JP2012028874A - Reproduction frequency analysis apparatus and program thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、音源からの音をスピーカで再生する際に、聴取位置における再生周波数特性を調整する技術に関し、特に、スピーカを利用して音響を再生する音響再生システムに対して再生周波数を分析し、最適化したイコライジング用のパラメータを決定する再生周波数分析装置及びそのプログラムに関する。 The present invention relates to a technique for adjusting a reproduction frequency characteristic at a listening position when sound from a sound source is reproduced by a speaker, and in particular, the reproduction frequency is analyzed for an acoustic reproduction system that reproduces sound using a speaker. The present invention relates to a reproduction frequency analyzer for determining optimized equalizing parameters and a program thereof.
従来、室内の各所に聴取者を取り囲むように複数（２個以上の）スピーカを設置し、これらのスピーカを駆動することで、立体的な音響空間を再現できることが知られている。例えば、２２．２マルチチャンネル音響のような多数のスピーカを駆動することで高さ方向も含めた立体的な音響空間の再現が可能となる。 Conventionally, it is known that a three-dimensional acoustic space can be reproduced by installing a plurality (two or more) speakers so as to surround a listener at various locations in a room and driving these speakers. For example, by driving a large number of speakers such as 22.2 multi-channel sound, a three-dimensional sound space including the height direction can be reproduced.
一方、スピーカを利用して音響を再生する音響再生システムにおいて、カラレーションやハウリングが発生しないような音響特性となるように、当該音響の周波数特性を調整するためのイコライザが用いられる技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。 On the other hand, in a sound reproduction system that reproduces sound using a speaker, a technique is known in which an equalizer for adjusting the frequency characteristic of the sound is used so that the sound characteristic does not cause coloration or howling. (For example, refer to Patent Document 1).
イコライザのパラメータは、一般的に周波数特性上のピークを無くすように設定されるものであり、イコライジングを行う場合、このピークのゲインが所定の値（目標レベル）以下となるようにパラメトリックイコライザの特性を決定するにあたり、中心周波数と、中心周波数に対するゲイン及びＱ値（共振の鋭さを表す量であり、「帯域幅」とも称する）がイコライザのパラメータとなる。 The equalizer parameters are generally set so as to eliminate the peak in the frequency characteristics. When equalizing is performed, the parametric equalizer characteristics are set so that the gain of this peak is a predetermined value (target level) or less. Is determined, the center frequency, the gain with respect to the center frequency, and the Q value (a quantity representing the sharpness of resonance, also referred to as “bandwidth”) are the parameters of the equalizer.
しかしながら、スピーカを設置した室空間の影響により、スピーカの音質が均一に聴取者へ到達することはほとんどありえず、スピーカの位置と部屋の関係により、聴取位置で音圧及び周波数特性がスピーカごとに変化する。 However, due to the influence of the room space where the speaker is installed, the sound quality of the speaker can hardly reach the listener, and the sound pressure and frequency characteristics at the listening position vary depending on the speaker, depending on the position of the speaker and the room. Change.
特に、多くのスピーカを駆動する音響再生システムにおいては、聴取位置において、それぞれのスピーカの音質がばらついてしまうと、元の音響信号を正確に再生することができない。例えば、音像移動を再生する場合、音響信号が時々刻々とスピーカを変えて再生されるが、各スピーカの音質が揃っていないと、聴取位置において、再生スピーカが切り替わるごとに異なる音質が再生され、定位感や臨場感に影響を与えてしまう。従って、このような音響再生システムで再生するには全てのスピーカによる再生周波数特性を揃える必要がある。 In particular, in an acoustic reproduction system that drives many speakers, the original acoustic signal cannot be reproduced accurately if the sound quality of each speaker varies at the listening position. For example, when reproducing a sound image movement, the sound signal is reproduced by changing the speaker from moment to moment, but if the sound quality of each speaker is not uniform, a different sound quality is reproduced each time the reproduction speaker is switched at the listening position, This will affect the sense of orientation and presence. Therefore, in order to reproduce with such an acoustic reproduction system, it is necessary to make the reproduction frequency characteristics of all speakers uniform.
そこで、本発明の目的は、上述の問題に鑑みて、スピーカを利用して音響を再生する音響再生システムに対して再生周波数を分析し、最適化したイコライジング用のパラメータを決定する再生周波数分析装置及びそのプログラムを提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, an object of the present invention is to analyze a reproduction frequency for a sound reproduction system that reproduces sound using a speaker and determine an optimized equalizing parameter. And providing the program.
音響信号が音響再生システム（帯域により複数のスピーカユニットに分かれているものを含む）から再生され、ある室空間を伝搬し、受聴される場合、再生されるスピーカ位置や空間の形状などにより、聴取位置の再生周波数特性が所望の特性とならないときに、パラメトリックイコライザにより、再生周波数特性を所望の特性になるよう調整する必要がある。そこで、本発明は聴取位置で測定された再生周波数応答（振幅周波数特性）とその振幅周波数特性を多重解像度解析した結果から、パラメトリックイコライザのパラメータ（中心周波数、ゲイン、帯域幅）を算出する。このパラメータを使用して再生周波数特性を所望の特性に調整可能にする。 When an acoustic signal is reproduced from an acoustic reproduction system (including one that is divided into a plurality of speaker units depending on the band), propagates through a room space, and is heard, it is heard depending on the position of the reproduced speaker and the shape of the space. When the reproduction frequency characteristic of the position does not become a desired characteristic, it is necessary to adjust the reproduction frequency characteristic to a desired characteristic by a parametric equalizer. Therefore, the present invention calculates parametric equalizer parameters (center frequency, gain, bandwidth) from the result of multiresolution analysis of the reproduction frequency response (amplitude frequency characteristics) measured at the listening position and the amplitude frequency characteristics. Using this parameter, the reproduction frequency characteristic can be adjusted to a desired characteristic.
即ち、本発明の再生周波数分析装置は、スピーカを利用して音響を再生する音響再生システムに対して再生周波数を分析し、最適化したイコライジング用のパラメータを決定する再生周波数分析装置であって、所定の音源から得られる測定信号を発生する測定信号発生部と、該測定信号発生部から発生した測定信号に対して予め定めた中心周波数、帯域幅及びゲインをパラメータとする周波数特性のイコライジングを行って前記スピーカから発生させた音を予め定めた聴取位置に設けたマイクを介して収音し、マイクアンプを介して増幅して得られる観測信号と、前記測定信号発生部から得られる測定信号との間で相互相関関数に基づく遅延量を測定する相互相関関数測定部と、該遅延量に従って前記測定信号発生部から得られる測定信号を遅延させ、前記相互相関関数測定部に再入力し、当該相互相関関数の繰返し演算に基づく遅延調整を行い、遅延調整後の測定信号を生成する遅延部と、該遅延調整後の測定信号と前記マイクアンプを介して増幅して得られる観測信号から、コヒーレンス関数を測定するコヒーレンス関数測定部と、該遅延調整後の測定信号と前記マイクアンプを介して増幅して得られる観測信号から、周波数応答関数を測定する周波数応答関数測定部と、前記音響再生システムに対する聴取位置を含む室空間に応じて理想周波数特性のデータを予め格納しておく理想周波数特性データベースと、該理想周波数特性データベースに格納された前記理想周波数特性を取り出し、前記周波数応答関数との差分を算出し、差分周波数応答を生成する差分部と、該差分部より得られた差分周波数応答の多重解像度解析を行い、中心周波数及びスケールパラメータを対応付けた多重解像度の分析値を算出する多重解像度分析部と、前記コヒーレンス関数で所定値以上を有する周波数に該当する周波数帯域を、最適化対象の有効周波数帯域として判定する有効帯域判定部と、前記有効周波数帯域に該当する前記多重解像度解析の分析値の絶対値が所定値以上となる中心周波数と、前記スケールパラメータから得られる該中心周波数に対応する帯域幅と、前記周波数応答関数から該中心周波数に対応するゲインとを算出し、イコライジング用のパラメータとして決定するイコライザパラメータ計算部と、を備えることを特徴とする。 That is, the reproduction frequency analysis device of the present invention is a reproduction frequency analysis device that analyzes a reproduction frequency for an audio reproduction system that reproduces sound using a speaker and determines an optimized equalizing parameter, A measurement signal generator that generates a measurement signal obtained from a predetermined sound source, and equalization of frequency characteristics using a predetermined center frequency, bandwidth, and gain as parameters for the measurement signal generated from the measurement signal generator The sound generated from the speaker is collected via a microphone provided at a predetermined listening position and amplified through a microphone amplifier, and the measurement signal obtained from the measurement signal generator A cross-correlation function measuring unit that measures a delay amount based on a cross-correlation function between the measurement signal and a measurement signal obtained from the measurement signal generating unit according to the delay amount A delay unit that re-inputs to the cross-correlation function measurement unit, performs delay adjustment based on repetitive calculation of the cross-correlation function, generates a measurement signal after delay adjustment, the measurement signal after delay adjustment, and the A coherence function measurement unit for measuring a coherence function from an observation signal obtained by amplification through a microphone amplifier, a frequency response from the measurement signal after the delay adjustment and the observation signal obtained by amplification through the microphone amplifier A frequency response function measuring unit for measuring a function, an ideal frequency characteristic database for storing ideal frequency characteristic data in advance according to a room space including a listening position for the sound reproduction system, and the ideal frequency characteristic database. A difference unit that takes out the ideal frequency characteristic, calculates a difference from the frequency response function, and generates a difference frequency response; and the difference unit A multi-resolution analysis unit that performs multi-resolution analysis of the obtained differential frequency response and calculates a multi-resolution analysis value that associates a center frequency and a scale parameter, and corresponds to a frequency having a predetermined value or more in the coherence function An effective band determination unit that determines a frequency band as an effective frequency band to be optimized; a center frequency at which an absolute value of an analysis value of the multi-resolution analysis corresponding to the effective frequency band is a predetermined value or more; and the scale parameter And an equalizer parameter calculator that calculates a gain corresponding to the center frequency from the frequency response function and determines as a parameter for equalization. .
また、本発明の再生周波数分析装置において、前記差分周波数応答の値の絶対値が有効周波数帯域における全ての周波数にわたり所定値以下となるまで、前記音響再生システムに対する再生周波数の分析を繰り返す手段を有することを特徴とする。 The reproduction frequency analyzer of the present invention further includes means for repeating the analysis of the reproduction frequency for the sound reproduction system until the absolute value of the difference frequency response value becomes a predetermined value or less over all frequencies in the effective frequency band. It is characterized by that.
また、本発明の再生周波数分析装置において、前記多重解像度分析部は、前記分析結果のピーク又はディップの絶対値の最大のものから順に所定個数分の調整すべき中心周波数を決定し、該決定した中心周波数におけるイコライジング用のパラメータを決定する手段を有することを特徴とする。 Further, in the reproduction frequency analyzer of the present invention, the multi-resolution analysis unit determines a predetermined number of center frequencies to be adjusted in order from the maximum of the absolute value of the peak or dip of the analysis result, and the determination It has a means to determine the parameter for equalizing in a center frequency, It is characterized by the above-mentioned.
更に、本発明のプログラムは、スピーカを利用して音響を再生する音響再生システムに対して再生周波数を分析し、最適化したイコライジング用のパラメータを決定する再生周波数分析装置として構成するコンピュータに、所定の音源から得られる測定信号を発生するステップと、該発生した測定信号に対して予め定めた中心周波数、帯域幅及びゲインをパラメータとする周波数特性のイコライジングを行って前記スピーカから発生させた音を予め定めた聴取位置に設けたマイクを介して収音し、マイクアンプを介して増幅して得られる観測信号と、前記測定信号との間で相互相関関数に基づく遅延量を測定するステップと、該遅延量に従って前記測定信号を遅延させ、前記相互相関関数測定部に再入力し、当該相互相関関数の繰返し演算に基づく遅延調整を行い、遅延調整後の測定信号を生成するステップと、該遅延調整後の測定信号と前記マイクアンプを介して増幅して得られる観測信号から、コヒーレンス関数を測定するステップと、該遅延調整後の測定信号と前記マイクアンプを介して増幅して得られる観測信号から、周波数応答関数を測定するステップと、前記音響再生システムに対する聴取位置を含む室空間に応じて理想周波数特性のデータを予め格納しておく理想周波数特性データベースに格納された前記理想周波数特性を取り出し、前記周波数応答関数との差分を算出し、差分周波数応答を生成するステップと、該ステップより得られた差分周波数応答の多重解像度解析を行い、中心周波数及びスケールパラメータを対応付けた多重解像度の分析値を算出するステップと、前記コヒーレンス関数で所定値以上を有する周波数に該当する周波数帯域を、最適化対象の有効周波数帯域として判定するステップと、前記有効周波数帯域に該当する前記多重解像度解析の分析値の絶対値が所定値以上となる中心周波数と、前記スケールパラメータから得られる該中心周波数に対応する帯域幅と、前記周波数応答関数から該中心周波数に対応するゲインとを算出し、イコライジング用のパラメータとして決定するステップと、を実行させるためのプログラムである。 Furthermore, the program of the present invention analyzes a reproduction frequency for a sound reproduction system that reproduces sound using a speaker and determines a parameter for equalization that is optimized for a computer configured as a reproduction frequency analyzer. Generating a measurement signal obtained from the sound source, and performing equalization of frequency characteristics using the predetermined center frequency, bandwidth, and gain as parameters for the generated measurement signal, and generating the sound generated from the speaker Measuring an amount of delay based on a cross-correlation function between an observation signal acquired by a microphone provided at a predetermined listening position and amplified by a microphone amplifier, and the measurement signal; The measurement signal is delayed according to the delay amount, re-input to the cross-correlation function measurement unit, and the cross-correlation function is repeatedly calculated. Performing a delay adjustment based on the delay adjustment, generating a measurement signal after delay adjustment, measuring a coherence function from the measurement signal after delay adjustment and an observation signal obtained by amplification through the microphone amplifier, A step of measuring a frequency response function from a measurement signal after delay adjustment and an observation signal obtained by amplification through the microphone amplifier, and data of ideal frequency characteristics according to a room space including a listening position with respect to the sound reproduction system The ideal frequency characteristic stored in the ideal frequency characteristic database is extracted in advance, the difference from the frequency response function is calculated, and a difference frequency response obtained from the step is generated. The multi-resolution analysis is performed, and the analysis value of the multi-resolution that associates the center frequency and the scale parameter is calculated. Determining a frequency band corresponding to a frequency having a predetermined value or more in the coherence function as an effective frequency band to be optimized, and an absolute value of the analysis value of the multi-resolution analysis corresponding to the effective frequency band Is calculated as a parameter for equalization by calculating a center frequency at which is equal to or greater than a predetermined value, a bandwidth corresponding to the center frequency obtained from the scale parameter, and a gain corresponding to the center frequency from the frequency response function. Is a program for executing steps.
本発明によれば、聴取位置で測定された再生周波数応答（振幅周波数特性）とその振幅周波数特性を多重解像度解析した結果から、パラメトリックイコライザの各パラメータ（中心周波数、帯域幅、ゲイン）を算出することが可能となり、音響再生システムの周波数特性を最適に再生できるようになる。 According to the present invention, parameters (center frequency, bandwidth, gain) of the parametric equalizer are calculated from the result of multiresolution analysis of the reproduction frequency response (amplitude frequency characteristic) measured at the listening position and the amplitude frequency characteristic. Thus, the frequency characteristics of the sound reproduction system can be reproduced optimally.
以下、本発明による一実施例の再生周波数分析装置について説明する。 A reproduction frequency analyzer according to an embodiment of the present invention will be described below.
図１は、本発明による一実施例の再生周波数分析装置と被調整システムを示すブロック図である。図１を参照するに、所定の音響信号の再生周波数特性を調整するためのパラメトリックイコライザ２０と、再生周波数特性を調整した音響信号を増幅するための増幅器３０と、増幅した音響信号を再生するためのスピーカ４０とを備える、室空間で用いる音響再生システム（帯域により複数のスピーカユニットに分かれているものを含む）を、本発明に係る「被調整システム」として説明する。ここで、パラメトリックイコライザ２０は、パラメータ（中心周波数、ゲイン、帯域幅）で周波数特性を調整する装置である。
FIG. 1 is a block diagram showing a reproduction frequency analyzer and a system to be adjusted according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a
本実施例の再生周波数分析装置１０は、被調整システムにおけるスピーカ４０から発生する音を調整するために、所定の音源から得られる測定信号を被調整システムにおけるパラメトリックイコライザ２０に供給し、スピーカ４０を介して再生される音の再生周波数を分析し、最適化したイコライジング用のパラメータを決定する装置である。聴取位置Ａには、スピーカ４０を介して再生される音を収音するためのマイク５０が設置され、マイク５０で収音した音声信号は、マイクアンプ６０にて増幅され、再生周波数分析装置１０へと入力される。
The
再生周波数分析装置１０は、マイクアンプ６０にて増幅した音声信号について再生周波数応答（振幅周波数特性）とその振幅周波数特性を多重解像度解析し、この多重解像度解析した結果から、最適化したパラメトリックイコライザのパラメータ（中心周波数、ゲイン、帯域幅）を算出する。この算出したパラメータを使用してパラメトリックイコライザ２０のパラメータを調整し、所定の音響信号の再生周波数特性を所望の特性に調整することができる。
The
図１に示すように、再生周波数分析装置１０は、測定信号発生部１０１と、遅延部１０２と、相互相関関数測定部１０３と、コヒーレンス関数測定部１０４と、周波数応答関数測定部１０５と、差分部１０６と、理想周波数特性データベース１０７と、ウェーブレット（wavelet）多重解像度分析部１０８と、有効帯域判定部１０９と、イコライザパラメータ計算部１１０とを備える。
As shown in FIG. 1, the
測定信号発生部１０１は、所定の音源から得られる測定信号（例えば、ピンクノイズ）を発生し、パラメトリックイコライザ２０及び遅延部１０２に送出する機能を有する。
The
パラメトリックイコライザ２０は、測定信号発生部１０１から発生した測定信号を、遅延部１０２を介して入力し、この測定時には、予め定めた初期値の中心周波数、帯域幅及びゲインを初期パラメータとする周波数特性のイコライジングを行って、増幅器３０を介してスピーカ４０から音を発生させる。この測定信号に対応する音は、予め定めた聴取位置Ａに設けたマイク５０を介して収音され、マイクアンプ６０によって増幅される。
The
遅延部１０２は、測定信号発生部１０１から発生した測定信号について初期遅延量を０として相互相関関数測定部１０３に送出し、さらに、相互相関関数測定部１０３から得られる遅延量を設定して当該測定信号を遅延させる動作を、相互相関関数測定部１０３から得られる遅延量の変化が所定値以下（例えば、ゼロ）となるまで繰り返す機能を有する。従って、相互相関関数測定部１０３から得られる遅延量が安定すると、遅延部１０２は、室空間の影響を遅延調整した測定信号を発生する。
The
相互相関関数測定部１０３は、マイクアンプ６０を介して増幅して得られる観測信号と、測定信号発生部１０１から得られる測定信号との間で相互相関関数に基づく遅延量を測定する機能を有する。
The cross-correlation
コヒーレンス関数測定部１０４は、遅延部１０２からの遅延調整後の測定信号と、マイクアンプ６０を介して増幅して得られる観測信号から、コヒーレンス関数を測定する機能を有する。
The coherence
周波数応答関数測定部１０５は、遅延部１０２からの遅延調整後の測定信号と、マイクアンプ６０を介して増幅して得られる観測信号から、周波数応答関数を測定する機能を有する。
The frequency response
差分部１０６は、理想周波数特性データベース１０７に格納された１つ以上の理想周波数特性を取り出し、周波数応答関数測定部１０５から得られる周波数応答関数との差分を算出し、差分周波数応答を生成する機能を有する。
The
理想周波数特性データベース１０７は、被調整システムに対する聴取位置Ａを含む室空間に応じて１つ以上の理想周波数特性のデータを予め格納しておく機能を有する。理想周波数特性は、ユーザが所望する周波数特性として予め設定されるものであり、例えば、図２に示すような周波数応答のデータを格納しておく。また、理想周波数特性データベース１０７に格納される１つ以上の理想周波数特性は、実際に各ユーザが聴取する音と、マイク５０及びマイクアンプ６０を介して得られる音との音圧差を吸収するのに用いる。
The ideal
ウェーブレット（wavelet）多重解像度分析部１０８は、差分部１０６より得られた差分周波数応答の多重解像度解析を行い、中心周波数及びスケールパラメータを対応付けた多重解像度の分析値を算出する機能を有する。
The wavelet
有効帯域判定部１０９は、コヒーレンス関数測定部１０４から得られるコヒーレンス関数で所定値以上を有する周波数に該当する周波数帯域を、最適化対象の有効周波数帯域として判定する機能を有する。
The effective
イコライザパラメータ計算部１１０は、有効帯域判定部１０９によって判定した有効周波数帯域に該当する当該多重解像度解析の分析値の絶対値が所定値以上となる中心周波数と、スケールパラメータから得られる該中心周波数に対応する帯域幅を特定し、周波数応答関数測定部１０５から得られる周波数応答関数から該中心周波数に対応するゲインを算出し、パラメトリックイコライザ２０におけるイコライジング用のパラメータとして決定する機能を有する。決定したパラメータは、前述した初期パラメータ（又は前回調整時のパラメータ）を更新するのに用いられ、予め定めた回数（１回の測定でもよい）を繰返し行うこともできる。
The equalizer
これにより、室空間に応じて音響再生システムの周波数特性を最適化することができ、パラメトリックイコライザ２０を介して得られる任意の音響信号を最適に再生できるようになる。
As a result, the frequency characteristics of the sound reproduction system can be optimized according to the room space, and any sound signal obtained via the
尚、本実施例の再生周波数分析装置１０をコンピュータで構成した場合、各機能を実現する処理内容を記述したプログラムを、当該コンピュータの内部又は外部の記憶部に格納しておき、当該コンピュータの中央演算処理装置（ＣＰＵ）によってこのプログラムを読み出して実行させることで、再生周波数分析装置１０を実現することもできる。また、そのようなプログラムを実行するコンピュータは、例えば、可搬型記録媒体に記録されたプログラム又はサーバから転送されたプログラムを、一旦、自己の記憶部に記憶することができる。また、このプログラムの別の実施態様として、コンピュータが可搬型記録媒体から直接プログラムを読み取り、そのプログラムに従った処理を実行することとしてもよく、更に、このコンピュータにサーバからプログラムが転送される度に、逐次、受け取ったプログラムに従った処理を実行することとしてもよい。
When the reproduction
以下、本実施例の再生周波数分析装置１０の各機能ブロックについて更に詳細に説明する。
Hereinafter, each functional block of the
まず、測定信号発生部１０１は、所定の測定信号を、パラメトリックイコライザ２０、増幅器３０及び１つ以上のスピーカ４０で構成される被調整システムへ入力する。この測定信号は、広帯域で全帯域に対してＳ／Ｎのよい信号であれば、任意の信号を採用することができるが、この要求条件を満足する信号としてピンクノイズを使用することが望ましい。この測定信号は、デジタル信号の測定信号ｘ（ｎ）として出力され、被調整システムの入力段に設けられるＡ／Ｄ変換器（図示せず）によりアナログ信号となる。
First, the measurement
被調整システムから再生された測定信号は、聴取位置Ａにあるマイク５０により収音され、マイクアンプ６０を通じ、観測信号ｙ（ｔ）が得られる。この観測信号ｙ（ｔ）は、マイクアンプ６０の直後に設けられるＤ／Ａ変換器（図示せず）によりデジタル変換され、観測信号ｙ（ｎ）となり、相互相関関数測定部１０３、コヒーレンス関数測定部１０４、及び、周波数応答測定部１０５の各々へ入力される。ここでは、このデジタル化された観測信号ｙ（ｎ）は、Ｌ個のサンプリングレート（Ｌサンプル）を１フレームとしてＮフレームごとに相互相関関数測定部１０３、コヒーレンス関数測定部１０４、及び、周波数応答測定部１０５における計算を行うように構成される。
The measurement signal reproduced from the system to be adjusted is picked up by the
測定信号発生部１０１からの測定信号ｘ（ｎ）は、遅延部１０２を通じて、相互相関関数測定部１０３、コヒーレンス関数測定部１０４、及び周波数応答測定部１０３に入力される。遅延部１０２の動作直後（初期値）は、遅延量を０とする。
The measurement signal x (n) from the measurement
相互相関関数測定部１０３は、測定信号ｘ（ｎ）と観測信号ｙ（ｎ）の相互相関関数Ｒｘｙ（ｊ）を算出する。一般的には式（１）で算出することができる。Ｌ個のサンプルについて、ｊ＝０，１，２，・・・，Ｌ−１とする。
The cross-correlation
より具体的には、測定信号ｘ（ｎ）と観測信号ｙ（ｎ）のそれぞれのフーリエ変換をＸ（ｆ），Ｙ（ｆ）とすると、式（２）に示すように、Ｘ（ｆ），Ｙ（ｆ）のクロススペクトルＷｘｙについて逆フーリエ変換を実行することにより相互相関関数Ｒｘｙ（ｊ）を算出することができる。 More specifically, if the Fourier transforms of the measurement signal x (n) and the observation signal y (n) are X (f) and Y (f), respectively, X (f) , Y (f), the cross correlation function R xy (j) can be calculated by performing an inverse Fourier transform on the cross spectrum W xy .
ここで、〈 〉Nは、Ｎフレーム分の平均を表し、Ｘ＊は、Ｘの複素共役を表す。この相互相関関数の最大値の時刻τが、測定信号ｘ（ｎ）と観測信号のｙ（ｎ）の時間差（遅延量）となる。 Here, <> N represents an average of N frames, and X * represents a complex conjugate of X. The maximum time τ of this cross-correlation function is the time difference (delay amount) between the measurement signal x (n) and the observation signal y (n).
相互相関関数の最大値の時刻τは、遅延量として遅延部１０２へ送られる。
The maximum time τ of the cross-correlation function is sent to the
遅延部１０２では、相互相関関数測定部１０３から送られた遅延量の時刻τで遅延させた測定信号ｘ（ｎ−τ）を出力する。この測定信号ｘ（ｎ−τ）により、相互相関関数測定部１０３が再度、相互相関関数を算出すると、相互相関関数測定部１０３で算出される相互相関関数の最大値の時刻はほぼ０となる。
The
尚、相互相関関数測定部１０３は、相互相関関数の最大値の時刻が０となるように繰返し遅延量を算出するように構成され、この測定期間中はいつも最大値の時刻が０となるよう遅延部１０２の遅延量は制御される。以下の説明では、遅延量が制御されたものとして測定信号ｘ（ｎ−τ）→測定信号ｘ（ｎ）とする。
The cross-correlation
コヒーレンス関数測定部１０４は、測定信号ｘ（ｎ）と観測信号ｙ（ｎ）を入力として式（３）によりコヒーレンス関数γ２（ｆ）を算出する。
The coherence
ここで、Ｗｘｙはクロススペクトル、Ｗｘｘ，Ｗｙｙは、それぞれ測定信号ｘ（ｎ）と観測信号ｙ（ｎ）のパワースペクトルである。コヒーレンス関数の算出には、Ｎフレーム分の平均化を必要とする。 Here, W xy is a cross spectrum, and W xx and W yy are power spectra of the measurement signal x (n) and the observation signal y (n), respectively. The calculation of the coherence function requires averaging for N frames.
コヒーレンス関数測定部１０４で算出されたコヒーレンス関数γ２（ｆ）は、有効帯域判定部１０９へ送られる。
The coherence function γ 2 (f) calculated by the coherence
有効帯域判定部１０９では、入力されたコヒーレンスが０から１の値をとり、１に近い値をとる周波数は、系の出力が全て測定入力に起因していることを示しており、ノイズや歪みなどの影響が少ない信号であると考えられる。コヒーレンス値を基準のコヒーレンス値ref_γ２と比較し、基準コヒーレンス値ref_γ２よりも大きな値をとる周波数に対して１（測定の信頼度が高く調整可能な周波数）、小さな値をとる周波数に対して０（測定の信頼度が低く調整不要な周波数）として有効周波数帯域を決定し、この有効周波数帯域の情報を有効周波数帯域判定信号としてイコライザパラメータ計算部１１０に出力する。
In the effective
イコライザパラメータ計算部１１０には、有効帯域判定部１０９から得られる有効周波数帯域判定信号と、ウェーブレット（wavelet）多重解像度分析部１０８からの分析結果を示す出力が入力される。
The equalizer
周波数応答関数測定部１０５は、測定信号ｘ（ｎ）と観測信号ｙ（ｎ）を入力として式（４）により周波数応答関数Ｈ（ｆ）を算出する。
The frequency response
差分部１０６は、周波数応答関数測定部１０５によって算出された周波数応答関数Ｈ（ｆ）の振幅周波数特性と、理想周波数特性データベース１０７に予め格納される、ユーザが所望する周波数特性ＨＵ（ｆ）とを、周波数ごとに差分を行った差分周波数応答Ｈｄ（ｆ）を算出する。この差分周波数応答Ｈｄ（ｆ）（＝Ｈ（ｆ）−ＨＵ（ｆ））が、調整すべき周波数応答となる。
The
差分部１０６で算出した差分周波数応答Ｈｄ（ｆ）と、周波数応答関数測定部１０５によって算出された周波数応答関数Ｈ（ｆ）は、被調整システムを制御するためのパラメトリックイコライザ２０の各パラメータを計算するためのウェーブレット（wavelet）多重解像度分析部１０８に入力される。
The difference frequency response H d (f) calculated by the
パラメトリックイコライザ２０は、図３に示す例のように、中心周波数ｆｃ、帯域幅（Ｑ）及びゲインからなるパラメータを制御可能なフィルタを有する。
The
ウェーブレット（wavelet）多重解像度分析部１０８は、入力された差分周波数応答Ｈｄ（ｆ）が離散化された周波数の関数であるので、連続ウェーブレット（wavelet）分析を行うため、スプライン関数などにより差分周波数応答Ｈｄ（ｆ）について内挿処理を施し、連続関数化した上で、中心周波数ｆｃとスケールパラメータＳＰとの対応関係を表す多重解像度の分析値を算出する。この分析のために用いるマザーウェーブレットには、図３に例示するように、関数の概形がパラメトリックイコライザ２０におけるフィルタによる周波数領域のフィルタ形に類似するメキシカンハット関数を選択して用いるのが好適である。
The wavelet
ウェーブレット（wavelet）多重解像度分析部１０８による分析例を図４に示す。図４では、Ｘ軸は中心周波数ｆｃ、Ｙ軸はスケールパラメータＳＰ、Ｚ軸は分析値となる。
An analysis example by the wavelet
イコライザパラメータ計算部１１１は、有効帯域判定部１０９から得られる有効周波数帯域判定信号（０又は１のラベル）を用いて、ウェーブレット（wavelet）多重解像度分析部１０８から得られる分析結果の周波数軸に対してラベル付けを行い調整すべき中心周波数ｆｃを決定するとともに、この中心周波数に対応するスケールパラメータＳＰ（帯域幅Ｑの算出に用いるパラメータ）を分析値の値に従って決定し、決定した中心周波数ｆｃ及びスケールパラメータＳＰを用いて帯域幅Ｑを算出するとともに、決定した中心周波数ｆｃと周波数応答関数測定部１０５から得られる周波数応答関数測定部１０５によって算出された周波数応答関数Ｈ（ｆ）とを用いてゲインＧを算出する。つまり、理想周波数帯域データベース１０７から得られる周波数特性ＨＵ（ｆ）と、周波数応答関数測定部１０５によって算出された周波数応答関数Ｈ（ｆ）との間に差がある場合、図４に示したように分析値は、周波数−スケールパラメータ平面の中で一つ以上のピーク又はディップを持つ。それぞれのピークとディップは、測定信号と理想特性との間の差を表す周波数成分を意味する。従って、これらのピーク又はディップを小さくする（周波数特性を平坦化する）ことで、被調整システムの周波数特性を調整することができるようになる。
The equalizer parameter calculation unit 111 uses the effective frequency band determination signal (
より具体的には、ピーク又はディップに対応する周波数が、パラメトリックイコライザ２０における調整すべきパラメータの一つである中心周波数ｆｃとなる。ただし、有効帯域判定部１０９で有効として判断された中心周波数ｆｃが調整対象となることに留意する。
More specifically, the frequency corresponding to the peak or dip is the center frequency fc that is one of the parameters to be adjusted in the
また、パラメトリックイコライザ２０における調整すべきパラメータの一つである帯域幅Ｑは、ピーク又はディップに対応するスケールパラメータＳＰから、式（５）で与えられる。
The bandwidth Q, which is one of the parameters to be adjusted in the
ここで、中心周波数ｆｃは、ピーク又はディップの周波数であり、半値幅ｗｈは、図３に示すマザーウェーブレットが０．５となる値の幅である。 Here, the center frequency fc is the frequency of the peak or dip, the half-width w h is the width of the values mother wavelet shown in FIG. 3 is 0.5.
パラメトリックイコライザ２０における調整すべきパラメータの一つであるゲインＧは、ウェーブレット（wavelet）多重解像度分析部１０８での解析結果で得られた中心周波数ｆｃに対応する周波数応答関数Ｈ（ｆ）の値Ａｆｃと周波数応答関数Ｈ（ｆ）の平均値Ａｍとを用いて、式（６）により得られる。
The gain G which is one of the parameters to be adjusted in the
イコライザパラメータ計算部１１１は、得られた各パラメータ（ｆｃ，Ｑ，Ｇ）を、被調整システムに含まれるパラメトリックイコライザ２０へ適用し、この測定・分析を繰り返すことにより、被調整システムの周波数特性を所望の特性に調整することができる。
The equalizer parameter calculation unit 111 applies the obtained parameters (fc, Q, G) to the
また、本実施例の再生周波数分析装置１０を用いて、自動で被調整システムの周波数を調整することが可能である。この場合、差分周波数応答Ｈｄ（ｆ）の値の絶対値が有効周波数帯域における全ての周波数にわたり所定値以下となった場合に、所望の特性になったと判断することで自動調整することができる。
Further, it is possible to automatically adjust the frequency of the system to be adjusted using the
尚、自動調整の場合には、一つの中心周波数を調整することで、他の中心周波数の振幅特性に影響を及ぼすことがあるので、一度の計測で得られたウェーブレット（wavelet）多重解像度分析部１０８の分析結果のピーク又はディップの絶対値の最大のものから順に所定個数分の調整すべき中心周波数を決定し、パラメトリックイコライザ２０における調整すべきパラメータを決定する。
In the case of automatic adjustment, the adjustment of one center frequency may affect the amplitude characteristics of other center frequencies. Therefore, the wavelet multi-resolution analyzer obtained by one measurement. A predetermined number of center frequencies to be adjusted are determined in order from the peak of the
また、本実施例の再生周波数分析装置１０を用いて、調整を繰り返す際に、パラメトリックイコライザの得られた各パラメータ（ｆｃ，Ｑ，Ｇ）のうち、中心周波数ｆｃと帯域幅Ｑが非常に近い値が得られる場合、上記ピーク又はディップの平坦化を得るべく効果的に収束させるために、前回の調整すべき値である中心周波数ｆｃと帯域幅Ｑを採用して修正を繰り返すようにするのが好適である。
Further, when the adjustment is repeated using the
上述の実施例については代表的な例として説明したが、本発明の趣旨及び範囲内で、多くの変形及び置換することができることは当業者に明らかである。例えば、理想周波数帯域データベース１０７から得られる周波数特性ＨＵ（ｆ）を複数種類用意しておき、それぞれについて最適化計算を行って得られるパラメータの平均を算出して最終決定してもよい。また、測定信号には、必ずしもピンクノイズでなくともよく、ホワイトノイズやピンクノイズ及びホワイトノイズの合成のノイズを用いることもできる。従って、本発明は、上述の実施例によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲によってのみ制限される。
Although the above embodiments have been described as representative examples, it will be apparent to those skilled in the art that many variations and substitutions can be made within the spirit and scope of the invention. For example, a plurality of types of frequency characteristics H U (f) obtained from the ideal
本発明によれば、聴取位置で測定された再生周波数応答（振幅周波数特性）とその振幅周波数特性を多重解像度解析した結果から、パラメトリックイコライザの各パラメータ（中心周波数、帯域幅、ゲイン）を高精度で算出することが可能となり、音響再生システムの周波数特性の最適化を図る用途に有用である。 According to the present invention, each parameter (center frequency, bandwidth, gain) of the parametric equalizer is accurately determined from the result of multi-resolution analysis of the reproduction frequency response (amplitude frequency characteristic) measured at the listening position and the amplitude frequency characteristic. This is useful for applications that optimize the frequency characteristics of the sound reproduction system.
１０ 再生周波数分析装置
２０ パラメトリックイコライザ
３０ 増幅器
４０ スピーカ
５０ マイク
６０ マイクアンプ
１０１ 測定信号発生部
１０２ 遅延部
１０３ 相互相関関数測定部
１０４ コヒーレンス関数測定部
１０５ 周波数応答関数測定部
１０６ 差分部
１０７ 理想周波数特性データベース
１０８ ウェーブレット（wavelet）多重解像度分析部
１０９ 有効帯域判定部
１１０ イコライザパラメータ計算部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
所定の音源から得られる測定信号を発生する測定信号発生部と、
該測定信号発生部から発生した測定信号に対して予め定めた中心周波数、帯域幅及びゲインをパラメータとする周波数特性のイコライジングを行って前記スピーカから発生させた音を予め定めた聴取位置に設けたマイクを介して収音し、マイクアンプを介して増幅して得られる観測信号と、前記測定信号発生部から得られる測定信号との間で相互相関関数に基づく遅延量を測定する相互相関関数測定部と、
該遅延量に従って前記測定信号発生部から得られる測定信号を遅延させ、前記相互相関関数測定部に再入力し、当該相互相関関数の繰返し演算に基づく遅延調整を行い、遅延調整後の測定信号を生成する遅延部と、
該遅延調整後の測定信号と前記マイクアンプを介して増幅して得られる観測信号から、コヒーレンス関数を測定するコヒーレンス関数測定部と、
該遅延調整後の測定信号と前記マイクアンプを介して増幅して得られる観測信号から、周波数応答関数を測定する周波数応答関数測定部と、
前記音響再生システムに対する聴取位置を含む室空間に応じて理想周波数特性のデータを予め格納しておく理想周波数特性データベースと、
該理想周波数特性データベースに格納された前記理想周波数特性を取り出し、前記周波数応答関数との差分を算出し、差分周波数応答を生成する差分部と、
該差分部より得られた差分周波数応答の多重解像度解析を行い、中心周波数及びスケールパラメータを対応付けた多重解像度の分析値を算出する多重解像度分析部と、
前記コヒーレンス関数で所定値以上を有する周波数に該当する周波数帯域を、最適化対象の有効周波数帯域として判定する有効帯域判定部と、
前記有効周波数帯域に該当する前記多重解像度解析の分析値の絶対値が所定値以上となる中心周波数と、前記スケールパラメータから得られる該中心周波数に対応する帯域幅と、前記周波数応答関数から該中心周波数に対応するゲインとを算出し、イコライジング用のパラメータとして決定するイコライザパラメータ計算部と、
を備えることを特徴とする再生周波数分析装置。 A reproduction frequency analyzer that analyzes a reproduction frequency for an audio reproduction system that reproduces sound using a speaker and determines optimized equalizing parameters,
A measurement signal generator for generating a measurement signal obtained from a predetermined sound source;
The measurement signal generated from the measurement signal generator is subjected to equalization of frequency characteristics using a predetermined center frequency, bandwidth and gain as parameters, and the sound generated from the speaker is provided at a predetermined listening position. Cross-correlation function measurement that measures a delay amount based on a cross-correlation function between an observation signal obtained by collecting through a microphone and amplified through a microphone amplifier and a measurement signal obtained from the measurement signal generator And
The measurement signal obtained from the measurement signal generation unit is delayed according to the delay amount, re-input to the cross-correlation function measurement unit, delay adjustment is performed based on repeated calculation of the cross-correlation function, and the measurement signal after the delay adjustment is obtained. A delay unit to generate,
A coherence function measurement unit for measuring a coherence function from the measurement signal after delay adjustment and an observation signal obtained by amplification through the microphone amplifier;
A frequency response function measurement unit that measures a frequency response function from the measurement signal after delay adjustment and an observation signal obtained by amplification through the microphone amplifier;
An ideal frequency characteristic database for storing ideal frequency characteristic data in advance according to the room space including the listening position for the sound reproduction system;
Taking out the ideal frequency characteristic stored in the ideal frequency characteristic database, calculating a difference with the frequency response function, and generating a difference frequency response;
A multi-resolution analysis unit that performs multi-resolution analysis of the differential frequency response obtained from the difference unit, and calculates a multi-resolution analysis value that associates the center frequency and the scale parameter;
An effective band determination unit that determines a frequency band corresponding to a frequency having a predetermined value or more in the coherence function as an effective frequency band to be optimized;
The center frequency at which the absolute value of the analysis value of the multi-resolution analysis corresponding to the effective frequency band is a predetermined value or more, the bandwidth corresponding to the center frequency obtained from the scale parameter, and the center from the frequency response function An equalizer parameter calculation unit that calculates a gain corresponding to the frequency and determines as a parameter for equalization;
A reproduction frequency analyzing apparatus comprising:
所定の音源から得られる測定信号を発生するステップと、
該発生した測定信号に対して予め定めた中心周波数、帯域幅及びゲインをパラメータとする周波数特性のイコライジングを行って前記スピーカから発生させた音を予め定めた聴取位置に設けたマイクを介して収音し、マイクアンプを介して増幅して得られる観測信号と、前記測定信号との間で相互相関関数に基づく遅延量を測定するステップと、
該遅延量に従って前記測定信号を遅延させ、前記相互相関関数測定部に再入力し、当該相互相関関数の繰返し演算に基づく遅延調整を行い、遅延調整後の測定信号を生成するステップと、
該遅延調整後の測定信号と前記マイクアンプを介して増幅して得られる観測信号から、コヒーレンス関数を測定するステップと、
該遅延調整後の測定信号と前記マイクアンプを介して増幅して得られる観測信号から、周波数応答関数を測定するステップと、
前記音響再生システムに対する聴取位置を含む室空間に応じて理想周波数特性のデータを予め格納しておく理想周波数特性データベースに格納された前記理想周波数特性を取り出し、前記周波数応答関数との差分を算出し、差分周波数応答を生成するステップと、
該ステップより得られた差分周波数応答の多重解像度解析を行い、中心周波数及びスケールパラメータを対応付けた多重解像度の分析値を算出するステップと、
前記コヒーレンス関数で所定値以上を有する周波数に該当する周波数帯域を、最適化対象の有効周波数帯域として判定するステップと、
前記有効周波数帯域に該当する前記多重解像度解析の分析値の絶対値が所定値以上となる中心周波数と、前記スケールパラメータから得られる該中心周波数に対応する帯域幅と、前記周波数応答関数から該中心周波数に対応するゲインとを算出し、イコライジング用のパラメータとして決定するステップと、
を実行させるためのプログラム。
A computer configured as a reproduction frequency analysis device that analyzes a reproduction frequency for an acoustic reproduction system that reproduces sound using a speaker and determines an optimized equalizing parameter,
Generating a measurement signal obtained from a predetermined sound source;
The generated measurement signal is subjected to equalization of frequency characteristics using a predetermined center frequency, bandwidth, and gain as parameters, and the sound generated from the speaker is collected through a microphone provided at a predetermined listening position. Measuring an amount of delay based on a cross-correlation function between an observation signal obtained by sound and amplification via a microphone amplifier, and the measurement signal;
Delaying the measurement signal according to the delay amount, re-inputting to the cross-correlation function measurement unit, performing delay adjustment based on repetitive calculation of the cross-correlation function, and generating a measurement signal after delay adjustment;
Measuring a coherence function from the measurement signal after delay adjustment and an observation signal obtained by amplification through the microphone amplifier;
Measuring a frequency response function from the measurement signal after the delay adjustment and an observation signal obtained by amplification through the microphone amplifier;
The ideal frequency characteristic stored in the ideal frequency characteristic database in which ideal frequency characteristic data is stored in advance according to the room space including the listening position with respect to the sound reproduction system is extracted, and a difference from the frequency response function is calculated. Generating a differential frequency response;
Performing a multi-resolution analysis of the differential frequency response obtained from the step, and calculating a multi-resolution analysis value in which the center frequency and the scale parameter are associated;
Determining a frequency band corresponding to a frequency having a predetermined value or more in the coherence function as an effective frequency band to be optimized;
The center frequency at which the absolute value of the analysis value of the multi-resolution analysis corresponding to the effective frequency band is a predetermined value or more, the bandwidth corresponding to the center frequency obtained from the scale parameter, and the center from the frequency response function Calculating a gain corresponding to the frequency and determining it as a parameter for equalization;
A program for running
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2010163303A JP2012028874A (en) | 2010-07-20 | 2010-07-20 | Reproduction frequency analysis apparatus and program thereof |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013172441A (en) * | 2012-02-23 | 2013-09-02 | Pioneer Electronic Corp | Time difference correction method, audio signal processing apparatus, reproduction apparatus and program |
| CN111480196A (en) * | 2017-12-22 | 2020-07-31 | 三菱电机株式会社 | Voice measurement system and parameter generation device |
| JP2022134585A (en) * | 2021-03-03 | 2022-09-15 | 株式会社デンソーＥｍｃエンジニアリングサービス | Signal source estimation device |
-
2010
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