JP4305333B2 - 音場制御装置及びその方法 - Google Patents

Description

本発明は、車室内の音場を制御する音場制御装置及びその方法に関する。

従来から、車両周囲の物***置を検出し、その物体の位置をスピーカによる音像を用いて運転者に報知して、運転者にその物体への注意を喚起する警報装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この警報装置では、左右方向の音像位置を定位するための音に対して、波長の長い低周波帯域の音信号が用いられ、運転者の位置が変動しても音像の変化を小さく抑えるようにしている。
特開平０６−５５９８４号公報

ところで、走行中の運転者の位置は、車両の走行状態に応じて変化し、例えば車両がコーナに進入した際、慣性力により車両に対する運転者の耳位置（イヤーポイント）がその定位置から移動することがある。この場合、車両の走行状態によって音場が相対的に変化するので、運転者の耳位置では所期の音響効果が得られないことになる。このような不都合は、警報発令時のみならず、低高周波を問わず広範な周波数成分の音が出力される音楽鑑賞時や音像を移動制御しているとき等においても同様に該当する。

そこで、本発明は、車両の走行状態の変化が生じた場合にも所期の音響効果を効果的に維持することができる音場制御装置及びその方法の提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一局面によれば、音出力手段によって形成される車室内の音場を制御する音場制御装置であって、
車両の通常の走行状態における乗員の耳位置を基準として基準音場を形成する通常機能と、
車両の走行状態の変化を予測した場合に、該予測した走行状態の変化に伴って生ずる乗員の耳位置の変化の際の移動距離を予測し、該予測した耳位置の移動距離に応じて前記基準音場に補正を加える補正機能とを有することを特徴とする、音場制御装置が提供される。

本局面において、前記車両の走行状態の変化は、所与の地図情報及び車両の走行情報に基づいて事前に予測されるものであってよい。前記車両の走行状態の変化は、車両に発生する車両前後方向又は車両左右方向の加速度に起因した変化要素であってよい。

また、本発明のその他の一局面によれば、音出力手段によって形成される車両内の音場を制御する音場制御装置であって、
車両の走行状態の変化を予測する走行状態変化予測手段と、
前記走行状態変化予測手段により予測された走行状態の変化に伴って生ずる乗員の耳位置の変化の際の移動距離を予測する移動距離予測手段とを備え、
前記走行状態変化予測手段による予測結果に応じて音場を制御して、車両の走行状態の変化に伴う車室内における乗員の耳位置の移動距離であって、前記移動距離予測手段により予測された移動距離を補償することを特徴とする、音場制御装置が提供される。

また、本発明のその他の一局面によれば、音出力手段によって形成される車両内の音場を制御する音場制御方法であって、
所与の地図情報及び車両の走行情報に基づいて、車両の走行状態の変化を予測するステップと、
車両の走行状態の変化を予測した場合に、該変化の際に生ずる乗員の耳位置の移動距離を予測するステップと、
前記車両の走行状態の変化が生ずる時点にて、前記予測した乗員の耳位置の移動距離に応じて、音場の制御態様を変更するステップとを含むことを特徴とする、音場制御方法が提供される。

本発明によれば、車両の走行状態の変化が生じた場合にも所期の音響効果を効果的に維持することができる音場制御装置及びその方法を得ることができる。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。

図１は、本発明による音場制御装置の要部を示すシステム構成図である。本実施例の音場制御装置は、オーディオ装置４０を中心に構成されている。オーディオ装置４０は、例えばデジタルシグナルプロセッサ（Digital Signal Processor）のような適切なプロセッサを備え、各種音声信号をデジタル処理して、車室内にその形状に合わせた所望の音場を形成する。

オーディオ装置４０は、例えば、オーディオヘッドユニットとして車両のコンソールアッパーパネルと一体的に設けられる。オーディオ装置４０は、例えば、MD一体型AM/FM電子チューナとして具現化されてよい。また、オーディオ装置４０は、DVDプレーヤーを内蔵することにより、DVDビデオを５．１ｃｈマルチサラウンド再生できるものであってよい。

オーディオ装置４０には、例えばVGAディスプレイのようなディスプレイ装置５０が接続され、ディスプレイ装置５０には、オーディオ装置４０の状態等が表示される。また、オーディオ装置４０には、ユーザから各種スイッチやリモートコントローラを介して各種の入力信号が入力される。

オーディオ装置４０には、ナビゲーション装置６０が接続される。ナビゲーション装置６０は、GPS（Global Positioning System）信号を受信するGPS受信機や、ジャイロセンサーなどからの情報を用いて自車位置を測位し、所与の地図データを用いて、ディスプレイ装置５０上に自車位置を地図上に重畳表示する。尚、所与の地図データは、交差点・高速道路の合流点／分岐点に各々対応する各ノードの座標情報、隣接するノードを接続するリンク情報、各リンクに対応する道路の幅員情報、各リンクに対応する国道・県道・高速道路等の道路種別、各リンクの通行規制情報及び各リンク間の通行規制情報等が含まれてよい。また、所与の地図データは、例えばHDDなどの書き換え可能な記憶装置に格納され、その内容が追加・更新可能なものであってもよい。

ナビゲーション装置６０には、CAN（controller area
network）などの適切なバスを介して車両内の各種電子部品が接続される。例えば、ナビゲーション装置６０には、車輪速センサ、ステアリングセンサ、ヨーレートセンサなどの各種センサが接続される。

図２は、オーディオ装置４０の主要構成を示す機能ブロック図である。オーディオ装置４０は、スピーカ４２、オーディオアンプ４４（パワーアンプリファイヤー）、音場制御部４６、位相算出部４８、及び、イヤーポイント移動距離算出部４９（以下、「EP移動距離算出部４９」という）を備える。

スピーカ４２は、車室内の所定の箇所に搭載される複数のスピーカ（ツィーターやウーハーを含む）から構成され、同種のスピーカ４２は、対をなすように左右にそれぞれ配設される。

音場制御部４６は、スピーカ４２から出力される音によって形成される車室内の音場を制御する。スピーカ４２から出力される音は、警報や音楽などを表現する音であり、その種類は任意であってよい。オーディオアンプ４４は、音場制御部４６からの各スピーカ４２（各出力ｃｈ）の位相制御情報に基づいて、増幅した音声信号を各スピーカ４２に供給する。

音場制御部４６は、左右対をなすスピーカ４２のそれぞれに対する音声信号の出力位相（タイミング）を制御することで、車室内の音場を制御して種々の音響効果を実現する。例えば、障害物の位置を警告によりユーザに知らせる際、単に右側のスピーカ４２から出力することで右方向に障害物があることを知らせるだけでなく、例えば音場を全域から右側にシフトしていくことで、より分かりやすい形態で、障害物の位置をユーザに知らせることができる。このような種々の音響効果を形成することで、音場の変化を媒体にして種々の情報（例えば障害物との距離や危険度）をユーザに伝達することができる。

ところで、このような音響効果を実現するためには、精密な音響制御（特に位相を中心とした音場制御）を行う必要がある。この音響制御は、乗員の耳位置（イヤーポイント）を基準として行うが、イヤーポイントは、車両の走行中に車両に発生する種々の外乱に起因して変動しやすい。従って、かかるイヤーポイントの変動を考慮することなく、音響制御を行う場合には、かかる緻密な音響制御による得られるべき有用な音響効果が得られない可能性がある。

そこで、本実施例では、以下詳説する如く、イヤーポイントの変動を引き起こすような車両の走行状態の変化を種々の情報に基づいて予測し、その予測結果に基づいてイヤーポイントの変動を適切に補償することで、車両の走行状態の変化時においても所望の音響効果を維持することを可能とする。

具体的には、EP移動距離算出部４９は、車両の走行状態に基づいて、イヤーポイントの移動距離L（及びその移動の発生時点）を予測・算出する。イヤーポイントの移動距離Lは、設計値に基づくイヤーポイントのノミナル位置（即ち、中立姿勢の車両における中立姿勢の乗員の耳位置）を基準とした相対的な移動量として定義される。但し、移動距離Lは、ユーザの体格に関する情報に基づいて適切な補正がなされてもよい。尚、ユーザの体格に関する情報は、ユーザによる入力データに基づくものであってよく、若しくは、車内カメラの撮像画像に対する画像認識処理結果などに基づくものであってもよい。

例えば、EP移動距離算出部４９は、車輪速センサなどから得られる速度、加速度情報や、ナビゲーション装置６０の地図データから得られる今後の経路における道路形状情報に基づいて、イヤーポイントの変化時点、及び、その際の移動距離Lを予測・算出する。

位相算出部４８は、EP移動距離算出部４９により算出された移動距離Lを、出力音源波長λを用いて位相変換する（位相変換値＝L／λ）。

音場制御部４６は、位相算出部４８による位相変換値L／λに基づいて、左右対をなすスピーカ４２のそれぞれに対する音声信号の位相を変更する。例えば、図３に示すように、イヤーポイントがノミナル位置に対して左にずれた場合、左のスピーカ４２から出力される音の位相を遅らせ、右のスピーカ４２から出力される音の位相を進ませる。これにより、イヤーポイントのノミナル位置からずれた場合にであっても、イヤーポイントのノミナル位置にある場合と略同様の音響効果を実現できる。

このように、本実施例によれば、イヤーポイントのずれに対応して左右のスピーカ４２から出力される音の位相が変化されるので、車両の挙動変化が生じた場合であっても、それによるイヤーポイントのずれが補償され、緻密な音場制御により意図される所望の音響効果が維持できる。尚、かかる補償は、上述のような緻密な音場制御を伴う警報のみならず、５．１ｃｈマルチサラウンド再生のような緻密な音場制御を伴う音楽再生に対しても有用である。

図４は、本実施例のオーディオ装置４０の主要動作を示すフローチャートである。ここでは、図５に示すようなコーナを車両が通過する場合に対応付けて説明する。

先ず、図５に示すようなコーナが車両走行路前方に存在することが、例えばナビゲーション装置６０の地図情報及び自車位置情報から検出されると、EP移動距離算出部４９は、ナビゲーション装置６０の地図情報から当該コーナに関する道路形状情報を取得する（ステップ１００）。この道路形状情報は、当該コーナの曲率R及びカントαを含み、更には、当該コーナの構成（一定曲率区間の長さやクロソイド区間の長さなど）を含んでもよい。

次いで、EP移動距離算出部４９は、現時点の車速、加速度情報に基づいて、コーナ走行時の速度Ｖを予測し、コーナ走行中に車両に作用する横加速度Gｃ（＝V^２／Ｒ＋α／１００）を算出する（ステップ１１０）。尚、コーナ走行時の速度Ｖは、一定曲率区間においてブレーキが操作されないことや、クロソイド区間の終点手前所定距離まで所定の減速がなされることを前提として算出されてよい。この際、同ユーザによるコーナ進入時の減速態様の学習結果が利用されてもよい。この横加速度Gｃの算出処理は、遅くとも車両がコーナ（例えばクロソイド区間の開始位置）にさしかかる前まで（即ち、イヤーポイントのずれの発生時点まで）には完了される。また、横加速度Gｃの算出処理には、当該横加速度Gｃの発生予測時刻ｔ１の算出が伴われる。

尚、本ステップ１１０において、予測した横加速度Gｃが所定閾値より小さい場合には、音場補正の必要が無いと判断してもよい。また、代替的に、EP移動距離算出部４９は、コーナに向かう際に所定の演算周期で、現時点から所定時間後における横加速度Gｃを予測・算出し、当該横加速度Gｃが所定値を超えた場合に、当該横加速度Gｃに基づいてイヤーポイントの移動距離Lを算出すると共に（次のステップ１２０参照）、現時点から当該所定時間後の時点を、イヤーポイントの移動発生開始時点ｔ１としてもよい。

上記ステップ１１０に続いて、EP移動距離算出部４９は、予測した横加速度Gｃに基づいて、当該横加速度Gｃの発生予測時刻ｔ１におけるイヤーポイントの移動距離Lを算出する（ステップ１２０）。本例では、移動距離Lは、Ｌ＝Gｃ×ｔ０^２で与えられる。ここで、ｔ０は、横加速度Gｃに抗して乗員が踏ん張るまでの予測時間、即ち横加速度Gｃ発生後からイヤーポイントの移動がなくなるまでの予測時間である。このｔ０は、デフォルト値（例えば、０．２ｓ）として設定されていてよく、若しくは、横加速度Gｃの大きさに応じて可変とされてもよい。また、適切なｔ０の値がユーザによって異なりうることを考慮するため、車内カメラで監視・学習したデータが考慮されてもよい。尚、移動距離Lに対して上限値Ｌ_ｍａｘが設定されてよい。

このようにしてEP移動距離算出部４９によりイヤーポイントの移動距離Lが算出されると、位相算出部４８は、算出された移動距離Lを、出力音源波長λを用いて位相変換して、位相変換値L／λを得る（ステップ１３０）。

このようにして位相算出部４８により位相変換値L／λが算出されると、音場制御部４６は、算出された位相変換値L／λに基づいて、左右対をなすスピーカ４２のそれぞれに対する音声信号の位相補正量及び補正タイミングを決定する（ステップ１４０）。そして、音場制御部４６は、イヤーポイントの移動距離Lの発生予測時点ｔ１に出力されるべき音声信号を起点として、若しくは、イヤーポイントの移動距離Lの発生予測時点ｔ１に乗員の耳に達する音声信号を起点として、位相補正を実行開始する（ステップ１５０）。これにより、横加速度Gｃが作用してイヤーポイントが移動するのに対応して、音場が適切に変化される。

以後、音場制御部４６は、横加速度Gｃが無くなる予測時刻ｔ２（即ち、コーナを抜ける時刻ｔ２）まで、上述のステップ１４０の処理を継続する。即ち、音場制御部４６は、予測時刻ｔ２に出力されるべき音声信号を起点として、若しくは、予測時刻ｔ２に乗員の耳に達する音声信号を起点として、位相補正を実行終了する。これにより、横加速度Gｃが無くなりイヤーポイントが元の位置に戻るのに対応して、音場が適切に変化される。

尚、音場制御部４６は、位相補正の開始及び／又は終了時、イヤーポイントの移動態様に応じて位相を滑らかに変更させてもよく、或いは、不連続的に変更させてもよい。前者の例として、イヤーポイントの移動が開始されると予想されるクロソイド区間の終点手前から段階的な位相補正を開始し、クロソイド区間の始点以後から段階的に位相補正を終了させてもよい。また、コーナ走行中において更なる大きな横加速度Gｃの変化が予測される場合には、それに応じて同様の位相補正が実行されてよい。

以上のように、本実施例では、車両挙動の変化によるイヤーポイントの変動を道路形状、速度などの情報に基づいて事前に推定し、所定走行距離［ｍ］後（若しくは所定走行時間［ｓ］後）にイヤーポイントがどこにあるかを予測し、当該予測したイヤーポイントを基準とした音場を、当該所定走行距離［ｍ］後（若しくは所定走行時間［ｓ］後）に形成する。これにより、上述の如く、車両挙動の変化によるイヤーポイントの変動が補償され、音場制御の有用性を高めることができる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、上述した実施例では、主に車両に横加速度が作用する際のイヤーポイントの変動を補償するものであったが、同様の考え方で、前後方向に加速度が作用する際におけるイヤーポイントの前後方向の変動を補償することも可能である。例えば、図５に示すようなコーナの直線区間（クロソイド区間の一部を含みうる）で行われる減速時において、その際の減速度を目標コーナ進入速度に基づいて予測し、当該予測した減速度に基づいてイヤーポイントの前後方向の移動量及び移動開始時点を予測し、当該予測した移動時点から、当該予測したイヤーポイントの前後方向の移動量を補償すべく、同様の位相補正を実行してもよい。この場合、前後方向で対に配設されるスピーカ４２が制御対象となる。

また、上述した実施例では、比較的長時間に亘りイヤーポイントの移動状態が維持されるような事象を例に取っているが、急な車線変更のような、短時間しかイヤーポイントの移動状態が維持されないような事象（即ち、加速度の増減が短時間内に発生する事象）に対しても適用可能である。

また、上述した実施例では、横加速度（若しくは前後加速度）の発生態様の予測結果に基づいてイヤーポイントの移動を予測するものであったが、本発明は、例えばバック走行時など運転者の耳位置が変化する際に対しても同様に適用可能である。例えば、例えば駐車支援制御中において、障害物との近接度に応じて警告を発生する際、バック走行時の運転者の耳位置（予測位置若しくはカメラ等による検出位置）に合わせて音場を形成してもよい。

また、上述した実施例では、応答性の観点から音場をフィードフォワードにより制御しているが、特に音楽鑑賞時のような継続的な音場の形成時に対しては、フィードバック制御を行ってもよい。

また、上述した実施例では、ナビゲーション装置６０の地図情報や走行情報などからイヤーポイントの移動量やそれに応じた位相補正量が算出されているが、ナビゲーション装置６０の地図情報や走行情報と位相補正量とを対応付けるマップを予め作成・記憶しておき、当該マップを用いて位相制御を実行してもよい。同様に、上述した実施例では、ナビゲーション装置６０の地図情報や走行情報などからイヤーポイントの移動発生予測時刻ｔ１（即ち、位相補正開始時刻ｔ１）が算出されているが、位相補正開始時刻ｔ１は、簡易的に、コーナの一定曲率区間の始点に対する通過予測時刻としてもよい。

また、上述した実施例において、イヤーポイントの移動量の算出に用いる地図情報のうち、従来的なナビゲーション装置６０の地図データに存在しないものや情報提供サービスセンターからダウンロード可能でないもの（例えば、カントαや曲率Rなどの道路形状情報）については、当該道路を実走行した際の車速データや横加速度データ等により逆算的に推定・算出されてよく、若しくは、CCDカメラの画像処理結果などから算出されてよい。この場合、これらの情報は、以後の当該道路を走行した際に利用できるように地図情報（道路計上情報）として記憶装置に格納される。

本発明による音場制御装置の要部を示すシステム構成図である。 オーディオ装置４０の主要構成を示す機能ブロック図である。 イヤーポイントの移動態様を模式的に示す説明図である。 本実施例のオーディオ装置４０の主要動作を示すフローチャートである。 本実施例の音場制御方法が適用される一場面としてコーナ走行時を示す説明図である。

符号の説明

４０ オーディオ装置
４２ スピーカ
４４ オーディオアンプ
４６ 音場制御部
４８ 位相算出部
４９ イヤーポイント移動距離算出部
５０ ディスプレイ装置
６０ ナビゲーション装置

Claims (5)

1. 音出力手段によって形成される車室内の音場を制御する音場制御装置であって、
   車両の通常の走行状態における乗員の耳位置を基準として基準音場を形成する通常機能と、
   車両の走行状態の変化を予測した場合に、該予測した走行状態の変化に伴って生ずる乗員の耳位置の変化の際の移動距離を予測し、該予測した耳位置の移動距離に応じて前記基準音場に補正を加える補正機能とを有することを特徴とする、音場制御装置。
2. 前記車両の走行状態の変化は、所与の地図情報及び車両の走行情報に基づいて事前に予測される、請求項１に記載の音場制御装置。
3. 前記車両の走行状態の変化は、車両に発生する車両前後方向又は車両左右方向の加速度に起因した変化要素である、請求項１又は２に記載の音場制御装置。
4. 音出力手段によって形成される車両内の音場を制御する音場制御装置であって、
   車両の走行状態の変化を予測する走行状態変化予測手段と、
   前記走行状態変化予測手段により予測された走行状態の変化に伴って生ずる乗員の耳位置の変化の際の移動距離を予測する移動距離予測手段とを備え、
   前記走行状態変化予測手段による予測結果に応じて音場を制御して、車両の走行状態の変化に伴う車室内における乗員の耳位置の移動距離であって、前記移動距離予測手段により予測された移動距離を補償することを特徴とする、音場制御装置。
5. 音出力手段によって形成される車両内の音場を制御する音場制御方法であって、
   所与の地図情報及び車両の走行情報に基づいて、車両の走行状態の変化を予測するステップと、
   車両の走行状態の変化を予測した場合に、該変化の際に生ずる乗員の耳位置の移動距離を予測するステップと、
   前記車両の走行状態の変化が生ずる時点にて、前記予測した乗員の耳位置の移動距離に応じて、音場の制御態様を変更するステップとを含むことを特徴とする、音場制御方法。

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