CN105594231B - 音场测量装置和音场测量方法 - Google Patents

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Abstract

一种音场测量装置(1)，包括：外部输出部(6)，其被配置为将包括码长为2n‑1(n是自然数)的周期函数的测量信号输出至扬声器(9)；麦克风(7)，其被配置为收集从扬声器(9)输出的测量信号；傅立叶变换部(12)，其被配置为通过利用2m(m是自然数)的样本长度对所收集到的测量声音进行傅立叶变换，来获得频率特性；间隔剔除部(13)，其被配置为从所获得的频率特性中去除第(k×2m‑n+1)(k＝0,1,2,…)个线谱以外的线谱；以及平均化处理部(14)，其被配置为基于间隔剔除处理后的频率特性来获得信号电平经过了平均化的音场的频率特性。

Description

音场测量装置和音场测量方法
技术领域
本发明涉及一种音场测量装置、音场测量方法和音场测量程序。更具体地，本发明涉及可以使用包括码长为2n-1(n是自然数)的周期函数的测量信号来精确地测量音场环境的频率特性的音场测量装置、音场测量方法和音场测量程序。
背景技术
已知有如下的方法：通过在安装有音频设备的扬声器等的音场环境中测量频率特性并基于所测量到的频率特性而调节音频设备的均衡器、或者通过根据音场预先校正输出声音，来提供具有最适合该音场环境的音质的音乐。
已知有伪随机噪声(PN)码和时间扩展脉冲(TSP)信号作为用于测量频率特性的测量信号。通常，PN码是包括随机噪声的人工测量信号。PN码的示例包括最大长度序列(m序列)码和Gold序列码。
m序列码和Gold序列码这两者都是通过使用预定长度的移位寄存器和异或(exclusive OR)进行反馈来生成的。如果移位寄存器的长度(级数)是n(n是自然数)，则码的周期(码长)是2n-1。移位寄存器的反馈位置是使用生成多项式来获得的。如果使用m序列码作为输出信号，则该输出信号是包括0和1的二值序列，并且是包括许多直流成分的信号，因此经过0向-1的转换，然后被输出。如从以上看出，使用包括码长为2n-1的周期函数的测量信号来测量音场的频率特性。
用于使用这种测量信号来测量音场环境的频率特性的方法的示例包括使用收听位置所安装的麦克风来收集从扬声器输出的测量信号、然后对所收集到的信号进行傅立叶变换以获得频率特性的方法(例如，参见专利文献1、 2)。可以通过在使用所输出的测量信号作为基准的情况下获得所输出的测量信号和使用麦克风所收集到的测量信号之间的互相关特性，来获得脉冲响应。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平7-075190
专利文献2：日本特开2007-232492
发明内容
发明要解决的问题
如上所述，如果使用包括码长为2n-1的周期函数的测量信号来测量音场的频率特性，则需要对使用麦克风所收集到的测量声音进行傅立叶变换。在进行傅立叶变换处理的情况下，经常将傅立叶变换的样本长度设置为测量信号的码长的两倍以上。通过将样本长度设置为码长的两倍以上，可以抑制各傅立叶变换的振幅谱的变化并且获得大致一样的频率特性。
通常，傅立叶变换的样本长度是2m(m是自然数；m>n)，而测量信号的码长是2n-1。由于该原因，在使用这种测量信号来获得频率特性的情况下，傅立叶变换的样本长度往往不是测量信号的码长的整数倍，即趋于与测量信号的码长异步。在傅立叶变换的样本长度与测量信号的码长异步的情况下，产生在所获得的一样的线谱之间发生电平低的变化的线谱并且这些线谱被检测作为噪声的问题。
然而，即使在使用包括码长为2n-1的周期函数的测量信号的情况下，如果测量信号具有长的码长，则也可以减少振幅谱的变化。例如，图12(a)示出在使用长度为32767的m序列码的情况下所获得的频率特性，并且图12(b)示出在利用1/3倍频程带宽进行对数平均化处理的情况下所获得的频率特性。尽 管使用长的m序列码导致在振幅谱的信号电平之间发生差异，但可以通过进行对数平均化处理来获得大致一样的频率特性。
如从以上看出，在使用具有长的码长的测量信号的情况下，通过进行傅立叶变换来产生大量振幅谱，即以短的频率间隔产生线谱。因此，可以通过进行平均化处理来降低噪声。然而，使用具有长的码长的测量信号不利地增加了进行傅立叶变换等所需的存储器的量等，并且还增加了所需的处理时间或处理负荷。
另一方面，使用具有短的码长的测量信号可以减少进行傅立叶变换所需的存储器的量，并且还可以减少处理时间或处理负荷。图13是示出使用具有短的码长的测量信号所获得的频率特性的图。图13(a)示出使用长度为4096的m序列码所获得的频率特性，并且图13(b)示出通过利用1/3倍频程带宽进行对数平均化处理所获得的频率特性。使用具有短的码长的测量信号可以减少测量时间或测量负荷，并且还可以减少所使用的存储器的量。然而，如图13(a)所示，码长变短不利地导致频率间隔变宽。
即使在进行对数平均化处理的情况下，也会发生信号电平相对于频率特性产生变化的情况。图13(b)示出根据人类听觉特性来利用1/3倍频程带宽进行对数平均化处理的情况，并且示出在中低频域中信号电平大幅改变。
如从以上看出，在使用包括码长为2n-1的周期函数的测量信号来测量音场的频率特性的情况下，发生如下问题：由于傅立叶变换处理因而发生变化小的噪声，并且不容易精确地测量频率特性。
本发明是有鉴于上述问题而作出的，并且本发明的目的是提供可以使用包括码长为2n-1的周期函数的测量信号来精确地测量音场环境的频率特性的音场测量装置、音场测量方法和音场测量程序。
用于解决问题的方案
为了解决上述问题，根据本发明的音场测量装置包括：外部输出部，其 被配置为将包括码长为2n-1的周期函数的测量信号输出至扬声器，使得从所述扬声器输出所述测量信号；麦克风，其被配置为收集从所述扬声器输出的所述测量信号；傅立叶变换部，其被配置为通过利用2m的样本长度对所述麦克风所收集到的测量声音进行傅立叶变换，来获得频率特性；间隔剔除部，其被配置为通过从所述傅立叶变换部所获得的频率特性中去除第(k×2m-n+1)个线谱以外的线谱，来去除所述频率特性中的噪声；以及平均化处理部，其被配置为基于所述间隔剔除部进行间隔剔除处理后的频率特性，在使预定频率间隔以比所述预定频率间隔短的频率间隔为单位发生偏移的情况下计算所述预定频率间隔中的信号电平的平均值，由此获得平均化处理后的音场的频率特性，其中，n和m各自是满足m>n的自然数，以及k是k＝0,1,2,…。
根据本发明的音场测量装置的音场测量方法，包括以下步骤：外部输出步骤，其中外部输出部将包括码长为2n-1的周期函数的测量信号输出至扬声器，使得从所述扬声器输出所述测量信号；声音收集步骤，其中使用麦克风来收集所述外部输出步骤中从所述扬声器输出的所述测量信号；傅立叶变换步骤，其中傅立叶变换部通过利用2m的样本长度对所述声音收集步骤中使用所述麦克风所收集到的测量声音进行傅立叶变换，来获得频率特性；间隔剔除步骤，其中间隔剔除部通过从所述傅立叶变换步骤中所获得的频率特性中去除第(k×2m-n+1)个线谱以外的线谱，来去除所述频率特性中的噪声；以及平均化处理步骤，其中平均化处理部基于所述间隔剔除步骤中进行间隔剔除处理后的频率特性，在使预定频率间隔以比所述预定频率间隔短的频率间隔为单位发生偏移的情况下计算所述预定频率间隔中的信号电平的平均值，由此获得平均化处理后的音场的频率特性，其中，n和m各自是满足m>n的自然数，以及k是k＝0,1,2,…。
根据本发明的音场测量装置的音场测量程序是如下的音场测量装置的音场测量程序，所述音场测量装置用于使用包括码长为2n-1的周期函数的测 量信号来测量音场的频率特性，所述音场测量程序使所述音场测量装置的计算机进行以下功能：外部输出功能，用于将所述测量信号输出至扬声器，使得从所述扬声器输出所述测量信号；声音收集功能，用于使用麦克风来收集通过所述外部输出功能从所述扬声器输出的所述测量信号；傅立叶变换功能，用于通过利用2m的样本长度对所述声音收集功能所收集到的测量声音进行傅立叶变换，来获得频率特性；间隔剔除功能，用于通过从所述傅立叶变换功能所获得的频率特性中去除第(k×2m-n+1)个线谱以外的线谱，来去除所述频率特性中的噪声；以及平均化处理功能，用于基于所述间隔剔除功能进行间隔剔除处理后的频率特性，在使预定频率间隔以比所述预定频率间隔短的频率间隔为单位发生偏移的情况下计算所述预定频率间隔中的信号电平的平均值，由此获得平均化处理后的音场的频率特性，其中，n和m各自是满足m>n的自然数，以及k是k＝0,1,2,…。
在从扬声器等输出包括码长为2n-1的周期函数的测量信号并且利用样本数2m对所收集到的信号进行傅立叶变换的情况下，傅立叶变换的长度(样本长度)不是测量信号的码长的整数倍。在傅立叶变换的长度不是测量信号的码长的整数倍、即傅立叶变换长度与测量信号的码长异步的情况下，针对各傅立叶变换在一样的线谱之间可能发生电平低的变化的线谱。这些电平低的变化的线谱可能被作为所检测到的频率特性中的噪声。
由于该原因，根据本发明的音场测量装置、音场测量方法和音场测量程序从通过傅立叶变换处理所获得的频率特性中去除第(k×2m-n+1)个线谱以外的线谱。因而，可以有效地去除频率特性中所产生的噪声。如从以上看出，即使在傅立叶变换长度和测量信号的码长变得异步、并且电平低的变化的线谱在频率特性中作为噪声发生的情况下，也可以通过间剔除处理来去除噪声，由此可以提高音场的频率特性的测量精度。
如上所述，使用具有短的码长的测量信号可以减少测量频率特性所需的 处理负荷或处理时间，并且还可以减少处理所需的存储器的量。然而，使用这种测量信号不利地导致中低频域中所检测到的线谱之间的频率间隔变宽，并且引起线谱的变化。因此，具有短的码长的测量信号涉及不容易以足够的测量精度来测量频率特性的问题。
另一方面，根据本发明的音场测量装置、音场测量方法和音场测量程序即使在线谱之间的频率间隔变宽的情况下，也可以通过间隔剔除处理来去除电平低的变化的线谱。因而，可以充分确保频率特性中的中低频域的测量精度。
根据本发明的一种音场测量装置包括：外部输出部，其被配置为将包括码长为2n-1的周期函数的测量信号输出至扬声器，使得从所述扬声器输出所述测量信号；麦克风，其被配置为收集从所述扬声器输出的所述测量信号；傅立叶变换部，其被配置为通过利用2m的样本长度对所述麦克风所收集到的测量声音进行傅立叶变换，来获得频率特性；频域分割部，其被配置为通过对所述傅立叶变换部所获得的频率特性进行频域分割，来生成包括高频域成分的第一频率特性和包括低频域成分的第二频率特性；间隔剔除部，其被配置为通过从所述频域分割部所生成的第二频率特性中去除第(k×2m-n+1)个线谱以外的线谱，来去除所述第二频率特性中的噪声；第一平均化处理部，其被配置为基于所述频域分割部所生成的第一频率特性，在使预定的第一频率间隔以比所述第一频率间隔短的频率间隔为单位发生偏移的情况下计算所述第一频率间隔中的信号电平的平均值，由此生成平均化处理后的第一频率特性；第二平均化处理部，其被配置为基于所述间隔剔除部进行间隔剔除后的第二频率特性，在使预定的第二频率间隔以比所述第二频率间隔短的频率间隔为单位发生偏移的情况下计算所述第二频率间隔中的信号电平的平均值，由此生成平均化处理后的第二频率特性；以及合成部，其被配置为通过将所述第一平均化处理部进行平均化处理后的所述第一频率特性和所述第 二平均化处理部进行平均化处理后的所述第二频率特性进行合成，来获得包括全频域的信号成分的音场的频率特性，其中，n和m各自是满足m>n的自然数，以及k是k＝0,1,2,…。
根据本发明的一种音场测量装置的音场测量方法，包括以下步骤：外部输出步骤，其中外部输出部将包括码长为2n-1的周期函数的测量信号输出至扬声器，使得从所述扬声器输出所述测量信号；声音收集步骤，其中使用麦克风来收集所述外部输出步骤中从所述扬声器输出的所述测量信号；傅立叶变换步骤，其中傅立叶变换部通过利用2m的样本长度对所述声音收集步骤中使用所述麦克风所收集到的测量声音进行傅立叶变换，来获得频率特性；频域分割步骤，其中频域分割部通过对所述傅立叶变换步骤中所获得的频率特性进行频域分割，来生成包括高频域成分的第一频率特性和包括低频域成分的第二频率特性；间隔剔除步骤，其中间隔剔除部通过从所述频域分割步骤中所生成的第二频率特性中去除第(k×2m-n+1)个线谱以外的线谱，来去除所述第二频率特性中的噪声；第一平均化处理步骤，其中第一平均化处理部基于所述频域分割步骤中所生成的第一频率特性，在使预定的第一频率间隔以比所述第一频率间隔短的频率间隔为单位发生偏移的情况下计算所述第一频率间隔中的信号电平的平均值，由此生成平均化处理后的第一频率特性；第二平均化处理步骤，其中第二平均化处理部基于所述间隔剔除步骤中进行间隔剔除后的第二频率特性，在使预定的第二频率间隔以比所述第二频率间隔短的频率间隔为单位发生偏移的情况下计算所述第二频率间隔中的信号电平的平均值，由此生成平均化处理后的第二频率特性；以及合成步骤，其中合成部通过将所述第一平均化处理步骤中进行平均化处理后的第一频率特性和所述第二平均化处理步骤中进行平均化处理后的第二频率特性进行合成，来获得包括全频域的信号成分的音场的频率特性，其中，n和m各自是满足m>n的自然数，以及k是k＝0,1,2,…。
根据本发明的音场测量装置的音场测量程序是如下的音场测量装置的音场测量程序，所述音场测量装置用于使用包括码长为2n-1的周期函数的测量信号来测量音场的频率特性，所述音场测量程序使所述音场测量装置的计算机进行以下功能：外部输出功能，用于将所述测量信号输出至扬声器，使得从所述扬声器输出所述测量信号；声音收集功能，用于收集通过所述外部输出功能从所述扬声器输出的所述测量信号；傅立叶变换功能，用于通过利用2m的样本长度对所述声音收集功能所收集到的测量声音进行傅立叶变换，来获得频率特性；频域分割功能，用于通过对所述傅立叶变换功能所获得的频率特性进行频域分割，来生成包括高频域成分的第一频率特性和包括低频域成分的第二频率特性；间隔剔除功能，用于通过从所述频域分割功能所生成的第二频率特性中去除第(k×2m-n+1)个线谱以外的线谱，来去除所述第二频率特性中的噪声；第一平均化处理功能，用于基于所述频域分割功能所生成的第一频率特性，在使预定的第一频率间隔以比所述第一频率间隔短的频率间隔为单位发生偏移的情况下计算所述第一频率间隔中的信号电平的平均值，由此生成平均化处理后的第一频率特性；第二平均化处理功能，用于基于所述间隔剔除功能进行间隔剔除后的第二频率特性，在使预定的第二频率间隔以比所述第二频率间隔短的频率间隔为单位发生偏移的情况下计算所述第二频率间隔中的信号电平的平均值，由此生成平均化处理后的第二频率特性；以及合成功能，用于通过将所述第一平均化处理功能进行平均化处理后的第一频率特性和所述第二平均化处理功能进行平均化处理后的第二频率特性进行合成，来获得包括全频域的信号成分的音场的频率特性，其中，n和m各自是满足m>n的自然数，以及k是k＝0,1,2,…。
根据本发明的音场测量装置、音场测量方法和音场测量程序将傅立叶变换处理所获得的频率特性分割成包括高频域成分的第一频率特性和包括低频域成分的第二频率特性，然后仅对低频域的第二频率特性进行间隔剔除处 理。因而，可以避免伴随着间隔剔除处理而可能产生的高频域成分的信号电平降低。
伴随着傅立叶变换长度和测量信号的码长之间的异步而产生的电平低的变化的线谱还由于中低频域中的线谱之间的频率间隔变宽因而更有可能在中低频域中被判断为噪声。由于该原因，对低频域的第二频率特性进行间隔剔除处理。因而，可以有效地降低低频域成分的噪声。
由于没有对高频域的第一频率特性进行间隔剔除处理，因此可以避免伴随着间隔剔除处理而可能产生的高频域成分的信号电平降低。这样使得不必进行高频域成分的放大。此外，通过将平均化处理后的第一频率特性和平均化处理后的第二频率特性合成并由此生成包括全频域的信号成分的频率特性，可以更精确地获得音场的频率特性。
发明的效果
根据本发明的音场测量装置、音场测量方法和音场测量程序即使在线谱之间的频率间隔变宽的情况下，也可以通过间隔剔除处理来去除电平低的变化的线谱。因而，即使在线谱之间的频率间隔变宽的情况下，也可以充分确保频率特性中的中低频域的测量精度。
附图说明
图1是示出根据实施例的音场测量装置的硬件的示意结构的框图。
图2是示出在根据实施例的CPU基于处理程序来测量频率特性的情况下的音场测量装置的功能部的第一示意结构的框图。
图3是示出根据实施例的CPU所进行的频率特性测量处理的内容的流程图。
图4(a)示出根据实施例的间隔剔除处理部进行间隔剔除处理之前的频率特性的第一示例，并且(b)示出间隔剔除处理部进行间隔剔除处理之后的频率 特性的第一示例。
图5(a)示出根据实施例的间隔剔除处理部进行间隔剔除处理之前的频率特性的第二示例，并且(b)示出间隔剔除处理部进行间隔剔除处理之后的频率特性的第二示例。
图6是示出根据实施例的平均化处理部在使间隔剔除后的信号中的预定数量的样本以一个样本为单位发生偏移的情况下计算这些预定数量的样本的信号电平的平均值的处理的图。
图7是示出根据频率样本数量所设置的平均化处理所用的样本数量宽度(平均化宽度)的关系的图。
图8(a)示出傅立叶变换部对使用环回方法所测量到的m序列码进行傅立叶变换的情况下的频率特性，并且(b)示出间隔剔除处理部对图8(a)所示的频率特性进行间隔剔除的情况下的频率特性。
图9是示出使用环回方法所测量到的并且利用平均化处理部进行平均化后的信号的频率特性的图，其中：(a)示出由间隔剔除处理部进行间隔剔除然后由平均化处理部进行平均化后的信号的频率特性，并且(b)示出在没有经过间隔剔除的情况下由平均化处理部进行平均化后的信号的频率特性。
图10是示出使用音场测量方法所测量到的然后由平均化处理部进行平均化后的信号的频率特性的图，其中：(a)示出间隔剔除处理部进行间隔剔除后的信号的频率特性，并且(b)示出没有经过间隔剔除的信号的频率特性。
图11是示出在根据实施例的CPU基于处理程序来测量频率特性的情况下的音场测量装置的功能部的第二示意结构的框图。
图12是示出使用传统的音场测量装置所获得的频率特性的示例的图，其中：(a)示出使用码长为32767的m序列码的情况下的频率特性，并且(b)示出在利用1/3倍频程带宽进行对数平均化处理的情况下的频率特性。
图13是示出使用传统的音场测量装置所获得的频率特性的示例的图，其 中：(a)示出在使用码长为4096的m序列码的情况下的频率特性，并且(b)示出在利用1/3倍频程带宽进行对数平均化处理的情况下的频率特性。
具体实施方式
以下将参考附图来详细说明根据本发明的音场测量装置。图1是示出根据本发明的音场测量装置的硬件的示意结构的示例的框图。如图1所示，音场测量装置1包括CPU 2、只读存储器(ROM)3、随机存取存储器(RAM)4、存储部5、外部输出部6、麦克风7和显示部8。外部输出部6连接至扬声器9(参见图2)。
ROM 3用于存储音场测量装置1所执行的处理程序等。例如，在启动音场测量装置1时或者响应于用户操作、CPU 2读取ROM 3中的处理程序等的情况下，音场测量装置1进行诸如频率特性的测量等的各种处理。RAM 4用作CPU 2所进行的处理所用的工作区域等。
存储部5是所谓的辅助存储装置，并且通常采用硬盘、固态驱动器(SSD)或非易失性存储器(例如，闪速ROM、闪速存储器)等的形式。可以使用诸如SD卡等的可移除存储卡作为存储部5。存储部5存储CPU 2所进行的各种处理中所使用的各种数据等。
如果使用诸如智能电话等的信息移动终端作为音场测量装置1，则可以将通过下载等所获得的应用程序记录在存储部5中。音场测量装置1可以基于该应用程序来测量频率特性。
外部输出部6具有从扬声器9输出(后面所述的)测量信号的功能。外部输出部6包括从扬声器9输出测量信号所需的装置等。例如，外部输出部6包括用于将测量信号转换成模拟信号的D/A转换器和用于放大测量信号的输出的放大器。外部输出部6还包括可以经由音频线缆连接至扬声器9的输入端子的外部输出端子等。
外部输出部6不必使用音频线缆等从物理上连接至扬声器9。例如，外部输出部6可被配置为使用诸如蓝牙或无线LAN等的无线技术来从扬声器9输出测量信号。
麦克风7具有收集从扬声器9输出的测量声音的功能。将麦克风7所收集到的测量声音记录在RAM 4或存储部5中，并且用在(后面所述的)频率特性测量处理中。显示部8通常采用液晶显示器或阴极射线管(CRT)显示器等的形式。显示部8具有显示通过频率特性测量处理所获得的音场的频率特性(例如，后面所述的图8～图10所示的频率特性)以使得用户可以从视觉上识别这些频率特性的功能。
CPU 2具有根据ROM 3中所存储的处理程序或存储部5中所存储的用于测量频率特性的应用程序来测量扬声器9和麦克风7之间的频率特性的功能。图2是示出在CPU 2基于处理程序或应用程序测量频率特性的情况下的音场测量装置1的功能部的示意结构的框图。图3是示出CPU 2基于处理程序等所进行的处理的内容的流程图。
如图2所示，音场测量装置1包括测量信号生成部11、傅立叶变换部12、间隔剔除处理部(间隔剔除部)13、平均化处理部14、高频域放大部15、外部输出部6、麦克风7和显示部8。图2还示出连接至外部输出部6的扬声器9。由于参考图1说明了外部输出部6、麦克风7和显示部8，因此将不对这些元件进行说明。
测量信号生成部11使用任意的生成多项式来生成用作测量信号的m序列码。如上所述，m序列码包括码长为2n-1的周期函数。在表示码长的2n-1中，n是自然数。
CPU 2根据处理程序等用作测量信号生成部11，并且生成包括m序列码的测量信号(图3中的S1)。CPU 2使用外部输出部6将所生成的m序列码输出至扬声器9(图3中的S2；外部输出步骤；外部输出功能)。CPU 2使麦克风7收集 从扬声器9输出的测量声音(图3中的S3；声音收集步骤；声音收集功能)。将所收集到的测量声音信号(测量信号)输出至傅立叶变换部12。
傅立叶变换部12具有对所收集到的测量信号进行傅立叶变换(快速傅立叶变换(FFT))的功能。在傅立叶变换部12中，CPU 2使用窗函数来对所收集到的测量信号进行加权，然后对如此得到的信号进行傅立叶变换。在该傅立叶变换处理中，CPU 2将时域的测量信号转换成频域信号并且针对各傅立叶变换输出线谱(图3中的S4；傅立叶变换步骤；傅立叶变换功能)。如这里所使用的，线谱是指功率谱。线谱的数量是傅立叶变换的样本长度的一半。将傅立叶变换后的测量信号输出至间隔剔除处理部13。
间隔剔除处理部13具有从所获得的频率特性的线谱中去除用作噪声的线谱的功能。如上所述，m序列码的长度是2n-1。另一方面，通过傅立叶变换处理所获得的线谱的数量是1/2·2m(m是自然数)，并且傅立叶变换长度(傅立叶变换的样本长度)是2m。通常，在收集包括m序列码的测量信号并进行傅立叶变换的情况下，将傅立叶变换长度设置为m序列码的长度的两倍以上(即，m>n)。然而，m序列码的长度是2n-1，因此傅立叶变换长度不会变为m序列码的长度的整数倍(例如，两倍、四倍、八倍)。在傅立叶变换长度不是m序列码的长度的整数倍、即傅立叶变换长度与m序列码的长度异步的情况下，针对各傅立叶变换在一样的线谱之间发生电平低的变化的线谱。这些电平低的变化的线谱在检测频率特性的情况下可能用作噪声。由于该原因，间隔剔除处理部13具有去除(间隔剔除)用作噪声的线谱以去除频率特性中的噪声并且提高测量精度的功能。
接着，将详细说明间隔剔除处理部13所进行的间隔剔除处理。图4是示出傅立叶变换部12通过使用环回方法在傅立叶变换长度被设置为8192(在2m中，m＝13)的情况下对用作测量信号的长度为4095(在2n-1中，n＝12)的m序列码进行傅立叶变换所获得的线谱(频率特性)的图。图4(a)示出间隔剔除处理部 13进行间隔剔除处理之前的频率特性。图4(b)示出间隔剔除处理部13进行间隔剔除处理之后的频率特性。
如这里所使用的，术语“环回方法”是指用于通过在将来自外部输出部6的测量信号视为麦克风7所收集到的信号的情况下将该测量信号原样输出至傅立叶变换部12来测量频率特性的方法。通过使用环回方法，可以示出在不受音场影响的情况下原样经过了傅立叶变换的测量信号的频率特性。具体地，通过使用环回方法对用作测量信号的m序列码进行傅立叶变换，可以获得理想的平坦频率特性，因而可以容易地判断测量处理中的噪声等。
间隔剔除处理部13基于傅立叶变换部12所生成的线谱，从低频域侧的线谱起顺次去除第(0×2m-n+1)、第(1×2m-n+1)、第(2×2m-n+1)、第(3×2m-n+1)、…、以及第(k×2m-n+1)个线谱以外的线谱。如这里所使用的，变量k是诸如k＝0,1,2,3,…的以1为单位递增的整数。k×2m-n+1是包括通过傅立叶变换所生成的最后线谱(高频域侧的最后线谱)的值(最后线谱的次序≤k×2m-n+1)。
参考图4(a)和(b)，m序列码长度中的n是12(n＝12)，并且傅立叶变换长度中的m是13(m＝13)。因此，2m-n＝213-12＝21＝2。因此，间隔剔除处理部13在图4(a)中，从低频域侧的线谱起，去除第(0×2+1)、第(1×2+1)、第(2×2+1)、第(3×2+1)、…个线谱以外(即，第1、3、5、7、9、…个线谱以外)的线谱。换句话说，间隔剔除处理部13去除第2、4、6、8、10、…个线谱。
在图4(a)中，从低频域侧起的第1、3、5、7、9、…个线谱没有用作噪声，因此其信号电平为0dB。另一方面，从低频域侧起的第2、4、6、8、10、…个线谱示出0dB以外的信号电平，因此被检测作为噪声。由于该原因，间隔剔除处理部13从图4(a)所示的线谱(频率特性)中去除第2、4、6、8、10、…个线谱(除第(k×21+1)个线谱以外的线谱)。换句话说，间隔剔除处理部13从频率特性中去除表示除0dB以外的值的线谱、即“电平低的变化的线谱”，由此获得如图4(b)所示的频率特性。
图5是示出傅立叶变换部12通过使用环回方法在傅立叶变换长度被设置为16384(在2m中，m＝14)的情况下对用作测量信号的长度为4095(在2n-1中，n＝12)的m序列码进行傅立叶变换所获得的线谱(频率特性)的图。图5(a)示出间隔剔除处理部13进行间隔剔除处理之前的频率特性。图5(b)示出间隔剔除处理部13进行间隔剔除处理之后的频率特性。
在图5中，m序列码长度中的n是12(n＝12)，并且傅立叶变换长度中的m是14(m＝14)。因此，2m-n＝214-12＝22＝4。因此，间隔剔除处理部13在图5(a)中从低频域侧起去除线谱中的第1、5、9、13、17、…个线谱以外的线谱。换句话说，间隔剔除处理部13从低频域侧起去除线谱中的第2、3、4、6、7、8、10、11、12、14、15、16、…个线谱。
在图5(a)中，从低频域侧起的线谱中的第1、5、9、13、17、…个线谱没有用作噪声，因此其信号电平为0dB。另一方面，从低频域侧起的线谱中的第2、3、4、6、7、8、10、11、12、14、15、16、…个线谱示出0dB以外的信号电平，因此被检测作为噪声。由于该原因，间隔剔除处理部13从图5(a)所示的线谱中去除第1、5、9、13、17、…个线谱以外(除第(k×22+1)个线谱以外)的线谱。换句话说，间隔剔除处理部13从频率特性中去除表示0dB以外的值的线谱(电平低的变化的线谱)，由此获得如图5(b)所示的频率特性。
如上所述，CPU 2从通过傅立叶变换处理所获得的线谱中去除第(k×2m-n+1)个线谱以外的线谱(图3中的S5；间隔剔除步骤；间隔剔除功能)。将间隔剔除后的信号(频率特性、线谱)输出至平均化处理部14。
平均化处理部14具有针对各预定样本数量计算间隔剔除后的信号的平均值的功能。如图6所示，平均化处理部14在使间隔剔除后的信号的线谱中的预定数量的线谱(预定数量的样本)以一个线谱为单位(以一个样本为单位)从低频域向高频域转变的情况下，计算这些预定数量的线谱的信号电平的平均值。
图7是示出根据在使预定数量的线谱以一个样本为单位发生偏移时的频率样本数量所设置的平均值计算所用的样本数量宽度(平均化宽度；预定频率间隔)的图。在图7中，傅立叶变换的样本长度是4096，并且线谱的数量是2048。图7的横轴所表示的频率样本的数量与线谱的数量相对应。如图7所示，平均值计算所用的预定样本数量(预定频率间隔)随着频率样本的数量而改变。也就是说，平均化宽度被设置成频率样本的数量从低频域侧向高频域侧增加。CPU 2通过如图7所示设置平均化宽度来利用1/9倍频程宽度计算平均值。已知听觉的分辨率约为1/3倍频程。由于平均化处理部14如图7所示设置平均化宽度，因此可以以足够高的分辨率来进行平均化处理。
CPU 2在平均化处理部14中对间隔剔除处理部13进行间隔剔除后的信号进行平均化(图3中的S6；平均化步骤；平均化功能)，并且将平均化后的信号输出至高频域放大部15。
高频域放大部15具有放大平均化后的信号的高频域成分的信号电平的功能。在对间隔剔除后的信号进行平均化的情况下，该信号的高频域成分的信号电平趋于被衰减。由于该原因，高频域放大部15使用考虑衰减后的高频域成分的逆滤波器来放大高频域成分的信号电平，使得所获得的频率特性(线谱)的信号电平变得平坦(一样)。通过放大高频域成分，可以提高高频域成分的频率特性的测量精度。
CPU 2放大平均化后的信号的高频域成分(图3中的S7)，并且将如此得到的信号输出至显示部8。注意，CPU 2可以在在间隔剔除处理部13中没有对傅立叶变换部12所获得的频率特性进行间隔剔除的情况下将这些频率特性原样输出至高频域放大部15，然后可以将如此得到的频率特性显示在显示部8上。显示部8接收到这些频率特性(线谱)，并且根据CPU2的指示来将这些频率特性显示在其显示画面等上，使得用户可以从视觉上识别出这些频率特性(图3中的S8)。
图8～图10示出所测量到的频率特性等的具体示例。将使用这些示例来说明音场测量装置1所进行的处理。图8(a)示出傅立叶变换部12对使用环回方法所测量到的m序列码进行傅立叶变换的情况下的频率特性(傅立叶变换后的频率特性)。图8(b)示出间隔剔除处理部13对图8(a)所示的频率特性进行间隔剔除的情况下的频率特性(间隔剔除后的频率特性)。
图9是示出使用环回方法所测量到的并且由平均化处理部14进行平均化后的信号的频率特性的图。图9(a)示出由间隔剔除处理部13进行间隔剔除后的然后由平均化处理部14进行平均化后的信号的频率特性。图9(b)示出在没有经过间隔剔除的情况下由平均化处理部14进行平均化后的信号的频率特性。图10是示出如下信号的频率特性的图，其中该信号是使用用于通过从扬声器9输出测量信号并且使用麦克风7收集测量声音来测量音场的频率特性的方法(以下称为“音场测量方法”)所测量到的、然后由平均化处理部14进行平均化后的信号。图10(a)示出间隔剔除处理部13进行间隔剔除后的信号的频率特性。图10(b)示出没有经过间隔剔除的信号的频率特性。
图8～图10所示的频率特性的测量条件如下所述：使用m序列码作为测量信号；将该测量信号的采样速度设置为44.1kHz；将m序列码的长度设置为4095；将傅立叶变换部12所使用的傅立叶变换的采样长度设置为8192；将傅立叶变换部12所使用的窗函数设置为海明窗(hamming window)；并且将平均化处理部14所使用的平均化宽度设置为1/9倍频程。
在将m序列码的长度设置为4095并且将傅立叶变换的样本长度设置为8192的情况下，如上所述，傅立叶变换的样本长度不是m序列码的长度的整数倍，即傅立叶变换的样本长度与m序列码的长度异步。由于该原因，因此如图8(a)所示，针对各傅立叶变换在一样的线谱之间发生电平低的变化的线谱。这些线谱示出0dB以外的信号电平并且被检测作为噪声。此外，长度为4095的m序列码是码长短的测量信号。由于该原因，线谱之间的频率间隔趋于变宽。特别地，在低频域成分中所检测到的线谱之间信号电平大幅改变，并且线谱的包络线未必一样。
另一方面，如图8(b)所示，即使在使用长度短的m序列码作为测量信号的情况下，如果间隔剔除处理部13去除电平低的变化的线谱，则也可以抑制线谱的信号电平的变化并且可以使线谱的低频域侧的包络线变得一样。在图8(b)中，在3000Hz以下的频域中信号电平的变化受到抑制，并且频率特性变得一样。然而，在3000Hz以上的频域中示出线谱的变化。
另一方面，图9(a)示出通过对图8(b)所示的间隔剔除后的信号进行对数平均化处理所获得的频率特性。在图9(a)中，不仅在中低频域中而且在3000Hz以上的高频域中，线谱的变化均受到抑制。
图9(b)示出在没有经过间隔剔除的情况下进行对数平均化后的信号的频率特性。如图9(b)所示，即使在对信号进行平均化的情况下，如果没有对该信号进行充分的间隔剔除，则在中低频域中也可能无法抑制信号电平的变化。因而，频率特性的测量精度大大劣化。由于该原因，在间隔剔除处理部13对信号进行间隔剔除的情况下，可以在中低频域中去除电平低的变化的线谱，因而可以提高频率特性的测量精度。此外，通过对间隔剔除后的信号进行平均化，可以有效地抑制高频域成分的线谱的变化。
注意，如图9(a)所示，通过对信号进行间隔剔除，高频域成分的信号电平降低。然而，通过在高频域放大部15中放大高频域成分，可以对高频域的衰减量进行补偿并且可以使测量信号的频率特性变平坦。
图10(a)和(b)示出使用音场测量方法所获得的频率特性。在图10(a)和(b)中，通过使用麦克风7收集从扬声器9输出的测量声音来测量频率特性。这意味着测量音场(麦克风7的安装位置中的音场)的频率特性。在图10(a)中，对信号进行间隔剔除然后进行平均化，由此有效地抑制了中低频域中的信号电平的变化。在图10(b)中，在没有经过间隔剔除的情况下对信号进行平均化。因 而，可能无法抑制中低频域中的信号电平的变化，并且音场的频率特性的测量精度大大劣化。
如上所述，在根据本实施例的音场测量装置1中，间隔剔除处理部13对通过傅立叶变换处理所获得的线谱进行间隔剔除。由于该间隔剔除处理，因此可以去除由于傅立叶变换的样本长度与m序列码的长度的异步而产生的“电平低的变化的线谱”，因而可以提高频率特性的测量精度。
特别地，在测量信号的码长是2n-1并且傅立叶变换的样本长度是2m的情况下，间隔剔除处理部13去除第(k×2m-n+1)个线谱以外的线谱。因而，可以有效地去除电平低的变化的线谱。
此外，即使在测量信号具有短的码长并且所获得的频率特性的线谱(频率谱)之间的频率间隔宽的情况下，也可以通过对该信号进行间隔剔除来有效地去除电平低的变化的线谱。因而，即使在使用码长短的测量信号的情况下，也可以充分确保频率特性的测量精度。还可以减少测量频率特性所需的测量时间或测量负荷并且有效地减少处理所需的存储器的量。
此外，通过对信号进行对数平均化，可以在全频域中抑制线谱的变化，因而可以进一步提高音场的频率特性的测量精度。
尽管参考附图详细说明了根据本发明实施例的音场测量装置、音场测量方法和音场测量程序，但根据本发明的音场测量装置、音场测量方法和音场测量程序不限于该实施例。本领域技术人员在没有背离权利要求书的范围的情况下，将想到各种改变或变形，并且这些改变或变形应被构造成落在本发明的技术范围内。
在上述实施例中，说明了对通过傅立叶变换处理所获得的频率特性的全频域进行间隔剔除的示例。另一方面，对全频域进行间隔剔除往往导致高频域成分的信号电平降低。由于该原因，音场测量装置1包括用于放大降低后的高频域成分的信号电平的高频域放大部15。
然而，如果仅对受到电平低的变化的线谱显著影响的中低频域进行间隔剔除，则用以放大高频域成分的信号电平的必要性将降低。
图11是示出根据另一实施例的音场测量装置1a的示意结构的图，其特征在于：该音场测量装置1a仅对通过傅立叶变换处理所获得的频率特性的低频域成分进行间隔剔除，但不对这些频率特性的高频域成分进行间隔剔除。在图11中，向进行与图2所示的元件所进行的处理相同的处理的元件赋予相同的附图标记。图11所示的音场测量装置1a与图2所示的音场测量装置1的不同之处在于：音场测量装置1a包括频域分割处理部(频域分割部)20、增益部21和合成处理部(合成部)22，但不包括图2所示的高频域放大部15。图11所示的第一平均化处理部14a和第二平均化处理部14b与图2所示的平均化处理部14在这些元件对频率特性进行平均化方面相同。
在图11所示的音场测量装置1a中，频域分割处理部20具有将由傅立叶变换部12在傅立叶变换处理中所获得的频率特性分割成包括高频域成分的频率特性和包括低频域成分的频率特性的功能。在分割处理中，频域分割处理部20使用预定频率作为边界来将从傅立叶变换部12接收到的信号分割成具有包括高频域成分的第一频率特性的信号和具有包括低频域成分的第二频率特性的信号(频域分割步骤；频域分割功能)。在该分割处理中，使用预定频率值作为边界，不是使用诸如高通滤波器和低通滤波器等的滤波器而是通过对信号进行数字处理等来对频域进行二分割。因此，具有通过频域分割处理部20进行分割所得到的高频域频率特性(第一频率特性)的信号仅具有预定频率值以上的频率的信号电平；具有通过频域分割处理部20进行分割所得到的低频域频率特性(第二频率特性)的信号仅具有预定频率值以下的频率的信号电平。
仅通过分割所得到的低频域频率特性(第二频率特性)由间隔剔除处理部13进行间隔剔除，然后由第二平均化处理部14b进行平均化(第二平均化步 骤；第二平均化功能)。仅对低频域频率特性(第二频率特性)进行间隔剔除，这使得能够避免伴随着间隔剔除处理而可能产生的高频域成分的信号电平降低。第二平均化处理部14b基于间隔剔除后的低频域频率特性(第二频率特性)，在使预定的第二频率间隔以比该第二频率间隔短的频率间隔为单位(例如，以一个样本为单位)发生偏移的情况下计算该第二频率间隔中的信号电平的平均值，由此生成平均化后的第二频率特性。
另一方面，通过分割所得到的高频域频率特性(第一频率特性)在没有经过间隔剔除的情况下由第一平均化处理部14a进行平均化(第一平均化步骤；第一平均化功能)。利用增益部21，考虑到与第二频率特性的信号电平上的差来对如此得到的高频域频率特性进行增益控制。由于没有对高频域频率特性(第一频率特性)进行间隔剔除，因此避免了由于间隔剔除处理所引起的高频域成分的信号电平降低。这样使得不必设置图2所示的高频域放大部15。
第一平均化处理部14a基于没有经过间隔剔除的高频域频率特性(第一频率特性)，在使预定的第一频率间隔以比该第一频率间隔短的频率间隔为单位(例如，以一个样本为单位)发生偏移的情况下计算该第一频率间隔中的信号电平的平均值，由此生成平均化后的第一频率特性。将平均化后的第一频率特性输出至增益部21。
合成处理部22通过将由增益部21进行增益控制后的高频域频率特性(平均化后的第一频率特性)和由第二平均化处理部14b进行平均化后的低频域频率特性(第二频率特性)合成，来生成包括全频域的信号成分的频率特性(合成步骤；合成功能)。也就是说，合成处理部22生成低频域包括第二频率特性且高频域包括第一频率特性的全频域的频率特性。
如此合成并生成的频率特性是仅对低频域成分进行了间隔剔除、因而有效地减少了电平低的变化的线谱的频率特性。因而，可以实现抑制了低频域中的噪声的频率特性。由于没有对高频域成分进行间隔剔除，因此不必在平 均化之后放大高频域成分。因而，可以充分确保频率特性的测量精度。
如上所述，在根据实施例的音场测量装置1中，CPU 2基于如图1所示的ROM 3或存储部5中所记录的处理程序或应用程序来进行如图2所示的功能部的功能。然而，用于进行功能部的功能的CPU的数量没有局限于一个。例如，可以设置用于进行功能部的一些功能的专用处理部(例如，特定处理所专用的CPU或芯片等)，以使得各专用处理部进行至少一个或多个功能。无论是设置多个专用处理部还是一个CPU基于处理程序等来进行音场测量处理，都通过间隔剔除处理来去除电平低的变化的线谱，因而可以有效地降低噪声。即使在使用码长短的测量信号的情况下，也可以精确地测量音场环境的频率特性。
附图标记说明
1,1a…音场测量装置
2…CPU
3…ROM
4…RAM
5…存储部
6…外部输出部
7…麦克风
8…显示部
9…扬声器
11…测量信号生成部
12…傅立叶变换部
13…间隔剔除处理部(间隔剔除部)
14…平均化处理部
14a…第一平均化处理部
14b…第二平均化处理部
15…高频域放大部
20…频域分割处理部(频域分割部)
21…增益部
22…合成处理部(合成部)

Claims (4)

1.一种音场测量装置，其特征在于，包括：
外部输出部，其被配置为将包括码长为2n-1的周期函数的测量信号输出至扬声器，使得从所述扬声器输出所述测量信号；
麦克风，其被配置为收集从所述扬声器输出的所述测量信号；
傅立叶变换部，其被配置为通过利用2m的样本长度对所述麦克风所收集到的测量声音进行傅立叶变换，来获得频率特性；
间隔剔除部，其被配置为通过从所述傅立叶变换部所获得的频率特性中去除第(0×2m -n+1)、第(1×2m-n+1)、第(2×2m-n+1)、…、以及第(k×2m-n+1)个线谱以外的线谱，来去除所述频率特性中的噪声；以及
平均化处理部，其被配置为基于所述间隔剔除部进行间隔剔除处理后的频率特性，在将预定频率间隔以比所述预定频率间隔短的频率间隔为单位进行移位的情况下计算所述预定频率间隔中的信号电平的平均值，由此获得平均化处理后的音场的频率特性，
其中，n和m各自是满足m>n的自然数，以及
k是k＝0,1,2,…。
2.根据权利要求1所述的音场测量装置，其特征在于，还包括：
频域分割部，其被配置为通过对所述傅立叶变换部所获得的频率特性进行频域分割，来生成包括高频域成分的第一频率特性和包括低频域成分的第二频率特性；以及
合成部，其被配置为通过将所述第一频率特性和所述第二频率特性进行合成，来获得包括全频域的信号成分的音场的频率特性，
其中，所述间隔剔除部通过从所述频域分割部所生成的第二频率特性中去除第(0×2m -n+1)、第(1×2m-n+1)、第(2×2m-n+1)、…、以及第(k×2m-n+1)个线谱以外的线谱，来去除所述第二频率特性中的噪声，
所述平均化处理部包括：
第一平均化处理部，其被配置为基于所述频域分割部所生成的第一频率特性，在将预定的第一频率间隔以比所述第一频率间隔短的频率间隔为单位进行移位的情况下计算所述第一频率间隔中的信号电平的平均值，由此生成平均化处理后的第一频率特性；以及
第二平均化处理部，其被配置为基于所述间隔剔除部进行间隔剔除后的第二频率特性，在将预定的第二频率间隔以比所述第二频率间隔短的频率间隔为单位进行移位的情况下计算所述第二频率间隔中的信号电平的平均值，由此生成平均化处理后的第二频率特性，以及
所述合成部通过将所述第一平均化处理部进行平均化处理后的第一频率特性和所述第二平均化处理部进行平均化处理后的第二频率特性进行合成，来获得包括全频域的信号成分的音场的频率特性。
3.一种音场测量装置的音场测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
外部输出步骤，其中外部输出部将包括码长为2n-1的周期函数的测量信号输出至扬声器，使得从所述扬声器输出所述测量信号；
声音收集步骤，其中使用麦克风来收集所述外部输出步骤中从所述扬声器输出的所述测量信号；
傅立叶变换步骤，其中傅立叶变换部通过利用2m的样本长度对所述声音收集步骤中使用所述麦克风所收集到的测量声音进行傅立叶变换，来获得频率特性；
间隔剔除步骤，其中间隔剔除部通过从所述傅立叶变换步骤中所获得的频率特性中去除第(0×2m-n+1)、第(1×2m-n+1)、第(2×2m-n+1)、…、以及第(k×2m-n+1)个线谱以外的线谱，来去除所述频率特性中的噪声；以及
平均化处理步骤，其中平均化处理部基于所述间隔剔除步骤中进行间隔剔除处理后的频率特性，在将预定频率间隔以比所述预定频率间隔短的频率间隔为单位进行移位的情况下计算所述预定频率间隔中的信号电平的平均值，由此获得平均化处理后的音场的频率特性，
其中，n和m各自是满足m>n的自然数，以及
k是k＝0,1,2,…。
4.根据权利要求3所述的音场测量装置的音场测量方法，其特征在于，还包括以下步骤：
频域分割步骤，其中频域分割部通过对所述傅立叶变换步骤中所获得的频率特性进行频域分割，来生成包括高频域成分的第一频率特性和包括低频域成分的第二频率特性；以及
合成步骤，其中合成部通过将所述第一频率特性和所述第二频率特性进行合成，来获得包括全频域的信号成分的音场的频率特性，
其中，在所述间隔剔除步骤中，所述间隔剔除部通过从所述频域分割步骤中所生成的第二频率特性中去除第(0×2m-n+1)、第(1×2m-n+1)、第(2×2m-n+1)、…、以及第(k×2m-n+1)个线谱以外的线谱，来去除所述第二频率特性中的噪声，
所述平均化处理部包括第一平均化处理部和第二平均化处理部，
所述平均化处理步骤包括以下步骤：
第一平均化处理步骤，其中所述第一平均化处理部基于所述频域分割步骤中所生成的第一频率特性，在将预定的第一频率间隔以比所述第一频率间隔短的频率间隔为单位进行移位的情况下计算所述第一频率间隔中的信号电平的平均值，由此生成平均化处理后的第一频率特性；以及
第二平均化处理步骤，其中所述第二平均化处理部基于所述间隔剔除步骤中进行间隔剔除后的第二频率特性，在将预定的第二频率间隔以比所述第二频率间隔短的频率间隔为单位进行移位的情况下计算所述第二频率间隔中的信号电平的平均值，由此生成平均化处理后的第二频率特性，以及
在所述合成步骤中，所述合成部通过将所述第一平均化处理步骤中进行平均化处理后的第一频率特性和所述第二平均化处理步骤中进行平均化处理后的第二频率特性进行合成，来获得包括全频域的信号成分的音场的频率特性。
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