JP5557286B2 - Knocking determination method and apparatus - Google Patents
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Description
本発明はノッキング判定方法及び装置に係り、特にエンジン試験装置においてエンジンのノッキングを判定するノッキング判定方法及び装置に関する。 The present invention relates to a knocking determination method and apparatus, and more particularly, to a knocking determination method and apparatus for determining knocking of an engine in an engine test apparatus.
ノッキング(またはノック)とは、エンジンのシリンダ内において未燃焼ガスが燃焼ガスにより圧縮されて自己着火し、急速に燃焼して共鳴する現象であり、ノッキングが発生すると、燃焼ガスが振動により熱伝播しやすくなり、エンジンが破損するおそれがある。ノッキングを抑制するには点火時期を遅くする必要があるが、点火時期を遅くすると燃費が低下するという問題があるため、ノッキングの発生を正確に計測して判定することが必要になる。 Knocking (or knocking) is a phenomenon in which unburned gas is compressed by the combustion gas in the engine cylinder and self-ignited and rapidly burns and resonates. When knocking occurs, the combustion gas propagates heat by vibration. May damage the engine. Although it is necessary to delay the ignition timing in order to suppress knocking, there is a problem that if the ignition timing is delayed, there is a problem in that the fuel consumption is lowered. Therefore, it is necessary to accurately measure and determine the occurrence of knocking.
ノックの判定方法としては、聴感評価が広く用いられている(たとえば特許文献1参照)。これは試験者が実際にエンジンの運転音を聞き、その中の異音の大きさ及び発生頻度を聞き分け、ノック状態を評価する方法である。しかし、聴感評価は試験者や試験環境によるバラつきが大きく、再現性が低いという問題がある。特に、微弱な音、高周波の音、瞬間的な音を聞き取れるかどうかは、個人の聴力や経験によるところが大きく、熟練者でなければ正確に聞き分けることは難しい。そのため、聴感評価をできる人間は限られているのが現状である。また、聴感評価は、試験者によるので、自動ノック制御システムや自動適合計測システムに適用することができないという問題がある。 As a knock determination method, auditory evaluation is widely used (see, for example, Patent Document 1). This is a method in which the tester actually listens to the engine operating sound, listens to the magnitude and frequency of abnormal noise in the engine, and evaluates the knock state. However, there is a problem that the auditory evaluation has a large variation due to the examiner and the test environment and the reproducibility is low. In particular, whether or not weak sounds, high-frequency sounds, and instantaneous sounds can be heard depends largely on the individual's hearing ability and experience, and it is difficult to accurately identify them unless they are skilled. For this reason, the number of people who can perform auditory evaluation is limited. Moreover, since auditory evaluation is performed by a tester, there is a problem that it cannot be applied to an automatic knock control system or an automatic adaptive measurement system.
そこで近年では、ノック判定を定量的に行うため、筒内圧計測による手法が広く用いられている(たとえば特許文献2参照)。この手法は、筒内の圧力を計測し、その筒内圧力信号に様々な信号処理を施すことによって、ノックの判定を行う方法である。たとえば、取得した筒内圧力信号にフィルタをかけてノックの固有振動成分を取得し、さらにノックが発生するクランク角度範囲の波形を切り出し、その最大振幅や振幅の2乗平均、2乗積分などといった代表値を求め、これをノック指標とする。これにより、定量的なノック判定が行われる。 Therefore, in recent years, a method based on in-cylinder pressure measurement has been widely used in order to quantitatively perform knock determination (see, for example, Patent Document 2). This method is a method for determining knock by measuring the pressure in the cylinder and performing various signal processing on the in-cylinder pressure signal. For example, the acquired in-cylinder pressure signal is filtered to acquire the natural vibration component of the knock, and the waveform of the crank angle range where the knock occurs is cut out, and the maximum amplitude, the root mean square of the amplitude, the square integration, etc. A representative value is obtained and used as a knock index. Thereby, quantitative knock determination is performed.
別の定量的なノック判定方法として、振動センサによる方法がある(たとえば特許文献3参照)。これは、実車に搭載されるシステムであり、振動センサをクランクケースに取り付けて振動を計測し、その振動計測信号に様々な信号処理を施すことによってノック判定を行う方法である。たとえば、振動計測信号をフィルタにかけてノックの固有振動成分を取得し、さらにノックが発生するクランク角度範囲の波形を切り出し、その絶対振幅の平均などの代表値を求め、これをノック指標とする。これにより、定量的なノック判定が行われる。 As another quantitative knock determination method, there is a method using a vibration sensor (see, for example, Patent Document 3). This is a system mounted on an actual vehicle, which is a method of performing knock determination by attaching a vibration sensor to a crankcase to measure vibration and performing various signal processing on the vibration measurement signal. For example, the vibration measurement signal is filtered to obtain the natural vibration component of knock, and the waveform of the crank angle range where the knock occurs is cut out to obtain a representative value such as the average of the absolute amplitude, which is used as the knock index. Thereby, quantitative knock determination is performed.
しかしながら、上述した2つの手法は、その判定結果が聴感評価の結果と一致しないため、聴感評価による較正が必要になるという問題がある。たとえば、筒内圧計測による手法は、機械系の騒音が計測から除外されているため、計算結果が聴感評価の結果と合致せず、結局は聴感評価によってノック音の発生の閾値を決めることが必要となる。一方、振動センサによる手法は、振動の計測値に含まれる機械振動の成分が運転条件や個別のエンジンによって異なるため、ノック音の発生に相当する振幅値の閾値を条件毎に聴感評価によって較正する必要がある。 However, the above-described two methods have a problem that calibration by auditory evaluation is necessary because the determination result does not match the result of auditory evaluation. For example, the in-cylinder pressure measurement method excludes mechanical noise from the measurement, so the calculation result does not match the result of the auditory evaluation. It becomes. On the other hand, the vibration sensor method calibrates the threshold value of the amplitude value corresponding to the occurrence of a knocking sound by auditory evaluation for each condition because the component of mechanical vibration included in the vibration measurement value varies depending on the driving conditions and individual engines. There is a need.
さらに別の欠点として、筒内圧計測による手法は、高価な筒内圧センサが気筒の数だけ必要になり、コストがかかるという問題や、ノックの固有周波数や使用するフィルタについて事前の調査が必要となるという問題がある。一方、振動センサによる手法は、固有周波数やフィルタに関する調査が必要になるという問題がある。 As another disadvantage, the in-cylinder pressure measurement method requires an expensive in-cylinder pressure sensor as many as the number of cylinders, which is expensive, and requires a prior investigation on the knock frequency and the filter used. There is a problem. On the other hand, the method using the vibration sensor has a problem in that it is necessary to investigate the natural frequency and the filter.
本発明はこのような事情に鑑みて成されたものであり、ノックを定量的に判定できるとともに、聴感による評価と同等の結果を得ることができるノッキング判定方法及び装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and it is an object of the present invention to provide a knock determination method and apparatus that can quantitatively determine knock and can obtain results equivalent to evaluation by audibility. To do.
請求項1に記載の発明は前記目的を達成するために、エンジン音を検出するセンサと、前記センサで得られた信号に対して、その直前及び/又は直後の信号に基づく時間マスク処理と、近接する周波数帯域の信号に基づく周波数マスク処理とを行うことによって背景音のパワーを求め、該背景音のパワーに対するパワー比をノック強度として算出する算出手段と、前記算出したノック強度に基づいてノックの有無を判定する判定手段と、を備えたことを特徴とするノッキング判定装置を提供する。
In order to achieve the above object, the invention according to
本発明によれば、人間の聴覚で行われる処理と同様に、時間マスク処理と周波数マスク処理を行うようにしたので、聴感評価と同等の結果を得ることができるとともに、信号処理による定量的なノック判定を行うことができる。 According to the present invention, the time mask process and the frequency mask process are performed in the same manner as the process performed by the human auditory sense, so that it is possible to obtain a result equivalent to the auditory evaluation and to obtain a quantitative result by signal processing. Knock determination can be performed.
請求項2の発明は請求項1において、前記算出手段は、前記時間マスク処理を施した背景音のパワーと、前記周波数マスク処理を施した背景音のパワーとを求め、前記2つの背景音のパワーのうち大きい方を選択し、音全体のパワーを除算することによって、前記パワー比を算出することを特徴とする。本発明によれば、時間マスク処理を施した背景音のパワーと周波数マスク処理を施した背景音のパワーのうち大きい方を用いてパワー比を求めたり、パワー比が閾値を超える頻度を求めてノックの有無を判定したので、人間の聴覚に非常に近い結果を得ることができる。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the calculation unit obtains the power of the background sound subjected to the time mask processing and the power of the background sound subjected to the frequency mask processing, and The power ratio is calculated by selecting the larger of the powers and dividing the power of the entire sound. According to the present invention, the power ratio is obtained using the larger one of the power of the background sound subjected to the time mask process and the power of the background sound subjected to the frequency mask process, or the frequency at which the power ratio exceeds the threshold is obtained. Since the presence or absence of knocking is determined, a result very close to human hearing can be obtained.
請求項3の発明は請求項2において、前記算出手段は、前記センサで得られた信号を複数の周波数帯域に分けて抽出し、該周波数帯域ごとに前記パワー比を算出し、該算出したパワー比のうち最も大きい値を選択して前記ノック強度とすることを特徴とする。本発明によれば、最もパワー比の大きいものを選択することによって、人間の聴覚に非常に近い結果を得ることができる。 According to a third aspect of the present invention, in the second aspect, the calculation means extracts the signal obtained by the sensor by dividing it into a plurality of frequency bands, calculates the power ratio for each frequency band, and calculates the calculated power. The largest value among the ratios is selected as the knock strength. According to the present invention, it is possible to obtain a result very close to human hearing by selecting the one with the largest power ratio.
請求項4の発明は請求項1〜3のいずれか1において、前記ノック強度に対して残響音の強度を付加し、所定の周波数の振動を与えることによって、擬似ノック音の音声信号を作成する擬似ノック音生成手段を備えることを特徴とする。本発明によれば、ノック強度に残響を付加し、周波数振動を与えるので、聴感評価を行い易い擬似ノック音が生成される。したがって、個人差が生じることなく確実に聴感評価を行うことができる。また、定量的な評価と聴感評価を同時に行うことができるので、評価の信頼性を向上させることができる。 According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, a sound signal of a pseudo knock sound is created by adding a reverberant sound intensity to the knock intensity and applying a vibration of a predetermined frequency. Pseudo knock sound generation means is provided. According to the present invention, since reverberation is added to the knock intensity and the frequency vibration is applied, a pseudo knock sound that is easy to perform auditory evaluation is generated. Therefore, it is possible to reliably perform auditory evaluation without causing individual differences. Moreover, since quantitative evaluation and auditory evaluation can be performed simultaneously, the reliability of evaluation can be improved.
請求項5の発明は前記目的を達成するために、エンジン音を検出し、前記検出した信号を複数の周波数帯域に分けて抽出し、前記抽出した周波数帯域ごとに、直前及び/又は直後の信号に基づく時間マスク処理を行って背景音のパワーを求めるとともに、近接する周波数帯域の信号に基づく周波数マスク処理を行って背景音のパワーを求め、前記2つの背景音のパワーのうち大きい方を選択し、音全体のパワーを除算することによってパワー比を求め、前記周波数帯域ごとに求めたパワー比のうち、最も大きい値をノック強度として設定し、前記設定したノック強度に基づいて、ノックの有無を判定することを特徴とするノッキング判定方法を提供する。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 5 detects engine sound, extracts the detected signal by dividing it into a plurality of frequency bands, and immediately and / or immediately after each of the extracted frequency bands. Performs a time mask process based on the above to determine the power of the background sound, and performs a frequency mask process based on a signal in the adjacent frequency band to determine the power of the background sound, and selects the larger of the two background sound powers The power ratio is obtained by dividing the power of the entire sound, and the largest value among the power ratios obtained for each frequency band is set as the knock strength, and the presence or absence of knock is determined based on the set knock strength. A knocking determination method characterized by determining the above is provided.
本発明によれば、人間の聴覚で行われる処理と同様に、時間マスク処理と周波数マスク処理とを行うようにしたので、聴感評価と同等の結果を得ることができるとともに、信号処理による定量的なノック判定を行うことができる。 According to the present invention, since the time mask process and the frequency mask process are performed in the same way as the process performed by human auditory sense, it is possible to obtain a result equivalent to the auditory evaluation and to obtain a quantitative result by signal processing. Can make a knock determination.
添付図面に従って、本発明に係るノッキング判定方法及び装置の好ましい実施形態について説明する。本発明のノッキング判定方法及び装置は、人間の聴感評価と同等のノック判定結果を得るための装置であり、その作用を効果的に説明するため、まずは人間の聴覚の働きについて説明する。 A preferred embodiment of a knocking determination method and apparatus according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The knocking determination method and apparatus according to the present invention is an apparatus for obtaining a knock determination result equivalent to human auditory sensation evaluation. In order to effectively explain the operation, first, the function of human hearing will be described.
エンジン音を聴覚で感じる際、エンジン音は耳かいから外耳道を通り、鼓膜、耳小骨を振動させ、蝸牛に到達する。蝸牛は径が一定でない渦巻き状に形成されており、周波数毎に異なる部分で反応するので、エンジン音は周波数によって分割されて伝達される。その際、過去の音の残響によって現在の音が部分的にかき消される効果(時間マスク効果)と、隣の音域の音によって部分的にかき消される効果(周波数マスク効果)を受ける。時間マスク効果とは、人間の聴覚神経が励起された状態から沈静化するのにある程度の時間を要することにより、その間の聴覚が妨げられる効果であり、音が鳴り終えた直後だけでなく、音が鳴り始める直前にもマスク効果が発生する。一方、周波数マスク効果とは、近隣音域の音を聴覚する神経同士が近接して存在することによって、近隣周波数の聴覚が妨げられる効果である。 When the engine sound is sensed by hearing, the engine sound passes through the ear canal, vibrates the eardrum, and the ear ossicles, and reaches the cochlea. The cochlea is formed in a spiral shape with a non-constant diameter, and reacts at different portions for each frequency, so the engine sound is divided and transmitted by the frequency. At that time, the present sound is partially erased by the reverberation of the past sound (time mask effect), and the effect is partially erased by the sound of the adjacent sound range (frequency mask effect). The time mask effect is an effect that disturbs the hearing during a certain period of time because it takes a certain amount of time to calm down from the state where the human auditory nerve is excited. The mask effect also occurs just before the sound begins. On the other hand, the frequency mask effect is an effect in which hearing of neighboring frequencies is hindered by the presence of nerves that hear sounds in the neighboring sound range in close proximity.
これら二つのマスク効果によってかき消されることなく残った音が聴覚神経を励起する。ここで、マスク効果による励起状態に相当する音を背景音と定義し、残った音を特異音とする。ノッキング音は、背景音に対して特異音が大きい場合に認識される。また、音域別にそれぞれ聴覚した音の中で特異性が最大の音が代表的に認識される。ここで、最も特異性が高い音が観測される周波数は、ノックの固有振動数に一致するとは限らず、実際のノック音では、一般にノッキングと表現されるようなカンカンという固有周波数の音よりも、広い周波数範囲を持つチリチリという撥音の方が支配的である。特にトレースノック状態においては、前者の音は殆ど観測されない。固有周波数の音はシリンダ内の定在波から発生し、撥音はシリンダ内の急激なステップ的圧力上昇から発生するものと考えられる。このようなノック音を聴くとき、特異性の高い音はより広い周波数範囲で観測される可能性がある。 The sound that remains without being drowned out by these two mask effects excites the auditory nerve. Here, the sound corresponding to the excited state by the mask effect is defined as the background sound, and the remaining sound is defined as the singular sound. The knocking sound is recognized when the singular sound is larger than the background sound. In addition, the sound with the highest specificity among the sounds heard for each sound range is typically recognized. Here, the frequency at which the sound with the highest specificity is observed does not necessarily match the natural frequency of knocking, and the actual knocking sound is generally more than the sound of the natural frequency called canning that is expressed as knocking. The sound repellent sound with a wide frequency range is dominant. In particular, in the trace knock state, the former sound is hardly observed. It is considered that the natural frequency sound is generated from a standing wave in the cylinder, and the sound repellent sound is generated from a sudden stepwise pressure increase in the cylinder. When listening to such a knocking sound, a highly specific sound may be observed in a wider frequency range.
観測者は、特に大きな異音を聞いたとき、それをノックと判断し、その発生頻度をカウントする。そして、ノック音の大きさと発生頻度から主観的に判断して、ノックが定常的に発生している状態か否か、もしくはノック状態のレベルがいくつかを評価している。 When the observer hears a particularly loud noise, it determines that it is a knock and counts its occurrence frequency. Then, subjectively judging from the magnitude of the knocking sound and the occurrence frequency, whether or not the knocking is constantly generated or whether the level of the knocking state is evaluated.
次に本実施の形態のノッキング判定装置10の構成について図1に基づいて説明する。図1に示すノッキング判定装置10はエンジン12のノッキングを判定する装置であり、主としてセンサ14、プロセッサ16、スピーカ18、表示器20で構成される。
Next, the configuration of knocking
センサ14は、エンジン音を検出するためのマイクであり、エンジン12の近傍に設置される。なお、センサ14はマイクに限定されるものではなく、音圧を求めることができるものであればよい。たとえば、単位換算を行う処理装置と組み合わせることにより、振動センサを用いてもよい。この場合、振動センサはエンジン12に直接取り付けるとよい。
The
センサ14はアンプ22及びAD変換24を介してプロセッサ16に接続される。センサ14の検出信号は、アンプ22で増幅され、AD変換24でデジタル信号に変換され、プロセッサ16に入力される。
The
プロセッサ16は、後述の各種信号処理を行う装置であり、表示器20に接続されている。表示器20は、プロセッサ16で求めたノック強度、ノック判定結果などをリアルタイムで表示する装置であり、必要に応じて計測条件等も表示される。なお、ノック強度やノック判定結果を記録媒体28に出力し、記録媒体28に記録してもよい。さらに、不図示のプリンタ等に出力し、印字するようにしてもよい。
The
プロセッサ16は、DA変換26を介してスピーカ18に接続される。スピーカ18は、プロセッサ16で生成した擬似ノック音信号を音として出力する装置であり、このスピーカ18から観測者に向けて擬似ノック音がリアルタイムで再生される。
The
次にプロセッサ16で行われる各種信号処理について図2に従って説明する。図2は、プロセッサ16の大まかな制御フローを示している。同図に示すように、プロセッサ16は、まず、ノック強度を算出する(ステップS1)。ここで、ノック強度とは、エンジン音の中でノックと認識される音の大きさを示す値であり、後述するように、背景として存在する音(以下、背景音)のパワーと特異的に変化する音(以下、特異音)のパワーとの比率で与えられる。
Next, various signal processing performed by the
次に、算出したノック強度に基づいてノックの有無を判定する(ステップS2)。また、算出したノック強度に基づいて擬似ノック音の信号を生成し、スピーカ18から擬似ノック音を出力する(ステップS3)。以下に各フローを具体的に説明する。 Next, the presence or absence of knocking is determined based on the calculated knocking intensity (step S2). Further, a pseudo knock sound signal is generated based on the calculated knock intensity, and the pseudo knock sound is output from the speaker 18 (step S3). Each flow will be specifically described below.
上述のノック強度算出フロー(ステップS1)とノック判定フロー(ステップS2)の詳細を図3に示す。同図に示すように、プロセッサ16はまず、入力信号を複数の周波数帯域に分離する(ステップS11)。その際、複数のバンドパスフィルタを用いて分離するとよい。また、分離する周波数帯域のバンド幅やバンド数は、特に限定するものではないが、たとえば図4に示すように定義するとよい。すなわち、特異音の検出精度とプロセッサ16の演算負荷の兼ね合いからバンド幅を1/6Octaveに定義するとともに、そのバンド幅で4kHz ~20Hz範囲を15分割し、さらにその中間に位置してオーバーラップする14バンドを加え、計29バンドとして定義する。なお、約10kHz以上の高周波の音は人間にとって聞こえにくい音なので、場合によっては無視してもよい。
Details of the above-described knock intensity calculation flow (step S1) and knock determination flow (step S2) are shown in FIG. As shown in the figure, the
以下のステップS12からステップS18までの処理は、分離した周波数帯域ごとに行い、リアルタイムで同時に算出する。まず、分離した信号を2乗平均し、音のパワーを算出する(ステップS12)。算出した音のパワーの一例を図5に示す。図5の上段はある音の信号の波形であり、図5の下段はそれを2乗平均したパワー波形である。2乗平均を求めるにあたって平均幅は、平均化演算によってピークが消されないように、できるだけ小さく設定することが好ましく、たとえばバンド中心周波数の5波長分に設定される。 The following processing from step S12 to step S18 is performed for each separated frequency band and is simultaneously calculated in real time. First, the separated signals are squared and the sound power is calculated (step S12). An example of the calculated sound power is shown in FIG. The upper part of FIG. 5 is a waveform of a certain sound signal, and the lower part of FIG. 5 is a power waveform obtained by squaring it. In obtaining the mean square, the average width is preferably set as small as possible so that the peak is not erased by the averaging operation, and is set to, for example, five bands of the band center frequency.
次に、ステップS11で分離した周波数帯域間での同期を取るため、遅延補正処理を行う(ステップS13)。上述したバンドパスフィルタは図6に示すように、それぞれ固有の遅延を持っており、入力信号の変動に対応する各バンドのパワーのピークはそれぞれ別の時刻に現れる。そこで、各バンドの信号に対してバンド別の補正遅延をかけることで、ピークの発生時刻を同期させる。 Next, in order to establish synchronization between the frequency bands separated in step S11, a delay correction process is performed (step S13). As shown in FIG. 6, the bandpass filters described above have their own delays, and the power peaks of the bands corresponding to the fluctuations in the input signal appear at different times. Therefore, the peak generation time is synchronized by applying a correction delay for each band signal.
次に、聴感A特性をかける(ステップS14)。具体的には、図7に示すような特性の減衰率を掛けることによって、聴感に対応するパワーを求める。 Next, the audibility A characteristic is applied (step S14). Specifically, the power corresponding to the audibility is obtained by multiplying the attenuation rate of the characteristic as shown in FIG.
次に、時間マスク効果を算出する(ステップS15)。時間マスク効果は音の時間変化から求めることができる。すなわち、音が大きくなるときは背景音のパワーが一定の一次遅れで追従するとして近似でき、音が小さくなるときは背景音のパワーが一定の減衰率で減衰するとして近似できる。そこで、以下の式1に基づいて背景音のパワーMt[Pa2]を算出する。
Next, a time mask effect is calculated (step S15). The time mask effect can be obtained from the time change of the sound. That is, when the sound increases, it can be approximated that the power of the background sound follows with a constant first-order lag, and when the sound decreases, it can be approximated as the power of the background sound attenuates with a constant attenuation factor. Therefore, the power M t [Pa 2 ] of the background sound is calculated based on the following
上記の式1において、指数のa、bは実験等によって求めるとよい。その実験としては、たとえば60dBの音をT秒間発生させた後、80dBのパルス音を0.01秒間発生させた場合について、単独でパルス音を発生させた場合と比較し、何dBの単独パルス音と同じに聞こえるかを求める。また、60dBの音の発生を停止させた後、T秒後に60dBのパルス音を0.01秒間発生させた場合について、単独でパルス音を0.01秒間発生させた場合と比較し、何dBの単独パルス音と同じに聞こえるかを求める。以上の実験を、Tを変えながら繰り返し行い、マスク効果の変化を調べる。本発明者による試験では、音量や周波数が異なる場合について実験を行った結果、aは約0.005、bは約23.04を得た。ただし、この値は一例であり、特に限定するものではない。
In the
なお、本実施の形態は、直前の音によるマスク効果(Post-Masking)のみを求め、直後の音によるマスク効果(Pre-Masking)を行わない例である。ただし、これに限定するものではなく、直後の音によるマスク効果を扱うようにしてもよい。 Note that this embodiment is an example in which only the mask effect (Post-Masking) by the immediately preceding sound is obtained, and the mask effect (Pre-Masking) by the immediately following sound is not performed. However, the present invention is not limited to this, and the mask effect by the sound immediately after may be handled.
次に周波数マスク効果を算出する(ステップS16)。周波数マスク効果の算出方法は、たとえばラウドネスの計算用チャートを利用する。このチャートの利用に関しては、対象となる条件を限定するとよい。たとえば解析対象の周波数範囲を4kHz〜20kHz、音量の範囲を40〜100dBに限定し、計測室は反響があるものとする。このような前提において、背景音のパワーは周波数差(対数スケール)が開くに連れて一定の減衰率で減衰すると近似し、より低い周波数に対しては、マスク効果は無いものとして扱う。そこで、以下の式2に基づいて背景音のパワーMf[Pa2]を算出する。
Next, the frequency mask effect is calculated (step S16). As a method for calculating the frequency mask effect, for example, a loudness calculation chart is used. Regarding the use of this chart, the target conditions may be limited. For example, the frequency range to be analyzed is limited to 4 kHz to 20 kHz, the volume range is limited to 40 to 100 dB, and the measurement room is reverberated. Under such a premise, the power of the background sound is approximated as being attenuated at a constant attenuation rate as the frequency difference (logarithmic scale) is opened, and the lower frequency is treated as having no mask effect. Therefore, the power M f [Pa 2 ] of the background sound is calculated based on the following
次に背景音のパワーを算出する(ステップS17)。具体的には、ステップS15で求めた時間マスクによる背景音のパワーと、ステップS16で求めた周波数マスクによる背景音のパワーのうち、大きい方を背景音のパワーとして設定する。なお、求めた背景音のパワーを隣接する周波数帯域での周波数マスク効果の算出に利用するとよい。 Next, the power of the background sound is calculated (step S17). Specifically, the larger one of the background sound power obtained in step S15 and the background sound power obtained in step S16 and the frequency mask obtained in step S16 is set as the background sound power. Note that the obtained background sound power may be used to calculate the frequency mask effect in the adjacent frequency band.
次に、求めた背景音のパワーを用いて音全体のパワーを除算し、パワー比を算出する(ステップS18)。具体的には、マスク効果を算出する前の音全体のパワーを、ステップS17で求めた背景音のパワーで割り、結果が1より小さかった場合は1に補正する。このようにして求めたパワー比の一例を図8に示す。図8の上段は、音全体のパワーの時間波形と背景音のパワーの時間波形を示しており、図8の下段はパワー比の時間波形を示している。なお、以上のステップS12からステップS18までの処理は、それぞれの周波数帯域で同時に算出する。これにより、全ての周波数帯域でパワー比が算出される。 Next, the power of the entire sound is divided by using the power of the obtained background sound to calculate a power ratio (step S18). Specifically, the power of the entire sound before calculating the mask effect is divided by the power of the background sound obtained in step S17. If the result is smaller than 1, the power is corrected to 1. An example of the power ratio thus obtained is shown in FIG. The upper part of FIG. 8 shows the time waveform of the power of the entire sound and the time waveform of the power of the background sound, and the lower part of FIG. 8 shows the time waveform of the power ratio. In addition, the process from the above step S12 to step S18 calculates simultaneously in each frequency band. Thereby, the power ratio is calculated in all frequency bands.
次に、それぞれの周波数帯域で求めたパワー比のなかで、最大値を取得する(ステップS19)。これをノック強度とする。ノック強度とは、背景音を1に規格化したときの、音のパワー波形を意味している。 Next, the maximum value is acquired from the power ratios obtained in the respective frequency bands (step S19). This is the knock strength. Knock strength means the sound power waveform when the background sound is normalized to 1.
次に、求めたノック強度をdBスケールに換算する(ステップS20)。dBスケールは、1を基準として算出する。これは、特異音のdB音量そのものに相当する。以下、ノック強度のdB換算値をノックdB強度という。なお、図3の制御フローでは省略したが、ノック強度またはノックdB強度を必要に応じて表示器20に出力して表示するとよい。
Next, the obtained knock intensity is converted into a dB scale (step S20). The dB scale is calculated based on 1. This corresponds to the dB volume of the singular sound itself. Hereinafter, the equivalent value of knock strength in dB is referred to as knock dB strength. Although omitted in the control flow of FIG. 3, the knock intensity or the knock dB intensity may be output to the
次に、ノックdB強度を閾値と比較する(ステップS21)。ここで、閾値とは試験者の聴感的な判断基準に相当し、個人差はあるが、典型的にはおよそ10dBとする。ただし例外として、聴感的にノック音と区別のつかないな何らかの音が機械系から発生している場合には、その音よりも大きなノック音が発生しないと人間には判別ができないので、ノック判定の閾値もより大きく設定する必要がある。また、聴感に基づいて閾値の再設定を行う際は、後述の擬似ノック音を参照するとよい。なお、センサ14の設置位置や種類(たとえば指向性マイク等)を閾値と合わせて変更するようにしてもよい。 Next, the knock dB intensity is compared with a threshold value (step S21). Here, the threshold corresponds to a tester's auditory judgment standard and is typically about 10 dB, although there are individual differences. However, as an exception, if some kind of sound that is inaudibly indistinguishable from the knocking sound is generated from the mechanical system, it is impossible for humans to distinguish unless a knocking sound larger than that sound is generated. It is necessary to set a larger threshold. Further, when resetting the threshold value based on audibility, a pseudo knock sound described later may be referred to. The installation position and type of the sensor 14 (for example, a directional microphone) may be changed according to the threshold value.
このように設定した閾値をノックdB強度が上回っている場合、瞬間的なノック状態と判定する。図9は、トレースノック状態におけるノックdB強度の時間波形と、ノック発生の判定結果を示している。同図に丸で示した部分は、ノックdB強度が閾値を超えており、瞬間的なノック状態と判断できる。 When the knock dB intensity exceeds the threshold value set in this way, it is determined that the momentary knock state. FIG. 9 shows a time waveform of knock dB intensity in the trace knock state and a determination result of the occurrence of knock. The portion indicated by a circle in the figure shows that the knock dB intensity exceeds the threshold value, and can be determined as an instantaneous knock state.
次に、一定時間内に瞬時的なノック状態にあった時間をカウントし、ノック頻度を求め(ステップS22)、そのノック頻度を閾値と比較する(ステップS23)。この閾値は聴感に基づいて任意に決定する。ノック頻度が閾値を上回っているとき、定常的なノック状態にあると判定する。この結果は、人間による聴感評価の結果に相当し、以上によってノック判定が終了する。求めたノック判定の結果は必要に応じて表示器16に出力するとよい。なお、本実施の形態では、パワー比が閾値を超える頻度によってノックの有無を判定したが、ノック判定の方法はこれに限定するものではなく、ノック強度を利用した様々な判定方法が可能である。たとえば、ノック強度の4乗平均値などの統計量を閾値と比較してノック判定を行ってもよい。
Next, the time that is in an instantaneous knock state within a certain time is counted, a knock frequency is obtained (step S22), and the knock frequency is compared with a threshold value (step S23). This threshold is arbitrarily determined based on audibility. When the knock frequency exceeds the threshold value, it is determined that a steady knock state exists. This result corresponds to the result of human auditory evaluation, and the knock determination is completed as described above. The obtained knock determination result may be output to the
次に、図10に示す擬似ノック音の出力フローを行う。擬似ノック音の出力フローでは、まず、ノック強度を増幅する(ステップS31)。たとえば増幅率をdとして、ノック強度をd乗する。これはノックdB強度をd倍することに等しい。増幅率dは、出力する擬似ノック音が聞き取りやすくなるような値を任意に設定すればよく、たとえばd=4に設定される。これにより、ノック強度を増幅したパワー波形が得られる。 Next, the pseudo knock sound output flow shown in FIG. 10 is performed. In the output flow of the pseudo knock sound, first, the knock intensity is amplified (step S31). For example, assuming that the amplification factor is d, the knock intensity is raised to the d power. This is equivalent to multiplying the knock dB intensity by d. The amplification factor d may be arbitrarily set to a value that makes it easy to hear the pseudo knock sound to be output. For example, d = 4 is set. As a result, a power waveform obtained by amplifying knock intensity can be obtained.
次に、増幅したノック強度について一定の減衰率で減衰する残響を付加する(ステップS32)。具体的には、以下の式3で示す演算処理を行う。
Next, reverberation that attenuates at a constant attenuation rate is added to the amplified knock intensity (step S32). Specifically, the arithmetic processing shown by the following
残響を付与することによって、擬似ノック音のパワー信号が得られる。たとえば図11の中段のノック強度を増幅して残響を付与することによって、図11の上段で示す信号が得られる。これにより、瞬間的な音がより持続して聞こえるパワー波形となるので、出力した音が聞き取りやすくなる。なお、残響が小さすぎると効果が得られず、大きすぎると別時刻のノック音の聴覚を妨げるので、残響率rは数百程度の適切な値、たとえばr=500に設定する。 By applying reverberation, a pseudo knock power signal can be obtained. For example, the signal shown in the upper part of FIG. 11 can be obtained by amplifying the knock intensity in the middle part of FIG. As a result, since the power waveform is such that the instantaneous sound can be heard more continuously, the output sound can be easily heard. If the reverberation is too small, the effect cannot be obtained. If the reverberation is too large, hearing of a knocking sound at another time is disturbed. Therefore, the reverberation rate r is set to an appropriate value of about several hundreds, for example, r = 500.
次にパワー波形の平方根を取り、実効値を求めた後(ステップS33)、正弦波を乗算する処理を行う(ステップS34)。その際、正弦波としては、実効値1でノックの代表的な周波数(例えば5kHz)を持つ正弦波を掛けるとよい。たとえば以下の式4で示す演算処理を行う。
Next, after taking the square root of the power waveform and obtaining the effective value (step S33), a process of multiplying the sine wave is performed (step S34). At that time, as the sine wave, a sine wave having an effective value of 1 and a typical knock frequency (for example, 5 kHz) may be applied. For example, the arithmetic processing shown by the following
これにより、図11の下段に示すような音信号が得られる。その結果、可聴限界近くの高周波帯域で発生する特異音であっても、標準的な周波数に変換される。したがって、音として出力した際に、より聞き取りやすくなる。 Thereby, a sound signal as shown in the lower part of FIG. 11 is obtained. As a result, even a singular sound generated in a high frequency band near the audible limit is converted to a standard frequency. Therefore, it becomes easier to hear when output as sound.
次に出力音量に相当するゲインをかける(ステップS35)。このようにして生成した擬似ノック音信号が図1のスピーカ18から、擬似ノック音として出力される。この擬似ノック音は、ノック強度を増幅、残響付加、周波数変換した信号である。したがって、元のノック音が微弱な音、高周波の音、瞬間的な音であっても、擬似ノック音として聞こえやすい音に変換されて出力される。
Next, a gain corresponding to the output volume is applied (step S35). The pseudo knock sound signal generated in this way is output as a pseudo knock sound from the
次に上記の如く構成されたノック判定装置10の作用について説明する。
Next, the operation of the
上述したように本実施の形態では、センサ14が検出した信号を複数の周波数帯域に分離し、その分離した周波数帯域ごとに直前の信号に基づく時間マスク処理を行って背景音のパワーを算出するとともに、近接の周波数帯域に基づく周波数マスク処理を行って背景音のパワーを算出し、さらに、二つの背景音のパワーのうち大きいものを選択し、音全体のパワーを選択の背景音のパワーで割ってパワー比を算出している。そして、複数の周波数帯域で求めたパワー比のうち最大のものをノック強度とし、その大きさ及び頻度が閾値を超えるか否かによってノックの有無を判定している。このように時間マスク処理と周波数マスク処理とを行ってノックの有無を判定することによって、聴感評価と同等の結果を得ることができる。また、ノック強度という数値に換算してノックの有無を判定するので、ノック判定を定量的に行うことができる。
As described above, in the present embodiment, the signal detected by the
また、本実施の形態は、ノック強度を増幅し、残響を付加し、実効値を求めた後、正弦波を乗算することによって、擬似ノック音の信号を生成し、これをスピーカ18から音として出力している。このように出力した擬似ノック音は、背景音に対するパワー比であるノック強度に基づいて出力されるので、ノック音が強調されている。また、ノック強度に残響を付加するようにしたので、瞬間的なノック音が聞きやすい音に変換されている。さらに、所定の周波数の正弦波を乗算しているので、聞きやすい周波数に変換されている。したがって、本実施の形態によれば、非常に聞き取りやすく変換された擬似ノック音が出力されるので、聴感に基づいて簡単且つ精度良く聴感評価を行うことができる。
Further, in the present embodiment, after knock intensity is amplified, reverberation is added, and an effective value is obtained, a pseudo knock sound signal is generated by multiplying by a sine wave, and this is output from the
また、本実施の形態によれば、ノック強度による定量的な評価と、擬似ノック音による聴感評価とを同時に行うので、定量的なノック評価の信頼性を確認しつつ、ノック判定を行うことができる。 In addition, according to the present embodiment, since the quantitative evaluation by the knock intensity and the audibility evaluation by the pseudo knock sound are simultaneously performed, the knock determination can be performed while confirming the reliability of the quantitative knock evaluation. it can.
なお、上述した実施形態は、擬似ノック音を発生させるようにしたが、これに限定するものではなく、ノック強度の算出とノック強度によるノック判定のみを行うようにしてもよい。 In the above-described embodiment, the pseudo knock sound is generated. However, the present invention is not limited to this, and only knock strength calculation and knock determination based on the knock strength may be performed.
10…ノック判定装置、12…エンジン、14…センサ、16…プロセッサ、18…スピーカ、20…表示器、22…アンプ、24…AD変換、26…DA変換、28…記録媒体
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記センサで得られた信号に対して、その直前及び/又は直後の信号に基づく時間マスク処理と、近接する周波数帯域の信号に基づく周波数マスク処理とを行うことによって背景音のパワーを求め、該背景音のパワーに対するパワー比をノック強度として算出する算出手段と、
前記算出したノック強度に基づいてノックの有無を判定する判定手段と、
を備えたことを特徴とするノッキング判定装置。 A sensor for detecting engine sound;
The signal obtained by the sensor is subjected to time mask processing based on the signal immediately before and / or immediately after the signal and frequency mask processing based on a signal in an adjacent frequency band to determine the power of the background sound, Calculating means for calculating a power ratio of the background sound to the power as a knock intensity;
Determining means for determining the presence or absence of knock based on the calculated knock intensity;
A knocking determination device characterized by comprising:
前記検出した信号を複数の周波数帯域に分けて抽出し、
前記抽出した周波数帯域ごとに、直前及び/又は直後の信号に基づく時間マスク処理を行って背景音のパワーを求めるとともに、近接する周波数帯域の信号に基づく周波数マスク処理を行って背景音のパワーを求め、
前記2つの背景音のパワーのうち大きい方を選択し、音全体のパワーを除算することによってパワー比を求め、
前記周波数帯域ごとに求めたパワー比のうち、最も大きい値をノック強度として設定し、
前記設定したノック強度に基づいて、ノックの有無を判定することを特徴とするノッキング判定方法。 Detect engine sound,
The detected signal is extracted by dividing it into a plurality of frequency bands,
For each of the extracted frequency bands, time mask processing based on the immediately preceding and / or immediately following signals is performed to obtain the power of the background sound, and frequency mask processing based on the signals in the adjacent frequency bands is performed to reduce the power of the background sound. Seeking
Choose the larger of the powers of the two background sounds and determine the power ratio by dividing the power of the whole sound,
Of the power ratio obtained for each frequency band, the largest value is set as the knock strength,
A knocking determination method characterized by determining the presence or absence of a knock based on the set knock strength.
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