(57)【要約】【課題】インパルス応答の測定用として、エリアシングの信号成分が抑制され、エリアシングの影響が低減して、より正確なインパルス応答を求めることができるＴＳＰ信号が得られるようにする。【解決手段】インパルス応答測定用のＴＳＰ信号として、関数β（ｎ）の導入によって、離散周波数ｎがＮ／２以下の領域では、離散周波数ｎがＣ以上、Ｎ／２以下の高域でのみ、スペクトルが減衰するＴＳＰ信号（高域減衰ＴＳＰ信号）を生成する。Ｎ／２はサンプリング周波数Ｆｓの１／２に相当する離散周波数、ＣはＮ／２より低い離散周波数である。これによって、Ｆｓ／２近辺の帯域でのエリアシングの信号成分が抑制され、エリアシングの影響が低減する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インパルス応答測定用のＴＳＰ（Ｔｉｍｅ  Ｓｔｒｅｔｃｈｅｄ  Ｐｕｌｓｅ）信号として、離散周波数ｎがＮ／２以下の領域では、離散周波数ｎがＣ以上、Ｎ／２以下の高域でのみ、スペクトルが減衰する高域減衰ＴＳＰ信号を生成する信号生成方法。ただし、Ｎ／２はサンプリング周波数Ｆｓの１／２に相当する離散周波数、ＣはＮ／２より低い離散周波数である。
【請求項２】
インパルス応答測定用のＴＳＰ信号として、請求項１に記載の高域減衰ＴＳＰ信号を生成する信号生成装置。
【請求項３】
インパルス応答測定用のＴＳＰ信号として請求項１に記載の高域減衰ＴＳＰ信号を生成するステップと、
その生成した高域減衰ＴＳＰ信号をアナログ信号に変換してスピーカに供給するステップと、
前記スピーカが置かれた空間に置かれたマイクロフォンで音を収集するステップと、
前記マイクロフォンからの応答信号をデジタル応答信号に変換するステップと、
前記デジタル応答信号を応答解析用の関数によって解析するステップと、
を備えるインパルス応答測定方法。
【請求項４】
インパルス応答測定用のＴＳＰ信号を生成するためにコンピュータを、
前記ＴＳＰ信号として、離散周波数ｎがＮ／２以下の領域では、離散周波数ｎがＣ以上、Ｎ／２以下の高域でのみ、スペクトルが減衰する高域減衰ＴＳＰ信号を生成する手段として機能させる信号生成用プログラム。ただし、Ｎ／２はサンプリング周波数Ｆｓの１／２に相当する離散周波数、ＣはＮ／２より低い離散周波数である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、インパルス応答測定用のＴＳＰ（Ｔｉｍｅ  Ｓｔｒｅｔｃｈｅｄ  Ｐｕｌｓｅ）信号を生成する方法および装置、およびインパルス応答を測定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）やデジタル放送などの普及により、ユーザがマルチチャンネルの音響聴取システムを設定する機会が増えており、同時に、マルチチャンネルのスピーカの設定におけるユーザの煩雑さを解消するために、ＡＶアンプやホームシアターの機器自体が自動的に音場を測定し、その解析結果に基づいてコンテンツ再生時の補正処理を行う「自動音場測定補正」機構を搭載するシステムが増加しつつある。
【０００３】
スピーカからマイクロフォンまでのインパルス応答を測定によって求めることができれば、その周波数振幅特性を周波数特性の補正に使用することは勿論、その時間波形からタイムアライメントを算出することが可能となり、非常に便利である。
【０００４】
インパルス応答の測定には、ＴＳＰ信号が有効とされる。図５に、ＴＳＰ信号を表す式、および逆フィルタを表す式を示す。これは、特許文献１（特許第２７２５８３８号公報）に示されているものと等価であり、多くの文献でＯＡＴＳＰ信号と称されているものである。図５の式（１２）（１６）中の＊（アスタリスク）は、複素共役を表す。以下、図５の式（１１）（１２）で表されるＴＳＰ信号を高域非減衰ＴＳＰ信号と称する。
【０００５】
図６に、この高域非減衰ＴＳＰ信号の、離散周波数ｎに対する特性を示す。図示するように、式（１１）（１２）で表されるＴＳＰ信号は、サンプリング周波数Ｆｓの１／２に相当するＮ／２以下の帯域では、減衰量が０のフラットな特性を有する。
【０００６】
図７に、この高域非減衰ＴＳＰ信号を、ＩＦＦＴ（逆高速フーリエ変換）またはＩＤＦＴ（逆離散的フーリエ変換）によって時間軸ＴＳＰ波形に変換したときの概略波形を示す。Ｎ＝４０９６，ｍ＝２０４８とした場合であり、時間振幅値１．０を最大振幅として正規化している。
【０００７】
図８（Ａ）に、ＴＳＰ信号をＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）で作成し、スピーカで再生し、空間測定のためにマイクロフォンで測定する系を示す。
【０００８】
この系では、ＤＳＰ２１でＴＳＰ信号が生成され、ＤＡコンバータ２２で、そのＴＳＰ信号がアナログ信号に変換され、増幅回路２３で、そのアナログ信号が増幅され、スピーカ２４で音が出力される。さらに、スピーカ２４が置かれた空間２５に置かれたマイクロフォン２６で音が収集され、増幅回路２７で、そのマイクロフォン２６からの応答信号が増幅され、ＡＤコンバータ２８で、その応答信号がデジタル応答信号に変換され、応答解析部２９で応答が解析される。
【０００９】
この系によって、スピーカ特性、空間特性およびマイクロフォン特性が畳み込まれた特性が、ＴＳＰ応答として応答解析部２９で解析され、特に逆ＴＳＰ信号を直線上または循環上で畳み込むことによって、インパルス応答を求めることができる。
【００１０】
特許文献１では、このようなＴＳＰ信号（入力信号）としては、全ての離散周波数において平坦なスペクトルを有し、位相特性が連続で、かつ離散周波数の自乗に比例し、さらに標本数の１／２の離散周波数におけるＴＳＰ信号（入力信号）の離散的フーリエ変換が１＋ｊ０となるような波形であることが望ましいとされている。
【００１１】
上に挙げた先行技術文献は、以下の通りである。
【特許文献１】特許第２７２５８３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
インパルス応答測定用のＴＳＰ信号を、特許文献１に示され、多くの文献でＯＡＴＳＰ信号と称されている図５の式（１１）（１２）で表されるものとした場合、図８（Ａ）の系を実際の機器に構成してＴＳＰ信号を再生し、ＤＡコンバータ２２の出力側の点ＰＲＥＯＵＴでＴＳＰ信号を観測し、測定した応答波形につき周波数軸上の振幅を解析すると、図９（Ａ）（Ｂ）に示すようになる。
【００１３】
作成したＴＳＰ信号のサンプリング周波数Ｆｓは４８ｋＨｚ、観測点ＰＲＥＯＵＴで観測したサンプリング周波数Ｆｓは９６ｋＨｚであり、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）中の２０ｋＨｚ〜３０ｋＨｚの部分を拡大したものである。
【００１４】
Ｆｓ＝９６ｋＨｚでの解析は、作成時（Ｆｓ＝４８ｋＨｚ）のＴＳＰ信号と同じ時間幅となるように４０９６サンプルの倍の８１９２サンプルで実行したものである。
【００１５】
入力したＴＳＰ信号のサンプリング周波数Ｆｓは４８ｋＨｚであるため、本来的には、Ｆｓ＝４８ｋＨｚの１／２のＦｓ／２＝２４ｋＨｚ以上の周波数成分は出現しないが、実際には、図９（Ａ）（Ｂ）に示すように２４ｋＨｚ以上の周波数成分が含まれていることが分かる。
【００１６】
このように２４ｋＨｚ以上の周波数成分が含まれているため、結果として、スピーカ２４、空間２５およびマイクロフォン２６の、それぞれ２４ｋＨｚ以上の帯域における特性が反映されてしまい、測定したインパルス応答は不確かなものとなってしまう。
【００１７】
この原因の解析のために、通常のＤＡコンバータのブロック構成を図８（Ｂ）に示す。図示するように、通常のＤＡコンバータは、インターポレーション３１、ΔΣモジュレータ３２、およびアナログＬＰＦ（Ｌｏｗ  Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ）３３によって構成され、ＤＡコンバータのメイン部分であるΔΣモジュレータ３２内には、デジタルＬＰＦを含んでいる。
【００１８】
この場合、Ｆｓ／２（上記の例では２４ｋＨｚ）以上の帯域に対して、ΔΣモジュレータ３２内のデジタルＬＰＦおよびアナログＬＰＦ３３の減衰効果が不十分であると、上記のようにＦｓ／２近辺の帯域にエリアシング（イメージング）の信号成分を持つことになる。
【００１９】
一般的なＤＡコンバータの目的は、音楽信号などの再生がメインであり、その場合は、Ｆｓ／２（例えば２４ｋＨｚ）近辺に含まれる音自体のレベルは非常に小さいものであり、かつ、かりに、この帯域の信号がエリアシングの影響を受けたとしても、可聴帯域以上のものであれば音質的な影響は少ない。
【００２０】
しかしながら、インパルス応答の測定に使用する場合には、影響を受ける。特に、インパルス応答の立ち上がりについては、立ち上がり部分の影響が考えられる。
【００２１】
そこで、この発明は、インパルス応答の測定用として、エリアシングの信号成分が抑制され、エリアシングの影響が低減して、より正確なインパルス応答を求めることができるＴＳＰ信号が得られるようにしたものである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
この発明の信号生成方法では、インパルス応答測定用のＴＳＰ信号として、離散周波数ｎがＮ／２以下の領域では、離散周波数ｎがＣ以上、Ｎ／２以下の高域でのみ、スペクトルが減衰するＴＳＰ信号（これを高域減衰ＴＳＰ信号と称する）を生成する。ただし、Ｎ／２はサンプリング周波数Ｆｓの１／２に相当する離散周波数、ＣはＮ／２より低い離散周波数である。
【００２３】
上記の信号生成方法によって生成された高域減衰ＴＳＰ信号は、離散周波数ｎがＣ以上、Ｎ／２以下の高域が減衰されたものであるため、Ｆｓ／２近辺の帯域でのエリアシングの信号成分が抑制される。したがって、その高域減衰ＴＳＰ信号を用いてインパルス応答を測定する場合には、エリアシングの影響が低減して、より正確なインパルス応答を求めることができる。
【発明の効果】
【００２４】
以上のように、この発明によれば、インパルス応答の測定用として、エリアシングの信号成分が抑制され、エリアシングの影響が低減して、より正確なインパルス応答を求めることができるＴＳＰ信号を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
この発明の信号生成方法によって生成するＴＳＰ信号、および、これに対応する応答解析用の関数は、図１の各式で表されるものとする。
【００２６】
図１の式（１）（２）は、ＴＳＰ信号を表すものであり、０≦ｎ≦Ｎ／２の場合の式（１）中に後述の関数β（ｎ）が存在することが特徴である。
【００２７】
図１の式（５）（６）は、応答解析用の関数を表すものであり、便宜上、関数Ｈ（ｎ）の逆関数の形式でＨ−１（ｎ）とするが、γ（ｎ）＝β（ｎ）としたとき、関数Ｈ（ｎ）の逆関数となる。式（２）（６）中の＊（アスタリスク）は、複素共役を表す。
【００２８】
関数β（ｎ）は、減衰カーブを表す。図２に、離散周波数ｎに相当する周波数インデックスに対するβ（ｎ）の特性を示す。
【００２９】
メインとなる帯域では、β（ｎ）は０ｄＢであり、減衰量は０であるが、減衰開始点Ｃの周波数インデックスから、Ｆｓ／２の周波数に相当するＮ／２の周波数インデックスまでの帯域（減衰幅Ｗｉ）では、周波数インデックスが大きいほど（周波数が高いほど）、減衰量が大きくなる（β（ｎ）が低くなる）ように、β（ｎ）を設定する。
【００３０】
図２は、減衰幅Ｗｉ内で減衰量が直線的に変化する場合であるが、減衰カーブは窓関数の一部や指数関数の一部などを用いた曲線としてもよい。
【００３１】
図３に、式（１）（２）で表される高域減衰ＴＳＰ信号を、ＩＦＦＴ（逆高速フーリエ変換）またはＩＤＦＴ（逆離散的フーリエ変換）によって時間軸ＴＳＰ波形に変換したときの概略波形を示す。図５の式（１１）（１２）で表される高域非減衰ＴＳＰ信号の場合の図７と同様に、Ｎ＝４０９６，ｍ＝２０４８とした場合であり、時間振幅値１．０を最大振幅として正規化している。
【００３２】
図３では、図７に比べて、４０００サンプル以上のサンプル数のところで振幅が大きく減少している。
【００３３】
Ｆｓ／２近辺の帯域については、図９に示したようにＦｓ／２（例えば２４ｋＨｚ）以上の本来再生されるべきではない周波数に音が回り込むことがないように、実際的なＤＡコンバータの特性に応じて十分な減衰が必要である。この発明では、これを、減衰幅ＷｉやＦｓ／２での減衰量Ｒｄ、および減衰カーブを設定することによって実現する。
【００３４】
具体例として、例えば、Ｆｓ／２（例えば２４ｋＨｚ）での減衰量Ｒｄを−６０ｄＢとする。これは、図９の特性を見ると、６０ｄＢ減衰した点でアナログ周辺ノイズが観測されるため、Ｆｓ／２（例えば２４ｋＨｚ）で６０ｄＢの信号減衰があれば好ましいからである。
【００３５】
図５の式（１１）（１２）で表される高域非減衰ＴＳＰ信号の波形を図４（Ａ）に示し、図１の式（１）（２）で表される高域減衰ＴＳＰ信号の波形を図４（Ｂ）（Ｃ）に示す。
【００３６】
いずれも、Ｎ＝４０９６，ｍ＝２０４８とした場合であり、時間振幅値０．５を最大振幅として正規化している。また、図４（Ｂ）は、Ｒｄ＝−６０ｄＢ，Ｗｉ＝１０とした場合、図４（Ｃ）は、Ｒｄ＝−６０ｄＢ，Ｗｉ＝７５とした場合である。
【００３７】
図４（Ｂ）のように減衰幅Ｗｉを比較的狭くするか、図４（Ｃ）のように減衰幅Ｗｉを比較的広くするかは、測定系のＤＡコンバータの性能に応じて決定するのが好ましい。
【００３８】
特にスピーカの測定の場合、不要帯域での再生は余計な共振や歪みに繋がる可能性もあるので、これを避けるために、この発明の方法によって上記のような高域減衰ＴＳＰ信号を生成し、インパルス応答の測定に用いると、好適である。
【００３９】
この発明による高域減衰ＴＳＰ信号を用いてインパルス応答を測定する場合の系も、一例として図８に示したように構成する。
【００４０】
この場合、応答をどう解析するかによって、図１の式（５）中のγ（ｎ）を決定する。具体的に、γ（ｎ）＝β（ｎ）とすれば、式（５）（６）は、式（１）（２）の逆関数となり、逆フィルタを構成するが、γ（ｎ）＝１として、応答をフラットな特性で抽出し、または、γ（ｎ）＝１／β（ｎ）として、応答に対しても高域を減衰させるようにしてもよい。
【００４１】
この発明の目的を達成するために、例えば、図８（Ａ）の系において、ＤＳＰ２１では図５の式（１１）（１２）で表される高域非減衰ＴＳＰ信号を生成し、ＤＡコンバータ２２内のＬＰＦまたはＤＡコンバータ２２外のＬＰＦで上記の帯域（周波数インデックスがＣ〜Ｎ／２の帯域）を減衰させることも考えられるが、そうすると、減衰カーブを急峻にするために、ＬＰＦのタップ数を多くしなければならず、信号の遅延や位相変化を生じ、測定誤差を生じる。
【００４２】
これに対して、この発明では、ＤＳＰでの信号生成段階で高域減衰ＴＳＰ信号を生成するので、信号の遅延や位相変化を生じないとともに、既存のハードウェア部分を変更することなく、ソフトウェア（プログラム）を変更または追加するだけで、目的を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】この発明の方法によるＴＳＰ信号を表す関数を示す図である。
【図２】この発明の方法によるＴＳＰ信号の特性を示す図である。
【図３】この発明の方法によるＴＳＰ信号の波形を示す図である。
【図４】高域非減衰ＴＳＰ信号の波形と高域減衰ＴＳＰ信号の波形を比較して示す図である。
【図５】従来の方法によるＴＳＰ信号を表す関数を示す図である。
【図６】従来の方法によるＴＳＰ信号の特性を示す図である。
【図７】従来の方法によるＴＳＰ信号の波形を示す図である。
【図８】ＴＳＰ信号を用いるインパルス応答測定系の一例を示す図である。
【図９】図８の測定系で従来の方法によるＴＳＰ信号を用いた場合のエリアシングを示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
主要部については図中に全て記述したので、ここでは省略する。
【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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【図９】
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