(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車等の車両の車室内外で発せられる音響信号を集音する音響センサと、前記音響信号を分析する音響信号分析部と、前記音響信号分析部の分析結果に基づいて前記音響信号に対する人間の快適性を評価する車両音評価部から成る車両音評価装置であって、前記音響信号分析部は健聴者の聴覚フィルタ形状から聴神経興奮パターンを算出する機能を有し、前記車両音評価部は前記聴神経興奮パターンに人に不快感を与える周波数ピーク及び特定の高周波成分が含まれているか否かに基づいて前記音響信号の快適性を予測判定することを特徴とする車両音評価装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両音評価装置において、前記音響信号が自動車のエンジン音であることを特徴とする車両音評価装置。
【請求項３】
請求項１に記載の車両音評価装置において、前記音響信号が自動車の消音装置から発せられる音響信号であることを特徴とする車両音評価装置。
【請求項４】
請求項１に記載の異音判定装置において、前記音響信号が自動車車室内の空調機音であることを特徴とする車両音評価装置。
【請求項５】
請求項１に記載の車両音評価装置において、前記音響信号が自動車のドアの開閉音であることを特徴とする車両音評価装置。
【請求項６】
請求項１に記載の車両音評価装置において、前記音響信号が自動車車室内のシートの衣擦れ音もしくは摩擦音であることを特徴とする車両音評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等の車両の車室内外で聞こえるエンジン音、空調機音等や各種部品が発する様々な音が、当該車両の運転者、同乗者および当該車両の周辺環境等に及ぼす快適性および不快感等を予測評価する車両音評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の車両内外では、エンジン音やドアの開閉音、空調機音など様々な音が発生し、それらの音質やレベルによっては、当該車両の運転者、同乗者のみならず、車両の周辺にいる人々にも大きな不快感を与えてしまう場合がある。
【０００３】
自動車のエンジン音や消音装置（マフラー）が発する音に関しては、メーカーにおける当該車種の設計、試作、製造過程で、それらの音の音圧レベルや周波数成分を分析し、当該音の快適性評価を行った上で出荷するような作業工程が一般的に行われてきている。
【０００４】
車室内の空調機の音に関しても、同様に音圧レベルや周波数成分分析が行われている。加えて、一部の自動車メーカーでは、自動車のドアの開閉時に発生する音や、車室内のシートの衣擦れ音、摩擦音等の分析も行い、当該音の快適性評価を行った上で出荷するような作業工程が実施されてきている。
【０００５】
これらの周波数成分分析には、一般的に良く用いられるFFT分析やオクターブバンド分析などが用いられてきた。そして、分析結果が音圧レベルともに検討された上で、最終的には、開発担当者や工員等の長年の経験による勘や感覚に頼って快適性の最終判断を行ってきた。
【０００６】
特許文献１には、特に自動車両の客室空間における音響空間特性を、有効音発信装置を用いて、試験音を発信することにより及び受信された評価音を分析することにより検出するための方法において、試験音（Ｔ；ＴＳ）が、有効音の心理音響学上のマスキング領域（６；７）に発信されることを特徴とする、特に自動車両の客室空間における音響空間特性を検出するための方法および装置が開示されている。
【０００７】
特許文献２には、車内及び車外の少なくとも一方の音を検出する検出手段によって検出された検出信号の時間軸に対する変動状況を表す抱絡線を抽出する抽出手段と、前記抽出手段によって抽出された前記抱絡線の周波数を分析し、分析結果から特定周期成分の位相を所定位相シフトした変調信号を生成する生成手段と、前記生成手段によって生成された前記変調信号に基づいて、車内及び車外の少なくとも一方に発音する前記発音手段から発音するための発音信号を生成する発音信号生成手段とを備えた車両騒音音質制御装置が開示されている。
【０００８】
特許文献３には、計測した評価対象とする評価音を次数解析し、次数解析した評価音の基音となる次数成分とその倍音となる次数成分の音圧レベルに対する直線の傾きを解析傾き角度ｘとして求め、この解析傾き角度ｘと予め記憶しておいた理想傾き角度ｘｒとの差と、０．５次ピッチ暗騒音の合計値ＮL0.5と、主要次数レベル総和値Ｓのそれぞれについての演算項を含んで形成した協和感定量評価式により協和感レベルを求める車両用音質評価装置、及び、車両用音質評価方法が開示されている。
【０００９】
特許文献４には、採取された空調音データに基づき空調音の音質を定量的に評価する空調音の音質評価方法において、評価対象となる空調音データを採取する空調音データ採取手順と、採取された空調音データから、音の大きさであるラウドネスのスペクトルを描き、スペクトル面積の重心を求め、重心位置が高周波数側であるほど高い値となるシャープネスを計算するシャープネス計算手順と、計算されたシャープネスの値を心理音響評価量とし、どのような感じの空調音かという人の聴感による音質を評価する音質評価手順とを備えた空調音の音質評価方法および音質評価システムが開示されている。
【００１０】
特許文献５には、製品または製品を製造するための部品から発せられる音響信号を集音する音響センサと、前記音響信号を分析する音響信号分析部と、前記音響信号分析部の分析結果に基づいて前記音響信号が正常時音響信号か異常時音響信号かを判定する音響信号判定部から成る異音判定装置であって、前記音響信号分析部は健聴者の聴覚フィルタ形状から聴神経興奮パターンを算出する機能を有し、前記音響信号判定部は前記聴神経興奮パターンに基づいて前記音響信号が正常時音響信号か異常時音響信号かを判定する機能を有する異音判定装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開2001-69600号公報
【特許文献２】特開2007-233309号公報
【特許文献３】特開2008-298474号公報
【特許文献４】特開2009-36603号公報
【特許文献５】特開2009-175077号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
解決しようとする問題点は、自動車等の車両の車室内外で聞こえるエンジン音、空調機音等や各種部品が発する様々な音が、当該車両の運転者、同乗者および当該車両の周辺環境等に及ぼす快適性および不快感等を予測評価する装置を提供することである。
【００１３】
特許文献１においては、自動車両内の客室空間における音響空間特性を検出するために、有効音（例えば音楽）を発信する装置を用いて、追加的に試験音を発信し、この試験音が有効音の心理音響学上のマスキング領域（遮蔽領域）に発信されることによって自動車両内の音響システムにおける音質を最善の状態にしているが、これはあくまで、心理音響学上のマスキングを用いた自動車両内の音響システムの音質改善が目的であって、自動車等の車両の車室内外で聞こえるエンジン音、空調機音等や各種部品が発する様々な音の快適性を判断することはできない。また、心理音響学上のマスキングという概念は極めて曖昧であり、人間の聴覚器官のメカニズム等を考慮した分析等が全く行われていないため、音質の改善効果の程度が予測できないという問題点があった。
【００１４】
特許文献２においては、車内及び車外の少なくとも一方の音を検出する検出手段によって検出された検出信号の時間軸に対する抱絡線を抽出し、前記抱絡線の周波数を分析し、分析結果から特定周期成分の位相を所定位相シフトした変調信号を生成し、発音することによって、車両騒音音質制御を行っている。しかし、当該周波数分析の手法としては、FFT等の一般的に用いられる物理量に基づいた分析手法が用いられており、人間の聴覚器官のメカニズム等を考慮した分析等は全く行われていない。そのため、車両騒音の音質の快適性等が不明なまま当該処理が行われるという問題点があった。
【００１５】
特許文献３では、計測した評価対象とする評価音を次数解析して、上記評価音の協和感を定量評価することによって車両の音質評価を行っている。協和感とは、評価語（「快適」、「歯切れのある」、「リニア感のある」）と音の周波数スペクトル等の音響特性データを基にするものである。しかしこれは、あくまで試験を行う試験者もしくは被験者の主観評価結果に基づいており、人間の聴覚器官のメカニズム等を考慮した分析等は全く行われていない。そのため、車両の音質の快適性等が、あくまで主観評価結果に基づいたものとなってしまい定量的な判断がし難いという問題点があった。
【００１６】
特許文献４では、１つの心理音響評価量（シャープネス）を用いた簡単な評価手法でありながら、人間の聴覚機能に基づいた空調音の総合的な心地よさの感覚を適切に評価することができる空調音の音質評価方法および音質評価システムを開示している。しかし、シャープネスを算出するための基となる周波数分析手法は従来の物理的なバンドバスフィルタ等によるものであり、人間の聴覚器官のメカニズム等を考慮した分析等は全く行われていない。そのため、空調音の快適性等の評価はあくまで物理量である周波数成分分析結果に基づいてしまい、音質の快適性の評価やその改善効果の予測が正確にできないという問題点があった。
【００１７】
特許文献５では、ベテラン工員がその聴覚によって判別していた異音を装置によって検出するために、人間の聴覚機構に最も近い音響分析手法を用いて音響信号を分析し、その結果をもって異音判定を行っている。ここでは人間の聴覚器官のメカニズム等を考慮した分析手法である聴神経興奮パターンに基づいて分析を行っているが、これはあくまで製造工程時に発生する異音の検出を目的としており、自動車等の車両の車室内外で聞こえるエンジン音、空調機音等や各種部品が発する様々な音が、当該車両の運転者、同乗者および当該車両の周辺環境等に及ぼす快適性および不快感等を予測評価する手法に関する示唆も開示も無い。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明では、自動車等の車両の車室内外で聞こえるエンジン音、空調機音等や各種部品が発する様々な音が、当該車両の運転者、同乗者および当該車両の周辺環境等に及ぼす快適性および不快感等を、人間の聴覚機構に最も近い音響分析手法を用いて分析し、その結果をもって車両音評価を行う。
【００１９】
具体的には、自動車等の車両の車室内外で発せられる音響信号を集音する音響センサと、前記音響信号を分析する音響信号分析部と、前記音響信号分析部の分析結果に基づいて前記音響信号に対する人間の快適性を評価する車両音評価装置であって、前記音響信号分析部は健聴者の聴覚フィルタ形状から聴神経興奮パターンを算出する機能を有し、前記音響信号判定部は前記聴神経興奮パターンに基づいて前記音響信号の快適性を判定する機能を有する構成とした。これにより、従来、人間の聴覚とは関係のない物理的指標や工員等の長年の経験による勘や感覚に頼っていた車両音の音質や快適性評価が、より人間の聴感覚による評価に近づき、音質の快適性の評価やその改善効果の予測が正確にできるようになる。  
【００２０】
この場合の音響信号が自動車のエンジン音であれば、当該車両の運転者、同乗者および当該車両の周辺環境等に当該車両のエンジン音が及ぼす快適性および不快感等を正確に予測評価できる車両音評価装置を構成することが可能である。
【００２１】
また、この場合の音響信号が自動車の消音装置から発せられる音響信号であれば、当該車両の運転者、同乗者および当該車両の周辺環境等に当該車両のエンジン音が実質的に及ぼす快適性および不快感等を正確に予測評価できる上に、当該消音装置の性能を人間が感じる快適性に基づいて評価可能な車両音評価装置を構成することが可能である。
【００２２】
また、この場合の音響信号が自動車車室内の空調機音であれば、当該車両の運転者および同乗者が当該車両の車室内で感じる快適性および不快感等を正確に予測評価できる車両音評価装置を構成することが可能である。
【００２３】
また、この場合の音響信号が自動車のドアの開閉音であれば、当該車両の運転者および同乗者が当該車両のドアの開閉時に感じる快適性および不快感等を正確に予測評価できる車両音評価装置を構成することが可能である。
【００２４】
さらに、この場合の音響信号が自動車車室内のシートの衣擦れ音もしくは摩擦音であれば、当該車両の運転者および同乗者が当該車室内で感じる快適性および不快感等を正確に予測評価できる車両音評価装置を構成することが可能である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の車両音評価装置は、従来、人間の聴覚とは関係のない物理的指標や工員等の長年の経験による勘や感覚に頼っていた車両音の音質や快適性評価を、人間の聴覚機構に最も近い分析手法である聴神経興奮パターンを用いて分析することにより、運転者、同乗者および当該車両周辺に及ぼす快適性や不快感等を予測評価することができる。
【００２６】
これにより、自動車等の車両の運行時に当該車両から発せられる様々な音に対して、運転者、同乗者および当該車両の周辺環境に居住する人々などが感じる、快適性や不快感を予測できるようになり、車室内外にいる人々の快適性を向上させることが可能となる。
【００２７】
さらに、自動車等の車両の運行時に当該車両から発せられる様々な音の快適性が事前に予測できるので、車両等から発せられる音による騒音公害被害や、運転者や同乗者が搭乗時に感じる疲労感などの軽減に貢献することも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一機能を有するものは同一の符号とし、その繰り返しの説明は省略する。
【００２９】
図１は、本発明の実施形態におけるシステムのブロック図であり、音響センサ１、聴覚フィルタバンク４と聴神経興奮パターン算出部５から成る音響信号分析部２、車両音評価部３から成る。
【００３０】
音響センサ１はマイクロフォンなどで構成される。当該車両の車室内もしくは車両から発せられる音が収音可能な車室内外の任意の場所に設置され、エンジン音や消音装置（マフラー）が発する音、車室内の空調機の音、ドアの開閉時に発生する音、車室内のシートの衣擦れ音、摩擦音等などを集音する。
【００３１】
音響信号分析部２は、音響センサ１で集音された音響信号を健聴者の聴覚フィルタバンク４に通した後、前記音響信号の聴神経興奮パターン（エキサイテーションパターン）を聴神経興奮パターン算出部５によって算出する。
【００３２】
ここで、聴覚フィルタとは、人間の聴覚末梢器官で最も重要な役割を担う内耳の中の“蝸牛”の機能を電気的なフィルタでモデル化する手法である。
【００３３】
人間の蝸牛は、耳に入って来た音響信号に含まれる周波数成分を分析して聴神経に伝える機能を有する。この機能を、複数の帯域フィルタで構成された聴覚フィルタバンクで模擬することによって、人間の聴覚末梢器官と同等の周波数分析機能を実現できることが知られている。
【００３４】
図２は、聴覚フィルタバンク４の模式図であり、横軸が周波数、縦軸が音の強さである。ここでは、一例としてある特定の周波数の純音が入力された場合を図示している。
【００３５】
この聴覚フィルタバンク４を構成する一つ一つの聴覚フィルタの形状（周波数特性）は人間の蝸牛に固有のものである。人間の蝸牛の周波数分析機能を模擬するために最も適したフィルタモデル関数としては、roexフィルタ、ガンマトーンフィルタ、ガンマチャープフィルタなどが知られている。
【００３６】
さらに、聴覚フィルタのバンド幅は入力音の周波数毎に変化することが知られており、健聴者であれば式（１）に示す周波数の関数によって近似できることが非特許文献１によって明らかにされている。
【００３７】
ＥＲＢ（ｆC）＝24.673(4.368ｆC/ 1000+1)  ・・・（１）
【００３８】
式（１）において、fc  は聴覚フィルタの中心周波数であり、ERBはそのバンド幅（Equivalent Rectangular Bandwidth）である。
【非特許文献１】B. R. Glasberg, B. C. J. Moore, "Derivation of    auditory filter shapes from notched-noise data," Hear. Res. 47,     103-138(1990)
【００３９】
聴神経興奮パターン（エキサイテーションパターン）は、入力音が蝸牛で周波数分析された後に、その結果として聴神経に出力される神経興奮量の周波数分布であり、これは聴覚フィルタバンク４を用いて、周波数の関数として近似的に算出できる。
【００４０】
図３に、聴覚フィルタバンク４に、ある特定の周波数の純音が入力された場合の聴神経興奮パターン算出の模式図を示す。入力された純音に対して、聴覚フィルタＡ の通過量はａ であるため、出力値ａ が得られる。同様に聴覚フィルタＢ、Ｃ、Ｄ，Ｅ 及びＦ からは出力値ｂ, c , d, e 及びf がそれぞれ得られるので、これらの出力値をプロットすれば聴神経興奮パターンとなる。過去の研究報告で、この聴神経興奮パターンが人間の蝸牛及び聴神経の生理学データと一致することが確認されている。
【００４１】
図４右図に、実際の自動車のエンジン音を本発明の音響信号分析部２で分析した聴神経興奮パターン（エキサイテーションパターン）の結果を示す。一般的な従来式の分析結果として、左図にFFT分析、中央図にLPC分析の結果を併記する。全て、横軸は周波数、縦軸は相対的な強度[dB]である。
【００４２】
なお、ここでは聴覚フィルタのモデル関数にroex(p,r)フィルタを用いている。roex(p, r)関数は、ｆCを聴覚フィルタの中心周波数、Δｆを中心周波数からの差分、pをフィルタのバンド幅、rをフィルタのダイナミックレンジとすると、式（２）で表わされる関数であり、聴覚フィルタの代表的なモデル関数の一つである。
【００４３】
W(Δｆ / ｆC) ＝ （１−ｒ）（１＋ｐΔｆ / ｆC）ｅpΔf / fC＋ｒ・・・（２）
【００４４】
図４左図のＦＦＴ分析による結果では、低周波数域に特定のピークが認められるが、これはほとんど全てのエンジン音で認められるピークであり、本結果から、当該エンジン音の音質を評価することは困難である。
【００４５】
図４中央図のLPC分析による結果では、当該エンジン音の周波数スペクトルエンベロープ（包絡線）が表示されている。ここでは、当該エンジン音において、FFT分析でも認められた低周波数域の特定のピーク以外の周波数成分上の特徴は認められない。
【００４６】
図4右図の結果は、内耳の中の“蝸牛”の機能を電気的なフィルタでモデル化して分析された結果であるので、物理的な分析手法であるFFT分析やLPC分析よりも、人間が聞いた感覚に近く、その特性に鋭いピークが認められたり、高周波数成分が強ければ、人間に不快感を与える可能性が高い。
【００４７】
本発明による図４右図のエキサイテーションパターンでは、点線で囲んだあたりの周波数領域に特徴的あ成分が認められる。500Hz-1kHzには2つのピークが見られ、これらの音を聞いた人に不快感を与える可能性がある。また、2kHz-5kHzあたりの成分が強く、やや甲高い不快な音成分が含まれていることが分かる。
【００４８】
車両音評価部３では、エキサイテーションパターン分析結果から、図4左図の500Hz-1kHzに見られるようなピークを検出したり、高周波数領域の成分の強さを検出し、ピークの鋭さや高周波数領域の強度から、不快音か否かを判定する。
【００４９】
実際の運用においては、様々なエンジン音に関して事前に聴覚心理実験を行って、被験者の主観評価や内観報告を得ておき、特に快適感もしくは不快感を与える可能性のあるエキサイテーションパターン特性のデータベースを作成し、車両音評価部３に記録しておくと良い。
【００５０】
その上で、音響センサ１で収音された当該車両のエンジン音を音響信号分析部２で分析し、車両音評価部３で、集音された音響信号の特性とデータベースに記録された特性との差分もしくはユークリッド距離等を求めて快適性の判定をするか、もしくはパターンマッチングなどの手法を用いて快適音（不快音）との差異を判定する。
【００５１】
図５に、開発中のエンジンの音を本発明による車両音評価装置で分析している様子を例示する。音響センサ１はマイクロフォンであり、音響信号分析部２および車両音評価部３はタブレット端末内にプログラムソフトウェアとして内蔵されている。このような構成にすれば、開発現場等で頻繁に短時間でエンジン音の快適性評価が可能である。
【００５２】
本実施例では、分析する音を、自動車のエンジン音としているが、エンジンそのものの音を分析よりは、消音装置（マフラー）を介した音を分析する方が、よりユーザーが感じる快適性を判断しやすい。よって、本車両音評価装置は、消音装置の性能試験にも有用である。
【００５３】
図6には、車室内もしくは車外に音響センサ１を配置した様子である。この様な状態で、専用分析装置、タブレット端末、PCなどの形態で音響信号分析部２および車両音評価部３を構成すれば、車室内外の音の分析も可能である。
【００５４】
図6のような形態であれば、車両から発せられる音として、自動車車室内の空調機音、自動車のドアの開閉音、自動車車室内のシートの衣擦れ音もしくは摩擦音なども、同様に評価することが可能となる。
【００５５】
また、車室内外に音響センサ１を、車室内の任意の位置に音響信号分析部２および車両音評価部３を設置し、車両音評価部３の結果を運転者もしくは同乗者に明示できる構成にすれば、自動車等の車両のメーカーのみならず、自動車のユーザーにも、当該車両が発する音の評価結果を知らせることが出来る。
【００５６】
例えば、カーナビゲーション装置に音響信号分析部２および車両音評価部３を組み込む構成とし、カーナビゲーション装置のモニターに車両音評価部３の評価結果を明示し、必要に応じて音声などで運転者もしくは同乗者に評価結果を知らせれば、ユーザーが自ら当該車両が発する音の快適性や不快感を知ることができる。
【００５７】
当該ユーザーは、前記快適性や不快感を自動車購入時の試乗の際の購入是非の判断材料とすることができる。また、走行中などの車室内の快適性から、自動車が発する音によるストレスや疲労感を、ユーザーが客観的に判断できる装置として構成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】システムのブロック図
【図２】聴覚フィルタバンクの模式図
【図３】聴神経興奮パターン（エキサイテーションパターン）算出の模式              図
【図４】実測定データの一例
【図５】エンジン音評価の様子一例
【図６】自動車車室内外に音響センサ１を配置した際の模式図
【符号の説明】
【００５９】
１…音響センサ、２…音響信号分析部、  ３…車両音評価部、４…聴覚フィルタバンク、５…聴神経興奮パターン算出部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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