(57)【要約】【課題】  従来の周波数解析方法では、時間分解能と周波数分解能の両方を同時には良くはできないことである。【解決手段】  入力信号を時々刻々に与えられる所定数ｎ個の解析ブロック１０１，・・・，１００+ｎ、それぞれの解析ブロック内には、入力信号の周波数範囲を制限するオクターブフィルタバンクを構成する１個の帯域通過フィルタ１０、周波数範囲を制限された信号のレベル及び周波数の単一の値を算出して解析ブロックから出力するレベル及び周波数の算出器２０、及びすべての解析ブロックから得られたレベルと周波数の値を、縦横軸のうち一方の軸を時間に取り又他方の軸を周波数に取る図に，レベルを濃淡または色に対応させて表示する表示器２００よりなるものである。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号を時々刻々に与えられる所定数ｎ個の解析ブロック（１０１，・・・，１００+ｎ）、それぞれの解析ブロック内には、入力信号の周波数範囲を制限するオクターブフィルタバンクを構成する１個の帯域通過フィルタ（１０）、周波数範囲を制限された信号のレベル及び周波数の単一の値を算出して解析ブロックから出力するレベル及び周波数の算出器（２０）よりなることを特徴とする周波数解析装置。
【請求項２】
入力信号を時々刻々に与えられる所定数ｎ個の解析ブロック（１０１，・・・，１００+ｎ）、それぞれの解析ブロック内には、入力信号の周波数範囲を制限するオクターブフィルタバンクを構成する１個の帯域通過フィルタ（１０）、周波数範囲を制限された信号のレベル及び周波数の単一の値を算出して解析ブロックから出力するレベル及び周波数の算出器（２０）、及びすべての解析ブロックから得られたレベルと周波数の値を、縦横軸のうち一方の軸を時間に取り又他方の軸を周波数に取る図に，レベルを濃淡または色に対応させて表示する表示器（２００）よりなることを特徴とする周波数解析装置。
【請求項３】
入力信号を時々刻々に与えられる所定数ｎ個の解析ブロック（１０１，・・・，１００+ｎ）、それぞれの解析ブロック内には、入力信号の周波数範囲を制限するオクターブフィルタバンクを構成する１個のデジタル帯域通過フィルタ（１０）、周波数範囲を制限された信号のレベル及び周波数の単一の値を算出して解析ブロックから出力するレベル及び周波数の算出器（２０）、及びすべての解析ブロックから得られたレベルと周波数の値を、縦横軸のうち一方の軸を時間に取り又他方の軸を周波数に取る図に、レベルを濃淡または色に対応させて表示する表示器（２００）よりなり、且つ前記デジタル帯域通過フィルタを該フィルタの出力（Ｙ）と同時に該フィルタ内部で計算される変数（Ｑ）の値に出力（Ｙ）と同じゲインとなるような係数を乗じてあらためて出力（Ｑ）とすることにより出力（Ｙ）とは直交する出力を得るところの直交２出力型デジタル帯域通過フィルタ（１０）としたことを特徴とする周波数解析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音響、通信及び計測制御信号の信号解析において、継続時間が短いとか周波数が短時間に変化するような単一あるいは複数の過渡的な周波数成分を含む信号に対して、周波数成分の有無及び周波数の値を解析する周波数解析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、過渡信号の周波数解析は、信号を短時間の範囲に区切り順次に高速フーリエ変換を行う短時間高速フーリエ変換を使用するか、周波数範囲を定比帯域に区切りそれぞれの周波数帯域を通過させる帯域通過フィルタを並列に設けたオクターブフィルタバンクを使用することにより、行っていた。
【０００３】
しかしながら、短時間高速フーリエ変換においては、数学的な制約により、時間分解能と周波数分解能の両方共を同時には高分解能とすることができず、人の音声や鯨の鳴音の程度に成分が変化する信号に対しては、声紋分析の表示画面に見られるようにモザイク状の表示になるという問題点がある。また、オクターブフィルタバンクにおいては、周波数分解能を高くしようとして個々の帯域通過フィルタの帯域幅を狭くすると時間分解能に相当するフィルタ応答時間が長くなり、時間分解能が劣化するという問題点がある。
【特許文献１】特開平８−２８６６９９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
発明が解決しようとする課題は、上記の従来の短時間高速フーリエ変換あるいはオクターブフィルタバンクによる周波数解析方法では、鯨の鳴音の程度に変化する過渡信号に対して、時間分解能と周波数分解能の両方を同時には良くはできないことである。本発明は、継続時間が短いとか周波数が短時間に変化するような単一あるいは複数の周波数成分を含む過渡信号に対して、時間分解能と周波数分解能ともに良い、周波数成分の有無及び周波数の値を解析できる周波数解析装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
図面を参考にして説明する。第一の発明に係る周波数解析装置は、入力信号を時々刻々に与えられる所定数ｎ個の解析ブロック１０１，・・・，１００+ｎ、それぞれの解析ブロック内には、入力信号の周波数範囲を制限するオクターブフィルタバンクを構成する１個の帯域通過フィルタ１０、周波数範囲を制限された信号のレベル及び周波数の単一の値を算出して解析ブロックから出力するレベル及び周波数の算出器２０よりなるものである。
【０００６】
第二の発明に係る周波数解析装置は、入力信号を時々刻々に与えられる所定数ｎ個の解析ブロック１０１，・・・，１００+ｎ、それぞれの解析ブロック内には、入力信号の周波数範囲を制限するオクターブフィルタバンクを構成する１個の帯域通過フィルタ１０、周波数範囲を制限された信号のレベル及び周波数の単一の値を算出して解析ブロックから出力するレベル及び周波数の算出器２０、及びすべての解析ブロックから得られたレベルと周波数の値を、縦横軸のうち一方の軸を時間に取り又他方の軸を周波数に取る図に、レベルを濃淡または色に対応させて表示する表示器２００よりなるものである。
【０００７】
第三の発明に係る周波数解析装置は、入力信号を時々刻々に与えられる所定数ｎ個の解析ブロック１０１，・・・，１００+ｎ、それぞれの解析ブロック内には、入力信号の周波数範囲を制限するオクターブフィルタバンクを構成する１個のデジタル帯域通過フィルタ１０、周波数範囲を制限された信号のレベル及び周波数の単一の値を算出して解析ブロックから出力するレベル及び周波数の算出器２０、及びすべての解析ブロックから得られたレベルと周波数の値を、縦横軸のうち一方の軸を時間に取り又他方の軸を周波数に取る図に、レベルを濃淡または色に対応させて表示する表示器２００よりなり、且つ前記デジタル帯域通過フィルタを該フィルタの出力Ｙと同時に該フィルタ内部で計算される変数Ｑの値に出力Ｙと同じゲインとなるような係数を乗じてあらためて出力Ｑとすることにより出力Ｙとは直交する出力を得るところの直交２出力型デジタル帯域通過フィルタ１０としたものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は以上のように構成されるため、鯨の鳴音や人の音声の程度に継続時間が短いとか周波数が短時間に変化するような単一あるいは複数の周波数成分を含む過渡信号に対して、時間分解能と周波数分解能ともに良い、周波数成分の有無及び周波数の値を解析できる周波数解析結果を与えることが出来、適用範囲が拡がり、極めて有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１によって説明すると、１０１，・・・，１００＋ｎはｎ個の解析ブロックであり、入力信号を並列に与えられて、それぞれの周波数帯域内における信号のレベル及び周波数の単一の値を算出して出力するものであり、それぞれの解析ブロックでは、１０はオクターブフィルタバンクを構成するひとつの帯域通過フィルタであって、入力される信号の周波数帯域を制限し、２０はレベル及び周波数の算出器であって制限された周波数帯域内信号のレベルと周波数の単一の値を算出するものである。２００は表示器であってレベルと周波数の値を、縦横軸のうち一方の軸を時間に取り又他方の軸を周波数に取る図に、レベルを濃淡または色に対応させて表示するものである。  
なお、本発明に利用可能な構成品の例を図２に示す。１１は直交２出力型帯域通過フィルタであってデジタル帯域通過フィルタの出力Ｙと同時に該フィルタ内部で計算される変数Ｑの値に出力Ｙと同じゲインとなるような係数を乗じてあらためて出力Ｑとすることにより、出力Ｙとは直交する出力を得るものである。（これは、本件出願人の出願に係る特願２００２−１７９７４０号に記載してある。）
２１乃至２７はレベル及び周波数算出器であって、周波数伝達特性の減衰傾斜部において伝達率が−３デシベルとなる周波数が直交２出力型帯域通過フィルタ１１の中心周波数に一致する低域通過フィルタ２１と２２、及び高域通過フィルタ２３と２４を設けたものである。（これは、特許第２７２７１６７号公報のドップラー周波数測定器において入力部の帯域通過フィルタを削除したものである。）
【００１０】
２１及び２２は低域通過フィルタでありそれぞれ互いに直交する信号を入力されて中心周波数の近傍で信号周波数が高くなるほど小さい値を出力する。２５は二乗平均器であって直交している２個の入力の二乗和を計算して、さらに平均することによりわずかに残るリップルを平滑化して低域通過フィルタ通過成分の二乗値を出力する。
【００１１】
同様に、２３及び２４は高域通過フィルタでありそれぞれ互いに直交する信号を入力されて中心周波数の近傍で信号周波数が高くなるほど大きい値を出力する。
【００１２】
２６は二乗平均器であって直交している２個の入力の二乗和を計算して、さらに平均することによりわずかに残るリップルを平滑化して高域通過フィルタ通過成分の二乗値を出力する。
【００１３】
２７は演算器であって既知の演算法により、信号の二乗値及び周波数の値を演算し、信号の二乗値から対数計算により信号レベルを計算して、信号のレベル及び周波数を出力するものである。（既知の演算法とは特許第２７２７１６７号公報開示の演算法である。）
【００１４】
なお、上記低域通過フィルタ２１、２２及び高域通過フィルタ２３、２４は減衰率が−３デシベルとなる近傍の周波数伝達率特性曲線が直線で近似できることが必要であり、例えば、デジタル低域／高域通過フィルタ装置及び方法のフィルタが利用可能である。（これは、本件出願人の出願に係る特願２００２−２７９２０１号に記載してある。）
【００１５】
本発明の作用について図３及び４により説明すると、３００は画面の例であって鯨の鳴音を周波数解析した結果を表示したものである。３１０は本発明の解析ブロック１０１，・・・，１００+ｎの出力を横軸に周波数、縦軸下向きに時間を取り、レベルを点の濃淡に対応させて図示したものであって信号の成分が時間により周波数を変化させる様子が明確な線として表示される。３２０は補助図であって特定の周波数範囲を拡大表示したものである。３３０は補助図であって入力信号の時間波形を表示したものである。３４０も補助図であって横軸を周波数、縦軸をレベルにとり３１０の表示において時刻を指定する３５０のカーソル線に対応した時刻の周波数とレベルを表示したものである。
【実施例】
【００１６】
４００は、からすの唄の出だしを模して人工的に作成した楽音を周波数解析した結果を表示したものである。４１０は本発明の解析ブロック１０１，・・・，１００+ｎの出力を横軸に時間、縦軸に音程を単位とする周波数を取り、レベルを点の濃淡に対応させて図示したものであって時間ごとに音程が正しく周波数解析され、故意に周波数を揺るがした「す」の音の周波数が時間とともに揺れている様子が明確に表示される。なお、図の内部にある文字「からす〜」は説明の便宜のために貼り付けたものであって表示画面を構成するものではない。４２０は補助図であって周波数軸の音程に対応させて配置した鍵盤である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施例を示す機器構成図である。
【図２】本発明の構成機器の詳細図である。
【図３】本発明の表示器画面の一例である。
【図４】本発明の表示器画面の二例目である。
【符号の説明】
【００１８】
１０    帯域通過フィルタ
１１    直交２出力型帯域通過フィルタ
２０    レベル及び周波数の算出器
２１    低域通過フィルタ
２２    低域通過フィルタ
２３    高域通過フィルタ
２４    高域通過フィルタ
２５    二乗和平均器
２６    二乗和平均器
２７    演算器
１００，・・・，１００＋ｎ    解析ブロック
２００    表示器
３００    表示器画面
３１０    周波数解析結果の濃淡あるいは色表示図
３２０    周波数解析結果の特定周波数範囲の拡大表示図
３３０    入力信号の波形図
３４０    周波数解析結果の特定時刻のレベル表示図
３５０    周波数結果の表示図内のカーソル線
４００    表示器画面
４１０    周波数解析結果の濃淡あるいは色表示図
４２０    周波数軸の音程に対応させた鍵盤図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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