(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
音響空間の音響特性を算出する音響装置であって、
発音間隔を空けて、前記音響空間の音響特性を算出するための測定用信号を複数周期発音する発音手段と、
前記発音手段により発音された信号を収音して収音信号を取得する収音手段と、
前記収音信号を周期毎に切り出していき、切り出された各周期信号の加算平均および前記測定用信号から前記音響空間の音響特性を算出する算出手段と、
前記発音手段の発音に先立って、前記収音手段により前記音響空間の背景雑音信号を測定し、前記背景雑音信号の周波数特性のピーク周波数成分を検出する検出手段と、
前記検出手段で検出されたピーク周波数成分が前記加算平均の時に相殺されるように、前記発音手段で発音する測定用信号の周期数および発音間隔を制御する制御手段と
を備えることを特徴とする音響装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記検出手段で検出されたピーク周波数成分について、処理対象がｆ１からｆｎのｎ個の場合に、前記測定用信号の周期数を２nとする場合に、
第１周期と第（２(k-1)＋１）周期（ｋ＝１〜ｎ）の間の各発音間隔ｔｋ（ｋ＝１〜ｎ）が、ｔｋ＝（１／ｆｋ）／２×（奇数）、かつ隣接する周期間の発音間隔が指定された最低発音間隔ｔ０以上となるように、また、第（２(n-1)＋１）周期から第２n周期までの各発音間隔は、第１周期から第２(n-1)周期までの各発音間隔と同じとなるように、
前記測定用信号の周期数および発音間隔を決定する
ことを特徴とする請求項１に記載の音響装置。
【請求項３】
前記制御手段は、ピーク周波数成分の加算平均後の最大振幅を評価指標に用いて、複数のピーク周波数成分をまとめて相殺できるような前記発音間隔ｔｋを決定し、これら複数個のピークをまとめて１個の前記処理対象として処理する
ことを特徴とする請求項２に記載の音響装置。
【請求項４】
音響空間の音響特性を算出する音響装置の制御方法であって、
発音手段が、発音間隔を空けて、前記音響空間の音響特性を算出するための測定用信号を複数周期発音する発音工程と、
収音手段が、前記発音工程により発音された信号を収音して収音信号を取得する収音工程と、
算出手段が、前記収音信号を周期毎に切り出していき、切り出された各周期信号の加算平均および前記測定用信号から前記音響空間の音響特性を算出する算出工程と、
検出手段が、前記発音工程の発音に先立って、前記収音工程により前記音響空間の背景雑音信号を測定し、前記背景雑音信号の周波数特性のピーク周波数成分を検出する検出工程と、
制御手段が、前記検出工程で検出されたピーク周波数成分が前記加算平均の時に相殺されるように、前記発音工程で発音する測定用信号の周期数および発音間隔を制御する制御工程と
を備えることを特徴とする音響装置の制御方法。
【請求項５】
コンピュータを、音響空間の音響特性を算出する音響装置として機能させるためのプログラムであって、
前記コンピュータを、
発音間隔を空けて、前記音響空間の音響特性を算出するための測定用信号を複数周期発音する発音手段と、
前記発音手段により発音された信号を収音して収音信号を取得する収音手段と、
前記収音信号を周期毎に切り出していき、切り出された各周期信号の加算平均および前記測定用信号から前記音響空間の音響特性を算出する算出手段と、
前記発音手段の発音に先立って、前記収音手段により前記音響空間の背景雑音信号を測定し、前記背景雑音信号の周波数特性のピーク周波数成分を検出する検出手段と、
前記検出手段で検出されたピーク周波数成分が前記加算平均の時に相殺されるように、前記発音手段で発音する測定用信号の周期数および発音間隔を制御する制御手段と
して機能させることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音響空間において音響特性を測定する音響装置およびその制御方法、プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
室内、ホールといった音響空間における発音源／受音点間のインパルス応答は、空間の音響特性について重要な情報を含んでいる。例えば、著名なホールで測定されたインパルス応答を音響装置の記憶部に保持しておき、再生する楽曲信号に畳み込むフィルタリング処理を行うことで、ユーザはあたかもそのホールで音楽を聴いているかのような音響効果を得ることができる。また、ユーザが音楽を聴く室内でリスニングポイントにマイクを置き、各スピーカから測定用の信号を発して、各スピーカ／リスニングポイント間の室内インパルス応答を測定する場合もある。
【０００３】
そして、このインパルス応答は、直接音と部屋の反射音の干渉によって生じるインパルス応答の振幅周波数特性（「ｆ特性」）上の凸凹、特に、聴感上影響の大きい低域定在波によるピークやディップをフラット化する、音場補正フィルタの生成に用いられる。さらに、各スピーカ／リスニングポイント間のインパルス応答について、立ち上がり開始時間を一致させる遅延補正を行うことで、明確な音像を得ることができる。
【０００４】
このように、音響装置における各種音響処理を行う上で、インパルス応答は大変有用である。よって、インパルス応答を精度よく測定する技術、別の言い方をすれば、インパルス応答の測定においてノイズの影響を抑える技術は重要である。
【０００５】
室内でインパルス応答の測定を行う場合、室内には常に背景雑音が存在するため、マイクで収音される信号のＳ／Ｎ比は劣化する。このため、特許文献１では、背景雑音の大きさを測定して測定用信号の大きさを決定し、背景雑音に対するＳ／Ｎ比を確保する方法が取られている。
【０００６】
また、ひとつのインパルス応答を得るために、測定用信号を複数周期発音し、収音信号中の各周期信号を加算平均することにより、背景雑音を低減してＳ／Ｎ比を稼ぐということもよく行われている。一般に、測定用信号の発音間隔は一定であり、同期加算によって背景雑音のランダムノイズ成分を低減させることを狙っている。特許文献２では、測定用信号の発音間隔を一定時間ずつ変化させることで、各周期の加算平均によりランダムノイズを低減すると同時に、ランダムノイズ以外の成分に関して全く低減されないような周波数が生じないようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３３０５００号公報
【特許文献２】特開２００７−２３２４９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
室内等の音響装置が置かれる実際の空間においては、空調、照明、パソコン、各種電気製品・機器といった様々なノイズ源が存在する。これらのノイズ源によるノイズは、電気エネルギーが機械運動に変換された駆動部分（パソコンではハードディスクやファン等）で生じたりするため、基本的に、ｆ特性上で狭帯域のピーク周波数成分を有する。よって、背景雑音にはランダムノイズ成分に加えて、これらのピーク周波数成分が含まれることになる。
【０００９】
近年の音響装置では、スピーカのマルチチャンネル化や補正対象とするリスニングエリアの拡大によって、音場補正フィルタの設計に必要な室内インパルス応答の測定回数がますます増えてきている。このため、それぞれの測定場所や測定タイミングに応じて、背景雑音の様々なピーク周波数成分がマイクの収音信号に混入する可能性も増大している。このとき、狭帯域ノイズであるピーク周波数成分はエネルギーとしては弱く、慣れも含めて騒音としてはユーザに知覚されにくいため、事前にノイズ源を絶つといった対策は行われにくい。
【００１０】
また、収音信号中のピーク周波数成分は、上記ノイズ源による音としてのピーク周波数成分が収音される場合だけでなく、ピーク周波数成分を有する電気的ノイズが音響装置の構成要素に直接混入することでも現れる。特に、リスニングエリアの拡大によってマイクケーブルも長い距離を引き回す必要が生じているため、そこで拾われる電気的ノイズは収音信号にダイレクトに現れる。
【００１１】
このように、音響装置が取得する実際の収音信号中に、背景雑音としてのピーク周波数成分が混入する可能性は現実的にかなり高いと言える。
【００１２】
ピーク周波数成分を含む収音信号を用いて室内インパルス応答を算出すると、ピーク周波数近傍でＳ／Ｎ比が確保できないため、図３（ａ）に示すように得られるインパルス応答のｆ特性上に鋭いピークが出現する。このピークは、楽曲信号を再生するスピーカと部屋の相互作用によるものではないため、本来は音場補正フィルタによって補正すべきものではない。しかし、音響装置で音場補正フィルタを自動生成する場合、ｆ特性上で背景雑音のピーク周波数成分として区別はできない。このため、音場補正フィルタの構成要素の一つとして、例えば、図３（ｂ）の点線で示されるような極端な特性のノッチフィルタを生成してしまう。
【００１３】
このような特性は、音場補正フィルタ全体の設計にも悪影響を与える可能性があり、図３（ｃ）に示されるスピーカと部屋の相互作用による本来の特性に適用すると、楽曲の音抜けなど音質の劣化につながる。すなわち、ピーク周波数成分そのものはユーザに知覚されにくいが、測定される室内インパルス応答のｆ特性には大きなピークとして現れるため、これを補正する誤った音場補正フィルタにより音質劣化としてユーザに知覚されてしまうのである。
【００１４】
以上のように、室内インパルス応答の測定およびその結果に基づいて行われる補正処理に大きな影響を及ぼすため、背景雑音のピーク周波数成分に対する対策は重要となる。
【００１５】
しかしながら、背景雑音の大きさに応じて測定用信号を大きくする特許文献１の方法は、全周波数帯に対して一様にＳ／Ｎ比を増加させることになるため、背景雑音のピーク周波数に対しては十分なＳ／Ｎ比が確保できない。また、無理に信号を大きくすればクリッピングや歪を生じる可能性がある。
【００１６】
測定用信号の発音間隔を変化させる特許文献２の方法は、発音間隔が一定である通常の加算平均と異なり、ランダムノイズではない任意のピーク周波数成分が全く低減されないということはなくなる。しかし、背景雑音の測定は行わず特定のピーク周波数に特化した処理とはなっていないため、背景雑音の大きなピーク周波数成分は加算平均後も残ることになる。
【００１７】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、室内インパルス応答の測定において、背景雑音のピーク周波数に応じて測定用信号の発音間隔を制御し、精度の高いインパルス応答を取得可能な音響装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記の目的を達成するための本発明による音響装置は以下の構成を備える。即ち、
音響空間の音響特性を算出する音響装置であって、
発音間隔を空けて、前記音響空間の音響特性を算出するための測定用信号を複数周期発音する発音手段と、
前記発音手段により発音された信号を収音して収音信号を取得する収音手段と、
前記収音信号を周期毎に切り出していき、切り出された各周期信号の加算平均および前記測定用信号から音響空間の音響特性を算出する算出手段と、
前記発音手段の発音に先立って、前記収音手段により前記音響空間の背景雑音信号を測定し、前記背景雑音信号の周波数特性のピーク周波数成分を検出する検出手段と、
前記検出手段で検出されたピーク周波数成分が前記加算平均時に相殺されるように、前記発音手段で発音する測定用信号の周期数および発音間隔を制御する制御手段と
を備える。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、本発明によれば、室内インパルス応答の測定において、背景雑音のピーク周波数に応じて測定用信号の発音間隔を制御することで、加算平均時にピーク周波数成分が相殺され、精度の高いインパルス応答を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態１の音響装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態１の背景雑音ピーク周波数成分の対策処理のフローチャートである。
【図３】背景雑音ピーク周波数成分が室内インパルス応答のｆ特性に及ぼす影響を説明するための図である。
【図４】本発明の基本原理を説明するための図である。
【図５】本発明の実施形態１の測定用信号の発音間隔決定法を説明するための図である。
【図６】本発明の実施形態２のピーク周波数と発音間隔の関係を説明するための図である。
【図７】本発明の実施形態２の測定用信号の発音間隔決定法を説明するための図である。
【図８】本発明の実施形態１と実施形態２のノイズ低減性能を比較した例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、添付の図面を参照して、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。尚、以下の実施形態において示す構成は一例に過ぎず、本発明は図示された構成に限定されるものではない。
【００２２】
＜実施形態１＞
図１は本発明の実施形態１の音響装置の構成を示すブロック図である。
【００２３】
図１に示す音響装置は、主たるコントローラ１００の中に、全体の統御を行うシステム制御器１０１、各種データを記憶する記憶部１０２、信号の解析処理を行う信号解析処理部１０３を備える。再生系の機能を実現する要素としては、再生信号入力部１１１、信号生成部１１２、フィルタ適用部１１３Ｌおよび１１３Ｒ、出力部１１４、発音源となるスピーカ１１５Ｌおよび１１５Ｒを備える。また、収音系の機能を実現する要素としては、マイク１２１、収音信号入力部１２２を備える。
【００２４】
さらに、ユーザによるコマンド入力を受け付けるための要素として、リモコン１３１、受信部１３２を備える。ユーザに情報を提示するための要素として、表示生成部１４１、表示部１４２を備える。煩雑になるため図示されてはいないが、信号解析処理部１０３、信号生成部１１２、フィルタ適用部１１３Ｌおよび１１３Ｒ、表示生成部１４１の各部は、記憶部１０２と相互に結ばれているものとする。
【００２５】
尚、図１の音響装置の各種構成要素は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の汎用コンピュータの各種構成要素の全体／一部の機能を用いて実現されても良いし、ハードウェア、ソフトウェアあるいはそれらの組み合わせを用いて実現されても良い。
【００２６】
再生信号入力部１１１は、ＣＤプレーヤ等の音源再生装置から再生信号を受信し、再生信号がアナログ信号である場合には、のちのデジタル信号処理のためにＡＤ変換を施す。フィルタ適用部１１３Ｌおよび１１３Ｒに送信される信号としては、再生信号入力部１１１からの再生信号または信号生成部１１２で生成された信号の何れかが選択される。フィルタ適用部１１３Ｌおよび１１３Ｒでフィルタ処理が施された信号は、出力部１１４に送信され、ここでＤＡ変換および増幅を行ったのち、スピーカ１１５Ｌおよび１１５Ｒから発音される。ここで、スピーカ１１５Ｌおよび１１５Ｒからは、システム制御器１０１の制御によって、発音間隔を空けて、前記音響空間の音響特性を算出するための測定用信号を複数周期発音することができる。
【００２７】
尚、アクティブスピーカの場合には、出力部１１４とスピーカ１１５Ｌおよび出力部１１４とスピーカ１１５Ｒは、それぞれひとつの要素としてまとめられる。収音信号入力部１２２では、マイク１２１からの収音信号を受信し、増幅および後のデジタル信号処理のためにＡＤ変換を施す。このとき、マイク１２１とリモコン１３１は、ひとつの入力装置として一体化されていてもよい。また、表示部１４２は必ずしも表示パネル等の形でコントローラ１００に内蔵されている必要はなく、ディスプレイ等の外部表示装置が接続された形であってもよい。
【００２８】
以下では、音響装置の一機能として、音響空間における音場補正（音場調整）を行う場合を想定し、音響特性である室内インパルス応答の測定における背景雑音ピーク周波数成分の対策処理として、本発明の一例を説明する。
【００２９】
はじめに、ユーザはリモコン１３１より「音場補正開始」のコマンドをコントローラ１００に向けて送信する。コマンドは受信部１３２で受信され、システム制御器１０１において解釈される。そして、音場補正シーケンスの現在の状態に対応する情報が表示生成部１４１で生成され、表示部１４２に表示されることでユーザに提示される。この場合、まず、ユーザが音楽を聴くリスニングポイントにマイク１２１をセッティングし、準備ができたらリモコン１３１の「ＯＫ」ボタンを押下する、という必要作業内容が教示される。
【００３０】
一般に、測定を行うマイクの高さはユーザが座って音楽を聴くときの耳の高さ（約１ｍ）が望ましい。尚、これらの作業内容を必ずしも全て表示部１４２に表示する必要はなく、現在の状態がわかる最低限の情報だけをわかり易く表示し、詳細な説明は紙のマニュアル等に委ねてもよい。また、ユーザへの情報提示や教示は必ずしも表示生成部１４１、表示部１４２を用いて視覚的に行う必要はなく、同様の内容の音声を信号生成部１１２で生成し、音声ガイドとしてスピーカ１１５Ｌおよび１１５Ｒから発声してもよい。
【００３１】
ユーザがマイク１２１をリスニングポイントにセッティングしてリモコン１３１の「ＯＫ」ボタンを押すと、スピーカ１１５Ｌとリスニングポイント間のインパルス応答の測定を意味する「測定点１／Ｌの測定を行います」という表示が表示部１４２になされる。以下、図２のフローチャートに沿って、背景雑音ピーク周波数成分の対策処理が行われる。
【００３２】
はじめに、ステップＳ２０１で、システム制御器１０１は、スピーカ１１５Ｌからの発音に先立って、マイク１２１を介して、背景雑音の測定を行う。すなわち、システム制御器１０１の指示によって、マイク１２１で拾っている音を背景雑音信号として記憶部１０２に記憶する。ここで、最低限必要な背景雑音信号の長さは所望の周波数分解能により、例えば、周波数分解能を０．５Ｈｚとする場合、最低２ｓの背景雑音信号が必要とされる。
【００３３】
ステップＳ２０２以降の処理は、信号解析処理部１０３と記憶部１０２が連携して行う。
【００３４】
ステップＳ２０２で、信号解析処理部１０３は、ステップＳ２０１で取得した背景雑音信号からピーク周波数成分を検出する。背景雑音信号のピーク周波数成分の検出は、一般的な技術であるため詳述はしないが、例えば、次のような処理で検出することができる。まず、所望の周波数分解能に応じたサイズで高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を行い、背景雑音のｆ特性を得る。次に、広いオクターブ幅（例えば、２オクターブ幅）で、ｆ特性のオクターブスムージングを行い、背景雑音ｆ特性のなだらかな概形を得る。そして、この概形より所定値（例えば、１５ｄＢ）以上を越える背景雑音ｆ特性の周波数を、背景雑音信号のピーク周波数とすればよい。
【００３５】
ここで、一般に音場補正の対象とする周波数範囲は、スピーカの低域再生能力やマイクの周波数特性を鑑みて２０〜２０ｋＨｚ程度である。室内インパルス応答のｆ特性が、この帯域外で背景雑音信号のピーク周波数成分による影響を受けたとしても、音場補正の対象周波数範囲でなければ問題はない。よって、先に検出したピーク周波数から２０〜２０ｋＨｚの範囲外のものは除いてよい。
【００３６】
ステップＳ２０３で、信号解析処理部１０３は、ステップＳ２０２で検出された背景雑音信号のピーク周波数に基づいて、次のステップＳ２０４で発音する測定用信号の周期数および発音間隔を決定する。ここで詳述する考え方が本発明の主たるポイントである。
【００３７】
はじめに図４を用いて基本原理を説明する。実際の部屋で背景雑音を測定すると、例えば、図４（ａ）に示すような背景雑音信号が測定される。この背景雑音信号には、近くにあったパソコンのハードディスク（７２００ｒｐｍ、すなわち、毎秒１２０回転）が放つ１２０Ｈｚの周波数成分が含まれている。ここで、背景雑音信号を適当な間隔を空けて同じ長さで２回切り出し、加算平均を行って得られるｆ特性を図４（ｂ）の点線で示す。ここでは、見易さのために、１／１２オクターブ幅のオクターブスムージングを行っているが、１２０Ｈｚに鋭いピークが立っていることが確認できる。これは、図４（ａ）の点線Ａで示すように、適当な間隔で切り出された２つの信号部分において１２０Ｈｚ成分がほぼ同相となっており、加算平均を行ってもほとんど減衰されなかったためである。
【００３８】
そこで、同図の実線Ｂで示すように、２つの信号部分において１２０Ｈｚ成分が逆相となるような間隔で背景雑音信号を切り出す。すると、加算平均時に１２０Ｈｚ成分が相殺されるため、そのｆ特性を見ると、図４（ｂ）の実線で示すように１２０Ｈｚの鋭いピークが解消される。すなわち、図４（ａ）の実線Ｂで示すような発音間隔を空けて２周期の測定用信号を発音すれば、加算平均において背景雑音信号のピーク周波数成分が相殺されることになる。
【００３９】
以下、この基本原理をもとに、図５のようにピーク周波数が複数の場合に一般化していく。尚、説明において周波数の単位は［Ｈｚ］、発音間隔の単位は［ｓ］とし、参照する図面は図５（ａ）および図５（ｂ）とする。
【００４０】
まず、図５（ａ）で模式的に示される背景雑音信号のピーク周波数について、処理対象がｆ１のみの１個の場合を考える。この場合、基本原理と同じく発音する測定用信号を２周期とし、第１周期と第２周期の間の発音間隔ｔ１を次の条件を満たす最も小さな値とすればよい。
【００４１】
ｔ１≧ｔ０  かつ  ｔ１＝（１／ｆ１）／２×（奇数）                （１）
ここで、ｔ０は部屋の残響を収めるために最低限必要な発音間隔である。このように、発音間隔をｆ１成分の半周期の奇数倍とすることで、加算平均時に背景雑音信号のピーク周波数成分であるｆ１成分が相殺される。
【００４２】
続いて、背景雑音信号のピーク周波数について、処理対象がｆ１とｆ２の２個である場合を考える。この場合、発音する測定用信号は２2＝４周期とする。まず、第１周期と第２周期の間の発音間隔をｔ１とするところは先ほどと同じである。
【００４３】
次に、今度は第１周期と第３周期の間の発音間隔ｔ２を、次の条件を満たす最も小さな値とする。
【００４４】
ｔ２≧（ｔ１＋ｔ０）  かつ  ｔ２＝（１／ｆ２）／２×（奇数）      （２）
このように、間隔ｔ２をｆ２成分の半周期の奇数倍とすることで、ｔ２の間隔が空いた２つの信号の加算平均において、背景雑音信号のピーク周波数成分であるｆ２成分が相殺される。ｔ１とｔ２が定まると、図５（ｂ）からも明らかなように、第２周期と第３周期の間の発音間隔が自動的に（ｔ２−ｔ１）と決まる。また、第３周期と第４周期の間の発音間隔は、第１周期と第２周期の間の発音間隔と同じｔ１とする。すると、全４周期のうち、図５（ｂ）において点線の四角で囲まれた前２周期と後２周期が相似的な形で表される。
【００４５】
ここで、第１周期から第４周期の加算平均を考えると、模式的に次のように書くことができる。
【００４６】
１＋２＋３＋４                                              （３）
＝（１＋２）＋（３＋４）  …  （  ）は間隔ｔ１の組み合わせ
＝（１＋３）＋（２＋４）  …  （  ）は間隔ｔ２の組み合わせ
すなわち、第１周期と第２周期の間の間隔はｔ１であるため、加算平均時に背景雑音のｆ１成分が相殺され、同様に第３周期と第４周期の間の間隔もｔ１であるためｆ１成分が相殺される。同時に、第１周期と第３周期の間の間隔はｔ２であるため、加算平均時に背景雑音のｆ２成分が相殺され、第２周期と第４周期の間の間隔もｔ２であるためｆ２成分が相殺される。このように、発音間隔が制御された第１周期から第４周期の加算平均を行うことで、背景雑音信号のピーク周波数成分であるｆ１成分とｆ２成分がきれいに相殺される。
【００４７】
同様に、背景雑音信号のピーク周波数について、処理対象がｆ１、ｆ２、ｆ３の３個である場合を考える。この場合、発音する測定用信号は２3＝８周期とする。まず、第３周期と第４周期の間の発音間隔をｔ１とするところまでは先ほどと同じである。
【００４８】
次に、今度は第１周期と第５周期の間の発音間隔ｔ３を、次の条件を満たす最も小さな値とする。
【００４９】
ｔ３≧（ｔ２＋ｔ１＋ｔ０）  かつ  ｔ３＝（１／ｆ３）／２×（奇数）  （４）
このように、間隔ｔ３をｆ３成分の半周期の奇数倍とすることで、ｔ３の間隔が空いた２つの信号の加算平均において、背景雑音信号のピーク周波数成分であるｆ３成分が相殺される。
【００５０】
ｔ１、ｔ２、ｔ３が定まると、第４周期と第５周期の間の発音間隔が自動的に（ｔ３−ｔ２−ｔ１）と決まる。また、第５周期から第８周期までの各発音間隔は、全８周期のうち、図５（ｂ）において実線の四角で囲まれた前４周期と後４周期が相似形となるように定める。すなわち、第５周期と第６周期の間の発音間隔はｔ１、第６周期と第７周期の間の発音間隔は（ｔ２−ｔ１）、第７周期と第８周期の間の発音間隔はｔ１とする。
【００５１】
ここで、第１周期から第８周期の加算平均を考えると、模式的に次のように書くことができる。
【００５２】
１＋２＋３＋４＋５＋６＋７＋８                                  （５）
＝（１＋２）＋（３＋４）＋（５＋６）＋（７＋８）  …  間隔ｔ１の組み合わせ
＝（１＋３）＋（２＋４）＋（５＋７）＋（６＋８）  …  間隔ｔ２の組み合わせ
＝（１＋５）＋（２＋６）＋（３＋７）＋（４＋８）  …  間隔ｔ３の組み合わせ
すなわち、間隔ｔ１の組み合わせで加算平均時に背景雑音のｆ１成分が相殺され、同時に間隔ｔ２の組み合わせでｆ２成分が、間隔ｔ３の組み合わせでｆ３成分が相殺される。このように、発音間隔が制御された第１周期から第８周期の加算平均を行うことで、背景雑音信号のピーク周波数成分であるｆ１、ｆ２、ｆ３成分が全て相殺される。
【００５３】
以上の考え方を一般化した形で記述すると、下記のようになり、ステップＳ２０３で、このルールに基づいて測定用信号の周期数および発音間隔が決定される。
【００５４】
すなわち、背景雑音信号のピーク周波数成分について処理対象がｆ１からｆｎのｎ個の場合、測定用信号の周期数を２nとする。そして、第１周期と第（２(k-1)＋１）周期（ｋ＝１〜ｎ）の間の各発音間隔ｔｋを、ｔｋ＝（１／ｆｋ）／２×（奇数）、かつ隣接する周期間の発音間隔が最低限必要な最低発音間隔ｔ０以上となるように定める。また、第（２(n-1)＋１）周期から第２n周期までの各発音間隔は、第１周期から第２(n-1)周期までの各発音間隔と同じとなるように定める。
【００５５】
尚、図５の例では、ピーク周波数を高い方からｆ１、ｆ２、ｆ３としていたが、低い方からなど任意の順番でナンバリングしてもよい。このとき、間隔ｔ１、ｔ２、ｔ３はそれぞれ式（１）、式（２）、式（４）によってｆ１、ｆ２、ｆ３と関係付けられているため、上記ナンバリングの仕方によって各発音間隔および合計発音間隔（ｔ３＋ｔ２＋ｔ１）は変動する。よって、合計発音間隔が最小となるようなナンバリングを採用するようにしてもよい。
【００５６】
ところで、ピーク周波数の数によって必要とされる測定用信号の周期数は２のべき乗で増えて行くため、測定時間を鑑みて処理対象とするピーク周波数の数を制限することも考えられる。この場合、ステップＳ２０２で検出されたピーク周波数から、対策可能な上限数だけ優先的に選ぶことになる。例えば、ピーク周波数検出時に背景雑音信号のｆ特性概形より飛び出た量が大きかったピークから選んで行く。また、ピーク周波数成分の主要な発生原因を鑑みて、電源周波数の整数倍や一般的な機器駆動部分のスペック（例えばハードディスクの回転数）に対応する周波数を優先することも考えられる。さらに、再生信号の楽曲としての性質を考慮して、音階の周波数を優先したりしてもよい。
【００５７】
ステップＳ２０４で、ステップＳ２０３で決定した測定用信号の周期数と発音間隔に基づき、システム制御器１０１が中心に働いて測定用信号の発音および収音を行う。コントローラ１００内で演算処理を行う各部分は、信号を離散化されたデジタル信号として扱う。このため、上記の原理説明では発音間隔の単位を［ｓ］としていたが、これにサンプリング周波数を乗じて丸めを行った［サンプル］が実際のデジタル信号処理における処理単位となる。
【００５８】
まず、信号生成部１１２にて測定用信号の生成を行う。部屋の特性、すなわち、室内インパルス応答を測定するための信号としては、一般にＭＬＳ（Maximum Length Sequence）やＴＳＰ（Time-Stretched Pulse）が用いられる。これらの測定用信号は単純な数式で生成できるが、必ずしも信号生成部１１２がその場で生成する必要はなく、あらかじめ記憶部１０２に格納しておいて読み出すだけでもよい。
【００５９】
そして、システム制御器１０１は、再生信号入力部１１１と信号生成部１１２のうち後者を選択し、スピーカ１１５Ｌおよび１１５Ｒのうち現在の対象であるスピーカ１１５Ｌのみから測定用信号の第１周期が発音される。測定用信号に対してはフィルタ適用部１１３Ｌで特に処理を行う必要はなく、そのままスルーさせればよい。但し、一般に背景雑音のランダムノイズ成分のｆ特性が右下がりであることを鑑みて、フィルタ適用部１１３Ｌで、例えば、ピンクノイズ特性を測定用信号に付加してもよい。
【００６０】
測定用信号の発音開始とともに、マイク１２１で拾っている音が収音信号として記憶部１０２に格納される。すなわち、音波として発音された測定用信号は、反射や定在波といった部屋の影響が畳み込まれた状態でマイク１２１に収音され記録される。
【００６１】
次に、第１周期の発音開始からｔ１に対応するサンプル数の発音間隔を空けて、第２周期の発音が開始される。続いて、第２周期の発音開始から（ｔ２−ｔ１）に対応するサンプル数の発音間隔を空けて、第３周期の発音が開始される。以下、同様に、ステップＳ２０３で決定した測定用信号の周期数と発音間隔に基づいて測定用信号の発音が行われ、最後に収音信号の取得を終了する。このとき取得される収音信号の長さは、図５の例で言えば、合計発音間隔（ｔ３＋ｔ２＋ｔ１）に最終周期および残響分を加えた（ｔ３＋ｔ２＋ｔ１＋ｔ０）である。
【００６２】
ところで、部屋の残響を収めるために最低限必要な発音間隔ｔ０（最低発音間隔ｔ０）は予め指定された値としているが、測定用信号の第１周期に対応する収音信号をモニタリングし、その場で決定してもよい。例えば、ステップＳ２０２で背景雑音信号の平均レベルを（信号値の二乗和）／（信号サンプル数）として取得しておく。そして、測定用信号の長さ分を経過したサンプルから収音信号のモニタリングを開始し、第１周期の残響部分を表す二乗信号値のエンベロープが、指数関数的に減少して背景雑音信号の平均レベルに埋もれるまでのサンプル数からｔ０を決定する。
【００６３】
このようにして決定したｔ０は、測定用信号の長さとその残響分に加えて、収音信号先頭と第１周期の間に表れるシステムの処理遅延およびスピーカ／マイク間の音波伝播遅延も含むため、少し余裕を持った値となる。第１周期の収音中にｔ０を決定した場合、その後に、このｔ０を用いて上記ステップＳ２０３の処理を行うことになる。そして、決定された測定用信号の周期数と発音間隔に基づいて、第２周期以降の発音を行っていく。但し、ステップＳ２０３の処理時間を考慮して、上記エンベロープの簡易な外挿予測によりｔ０を早めに決定してもよい。
【００６４】
ステップＳ２０５で、信号解析処理部１０３は、ステップＳ２０４で取得した収音信号について、測定用信号の第１周期に対応する信号部分が現れる開始サンプル位置を算出する。具体的には、収音信号の先頭から測定用信号の長さ程度のサンプルを用いて、測定用信号との相互相関を計算する。ＭＬＳやＴＳＰ等の測定用信号は、自己相関がτ＝０でインパルスとなる性質を持っているため、収音信号との相互相関をとることは室内インパルス応答を算出することに対応し、そのピークの位置が開始サンプル位置となる。ここで算出したインパルス応答は、収音信号の先頭を基点としているため正確な部屋特性である保証はないが、ピークは明確に立つので開始サンプル位置を決定するためだけに使われる。
【００６５】
尚、測定用信号にフィルタ適用部１１３Ｌでピンクノイズ特性等を付加していた場合は、その逆フィルタによって相互相関の計算前に特性を除去する。
【００６６】
ステップＳ２０６で、信号解析処理部１０３は、ステップＳ２０４の発音・収音で取得した２n周期の測定用信号に対応する収音信号について、各周期信号の加算平均処理を行って加算平均信号を取得する。すなわち、ステップＳ２０５で算出した開始サンプル位置を基点として、ステップＳ２０３で決定した各周期間の発音間隔に基づき、収音信号中の各周期信号（周期毎）の切出およびそれらの加算平均を実行する。このとき、各周期信号はｔ０に対応するサンプル長で切り出す。本ステップＳ２０６の加算平均処理によって、背景雑音信号のピーク周波数成分が相殺されることになる。
【００６７】
ステップＳ２０７で、信号解析処理部１０３は、測定用信号およびステップＳ２０６で取得した加算平均信号からインパルス応答を算出する。すなわち、測定用信号と加算平均信号の相互相関を計算するが、加算平均信号はステップＳ２０５で算出した開始サンプル位置を基点として得ているため、部屋特性を正確に表す室内インパルス応答が得られる。
【００６８】
尚、これまでの説明における測定用信号の１周期分は、通常の測定用信号を複数周期連結したものであってもよい。一般に相互相関の計算はＦＦＴを利用して周波数領域で行うが、複数周期連結された測定用信号を用いる場合、元となる連結前の測定用信号サイズの巡回畳み込みが利用できる。また、ＭＬＳを複数周期連結する場合は、ＦＦＴの代わりに高速アダマール変換（ＦＨＴ）が利用できる。
【００６９】
ここで算出されたインパルス応答は、測定点番号（１＝リスニングポイント）およびスピーカ１１５の発音パターン（ＬまたはＲ）と対応付けられて、記憶部１０２に保存される。
【００７０】
以上のようにして算出されたインパルス応答は、そのｆ特性に図３（ａ）のような背景雑音信号のピーク周波数成分が現れることはなく、図３（ｃ）のようにスピーカ１１５と部屋の相互作用による本来の特性が得られる。
【００７１】
尚、収音信号に現れるピーク周波数成分は、室内に存在する他の電気機器をノイズ源とする場合だけでなく、ピーク周波数成分を持つ電気的ノイズがコントローラ１００の回路内に直接入り込むことで生じる場合もある。すなわち、再生系の機能を実現する回路部分に入り込み、スピーカ１１５から発音されることで収音信号に現れ、また収音系の機能を実現する回路部分に入り込むことで直接的に収音信号に現れる。しかし、これまで説明した本発明の原理によれば、収音信号に現れるピーク周波数成分はその物理的な発生原因によらず相殺できるため、上記のような電気的ノイズに対しても本発明が有効であることは言うまでもない。
【００７２】
以上のように、図２のフローチャートに沿ってスピーカ１１５Ｌとリスニングポイント間のインパルス応答の測定が完了する。続いて、スピーカ１１５Ｒとリスニングポイント間のインパルス応答の測定を意味する、「測定点１／Ｒの測定を行います」という表示が表示部１４２になされる。そして、スピーカ１１５Ｒのみから発音信号が発音され、同様にインパルス応答の算出までが行われる。音場補正の仕様によっては、リスニングポイントでの測定の他に、例えば、リスニングポイントの近傍数点での測定が必要とされる。それぞれの測定場所や測定タイミングによって、背景雑音信号の卓越するピーク周波数成分も異なるため、それに応じてステップＳ２０３で決定される測定用信号の周期数および発音間隔も適応的に変化する。
【００７３】
必要な測定点についてインパルス応答の測定を終えると、信号解析処理部１０３は記憶部１０２に保存された各インパルス応答の特性、一般的には、各ｆ特性のデータを重み付き結合して、この特性を補正するような音場補正フィルタを生成する。音場補正フィルタのフィルタ係数は記憶部１０２に格納され、再生信号入力部１１１を選択して行われる以降の再生系の処理において、フィルタ適用部１１３Ｌおよび１１３Ｒで再生信号に対して適用される。
【００７４】
以上説明したように、実施形態１によれば、室内インパルス応答の測定において、背景雑音信号のピーク周波数成分に応じて測定用信号の発音間隔を制御することで、加算平均時にそのピーク周波数成分を相殺して、精度の高いインパルス応答を得ることができる。
【００７５】
＜実施形態２＞
上記実施形態１においては、ｎ個のピーク周波数ｆｋ（ｋ＝１〜ｎ）に対してｎ個の独立な発音間隔ｔｋ（ｋ＝１〜ｎ）を導入していたため、結果として２n周期の測定用信号が必要となっていた。
【００７６】
実施形態２では、以下に説明する考え方に基づいて、複数個のピーク周波数をまとめて１個の処理対象として処理できるような発音間隔を探索する。つまり、ｎ個のピーク周波数をそれより少ないｍ個の処理対象と見なし、導入する独立な発音間隔をｍ個とすることで、測定用信号の周期数を２mに抑えて測定時間を短縮する。
【００７７】
本発明の基本原理は、２つの信号を加算平均した際に、背景雑音信号の狙ったピーク周波数成分が理論上完全に相殺されるように、２つの信号の間隔を制御するというものであった。ここで、２つの信号を加算平均した後の背景雑音信号のピーク周波数成分について、評価指標として、理論上の最大振幅Ａを考える。これは、振幅が１で位相差を持った２つの正弦波の重ね合わせ（加算平均）より、ピーク周波数ｆおよび間隔ｔの関数として、次のように定義することができる。
【００７８】
Ａ（ｆ，ｔ）＝√（（１＋ｃｏｓ（２πｆｔ））／２）                  （６）
Ａ＝０が理論上の完全相殺であり、Ａ＝１が全く低減されない場合に対応する。
【００７９】
式（６）をもとに、間隔ｔ＝ｔ１とｔ＝ｔ２の場合について、周波数毎の上記最大振幅Ａを示したのが図６（ａ）に示される２つの櫛形のグラフである。実線が間隔ｔ１のＡ（ｆ，ｔ１）、点線が間隔ｔ２のＡ（ｆ，ｔ２）に対応し、間隔ｔによって加算平均時に相殺される周波数（櫛形のディップ周波数）が変化することがわかる。
【００８０】
背景雑音信号のピーク周波数がｆ１とｆ２の２個である場合、実施形態１の考え方では、ｆ１成分が完全相殺となるように間隔ｔ１を導入し［Ａ（ｆ１，ｔ１）＝０］、またｆ２成分が完全相殺となるように間隔ｔ２を導入している［Ａ（ｆ２，ｔ２）＝０］。ここで、図６（ａ）の○印からわかるように、間隔ｔ１ではｆ２成分は十分相殺されず［Ａ（ｆ２，ｔ１）≠０］、間隔ｔ２ではｆ１成分は相殺されない［Ａ（ｆ１，ｔ２）≠０］。このように、実施形態１では、１個のピーク周波数毎に独立な発音間隔を１個導入しているため、結果として２（ピーク数）周期の測定用信号が必要となっている。
【００８１】
しかし、ある間隔ｔに対する最大振幅Ａのグラフは櫛形であり、Ａ＝０（完全相殺）となるディップ周波数ｆｄ（ｔ）は複数存在する。そして、ｆｄ（ｔ）が間隔ｔに応じて連続的に変化することを鑑みると、２つの信号の加算平均において、背景雑音信号の複数のピーク周波数成分をまとめて相殺できるような間隔ｔの存在が期待できる。ここで、式（６）より、ｆｄ（ｔ）は次のように書ける。
【００８２】
ｆｄ（ｔ）＝１／（２ｔ）×（奇数）                                （７）
つまり、図６（ｂ）に示すように、１／（２ｔ）で決まる基本周波数の奇数倍が完全相殺のディップ周波数となる。ピーク周波数がｆ１とｆ２の場合、これらがともにｆｄ（ｔ１）のひとつとなるような間隔ｔ１が存在すれば、１個の間隔を導入するだけで２信号の加算平均時にｆ１成分とｆ２成分をまとめて相殺できる［Ａ（ｆ１，ｔ１）＝Ａ（ｆ２，ｔ１）＝０］。
【００８３】
また、２個のピーク周波数成分とも完全相殺とまでは行かなくても、図６（ｂ）のようにｆ１とｆ２で最大振幅Ａがともに閾値ｔｈ以下となり、ｆ１成分とｆ２成分をまとめて十分に相殺できるような間隔ｔ１が存在する可能性は高い。この条件を式で定義すると、次のようになり、ｔｈ＝０が完全相殺の場合に対応する。
【００８４】
Ａ（ｆ１，ｔ１）≦ｔｈ  かつ  Ａ（ｆ２，ｔ１）≦ｔｈ              （８）
このように、複数のピーク周波数成分をまとめて相殺できるような間隔を探索し、複数個のピークをまとめて１個の処理対象として処理することで、必要となる測定用信号の周期数を減らすことができる。
【００８５】
以上を踏まえて、実施形態２のステップＳ２０３における具体的な処理を説明する。
【００８６】
例として、ステップＳ２０２で検出された背景雑音信号のピーク周波数が、ｆ１＝１８９Ｈｚとｆ２＝１２０Ｈｚの２個である場合を考える。まず、式（６）に基づき、ｆ＝ｆ１とｆ＝ｆ２の場合について、間隔ｔ１をインクリメントしながら最大振幅Ａを計算していく。このとき、ｔ１の初期値はｔ１≧ｔ０の条件からｔ０とし、上限値については間隔ｔ１が長くなり過ぎないよう、例えば、ｔ０の１２０％とする。図７は、サンプリング周波数＝４８ｋＨｚでｔ０＝３２８００サンプルの場合の上記計算結果を示すグラフである。実線が周波数ｆ１のＡ（ｆ１，ｔ１）、点線が周波数ｆ２のＡ（ｆ２，ｔ１）に対応し、間隔ｔ１によって各ピーク周波数成分の加算平均後の最大振幅Ａが変化していくことがわかる。図６は説明のため間隔ｔ１、ｔ２を固定して周波数ｆを動かして示しているが、ここでは逆に周波数をピーク周波数ｆ１、ｆ２に固定して、探索すべき間隔ｔ１を動かしている。式（６）の形から明らかなように、ｆとｔどちらを変数としてもグラフの形は同じ櫛形となる。
【００８７】
図７からわかるように、間隔ｔ１＝３３４００サンプルの手前で式（８）の条件を満たすため、このときの値をｔ１として採用すればよい。尚、ｔｈの値は、例えば、ピーク検出時に背景雑音信号のｆ特性概形より飛び出た量から決めてもよく、ピーク周波数毎に異なる閾値ｔｈ１、ｔｈ２を導入してもよい。また、Ｅ（ｔ１）＝Ａ（ｆ１，ｔ１）＋Ａ（ｆ２，ｔ１）のようなスカラ値となる評価関数Ｅ（ｔ１）を導入し、動かしたｔ１の範囲内で評価関数値が最小となるｔ１を選択することもできる。図７の太線はこのようなＥ（ｔ１）を描画したものであり、間隔ｔ１＝３３４００サンプルで極小値を取ることがわかる。評価関数としては単純な和だけでなく、各ピーク周波数成分に応じた重み付き結合なども考えることができる。
【００８８】
このように、ｆ１成分とｆ２成分をまとめて相殺できるような間隔ｔ１を決定し、２個のピークをまとめて１個の処理対象として処理することで、測定用信号の周期数を実施形態１の２2＝４周期から２周期に減らすことができる。
【００８９】
図８は、上記のピーク周波数成分を含む背景雑音信号を用いて、実施形態２と実施形態１のノイズ低減性能を比較したものである。図８（ａ）は、背景雑音信号をｔ０のサンプル長で１回切り出してｆ特性を見たものであり、ｆ１＝１８９Ｈｚとｆ２＝１２０Ｈｚにピークが立っていることが確認できる。
【００９０】
また、実施形態２に基づいて、ｆ１成分とｆ２成分をまとめて相殺できるような間隔ｔ１を決定し、背景雑音信号をｔ１の間隔を空けて２回切り出して加算平均後のｆ特性を示したものが図８（ｂ）の太線である。これに対し、実施形態１に基づいて２個のピーク周波数に対する独立な間隔ｔ１、ｔ２を導入し、背景雑音信号をｔ１、（ｔ２−ｔ１）、およびｔ１の間隔を空けて計４回切り出して加算平均後のｆ特性を示したものが図８（ｂ）の細線である。加算平均に用いる信号の数を半分にしたことで、実施形態２のｆ特性の方が全体的に値が大きく、ランダムノイズ成分の低減性能は実施形態１に比べてやや劣ることがわかる。しかしながら、本発明のポイントである背景雑音信号のピーク周波数成分の低減性能は、実施形態１とほとんど同じレベルである。
【００９１】
続いて、図５（ａ）のように、背景雑音信号のピーク周波数がｆ１、ｆ２、ｆ３の３個である場合を考える。先ほどと同様に、ｔ０を初期値として間隔ｔ１をインクリメントしながらＡ（ｆ１，ｔ１）、Ａ（ｆ２，ｔ１）、Ａ（ｆ３，ｔ１）を計算し、これら３つの値がともに閾値ｔｈ以下となるような間隔ｔ１を探索する。ここで、動かしたｔ１の範囲内で３つが同時に閾値以下となることがなかった場合は、２つが同時に閾値以下となるｔ１のうち最小のものを選択する。例えば、Ａ（ｆ１，ｔ１）とＡ（ｆ２，ｔ１）が同時に閾値以下となるｔ１を選択した場合は、３個のピーク周波数のうちｆ１とｆ２をまとめて１個の処理対象として処理する。そして１個余ったｆ３については、（ｔ１＋ｔ０）を初期値として間隔ｔ２をインクリメントしながらＡ（ｆ３，ｔ２）を計算し、この値が閾値以下となる最小のｔ２を導入することで処理する。
【００９２】
但し、独立な発音間隔ｔｋを新たに導入する際に、その対象とするピーク周波数が唯１個である場合は、実施形態１と同じく対象周波数の半周期の奇数倍となるように定めてもよい。上記で２つのＡが同時に閾値以下となるｔ１が存在しない場合も、間隔ｔ１が対象とするピーク周波数は１個となる。
【００９３】
このように、３個のピーク周波数のうち２個をまとめて１個の処理対象として処理することで、３個のピーク周波数をそれより少ない２個の処理対象と見なす。この結果、測定用信号の周期数を実施形態１の２3＝８周期から、実施形態２では、２2＝４周期に減らすことができる。
【００９４】
実施形態１における図５（ｂ）に対応させて、本実施形態の考え方を模式的に示したのが図５（ｃ）である。式（３）を用いて説明すれば、間隔ｔ１の組み合わせで加算平均時にｆ１成分とｆ２成分がまとめて相殺され、同時に間隔ｔ２の組み合わせでｆ３成分が相殺される。第４周期までの発音間隔は多少長くなるが、周期数は実施形態１の半分で済むため、全体の測定時間は大幅に削減できる。
【００９５】
以上の考え方を一般化した形で記述すると下記のようになり、実施形態２のステップ２０３では、このルールに基づいて独立な発音間隔ｔｋが決定される。これ以外の部分は実施形態１と同じである。
【００９６】
まず、変数ｋ（初期値０）を１つインクリメントする。次に、Σｔｉ［ｉ＝０〜（ｋ−１）］を初期値として間隔ｔｋをインクリメントしながら、Ａ（ｆｊ，ｔｋ）［ｊは未対策のピーク周波数の添え字］を計算する。そして、計算したＡ（ｆｊ，ｔｋ）について同時に閾値以下となる数が最大となるｔｋの中で最小のものを選択する。ここで、Ａ（ｆｊ，ｔｋ）が閾値以下となったｆｊは、まとめて１個の処理対象として間隔ｔｋで処理することにし、対策済みのものとして未対策のピーク周波数から除く。これらを未対策のピーク周波数がなくなるまで繰り返すことで（最終的なｋをｍとする）、ｎ個のピーク周波数をそれより少ないｍ個の処理対象と見なし、測定用信号の周期数を２mに抑えることができる。
【００９７】
以上説明したように、実施形態２によれば、実施形態１で説明した効果に加えて、測定用信号の周期数を抑えて測定時間を短縮することができる。
【００９８】
尚、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。
【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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【図７】
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【図８】
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