JPH04295727A - インパルス応答測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、オーディオルームや音
楽ホール等の被測定音響系にインパルス信号を加えてそ
の応答を測定するようなインパルス応答測定方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】室内等の被測定音響系のインパルス応答
を正確に測定するためにはＳ／Ｎを向上させることが重
要である。しかしながら、インパルスはピーク値の割に
パワーが最も小さい信号であることから、現実にはＳ／
Ｎをかせぐことが困難である。パルス幅を広くすればエ
ネルギを大きくできるが、周波数特性が平坦でなくなる
という欠点がある。

【０００３】そこで、従来よりＳ／Ｎ向上のために種々
の方法が提案されている。例えば、上記インパルス測定
を何度も繰り返し行って、全ての測定結果の平均をとる
こと（いわゆる同期加算）が知られている。これは、加
算を重ねることによりノイズレベルは殆ど増大しないの
に対して信号成分のレベルのみが増大することを考慮し
たものである。しかしながら、繰り返しの周期は、被測
定音響系の応答がゼロに収束したと見なせる時間、例え
ば残響時間の２倍位、より長くとらなければならないこ
とから、例えば１０００回程度の同期加算されたインパ
ルス応答を求めようとすると数十分あるいはそれ以上の
時間がかかることになる。

【０００４】また、音響学会誌４５巻１号４４〜５０頁
や信学技法ＥＡ８９−３３等には、時間引き伸ばしパル
ス（ＴＳＰ，ｔｉｍｅ　ｓｔｒｅｃｈｅｄ　ｐｕｌｓｅ
　）を用いたインパルス応答の測定方法が示されている
。このＴＳＰは、群遅延が周波数に比例するようなオー
ルパスフィルタにインパルスを通すことによって得られ
る信号である。例えば４０９６ポイントのＴＰＳ信号は
インパルス信号に比べてパワーが約３１ｄＢ高く、イン
パルスで１２００回の同期計算をしたのと同じＳ／Ｎが
１回の測定で得られる。さらに、これを繰り返して同期
加算することも行われる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、これらのイ
ンパルス応答測定方法は、全て周波数の全帯域に一様な
スペクトルを持った信号を被測定音響系内のスピーカ等
の電気−音響変換器に送って音響を発生させ、その応答
をマイクロホン等の音響−電気変換器で収音して得られ
た信号からインパルス応答を逆算するものである。

【０００６】一方、現実の環境においては、ノイズは一
部の帯域、特に低域に集中していることが多く、測定結
果を見るとき、高域では充分なＳ／Ｎがとれていても低
域のＳ／Ｎが不充分なため、さらに同期加算等を行って
全体的なＳ／Ｎ向上を図る必要が生じているのが現状で
ある。

【０００７】本発明は、このような実情に鑑みてなされ
たものであり、高精度のインパルス応答が短時間で測定
でき、一部帯域に集中しているノイズを考慮して全帯域
での必要なＳ／Ｎを容易にとることができるようなイン
パルス応答測定方法の提供を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係るインパルス
応答測定方法によれば、被測定音響系にインパルス信号
を加えてその応答を測定するインパルス測定方法におい
て、周波数帯域を複数に分割して各帯域毎にインパルス
応答を測定し、各測定結果を合成するようなインパルス
応答測定方法であって、Ｓ／Ｎを向上させたい帯域につ
いては、フィルタを介した信号を増幅した後、スピーカ
等の電気−音響変換手段に送って音響信号を発生させる
ことにより、上述の課題を解決する。

【０００９】ここで、上記Ｓ／Ｎを向上させたい帯域以
外の帯域については、フィルタを介して該当する帯域の
信号を増幅して上記電気−音響変換手段（スピーカ等）
に送るようにしてもよいが、全帯域の信号を上記電気−
音響変換手段に送り、その応答信号をフィルタに通して
該当する帯域の信号を取り出すようにしてもよい。

【００１０】

【作用】帯域分割し、Ｓ／Ｎを向上させたい帯域をフィ
ルタで取り出して増幅した後、スピーカ等の電気−音響
変換手段に送って音響信号を発生させているため、この
帯域でのノイズが相対的に減少し、短時間で高精度のイ
ンパルス応答測定が実現できる。

【００１１】

【実施例】本発明に係るインパルス応答測定方法のいく
つかの好ましい実施例について、図面を参照しながら以
下に説明する。先ず図１には、本発明の第１の実施例と
して、全周波数帯域を高域と低域との２つの帯域に分割
してインパルス応答を測定する場合の手順をＡ、Ｂに示
している。この場合のＡ、Ｂの順序はどちらが先でもよ
い。

【００１２】すなわち先ず図１のＡにおいて、入力端子
１にインパルス応答測定用の信号、例えば時間引き伸ば
しパルス（ＴＳＰ，ｔｉｍｅ　ｓｔｒｅｃｈｅｄ　ｐｕ
ｌｓｅ　）を供給する。このＴＳＰ信号は、被測定音響
系である室１０内のスピーカ１１に送られて音響として
発せられ、室１０内での反響等によるその応答がマイク
ロホン１２にて収音される。マイクロホン１２からの応
答信号は、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）３を介すことで
高域成分のみが取り出され、アンプ４を介して出力端子
２から取り出される。出力端子２からは、ＴＳＰ応答信
号が得られるが、これからインパルス応答（ただしＨＰ
Ｆ３の通過帯域である高域についての応答）を復元する
ための逆フィルタリングは、例えばＦＦＴ（高速フーリ
エ変換）を用いて行われる。その逆フィルタのインパル
ス応答はＴＳＰの時間軸を逆にしただけのものであるか
ら、ＴＳＰ応答とＴＳＰ自身の相互相関関数を求めれば
、被測定音響系である室１０のインパルス応答（高域に
ついての応答）になる。

【００１３】次に図１のＢにおいて、上記と同様のＴＳ
Ｐ信号を、入力端子１を介してローパスフィルタ（ＬＰ
Ｆ）５に送り、低域成分のみを取り出す。ここでＬＰＦ
５と上記ＨＰＦ３とは、これらの周波数応答が加算して
１となるように設定されている。ＬＰＦ５からの出力信
号は、アンプ６で増幅されて、室１０内のスピーカ１１
に送られ、音響が発せられる。その応答がマイクロホン
１２にて収音されて出力端子２より取り出される。この
出力信号もＴＳＰ応答信号であり、ＦＦＴを用いた逆フ
ィルタリングにより、被測定音響系（室１０）の低域に
ついてのインパルス応答が得られる。この測定結果と上
記高域についてのインパルス応答測定結果とを加算する
ことで、全帯域のインパルス応答が得られる。

【００１４】すなわち、本発明実施例におけるインパル
ス応答の測定は、図１のＡの手順と図１のＢの手順との
二度に分けて行われ、上記ＨＰＦ３とＬＰＦ５との各周
波数応答が加算して１になるから、各出力を加算して得
られる全体のインパルス応答は元の系と同じになる。Ｈ
ＰＦ３の目的は低域のノイズを除くことであり、またＬ
ＰＦ５及びアンプ６によって低域に加わる信号のパワー
を高めている。すなわち、この実施例では低域にノイズ
が集中している場合を想定しており、低域側でＳ／Ｎを
高めるために、インパルス信号と等価なＴＳＰ信号を、
予めＬＰＦ５で低域成分のみを取り出して、アンプ６で
増幅した後、被測定音響系である室１０内のスピーカ１
１に供給している。これによって、ＴＳＰ信号を直接ス
ピーカ１１に供給する場合に比べて低域のパワーをより
高めている。ＬＰＦ５の通過帯域を全帯域の１／Ｎとす
ると、そのインパルス応答のピーク値も１／Ｎとなる。 従って、スピーカ１１に加える信号のピーク値を一定に
保てば、低域のパワースペクトル密度はＮ２　倍になる
。 なお、ＨＰＦ３の後段のアンプ４は、ＨＰＦ３を通過す
ることによる減衰の補償や２回の測定の各出力間のレベ
ル合わせのためものであり、省略してもよい。また、図
１のＡとＢの各手順は、いずれを先に行うようにしても
よい。さらに、ＨＰＦ３やＬＰＦ５は、ハードウェアで
構成しても、ソフトウェアで実現してもよい。

【００１５】ここで図２は上記ＨＰＦ３及びＬＰＦ５の
各周波数特性のそれぞれ具体例を示している。これらの
フィルタはいずれも直線位相のＦＩＲフィルタであり、
各周波数応答が加算して１となるように設定されている
。図２の例では、周波数軸のｆｓ　／３２の周波数値（
ｆｓ　はサンプリング周波数）を境界としてＨＰＦ３と
ＬＰＦ５との各通過、遮断帯域が入れ代わるようになっ
ており、このサンプリング周波数ｆｓ　は例えば４４．
１ｋＨｚである。また図３は、１０２４ポイントのＴＳ
Ｐの一例を示している。

【００１６】次に、上記第１の実施例の方法を用いた実
際のインパルス応答測定及びその結果について説明する
。室１０としては残響時間が約０．３秒の試聴室を用い
た。また、ＴＳＰ（時間引き延ばしパルス）を用いて４
０９６ポイントのインパルス応答を求めた。サンプリン
グ周波数は４４．１ｋＨｚとし、ＬＰＦ５については、
そのカットオフ周波数を、上記図２のように全帯域（ｆ
ｓ　／２）の１／１６、すなわちｆｓ　／３２に設定し
、タップ数５０１のＦＩＲフィルタとして作成し、ＬＰ
Ｆを設計した後、それを１から減ずることによってＨＰ
Ｆ３を作成した。低域の測定に用いた信号は、上記ＴＳ
Ｐの各サンプル間に１５個の０を挿入し、これがＬＰＦ
によって補間される波形を予め計算機で作成し、それに
対して得られた応答から、ＬＰＦ込みのインパルス応答
を計算した。一方、高域については、従来通りの計算を
行う過程でＨＰＦの特性を畳み込んだ。これらの低域と
高域について、それぞれ１０回ずつの同期加算を行った
。

【００１７】以上のような条件で測定を行った結果を図
４に示す。この図４において、特性曲線ａがインパルス
応答のスペクトルを、特性曲線ｂがインパルス（実際に
はＴＳＰ）を放射しないときの暗騒音のスペクトルを、
それぞれ示している。これに対する比較例として、図５
には、上記帯域分割を行わない場合のインパルス応答の
スペクトル曲線ａ、及びＴＳＰを放射しないときの暗騒
音のスペクトル曲線ｂをそれぞれ示している。この比較
例においては、帯域を分割する以外の条件を同じとして
いる。これらの図４と図５とを比べると、先ず比較例の
図５においては、高域すなわち約１ｋＨｚ以上のＳ／Ｎ
は６０ｄＢ程度あるが、低域では２０ｄＢに低下してお
り、これを高めるためにはさらに多数回の同期加算等が
必要となって時間がかかるわけである。これに対して、
図４に示す本発明実施例の応答特性の低域（約１ｋＨｚ
以下）においては、暗騒音レベルが見かけ上２４ｄＢ減
少しており、約１００Ｈｚ以上の帯域で６０ｄＢのＳ／
Ｎが得られている。これは、低域では従来法の同期加算
２５６０回分に相当するＳ／Ｎが得られていることに相
当する。

【００１８】以上のように、帯域分割し、Ｓ／Ｎを向上
させたい帯域、具体的には全帯域の１／１６以下の低域
に、１６倍のパワーを注ぎ込んでＳ／Ｎを２４ｄＢ改善
し、必要な同期加算の回数を１／２５６に減らした。こ
れによって、短時間で高精度のインパルス応答測定が実
現できる。なお、入力端子１に供給する信号は、上記Ｔ
ＳＰが望ましいが、インパルスを用いても、帯域分割を
しない場合に比べて同期加算の回数を大幅に低減できる
ことは勿論である。また、分割された帯域毎に同期加算
の回数を設定して帯域毎のＳ／Ｎを制御することもでき
る。

【００１９】次に、本発明の第２の実施例について、図
６を参照しながら説明する。この図６は帯域を３分割し
た場合の実施例を示しており、Ａ、Ｂ、Ｃの各測定工程
の個別測定結果を加算して１つのインパルス応答結果を
得るようにしている。これら３つの測定工程の順序は任
意に変更することができ、例えばＢ、Ｃ、ＡとかＣ、Ａ
、Ｂ等の順序で測定を進めてもよい。この図６において
、上記図１と対応する部分には同じ参照番号を付して説
明を省略する。

【００２０】すなわち、図６において、入力端子１には
例えば上記第１の実施例と同様な時間引き延ばしパルス
（ＴＳＰ）が供給されている。Ａの測定工程では、入力
されたＴＳＰ信号を直接スピーカ１１に送り、マイクロ
ホン１２からの応答信号を、カットオフ周波数がｆ１　
のハイパスフィルタ（ＨＰＦ）２１に送り、このＨＰＦ
２１からの信号をアンプ２２を介し、出力端子２より取
り出している。Ｂの測定工程では、上記ＴＳＰ信号をカ
ットオフ周波数がｆ１のローパスフィルタ（ＬＰＦ）２
３に送り、アンプ２４で増幅してスピーカ１１に送って
いる。マイクロホン１２からの応答信号は、カットオフ
周波数がｆ２　（ｆ２　＜ｆ１　）のＨＰＦ２５に送り
、このＨＰＦ２５からの信号をアンプ２６を介し、出力
端子２より取り出している。従ってこのＢの測定工程で
は、周波数ｆ２　〜ｆ１　の帯域についての応答結果を
得ることになる。次にＣの測定工程では、上記ＴＳＰ信
号をカットオフ周波数がｆ２　のＬＰＦ２７に送り、ア
ンプ２８で増幅してスピーカ１１に送り、マイクロホン
１２からの応答信号をそのまま出力端子２より取り出し
ている。

【００２１】この図６に示す第２の実施例においては、
帯域をｆ１　以上、ｆ２　〜ｆ１　、ｆ２　以下の３つ
の帯域に分割し、ｆ２　〜ｆ１　の帯域と、ｆ２　以下
の帯域については、スピーカ１１に供給する前に増幅す
ることによって、ノイズレベルに対する信号レベルを大
きくし、Ｓ／Ｎの改善を行っている。この各周波数の具
体的数値としては、例えばｆ１　＝１ｋＨｚ、ｆ２　＝
１００Ｈｚのような値が考えられる。この第２の実施例
は、例えばノイズが大まかにｆ２　〜ｆ１　の帯域とｆ
２　以下の帯域とに分散している場合に好適である。な
お、３つの帯域の各フィルタの周波数応答については、
これらを加算した結果が１になるように設定することは
勿論である。

【００２２】次に、図７は、本発明の第３の実施例とし
て、帯域を２分割し、スピーカ供給前に各帯域の信号を
増幅する例を示している。すなわち、Ａの測定工程では
、入力端子１に供給されたＴＳＰ信号をＨＰＦ３１を介
した後アンプ３２で増幅し、スピーカ１１に送っている
。また、Ｂの測定工程では、入力端子１に供給されたＴ
ＳＰ信号をＬＰＦ３６を介した後アンプ３７で増幅し、
スピーカ１１に送っている。これらの各工程でマイクロ
ホン１２から得られた各応答信号については、そのまま
出力端子２より取り出してもよいが、図７の第３の実施
例においては、ＡではＨＰＦ３３を介しアンプ３４を介
して、またＢではＬＰＦ３８を介しアンプ３９を介して
、それぞれ出力端子２から取り出すようにしている。

【００２３】この場合、ＨＰＦ３１、３３は、例えばｆ
ｓ　／３２以上（ｆｓ　はサンプリング周波数）の信号
を通過させ、ＬＰＦ３６、３８は、例えばｆｓ　／３２
以下の信号を通過させるものであり、これらの全ての周
波数応答を加算した結果が１となるように設計されてい
る。また、アンプ３４、３９は出力レベル調整用であり
、省略してもよい。この第３の実施例の作用及び効果は
、上記図１に示す第１の実施例と同様であるため、共通
する部分に同じ参照番号を付して説明を省略する。

【００２４】次に、図８は、本発明の第４の実施例とし
て帯域を多数個（例えばｎ＋２個）に分割した場合を示
している。すなわち、周波数の高い方から順に、ｆ１　
以上、ｆ１　〜ｆ２　、ｆ２　〜ｆ３　、・・・、ｆｎ
　〜ｆｎ＋１　、及びｆｎ＋１以下（ｆ１　＞ｆ２　＞
ｆ３　＞・・・＞ｆｎ　＞ｆｎ＋１　）のｎ＋２個の帯
域に分割し、各測定工程のＡ、Ｂ、Ｃ、・・・、Ｄ、及
びＥにおいて、入力端子１に供給されたインパルス信号
（例えば上記ＴＳＰ信号）からこれらの帯域をそれぞれ
ＨＰＦ４１、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）５１１　、
ＢＰＦ５１２　、・・・、ＢＰＦ５１ｎ　、及びＬＰＦ
４６にて取り出し、それぞれアンプ４２、５２１　、５
２２　、・・・、５２ｎ　、及び４７で増幅して、それ
ぞれスピーカ１１に送っている。また、各測定工程でマ
イクロホン１２から得られた応答信号を、それぞれＨＰ
Ｆ４３、ＢＰＦ５３１　、ＢＰＦ５３２　、・・・、Ｂ
ＰＦ５３ｎ　、及びＬＰＦ４８を介し、それぞれアンプ
４４、５４１　、５４２　、・・・、５４ｎ　、及び４
９を介して、それぞれ出力端子２より取り出している。

【００２５】ここで、各測定工程のＡ〜Ｅの順序は任意
であり、動作は図１に示す第１の実施例と略々同様であ
るため、共通する部分に同じ参照番号を付して説明を省
略する。この第４の実施例においては、上述した第１〜
第３の実施例と同様な作用、効果が得られるのみならず
、さらに周波数帯域を細分した分だけ各帯域のパワーを
増大できる。

【００２６】なお、本発明は上記実施例のみに限定され
るものではなく、例えば図６に示す構成におけるＬＰＦ
２３とＨＰＦ２５の組を複数組に増加することによって
周波数帯域を４つ以上に分割するようにしてもよい。ま
た、分割された複数帯域の各帯域毎に同期加算の回数を
設定して、これらの各帯域毎にＳ／Ｎを設定するように
してもよい。

【００２７】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明に係るインパルス応答測定方法によれば、帯域分割し
て各帯域毎にインパルス応答を測定するようにし、Ｓ／
Ｎを向上させたい帯域をフィルタで取り出して増幅した
後、スピーカ等の電気−音響変換手段に送って音響信号
を発生させているため、この帯域でのＳ／Ｎを向上させ
ることができ、短時間で高精度のインパルス応答測定が
実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るインパルス応答測定方法の第１の
実施例を説明するためのブロック図である。

【図２】該第１の実施例のＨＰＦ及びＬＰＦの周波数特
性を示す図である。

【図３】ＴＳＰ（時間引き延ばしパルス）の具体例を示
す波形図である。

【図４】上記第１の実施例のインパルス応答測定結果の
周波数特性を示す図である。

【図５】従来のインパルス応答測定結果の周波数特性を
示す図である。

【図６】本発明の第２の実施例を説明するためのブロッ
ク図である。

【図７】本発明の第３の実施例を説明するためのブロッ
ク図である。

【図８】本発明の第４の実施例を説明するためのブロッ
ク図である。

【符号の説明】

１・・・・・入力端子 ２・・・・・出力端子 ３・・・・・ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）４、６・・・
・・アンプ ５・・・・・ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１０・・・・
・室（被測定音響系） １１・・・・・スピーカ １２・・・・・マイクロホン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　被測定音響系にインパルス信号を加え
   てその応答を測定するインパルス測定方法において、周
   波数帯域を複数に分割して各帯域毎にインパルス応答を
   測定し、各測定結果を合成するようなインパルス応答測
   定方法であって、Ｓ／Ｎを向上させたい帯域については
   、フィルタを介した信号を増幅した後、電気−音響変換
   手段に送って音響信号を発生させることを特徴とするイ
   ンパルス応答測定方法。