CN100549638C - 测量冲激响应的频率特性和上升沿的方法、以及声场校正装置 - Google Patents

Abstract

提供了一种测量待测系统的频率特性的方法，其中该系统的冲激响应的长度大于TSP(时间延长脉冲)的长度N。该方法包括以下步骤：向该系统连续提供TSP信号预定次数，对每个长度为N的输出信号进行累加和求平均，以及对通过累加和求平均获得的值执行圆周卷积以获得该系统的频率特性。

Description

测量冲激响应的频率特性和上升沿的方法、以及声场校正装置

相关申请的参照

本发明包含涉及于2005年10月31日向日本特许厅提交的日本专利申请JP2005-315738的主题，其全部内容通过引用包含于此。

技术领域

本发明涉及测量冲激响应的频率特性和上升沿的方法、以及声场校正装置。

背景技术

随着DVD(数字多功能盘)和数字广播越来越普及，多声道音频系统在普通家庭中也越来越流行。这增加了收听者(用户)自己来执行音频声道的各种设置和调节操作的需要。

但是，多声道音频系统中的设置和调整操作往往是复杂的，并且对于操作此类系统不熟练的用户而言往往是很困难的。由此，已作出各种尝试，试图能让诸如多声道音频系统中的AV放大器等设备在音频再现时执行校正处理，从而来简化要由用户执行的设置和调节，或者省却此类设置和调节的必要。

此类校正处理称为例如“自动声场校正”，其中校正是在再现声场中的冲激响应的测量结果的基础上执行的。具体而言，可执行如下的处理过程：(a)将如图14A左侧所示的冲激信号提供给所关注声道的扬声器，以使该冲激声音被发射；(b)由安装在用户的收听位置处的话筒拾取该冲激声音，并获得如图14A右侧所示的表示再现声场的冲激响应的信号(冲激响应信号)；(c)分析该冲激响应信号，以获得用于声场校正的参数；(d)使用这些用于声场校正的参数来校正所关注声道的音频信号。

但是，冲激的使用会使话筒的输出信号的信噪(S/N)比降低。因此，已开发出一种将冲激转换为使冲激的能量在时域中弥散的脉冲、并使用转换所得的脉冲来进行声场校正的技术。

通过上述转换所获得的脉冲称为“TSP(时间延长脉冲)”。TSP信号的波形示例在图14B的左边示出，其中N表示TSP的长度，即指示一个TSP信号中总的样本数(例如，N＝4096)，而TN表示N个样本的周期(单位周期)。

在此情形中，为了将冲激转换为TSP，冲激中所包含的脉冲的相位被与频率的平方成正比地提前。为了将TSP转换回冲激，TSP中所包含的脉冲的相位被与频率的平方成正比地延后。

具体而言，使用图15中所示的式(1)和(2)来对冲激进行变换，从而可获得使冲激的能量在时域中弥散的TSP。使用图15中所示的式(3)和(4)来对TSP进行逆变换，从而可压缩弥散的能量，并可重新获得冲激，如图14A的左边和图14B的左边所示。

由此，当使用TSP时，可执行以下处理过程：(e)使用TSP信号代替冲激信号来执行以上(a)和(b)的处理，从而可获得如图14B右边所示的表示再现声场中的TSP响应的信号；(f)再次压缩TSP响应信号中的弥散的能量，从而对TSP进行逆变换以获得如图14A右边所示的冲激响应信号；(g)使用冲激响应信号来执行(c)和(d)的处理。

使用此TSP方法，因为冲激能量在时域中被弥散，所以话筒的输出信号的信噪比得以提高，并且由此声场校正的准确性也得以提高。

图16A和16B是示出使用TSP的冲激响应测量中的时序图。如图中所示，一个TSP信号包含4096个样本(N＝4096)，并且在每个时段T1、T2、……、和Tk被提供给扬声器。这指示将从话筒以Td时段的延迟输出关于每个时段T1、T2、……、和Tk的TSP响应信号。

在此例中，每个时段T1到Tk的长度与周期TN的长度相等。在延迟时间Td中，前导时段Ta对应于扬声器与话筒之间的距离，而拖尾时段Ts对应于系统延迟。由此，时段Ta取决于扬声器与话筒之间的距离，而时段Ts具有预定值。对应于TSP信号的TSP响应信号被获得k次。此时，这些TSP响应信号是彼此相同的。

由此，当对每个时段T1、T2、T3、……、和Tk检查TSP响应信号时，在时段T2里获得的TSP响应信号可被视为是对应于在时段T2里所提供的TSP。在此时段T2里，可执行TSP响应的第一次测量。

此外，在时段T3里获得的TSP响应信号被视为是对应于在时段T3里所提供的TSP。由此，可在时段T3里执行TSP响应的第二次测量。类似地，在时段Tk里获得的TSP响应信号可被视为是对应于在时段Tk里所提供的TSP。由此，在时段Tk里可执行TSP响应的第(k-1)次测量。

但是，不可认为在时段T1里获得的TSP响应信号是对应于时段T1里所提供的TSP，因为该TSP信号包含表示背景噪声的噪声信号。因此，在时段T1里可不测量TSP响应。

如从上文中可以看出，当连续输出TSP声音k次时，可获得(k-1)个TSP响应信号。这(k-1)个TSP响应信号基本上是彼此相同的，并且因此可被同步地累加。此时，对TSP响应信号求平均，并因此可将信号偏差和噪声的影响减小到可忽略不计的程度。

与上述技术相关的技术在以下文献中描述：

Nobuharu Aoshima，“Computer-generated pulse signal applied for soundmeasurement(应用于声音测量的计算机生成的脉冲信号)”，J.Acoust.Soc.Am.，第69(5)号，1981年5月；

Yoiti Suzuki等，“An optimum computer-generated pulse signal suitable for themeasurement of very longimpulse responses(适用于极长冲激响应测量的最优计算机生成的脉冲信号)”，J.Acoust.Soc.Am.，第97(2)号，1995年2月；

Yoiti Suzuki等，“Considerations on the design of time-stretched pulses(关于时间延长脉冲的设计的若干考虑)”，IEICE技术报告，EA92-86(1992-12)；

Hutoshi Asano，“Measuring impulse response using TSP(使用TSP测量冲激响应)”，RWCP Sound Scene Database in Real Acoustical Environments，2001年2月5日，可从http://tosa.mri.co.jp/sounddb/tsp/tsp_circular.htm获得。

根据上述文献或其它文献，在使用TSP测量脉冲响应时，TSP的长度N(样本数)需要大于相应冲激响应的长度(样本数)(即，持续到有效振幅充分小的时段)，如图14A和14B中所示。由此，必须满足下式。

N＞v    (5)

这也可从图16来理解。如图中所示，当TSP响应信号的有效时段变长时，TSP响应信号的有效部分或“尾部”被叠加在后续TSP响应信号的前导部分附近。

由此，例如，当TSP的采样频率为48kHz，并且混响时间为0.5秒时，TSP的长度N将大于24000个样本(＝0.5秒)。当使用FFT(快速傅立叶变换)技术来对TSP进行逆变换时，长度N等于2的幂，因此在此例中长度N是32768。

如果声场基于房间的大小和反射物体、冲激的长度而具有较长的混响时间，则获得较长的冲激响应(v)，并且由此将获得与该脉冲响应对应的较长的TSP。这不利地造成了测量时间的延长、以及诸如CPU、DSP和存储器等测量中所需资源的增加。

发明内容

鉴于上述情况作出了本发明。

由此，在一种测量声源和接收器之间的声场的频率特性的方法中，N表示TSP信号的长度，v表示声源与接收器之间的冲激响应的长度，TN表示TSP信号的持续时段，而T1到T(k+L)表示分别由作为单位周期的周期TN组成的时段(k≥1，L≥0)。此方法包括以下步骤：设置N以满足N≤v，在时段T1到Tk上为每个单位周期TN连续地向声源提供TSP信号，对各时段T1到T(k+L)里从接收器输出的信号进行累加和求平均，并对通过累加和求平均获得的值执行圆周卷积以获得声源与接收器之间的声场的频率特性。

根据本发明的一个实施例，TSP声音被连续输出到再现声场，并对响应的TSP响应信号执行累加/求平均和圆周计算。这允许冲激响应的测量所需的时间缩短，并且允许诸如CPU、DSP和存储器的测量所需的资源减少。

附图说明

图1A到1D示出例示本发明的一个实施例的时序图；

图2示出本发明的一个实施例；

图3A和3B是示出本发明的一个实施例的波形图；

图4A和4B是示出本发明的一个实施例的波形图；

图5A和5B是示出本发明的一个实施例的波形图；

图6示出本发明的一个实施例；

图7示出本发明的一个实施例；

图8是示出根据本发明的一个实施例的信号处理的流程图；

图9是示出根据本发明的一个实施例的信号处理的流程图；

图10A到10C是示出本发明的一个实施例的波形图；

图11是示出本发明的一个实施例的波形图；

图12是示出本发明的一个实施例的特性图；

图13是示出根据本发明的一个实施例的系统的框图；

图14A和14B是示出TSP信号的波形图；

图15示出TSP信号；以及

图16A和16B是示出TSP信号的波形图。

具体实施方式

[1]本发明的概念

在如上述文献或其它文献中所描述的已知测量技术中，在验证了作为输出的TSP的长度N和再现声场中的冲激响应的长度v能满足上式(5)之后生成用于冲激响应测量的TSP。

但是，对于正常的声场，校正频率响应特性和时间对齐(时间延迟校正)便足矣，因此仅需获取校正的参数。

由此，本实施例并非针对于“冲激响应的准确计算”，而是针对于“声场校正用参数的准确推导”。因此，将使用如下式所表达的短于混响时间的TSP。

N≤v    (6)

具体而言，对应于这样的TSP的TSP声音被连续输出到再现声场，从而可通过累加/求平均和圆周卷积来获得声场校正所用的参数。这允许缩短测量时间并减少诸如CPU、DSP和存储器等的测量中使用的资源。

[2]频率特性(频率振幅特性)

即使是在N和的v值有如式(6)所表达的关系的时候，频率特性也可通过执行适当的同步累加来获得。这将在以下更加详细地描述。

[2-1]TSP响应信号

图1A到1D示出了例示使用TSP的TSP响应测量的时序图。如图1A中所示，一个TSP信号由4096个样本组成(N＝4096)。在每个时段T1、T2、……、和Tk里，此TSP信号被连续提供给扬声器。在此实施例中，假定k的值为10，这与使用图16所描述的情形相似。

由此，如图1B中所示，从在时段T1里发射的TSP声音中获得了TSP响应信号SR1。图1示出了在四个单位周期TN上获得一个TSP响应信号的情形。由此，在时段T1到T4上获得了从时段T1的起始点起有Td时段的延迟的TSP响应信号SR1。

当作为TSP声音输出的TSP信号的采样频率是48kHz时，单位周期TN是4096/48000≈85.3[ms]。当空气中的声速为340m/s时，声波的传播距离是340[m/s]×85.3[ms]≈29[m]。由此，在执行AV(音频/视频)再现的普通房间里，可满足Td＜TN，并且TSP响应信号SR1的头部在时段T1里(即，TSP响应信号SR1是在时段T1里输出的)。

从在时段T2到T5上发射的TSP声音获得了TSP响应信号SR2。类似地，从在时段Ti(i＝1到k)里发射的TSP声音中，在时段Ti到T(i+3)上获得TSP响应信号SRi。

然后，如图1中所示，在TSP响应信号SR1中，可假定对应于时段T1的信号分量为信号S1，类似地，对应于时段T2的信号分量为S2，对应于时段T3的信号分量为S3，对应于时段T4的信号分量为S4。

后续的TSP响应信号SR2基本与信号SR1相同，唯一的例外在于信号SR2从信号SR1平移了单位周期TN。由此，在TSP响应信号SR2中，可视对应于时段T2的信号分量为信号S1，对应于时段T3的信号分量为信号S2，对应于时段T4的信号分量为信号S3，而对应于时段T5的信号分量为信号S4。

类似地，因为TSP响应信号SR1到SRk除这些信号中每一个的起始点被平移了TN以外是彼此相同的，所以对于任何TSP响应信号SRi，对应于时段Ti的信号分量可被视为信号S1，而对应于时段T(i+3)的信号分量可被视为信号S4。

在实际情况中，来自话筒的输出信号是由信号SR1到SRk累加在一起组成的信号。因此，如图1C中所示，在时段T1里获得信号S1，在时段T2里获得信号(S1+S2)，在时段T3里获得信号(S1+S2+S3)，而在时段T4里获得信号(S1+S2+S3+S4)。类似地，在T5到Tk的每个时段里获得信号(S1+S2+S3+S4)。

因为在时段T(k+1)到T(k+3)里没有发射任何TSP声音，所以在时段T(k+1)获得信号(S2+S3+S4)，在时段T(k+2)里获得信号(S3+S4)，在时段T(k+3)里获得信号S4。

然后，如图1D底部所示，在时段T1到T(k+3)里获得的各个信号被如下地累加在一起：

S1+(S1+S2)+(S1+S2+S3)

+(S1+S2+S3+S4)×(k-3)

+(S2+S3+S4)+(S3+S4)+S4

＝(S1+S2+S3+S4)×k

≡k·SW            (7)

具体而言，在时段T1到T(k+3)里获得的TSP响应信号SR1到SRk关于每个单位周期TN被划分，并且在各个时段T1到T(k+3)里获得的信号被累加在一起。结果除以TSP声音发射的次数k以求平均。由此，如图2中所示，获得了由每个N样本的周期TN的TSP响应信号SRi的信号S1到S4组成的信号SW。

一般地，当在时段T1到Tk里发射了TSP声音k次时，在时段T1到T(k+L)里对每个N样本的周期TN测量对应于TSP声音的响应信号(k+L)次。然后将响应信号累加并求平均，从而获得信号SW。值L是时段Tk之后拾取TSP响应声音期间的无声时段的数目，这将在以下详细描述。

如果可获得对信号SW执行的频率分析的充分可接受的结果，则可使用信号SW来推导声场校正用的参数。这将在以下描述。通过对每个单位周期TN将TSP响应信号SR1到SRk累加并求平均而获得的SW信号在以下称为“卷绕信号”，并且卷绕信号的累加/求平均处理在以下称为“卷绕处理”。

[2-2]冲激响应信号和卷绕信号的特性之间的比较

以下将描述冲激响应信号和所生成的卷绕信号的波形特性。图3A示出具有1024个样本的冲激响应信号的波形示例，而图3B示出通过对该冲激响应信号执行FFT而获得的振幅值的波形。图4A示出经如用图1和2所描述的对每个N样本的周期(N＝256)进行的卷绕处理的卷绕信号的波形。图4B示出表示通过对卷绕信号执行FFT而获得的振幅值的波形。注意，图3和图4的X轴具有不同的间距(比例)。

可以看出，图3B中所示的表示FFT振幅的波形和图4B中所示的表示FFT振幅的波形在总的形状上彼此相似。

图5A示出经FFT的冲激信号的前导部分(即，表示图3B中所示的FFT振幅的波形的前导部分)。图5B示出经FFT的冲激信号的前导部分(即，图4B中所示的经FFT的卷绕信号的前导部分)。如从图5A和5B可见，卷绕信号的FFT振幅和冲激响应信号的FFT振幅每四个样本相符一次。

可使用图6和7中所示的公式来分析此相符。如从这组公式中可见，可证明卷绕信号最终的FFT输出是冲激响应信号最终的FFT输出的一部分。

因此，尽管通过由FFT技术来分析卷绕信号的波形所获得的解析度低于由FFT技术分析冲激响应信号的波形所获得的解析度。但是，在频域中，卷绕信号的波形分析和冲激响应信号的波形分析得到相同的值。由此，即使是在满足式(6)的情形中，即，在实际声场中的冲激响应信号持续4096个或更多个样本的时段的情况下，也可使用卷绕信号来测量准确的频率特性，并且因此可获得声场校正用的合适的参数。

[2-3]值L

当如上所述地使用TSP来测量频率特性时，值L是根据所关注声场中的冲激响应来设置的。这允许即使是在满足式(6)的情况下也能对频率特性进行精确的测量。

但是，为了能与冲激响应相关联地来设置值L，需要预先获得声场的混响时间。在此情形中，值L增大意味着声音拾取时段T(k+1)的延长或是稍后的时段(即不发射任何TSP声音的时段)的延长。这指示表示背景噪声的噪声信号被重复地累加直至TSP响应信号变得充分地小。此外，当值L被设为固定值时，对于混响时间很短的声场，拾取时段可能会不必要地长，这将导致测量时间的增加。

由此，考虑到信噪比和测量时间，对混响时间短的声场减小L而对混响时间长的声场增大L是合乎需要的。

式(1)和(3)的变量m是与TSP的长度相关联的参数。但是，值m不是由冲激响应的长度v来确定的。因此，通过将值m设为接近2的值，就可获得TSP信号很大的相位旋转。由此可提高测量信号的增益，从而允许信噪比意义上的高效测量。

[2-4]值L的确定方案的示例

图8和9示出用于确定值L的算法的示例。在这些算法中里每一个中，执行以下的处理过程：A.在初期时段里测量背景噪声的大小；B.执行时段T1到Tk的处理；C.在作为参考值的背景噪声最大值或平均值的基础上，对时段T(k+1)之后及其后的每个周期TN实时地检查所拾取的响应信号的电平；D.在检查结果的基础上，确定是继续还是终止处理。

[2-4-1]使用最大值时

在图8所示的算法中可使用最大值，其中在背景噪声信号和所拾取响应信号的最大值的基础上确定最后时段T(k+3)。具体而言，在图8所示的例程100中，响应于测量频率特征的指令，在步骤101启动处理。在步骤102，拾取背景噪声预定的时段TN×M(M是自然数)。在步骤103，计算所拾取的信号的最大振幅值MAX_noise。

在步骤104，如用图1所描述地在时段T1到Tk里发射TSP声音。与此同时，在时段T2到Tk里拾取对应于该TSP声音的TSP响应，并且将每个单位周期TN的TSP响应信号累加在一起，从而如参考图1所述地为每个时段T2到Tk生成卷绕信号SW。然后，在步骤105，计算卷绕信号SW的最大振幅值MAX_resp。

在步骤111，如图1中所示，在后续时段T(k+1)(L＝1)里没有输出任何TSP声音。但是，仍拾取TSP响应声音，并计算所拾取的TSP响应信号的最大振幅值MAX_tail(即，时段T(k+1)里的最大振幅值)。在步骤112，将最大振幅值MAX_tail与通过将在步骤103计算出来的背景噪声最大振幅值MAX_noise乘以预定的扩大倍数α(α＞1)所获得的值(α·MAX_noise)作比较。

在以上比较中，如果MAX_tail＞(α·MAX_noise)，即指示已获得了TSP响应，则该处理过程前进至步骤114。在步骤114，在步骤111中于时段T(k+1)里拾取的TSP响应信号被累加到对应于时段T2到Tk的卷绕信号SW，并对所得的值求平均。然后，该过程返回步骤111。此时，通过对与时段T2到T(k+1)对应的TSP响应信号进行累加和求平均而形成卷绕信号SW。

此后，对每个时段T(k+2)和T(k+3)重复步骤111到步骤114的处理。由此，卷绕信号SW是通过对与时段T2到T(k+3)对应的TSP响应信号进行累加和求平均而形成的。

在时段T(k+4)里，没有输出任何TSP信号，而仅存在背景噪声。此时，因为MAX_tail≤(α·MAX_noise)，所以该过程前进至步骤113。在步骤113，将在步骤111计算出来的最大振幅值MAX_tail与通过将在步骤105计算出来的卷绕信号SW的最大振幅值MAX_resp乘以预定的扩大倍数β(0＜β≤1)而获得的值(β·MAX_resp)相比较。

在上述比较中，如果MAX_tail≤(β·MAX_resp)，即指示未获得TSP响应，则该过程前进至步骤300。此时，通过对与时段T2到T(k+3)对应的TSP响应信号进行累加和求平均来形成卷绕信号S_W。由此，可对卷绕信号执行频率分析等，从而可获得用于声场校正的参数。

另一方面，如果MAX_tail＞(β·MAX_resp)，即指示仍存在TSP响应，则该过程前进至步骤114，然后返回步骤111。具体而言，在步骤112和步骤113均检查TSP响应信号的终止，并且在步骤112和113均确定TSP响应信号已被终止，卷绕信号SW被分析并用于获得诸如频率特性校正等声场校正用的参数。

由此，根据例程100，可正确地获得对应于TSP响应信号的卷绕信号SW。这允许生成频率特性校正用的参数。

[2-4-2]使用平均值时

在图9所示的算法中可使用平均值，其中最后时段T(k+3)是在背景噪声信号和所拾取响应信号的平均能量值的基础上确定的。此处理由图9所示的例程200实现。此例程200中的处理过程与例程100中的相似，因此其描述被省略。赋予例程200的每步处理的附图标记与分配给例程100的响应处理的附图标记不同。此外，在例程200中，“Eng_noise”表示TSP响应信号的平均能量，“Eng_resp”表示卷绕信号SW的平均能量，而“Eng_tail”表示时段T(k+1)及其后的时段的每个周期TN的TSP响应信号的平均能量。

在此例程200中，也可正确地获得卷绕信号SW，并且由此可生成频率特性校正用的适当参数。

[2-4-3]补充说明

图10A示出在65536个样本的时段上测量冲激响应的测量的示例。如从图中可见，当在预期的范围内发射时，冲激响应的能量集中在最初的4096个样本的时段T1(＝TN)中，并且后续时段中的能量显著下降。

基本上TSP可被视为是由不同时间实例的冲激串组成。因此，TSP中所包含的前导脉冲的能量集中相应的TSP响应信号中的最初时段T1里。类似地，TSP中所包含的拖尾脉冲的能量集中在TSP响应信号的后续4096个样本的时段T2里。此外，如图1中所示，k个TSP响应信号SR1到SRk被累加并求平均以生成卷绕信号SW。

由此，随着值k增大，值L对卷绕信号SW的影响减小。即使是在值L是固定值的时候，也可减少卷绕信号SW中的误差。例如，如果k的值是32，则即使L＝0也可获得正确的卷绕信号SW。在此情形中，上述的使用背景噪声的最大值或平均值来检查TSP响应信号的电平的处理是不必要的，并由此可简化整个处理过程。

[3]时间对齐

在下文中，将描述旨在于值N和v有式(6)所表达的关系的情况下进行时间对齐的测量方法。

[3-1]冲激响应的上升沿

在时间对齐中，声场校正所需的参数是诸如扬声器等声源与诸如话筒等接收器之间的距离。该距离对应于如用图16描述的时间Ta(即，通过从延迟时间Td减去系统延迟时间Ts获得的时段)。因此，从卷绕信号SW获取冲激响应信号，并可分析该冲激响应信号的上升沿。

如上所述，冲激响应是在使用对通过连续发射TSP声音而获得的TSP响应信号(图1中所示)执行的DFT或FFT的圆周卷积中通过如由式(3)和(4)所表达的逆TSP处理而获取的。但是，通过此技术获得的信号不是准确意义上的冲激响应，而是经卷绕处理的冲激响应。

这可能会带来下述问题。如上所述，图10A示出冲激响应波形的测量的实例。图10B示出时域中最初的4096个样本的时段T1的放大表示。图10C示出通过对卷绕信号SW执行逆TSP滤波而获得的冲激响应的波形。此卷绕信号SW是在与通过对每4096个样本的时段执行TSP响应信号的累加和求平均而获得冲激响应波形的条件相同的条件下生成的。此经逆TSP滤波的波形也在图10C中作为时域中的最初4096个样本的时段的放大表示而示出。

在图10B和10C中，在600个样本附近观测到的很大的振幅变化表示由冲激或TSP造成的初始上升，而波形的头部与该初始上升之间的时段对应于延迟时段Td。在图10B(实际冲激响应信号)的情形中，在波形的头部与初始上升之间的时段Td里只有表示背景噪声的噪声分量。因此，信号电平充分地小，由此允许区分初始上升点(上升沿)。

因此，在此情形中，可通过将冲激响应信号的最大振幅值乘以预定比率“a”(例如，“a”＝20％)来设置阈值电平V_TH，从而来检测上升沿。然后，冲激响应信号超过阈值电平V_TH的时间点可被视为是冲激响应的上升沿。

另一方面，在图10C(通过对卷绕信号SW进行TSP逆变换而获得的冲激响应信号(逆TSP冲激响应信号))的情形中，对每个样本的周期TN(N＝4096)将对应于时段T2和后面的时段的信号分量累加到对应于初始时段T1的信号分量。由此，在时段Td里，存在对应于时段T2和后面的时段的TSP响应信号的信号分量。由此，时段Td里的逆TSP冲激响应信号的信号分量具有一定的振幅，与图10B的冲激响应信号相比，这将会降低冲激响应的上升沿的可区别性。

在设置阈值电平V_TH时，如果设置了很大的比率“a”来与最大振幅值相乘，则可获得很高的阈值电平V_TH。这降低了检测波形上升沿的时间精度。但是另一方面，很小的比率“a”将导致很低的阈值电平V_TH，而这将增大上升沿检测时发生错误的可能性。具体而言，在冲激响应的实际上升之前发生的振幅波动可能会被误识别为表示该冲激响应的上升。

因此，在逆TSP冲激响应信号的情形中，不可将冲激响应信号的最大振幅值乘以预定比率来设置阈值电平V_TH。由此，在此实施例中，将利用下述属性以使得阈值电平V_TH能被动态设置。

[3-2]冲激响应的上升沿的测量方法

如上所述，逆TSP冲激响应信号不表示准确意义上的实际冲激响应。以下将利用时域中的典型冲激响应的混响特性的属性：(A)在典型冲激响应信号的波形中，混响分量的能量小于上升沿分量以及该边沿分量后续的初始反射声音分量的能量。由此，经TSP逆变换的冲激响应信号的波形在总的形状上与典型的冲激响应信号没有显著差异。这可从图10B和10C所示的波形看出，并且可从这些波形检测上升沿；(B)在逆TSP冲激响应信号中，从波形的头部持续到上升沿的时段Td中的信号分量很可能是表示背景噪声的噪声分量或是由卷绕处理产生的混响分量。由此，需要准备一种配置以使得该时段Td里的振幅不被检测；(C)一般而言，混响分量的振幅和能量在时间上表现出一般简单下降。例如，图10A中所示的冲激响应波形的振幅沿时间轴下降。

此外，如可从图11中所示的波形(与图10C中的波形相同)看出，在逆TSP冲激响应信号中也是如此，与时段Td后续的时段(即，对应于最大振幅的时段和后面的时段)对应的信号的振幅随时间减小。因为对每个单位周期TN重复TSP和TSP响应信号(SR1到SRk)，所以可以认为对应于时段Td的信号分量跟着图11中波形的拖尾末端。因此，时段Td中的振幅也可被认为是随时间而减小。

通过利用混响特性的上述属性((A)到(C))，就可根据下述算法来确定用于检测冲激响应的上升沿的阈值电平V_TH。

具体而言，因为时段Td里的信号分量可被视为接着图11中波形的拖尾末端，所以时段Td和波形拖尾部分中的预定时段Tt被设为用于检测背景噪声的电平的检测时段Tx。时段Tt起到在延迟时段Td很短的情况下提供足够的检测时段的作用。

参见图12，示出了用于确定阈值电平V_TH的特性图的实例。横坐标表示检测时段Tx里逆TSP冲激响应信号的最大振幅值Dx_max，而纵坐标表示阈值电平V_TH。纵坐标中的最大值SR_max表示冲激响应信号中对应于上升沿的最大振幅。

在此特性图中，满足以下条件：

(D)在A段中(Dx_max≤SR_max·2.5％)，

V_TH＝SR_max·5％

(E)在B段中(SR_max·2.5％＜Dx_max≤SR_max·5％)，

SR_max·5％＜V_TH≤SR_max·20％

(F)在C段中(SR_max·5％＜Dx_max≤SR_max·7.5％)，

SR_max·20％＜V_TH≤SR_max·80％

(G)在D段中(SR_max·7.5％＜Dx_max)，

V_TH＝SR_max·80％

在横坐标的A段中，阈值电平V_TH被设为固定比率(＝5％)而不与最大振幅值Dx_max相关联。使用这一固定比率是因为在再现声场中潜在地存在噪声，并且从统计学的观点来看，可假定声场的噪声电平不超过预定电平。在D段中，阈值电平V_TH被设为80％，这接近于最大值。对应于B段和C段的两段式斜率起到在A段与D段之间过渡的作用。

如上所述，阈值电平V_TH根据检测时段Tx里的噪声电平来动态改变。这降低了在冲激响应的实际上升时间之前发生的振幅改变被误识别为对应于该冲激响应的上升沿的可能性。

[4]系统配置

图13示出了应用了本发明的一个实施例的声场校正装置。此声场校正装置被实现为已知的多声道AV(音频/视频)再现装置的改进类型。

[4-1]AV再现装置

在图13中，该AV再现装置包括用于生成AV信号的信号源11、显示器12、数字放大器13、以及扬声器14C到14RB。信号源11可以是DVD播放器、卫星广播用调谐器等。信号源11具有DVI(数字可视界面)输出，并且视频信号DV作为数字信号被输出。与此同时，七个声道的数字音频信号被编码到串行信号DA以便于输出。

显示器12具有DVI输入。由此，在正常情况下，从声源11输出的数字视频信号DV可被直接输入到显示器12中。数字放大器13包括多声道解码器，并被配置成所谓的D类放大器。具体而言，正常情况下可将从声源11输出的数字音频信号DA输入到数字放大器13中。此外，数字放大器13将信号DA分离(解码)为各个声道的信号，并对各声道的信号执行D类功率放大，以对各个声道输出模拟音频信号。

从放大器13输出的音频信号被提供给对应于各声道的各个扬声器14C到14RB。扬声器14C到14RB分别被安装在收听者的中前、左前、右前、左、右、左后和右后位置。

[4-2]声场校正装置

[4-2-1]声场校正装置的配置

在图13中示出了根据本发明的一个实施例的声场校正装置20。声场校正装置20被连接到信号源11、显示器12和数字放大器13之间的信号线。从信号源11输出的数字视频信号DV通过延迟电路21被提供给显示器12。延迟电路21包括场存储器等，并向视频信号DV提供基于数字音频信号DA由于声场校正而产生的延迟的时段延迟，以将图像与所再现的声音同步(即，唇形同步)。

此外，在声场校正装置20中，数字音频信号DA被提供给解码器22，并被分离为各个声道的音频信号DC到DRB。中间声道的音频信号DC被提供给校正电路23C。此校正电路23C包括均衡器电路231和开关电路232。来自解码器22的音频信号DC通过均衡器电路231被提供给开关电路232。

在此情形中，均衡器电路231由例如DSP(数字信号处理器)构成，并控制音频信号DC的延迟特性、频率特性、相位特性、电平等，以对信号DC执行声场校正。开关电路232在正常的音频/视频操作期间具有如图中所示的连接。在声场校正用的测量和分析操作中，开关电路232具有与图中所示的相反的连接状态。由此，在正常的音频/视频操作中，经声场校正的音频信号DC从均衡器电路231提供，然后从开关电路232输出。音频信号DC随后被馈至编码器24。

由解码器22分离的其余音频信号DL到DRB分别通过校正电路23L到23RB被馈至编码器24。每个校正电路23L到23RB具有与校正电路23C相同的配置。由此，在正常的音频/视频操作中，经声场校正的音频信号分别从校正电路23L到23RB被输出，然后被提供给编码器24。

然后，在编码器24中，对应于各声道的音频信号DC到DRB被转换为串行信号DS，并且此串行信号DS被提供给数字放大器13。由此，在正常的音频/视频操作中，从信号源11输出的音频信号DA通过校正电路23C到23RB经声场校正，然后被提供给扬声器14C到14RB。由此，音频信号DA作为经校正适应于设置有扬声器14C到14TB的环境的再现声音而从这些扬声器发射。

声场校正装置20还包括TSP信号形成电路31。TSP信号形成电路31包括用于以数字数据的形式写入TSP信号的存储器、以及用于读出这些数字数据的读出电路。TSP信号形成电路31根据控制器35所执行的控制，在时段T1到Tk上为每个单位周期重复输出TSP信号。该TSP信号被提供给校正电路23C到23RB的开关电路232。

在处于声学状态的声场测量中，在收听者的位置设置话筒15以拾取TSP声音。此时，话筒15被布置成使其振动膜处于水平平面以便于成为无方向性的。由此，话筒15具有恒定的灵敏性，而无论各扬声器的位置和朝向如何。

话筒15的输出信号SRi通过话筒放大器32被提供给模/数(A/D)转换器33，然后以例如48kHz的采样频率被转换为数字信号SRi。此数字信号SRi被提供给分析电路34。

分析电路34包括存储器341和DSP 342。当启动TSP声音发射时，DSP 342使用存储器341来对时段T1到T(k+L)上的每个单位周期TN(例如，4096个样本的周期)累积输出信号SRi并对其求平均。由此，在时段T(k+L)结束时，可向存储器341提供卷绕信号SW。

卷绕信号SW由DSP 342通过以上([1-2])所描述的方案来分析，并且分析结果被提供给控制器35。控制器35具有微机以执行对TSP信号形成电路31中的TSP信号的形成、以及开关电路232的开关的控制。控制器35还根据从分析电路34获得的分析结果来执行对校正电路23C到23RB的均衡器电路231的设置。

控制器35被连接到作为用户接口的各个操作开关，并被连接到诸如LCD面板37等用于显示分析结果的显示设备等。

[4-2-2]声场校正装置20的分析处理中的操作

当对各操作开关36之一的设置开关进行操作时，控制器35倒转校正电路23C到23RB的开关电路232的连接。控制器35还控制TSP信号形成电路31，以使TSP信号被提供给校正电路23C的开关电路232。由此，TSP声音在时段T1到Tk上从扬声器14C输出。此时，没有任何声音从其它声道的扬声器输出。

此时，从扬声器14C发射的TSP声音由话筒15拾取。控制器35控制分析电路35以启动分析处理。通过此分析处理，诸如扬声器14C到话筒15之间的距离和频率特性等参数被计算，并且结果被提供给控制器35。在分析处理的结果的基础上，控制器35设置均衡器电路231以进行声场校正。然后，开关电路232被设置成如图中所示的状态，由此对响应信道的信号DC的声场校正处理终止。类似地为其它声道执行声场校正的设置。

由此，在正常的音频/视频操作中，声场校正是由校正电路23C到23RB对从信号源11输出的音频信号DA执行的。然后，经校正的信号被提供给扬声器14C到14RB，由此扬声器14C到14RB输出已被校正以适应布置有这些扬声器的环境的所再现的声音。

[5]其它实现

参考图12所描述的用于定义A到D段的值(即，0.025、0.05和0.075)以及用于将阈值电平V_TH分段的值(即，5％、20％和80％)可与所示出的值不同。此外，最大振幅值Dx_max可通过平方检测时段Tx里的瞬时值或由瞬时值的绝对值获得。此外，尽管图12的特性是由折线指示的，但是也可使用由曲线指示的特性函数。由此，任何特性都可使用，只要它能起到在诸如检测时段Tx中的最大值和平均能量等数据的基础上确定阈值电平的作用即可。

此外，为提高实际实现的准确性，可将阈值电平V_TH配置成两段式的。例如，将高阈值电平V_THH设为参考阈值电平。然后，使用上述技术，沿时间轴向前执行电平确定以获得一上升沿作为假上升沿。然后，从该假上升沿出发，沿时间轴向回执行电平确定，并确定该阈值电平低于阈值电平V_THL(V_THL＜V_THH)的时间点为实际的上升沿。或者，还可对预定的样本值从假上升沿出发沿时间轴向回执行电平确定，并且确定给出最接近该假上升沿的值的时间点为实际的上升沿。

此外，还可在滤波以减小噪声和波形的过度波动的影响之后对卷绕信号SW或通过对卷绕信号SW进行TSP逆变换而获得的冲激响应信号执行分析处理。

本领域技术人员应当理解，取决于设计要求和其它因素，可能产生各种修改、组合、子组合和替换变更，但是它们仍落在所附权利要求及其等效技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种测量待测的测量系统的频率特性的方法，其中所述系统的冲激响应的长度大于时间延长脉冲TSP信号的长度N，所述方法包括以下步骤：

向所述系统连续提供所述TSP信号预定次数；

将每个长度为N的输出信号累加并求平均；以及

对通过所述累加和求平均获得的值执行圆周卷积以获得所述系统的频率特性。

2.一种测量声源与接收器之间的声场的频率特性的方法，其中

N表示时间延长脉冲TSP信号的长度，

ν表示所述声源与所述接收器之间的冲激响应的长度，

TN表示所述TSP信号的持续周期，以及

T1到T(k+L)表示每个由作为单位周期的所述周期TN组成的时段(k≥1，L≥0)，所述方法包括以下步骤：

设置N以满足N≤ν；

在时段T1到Tk上对每个单位周期TN将所述TSP信号连续地提供给所述声源；

对在各个时段T1到T(k+L)里从所述接收器输出的信号进行累加和求平均；以及

对通过所述累加和求平均获得的值执行圆周卷积以获得所述声源与所述接收器之间的声场的频率特性。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，

所述圆周卷积是使用FFT或DFT来执行的。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

在所述时段T1到T(k+L)当中的时段T(k+1)到T(k+L)里，实时地检查所述接收器的输出信号的电平；以及

当所述接收器的输出信号在预定电平或低于背景噪声的电平时，停止对每个周期TN的累加和求平均。

5.一种测量声源与接收器之间的冲激响应的上升沿的方法，其中

N表示时间延长脉冲TSP信号的长度，

ν表示所述声源与所述接收器之间的冲激响应的长度，

TN表示所述TSP信号的持续周期，以及

T1到T(k+L)表示每个由作为单位周期的所述周期TN组成的时段(k≥1，L≥0)，所述方法包括以下步骤：

设置N以满足N≤ν；

在所述时段T1到Tk上对每个单位周期TN将所述TSP信号连续提供给所述声源；

在各个时段T1到T(k+L)里对从所述接收器输出的信号进行累加和求平均；

在从所述累加和求平均获得的值的基础上获得所述声源与所述接收器之间的冲激响应信号；以及

使用所述冲激响应信号的振幅值或能量值来获得所述冲激响应的上升沿，所要使用的所述振幅值或能量值是在所述振幅值或能量值变为最大值之前的时间点获得的。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，

所获得的上升沿被设为假上升沿，以及

所述冲激响应的实际上升沿被确定为当所述冲激响应信号的振幅值第一次变为比对应于所述假上升沿的振幅值要小的预定值的时间点处，所述时间点是通过从所述假上升沿向回扫描而获得的。

7.一种用于测量声源与接收器之间的声场的频率特性的声场校正装置，所述声场校正装置中，

N表示时间延长脉冲TSP信号的长度，

ν表示所述声源与所述接收器之间的冲激响应的长度，

TN表示所述TSP信号的持续周期，以及

T1到T(k+L)表示每个由作为单位周期的所述周期TN组成的时段(k≥1，L≥0)，所述声场校正装置包括：

信号形成电路，用于在所述时段T1到Tk上对每个单位周期TN连续生成所述TSP信号，所述单位周期TN被设为满足N≤ν；

输出电路，用于从所述信号形成电路选择输入音频信号或所述TSP信号，并将所选择的信号输出到所述声源；

分析电路，用于在从所述声源输出的TSP声音被所述接收器拾取时，分析从所述接收器输出的信号，以计算所述声源与所述接收器之间的声场的频率特性；以及

声场校正电路，用于在由所述分析电路计算出来的频率特性的基础上对所述输入音频信号执行所述频率特性的校正，

其中

在所述分析电路的分析中，

在所述时段T1到T(k+L)里将从所述接收器输出的信号对于每个单位周期TN累加并求平均，以及

对所累加和求平均的值执行圆周卷积以获得所述声源与所述接收器之间的声场的频率特性。

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