(57)【要約】【課題】測定対象の周波数特性を高精度に測定する。【解決手段】周波数特性測定装置１００は、測定対象２００の周波数特性を測定する。測定対象２００は、例えばイコライザや音響空間である。信号生成部１２は、振幅スペクトルＱAが周波数軸に沿って直線状に連続する参照信号ＳREFを生成する。出力部１４は、参照信号ＳREFを測定対象２００に出力する。検出部２２は、測定対象２００の周波数特性を参照信号ＳREFに付加した測定信号ＳDETを検出する。信号解析部２４は、測定信号ＳDETの解析で測定対象２００の周波数特性Ｆを解析する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象の周波数特性を測定する装置であって、
振幅スペクトルが周波数軸に沿って連続する参照信号を生成する信号生成手段と、
前記参照信号を前記測定対象に出力する出力手段と、
前記測定対象の周波数特性を前記参照信号に付加した測定信号を検出する検出手段と、
前記測定信号を解析する信号解析手段と
を具備する周波数特性測定装置。
【請求項２】
前記信号生成手段は、振幅スペクトルが周波数軸に沿って連続する単位波形の複数個を時間軸上に配列した前記参照信号を生成し、
前記信号解析手段は、前記測定信号を同期加算する第１同期加算手段を含む
請求項１の周波数特性測定装置。
【請求項３】
前記信号解析手段は、
前記参照信号を同期加算する第２同期加算手段と、
前記第１同期加算手段による同期加算後の測定信号と前記第２同期加算手段による同期加算後の参照信号とを利用して前記測定対象の周波数特性を解析する特性解析手段と
を含む請求項２の周波数特性測定装置。
【請求項４】
前記信号生成手段は、振幅スペクトルの各周波数での振幅値が一定値となる前記参照信号を生成する
請求項１から請求項３の何れかの周波数特性測定装置。
【請求項５】
前記信号生成手段は、振幅スペクトルの振幅値が周波数に対して所定の変化率で変化する前記参照信号を生成する
請求項１から請求項３の何れかの周波数特性測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音響機器や音響空間の周波数特性を測定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
音響機器や音響空間などの測定対象の周波数特性を測定する様々な技術が従来から提案されている。例えば特許文献１には、ピンクノイズやインパルス波形などの参照信号を音響空間内に再生し、音響空間を経由して収音された測定信号を解析することで音響空間の周波数特性を測定する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６３−２３４６９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、参照信号の振幅スペクトルの振幅値は周波数軸に沿って乱雑に変動し、測定信号の周波数特性（スペクトル）には参照信号の振幅値の変動に起因した不規則な変動が更に重畳される。したがって、周波数特性の高精度な測定が困難であるという問題がある。以上の事情を考慮して、本発明は、測定対象の周波数特性を高精度に測定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以上の課題を解決するために、本発明の周波数特性測定装置は、振幅スペクトルが周波数軸に沿って連続する参照信号を生成する信号生成手段と、参照信号を測定対象に出力する出力手段と、測定対象の周波数特性を参照信号に付加した測定信号を検出する検出手段と、測定信号を解析する信号解析手段とを具備する。以上の構成においては、測定対象に供給される参照信号の振幅スペクトルが周波数軸に沿って連続するから、例えば、振幅スペクトルの振幅値が周波数軸に沿って変動するホワイトノイズやピンクノイズを測定対象に供給する場合と比較して、測定対象の実際に特性に近い周波数特性を測定することが可能である。
【０００６】
振幅スペクトルが周波数軸に沿って「連続する」とは、振幅スペクトルが周波数軸に沿って滑らかに連なること（直線状であるか曲線状であるかは不問である）を意味し、更に具体的には、振幅スペクトルに振幅値の局所的な変動（振幅値が不連続に変動する地点）がないことを意味する。したがって、振幅スペクトルの振幅値が実際には不連続に変動する通常のホワイトノイズやピンクノイズは、本発明における参照信号から除外される。
【０００７】
振幅スペクトルが周波数軸に沿って連続する単位波形の複数個が時間軸上に配列された参照信号を信号生成手段が生成する形態では、検出手段が生成する測定信号が周期信号となる。そこで、測定信号を同期加算する（具体的には、測定信号の周期の整数倍に相当する複数の同期区間を相互に加算する）第１同期加算手段を信号解析手段が含む構成も好適である。以上の構成によれば、検出手段にて生成された測定信号の雑音が第１同期加算手段による同期加算で低減されるから、測定信号に雑音が発生する環境でも、測定対象の周波数特性を高精度に測定できるという利点がある。
【０００８】
第１同期加算部を具備する形態の具体例において、信号解析手段は、参照信号を同期加算する第２同期加算手段と、第１同期加算手段による同期加算後の測定信号と第２同期加算手段による同期加算後の参照信号とを利用して測定対象の周波数特性を解析する特性解析手段とを含む。以上の態様においては、特性解析手段による解析に測定信号と参照信号とが利用されるから、例えば参照信号の影響を低減した高精度な周波数特性を特定できるという利点がある。また、参照信号の雑音が第２同期加算手段による同期加算で低減されるから、参照信号に雑音が発生する環境でも、測定対象の周波数特性を高精度に測定できるという格別の効果が実現される。
【０００９】
参照信号の典型例は、振幅スペクトルが周波数軸に沿って直線状に連続する信号である。具体的には、信号生成手段は、例えば、振幅スペクトルの各周波数での振幅値が一定値となる参照信号や、振幅スペクトルの振幅値が周波数に対して所定の変化率で変化する参照信号を生成する。何れの参照信号を適用した場合にも、測定対象の周波数特性を高精度に測定することが可能である。
【００１０】
以上の各態様に係る周波数特性測定装置は、周波数特性の測定に専用されるＤＳＰ（Digital Signal Processor）などのハードウェア（電子回路）によって実現されるほか、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの汎用の演算処理装置とプログラムとの協働によっても実現される。本発明に係るプログラムは、振幅スペクトルが周波数軸に沿って連続する参照信号を生成する信号生成処理と、参照信号を測定対象に出力する出力処理と、測定対象の周波数特性を参照信号に付加した測定信号を検出する検出処理と、測定信号を解析する信号解析処理とをコンピュータに実行させる。以上のプログラムによれば、本発明に係る周波数特性測定装置と同様の作用および効果が実現される。本発明のプログラムは、コンピュータが読取可能な記録媒体に格納された形態で利用者に提供されてコンピュータにインストールされるほか、通信網を介した配信の形態でサーバ装置から提供されてコンピュータにインストールされる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態に係る周波数特性測定装置のブロック図である。
【図２】参照信号の生成について説明するための概念図である。
【図３】信号解析部のブロック図である。
【図４】第１実施形態の効果を説明するための概念図である。
【図５】第２実施形態の参照信号の生成について説明するための概念図である。
【図６】第２実施形態の効果を説明するための概念図である。
【図７】第３実施形態における信号解析部のブロック図である。
【図８】第３実施形態の効果を説明するための概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜Ａ：第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る周波数特性測定装置１００のブロック図である。周波数特性測定装置１００は、測定対象２００の周波数特性を測定する計測器である。測定対象２００は、音声や信号に特定の周波数特性を付加する要素（音響機器や音響空間）である。外部から供給される信号に所定の周波数特性を付加して出力するイコライザを第１実施形態では測定対象２００として想定する。
【００１３】
図１に示すように、周波数特性測定装置１００は、信号生成部１２と出力部１４と検出部２２と信号解析部２４と結果出力部２６とを含んで構成される。周波数特性測定装置１００の各要素は、例えば汎用の演算処理装置（ＣＰＵ）がプログラムを実行することで実現される。なお、周波数特性測定装置１００の各要素を専用の電子回路（ＤＳＰ）で実現した構成や、周波数特性測定装置１００の各要素を別個の集積回路に分散した構成も採用され得る。
【００１４】
信号生成部１２は、参照信号ＳREFを生成する。参照信号ＳREFは、複数の単位波形Ｗを時間軸に沿って配列した時間領域の周期信号である。図２の部分(A)は各単位波形Ｗの振幅スペクトルＱAであり、図２の部分(B)は各単位波形Ｗの位相スペクトルＱPである。図２の部分(A)に示すように、参照信号ＳREFの各単位波形Ｗの振幅スペクトルＱAは、周波数軸に沿って直線状に連続する。具体的には、振幅スペクトルＱAの振幅値は全帯域にわたって一定値に維持される。他方、図２の部分(B)に示すように、位相スペクトルＱPの位相値は周波数軸に沿って不規則に変動する。
【００１５】
図１の信号生成部１２は、振幅スペクトルＱAと位相スペクトルＱPとに対して逆フーリエ変換を実行することで図２の部分(C)の単位波形Ｗを生成し、複数の単位波形Ｗを相互に連結することで参照信号ＳREFを生成する。したがって、単位波形Ｗは参照信号ＳREFの１周期分に相当する。なお、相前後する単位波形Ｗが時間軸上で部分的に重複するように各単位波形Ｗを連結して参照信号ＳREFを生成する方法も好適である。
【００１６】
図１の出力部１４は、信号生成部１２が生成した参照信号ＳREFを測定対象２００に出力する。他方、検出部２２は、測定対象２００を経由した参照信号ＳREFを測定信号ＳDETとして検出する。すなわち、測定信号ＳDETは、測定対象２００の周波数特性を参照信号ＳREFに付加した周期信号である。
【００１７】
信号解析部２４は、検出部２２が検出した測定信号ＳDETの解析で測定対象２００の周波数特性Ｆを特定する。周波数特性Ｆは、典型的にはパワースペクトルである。したがって、時間領域の測定信号ＳDETを例えばフーリエ変換で周波数領域の周波数特性Ｆに変換する要素が信号解析部２４として採用され得る。結果出力部２６は、信号解析部２４が測定した周波数特性Ｆを出力する。例えば、周波数特性Ｆを表示する表示機器や周波数特性Ｆを印刷する印刷機器が結果出力部２６として採用される。
【００１８】
図３は、信号解析部２４のブロック図である。図３に示すように、信号解析部２４は、周波数変換部３２と平均部３４とを含んで構成される。周波数変換部３２は、時間軸上のフレーム毎に測定信号ＳDETのスペクトル（パワースペクトル）Ｐを順次に生成する。スペクトルＰの生成には公知の技術（例えば高速フーリエ変換）が任意に採用される。平均部３４は、周波数変換部３２が生成した複数のスペクトルＰを平均（平滑化）することで周波数特性Ｆを生成する。
【００１９】
図４の部分(A)は、測定信号ＳDETのスペクトルＰ（平均部３４による処理前）である。また、図４の部分(B)には、通常のホワイトノイズを測定対象２００に供給した場合の測定信号のスペクトルＰ_WTが、参照信号ＳREFを使用した場合のスペクトルＰとの対比のために併記されている。図２の部分(D)に示すように、ホワイトノイズは、振幅スペクトルＱA_WTの振幅値が周波数に応じて所定の範囲内で不規則に変動する非周期雑音である。図４では、１ｋＨｚの成分を１０ｄＢだけ抑圧する周波数特性のイコライザ（ピーキングイコライザ）を測定対象２００として想定した。
【００２０】
図４の部分(B)に示すように、測定対象２００にホワイトノイズを供給した場合のスペクトルＰ_WTには、振幅スペクトルＱA_WT（図２の部分(D)）の振幅値の変動に起因した不規則な変化が発生する。他方、参照信号ＳREFを構成する各単位波形Ｗの振幅スペクトルＱAでは振幅値が広範囲にわたり一定値に維持されるから、図４の部分(A)に示すように、振幅スペクトルＱAの振幅値に起因した変動は測定信号ＳDETのスペクトルＰに殆ど発生しない。すなわち、測定対象２００にホワイトノイズを供給した場合と比較すると、測定対象２００の実際の周波数特性に近いスペクトルＰ（さらには周波数特性Ｆ）を特定できるという利点がある。
【００２１】
なお、測定対象２００に通常のホワイトノイズを供給した場合でも、平均部３４にて平均されるスペクトルＰ_WTの個数を充分に確保すれば、振幅スペクトルＱA_WTの振幅値の変動に起因した測定の誤差を低減することは可能である。しかし、多数のスペクトルＰ_WTを平均する必要があるから、平均部３４による処理の負荷が大きい（測定に長時間を要する）という問題がある。他方、参照信号ＳREFを利用する第１実施形態によれば、参照信号ＳREFの振幅スペクトルＱAに起因した変動が測定信号ＳDETのスペクトルＰに発生し難いから、平均部３４にて平均すべきスペクトルＰの個数を削減して平均部３４の負荷を軽減する（理想的には平均部３４による平均を省略する）ことが可能である。
【００２２】
＜Ｂ：第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、以下の各例示において作用や機能が第１実施形態と同等である要素については、以上と同じ符号を使用して各々の詳細な説明を適宜に省略する。
【００２３】
図５の部分(A)は、第２実施形態の参照信号ＳREFを構成する各単位波形Ｗの振幅スペクトルＱAである。図５の部分(A)に示すように、単位波形Ｗの振幅スペクトルＱAは、振幅値が周波数に対して所定の変化率で変化する（例えば−３ｄＢ／Ｏｃｔの傾斜で減少する）ように周波数軸に沿って直線状に連続する。図５の部分(B)に示す位相スペクトルＱPは第１実施形態（図２の部分(B)）と同様である。信号生成部１２は、振幅スペクトルＱAおよび位相スペクトルＱPに対する逆フーリエ変換で生成した単位波形Ｗ（図５の部分(C)）を周期的に配列することで参照信号ＳREFを生成する。
【００２４】
図６の部分(A)は、第１実施形態と同様の特性の測定対象２００に第２実施形態の参照信号ＳREFを供給した場合の測定信号ＳDETのスペクトルＰであり、図６の部分(B)は、通常のピンクノイズを測定対象２００に供給した場合の測定信号のスペクトルＰ_PKである。図５の部分(D)に示すように、ピンクノイズは、振幅スペクトルＱA_PKの振幅値が概略的には周波数に反比例するように不規則に変動する非周期雑音である。図６の部分(A)と部分(B)との対比で把握されるように、第２実施形態においても第１実施形態と同様の効果が実現される。すなわち、測定対象２００にピンクノイズを供給した場合と比較すると、測定対象２００の実際の周波数特性に近いスペクトルＰ（さらには周波数特性Ｆ）を特定できるという利点がある。
【００２５】
＜Ｃ：第３実施形態＞
図７は、第３実施形態に係る周波数特性測定装置１００の信号解析部２４のブロック図である。図７に示すように、信号解析部２４は、第１同期加算部４１と第２同期加算部４２と特性解析部４４とを含んで構成される。第２同期加算部４２は、第１実施形態または第２実施形態の信号生成部１２が生成した参照信号ＳREFを時間軸上で区分した複数の同期区間を相互に加算（同期加算）することで時間領域の参照信号ＸREFを生成する。参照信号ＳREFの各同期区間は、相互に同期する区間（位相が合致する区間）である。具体的には、参照信号ＳREFのうち単位波形Ｗの所定個に相当する区間（周期の整数倍に相当する区間）が同期区間として選定される。例えば、第２同期加算部４２は、信号生成部１２から供給される参照信号ＳREFを単位波形Ｗ毎（周期毎）に区分した複数の同期区間を相互に加算（平均）することで参照信号ＸREFを生成する。第２同期加算部４２は、参照信号ＳREFの同期加算を反復することで参照信号ＸREFを順次に生成する。
【００２６】
第１同期加算部４１は、検出部２２が検出した測定信号ＳDETの複数の同期区間を相互に加算（同期加算）することで測定信号ＸDETを生成する。検出部２２が検出する測定信号ＳDETは、参照信号ＳREFの周期性を反映した周期信号（参照信号ＳREFの単位波形Ｗに相当する区間を１周期とする信号）である。したがって、測定信号ＳDETのうち単位波形Ｗの所定個に相当する区間（測定信号ＳDETの周期の整数倍に相当する区間）が同期区間として選定される。例えば、第１同期加算部４１は、測定信号ＳDETを単位波形Ｗ毎（周期毎）に区分した複数の同期区間を相互に加算（平均）することで測定信号ＸDETを生成する。第１同期加算部４１は、測定信号ＳDETの同期加算を反復することで測定信号ＸDETを順次に生成する。
【００２７】
図７の特性解析部４４は、第１同期加算部４１による同期加算後の測定信号ＸDETと第２同期加算部４２による同期加算後の参照信号ＸREFとを利用して測定対象２００の周波数特性Ｆを解析する。図７に示すように、特性解析部４４は、周波数変換部５２と信号処理部５４と平均部５６とを含んで構成される。
【００２８】
周波数変換部５２は、第１同期加算部４１が生成する各測定信号ＸDETのスペクトルＰDETと、第２同期加算部４２が生成する各参照信号ＸREFのスペクトルＰREFとを順次に生成する。信号処理部５４は、スペクトルＰDETとスペクトルＰREFとに対する所定の処理でスペクトルＰXを生成する。例えば、信号処理部５４は、スペクトルＰREFの成分をスペクトルＰDETから低減することで、参照信号ＳREFの影響を測定信号ＳDETから抑制した成分のスペクトルＰXを生成する。平均部５６は、信号処理部５４が順次に生成する複数のスペクトルＰXを平均することで周波数特性Ｆを生成する。平均部５６が生成した周波数特性Ｆが結果出力部２６から出力される。
【００２９】
図８の部分(A1)および部分(A2)は、第２実施形態の参照信号ＳREFを測定対象２００に供給した場合に信号解析部２４（特性解析部４４）が出力する周波数特性Ｆ（部分(A1)）および信号解析部２４の出力のコヒーレンス特性（部分(A2)）である。他方、図８の部分(B1)および部分(B2)は、ピンクノイズを測定対象２００に供給した場合に信号解析部２４が出力する周波数特性（部分(B1)）およびコヒーレンス特性（部分(B2)）である。通常のピンクノイズには周期性（規則性）がなく同期加算を実行できないから、図８の部分(B1)および部分(B2)では、第１同期加算部４１および第２同期加算部４２を省略した場合を想定している。図８の部分(A2)および部分(B2)のコヒーレンス特性は、周波数特性測定装置１００の各要素で発生する雑音の影響の程度を示す指標（０から１００までの数値）であり、コヒーレンスが高いほど雑音の影響が低減されていることを意味する。
【００３０】
図８の部分(A1)および部分(B1)から理解されるように、第３実施形態においても、測定対象２００の実際の特性に近い周波数特性Ｆを特定することが可能である。また、図８の部分(A2)と部分(B2)との対比で把握されるように、第１同期加算部４１による参照信号ＳREFの同期加算と第２同期加算部４２による測定信号ＳDETの同期加算とを実行することで、各同期加算を省略した構成（図８の部分(B2)）と比較してコヒーレンス特性が改善される。すなわち、周波数特性測定装置１００の各要素にて発生する雑音の影響が低減されるという利点がある。
【００３１】
＜Ｄ：変形例＞
以上の各形態は多様に変形され得る。具体的な変形の態様を以下に例示する。以下の例示から任意に選択された２以上の態様は適宜に併合され得る。
【００３２】
（１）変形例１  
測定対象２００は任意である。具体的には、イコライザ以外の音響機器（例えばアンプやスピーカやマイク）を測定対象２００として周波数特性Ｆを測定する場合にも以上の各形態が同様に適用される。また、音響空間を測定対象２００として周波数特性Ｆを測定することも可能である。音響空間を測定対象２００とする場合には、参照信号ＳREFに応じた音波を放射する放音機器が出力部１４として採用され、音響空間内の伝播（反射・拡散）時に音響空間の周波数特性が付加された音波を収音して測定信号ＳDETを生成する収音機器が検出部２２として採用される。以上の例示から理解されるように、各形態の出力部１４は、参照信号ＳREFを測定対象２００に出力する要素として包括され、電気信号および再生音響（音波）の何れの形態で参照信号ＳREFを測定対象２００に出力するのかは不問である。
【００３３】
（２）変形例２  
信号生成部１２の具体的な構成は任意である。例えば、単位波形Ｗを記憶する記憶回路（図示略）から単位波形Ｗを取得および連結することで信号生成部１２が参照信号ＳREFを生成する構成や、参照信号ＳREFを記憶する記憶回路から信号生成部１２が参照信号ＳREFを取得する構成も採用され得る。また、通信線（通信網）を介して外部から参照信号ＳREFを取得する要素も信号生成部１２として採用される。
【００３４】
（３）変形例３  
参照信号ＳREFの波形は以上の例示から適宜に変更され得る。例えば、参照信号ＳREFの周期性は本発明にとって必須ではない。また、以上の各形態では、単位波形Ｗ（参照信号ＳREF）の位相スペクトルＱPが周波数軸に沿って不規則に変動する場合を例示したが、単位波形Ｗの位相スペクトルＱPは任意に変更される。例えば、位相スペクトルＱPの位相値が全帯域にわたって一定値に維持される単位波形Ｗ（インパルス波形）から信号生成部１２が参照信号ＳREFを生成する構成も採用され得る。振幅スペクトルＱAの直線性も本発明にとって必須ではない。すなわち、周波数軸に沿って振幅スペクトルＱAが曲線状に連続する参照信号ＳREFを利用した場合にも以上の各形態と同様の効果が実現される。すなわち、本発明に採用され得る参照信号ＳREFは、振幅スペクトルＱAが周波数軸に沿って連続する（すなわち、局所的な振幅の変動がなく周波数軸に沿って滑らかに連なる）時間領域の信号として包括され、周期性または直線性の有無や位相スペクトルＱPの如何は不問である。
【００３５】
（４）変形例４  
信号解析部２４の構成は適宜に変更される。例えば、図３の平均部３４を省略した構成（周波数変換部３２が生成したスペクトルＰを測定対象２００の周波数特性Ｆとして出力する構成）や、図７の第２同期加算部４２を省略した構成（測定信号ＳDETの同期加算の結果のみから周波数特性Ｆを解析する構成）も採用され得る。
【符号の説明】
【００３６】
１００……周波数特性測定装置、２００……測定対象、１２……信号生成部、１４……出力部、２２……検出部、２４……信号解析部、２６……結果出力部、３２，５２……周波数変換部、３４，５６……平均部、４１……第１同期加算部、４２……第２同期加算部、４４……特性解析部、５４……信号処理部、ＳREF，ＸREF……参照信号、ＳDET，ＸDET……測定信号、Ｆ……周波数特性、ＱA……振幅スペクトル、ＱP……位相スペクトル。
【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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