JP5941009B2

JP5941009B2 - ノイズ分析装置及び方法

Info

Publication number: JP5941009B2
Application number: JP2013072028A
Authority: JP
Inventors: 敏彦南條
Original assignee: NEC Personal Computers Ltd
Current assignee: NEC Personal Computers Ltd
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2016-06-29
Anticipated expiration: 2033-03-29
Also published as: JP2014197079A

Description

本発明は、ノイズ分析装置及び方法に関し、特に、コンピュータのオーディオ性能の品質評価に関する。

多種多様な精密部品の集合体であるコンピュータシステムの製造工程においては、顧客満足を高度なレベルで満たすために、一つ一つの部品の品質評価やシステムに組み込んだ際に不具合が出ないかなどの検証が行われる。コンピュータシステムに組み込むオーディオチップの品質評価の一基準として、ポップノイズやクリックノイズと呼ばれるノイズの大きさが許容範囲内にあるか否かというものがある。本明細書で単に「ノイズ」と言う場合、ポップノイズやクリックノイズのことを指す。

ポップノイズやクリックノイズは、音声発生源となるオーディコーデックやプリアンプのオン／オフ時や、これらの省電力機能移行時、復帰時のバイアス変動に起因するノイズであると考えられる。特許文献１には、ポップノイズの低減を課題とした技術が開示されており、段落００２９を参照すると、ノート型コンピュータにおけるポップノイズの発生機序が説明されている。また、特許文献２には、音声等の原波形を分析して、分析結果を波形合成装置にフィードバックする電子楽器に関する発明が記載されている。

特開２０１０−０１６７９５号公報特開２００４−０１３１７９号公報

従来のコンピュータのオーディオ性能の品質評価は、オペレータが耳で聞いて判断するという定性的な評価であった。したがって、あるオペレータには許容範囲にあると思われたポップ音が、異なるオペレータにはノイズとして聞こえるといったことが起こりうる。定性評価では個人差があり、修正すべきオーディオチップを組み込んだコンピュータシステムの出荷を許してしまったり、その逆に、厳しすぎる評価により割高なチップの組み込みが行われてしまったりする可能性がある。

定量評価が可能になれば、オーディオ性能の品質評価においてオペレータの介在をなくすことができるため、一定の品質のコンピュータシステムを効率的に生産することができ、顧客満足度も高められる可能性がある。

本発明は、コンピュータのポップノイズに関する品質評価において定量評価を可能にすることを目的とする。

上記目的を達成するために本発明に係る装置は、等ラウドネス曲線における最低レベル曲線を示す最小可聴域の近似値を、最大出力レベルの実効値とノイズレベルの対数比で表す比較用の近似値に単位変換を行う単位変換手段と、擬似的ノイズを発生させることによって得られる波形データに基づいて設定するマージン値を、単位変換後の最小可聴域に加えて閾値を設定する閾値設定手段と、外部の評価サンプルが発生させたノイズを入力する入力手段と、入力したノイズの波形解析データに基づいて各周波数に対するノイズレベルを最大出力レベルの実効値とノイズレベルの対数比で表す比較用の数値に数値化する数値化手段と、前記比較用の数値と前記閾値とに基づいて、入力したノイズの評価を行う評価手段と、を備え、前記マージン値は、前記擬似的に発生させたノイズをオペレータが聞いて許容の可否をを判断する官能検査により設定されることを特徴とする。

また、本発明に係る方法は、等ラウドネス曲線における最低レベル曲線を示す最小可聴域の近似値を、最大出力レベルの実効値とノイズレベルの対数比で表す比較用の近似値に単位変換を行う単位変換工程と、擬似的ノイズを発生させることによって得られる波形データに基づいて設定するマージン値を、単位変換後の最小可聴域に加えて閾値を設定する閾値設定工程と、外部の評価サンプルが発生させたノイズを入力する入力工程と、入力したノイズの波形解析データに基づいて各周波数に対するノイズレベルを最大出力レベルの実効値とノイズレベルの対数比で表す比較用の数値に数値化する数値化工程と、前記比較用の数値と前記閾値とに基づいて、入力したノイズの評価を行う評価工程と、を備え、前記マージン値は、前記擬似的に発生させたノイズをオペレータが聞いて許容の可否をを判断する官能検査により設定されることを特徴とする。

本発明によれば、コンピュータのポップノイズに関する品質評価において定量評価が可能となる。

本発明の実施形態のハードウェア構成例（その１）を示す図である。本発明の実施形態のハードウェア構成例（その２）を示す図である。本発明の実施形態の機能構成を示すブロック図である。等ラウドネス曲線を示す図である。本発明の実施形態において、テストトーンのノイズレベル[dB reference]を変化させた場合の、ユーザへの影響度を定性評価した結果を示す図である。本発明の実施形態において、閾値の波形データの一例を示すグラフである。

以下、本発明による実施形態について図面を参照しながら説明する。

本実施形態は、ノイズの評価を行うための閾値を設定するフェイズと、設定された閾値を用いて評価サンプル１１が発生させたノイズを評価するフェイズとに分かれる。図１に、閾値を設定するフェイズで利用可能なハードウェア構成例を示す。図２に、ノイズを評価するフェイズで利用可能なハードウェア構成例を示す。

図１において、テストトーン発生用コンピュータ１０は、例えば、デスクトップ型やノートブック型などの種々の形態を取りうるパーソナルコンピュータを用いることができる。テストトーン発生用コンピュータ１０は、5mWの出力、32Ωの抵抗値で終端させるタイプのヘッドフォンが利用可能な端子を備えるが、この構成は一例であって本発明は本例に限定されるものではない。

一方で、ヘッドフォン２０は、一例として、最大出力レベル100[dBS PL/mW]のものを用いる。ここで例示した具体例においては、テストトーン発生用コンピュータ１０からヘッドフォン２０に出力される最大出力は、約107[dB SPL]と近似できる。なお、他の条件のヘッドフォンを使用する場合は、この近似値は変更される可能性がある。

図２において、評価サンプル１１は、ポップノイズやクリックノイズに関する評価を行う対象であるパーソナルコンピュータである。オーディオチップでもよい。評価サンプル１１のヘッドフォン又はライン出力の出力仕様と、テストトーン発生用コンピュータ１０のヘッドフォン出力仕様は、同じである必要がある。したがって本例の場合、評価サンプル１１の端子は、32Ωの終端時に5mW出力の端子である。評価サンプル１１は、オーディオコーデックのオン／オフや省電力機能移行や復帰などを行い人為的にバイアス変動を起こさせてサンプルノイズを発生させる。

入力ケーブル２１は、評価サンプル１１のヘッドフォン又はライン出力端子と、波形解析装置１２のアナログ入力とを接続する。アナログ入力部には終端抵抗を接続する。ヘッドフォン、ライン出力共に、終端抵抗値は、各評価サンプルの出力仕様により変更することができる。今回の一例（ヘッドフォンの場合）は、32Ωで終端する。

波形解析装置１２は、入力された時間領域のオーディオの過渡応答波形を周波数領域に変換し、デジタル出力する機能を備える。そのような機能を実現するような解析装置であれば、どのようなものでも限定はないが、具体的に、次のような処理を行って入力オーディオを周波数領域に変換するとよい。

まず、入力されたノイズ信号から直流成分を除去し、交流成分のみを抽出する（つまり、バイアスの変動分のみを抽出する）。次に、一定の適切な入力範囲でノイズを測定するために入力可能範囲を設定し、それに基づいて帯域通過フィルタを使用する（人間の耳の周波数特性は平坦ではないため、ノイズの低音域、高音域成分を減衰させるため）。次に、帯域通過フィルタの出力信号をアナログ／デジタル変換し、変換された信号を波形解析して周波数領域に変換する。周波数領域に変換されたデータが波形解析データとして出力される。

波形解析装置１２は、波形解析データを、例えば、20Hzから20kHzの範囲で対数的に分割した各周波数に対するノイズレベルの数値として出力する。ノイズレベルの数値は、評価サンプル１１の最大出力レベルの実効値とノイズレベルの対数比（dB reference）で表す。dB referenceは、以下の式から求める。
dB reference = 20*log₁₀(V_N/V_MAX)
V_N: ノイズレベル
V_MAX: 評価サンプルの最大出力レベル

波形解析装置１２と波形解析用コンピュータ１３をつなぐ出力ケーブル２２は、USB等のデジタルインターフェイスである。

波形解析用コンピュータ１３は、例えば、デスクトップ型やノートブック型などの種々の形態を取りうるパーソナルコンピュータを用いることができる。出力ケーブル２２を接続可能なインターフェイス（USB等のデジタル入力端子）を備える。なお、図２では波形解析装置１２と波形解析用コンピュータ１３とが分離された構成であるが、本発明はこの構成例に限定されない。波形解析装置１２が有する機能を波形解析用コンピュータ１３が有するように構成することもできる。

図３に、本実施形態の機能構成を示す。図１と図２に示したようなハードウェアを利用するソフトウェアプログラムによる情報処理によって、テストトーン発生用コンピュータ１０、波形解析装置１２及び波形解析用コンピュータ１３は、図３のノイズ分析手段１として機能する。ノイズ分析手段１は、単位変換手段１０１、閾値設定手段１０２、入力手段１０３、数値化手段１０４、評価手段１０５を有する。

単位変換手段１０１と閾値設定手段１０２は、例えば、テストトーン発生用コンピュータ１０を用いて実施可能である。単位変換手段１０１は、等ラウドネス曲線における最低レベル曲線を示す最小可聴域に基づいて、閾値の設定基準を設定する。

等ラウドネス曲線は、国際標準化規格で標準化されている公知の情報である。例えば、図４に示すような、ISO226:2003の等ラウドネス曲線では、最低レベル曲線（最小可聴域曲線）は、以下のように近似される。

等ラウドネス曲線は、人間の聴覚による音の大きさ、騒音のうるささが同じになる音圧レベルを異なる周波数ごとに測定し等高線で結んだものである。単位が、上記のように、dB SPL (Sound Pressure Level)となる。ところが、後述する数値化手段１０４により数値化されるノイズレベルの単位は、dB referenceである。したがって、単純比較ができないため、単位変換手段１０１は、最小可聴域に所定の計算を行うことによって単位を統一する。

ここで言う単位の統一は、dB SPLからdB referenceへの変換である。図１に関する説明の際に、ヘッドフォン２０の一例としてあげた具体例においては、テストトーン発生用コンピュータ１０からヘッドフォン２０に出力される最大出力が約107[dB SPL]と近似できる。この最大出力107[dB SPL]は、評価サンプルの出力が最大の時の値であるから、この具体例の条件のヘッドフォン２０を使用する場合においては、
107dB SPL ≒ 0dB reference
と考えることができる。この時、最小可聴域ATH(f)に107[dB SPL]を減算することで、単位系をdB referenceに変換できる。単位変換後の最小可聴域ATH(f)'は、下記式で算出される。
ATH(f)' [dB reference]= ATH(f) - 107 [dB SPL]

ATH(f)'は、上記具体例のヘッドフォン２０の使用時における、最小可聴域曲線を表す。ところが、実際にはこれ以上のノイズレベルであっても、許容可能であることが多い。そのため、ATH(f)'にいくらかのマージン値を加算したものをノイズの閾値とする。図３において、閾値設定手段１０２が、所定のマージン値を単位変換後の最小可聴域に加えて、閾値として設定する。

マージン値は、テストトーン発生用コンピュータ１０が擬似的に発生させたノイズを、ヘッドフォン２０によりオペレータが聞いて、その騒音レベルを判断する官能検査（定性評価）により設定する（図１）。擬似的に発生させたノイズを、テストトーンと呼ぶ。なお、他の実施形態においては、テストトーンは、評価サンプル１１が発生させてもよい。

テストトーンは、例えば、いくつかの正弦波を組み合わせて、ポップノイズの波形データに近い波形データを作ることによって得られる。このようにして得られたテストトーンを20Hz〜20kHzの周波数帯域で、ノイズ音量を変化させて、定性評価を行う。図５に、テストトーン発生用コンピュータ１０よりテストトーンを発生させた場合において、テストトーンのノイズレベル[dB reference]を変化させた場合の、ユーザへの影響度を定性評価した結果を示す。

この定性評価の結果に基づいて、例えば、マージン値が30[dB reference]であると決めると、ノイズ閾値は、下記式により算出される。
ノイズ閾値 = ATH(f)' + 30 [dB reference]
また、ノイズ閾値は、波形データのグラフで見ると、図６の閾値ライン（Threshold Line）になる。図６は、閾値の波形データの一例を示すグラフである。図６では、等ラウドネス曲線の最小可聴域曲線をdB SPLからdB referenceへ変換し、マージン値30dBを付与している。

上述のような基準にて設定した閾値に基づいて、評価サンプル１１のノイズの解析を実施する。入力手段１０３は、評価サンプル１１のノイズをノイズ分析装置１に入力する。数値化手段１０４は、入力されたノイズを比較用の数値に数値化する（図３）。

数値化手段１０４は、図２を参照しながら一度説明したように、波形解析データを、例えば、20Hzから20kHzの範囲で対数的に分割した各周波数に対するノイズレベルの数値として出力する。ノイズレベルの数値は、評価サンプル１１の最大出力レベルの実効値とノイズレベルの対数比（dB reference）で表す。dB referenceは、以下の式から求める。
dB reference = 20*log₁₀(V_N/V_MAX)
V_N: ノイズレベル
V_MAX: 評価サンプルの最大出力レベル

評価手段１０５は、例えば、閾値設定手段１０２が設定した閾値を記憶している波形解析用コンピュータ１３によって実現できる。評価手段１０５は、閾値と比較用の数値とに基づいて、評価サンプル１１から入力されたノイズの定量評価を行う。

上記実施形態によれば、コンピュータのポップノイズに関する品質評価において定量評価が可能になる。また、定量評価が可能になるため、オーディオ性能の品質評価においてオペレータの介在をなくすことができる。また、一定の品質のコンピュータシステムを効率的に生産することができ、顧客満足度も高められる。また、上述したような定量評価方法を、コンピュータシステムの製造工程の中の一工程として取り入れると、問題のあるデバイスを容易に抽出することができるようになる。製造工程の効率化が可能になり、高品質の製品を製造することが容易になる。

１ノイズ分析手段
１０テストトーン発生用コンピュータ
１１評価サンプル
１２波形解析装置
１３波形分析用コンピュータ
２０ヘッドフォン
２１入力ケーブル
２２出力ケーブル
１０１単位変換手段
１０２閾値設定手段
１０３入力手段
１０４数値化手段
１０５評価手段

Claims

等ラウドネス曲線における最低レベル曲線を示す最小可聴域の近似値を、最大出力レベルの実効値とノイズレベルの対数比で表す比較用の近似値に単位変換を行う単位変換手段と、
擬似的ノイズを発生させることによって得られる波形データに基づいて設定するマージン値を、単位変換後の最小可聴域に加えて閾値を設定する閾値設定手段と、
外部の評価サンプルが発生させたノイズを入力する入力手段と、
入力したノイズの波形解析データに基づいて各周波数に対するノイズレベルを最大出力レベルの実効値とノイズレベルの対数比で表す比較用の数値に数値化する数値化手段と、
前記比較用の数値と前記閾値とに基づいて、入力したノイズの評価を行う評価手段と、
を備え、
前記マージン値は、前記擬似的に発生させたノイズをオペレータが聞いて許容の可否をを判断する官能検査により設定されることを特徴とする、ノイズ分析装置。
前記数値化手段は、前記比較用の数値を、周波数ごとに、前記評価サンプルの最大出力レベルの実効値とノイズレベルとの対数比で表すことを特徴とする、請求項１に記載のノイズ分析装置。
等ラウドネス曲線における最低レベル曲線を示す最小可聴域の近似値を、最大出力レベルの実効値とノイズレベルの対数比で表す比較用の近似値に単位変換を行う単位変換工程と、
擬似的ノイズを発生させることによって得られる波形データに基づいて設定するマージン値を、単位変換後の最小可聴域に加えて閾値を設定する閾値設定工程と、
外部の評価サンプルが発生させたノイズを入力する入力工程と、
入力したノイズの波形解析データに基づいて各周波数に対するノイズレベルを最大出力レベルの実効値とノイズレベルの対数比で表す比較用の数値に数値化する数値化工程と、
前記比較用の数値と前記閾値とに基づいて、入力したノイズの評価を行う評価工程と、
を備え、
前記マージン値は、前記擬似的に発生させたノイズをオペレータが聞いて許容の可否をを判断する官能検査により設定されることを特徴とする、ノイズ分析方法。