(57)【要約】【課題】出力装置と受信装置とを含む対象系における測定結果の種類に応じて、処理量の削減を可能とする測定装置および測定方法を提供する。【解決手段】実施形態によれば、周波数を掃引する第１の測定用信号に応じた第１の出力信号を出力する出力装置と第１の出力信号を受信することで第１の受信信号を出力する受信装置とを含む対象系であって、第１の受信信号の振幅スペクトルの特性の傾向が既知である対象系を用いて、振幅特性を測定する測定装置が、第１の測定用信号に振幅スペクトルの特性の傾向の逆特性を有する重みを乗じた信号の特性を有する第２の測定用信号を出力装置に供給する出力手段と、第２の測定用信号を出力手段から出力装置に供給した場合に、受信装置から出力された第２の受信信号を受信する受信手段と、第２の受信信号と第２の測定用信号の逆特性を有する逆測定用信号とに基づいて、対象系の振幅特性を計算する振幅計算手段とを備える。【選択図】図２５
2014071047.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数を掃引する第１の測定用信号に応じた第１の出力信号を出力する出力装置と、前記第１の出力信号を受信することによって、第１の受信信号を出力する受信装置とを含む対象系であって、前記第１の受信信号の振幅スペクトルの特性の傾向が既知である対象系を用いて、前記対象系の周波数特性のうち振幅特性を測定する測定装置であって、
前記第１の測定用信号に前記振幅スペクトルの特性の傾向の逆特性を有する重みを乗じた信号の特性を有する第２の測定用信号を前記出力装置に供給する出力手段と、
前記第２の測定用信号を前記出力手段から前記出力装置に供給した場合に、前記受信装置から出力された第２の受信信号を受信する受信手段と、
前記第２の受信信号と、前記第２の測定用信号の逆特性を有する逆測定用信号とに基づいて、前記対象系の前記振幅特性を計算する振幅計算手段と、
を備えた、測定装置。
【請求項２】
前記振幅計算手段は、前記第２の信号と、前記逆測定用信号との積をとることにより、前記対象系の前記振幅特性を計算する、請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記振幅計算手段は、前記第２の信号の絶対値と、前記逆測定用信号の絶対値との積をとることにより、前記対象系の前記振幅特性を計算する、請求項１に記載の測定装置。
【請求項４】
前記振幅計算手段は、前記第２の信号と、前記逆測定用信号の絶対値との積をとることにより、前記対象系の前記振幅特性を計算する、請求項１に記載の測定装置。
【請求項５】
周波数を掃引する第１の測定用信号に応じた第１の出力信号を出力する出力装置と、前記第１の出力信号を受信することによって、第１の受信信号を出力する受信装置とを含む対象系であって、前記第１の受信信号の振幅スペクトルの特性の傾向が既知である対象系を用いて、前記対象系の計測特性を目標特性に変換する補正特性を得る測定装置であって、
前記第１の測定用信号に前記振幅スペクトルの特性の傾向の逆特性を有する重みを乗じた信号の特性を有する第２の測定用信号を前記出力装置に供給する出力手段と、
前記第２の測定用信号を前記出力手段から前記出力装置に供給した場合に、前記受信装置から出力された第２の受信信号を受信する受信手段と、
前記第２の受信信号の振幅特性と、前記第２の測定用信号の逆特性を有する逆測定用信号の振幅特性との振幅比に基づいて、前記対象系の前記補正特性を得る振幅比計算手段と、
を備えた、測定装置。
【請求項６】
周波数を掃引する第１の測定用信号に応じた第１の出力信号を出力する出力装置と、前記第１の出力信号を受信することによって、第１の受信信号を出力する受信装置とを含む対象系であって、前記第１の受信信号の振幅スペクトルの特性の傾向が既知である対象系を用いて、前記対象系の周波数特性のうち振幅特性を測定する測定方法であって、
前記第１の測定用信号に前記振幅スペクトルの特性の傾向の逆特性を有する重みを乗じた信号の特性を有する第２の測定用信号を前記出力装置に供給するステップと、
前記第２の測定用信号を前記出力手段から前記出力装置に供給した場合に、前記受信装置から出力された第２の受信信号を受信するステップと、
前記第２の受信信号と、前記第２の測定用信号の逆特性を有する逆測定用信号とに基づいて、前記対象系の前記振幅特性を計算するステップと、
を有する、測定方法。
【請求項７】
周波数を掃引する第１の測定用信号に応じた第１の出力信号を出力する出力装置と、前記第１の出力信号を受信することによって、第１の受信信号を出力する受信装置とを含む対象系であって、前記第１の受信信号の振幅スペクトルの特性の傾向が既知である対象系を用いて、前記対象系の計測特性を目標特性に変換する補正特性を得る測定方法であって、
前記第１の測定用信号に前記振幅スペクトルの特性の傾向の逆特性を有する重みを乗じた信号の特性を有する第２の測定用信号を前記出力装置に供給するステップと、
前記第２の測定用信号を前記出力手段から前記出力装置に供給した場合に、前記受信装置から出力された第２の受信信号を受信するステップと、
前記第２の受信信号の振幅特性と、前記第２の測定用信号の逆特性を有する逆測定用信号の振幅特性との振幅比に基づいて、前記対象系の前記補正特性を得るステップと、
を有する、測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、測定装置および測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インパルス応答や周波数特性を計測するための測定用信号として、時間と共に周波数が連続的に変化する正弦波掃引信号がよく用いられる。ＴＳＰ（Time Stretched Pulse）信号は、正弦波掃引信号の代表であり、周波数全体にわたり、最大振幅の時間信号を用いて測定ができる特徴がある。
【０００３】
また、対象系の大まかな振幅スペクトルが既知の場合、その逆特性を予めＴＳＰ信号に乗じておくことで、受信信号の周波数による音量の偏りを軽減し、従来のＴＳＰよりも高いＳＮＲでの測定が可能となる。
【０００４】
上記の手法は、測定精度は良好であるものの、測定後の分析処理が必要であり、組み込み用プロセッサなどの低速ＣＰＵでスムーズに動作するアプリケーションを実現するためには、処理量の削減が不可欠である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４５５２０１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、出力装置と受信装置とを含む対象系において要求される測定結果の種類に応じて、処理量の削減を可能とする測定装置および測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態によれば、測定装置は、周波数を掃引する第１の測定用信号を出力する出力装置と、前記第１の出力信号を受信することによって、第１の受信信号を出力する受信装置とを含む対象系であって、前記第１の受信信号の振幅スペクトルの特性の傾向が既知である対象系を用いて、前記対象系の周波数特性のうち振幅特性を測定する測定装置であって、前記第１の測定用信号に前記振幅スペクトルの特性の傾向の逆特性を有する重みを乗じた信号の特性を有する第２の測定用信号を前記出力装置に供給する出力手段と、前記第２の測定用信号を前記出力手段から前記出力装置に供給した場合に、前記受信装置から出力された第２の受信信号を受信する受信手段と、前記第２の受信信号と、前記第２の測定用信号の逆特性を有する逆測定用信号とに基づいて、前記対象系の前記振幅特性を計算する振幅計算手段と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態の測定装置（再生装置）の外観の一例を示す斜視図。
【図２】同実施形態の測定装置（再生装置）のシステム構成の一例を示すブロック図。
【図３】同実施形態のメディアプレーヤのインパルス応答および周波数特性を測定するための構成の一例を示すブロック図。
【図４】イヤフォンから出力されマイクで取得された音の周波数特性を示す図。
【図５】一般的なＴＳＰ信号をフーリエ逆変換した波形を示す模式図。
【図６】図５に示すＴＳＰ信号をイヤフォンに入力した場合、イヤフォンから出力される音の振幅スペクトルを示す図。
【図７】図６に示す波形をフーリエ変換することによって得られる周波数振幅スペクトルを示す図。
【図８】イヤフォンからの出力音をマイクを近づけて測定した場合の受信信号のスペクトルを示す図。
【図９】図８に示すスペクトルから得られたインパルス応答の周波数振幅スペクトルを示す図。
【図１０】再生信号の音量を上げたり、マイクアンプの増幅率を上げたりした場合の受信信号のスペクトルを示す図。
【図１１】ＴＳＰ信号に対して重み付けを行った測定用信号のスペクトルを示す図。
【図１２】図１１に示すＴＳＰ信号を作成する場合に用いた重み係数Ｗ（ｋ）と、その逆ＴＳＰ信号を作成する場合に用いた１／Ｗ（ｋ）を示す図。
【図１３】図１１に示すＴＳＰ信号を用いてイヤフォンからの出力音をマイクを近づけて測定した場合の受信信号のスペクトルを示す図。
【図１４】再生音量、または受信音量を上げて、図１１に示すＴＳＰ信号を用いてイヤフォンからの出力音をマイクを近づけて測定した場合の受信信号のスペクトルを示す図。
【図１５】図１４に示すスペクトルから得られたインパルス応答の周波数振幅スペクトルを示す図。
【図１６】メディアプレーヤの補正機能の構成の一例を示すブロック図。
【図１７】目標特性データが示す周波数特性の一例を示す図。
【図１８】設計された補正フィルタが示す周波数特性の一例を示す図。
【図１９】イヤフォンから出力された音の周波数特性を示す図。
【図２０】イヤフォンから出力された音の周波数特性を測定し、測定された周波数特性に基づいてイヤフォンから出力される音を補正する手順の一例を示すフローチャート。
【図２１】同実施形態の測定手順全体の流れを示す模式図。
【図２２】図１０に示したＴＳＰ信号の変形例を示す図。
【図２３】図２２に示すＴＳＰ信号を作成する場合に用いた重み係数Ｗ（ｋ）と、その逆ＴＳＰ信号を作成する場合に用いた１／Ｗ（ｋ）を示す図。
【図２４】第２の実施形態の測定手順全体の流れを示す模式図。
【図２５】第２の実施形態の変形例１の測定手順全体の流れを示す模式図。
【図２６】第２の実施形態の変形例２の測定手順全体の流れを示す模式図。
【図２７】第３の実施形態の測定手順全体の流れを示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施形態について図面を参照して説明する。  
（第１の実施形態）  
まず、図１および図２を参照して、測定装置（再生装置）の構成を説明する。本実施形態の測定装置（再生装置）は、例えば、ノートブック型の携帯型パーソナルコンピュータ１０から実現されている。
【００１０】
図１はコンピュータ１０のディスプレイユニットを開いた状態における斜視図である。本コンピュータ１０は、コンピュータ本体１１と、ディスプレイユニット１２とから構成されている。ディスプレイユニット１２には、液晶パネルを有する表示パネル１７が組み込まれている。ディスプレイユニット１２内には、マイクロフォンが設けられている。ディスプレイユニット１２には、マイクロフォンが効率よく集音できるようにするためにマイク穴１９が設けられている。
【００１１】
ディスプレイユニット１２は、コンピュータ本体１１に対し、コンピュータ本体１１の上面が露出される開放位置とコンピュータ本体１１の上面を覆う閉塞位置との間を回動自在に取り付けられている。コンピュータ本体１１は薄い箱形の筐体を有しており、その上面にはキーボード１３、本コンピュータ１０をパワーオン／パワーオフするためのパワーボタン１４、タッチパッド１６、およびスピーカ１８Ａ，１８Ｂなどが配置されている。
【００１２】
次に、図２を参照して、本コンピュータ１０のシステム構成について説明する。  
本コンピュータ１０は、図２に示されているように、ＣＰＵ１０１、ノースブリッジ１０２、主メモリ１０３、サウスブリッジ１０４、グラフィクスプロセッシングユニット（ＧＰＵ）１０５、ビデオメモリ（ＶＲＡＭ）１０５Ａ、サウンドコントローラ１０６、ＢＩＯＳ−ＲＯＭ１０９、ＬＡＮコントローラ１１０、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）１１１、ＤＶＤドライブ１１２、およびエンベデッドコントローラ／キーボードコントローラＩＣ（ＥＣ／ＫＢＣ）１１６などを備えている。
【００１３】
ＣＰＵ１０１は本コンピュータ１０の動作を制御するプロセッサであり、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）１１１から主メモリ１０３にロードされる、オペレーティングシステム（ＯＳ）１２１、およびメディアプレーヤ１２２のような各種アプリケーションプログラムを実行する。メディアプレーヤ１２２は、動画（映像）や音声のファイルを再生するためのアプリケーションソフトウェアである。また、ＣＰＵ１０１は、ＢＩＯＳ−ＲＯＭ１０９に格納されたＢＩＯＳ（Basic Input Output System）も実行する。ＢＩＯＳはハードウェア制御のためのプログラムである。
【００１４】
ノースブリッジ１０２はＣＰＵ１０１のローカルバスとサウスブリッジ１０４との間を接続するブリッジデバイスである。ノースブリッジ１０２には、主メモリ１０３をアクセス制御するメモリコントローラも内蔵されている。また、ノースブリッジ１０２は、PCI EXPRESS規格のシリアルバスなどを介してＧＰＵ１０５との通信を実行する機能も有している。
【００１５】
ＧＰＵ１０５は、本コンピュータ１０のディスプレイモニタとして使用される液晶パネル１７を制御する表示コントローラである。ＧＰＵ１０５は、ＶＲＡＭ１０５Ａをワークメモリとして使用する。このＧＰＵ１０５によって生成される映像信号は液晶パネル１７に送られる。
【００１６】
サウスブリッジ１０４は、ＬＰＣ（Low Pin Count）バス上の各デバイス、およびＰＣＩ（Peripheral Component Interconnect）バス上の各デバイスを制御する。また、サウスブリッジ１０４は、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）１１１およびＤＶＤドライブ１１２を制御するためのＩＤＥ（Integrated Drive Electronics）コントローラを内蔵している。さらに、サウスブリッジ１０４は、サウンドコントローラ１０６との通信を実行する機能も有している。サウンドコントローラ１０６は音源デバイスであり、再生対象のオーディオデータをスピーカ１８Ａ，１８Ｂに出力するために、デジタル信号を電気信号に変換するＤ／Ａコンバータ、電気信号を増幅するアンプリファイアなどの回路を有する。また、サウンドコントローラ１０６は、マイクロフォン１１３から入力された電気信号を増幅するマイクアンプリファイア、増幅された電気信号をデジタル信号に変換するためのＡ／Ｄコンバータなどの回路を有する。
【００１７】
エンベデッドコントローラ／キーボードコントローラＩＣ（ＥＣ／ＫＢＣ）１１６は、電力管理のためのエンベデッドコントローラと、キーボード（ＫＢ）１３およびタッチパッド１６を制御するためのキーボードコントローラとが集積された１チップマイクロコンピュータである。このエンベデッドコントローラ／キーボードコントローラＩＣ（ＥＣ／ＫＢＣ）１１６は、ユーザによるパワーボタン１４の操作に応じて本コンピュータ１０をパワーオン／パワーオフする機能を有している。
【００１８】
次に、メディアプレーヤ１２２の機能について説明する。メディアプレーヤ１２２は、密閉型イヤフォンから出力される音のインパルス応答および周波数特性を測定する機能を有する。周波数特性を測定するための構成について図３を参照して説明する。
【００１９】
メディアプレーヤ１２２は、測定用信号出力部２３１、インパルス応答演算部２３３、および周波数特性演算部２３４などを有する。
【００２０】
測定用信号出力部２３１は、例えばＨＤＤ１１１に格納されているＴＳＰ信号データ２４１をＤ／Ａコンバータ２２１に出力する。
【００２１】
また、サウンドコントローラ１０６は、Ｄ／Ａコンバータ（デジタル−アナログ変換回路）２２１、アンプリファイア２２２、マイクアンプリファイア２２３、およびＡ／Ｄコンバータ（アナログ−デジタル変換回路）２２４などを有する。
【００２２】
測定用信号出力部２３１は、デジタルデータのＴＳＰ信号データ２４１をＤ／Ａコンバータ２２１に出力する。Ｄ／Ａコンバータ２２１は、ＴＳＰ信号２４１をアナログ測定用信号に変換する。変換されたアナログ測定用信号はアンプリファイア２２２によって増幅され、増幅されたアナログ測定用信号が密閉型イヤフォン２００に供給される。イヤフォン２００は、供給された測定用信号に応じた音を出力する。イヤフォン２００から出力された音は、マイクロフォン１１３によって受信される。マイクロフォン１１３は、受信した音を電気的な測定信号（受信信号）に変換し、測定信号をマイクアンプリファイア２２３に供給する。マイクアンプリファイア２２３は、供給された測定信号を増幅し、増幅された測定信号をＡ／Ｄコンバータ２２４に供給する。Ａ／Ｄコンバータ２２４は、測定信号をデジタルデータに変換し、変換された測定信号をインパルス応答演算部２３３に出力する。インパルス応答演算部２３３は、測定信号に逆ＴＳＰ信号データ２４２を畳み込む（測定信号と逆ＴＳＰ信号データ２４２とに対して畳み込み演算を行う）ことでインパルス応答を演算する。畳み込み演算は、測定信号と逆ＴＳＰ信号データ２４２のフーリエ変換との積として計算することでインパルス応答の演算量が下げられる場合があることは良く知られている。なお、逆ＴＳＰ信号データ２４２は、例えばＨＤＤ１１１に格納されている。
【００２３】
インパルス応答演算部２３３は、演算されたインパルス応答を周波数測定演算部２３４に供給する。周波数測定演算部２３４は、インパルス応答をフーリエ変換することで、周波数振幅スペクトルを演算する。図４に、イヤフォン２００から出力されマイクロフォン１１３で取得された音の周波数特性を示す。
【００２４】
なお、再生側のアンプリファイア２２２は、イヤフォン２００に対して適切な音量になるように調整され、受信側のマイクアンプリファイア２２３は測定信号のダイナミックレンジをできるだけ広く使えるように調節するのが精度の高い測定を行うには必要である。
【００２５】
ＴＳＰ信号は、周波数を掃引するために時間と共に周波数が連続的に変化する信号であり、音響機器の特性を測定する場合によく用いられる。ＴＳＰ信号には様々な改良型が存在するが、例として標準的なＴＳＰ信号と、周波数掃引が低域ほど遅くなるような対数掃引のＬｏｇ−ＴＳＰ信号は、周波数領域でそれぞれ以下のように定義される。
【数１】
2014071047.tif 000003
【００２６】
ここで、ＮはＴＳＰまたはＬｏｇ−ＴＳＰの信号長、ｍはパルス幅を決定するパラメータ、ｋは周波数を決定するパラメータ、上付きの＊は複素共役を示す。
【００２７】
また、逆ＴＳＰ信号は周波数領域でＴＳＰ信号の複素共役として定義される。測定に使うにはＨＴＳＰ（ｋ）をフーリエ逆変換することによって、時間をパラメータとする信号に変換し、変換された信号を再生して用いる。
【００２８】
図５にＨＴＳＰ（ｋ）をフーリエ逆変換した波形の模式図を示す。このようにＴＳＰ信号は振幅が一定で周波数が連続的に変化する正弦波によって構成されている。図５では簡便のため振幅値は最大値１００％の例を示しているが、実際には演算誤差等の関係から若干低めに設定した方が安全である。この測定用信号を測定対象（イヤフォン）に入力し、その出力を観察することで受信信号を得る。
【００２９】
図６に受信信号の例を示す。図６に示す例では、中央付近の波形の振幅が小さくなっているが、その他の領域では再生信号と同じ１００％の振幅が得られている。この受信信号に逆ＴＳＰ信号を畳み込むことでインパルス応答を得ることができる。また、インパルス応答をフーリエ変換することで図７に示すような周波数振幅スペクトルを得ることもできる。
【００３０】
図７では、入力と同じレベルで観測された周波数を０ｄＢとして示している。図７に示す受信信号では、図６の受信信号の中央付近のくぼみに対応する周波数のスペクトルの振幅が０ｄＢより下がって観測される。
【００３１】
例えばイヤフォンの周波数特性を測定したい場合、図５に示す測定用信号をオーディオプレーヤで再生し、イヤフォンから出力される音をマイクロフォンで取得し、その信号に逆ＴＳＰ信号を畳み込むことでイヤフォンのインパルス応答や周波数特性を得ることができる。
【００３２】
ところで、密閉型イヤフォン２００にマイクロフォン１１３を近づけて、イヤフォン２００の出力音を測定するような場合、低域になるほど音が小さく観測される。これは、密閉型イヤフォン２００は耳にはめて密閉状態での共鳴などを考慮して設計されているために、開放状態で測定すると低音が聞こえにくくなるという物理現象のためである。ここではこのような系をハイパス系と呼ぶことにする。
【００３３】
ハイパス系から出力される音をマイクロフォン１１３によって受信した受信信号は図８に示す波形になる。図８に示すように、低い周波数域の振幅は、高い周波数域振幅に比べて極端に小さく観測される。図８に示す周波数振幅スペクトルに逆ＴＳＰ信号を畳み込むことによってインパルス応答を生成する。生成されたインパルス応答の周波数振幅スペクトルを図９に示す。高い周波数域では、測定用信号と同じレベルの０ｄＢ付近の音量が得られている。周波数数が下がるにつれて振幅も小さくなっていく。振幅があまりにも小さくなると、ノイズに埋もれて正しい測定値が得られなくなる。受信信号のレベルを上げようとして、アンプリファイア２２２によって再生信号の音量を上げたり、マイクアンプリファイア２２３の増幅率を上げたりすると、受信信号は図１０に示すような波形となる。高い周波数域では、振幅の上限値を超えてひずんでしまう問題が生じる。これらの問題を解決するため、本実施形態ではＴＳＰ信号の周波数成分に重みを付けた信号を測定用信号として用いる。具体的には、（３）式のように周波数重みＷ（ｋ）を（１）式または（２）式のＨ（ｋ）に乗じた測定用信号Ｍ（ｋ）を用いる。
【数２】
2014071047.tif 000004
【００３４】
また、逆ＴＳＰ信号（Ｍｉｎｖ（ｋ））は次の（４）式で定義される。
【数３】
2014071047.tif 000005
【００３５】
重みは前述のＴＳＰ信号、Ｌｏｇ−ＴＳＰ信号以外のＴＳＰ信号に対しても同様に適応可能である。
【００３６】
重みの決め方は、実験的に決めるのが実用的である。受信信号の振幅のパターンを幾つかの測定対象に対して観測し、振幅の大きい周波数成分にＷ（ｋ）＜１なる重みを設定する。理想的には、対象系の平均周波数振幅スペクトルの逆特性をＷ（ｋ）として設定することで、受信信号を概ね振幅の偏りのない信号とすることができる。
【００３７】
図１１に示す測定用信号は、ハイパス系に対してＷ（ｋ）を設計して作成した振幅重み付きＴＳＰ信号である。対象系の利得が高い高域ほど小さな値のＷ（ｋ）を用いることで測定用信号の振幅を抑圧している。
【００３８】
図１２は図１１に示したＴＳＰ信号を作成する場合に用いた重み係数Ｗ（ｋ）と、その逆ＴＳＰ信号を作成する場合に用いた１／Ｗ（ｋ）を示した図である。対象系が高周波数域上がりの系であることが既知である場合、図１２に示す重みＷ（ｋ）のように、これと逆特性の高域下がりの重みをＴＳＰに施すことにより、低周波数域から高周波数域まで精度よく測定することができる。なお、逆ＴＳＰに施す重み１／Ｗ（ｋ）は０ｄＢに対して重みＷ（ｋ）と対称になるように設計される。
【００３９】
このＴＳＰ信号をハイパス系から出力して、図１３のような振幅に偏りのない受信信号が得られる。ただし、再生音量レベル、受信音量レベルは従来法と同じ場合である。低周波数域に関しては測定用信号の重みＷ（ｋ）が１に近いため、従来と同様の振幅の小さい波形が観測される。高周波数域に関して測定用信号がＷ（ｋ）により振幅が抑えられているため、そのまま小さい波形が観測される。このままでは、全帯域がノイズに埋もれ意味がないが、再生音量、または受信音量を上げることで図１４のような観測波形となり低周波数域、高周波数域によらず高い利得で測定が可能となる。逆ＴＳＰ処理を行った後、周波数振幅スペクトルを求めると、周波数振幅スペクトルは図１５に示す波形になる。低周波数域の信号は音量を上げたため対象系で利得が下がってもそれを補うだけ音量を上げてあるため、０ｄＢ付近の値となっている。高周波数域の信号は予め振幅を小さくしてあるため、対象系の高周波数域の利得が高くても受信信号の最大振幅を超えることはない。また、再生信号よりも受信信号が大きく観測されるため０ｄＢよりも高い周波数振幅特性が得られる。このように、対象系の性質に合わせて事前にＴＳＰ信号の振幅値を加工しておくことで、受信信号のダイナミックレンジを有効に活用し、従来なら受信レベルが低くてノイズに埋もれてしまう帯域の信号も十分な音量で測定することが可能となる。
【００４０】
ところで、アンプリファイア２２２によって再生音量を大きくすることが許されるのであれば、本手法を用いずとも受信側のレベルを下げて受信信号がオーバーフローしないように調整することはできる。そうすれば対象系で重畳する雑音は下げられるので、低域の受信信号が微弱でも、ＳＮ比を上げられそうである。しかし、現実には、受信後に載る回路ノイズや、量子化歪の問題などがあり十分な性能が得られない。したがって、本方法を用いて受信信号の段階で十分な振幅を確保することは効果がある。また、パソコンやスマートフォンのような計測機器でない装置では、マイクロフォンのレベルが自由に変えられない場合が少なくない。このような場合は再生信号のレベルで調整をする必要があり、この場合も本手法は効果的である。
【００４１】
次に、イヤフォン２００から出力される音の周波数特性を用いたメディアプレーヤの再生機能について説明する。メディアプレーヤの再生機能は、測定されたイヤフォン２００の周波数特性に基づいて、イヤフォン２００から出力される音が目標の周波数特性を有するようにする補正機能を有する。次に、図１６を参照して、メディアプレーヤの補正機能の構成を説明する。
【００４２】
図１６に示すように、メディアプレーヤは、測定特性取得部４０１、目標特性取得部４０２、補正フィルタ設計部４０４、デコード部４０６、補正部４０７などを備えている。
【００４３】
測定特性取得部４０１は、周波数特性演算部２３４によって生成された周波数特性データ２３４を取得する。目標特性取得部４０２は、イヤフォン２００から出力され、鼓膜に届く音の目標とする周波数特性（以下、目標特性）を示す目標特性データを目標特性格納部４０３から取得する。目標特性格納部４０３には、例えば複数の目標特性データが格納されている。複数の目標特性データの一つは、例えば理想的な周波数特性を示している。また、別の複数の目標特性データは、複数の音楽のジャンルに対応する。図１７に、目標特性データが示す周波数特性の一例を示す。目標特性取得部４０２は、目標特性格納部４０３に格納されている複数の目標特性データの内からユーザによって選択された一つの目標特性データを取得する。
【００４４】
補正フィルタ設計部４０４は、目標特性データと周波数特性データとに基づいて、イヤフォン２００から出力され、鼓膜に届く音を目標特性に近づけるための補正フィルタ（補正データ）４０５を設計する。補正フィルタ４０５が示す周波数特性を図１８に示す。補正フィルタ４０５は例えば一般的なパラメトリックイコライザで用いられるパラメータを有する。パラメトリックイコライザで用いられるパラメータは、中心となる周波数、調整する帯域の幅、および音量である。
【００４５】
デコード部４０６は、ＭＰ３等の圧縮フォーマットで符号化されたデータをデコードすることによってオーディオデータを生成する。補正部４０７は、補正フィルタ設計部４０４によって作成された補正フィルタに基づいてオーディオデータに対して補正を行う。補正されたオーディオデータは、Ｄ／Ａコンバータ２２１に入力される。Ｄ／Ａコンバータ２２２は、オーディオデータを電気信号に変換し、変換された電気信号をアンプリファイアに出力する。アンプリファイアは電気信号を増幅し、増幅された電気信号をイヤフォン２００に出力する。図１９にイヤフォン２００から出力された音の周波数特性（補正特性）を示す。図１９に示すように、補正特性は、目標特性にほぼ一致していることが分かる。
【００４６】
次に、図２０のフローチャートを参照して、イヤフォン２００から出力された音の周波数特性を測定し、測定された周波数特性に基づいてイヤフォン２００から出力される音を補正する手順を説明する。
【００４７】
測定用信号出力部２３１は、サウンドコントローラ１０６に測定用信号を出力することによってイヤフォン２００から測定用音を出力する（ステップ５０１）。イヤフォン２００から出力された音をマイクロフォン１１３によって受信する（ステップ５０２）。取得された受信信号は、インパルス応答演算部２３３に供給される。インパルス応答演算部２３３は、測定信号に逆ＴＳＰ信号データ２３５を畳み込むことでインパルス応答を演算する（ステップ５０３）。インパルス応答演算部２３３は、演算されたインパルス応答を周波数測定演算部２３４に供給する。周波数測定演算部２３４は、インパルス応答をフーリエ変換することで、周波数振幅スペクトルを演算する（ステップ５０４）。
【００４８】
目標特性取得部４０２は目標特性格納部４０３から目標特性データを取得する（ステップ５０５）。補正フィルタ設計部４０４は、周波数特性データ２３４と目標特性データとに基づいて補正フィルタ４０５を設計する（ステップ５０６）。
【００４９】
デコード部４０６が、圧縮符号化されている音楽データをデコードする（ステップ５０７）。補正部４０７は、補正フィルタ４０５に基づいてデコードされた音楽データを補正する（ステップ５０８）。補正部４０７は、補正された音楽データをサウンドコントローラ１０６に出力する。サウンドコントローラ１０６は、音楽データを音楽信号に変換し、変換された音楽信号を増幅し、増幅された音楽信号をイヤフォン２００に出力する（ステップ５０９）。
【００５０】
ステップ５０１からステップ５０６までを行い、設計された補正フィルタのパラメータを保存しておき、音楽再生時にこのパラメータを読み取りステップ５０６から処理を行う構成にすることも可能である。イヤフォンの特性は大きく変動するものではないので、前半のステップを一度行い、補正フィルタのパラメータを求めておけば、それ以降はそのパラメータを使うこと測定の手間を省くことができる。
【００５１】
図２１は前述の測定手順全体の流れを示す模式図である。  
測定用信号ｍ（ｔ）は前述の重みを用いて振幅制御されたＴＳＰ信号２４１（図３）の時間波形である。このＴＳＰ信号２４１が、図３に示した測定用信号出力部２３１、Ｄ／Ａコンバータ２２１、およびアンプリファイア２２２を介して再生される。次いで、このＴＳＰ信号が、イヤフォン２００とマイクロフォン１１３とを含む対象系を通り、インパルス応答演算部２３３で受音されることで、測定信号ｍ’（ｔ）が得られる。
【００５２】
インパルス応答演算部２３３および周波数測定演算部２３４は、測定信号ｍ’（ｔ）に逆ＴＳＰ信号データ２４２を畳み込む（測定信号ｍ’（ｔ）と逆ＴＳＰ信号データ２４２とに対して畳み込み演算を行う）ことでインパルス応答を演算する。畳み込み演算は、測定信号ｍ’（ｔ）と逆ＴＳＰ信号データ２４２のフーリエ変換との積として計算する。
【００５３】
インパルス応答演算部２３３は、演算されたインパルス応答を周波数測定演算部２３４に供給する。周波数測定演算部２３４は、インパルス応答をフーリエ変換することで、周波数振幅特性を算出する。
【００５４】
しかし、図２１においては、これと等価な演算を周波数領域で行うことにより、周波数振幅特性を算出する。すなわち、測定信号ｍ’（ｔ）をフーリエ変換した信号Ｍ’（ｋ）と、逆ＴＳＰ信号をフーリエ変換した信号Ｍ−１（ｋ）との積をとることにより、周波数特性Ｒ（ｋ）を求めることができる。両者が等価であることは周知のことである。
【００５５】
そして、Ｒ（ｋ）をフーリエ逆変換することにより、対象系の周波数特性を表す時間信号（インパルス応答）ｒ（ｔ）を得ることができる。
【００５６】
なお、図のＸ印を二重丸で囲んだ演算は、複素数の積を表すものである。
【００５７】
本実施形態によれば、イヤフォン２００で聞くと理想的なイヤフォン２００に近い音に聞こえるため、例えば音楽を再生する場合、高音質な音楽を楽しむことができる。また、低価格で特性の良くないイヤフォン２００でも、ユーザが自分でイヤフォン２００の特性を簡単に補正することができる。
【００５８】
なお、測定されたイヤフォンの周波数特性を理想的なイヤフォンの特性と比較して補正フィルタの係数を設計している。これは２つのイヤフォンの特性の差を埋めるフィルタを設計していることになる。従って２つの特性に同一の変動が加わった場合、差にはその変動が現れないことになる。
【００５９】
（第１の実施形態の変形例）  
図２２は、図１０に示したＴＳＰ信号の振幅制御を低周波数域と高周波数域の所定の範囲で平坦化したものである。低周波数域のレベルをあまり大きくし過ぎると、再生信号の歪が大きくなる問題があり、あるレベルに平坦化することは効果的である。高周波数域側の信号があまりにも小さくなりすぎると、量子化歪が大きくなり、再生信号の精度が落ちる問題があり、測定信号の振幅の下限を設けることは効果的である。どちらか片方の処理をする方法だけでも効果はある。
【００６０】
図２３は図２２のＴＳＰ信号を作成する場合に用いた重み係数Ｗ（ｋ）と、その逆ＴＳＰ信号を作成する場合に用いた１／Ｗ（ｋ）を示した図である。図１１の場合と比べて、低域と高域の振幅を制限することで、過大または過小な測定信号にならないよう工夫している。
【００６１】
前記重みＷ（ｋ）は、第１の周波数より低い周波数域（〜Ｌｏｇ（ｋ１））では第１の値Ｃ１を示し、第１の周波数と前記第１の周波数より高い第２の周波数との間の周波数域（Ｌｏｇ（ｋ１）〜Ｌｏｇ（ｋ２））では、第１の値Ｃ１から第１の値Ｃ１より低い第２の値Ｃ２までの値を示し、第２の周波数（Ｌｏｇ（ｋ２）〜）より高い周波数域では第２の値Ｃ２を示す。
【００６２】
なお、逆ＴＳＰに施す重み１／Ｗ（ｋ）は０ｄＢに対して重みＷ（ｋ）と対称になるように設計される。
【００６３】
（第２の実施形態）  
対象系のインパルス応答を求める必要がない場合は、第１の実施形態で説明したフーリエ逆変換は不要であり、さらに対象系の周波数特性のうち位相特性は不要で振幅特性のみが必要な場合は、図２４に示すように周波数振幅特性｜Ｒ（ｋ）｜を得ることができる。
【００６４】
図２４は第２の実施形態の測定手順全体の流れを示す模式図である。  
測定用信号ｍ（ｔ）から測定信号ｍ’（ｔ）を得て、測定信号ｍ’（ｔ）をフーリエ変換した信号Ｍ’（ｋ）を得るまでのプロセスは第１の実施形態と同じであるため、説明を省略する。
【００６５】
次いで、振幅計算部により、Ｍ’（ｋ）と、逆ＴＳＰ信号のフーリエ変換した信号Ｍ−１（ｋ）との積をとることにより、周波数特性Ｒ（ｋ）を求め、その絶対値である周波数振幅特性｜Ｒ（ｋ）｜を得ることができる。すなわち、
｜Ｒ（ｋ）｜＝｜Ｍ’（ｋ）×Ｍ−１（ｋ）｜
との式により｜Ｒ（ｋ）｜が求められる。
【００６６】
本実施形態によれば、対象系の周波数特性のうち位相特性は不要で振幅特性のみが必要な場合、処理量の削減を可能とする効果が得られる。
【００６７】
（第２の実施形態の変形例１）  
本変形例１も測定用信号ｍ（ｔ）から測定信号ｍ’（ｔ）を得て、測定信号ｍ’（ｔ）をフーリエ変換した信号Ｍ’（ｋ）を得るまでのプロセスは第１の実施形態と同じであるため、説明を省略する。
【００６８】
図２５は第２の実施形態の変形例１の測定手順全体の流れを示す模式図である。  
上記の｜Ｒ（ｋ）｜＝｜Ｍ’（ｋ）×Ｍ−１（ｋ）｜という式は、
｜Ｒ（ｋ）｜＝｜Ｍ’（ｋ）｜×｜Ｍ−１（ｋ）｜
と等価である。
【００６９】
したがって、図２５に示すように、測定信号の絶対値｜Ｍ’（ｋ）｜を先に計算し、逆ＴＳＰ信号の畳み込みのための周波数領域での複素数の積の代わりに、逆ＴＳＰ信号の振幅特性を乗じる実数の乗算で行っても結果は同じ｜Ｒ（ｋ）｜になる。
【００７０】
図２４の構成では複素数の積が必要になるが、図２５の構成では実数の積ですむことになる。一般的な汎用プロセッサでは複素数の乗算は実数の乗算の約４倍のコストがかかり、この差が周波数成分の数だけ必要となるので、逆ＴＳＰ演算を行わない図２５の構成にすることで演算コストを大幅に下げることができる。また、式（１）で示した標準的なＴＳＰ信号は、逆ＴＳＰ信号の振幅特性も周波数によらず一定のため、このような性質を持つＴＳＰ信号の場合、乗算自体を省略することができ、より演算量が少なくなる。
【００７１】
（第２の実施形態の変形例２）  
本変形例２も測定用信号ｍ（ｔ）から測定信号ｍ’（ｔ）を得て、測定信号ｍ’（ｔ）をフーリエ変換した信号Ｍ’（ｋ）を得るまでのプロセスは第１の実施形態と同じであるため、説明を省略する。
【００７２】
図２６は第２の実施形態の変形例２の測定手順全体の流れを示す模式図である。  
図２６の構成は、図２５の乗算器と振幅計算との順番を入れ替えたものである。本変形例２においても、結果は同じ｜Ｒ（ｋ）｜になる。なお、図のＸ印を破線の丸で囲んだ演算は、複素数と実数との積を表すものである。
【００７３】
本変形例２によれば、処理量の削減を可能とする効果が得られる。
【００７４】
（第３の実施形態）  
周波数特性の補正などの用途では、周波数振幅特性そのものではなく、目標とする特性との比のみが必要な場合がある。例えば、スピーカやイヤフォンの周波数特性の補正などでは、目標特性として｜Ｒ０（ｋ）｜があり、計測特性として｜Ｒ（ｋ）｜が得られた場合、対象系を目標特性に変換する補正特性（いわゆるイコライザ）は、
｜Ｒ０（ｋ）｜／｜Ｒ（ｋ）｜
となる。
【００７５】
図２７は第３の実施形態の測定手順全体の流れを示す模式図である。  
本実施形態も測定用信号ｍ（ｔ）から測定信号ｍ’（ｔ）を得て、測定信号ｍ’（ｔ）をフーリエ変換した信号Ｍ’（ｋ）を得るまでのプロセスは第１の実施形態と同じであるため、説明を省略する。
【００７６】
上記の比が求められれば良いという条件の場合に演算量を削減できる構成を図２７に示す。図２７の構成では、振幅計算で得られた測定信号の振幅特性を逆ＴＳＰ信号の振幅特性で補正することなく直接用いて振幅比を計算する。なぜならば、
｜Ｒ０（ｋ）｜／｜Ｒ（ｋ）｜
＝（｜Ｍ０（ｋ）｜／｜Ｍ−１（ｋ）｜）／（｜Ｍ（ｋ）｜／｜Ｍ−１（ｋ）｜）
＝｜Ｍ０（ｋ）｜／｜Ｍ（ｋ）｜
となるからである。すなわち、目標特性の計測特性｜Ｍ０（ｋ）｜を予め用意しておき、対象系の計測特性との比を直接求めることで、逆ＴＳＰ信号の振幅特性がキャンセルされ、対象系を目標特性に変換する補正特性を得ることができる。
【００７７】
｜Ｍ０（ｋ）｜は予め、
｜Ｍ０（ｋ）｜＝｜Ｒ０（ｋ）｜／｜Ｍ−１（ｋ）｜
と求めておくことができる。
【００７８】
このようにすることで、逆ＴＳＰ信号の振幅特性の乗算が不要となり、計測特性の振幅特性から直接補正特性を得ることができ、演算量を減らすことができる。
【００７９】
上述した実施形態のインパルス応答の演算、周波数特性の演算、再生機能の処理の手順はプログラムによって実現することができるので、このプログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体を通じてこのソフトウェアを通常のコンピュータにインストールして実行することにより、上述した実施形態と同様の効果を容易に実現することができる。
【００８０】
上記にて、本発明の実施形態などを説明したが、これら実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８１】
１０・・・情報処理装置、１８Ａ，１８Ｂ・・・スピーカ、１２２・・・メディアプレーヤ、１０４・・・サウンドコントローラ、１１３・・・マイクロフォン、２３１・・・測定用信号出力部、２２１・・・Ｄ／Ａコンバータ、２２２・・・アンプリファイア、２２３・・・マイクアンプリファイア、２２４・・・Ａ／Ｄコンバータ、２３３・・・インパルス応答演算部、２４１・・・ＴＳＰ信号データ、２３４・・・周波数特性演算部、２３５・・・周波数特性データ、２４２・・・逆ＴＳＰ信号データ
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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