがで
きる。この結果、スペクトラムが切り替わっても、生成
される波形は連続波形となる。 このようにして生成された時間軸上のパルス列はパルス
周期に同期してＤ／Ａ変換される。 このようにして、運転機の運転速度が変化しても、その
速度に応じた連続したアナログ波形が生成される。 第４発明の作用 スペクトラムの各成分の大きさが、それぞれの成分毎に
変調される。

【発明の効果】

第１発明の効果 本発明は、運転機の速度に応じたスペクトラムを発生さ
せるようにしているので、運転速度の変動に伴って波形
を変化させることができる。 定速度毎の運転機の発生する周期波形の関数を時間を変
数とする直交関数に展開した時の各項の係数の集合をス
ペクトルとして記憶していることにより、合成する波形
の基のデータを忠実かつ離散的にデータ圧縮して記憶す
ることが可能となるので、シンプルなシステムで運転機
の発生する波形によく対応した波形を合成することがで
きる。 また、前記定速度毎にデータ圧縮されたスペクトラムに
より、運転機の速度に同期して入力された速度に対応す
るスペクトラムを生成するので、運転速度の変動に伴っ
て波形を変化させることができ、運転機の種々の加減速
状態における波形を合成することができる。 第２発明の効果 スペクトラムに周波数スペクトラムを用い、時間軸上へ
の逆変換に離散的逆フーリエ変換を用いているので、公
知のディジタルＦＦＴ演算装置を用いて容易に時間軸上
への高速変換が可能となる。 第３発明の効果 スペクトラムを離散逆フーリエ変換する時に、各スベク
ラム成分の位相を９０度又は−９０度の混在した状態に
固定すると共に、スペクトラム生成周期を、運転機の速
度に対応した波形の基本周期に設定しているので、生成
される波形の連続性が達成される。 この結果、スペクトラム生成周期毎の波形の繋ぎ目で生
じた高周波成分が除去されて、聴感上自然な波形が得ら
れる。 第４発明の効果 生成された波形が音波であれば、運転機の速度に応じて
音色を変化できる。

【実施例】

以下、本発明を具体的な一実施例に基づいて説明する。 本実施例装置は、本発明を自動車の加速に応じたエンジ
ンの排気音を合成する装置に応用したものである。 第１図は、本実施例装置の処理手順をブロック図で示し
たものである。 処理過程は、大きく分けて、排気音の分析過程Ａと排気
音の合成過程Ｂとが存在する。 加速カーブ可変とするたぬの手段 分析過程Ａで示されているように、ベースとなる音から
、エンジンの回転数毎に回転次数成分が特徴量として抽
出される。４サイクルエンジンの場合にはエンジンクラ
ンクの２回転で１回爆発することから、排気音はエンジ
ンクランクの２回転を１周期とする周期関数となる。従
って、一定回転数における排気音のフーリエ変換は、エ
ンジンクランクの２回転を１周期とした周波数を基本成
分とし、その周期の逆数を間隔とするスペクトル関数と
なる。このようにしてフーリエ変換により、回転速度毎
のスペクトラムが求められる。 尚、エンジンの回転によって生じる波形のスペクトラム
を解析する場合には、上述したように回転次数成分が用
いられる。回転次数成分では、エンジンの回転周波数が
基本周波数となり、その高調波がエンジン回転数の倍数
で表現される。よって、以下、スペクトラムと「回転次
数成分」とを同意義に用い、第ｎ１ＡＪ波と回転ｎ次成
分とを同意義で用いる。尚、上記の４サイクルエンジン
の場合には、スペクトルは、０．５次毎に現れる。 本実施例では、上記のスペクトラムがエンジンの各回転
数毎に記憶される。そして、それをもとにして、音波の
合成が行われる。 この方法であれば、与えられた加速カーブに応じて該当
する回転数のスペクトラムを読み出してきて合成ずれは
よいため、原音と異なる加速カーブの設定が可能である
。 音色の加工を可変とするための手段 Ｂ１過程で示したように、現実のエンジンの回転数に応
じたスペクトラムが読み出され、その各スペクトラムの
大きさが、各成分毎に変調される。 この処理によって、合成された排気音の音質を制御する
ことができる。 リアルタイム合成を可能にするための手段合成過程Ｂで
スペクトラムからクランク角度波形に戻す際に、高速変
換アルゴリズムを有する逆フーリエ変換が用いられる（
Ｂ２過程）この変換によってスペクトラムがクランク角
度波形に戻る。その後、波形を回転数に同期した変換周
波数でＤ／Ａ変換することにより、時間波形として出力
する。回転数同期のＤ／Ａ変換器の導入により、逆フー
リエ変換による合成を利用可能としており、逆フーリエ
変換が利用できることによりリアルタイム処理を可能に
している。 セグメント間の波形の連続性を保つ手段例えば、回転０
．５次成分おきの回転次数成分をもとに逆フーリエ変換
を行えば１回の変換で２回転分の波形が生成される。（
−度の逆フーリエ変換の対象となるデータセットを以下
、［セグメントづ２いう。）そこで、セグメント毎に回
転次数成分を変えて変換することによって加速に伴う音
色変化を表現することが出来る。 しかし、このときセグメント間で波形の連続性が保たれ
ない恐れがある。例えば、セグメント毎に徐々に回転次
数成分が大きくなっていく状況を考えると、第２図（ａ
）のように、セグメント間で波形の不連続が生じる。こ
の段差の振幅値がたとえ小さくとも一定の周期（定数回
転では一定周期となり、加速時には周期が徐々に短くな
る。）で生ずるため聴感上問題となるような擬音を発生
する。 しかも、回転次数成分の増減による音色加工を自由に行
えるようにするためには、セグメント間の次数成分の変
化量に制限を設けることはできない。 そこで、逆フーリエ変換を用いながらセグメント間の波
形の連続性を保つ方法として以下の逆ｓ１ｎ合成法を考
案した。すなわち全ての回転次数成分について位相成分
を９０°一定にする。 すると、逆フーリエ変換は次式のようになる。 ｆ　（ｔ）＝ａｏ＋ａ＋ｓｉｎｗｔ＋ａ２ｓｉｎ２ωｔ
＋＝ａ　＋ｓｉｎωｔ＋ａ２ｓｉｎ２ωｔ＋−−−（１
）ただし、ａｌ　ｔ　”　２　　は、各回転次数成分の
振幅の絶対値である。この場合、いかなる回転次数成分
ａ１ａ２　　に対しても、セグメントの始点と終点で波
形の振幅が０となることが保証される（ｈｓ２図（ｂ）
参照）。なお、ａｎは直流分に相当し、音振動に寄与し
ないのでＯとしている。 よって、セグメント間で波形は必ず連続することになる
。例として、位相成分を９０°に固定し次数成分の振幅
が１セグメント毎に変わっていく場合の波形を第３図に
示す。 音質向上のための手段（位相の疑似ランダマイズ） 上記のｓｉｎ成分のみによる合成は、セグメント間の波
形の連続性が保証されるというメリットがあるが、単純
なｓｉｎ合成では第３図に見られるように、パルス的な
固い音になる傾向がある。 そこで、以下の位相の疑似ランダマイズ手段を考案した
。 すなわち、セグメントの始点と終点で波形の振幅が０と
なるのは（１）式の他に次式でもよい。 ｆ　（ｔ）＝ｐ＋ａ＋ｓｉｎωｔ＋ｐ２ａｚｓｉｎ２ω
ｔ＋ｐ３ａ３ｓｉｎ３ωｊ＋。 ただし％　ｐＩ、ＰＨ，Ｂ３．　””＝＋１　Ｏｒ　−
１、すなわち各次数成分の位相が９０°か一９０°であ
ればよい。 この場合の合成波形を第４図（ｂ）に示した。 第４図（ａ）に示した全回転次数成分を９０度位相に固
定した場合の合成波形と比較すれば、明らかなように、
両者共パワースペクトルは同じであるが波形は異なる。 又、聴感上も、位相を９０°一定に固定した場合には固
い音であり、位相を９０′と一９０°とを混在させた場
合には滑らかな音になる。 以下、本実施例装置について更に詳述する。 第５図は、本実施例装置の具体的な構成を示したブロッ
ク図である。 Ｒ，ＯＭで構成されたスペクトラムメモリ１には、模式
的に示されているように、エンジンの各回転数毎に排気
音のスペクトラムが記憶されている。 具体的には、予め、音色加工のもとなる排気音データが
次数分析され、回転数毎に０．５次きざみの回転次数成
分の振幅値が求められる。この値は、スペクトラムとし
て、エンジンの回転数毎に群別されて、ＲＯＭの所定ア
ドレスに順次書き込まれる。 スペクトラムメモリ１のアドレスバスには、セレクタ２
が接続されており、このセレクタ２によってスペクトラ
ムメモリ１に記憶されている各スペクトルが読み出され
る。 セレクタ２には、回転数出力装置９から出力されたエン
ジンの単位時間当りの回転数（以下、この回転速度を単
に「回転数」という）が入力される。この回転数は時間
の関数であり、設定された加速カーブ特性から発生され
る。例えば、アクセルペダルの開度から回転数が読み出
され、その値が出力される。 又、回転数出力装置９は、クランク角償号を入力して、
エンジンの現実の回転数を測定する装置でも良い。 その測定された回転数は、通常、スペクトラムメモリ１
に記憶されているスペクトラムの回転速度と一致しない
。従って、その測定された回転数に近接した２つの回転
数に対応するスペクトラムが読み出される。そして、そ
の２つのスペクトラムの各成分毎に、回転数による補間
演算が行われる。 測定された回転数ｒに対して近接した２つの、スペクト
ラムの分かっている回転数ｒｌ＋ｒ２が決定される。そ
して、その２つの回転数ｒ＋＋ｒｚに対応したスペクト
ラムの各成分が、同期して読み出され、第６図に示すよ
うに、回転数ｒに対応する成分が求められる。 例えば、ｒ　＋　＜　ｒ　＜　ｒ　２の場合には、内挿
補間となる。 （ｒ−ｒ＝　）／　（ｒ２−ｒ）　−ｒｎ／ｎとし、回
転数ｒ、の時の回転１次式分の値をＶ　Ｉ　％回転数ｒ
２の時の回転１次式分の値をｙ、とする場合に、回転数
ｒの時の回転１次式分の値ｙは、次式で求められる。 ｙ−（ｒ＋ｙ＋＋ｍｙ２）／（ｎ＋ｒｒ＋）　　　　−
（３）他の回転次数成分に関しても同様である。 又、測定された、回転数がスペクトラムが分かっている
最小回転数よりも小さいか、最大回転数よりも大きい場
合には、外挿補間により求められる。 このようにして、各成分の続出と同期して、回転数ｒに
おけるスペクトラムが決定される。 なお、スペクトラムの回転数による補間演算に用いる回
転数は３つ以上の複数であっても良く、この場合、適切
な多項式により補間する。 この決定されたスペクトラムは、セレクタ２から、順次
、重み付は装置３（変調手段）に出力される。 重み付は装置３は、スペクトラムの各成分毎にある特性
で増幅、減衰させる乗算装置である。スペクトラムの変
調の様子と音色との関係は例えば第７図に示されている
。このある特性は、音色を変化させるものであり、エン
ジンの運転状態に変化しない所定の特性としても良く、
又、アクセル開度に対応して、異なる特性としても良い
。 こうして、変調されたスペクトラムは、逆ＦＦ１゛装置
４において、逆高速フーリエ変換（以下、［逆ＦＦＴＪ
と記す）され、時系列データとなる。 ここで、逆ＦＦＴにより発生されるデータは、スペクト
ラムに０．５次きざみの回転次数成分が用いられている
ため、エンジン２回転分の時間長のデータとなる。尚、
この時系列データの出力も、エンジンの回転に同期され
ている。 この時系列データは、Ｄ／Ａ変換器５に入力する。Ｄ／
Ａ変換器５は、変換クロック周波数を外部制御可能なも
のである。時々刻々の回転数からクロック周波数計算装
置７により、下記の計算式でクロック周波数に変換した
ものがＤ／Ａ変換器５の外部クロックとして使われ、デ
ジタル量からアナログ量への変換とともに横軸が回転角
軸から時間軸への変換も成される。 次のＬ　Ｐ　Ｆ　　（Ｌｏｗ　Ｐａ５ｓ　Ｆｉｌｔｅｒ
）　６はアンチエリアシングのためのフィルタであり、
カットオフ周波数計算装置８により、下記の計算式で算
出されるカットオフ周波数でフィルタリングされる。 Ｄ／Ａ変換器５のカットオフ周波数の設定本方式ではＤ
／Ａ変換周波数は主に回転数によって決まるが、そのほ
か合成の次数範囲などに依存する。４サイクルエンジン
では、エンシフ２回転に１度の爆発を行うことから普通
回転０．５次を基本周期として分析、合成、加工を行う
。本合成方でもこの考えに基づき次数成分を回転０．５
次きざみで扱う。 回転次数成分を０．５次きざみでＮ／２個使うと最大Ｎ
／４次まで合成できる。これを逆ｓｉｎ変換によって（
回転角）波形に戻すとエツジ２２回転分の時間長に相当
するＮサンプルの波形データが発生する。いま、回転数
をｒ　（ｒｐｍ）とすれば２回転分の時間長は１２０／
ｒ　（ｓｅｃ）であり、この時間内にＮサンプルＤ／Ａ
変換するので、Ｄ／Ａ変換クロック周波数は、 Ｎ　ｒ　／　１．２０　（Ｈｚ）　　　　　　　　　　
　　　−（４）となる。（第８図参照） アンチエイリアシングフィルタの設定 サンプリング定理を満足させるためには、Ｄ／Ａ変換さ
れた離散な信号にアンチエイリアシングフィルタをかけ
ることが必要であるが、その方法々して固定カットオフ
周波数のＬＰＰ６を用いる方法とＤ／Ａ変換クロック周
波数に伴ってカットオフ周波数の変化する可変周波数Ｌ
ＰＦを用いる方法がある。（上記実施例では可変周波数
ＬＰＦを扱った） 可変周波数ＬＰＦの場合のカットオフ周波数はサンプリ
ング停止をぎりぎり満たす周波数ならサンプリング周波
数の半分であるから ｆｃ＝　Ｎ　ｒ　／　２４０（）ｌｚ）　　　　　　　
　　　　　−（５）である。 次に、固定周波数ＬＰＦの場合、カットオフ周波数を決
めるためには回転数の変化範囲の下限を与える必要があ
る。回転数の下限をｒ、（ｒｐｍ）とするとそのときの
Ｄ／Ａ変換クロック周波数は（４）式％式％（６） である。回転数が上昇すると高次成分の周波数はカット
オフ周波数以上となってしまいカットされる。いま、回
転数の変化範囲の上限をｒｈ　（ｒｐｍ＞とするとｒ、
〜ｒ１全域でＬＰＰによってカットされない次数は ｃｏ＜　６０ｆｃ／ｒｂ−ｍは０．５の整数倍　　　　
　　　（７）である。（以上第９図参照。） 例えば、ｒ＋＝１０００（ｒｐｍ）、　ｒｈ＝５０００
（ｒｐｍ）、　Ｎ＝１０２４のとき ｍ＝６０ｆ　ｃ／ｒｈ＝６ＯＮｒ　＋／２４０ｒｈ＝５
１．２　　　　　　−（８）すなわち５１次までとなる
。またこのときのカットオフ周波数は ｆ、＝Ｎｒ、／２４０＝４２６７（Ｈｚ）　　　　　　
　　　　−＜９）となる。また逆にｒ１〜ｒｂの範囲で
ｍ次まで合成したいとき、 ｆｃ＝ｍｙＪ６０　　　　　　　　　　　　　　　　０
Ｏからカットオフ周波数を決め、 Ｎ＝２４０ｆｃ／ｒ＋　　　　　　　　　　　　　　　
　αυからサンプル数を決める。例えばｒ＋＝１０００
（ｒｐｍ）、　ｒｈ−６０００（ｒｐｍ）の範囲で２０
次まで合成したいとき、ｆ　ｔ＝ｍｒｈ／６０＝２００
０　（Ｈｚ）Ｎ＝２４０ｆ　ｃ／ｒ　、＝４８０ 高速フーリエ変換アルゴリズムを使うためにＮに２のべ
き数を選び、Ｎ＝５１２とする。 上述した実施例装置には、下記の利点がある。 りアルタイム性 本合成法では演算量の大半を占める部分は回転次数成分
から回転角波形に戻す部分である。その部分に逆フーリ
エ変換を用いるため、専用のハードウェアを使うことな
く汎用のデジタルシグナルプロセッサ（以下ＤＳＰ）や
アレープロセッサを使って実時間での演算を可能してい
る。以下本方式と正弦波の重みつき加算を直接行う方法
（以下、直接法）との演算量を比較する。 本方法の演算時間 ｔｅａｌ　ＦＦＴ演算を使うとサンプル数Ｎに対して乗
算回数はＮ　Ｉｏｇ、Ｎである。 加速カーブ可変 合成時にリアルタイムで加速カーブを変えられるために
は各次数成分に対応する正弦波がリアルタイムで発生さ
れる必要がある。通常のＤＳＰやアレープロセッサの速
度仕様によると、一つの＆数成分に対応する正弦波を発
生されるための演算時間とｒｅａｌ逆ＦＦＴ演算を行う
演算時間がほぼ同等あるいは一つの正弦波発生の方が時
間がかかるのが一般である。このとき例えば次数成分と
して０．５次おき５０次までの１００次を合成する場合
１００倍以上の時間がかかることになる。 加速カーブ固定 合成時にＩＪ　フルタイムで加速カーブを変えることは
できず、ただ次数成分の増減のみを変えられるという仕
様であれば、加速カーブ可変の場合とは違い、予め全次
数成分に対応した正弦波を作っておき、合成時にこれら
の正弦波の菫みつき加算のみを行うことにすれば良い。 このときの乗算回数は次数成分の数をｋとし合成される
時間波形のサンプル数をＮとするとｋＮである。 （７）式のように例えば我々の方式でアンチエリアシン
グフィルタとして固定ＬＰＰを用い１０００（ｒｐａ＋
）〜５０００　（ｒｐｍ）の合成範囲について０．５次
きざみで５１次までの合成を行う場合Ｎ＝１０２４であ
る。このときの乗算回数はＮｌｏｇＪ＝１０２４０であ
り、直接法での線“形結合部分のみに要する乗算回数は
ｋＮ・５１ｘ２ｘ１０２４となり、約１０倍の時間が掛
かる。 メモリ容量 しかし予め全次数成分に対応した正弦波を作っておく場
合、これらのデータを蓄えておくためのメモリ容量はか
なり膨大になる。例えば上の例と同じような条件で、１
０ｋＨｚ　（カットオフ周波数４２６７１１ｚの２倍強
）のサンプリング周波数で１０ｓｅｃの排気音を０．５
次きざみで５１次までの次数成分１０２次分を使って合
成するとき、 １０２　Ｘ　１００００［ｆｌｚ］　Ｘ　１０［ｓｅｃ
］　Ｘ　２［Ｂｙｔｅ／ｓａｍｐｌｅ］ζ２０ＭＢ といった膨大な容量である。これに対し、本方式のよう
に逆ＰＦＴを使えば、（これまで同様Ｎ＝１０２４に対
し）ｓｉｎ、　ｃｏｓ、　　ビット逆順テーブルは各１
０２４点、計 １０２４ｘ　３　　ｘ　４［Ｂｙｔｅ／ｄａｔａ］４２
にＢでよい。さらに次数成分データの容量は１１０００
ｒｐ〜５０００ｒｐｒｎを５０ｒｐｍきざみで蓄えてい
るとすれば、（５０００［ｒｐｍ］−１０００［ｒｐｍ
］）１５０　［ｒｐｍコ　　Ｘ　　１０２　　　Ｘ　　
４［Ｂｙｔｅ／ｄａｔａ］　！−ｉ　３２にＢ となる。通常、ＤＳＰやアレープロセッサは内部に数１
０ＫＢ〜数１００ＫＢ程度の高速メモリを持っていて、
ＤＳＰの演算はここにあるデータに対して行う方式のも
のが多いが、上記のデータ量であれば、データをＤＳＰ
内高内高セメモリ鼾させたまま演算でき更に有利である
。 合成波形の連続性 本提案の正負混合ｓｉｒ＋合成法は合成される波形周期
の始点と終点が必ず振幅Ｏになることが保証されている
ふり、次＠成９が時間とともに大きく変化するような排
気音に対しても常に擬音の生じない良好な合成音が得ら
れる、。 ベースとなる音をもとに分析合成する方式を採用してい
るため原音とは異なる加速カーブの設計が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の具体的な一実施例に係る排気音生成装
置の処理内容を示したブロック図。第２図はセグメント
毎に発生される音波の不連続性を示した波形図。第３図
は逆フーリエ変換時にスペクトラムの各成分の位相を９
０度に固定した場合の合成波形を示した波形図。第４図
（ａ）は、逆フーリエ変換時にスペクトラムの各成分の
位相を９０度に固定した場合の合成波形を示した波形図
。第４図（ｂ）は、逆フーリエ変換時にスペクトラムの
各成分の位相を９０度と一９０度との混在させて固定し
た場合の合成波形を示した波形図。第５図は同実施例装
置の具体的な構成を示したブロック図。 第６図はスペクトラムの補間演算の方法を示１か説明図
。第７図は音色ゆ化のための・スベ・　）、・ムの変調
の様子を示した説明図である。第８図はＤ／Ａ変換器の
サンプ・ノ、・・″・“、嬰波数の設定り法を示した説
明図。第９図はアンチエイリアシングフィルタの設定方
法を示した説明図。 特許出願人　株式会社豊田中央研究所

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 回転、往復運動等の周期的運動を行う運転機の運転に伴
   って発生する音波、弾性波等の波形を、前記運転機の運
   転速度に応じて時間軸上で生成する波形生成装置におい
   て、 前記運転機が任意の定速度運転状態にある時に発生され
   る周期関数の波形を時間を変数とする直交関数に展開し
   た時の各項の係数の集合で定義されるスペクトラムを、
   前記運転機の前記定速度毎に記憶するスペクトラム記憶
   手段と、 波形生成時に、前記運転機の速度を、その速度に同期し
   て入力して、前記スペクトラム記憶手段に記憶されてい
   る前記定速度毎のスペクトラムから、入力された前記速
   度に対応するスペクトラムを生成するスペクトラム生成
   手段と、 前記スペクトラム生成手段により出力された前記スペク
   トラムを時間軸上のパルス列データに変換する逆変換手
   段と を具備したことを特徴とする波形生成装置。