JPWO2006011329A1 - 排気音の音質分析方法 - Google Patents

Abstract

人間の聴感に適応した排気音の音質評価によって、排気音の音質の特徴を客観的に分析する。排気系ＥＸに配置されたマイクロホンによって、分析対象とする排気音を採取して電気信号に変換する測定工程（Ｍ１）と、電気信号の高周波成分を増幅するとともに任意時間毎に周波数分析する分析工程（Ｍ２）と、低周波側から第１番目のピークである第１フォルマント及び低周波側から第２番目のピークである第２フォルマントを検出する検出工程（Ｍ３）と、所定時間範囲における第１フォルマントと第２フォルマントの関係（明るさ度及び鋭さ度）を表示する表示工程（Ｍ４）から成る。

Description

本発明は、音質分析方法に関し、特に車両の排気系から放出される排気音の音質分析方法に係る。

車両から放出される音の代表的なものとして、車両の排気系から放出される排気音がある。この排気音については、音量（音圧）とその周波数分布とが物理量として示された結果等が評価され、法令等で定められた音量の基準値以下になるように、排気系に設けられた消音器等に対し、効果的な対策が講じられている。一方、排気音の音質（音色）が車両の印象を左右することもあり、排気音の音質は車両の商品力に影響を与える要因の一つと言うことができる。

排気音の音質に関しては、従来、被験者の聴感上の印象を「明るさ」や「鋭さ」などの言葉で表現し、あるいは点数化するというような官能評価方法は採用されていた。例えば、非特許文献１には第１及び第２フォルマントと母音の関係が表され、フォルマントは言語における母音と強い相関があることが示されている。しかし、音質は物理量として示すことが困難であるため、官能評価方法には客観性や定量性がなく、その上、運転状況に応じて変化する排気音の音質を適切に評価することは困難であった。

このような状況下においても、排気音の音質（音色）を客観的に評価する試みが行われ、従来から種々の方法が提案されている。例えば、特許文献１及び２には、周波数毎の音量から音質を推定評価する方法が開示され、特許文献３には、周波数毎の音量のゆらぎから音色を推定評価する方法が開示されている。

特開平６−１８６０７７号公報 特開平７−３０６０８７号公報 特開平６−１１７９１２号公報 Human Voices and the Wah Pedal, Copyright 1999 R.G.Keen [online].[retrieved on 2005-06-14]. Retrieved from the Internet: <URL:http://www.geofex.com/Article_Folders/wahpedl/voicewah.htm>.

ところで、人間の音声や楽器には、固有の周波数のピーク（フォルマント）が存在し、声もしくは音を特徴付ける因子として知られている。このように、周波数や音量に依存しない因子により排気音の音質（音色）に相違が生じている可能性があり、従来方法のみでは排気音の音質を評価するのに十分とは言えなかった。

そこで、本発明は、車両の排気系から放出される排気音の音質分析方法において、人間の聴感に適応した排気音の音質評価によって、排気音の音質の特徴を客観的に分析する方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明の排気音の音質分析方法は、分析対象とする排気音を採取して電気信号に変換し、前記電気信号の高周波成分を増幅するとともに任意時間毎に周波数分析し、低周波側から第１番目のピークである第１フォルマント及び低周波側から第２番目のピークである第２フォルマントを検出し、所定時間範囲における任意時間毎の第１フォルマントと第２フォルマントの関係を表示することとしたものである。

また、本発明の排気音の音質分析方法は、分析対象とする排気音を採取して電気信号に変換する工程と、前記電気信号の高周波成分を増幅するとともに任意時間毎に周波数分析する工程と、低周波側から第１番目のピークである第１フォルマント及び低周波側から第２番目のピークである第２フォルマントを検出する工程と、任意時間毎の第１フォルマント及び第２フォルマントに基づき、明るさ度及び鋭さ度を演算する工程と、前記明るさ度及び鋭さ度の時間的変化を表示する工程とを備えたものとするとよい。

前記第１フォルマント及び第２フォルマントを夫々Ｆ１及びＦ２で表し、前記明るさ度及び鋭さ度を夫々Ｘ及びＹで表すと、Ｘ＝２０log(F1/A)及びＹ＝２０log(F2/B)となる（但し、A、Bは定数）ように構成するとよい。

本発明は上述のように構成されているので以下に記載の効果を奏する。即ち、本発明の音質分析方法によれば、排気音の第１フォルマント及び第２フォルマントを抽出して排気音の音質を分析することにより、人間の聴感に適応した排気音の音質評価が可能となり、排気音の音質の特徴を客観的な共通尺度にて分析することができる。

本発明の一実施形態に係る排気音の音質分析方法の主要構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る排気音の音質分析方法を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る排気音の音質分析方法によって分析するときのエンジンの制御条件の一例を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る排気音の音質分析方法により、アイドリング域において音質分析した結果の一例を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る排気音の音質分析方法により、低速域において音質分析した結果の一例を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る排気音の音質分析方法により、中速域において音質分析した結果の一例を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る排気音の音質分析方法により、高速域において音質分析した結果の一例を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る排気音の音質分析方法により、安定域において音質分析した結果の一例を示すグラフである。 本発明の他の実施形態に係る排気音の音質分析方法を示すフローチャートである。 本発明の他の実施形態に係る排気音の音質分析方法によって音質分析した結果の一例を示すグラフである。 第１フォルマント、第２フォルマントと母音の関係を表すグラフである。

符号の説明

ＥＸ 排気系
Ｍ１ 測定工程
Ｍ２ 分析工程
Ｍ３ 検出工程
Ｍ４ 表示工程
Ｍ４１ 演算工程
Ｍ４２ 表示工程

以下、本発明の望ましい実施形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態に係る排気音の音質分析方法の主要構成を示すもので、排気系ＥＸに配置されたマイクロホン（図示せず）によって、分析対象とする排気音を採取して電気信号に変換する測定工程（Ｍ１）と、電気信号の高周波成分を増幅するとともに任意時間毎に周波数分析する分析工程（Ｍ２）と、低周波側から第１番目のピークである第１フォルマント及び低周波側から第２番目のピークである第２フォルマントを検出する検出工程（Ｍ３）と、所定時間範囲における第１フォルマントと第２フォルマントの関係を表示する表示工程（Ｍ４）から成る。

上記の表示工程（Ｍ４）は、図１に破線で示すように、第１フォルマント及び第２フォルマントに基づき、明るさ度及び鋭さ度を演算する演算工程（Ｍ４１）と、明るさ度及び鋭さ度の時間的変化を表示する表示工程（Ｍ４２）から成る。そして、演算工程（Ｍ４１）においては、第１フォルマント及び第２フォルマントを夫々Ｆ１及びＦ２で表し、明る
さ度及び鋭さ度を夫々Ｘ及びＹで表し、Ｘ＝２０log(F1/A)、及びＹ＝２０log(F2/B)に基づき、夫々明るさ度及び鋭さ度を演算することとしている（但し、A、Bは定数）。

次に、上記の構成になる排気音の音質分析方法ついて、図２のフローチャートに従って説明する。先ず、ステップ１０１にて、排気系ＥＸに配置されたマイクロホン（図示せず）によって排気音が採取され、電気信号に変換される。次に、ステップ１０２にてＡＤ変換器（図示せず）によりデジタル信号に変換された後、ステップ１０３において、微分回路（図示せず）により例えば１オクターブ当たり６ｄＢの割合で高周波数成分が増幅される。ここで得られたデジタル信号は、ステップ１０４にて、２０〜５０msec程度の長さに分割され、ステップ１０５に進み、分割時間毎に周波数分析されて周波数推移と相対振幅推移が求められる。

そして、ステップ１０６に進み、低周波側から第１番目のピークを示す周波数（Ｆ１；第１フォルマント）と、第２番目のピークを示す周波数（Ｆ２；第２フォルマント）が抽出される。このように抽出された第１フォルマントと第２フォルマントの関係は、ステップ１０７において、分割時間毎に所定時間に亘って表示部に表示される。具体的には、以下に詳述するように、第１フォルマントの周波数と第２フォルマントの周波数を直交軸にとった象限上に、分割時間毎の各フォルマント周波数の該当点がプロットされて行く。結果、プロットされた点群の分散及び変遷傾向に、音色そのものの特色とその時間推移が現れる。また、図１１に示すように、フォルマントは言語における母音と強い相関があるため、プロットされた点群が特定の母音領域に集中する場合は、明るさ度、鋭さ度ともにその母音の聴感に近い音色となる。このため、各母音領域との相関によって、排気音色の聴感上の推定も可能となる。

次に、車両の排気系ＥＸから吐出された排気音について、上記の音質分析方法によって分析した結果について説明する。図３に示すような条件でエンジンを制御し排気音を採取し、アイドリング域において音質分析した結果を図４に示し、低速域において音質分析した結果を図５に示し、中速域において音質分析した結果を図６に示し、高速域において音質分析した結果を図７に示し、安定域において音質分析した結果を図８に示す。本発明者は種々の排気音の音質分析を行った結果、第１フォルマントは排気音の「明るさ」に関与し、第２フォルマントは排気音の「鋭さ」に関与していることを見出した。例えば、図４乃至図８の例では、エンジン回転数の上昇とともに、排気音の鋭さには大きな変化は見られないが、より明るい排気音に変化していくことが分る。

図９は、本発明の他の実施形態に係る排気音の音質分析方法のフローチャートを示すもので、ステップ２０１乃至２０４は図２のステップ１０１乃至１０４と同じであるので、説明を省略する、ステップ２０５においては、各時間毎に周波数分析されて周波数と相対振幅が求められる。そして、ステップ２０６に進み、低周波側から第１番目のピークを示す周波数（Ｆ１；第１フォルマント）と、第２番目のピークを示す周波数（Ｆ２；第２フォルマント）が抽出される。

続いて、ステップ２０７に進み、演算器において明るさ度（Ｘ）と鋭さ度（Ｙ）が夫々、演算式Ｘ＝２０log(F1/A)及びＹ＝２０log(F2/B)に基づいて演算される（ここで、定数A、Bは任意の周波数である）。

そして、ステップ２０８において、明るさ度（Ｘ）と鋭さ度（Ｙ）の時間的変化が表示器において表示される。図１０は、図４乃至図８に示す排気音の測定結果に基づき、ステップ２０７においてＡ＝６００Hz、Ｂ＝１５００Hzとして演算した結果を示す。図１０のように表示することにより、排気音の明るさ度と鋭さ度の時間的変化を一層明確にすることができる。

尚、上記の実施形態においては連続する運転状況間の比較を行なったが、これに限らず、全運転状況の推移比較に適用し排気系の音色チューニングに用いるなど、適用は任意である。また、第１フォルマントによる指標を明るさ度、第２フォルマントによる指標を鋭さ度と表現し、実際の排気音の官能評価指標と良く一致しているが、これに限らず最適な官能評価指標を援用してもよい。更に、表示結果のデータを周知の可変消音装置へフィードバックして、リアルタイムに音色を自動補正することもできる。例えば、現状の排気音が図１１における「Ｉ」母音（第２フォルマントが２０００乃至３０００Ｈｚ）が支配的な音色であって、これを「ｕ」あるいは「ｏｏ」領域の音色に変えたい場合には、第２フォルマントとして認識される８００Ｈｚ程度の音をスピーカ等の音発生手段によって強制的に付加することによって、「ｕ」あるいは「ｏｏ」母音が支配的な音色の排気音を得ることができる。このように、排気音の母音を制御して、目標とする排気音の音色に、リアルタイムに車上でチューニングすることも可能である。

Claims (4)

1. 分析対象とする排気音を採取して電気信号に変換し、前記電気信号の高周波成分を増幅するとともに任意時間毎に周波数分析し、低周波側から第１番目のピークである第１フォルマント及び低周波側から第２番目のピークである第２フォルマントを検出し、所定時間範囲における前記任意時間毎の第１フォルマントと第２フォルマントの関係を表示することを特徴とする排気音の音質分析方法。
2. 前記第１フォルマント及び第２フォルマントを夫々Ｆ１及びＦ２で表し、前記明るさ度及び鋭さ度を夫々Ｘ及びＹで表すと、Ｘ＝２０log(F1/A)及びＹ＝２０log(F2/B)である（但し、A、Bは定数）ことを特徴とする請求項１記載の排気音の音質分析方法。
3. 分析対象とする排気音を採取して電気信号に変換する工程と、前記電気信号の高周波成分を増幅するとともに任意時間毎に周波数分析する工程と、低周波側から第１番目のピークである第１フォルマント及び低周波側から第２番目のピークである第２フォルマントを検出する工程と、前記任意時間毎の第１フォルマント及び第２フォルマントに基づき、明るさ度及び鋭さ度を演算する工程と、前記明るさ度及び鋭さ度の時間的変化を表示する工程とを備えたことを特徴とする排気音の音質分析方法。
4. 前記第１フォルマント及び第２フォルマントを夫々Ｆ１及びＦ２で表し、前記明るさ度及び鋭さ度を夫々Ｘ及びＹで表すと、Ｘ＝２０log(F1/A)及びＹ＝２０log(F2/B)である（但し、A、Bは定数）ことを特徴とする請求項３記載の排気音の音質分析方法。
   

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