JP2019511146A - 2チャンネルレーザオーディオモニタリングシステム - Google Patents
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Abstract
Description
周波数偏移=2×波長×音声信号の周波数×変位
・搬送波周波数を中心とする10Hz領域内における搬送波周波数の位相ノイズが中程度でも、復調ブロック3200の性能が低下する。
・レーザビームの線幅が不十分であると、同じく性能が低下する。
・レーザ源(参照)として、1kHz未満のものを選択する。
・局部発振器3240として、搬送波対ノイズ比が高く、搬送波周波数を中心とする10Hz領域でも位相ノイズ性能に優れたものを使用する。
・また、制御ユニット1103の復調器回路およびその他の電子部品に発生すると思われる温度変化でドリフトしないために、局部発振器3240として、温度補償型のものを使用する。
・復調ブロック3200内の位相同期ループの同期周波数またはバンドパスフィルタ3220の中心周波数(IF周波数)として、可能な限り低くて偏移周波数に近い値を選択する。これにより、位相同期ループの制御電圧の振幅が大きいほど、振幅の大きいオーディオ信号が得られる。
・上記式からわかるように、対象物1105の0.5nm以下の変位を復調ブロック3200によって検出することができる。これは、0.5nm以下の変位が、本発明の好適な実施形態で用いられるレーザ波長に対して5Hz以下の周波数偏移に相当するからである。
・復調ブロック3200によって得られるオーディオ信号対ノイズ比が、5Hzの偏移範囲で動作する従来の狭帯域FM復調器よりも40dB以上高くなる。
Claims (21)
- 干渉計により光沢反射面または再帰反射面の振動を測定する2チャンネルレーザオーディオモニタリングシステムであって、
I.トランスデューサユニット(1100)であり、
a.前記トランスデューサユニット(1100)の内部に配置された光モジュール(2000)と、
b.2つのビーム拡大レンズ(1108および1109)のアセンブリ間の間隔(1118)を調節するためのリニアガイド(1260)と、
c.左側レンズ(1108)および右側レンズ(1109)間のベローズ(1220)と、
d.信号レベル検出・表示ブロック(3300)と、
を有するトランスデューサユニット(1100)と、
II.制御ユニット(1103)であり、
a.復調ブロック(3200)を構成する復調器と、
b.自動音量調節ブロック(3400)と、
c.グラフィカルユーザインタフェース(1122)と、
d.フィルタリングモジュール(4000)を構成するデジタルフィルタと、
を有する制御ユニット(1103)と、
III.支持系と、
IV.インタフェースケーブル(1102)と、
V.スピーカ(4120)および/またはステレオヘッドホン(1104)と、
を備える2チャンネルレーザオーディオモニタリングシステム。 - トランスデューサユニット(1100)は、2つのプローブビームそれぞれの出口の上に配置された望遠鏡ユニット(1112および1113)を有する、請求項1に記載の2チャンネルレーザオーディオモニタリングシステム。
- 前記トランスデューサユニット(1100)の内部に配置された前記光モジュール(2000)は、
- 元のビームを生成する照射源としてのレーザ(2101)と、
- コリメータ(2102)と、
- ミラー(2103)と、
- 半波長板(HWP)(2104)と、
- 前記元のビームをプローブビームと参照ビームとに分割する第1偏光ビームスプリッタ(PBS)(2105)と、
- プローブビームを2つの平行なチャンネルに分割する非偏光ビームスプリッタ(NPBS)(2106)と、
- 追加のミラー(2107, 2108および2109)と、
- 各プローブビーム用のさらなるPBS(2110および2112)と、
- 各プローブビーム用のさらなる1/4波長板(QWP)(2111および2113)と、
- ビーム拡大レンズ系(1108および1109)と、
- 1つ以上のブラッグセル(2116)と、
- さらなる非偏光ビームスプリッタ(2114, 2115および2117)と、
- さらなるミラー(2118)と、
- 光検出器(2119および2120)と、
を備える、請求項1に記載の2チャンネルレーザオーディオモニタリングシステム。 - 前記レーザは、超狭線幅1550nmビームを生成する単一連続波ファイバレーザである、請求項3に記載の2チャンネルレーザオーディオモニタリングシステム。
- 前記光モジュール(2000)は、干渉計システムを実装したものであり、この干渉計システムは、
- 偏光ビームスプリッタ(2105, 2110および2112)、非偏光ビームスプリッタ(2106, 2114, 2115および2117)および1/4波長板(2111および2113)と、
- 互いに同軸であり、かつ前記光検出器(2119または2120)上で空間的に重なり合っているプローブビーム(1114または1115)、後方反射プローブビーム(1116または1117)および参照ビーム(2203または2204)と、
- 前記プローブビーム、前記後方反射プローブビームおよび前記参照ビームを同軸にアラインメントする、垂直方向に調節可能なミラーおよびビームスプリッタユニット(2112, 2115, 2110および2114)と、
を備える、請求項3に記載の2チャンネルレーザオーディオモニタリングシステム。 - 前記制御ユニットは、さらに、
- 自動音量調節ブロック(3400)と、
- USBポート(1123)と、
- 電池と、
- 制御・DSPプロセッサと、
- ハードディスクドライブ、ソリッドステートドライブまたはSDカードなどのデータ記憶装置と、
を備える、請求項1に記載の2チャンネルレーザオーディオモニタリングシステム。 - 前記支持系は、三脚(1101)と、調節可能なプレート(1210, 1211および1212)と、緩衝装置(1230)とを備える、請求項1に記載の2チャンネルレーザオーディオモニタリングシステム。
- 前記三脚は、パンハンドルと、チルトハンドルとを有する、請求項7に記載の2チャンネルレーザオーディオモニタリングシステム。
- 前記右側レンズ(1109)は、第3の調節可能なプレート(1212)上に配置される、請求項7に記載の2チャンネルレーザオーディオモニタリングシステム。
- 前記インタフェースケーブル(1102)は、前記トランスデューサユニット(1100)内の前記光モジュール(2000)に設置されたブラッグセル(2116)に変調無線周波数RF信号を搬送するとともに、前記制御ユニット(1103)内に配置された復調器に2チャンネル無線周波数(RF)信号(2311および2312)を搬送するマルチ電圧電力線を有する、請求項1に記載の2チャンネルレーザオーディオモニタリングシステム。
- 前記復調ブロック(3200)は、ミキサブロック(3210)と、バンドパスフィルタ(3220)と、復調器ブロック(3230)と、局部発振器(3240)と、アナログバンドパスフィルタ(3250)とを備える、請求項1に記載の2チャンネルレーザオーディオモニタリングシステム。
- 前記フィルタリングモジュール(4000)は、事前フィルタリングステージ(4130)と、第1ステージのフィルタリング(4131)と、第2ステージのフィルタリング(4132)とを備える、請求項1に記載の2チャンネルレーザオーディオモニタリングシステム。
- 前記ステレオ聴取では、対象面上における振動の異なる2点の相補効果によって音声信号を聴取し易くする、請求項13に記載のフィルタリングモジュール(4000)。
- 事前フィルタリングステージ(4130)は、単体フィルタ(4210)と、カットオフ周波数が互いに異なる2つの従来型デジタルハイパスフィルタ(4211および4212)とを有する従来フィルタブロック(4110または4111)を備える、請求項12に記載の2チャンネルレーザオーディオモニタリングシステム。
- 第1ステージのフィルタリング(4131)は、単体フィルタ(4213)と、周波数応答補償器(4214)と、TSNR(2段ノイズ低減)フィルタ(4215)とを有する1チャンネルノイズ低減ブロック(4112または4113)を備え、この1チャンネルノイズ低減ブロックは、オペレータの選択に応じて入力信号(4103および4104)に適用することができる、請求項12に記載の2チャンネルレーザオーディオモニタリングシステム。
- 第2ステージのフィルタリング(4132)は、従来型ANC(適応ノイズキャンセラ)(4310)と、CTR−ANC(クロストーク耐性適応ノイズキャンセラおよびその非対称変形版)(4311)と、相互経験的ウィーナフィルタ(4312)と、事後フィルタ(4115)としての経験的ウィーナフィルタ(4313)とを有する2チャンネルノイズ低減ブロック(4114)を備える、請求項12に記載の2チャンネルレーザオーディオモニタリングシステム。
- 前記制御ユニット(1103)の前記グラフィカルユーザインタフェース(GUI)(1122)は、ロック画面(5000)を含む、請求項1に記載の2チャンネルレーザオーディオモニタリングシステム。
- 前記ロック画面(5000)は、ファイルから読み込み可能な画像であり、この画像は、GUI(1122)上の特別に指定された場所に配置された不可視ボタンを含む、請求項17に記載の2チャンネルレーザオーディオモニタリングシステム。
- 前記不可視ボタンは、所定の正しい順序で押された場合に前記ロック画面から抜け出すために使用される、請求項18に記載のロック画面。
- 前記フィルタリングモジュール(4000)は、測定中の音声信号に干渉するノイズに対処するために、ユーザが選択した1つのチャンネルに適用するか、別々に2つのチャンネルに適用するか、または同時に2つのチャンネルに適用することができるフィルタリング方法を備える、請求項1に記載の2チャンネルレーザオーディオモニタリングシステム。
- - 前記音声信号の周波数帯の下限と、発生し得る背景ノイズの周波数帯の上限とに応じて互いに異なるカットオフ周波数が設定された2つのハイパスIIR(無限インパルス応答)フィルタ(4211および4212)によって、低周波数の背景ノイズを除去する方法と、
- 振動する物体/ガラスの材料特性から分析的に導き出されて正規化された逆関数と、前記復調ブロック(3200)の周波数偏移対出力レベルの曲線から測定されて正規化された逆関数とからなる2つの逆関数の組み合わせによって、振動する材料の伝達関数と、アナログ復調器ステージの伝達関数との両者を補償する方法と、
- 実際には前記2つのチャンネルの一方が利用可能でない場合があり得ることを考慮して、1つのチャンネル(4101aまたは4101b)のノイズを低減する方法であり、1つのチャンネルしか観測できないと考えて、ユーザが選択した1つのチャンネルからノイズおよび音声信号の情報を抽出し、信号対ノイズ比に応じて前記短時間スペクトル利得を推定し、チャンネル信号の前記最初の短期間がノイズのみからなると仮定して、初期ノイズ分散を求める方法と、
- ノイズ源から発せられて第1光チャンネルおよび第2光チャンネルの両方に影響を与えるノイズ信号をキャンセルする方法であり、第1光チャンネルの信号を主入力、第2光チャンネルの信号を参照入力として取得し、NLMS(正規化最小平均二乗)アルゴリズムを用いて、前記ノイズ源から前記主入力への伝達関数を推定し、ノイズのない出力を得るために前記参照入力を利用して前記主入力をフィルタリングする方法と、
- 第1光チャンネルおよび第2光チャンネルの両方を利用してノイズと音声信号とを分離し、少なくとも前記モジュールの出力における信号を無相関化する方法であり、第1光チャンネルの信号を主入力、第2光チャンネルの信号を参照入力として取得し、ノイズ源から主入力への伝達関数と、音声源から参照入力への伝達関数とからなる前記2つの相互伝達関数を推定し、少なくともLMS(最小平均二乗)アルゴリズムとNLMS(正規化最小平均二乗)アルゴリズムとを利用し、ユーザインタフェースを介して、当該出力において知覚される信号分離性能と、当該インタフェース上でプロンプトされる収束状態とに応じていずれか1つのアルゴリズムを選択し、2つの光チャンネル間の物理的な距離を表す補助パラメータを利用して、他の選択がなされた場合よりも一層ノイズが分離およびキャンセルされるようにノイズ源の方向をヌルとし、推定された2つの相互伝達関数を用いて前記主入力および前記参照入力をフィルタリングして、少なくとも前記モジュールの出力における元の音声信号と元のノイズ信号とのバージョンを得る方法と、
- ウィーナフィルタを設計する手段としてユーザが選択した方のチャンネルを利用しつつ、その適用対象に他方のチャンネルを使用するノイズ除去の方法であり、両方のチャンネル信号を同時に考慮に入れて、ユーザが選択したチャンネルを、ほとんどノイズのない音声信号であると仮定して経験的ウィーナフィルタ(4313)の設計に利用し、装置の動作中にユーザが前記グラフィカルユーザインタフェース(1122)の画面上のスライドボタン(5903aまたは5903b)を介して経験的ウィーナフィルタ(4313)へのノイズ分散値の調節、変更および入力を行えるようにする方法と、
- さらなるノイズ低減のために出力信号(4107)の事後フィルタリング(4115)を行う方法であり、経験的ウィーナフィルタの設計に前記ノイズが除去された出力信号(4107)を利用しつつ、その適用対象に、対応する入力チャンネルを用い、装置の動作中にユーザが前記グラフィカルユーザインタフェース(1122)の画面上のスライドボタン(5903aまたは5903b)を介して経験的ウィーナフィルタ(4313)へのノイズ分散値の調節、変更および入力を行えるようにする方法と、
を含むフィルタリング方法を用いるフィルタリングモジュール(4000)における、請求項20に記載のフィルタリング方法。
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