JP4635931B2 - 波形生成装置およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、エンジン音の波形を加工・生成する技術に関する。

エンジン音は周囲の人にとっては騒音となることが多いため、エンジン音を極力発しないエンジンおよび車両の開発が行われている。しかしながら、車両の運転者にとっては多くの場合、エンジン音は運転の楽しさを高めるものであると同時に、速度が出過ぎていることを警告する等の重要な役割を果たす情報である。

従って、周囲に撒き散らされるエンジン音を低減すると同時に、運転者には心地よいエンジン音を聞かせる技術が求められている。そのような課題を解決する方法として、車内に配置したマイクにより収音したエンジン音に対し、エンジン音のエンベロープレベルや車両の走行状態に応じて変化するフィルタ処理を施した後、車内に配置されたスピーカから発音することにより、望ましいエンジン音を運転者に聞かせる技術が、例えば特許文献１および２において提案されている。
特開２００５−１３４７４９号公報 特開２００４−７４９９４号公報

特許文献１や特許文献２において提案されている技術によれば、運転者は自動車の運転中、エンジン音の処理装置の再生音量を上げることにより、迫力のあるエンジン音を聞くことができる。しかしながら、音量を上げ過ぎると、エンジン音は迫力を増すが、同時に周囲の音が聞こえなくなり危険である等の不都合が生じる。

本願発明は、上記の状況に鑑み、車両の運転中において、比較的小さい音量で迫力のあるエンジン音を運転者に聞かせることを可能とする技術を提供することを目的とする。

請求項１に係る発明は、運転中のエンジンの音を示す音波形を取得する音波形入力手段と、前記エンジンの回転速度を示す回転データを取得する回転データ入力手段と、前記エンジンが搭載された車両の運転状態を示す状態データを取得する状態データ入力手段と、前記回転データに応じた周波数を基準周波数として算定する基準周波数算定手段と、前記基準周波数に基づき、フィルタ処理において透過すべき複数の周波数帯を透過周波数帯として特定する透過周波数帯特定手段と、前記エンジンの回転速度と前記透過周波数帯の帯域幅との関係、及び、前記車両の運転状態と前記透過周波数帯の帯域幅との関係を記憶する記憶手段と、前記回転データ入力手段によって取得された回転データが示す回転速度と、前記状態データ入力手段によって取得された状態データが示す運転状態と、前記記憶手段に記憶されている記憶内容とに基づいて、前記透過周波数帯の帯域幅を特定する帯域幅特定手段と、前記音波形入力手段により取得された音波形を濾波して、当該音波形の周波数成分のうち前記帯域幅特定手段によって帯域幅が特定された透過周波数帯の周波数成分のみを有する音波形を生成する透過フィルタ手段と、前記透過フィルタ手段により生成された音波形を歪ませた音波形である歪み音波形を生成する歪み音波形生成手段とを備えることを特徴とする波形生成装置を提供する。

請求項２に係る発明は、前記透過周波数帯特定手段は、前記基準周波数と音律的に調和する周波数を中心周波数とする周波数帯を前記透過周波数帯として特定することを特徴とする請求項１に記載の波形生成装置を提供する。
請求項３に係る発明は、前記透過周波数帯特定手段は、前記基準周波数に有理数を乗じた周波数を中心周波数とする周波数帯を前記透過周波数帯として特定することを特徴とする請求項１又は２に記載の波形生成装置を提供する。

請求項４に係る発明は、前記エンジンの回転速度と前記歪み音波形生成手段の特性との関係、及び、前記車両の運転状態と前記歪み音波形生成手段の特性との関係を記憶する特性記憶手段と、前記回転データ入力手段によって取得された回転データが示す回転速度と、前記状態データ入力手段によって取得された状態データが示す運転状態と、前記特性記憶手段に記憶されている記憶内容とに基づいて、前記歪み音波形生成手段の特性を特定する特性特定手段とを備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の波形生成装置を提供する。

請求項５に係る発明は、前記歪み音波形生成手段によって生成された歪み音波形を、前記車両における前記音波形入力手段の位置に応じて決定されたパンニングの比率に従って、複数のチャンネルに配分する配分手段を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の波形生成装置を提供する。

請求項６に係る発明は、コンピュータに、運転中のエンジンの音を示す音波形を取得する処理と、前記エンジンの回転速度を示す回転データを取得する処理と、前記エンジンが搭載された車両の運転状態を示す状態データを取得する処理と、前記回転データに応じた周波数を基準周波数として算定する処理と、前記基準周波数に基づき、フィルタ処理において透過すべき複数の周波数帯を透過周波数帯として特定する処理と、前記エンジンの回転速度と前記透過周波数帯の帯域幅との関係、及び、前記車両の運転状態と前記透過周波数帯の帯域幅との関係を記憶手段に記憶する処理と、前記取得された回転データが示す回転速度と、前記取得された状態データが示す運転状態と、前記記憶手段に記憶されている記憶内容とに基づいて、前記透過周波数帯の帯域幅を特定する処理と、前記取得した音波形を濾波して、当該音波形の周波数成分のうち前記帯域幅が特定された透過周波数帯の周波数成分のみを有する音波形を生成する処理と、前記濾波により生成した音波形を歪ませた音波形である歪み音波形を生成する処理とを実行させるプログラムを提供する。

［１．実施形態］
［１．１．構成］
図１は、本発明の実施形態にかかる波形生成装置１０を含む波形生成システム１の構成を示したブロック図である。波形生成システム１は、エンジンで駆動される車両のエンジンルーム内および車内に配置される。以下の説明においては、例として、４気筒４ストロークエンジンを搭載した自動車に波形生成システム１が配置されるものとする。

波形生成システム１は、エンジン音を加工し歪んだエンジン音の生成を行う波形生成装置１０と、波形生成装置１０に対しエンジンの爆発に伴う音の波形信号を出力する気筒音ピックアップ群１１と、気筒音ピックアップ群１１に含まれるピックアップから出力される波形信号をピックアップの種別毎にミキシングするミキサ１２Ａ〜Ｃと、波形生成装置１０に対しエンジンの運転に伴うメカノイズの波形を出力するメカノイズピックアップ群１３と、エンジンのクランクシャフトの回転速度を計測しその結果を示す信号（以下、「回転速度信号」と呼ぶ）を波形生成装置１０に出力する回転速度センサ１４と、波形生成装置１０に対しアクセルペダルの踏み込みの程度を示す信号（以下、「アクセル開度信号」）を出力するアクセル開度センサ１５とを備えている。

さらに、波形生成システム１は、波形生成装置１０により合成された音波形を増幅するアンプ１６と、アンプ１６から出力される音波形を音に変換するスピーカ１７と、波形生成装置１０に対しユーザの操作に応じた信号を出力する入力デバイス１８と、波形生成装置１０から出力される描画データに応じてユーザに対しメッセージ画面を表示するディスプレイ１９を備えている。

気筒音ピックアップ群１１には、エンジンの第１〜第４気筒の各々に燃料ガスを供給する第１〜第４吸気管の表面に各々配置された圧電センサである吸気音ピックアップ１１１−１〜４と、第１〜第４気筒のシリンダの表面に各々配置された圧電センサである爆発音ピックアップ１１２−１〜４と、第１〜第４気筒の各々のシリンダから排気ガスを排出する第１〜第４排気管の表面に各々配置された圧電センサである排気音ピックアップ１１３−１〜４が含まれている。

吸気音ピックアップ１１１−１〜４から出力される信号は、各々、第１〜第４吸気管の振動を示す波形信号であり、主として第１〜第４気筒の運転に伴う吸気音を示す。同様に、爆発音ピックアップ１１２−１〜４から出力される信号は、各々、第１〜第４気筒の振動を示す波形信号であり、主として第１〜第４気筒の運転に伴う爆発音を示す。また、排気音ピックアップ１１３−１〜４から出力される信号は、各々、第１〜第４排気管の振動を示す波形信号であり、主として第１〜第４気筒の運転に伴う排気音を示す。

ミキサ１２Ａは、吸気音ピックアップ１１１−１〜４の各々から出力される波形信号をミキシングするミキサである。ミキサ１２Ｂは、爆発音ピックアップ１１２−１〜４の各々から出力される波形信号をミキシングするミキサである。また、ミキサ１２Ｃは、排気音ピックアップ１１３−１〜４の各々から出力される波形信号をミキシングするミキサである。

メカノイズピックアップ群１３には、カムチェーンを駆動するギアの表面に配置された圧電センサであるカムチェーン音ピックアップ１３１と、ファンベルトのテンショナの表面に配置された圧電センサであるファンベルト音ピックアップ１３２が含まれている。

カムチェーン音ピックアップ１３１から出力される信号は、主としてカムチェーンの回転に伴うメカノイズを示す。ファンベルト音ピックアップ１３２から出力される信号は、主としてファンベルトの回転に伴うメカノイズを示す。なお、カムチェーン音ピックアップ１３１およびファンベルト音ピックアップ１３２はメカノイズピックアップ群１３に含まれるピックアップの例であり、エンジンの運転に伴い発せられるメカノイズを拾うピックアップであれば、他の部位に配置されたピックアップがメカノイズピックアップ群１３に含まれてもよい。

回転速度センサ１４は、クランクシャフト付近に配置された発光体、光センサ、カウンタおよびタイマにより構成され、クランクシャフトに発光体から照射された光がクランクシャフトの所定位置に添付された反射マークにおいて反射し、その反射光が光センサにより受光された回数をカウンタがカウントし、タイマにより１秒間が計時されたタイミングでカウンタに記憶されている回数を示す信号を出力するとともに、カウンタ値をゼロにセットし、タイマをリセットする。そのように出力される信号は、毎秒の回転数によりクランクシャフトの回転速度を示す回転速度信号である。

アクセル開度センサ１５は、例えば複数の発光体と光センサの組み合わせにより構成され、アクセルペダルにより発光体から発せられた光がアクセルペダルにより遮られることを利用し、いずれの光センサが反射光を受光したかに応じてアクセルペダルの踏み込みの程度を計測するしくみとなっている。以下の説明において、アクセル開度センサ１５はアクセルペダルの踏み込みの程度が大きくなるに従い大きい数値を示すアクセル開度信号を出力するものとし、その範囲は０〜１００であるものとする。

なお、アクセル開度センサ１５は、自動車の運転状態を計測するセンサの一例であって、波形生成システム１が他の種類のセンサを備え、それらのセンサを、アクセル開度センサ１５に加え、もしくはアクセル開度センサ１５に代えて利用するようにしてもよい。そのようなセンサとしては、例えば車速センサ、クランクシャフトのトルクを計測するトルクセンサ等が考えられる。

スピーカ１７は、例えば車内フロント部の左右に各々配置されたスピーカ１７Ｒおよびスピーカ１７Ｌの組み合わせである。なお、スピーカ１７の配置位置はこれに限られず、例えば車内の前後位置の２カ所や、前後左右の４カ所に配置するようにしてもよい。アンプ１６は、スピーカ１７Ｒおよびスピーカ１７Ｌの各々に音信号を出力するアンプ１６Ｒおよびアンプ１６Ｌの組み合わせである。

入力デバイス１８およびディスプレイ１９は、例えばタッチセンサ機能付き液晶ディスプレイとして一体化され、車内のインストルメント・パネルに配置されている。

波形生成装置１０は、気筒音ピックアップ群１１に含まれるピックアップおよびミキサ１２Ａ〜Ｃから出力される音波形信号を受け取るためのバスである音波形入力バス１０１と、回転速度センサ１４およびアクセル開度センサ１５の各々から出力されるセンサ信号を受け取るためのバスであるセンサ信号入力バス１０２と、気筒音ピックアップ群１１に含まれるピックアップおよびミキサ１２Ａ〜Ｃから出力される音波形信号を各々用いて歪んだ音波形信号を生成するフィルタである歪みフィルタ１０３Ａ〜Ｅと、歪みフィルタ１０３Ａ〜Ｅの各々から出力される音波形信号を左右２チャンネルにパンニングしてミキシングするミキサ１０４を備えている。

また、波形生成装置１０は、ミキサ１０４から出力される左右２チャンネルの音波形信号を各々用いて歪んだ音波形信号を生成するフィルタである歪みフィルタ１０３Ｒ〜Ｌと、歪みフィルタ１０３Ｒ〜Ｌから出力される音波形信号にエンジンルームから車内への音の伝達に伴う周波数特性の変化を反映させるフィルタである伝達特性模擬フィルタ１０５Ｒ〜Ｌと、アクセル開度センサ１５から出力されるアクセル開度信号に応じてパラメータが連続的に変化するフィルタ処理を伝達特性模擬フィルタ１０５Ｒ〜Ｌから出力される音波形信号に各々施す動的フィルタ１０６Ｒ〜Ｌを備えている。

また、波形生成装置１０は、伝達特性模擬フィルタ１０５および動的フィルタ１０６の行うフィルタ処理のパラメータやユーザインタフェース画面を定義する画面定義データ等を予め記憶するとともに、波形生成装置１０の各構成部が利用する各種データを一時的に記憶する記憶部１０７と、記憶部１０７に記憶されている画面定義データに基づきユーザインタフェース画面等を示す描画データを生成しディスプレイ１９に出力する画面生成部１０８と、入力デバイス１８から受け取った信号に基づきユーザの入力した各種パラメータを特定するパラメータ入力部１０９を備えている。

歪みフィルタ１０３Ａ〜ＥおよびＲ〜Ｌはいずれも同じ構成および機能を有している。従って、以下それらを区別する必要がない場合には、単に歪みフィルタ１０３と呼ぶ。図２は、歪みフィルタ１０３の構成を示したブロック図である。

歪みフィルタ１０３は、回転速度センサ１４から出力される回転速度信号に基づきエンジン音の基音の周波数を基準周波数として算定する基準周波数算定部１０３１と、基準周波数算定部１０３１により算定される基準周波数に基づき透過させるべき周波数帯を透過周波数帯として特定する透過周波数帯特定部１０３２と、他の構成部（例えば、歪みフィルタ１０３Ａの場合、ミキサ１２Ａ）から受け取った音波形信号の周波数成分のうち透過周波数帯特定部１０３２により特定された周波数帯の周波数成分のみを有する音波形信号を生成する透過フィルタ部１０３３と、透過フィルタ部１０３３により生成された音波形信号を歪ませて歪んだ音波形を示す歪み音波形信号を生成する歪み音波形生成部１０３４を備えている。

歪み音波形生成部１０３４により生成された歪み音波形信号は、順次、他の構成部（例えば、歪みフィルタ１０３Ａの場合、ミキサ１０４）に出力される。

［１．２．動作］
続いて、波形生成システム１の動作を説明する。ユーザにより波形生成装置１０の起動操作が行われると、波形生成装置１０の画面生成部１０８は、記憶部１０７からユーザインタフェースの画面定義データを読み出して画面の描画データを生成し、ディスプレイ１９に出力する。その結果、ディスプレイ１９にユーザインタフェース画面が表示される。

図３は、ディスプレイ１９に表示されるユーザインタフェース画面を例示した図である。ユーザインタフェース画面は、歪みフィルタ１０３Ａ〜ＥおよびＲ〜Ｌの処理に関する各種パラメータを入力するための画面である。ユーザインタフェース画面に含まれるリストボックス１８１において、ユーザは「吸気音」、「爆発音」、「排気音」、「カムチェーン音」、「ファンベルト音」、「右の音」、「左の音」の選択肢からいずれかを選択することにより、いずれの音に関するパラメータを入力するかを選択する。これらの選択肢は、各々、歪みフィルタ１０３Ａ〜ＥおよびＲ〜Ｌに対応する。

続いて、ユーザはユーザインタフェース画面に含まれるリストボックス１８２において、「ディストーション」、「オーバードライブ」、「ファズ」、「クランチ」等の選択肢からいずれかを選択することにより、リストボックス１８１において選択した音に対し、いわゆる歪み系と呼ばれるエフェクタのいずれを用いて歪み音波形信号を生成するかを選択する。

また、ユーザは仮想的な鍵盤を示すオブジェクト群１８３において、１つ以上の鍵を選択することにより、歪み音波形信号の生成に用いたい倍音構成となる周波数成分の周波数帯の中心周波数を指定する。ここで、オブジェクト群１８３における左端のＣの鍵はエンジン音の基音の周波数に対応する。以下、この鍵を「Ｃ_５」の鍵とし、１オクターブ高くなるに従い「Ｃ_６」、「Ｃ_７」のように添え字を増やすものとする。「Ｃ」以外の鍵についても同様とする。例えば「Ｃ_５」の２つ右隣りのＥの鍵は「Ｅ_５」の鍵であり、エンジン音の基音の（５／４）倍の周波数に対応する。

また、ユーザはリストボックス１８４において、「回転速度」および「アクセル開度」の選択肢からいずれかを選択することにより、回転速度信号およびアクセル開度信号のいずれに応じたパラメータの変化を入力するかを指定する。

ユーザによりリストボックス１８１〜リストボックス１８４およびオブジェクト群１８３における入力が行われると、ユーザインタフェース画面には入力された情報に応じたエンベロープ群が表示される。ユーザはそれらのエンベロープ群の形状を変更することにより、回転速度もしくはアクセル開度に応じて変化する各種パラメータを入力することができる。以下、リストボックス１８１〜リストボックス１８４において、ユーザにより「吸気音」、「オーバードライブ」および「アクセル開度」が選択され、オブジェクト群１８３において「Ｃ_５」「Ｆ_５」および「Ｇ_６」が選択されているものとする。

オブジェクト群１８５は、オブジェクト群１８３において選択された「Ｃ_５」「Ｆ_５」および「Ｇ_６」に対応する周波数を中心周波数とする周波数帯の帯域幅を、アクセル開度に応じてどの程度広げるかを指定するためのエンベロープ群である。オブジェクト群１８６は、オブジェクト群１８３において選択された「Ｃ_５」「Ｆ_５」および「Ｇ_６」に対応する周波数を中心周波数とする周波数帯の音を、アクセル開度に応じてどの程度増幅するかを指定するためのエンベロープ群である。

オブジェクト群１８７は、歪みフィルタ１０３に対し入力される音波形信号（以下、「入力音波形信号」と呼ぶ）を、アクセル開度に応じてどの程度増幅するかを指定するためのエンベロープ群である。オブジェクト群１８８は、入力音波形信号の低周波数帯の成分をアクセル開度に応じてどの程度増幅するかを指定するためのエンベロープ群である。同様に、オブジェクト群１８９およびオブジェクト群１９０は、入力音波形信号の中周波数帯および高周波数帯の成分をアクセル開度に応じてどの程度増幅するかを指定するためのエンベロープ群である。

オブジェクト群１９１は、入力音波形信号から生成される歪み音波形信号の歪みの程度をアクセル開度に応じてどの様に変化させるかを指定するためのエンベロープ群である。また、オブジェクト群１９２は、歪みフィルタ１０３から出力される前の音波形信号（以下、「出力音波形信号」と呼ぶ）を、アクセル開度に応じてどの程度増幅するかを指定するためのエンベロープ群である。

ユーザは、リストボックス１８１〜リストボックス１８４における選択肢を順次変更しては、オブジェクト群１８３における音程の選択およびオブジェクト群１８６〜オブジェクト群１９２におけるエンベロープの変更を繰り返すことにより、吸気音、爆発音、・・・のそれぞれに関し、いずれのエフェクタを用いるか、どの周波数帯の音を透過させるか、回転速度およびアクセル開度の各々に関しそれらの変化に応じてエフェクタへの入出力レベルやエフェクタの各種パラメータをどの様に変化させるか、を入力する。

ユーザにより、上記のように各種パラメータの入力が行われると、波形生成装置１０はユーザの操作に応じた信号を入力デバイス１８から受け取り、パラメータ入力部１０９において受け取ったそれらの信号を各種パラメータを示すパラメータデータに変換し、ユーザインタフェース画面の画面定義データの対応するオブジェクトの属性値として、記憶部１０７に記憶する。

ユーザは、上記の各種パラメータの入力を完了すると、コマンドボタン１９３を操作して、波形生成装置１０に対しエンジン音の生成および再生を指示する。このユーザの指示に応じて、歪みフィルタ１０３Ａ〜ＥおよびＲ〜Ｌは、各々、順次入力される入力音波形信号を用いて歪み音波形信号を生成し、生成した歪み音波形信号を出力音波形信号として順次出力する処理を開始する。歪みフィルタ１０３Ａ〜ＥおよびＲ〜Ｌの動作は同じであるため、以下、歪みフィルタ１０３Ａを例として歪みフィルタ１０３が行う処理を説明する。

歪みフィルタ１０３Ａの基準周波数算定部１０３１は、回転速度センサ１４からクランクシャフトが１回転するごとに回転速度信号を受け取っている。基準周波数算定部１０３１は回転速度信号を受け取ると、回転速度信号により示される回転速度ｒ（回転／秒）を用いて、ｆ＝ｒ／２で表されるｆ（Ｈｚ）を基準周波数として算定する。このように算定されるｆは、エンジン音の基音の周波数である。ここで、ｒ（回転／秒）を２で除すことにより周波数ｆ（Ｈｚ）を算定する理由は、４ストロークエンジンにおいては、１回の爆発に伴う「吸気」「圧縮」「爆発」「排気」の４工程１サイクルにおいてクランクシャフトが２回転するためである。

従って、波形生成システム１が２ストロークエンジンの搭載された車両において利用される場合には、基準周波数算定部１０３１はｆ（Ｈｚ）＝ｒ（回転／秒）で表されるｆ（Ｈｚ）をエンジン音の基音の周波数として算定する。２ストロークエンジンにおいては、１サイクルにおいてクランクシャフトが１回転するためである。

基準周波数算定部１０３１は、上記のようにして算定した基準周波数ｆ（Ｈｚ）を示す信号を透過周波数帯特定部１０３２に出力する。透過周波数帯特定部１０３２は、基準周波数算定部１０３１から信号を受け取ると、その信号により示される基準周波数ｆ（Ｈｚ）をＣ音の音程とする場合における、ユーザによりオブジェクト群１８３において入力された音程に対応する周波数を特定する。より具体的には、透過周波数帯特定部１０３２は記憶部１０７にオブジェクト群１８３の属性値として記憶されているデータにより「Ｃ_５」「Ｆ_５」および「Ｇ_６」がユーザにより選択されていることを特定し、「Ｃ_５」に対応する周波数としてｆ（Ｈｚ）、「Ｆ_５」に対応する周波数としてｆ×（４／３）（Ｈｚ）、「Ｇ_６」に対応する周波数としてｆ×３（Ｈｚ）を算定する。

なお、透過周波数帯特定部１０３２が上記のように「Ｆ_５」および「Ｇ_６」に対応する周波数を算定するにあたり、「４／３」や「３」といった有理数をｆに乗じるのは、「Ｃ_５」と「Ｆ_５」の周波数の比が約３：４であり、「Ｃ_５」と「Ｇ_６」の周波数の比が約１：３であるためである。このように、音階上の２つの音の周波数の関係は簡単な整数比となるものが多く、それらの比が１：２（１オクターブ）や２：３（完全５度）のように単純であるものは、音律的な調和もよい。

透過周波数帯特定部１０３２は、上記のように周波数の算定を行う一方で、回転速度センサ１４からクランクシャフトが１回転するごとに回転速度信号を受け取っている。また、透過周波数帯特定部１０３２は、アクセル開度センサ１５から例えば十分に短い所定時間間隔でアクセル開度信号を受け取っている。透過周波数帯特定部１０３２は、上記のように「Ｃ_５」「Ｆ_５」および「Ｇ_６」に対応する周波数を算定すると、最後に受け取った回転速度信号およびアクセル開度信号と、ユーザがリストボックス１８４において「回転速度」および「アクセル開度」の各々を選択した後にオブジェクト群１８５において入力したエンベロープに基づき、透過フィルタ部１０３３において透過すべき周波数帯（透過周波数帯）を特定する。

そのため、まず透過周波数帯特定部１０３２は透過周波数帯の帯域幅を特定する。より具体的には、例えば透過周波数帯特定部１０３２が最後に受け取ったアクセル開度信号が「３５」であり、ユーザがリストボックス１８４において「アクセル開度」を選択してオブジェクト群１８５において指定した「Ｃ_５」に対応するエンベロープのアクセル開度「３５」に対応する帯域幅の大小が「７」であり、透過周波数帯特定部１０３２が最後に受け取った回転速度信号が「５０」であり、ユーザがリストボックス１８４において「回転速度」を選択してオブジェクト群１８５において指定した「Ｃ_５」に対応するエンベロープの回転速度「５０」に対応する帯域幅の大小が「４」である場合、透過周波数帯特定部１０３２は「７」と「４」の平均値として「５．５」を算出する。

続いて、透過周波数帯特定部１０３２は「Ｃ_５」に対応する周波数ｆ（Ｈｚ）および算出した平均値「５．５」を用いて、周波数ｆ（Ｈｚ）を中心周波数とするｆ＾（１−５．５／１０００）（Ｈｚ）〜ｆ＾（１＋５．５／１０００）（Ｈｚ）の周波数帯を特定する。ただし、「＾」はべき乗を表す。同様に、透過周波数帯特定部１０３２は「Ｆ_５」および「Ｇ_６」に対応する周波数帯を特定する。

上記のように透過周波数帯特定部１０３２により特定される周波数帯は、基準周波数算定部１０３１により算定された周波数を中心周波数とし、ユーザによりオブジェクト群１８６において指定されたエンベロープに従い回転速度およびアクセル開度に応じて決定される帯域幅を有する周波数帯である。透過周波数帯特定部１０３２は、上記のようにして特定した周波数帯を、それぞれ「Ｃ_５」、「Ｆ_５」および「Ｇ_６」に対応する透過周波数帯として特定し、それらの音程（「Ｃ_５」等）と透過周波数帯との対応を示す信号（以下、「透過周波数帯信号」と呼ぶ）を透過フィルタ部１０３３に出力する。

透過フィルタ部１０３３は透過周波数帯特定部１０３２と同様に、回転速度センサ１４およびアクセル開度センサ１５から継続的に回転速度信号およびアクセル開度信号を受け取っている。透過フィルタ部１０３３は、透過周波数帯特定部１０３２から透過周波数帯信号を受け取ると、ユーザがリストボックス１８４において「回転速度」および「アクセル開度」の各々を選択した後にオブジェクト群１８６において入力したエンベロープに基づき、透過周波数帯信号により示される周波数帯の成分を透過させるにあたり、どの程度の増幅率で透過させるかを特定する。

より具体的には、例えば透過フィルタ部１０３３が最後に受け取ったアクセル開度信号が「３５」であり、ユーザがリストボックス１８４において「アクセル開度」を選択してオブジェクト群１８６において指定した「Ｃ_５」に対応するエンベロープのアクセル開度「３５」に対応する増幅率が「０．５」であり、透過フィルタ部１０３３が最後に受け取った回転速度信号が「５０」であり、ユーザがリストボックス１８４において「回転速度」を選択してオブジェクト群１８６において指定した「Ｃ_５」に対応するエンベロープの回転速度「５０」に対応する増幅率が「０．３」である場合、透過フィルタ部１０３３は「０．５」と「０．３」の平均値として「０．４」を算出する。このように算出される値は、「Ｃ_５」に対応する透過周波数帯において透過する周波数成分の増幅率（以下、「透過増幅率」と呼ぶ）である。同様に、透過フィルタ部１０３３は「Ｆ_５」および「Ｇ_６」に対応する透過増幅率を特定する。

透過フィルタ部１０３３は上記のように透過増幅率を特定する一方で、ミキサ１２Ａから音波形入力バス１０１を介して、第１〜第４気筒の各々に対応する吸気音がミキシングされた音を示す入力音波形信号を常時受け取っている。透過フィルタ部１０３３は透過増幅率を特定すると、入力音波形信号の周波数成分のうち、透過周波数帯信号により示される透過周波数帯の成分のみを取り出し、取り出した成分をそれぞれの透過周波数帯に応じた透過増幅率で増幅する。

図４は透過フィルタ部１０３３が行う処理を模式的に示した図である。図４（ａ）は入力音波形信号の周波数特性を示したグラフである。図４（ｂ）は透過フィルタ部１０３３のフィルタ特性を示したグラフである。透過フィルタ部１０３３は、図４（ａ）に示される入力音波形信号の各々の周波数の振幅に、図４（ｂ）に示される各々の周波数の増幅率を乗じることにより、図４（ｃ）に示される音波形信号を生成する。透過フィルタ部１０３３はそのようにして生成した音波形信号（以下、「透過音波形信号」と呼ぶ）を、順次歪み音波形生成部１０３４に出力する。

歪み音波形生成部１０３４は透過周波数帯特定部１０３２および透過フィルタ部１０３３と同様に、回転速度センサ１４およびアクセル開度センサ１５から継続的に回転速度信号およびアクセル開度信号を受け取っている。歪み音波形生成部１０３４はそれらの信号を受け取ると、ユーザがリストボックス１８４において「回転速度」および「アクセル開度」の各々を選択した後にオブジェクト群１８７〜オブジェクト群１９１において入力したエンベロープに基づき、ユーザがリストボックス１８２において選択した歪み系エフェクタのパラメータを特定する。

より具体的には、例えば歪み音波形生成部１０３４が最後に受け取ったアクセル開度信号が「３５」であり、ユーザがリストボックス１８４において「アクセル開度」を選択してオブジェクト群１８７において指定したエンベロープのアクセル開度「３５」に対応するゲインが「＋１０」であり、歪み音波形生成部１０３４が最後に受け取った回転速度信号が「５０」であり、ユーザがリストボックス１８４において「回転速度」を選択してオブジェクト群１８７において指定したエンベロープの回転速度「５０」に対応するゲインが「＋８」である場合、歪み音波形生成部１０３４はそれらの平均値「＋９」を、ユーザがリストボックス１８２において選択したエフェクタ「オーバードライブ」の入力レベルのパラメータとして特定する。

同様に、歪み音波形生成部１０３４はエフェクタの低周波数帯のゲイン、中周波数帯のゲイン、高周波数帯のゲイン、歪みの程度、および出力レベルに関するパラメータを特定する。歪み音波形生成部１０３４は特定したそれらのパラメータに従い、透過フィルタ部１０３３から受け取った透過音波形信号を歪ませた信号である歪み音波形信号を生成する。歪み音波形生成部１０３４は生成した歪み音波形信号を、出力音波形信号としてミキサ１０４に出力する。

以上のようにして、歪みフィルタ１０３Ａはミキサ１２Ａから受け取った音波形信号を歪ませて吸気音の歪み音波形信号を生成し、ミキサ１０４に出力する。歪みフィルタ１０３Ｂ〜Ｅはそれぞれ、ミキサ１２Ｂ〜Ｃ、カムチェーン音ピックアップ１３１およびファンベルト音ピックアップ１３２から受け取った音波形信号に関し歪みフィルタ１０３Ａと同様の処理を行い、爆発音、排気音、カムチェーン音およびファンベルト音の歪み音波形信号を生成し、ミキサ１０４に出力する。

ミキサ１０４は、歪みフィルタ１０３Ａ〜Ｅの各々から受け取る歪み音波形信号を、所定のパンニング処理をした後、左右の各チャンネルに配分し、それらをミキシングする。パンニングの比率は、例えば吸気音ピックアップ１１１〜ファンベルト音ピックアップ１３２の各々が自動車の左右方向のセンタ位置からどの程度左右にずれた位置に配置されているかにより決定される。

ミキサ１０４はミキシングにより生成した右チャンネルの音波形信号および左チャンネルの音波形信号をそれぞれ、歪みフィルタ１０３ＲおよびＬに順次出力する。歪みフィルタ１０３ＲおよびＬはミキサ１０４から音波形信号を受け取ると、それらに関し歪みフィルタ１０３Ａと同様の処理を行い、右の音および左の音に関する歪み音波形信号を生成し、伝達特性模擬フィルタ１０５ＲおよびＬに引き渡す。

伝達特性模擬フィルタ１０５ＲおよびＬは、歪みフィルタ１０３ＲおよびＬから受け取る音波形信号を所定の伝達関数に入力することにより、エンジンルームにおいて発生した音が車内の運転者の耳に到達するまでに生じる周波数特性の変化を、歪みフィルタ１０３ＲおよびＬから受け取った音信号波形に反映させる。

より具体的には、エンジンルームの例えば中央位置において発したインパルス信号に対する、車内の運転者の頭位置におけるインパルス応答に基づき算出された伝達関数の係数列が、予め記憶部１０７に記憶されている。伝達特性模擬フィルタ１０５は、例えば、歪みフィルタ１０３ＲおよびＬから受け取った音信号波形をフーリエ変換して得られる係数列の各々に、記憶されている伝達関数の係数列の各々を乗じて得られる係数列を逆フーリエ変換する。伝達特性模擬フィルタ１０５ＲおよびＬは、そのようにして生成した音信号波形を動的フィルタ１０６ＲおよびＬに各々出力する。

動的フィルタ１０６ＲおよびＬは、アクセル開度センサ１５から常時、アクセル開度信号を受け取り、受け取ったアクセル開度信号に応じたフィルタ処理を伝達特性模擬フィルタ１０５ＲおよびＬから受け取る音信号波形に対し行う。動的フィルタ１０６ＲおよびＬが行うフィルタ処理は、例えばグラフィックイコライザ処理である。動的フィルタ１０６の処理のため、記憶部１０７には予め、グラフィックイコライザの各周波数帯に関し、アクセル開度と増幅率との対応データが記憶されている。

図５は、記憶部１０７に記憶されている対応データを示したグラフである。図５のデータ例に従う場合、アクセル開度信号が「９０」を示す時、動的フィルタ１０６は中心周波数６３Ｈｚ、１２５Ｈｚ、・・・の周波数帯の振幅を、それぞれ１．２倍、１．４倍、・・・に増幅する。動的フィルタ１０６ＲおよびＬは、そのようなフィルタ処理を行った音波形信号を、それぞれアンプ１６ＲおよびＬに出力する。

アンプ１６ＲおよびＬは、上記のようにして波形生成装置１０の動的フィルタ１０６ＲおよびＬから音信号波形を受け取ると、受け取った音波形信号をスピーカレベルに増幅し、それぞれスピーカ１７ＲおよびＬに出力する。スピーカ１７ＲおよびＬは、アンプ１６ＲおよびＬから受け取った音波形信号を音に変換して発音する。その結果、運転者には波形生成装置１０により生成されたエンジン音が聞こえる。

上記のように運転者に聞こえるエンジン音は、実際のエンジン音に含まれる周波数成分のうち、ユーザがユーザインタフェース画面（図３参照）において入力した各種パラメータに応じて選択的に透過された周波数帯の成分に歪みが加えられたものである。また、そのように選択的に透過された周波数帯は、エンジン音の基音の周波数と音律的な関係を有する周波数を中心周波数としている。従って、運転者に聞こえるエンジン音は、騒々しいノイズとはならず、音律的に調和の取れた心地よい響きの歪み音となる。

特に、ユーザがオブジェクト群１８３において２〜３程度の少ない数の音程を選択し、さらにそれらの音程のインターバルが完全５度等の音律的に調和するものである場合、波形生成システム１から発せられる歪み音は好ましいものとなる。

さらに、波形生成システム１により生成されるエンジン音は、エンジンの回転速度やアクセル開度といった運転状態に応じて変化する。その変化の質や程度は、ユーザが様々に変更することが可能である。

また、本実施形態においては、エンジンの各部位から発せられる音を示す波形信号を個別に取得し、それらの各々に関し異なるパラメータに従い歪みフィルタ１０３の処理を行っているため、ユーザは波形生成システム１により生成されるエンジン音をきめ細かく調整することができる。

［２．変形例］
上述した実施形態は、本願発明の技術的思想の範囲で様々に変形することができる。以下にそのような変形例を示す。

［２．１．第１変形例］
上述した実施形態においては、ミキサ１２Ａにおいて、エンジンの気筒毎に配置された吸気音ピックアップ１１１−１〜４により生成される波形信号がミキシングされた後に歪みフィルタ１０３Ａに入力されるものとしたが、吸気音ピックアップ１１１−１〜４の各々により生成される波形信号に関し個別に歪みフィルタ１０３の処理を行うようにしてもよい。爆発音ピックアップ１１２および排気音ピックアップ１１３に関しても同様である。

［２．２．第２変形例］
上述した実施形態においては、音波形信号の流れにおいて、ミキサ１０４の上流および下流の両方に歪みフィルタ１０３を配置するものとしたが、それらのいずれか一方にのみ、歪みフィルタ１０３を配置するようにしてもよい。すなわち、波形生成装置１０は、歪みフィルタ１０３Ａ〜Ｅと、歪みフィルタ１０３Ｒ〜Ｌのいずれかのみを有してもよい。

［２．３．第３変形例］
上述した実施形態においては、ユーザはオブジェクト群１８３の仮想的な鍵を指定することにより、透過周波数帯の中心周波数を指定するものとしたが、例えば音程を示す「Ｆ４」等の記号を入力したり、「３／２」といった基準周波数に対する倍率を数値で入力したりすることにより、透過周波数帯の中心周波数を指定するようにしてもよい。

なお、上述したように、音階上の２つの音の周波数の関係は簡単な整数比となるものが多く、それらの比が１：２（１オクターブ）や２：３（完全５度）のように単純であるものは、音律的な調和もよい。従って、例えば基準周波数をｆとするときに、比が１：２や２：３となる有理数を各々ｆに乗じることにより、互いに１オクターブや完全５度といった音律的に調和する中心周波数を算出することができる。特に、比が１：２や２：３となる整数を各々ｆに乗じることにより、互いに音律敵に調和し、かつｆの倍音である中心周波数を算出することができる。従って、ユーザは例えば、「５／４」と「３／２」（５：６となる有理数の組）や、「６」と「９」（２：３となる整数の組）といった数値を基準周波数に対する倍率として指定することにより、容易に音律的な調和のとれた歪み音を得ることができる。

上記の数値の組み合わせをユーザが入力する代わりに、ユーザは倍率を１つのみ入力し、透過周波数帯特定部１０３２はユーザにより入力された倍率をｆに乗じた周波数と、その倍率を所定倍、例えば（３／２）倍した倍率をｆに乗じた周波数とを、透過周波数帯の中心周波数として算出するようにしてもよい。この場合、ユーザは倍率を１つ入力するだけで、完全５度のインターバルを持つ２つの中心周波数を指定することができる。

さらに、ユーザによる倍率の指定を要求することなく、透過周波数帯特定部１０３２が所定の倍率をｆに乗じることにより、互いに音律的な調和のとれる中心周波数を算出するようにしてもよい。例えば、透過周波数帯特定部１０３２はユーザの入力によらず、ｆ×２およびｆ×３を算出しそれらを透過周波数帯の中心周波数とする。その結果、互いに完全５度のインターバルを持つ２つの中心周波数が特定される。

また、上述した実施形態においては、例えばユーザにより「Ｇ_５」が指定された場合に、透過周波数帯特定部１０３２は基準周波数に対し「Ｃ_５」−「Ｇ_５」のインターバルを示す「３／２」を乗じるものとしたが、より正確な数値である「１．４９８３」等を基準周波数に乗じることにより、透過周波数帯の中心周波数を算定するようにしてもよい。

さらに、音階上の２音間のインターバルにとらわれることなく、ユーザが任意の倍率を指定し、透過周波数帯特定部１０３２はそのように指定された倍率を基準周波数に乗じて透過周波数帯の中心周波数を算定するようにしてもよい。その場合、歪み音波形生成部１０３４により生成される歪み音波形信号にはエンジン音の基音の非整数倍音が多く含まれることとなる。

［２．４．第４変形例］
上述した実施形態においては、波形生成装置１０は各構成部に対応する専用のハードウェア回路の組み合わせにより実現されることが想定されているが、汎用コンピュータにアプリケーションプログラムに従った処理を実行させることにより、波形生成装置１０を実現してもよい。

［３．備考］
上述した実施形態およびその変形例において示した数値や、それらの数値の算出方法は、本発明を説明するための例示であって、本発明の技術範囲はそれらの数値や算出方法に限らない。

また、上述した実施形態において示した波形生成システム１における処理の順序は、本発明の技術的思想の範囲において変更可能である。

また、吸気音ピックアップ１１１等として圧電センサ以外のセンサを用いたり、音を収音するマイクを用いたりしてもよい。その配置位置も実施形態に記載のものに限られず、例えば車内であってもよい。

本発明の実施形態にかかる波形生成システムの構成を示したブロック図である。 本発明の実施形態にかかる歪みフィルタの構成を示したブロック図である。 本発明の実施形態にかかるユーザインタフェース画面を示した図である。 本発明の実施形態にかかる透過フィルタ部の処理を示した図である。 本発明の実施形態にかかる動的フィルタが利用する対応データを示したグラフである。

符号の説明

１…波形生成システム、１０…波形生成装置、１１…気筒音ピックアップ群、１２…ミキサ、１３…メカノイズピックアップ群、１４…回転速度センサ、１５…アクセル開度センサ、１６…アンプ、１７…スピーカ、１８…入力デバイス、１９…ディスプレイ、１０１…音波形入力バス、１０２…センサ信号入力バス、１０３…歪みフィルタ、１０４…ミキサ、１０５…伝達特性模擬フィルタ、１０６…動的フィルタ、１０７…記憶部、１０８…画面生成部、１０９…パラメータ入力部、１１１…吸気音ピックアップ、１１２…爆発音ピックアップ、１１３…排気音ピックアップ、１３１…カムチェーン音ピックアップ、１３２…ファンベルト音ピックアップ、１０３１…基準周波数算定部、１０３２…透過周波数帯特定部、１０３３…透過フィルタ部、１０３４…歪み音波形生成部。

Claims (6)

1. 運転中のエンジンの音を示す音波形を取得する音波形入力手段と、
   前記エンジンの回転速度を示す回転データを取得する回転データ入力手段と、
   前記エンジンが搭載された車両の運転状態を示す状態データを取得する状態データ入力手段と、
   前記回転データに応じた周波数を基準周波数として算定する基準周波数算定手段と、
   前記基準周波数に基づき、フィルタ処理において透過すべき複数の周波数帯を透過周波数帯として特定する透過周波数帯特定手段と、
   前記エンジンの回転速度と前記透過周波数帯の帯域幅との関係、及び、前記車両の運転状態と前記透過周波数帯の帯域幅との関係を記憶する記憶手段と、
   前記回転データ入力手段によって取得された回転データが示す回転速度と、前記状態データ入力手段によって取得された状態データが示す運転状態と、前記記憶手段に記憶されている記憶内容とに基づいて、前記透過周波数帯の帯域幅を特定する帯域幅特定手段と、
   前記音波形入力手段により取得された音波形を濾波して、当該音波形の周波数成分のうち前記帯域幅特定手段によって帯域幅が特定された透過周波数帯の周波数成分のみを有する音波形を生成する透過フィルタ手段と、
   前記透過フィルタ手段により生成された音波形を歪ませた音波形である歪み音波形を生成する歪み音波形生成手段と
   を備えることを特徴とする波形生成装置。
2. 前記透過周波数帯特定手段は、前記基準周波数と音律的に調和する周波数を中心周波数とする周波数帯を前記透過周波数帯として特定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の波形生成装置。
3. 前記透過周波数帯特定手段は、前記基準周波数に有理数を乗じた周波数を中心周波数とする周波数帯を前記透過周波数帯として特定する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の波形生成装置。
4. 前記エンジンの回転速度と前記歪み音波形生成手段の特性との関係、及び、前記車両の運転状態と前記歪み音波形生成手段の特性との関係を記憶する特性記憶手段と、
   前記回転データ入力手段によって取得された回転データが示す回転速度と、前記状態データ入力手段によって取得された状態データが示す運転状態と、前記特性記憶手段に記憶されている記憶内容とに基づいて、前記歪み音波形生成手段の特性を特定する特性特定手段と
   を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の波形生成装置。
5. 前記歪み音波形生成手段によって生成された歪み音波形を、前記車両における前記音波形入力手段の位置に応じて決定されたパンニングの比率に従って、複数のチャンネルに配分する配分手段を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の波形生成装置。
6. コンピュータに、
   運転中のエンジンの音を示す音波形を取得する処理と、
   前記エンジンの回転速度を示す回転データを取得する処理と、
   前記エンジンが搭載された車両の運転状態を示す状態データを取得する処理と、
   前記回転データに応じた周波数を基準周波数として算定する処理と、
   前記基準周波数に基づき、フィルタ処理において透過すべき複数の周波数帯を透過周波数帯として特定する処理と、
   前記エンジンの回転速度と前記透過周波数帯の帯域幅との関係、及び、前記車両の運転状態と前記透過周波数帯の帯域幅との関係を記憶手段に記憶する処理と、
   前記取得された回転データが示す回転速度と、前記取得された状態データが示す運転状態と、前記記憶手段に記憶されている記憶内容とに基づいて、前記透過周波数帯の帯域幅を特定する処理と、
   前記取得した音波形を濾波して、当該音波形の周波数成分のうち前記帯域幅が特定された透過周波数帯の周波数成分のみを有する音波形を生成する処理と、
   前記濾波により生成した音波形を歪ませた音波形である歪み音波形を生成する処理と
   を実行させるプログラム。

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