CN105659631B - 音场测量装置和音场测量方法 - Google Patents

音场测量装置和音场测量方法 Download PDF

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Abstract

用于通过收集从以狭窄间隔安装的一对扬声器(101a,101b)输出的输出声音来获得频率特性的音场测量装置(1)包括：低通滤波器部(22a)，用于提取第一测量信号的低频域成分；高通滤波器部(22b)，用于提取与第一测量信号不同的第二测量信号的中高频域成分；合成信号生成部(22c)，用于通过对第一测量信号的低频域成分和第二测量信号的中高频域成分进行合成，来生成合成信号；外部输出部(6)，用于将第一测量信号和合成信号输出至音频设备(102)；麦克风(7)，用于收集从一对扬声器同时输出的第一测量信号和合成信号；以及傅立叶变换部(13)，用于通过对所收集到的信号进行傅立叶变换，来获得音场环境的频率特性。

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，本发明涉及可以在一对扬声器以狭窄间隔安装的音场环境中快速且精确地测量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，来提供具有最适合音场环境的音质的音乐。
已知有最大长度序列(m序列)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。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记录从扬声器输出的测量信号、然后对所记录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记录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07-075190
专利文献2：日本特开2007-232492
发明内容
发明要解决的问题
音场环境的频率特性根据相对于扬声器的收听位置而改变。频率特性的测量精度趋于随着所安装的扬声器之间的间隔等而改变。例如，设想如图14所示的便携式音频设备102，其中在该便携式音频设备102中，音乐重放功能部100与其右侧和左侧的一对右扬声器101a和左扬声器101b是彼此一体化的。在这种便携式音频设备中，右扬声器101a和左扬声器101b趋于以狭窄间隔安装。此外，由于便携性等因而该设备的主体趋于配置得靠近收听者，因而便携式音频设备102和收听者之间的距离趋于变短。
例如，如图14所示，从右扬声器101a和左扬声器101b同时输出用作测量信号的同一M序列码。然后，测量右扬声器101a和左扬声器101b与麦克风7之间的频率特性。由于右扬声器101a和左扬声器101b以狭窄间隔安装并且靠近麦克风7，因此信道(从各个扬声器向麦克风7的信号传输路径)之间的延迟时间差趋于变小。在信道之间的延迟时间差小的情况下，趋于发生信道间干扰，因而在特定频率趋于发生大的下降(dip)。这种下降的位置根据延迟时间差而大幅改变。因此，不利地，频率特性可能根据测量位置而改变，并且测量精度可能大幅劣化。
另一方面，在从右扬声器101a和左扬声器101b同时输出用作测量信号的正交m序列码、然后测量频率特性的情况下，由于具有同一频率的线谱为异相，因此发生干扰。因而，在合成后的各个线谱中可能发生振幅变化。在发生振幅变化的情况下，不利地，音场环境的频率特性遭受码间干扰(inter-symbol interference)，并且测量精度劣化。此外，在使用短周期码作为测量信号以缩短测量时间或减少傅立叶变换处理中所使用的存储器的使用量的情况下，线谱之间的间隔增大。由于该原因，即使在对线谱进行平均化处理的情况下，也不能减轻码间干扰的影响，因而测量精度趋于大幅下降。
作为用于在避免信道间干扰或线谱之间的码间干扰的情况下测量频率特性的方法，已知有如下方法：通过首先仅从左扬声器101b输出测量信号并 测量频率特性、然后仅从右扬声器101a输出测量信号并测量频率特性，来针对L信道和R信道进行时间分割。通过这样进行时间分割以测量频率特性，可以避免信道间干扰或码间干扰。然而，必须针对L信道和R信道进行两次测量。这样不利地增加了测量时间，并且增大了测量处理的负荷。
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通过从以狭窄间隔安装的一对扬声器同时输出测量信号来精确地测量音场环境的音频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，提供一种音场测量装置，用于通过收集从具有以狭窄间隔安装的一对扬声器的音频设备输出的输出声音来获得音场环境的频率特性，所述音场测量装置包括：低通滤波器部，其被配置为提取第一测量信号的低频域成分；高通滤波器部，其被配置为提取与所述第一测量信号不同的第二测量信号的中高频域成分；合成信号生成部，其被配置为通过对所述低通滤波器部所提取的所述第一测量信号的低频域成分和所述高通滤波器部所提取的所述第二测量信号的中高频域成分进行合成，来生成合成信号；外部输出部，其被配置为将所述低通滤波器部提取低频域成分之前的所述第一测量信号和所述合成信号生成部所生成的所述合成信号输出至所述音频设备，使得从所述一对扬声器其中之一输出所述第一测量信号并且同时从所述一对扬声器中的另一个扬声器输出所述合成信号；麦克风，其被配置为收集从所述一对扬声器同时输出的所述第一测量信号和所述合成信号；以及傅立叶变换部，其被配置为通过对所述麦克风所收集到的信号进行傅立叶变换，来获得所述音场环境的频率特性。
根据本发明，提供一种音场测量装置的音场测量方法，所述音场测量装置用于通过收集从具有以狭窄间隔安装的一对扬声器的音频设备输出的输出声音来获得音场环境的频率特性，所述音场测量方法包括以下步骤：低频 域成分提取步骤，其中低通滤波器部提取第一测量信号的低频域成分；中高频域成分提取步骤，其中高通滤波器部提取与所述第一测量信号不同的第二测量信号的中高频域成分；合成信号生成步骤，其中合成信号生成部通过对所述低频域成分提取步骤中所提取的所述第一测量信号的低频域成分和所述中高频域成分提取步骤中所提取的所述第二测量信号的中高频域成分进行合成，来生成合成信号；外部输出步骤，其中外部输出部将所述低频域成分提取步骤中提取低频域成分之前的所述第一测量信号和所述合成信号生成步骤中所生成的所述合成信号输出至所述音频设备，使得从所述一对扬声器其中之一输出所述第一测量信号并且同时从所述一对扬声器中的另一个扬声器输出所述合成信号；声音收集步骤，其中麦克风收集从所述一对扬声器同时输出的所述第一测量信号和所述合成信号；以及傅立叶变换步骤，其中傅立叶变换部通过对所述声音收集步骤中所收集到的信号进行傅立叶变换，来获得所述音场环境的频率特性。
根据本发明，提供一种音场测量装置的音场测量程序，所述音场测量装置用于通过收集从具有以狭窄间隔安装的一对扬声器的音频设备输出的输出声音来获得音场环境的频率特性，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：低通滤波器功能，用于提取第一测量信号的低频域成分；高通滤波器功能，用于提取与所述第一测量信号不同的第二测量信号的中高频域成分；合成信号生成功能，用于通过对所述低通滤波器功能所提取的所述第一测量信号的低频域成分和所述高通滤波器功能所提取的所述第二测量信号的中高频域成分进行合成，来生成合成信号；外部输出功能，用于将所述低通滤波器功能提取低频域成分之前的所述第一测量信号和所述合成信号生成功能所生成的所述合成信号输出至所述音频设备，使得从所述一对扬声器其中之一输出所述第一测量信号并且同时从所述一对扬声器中的另一个扬声器输出所述合成信号；声音收集功能，用于使用麦克风来收 集从所述一对扬声器同时输出的所述第一测量信号和所述合成信号；以及傅立叶变换功能，用于通过对所述声音收集功能所收集到的信号进行傅立叶变换，来获得所述音场环境的频率特性。
在具有安装间隔狭窄的一对扬声器的音频设备的正面位置安装麦克风的情况下，该麦克风趋于安装在与一对扬声器的距离短的位置处。如果在这种状况下从一对扬声器输出相同的测量信号(单声道测量信号)、然后测量频率特性，则由于经由各个信道的输出信号之间的传播延迟差因而在中高频域中可能发生下降。由于该原因，不容易精确地测量音场环境的频率特性。
另一方面，如果从一对扬声器输出不同的测量信号(立体声测量信号)，则在中高频域中不太可能发生下降。然而，在低频域中可能发生测量信号之间的码间干扰。由于该原因，不容易精确地测量音场环境的频率特性。
在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中，从音频设备的扬声器其中之一输出第一测量信号，并且从另一扬声器输出在低频域中包括第一测量信号并且在中高频域中包括第二测量信号的合成信号。因而，可以在中高频域中使用立体声测量信号测量频率特性并由此抑制下降。
此外，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可以在低频域中使用单声道测量信号测量频率特性，因而可以抑制测量信号之间的码间干扰。
如通过以上看出，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可以在中高频域中使用立体声测量信号测量频率特性因而可以抑制下降，并且可以在低频域中使用单声道测量信号测量频率特性因而可以抑制测量信号之间的码间干扰。此外，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一对扬声器同时输出第一测量信号和合成信号，然后测量频率特性。因而，与从一对扬声器交替地输出测量信号并且进行测量的情况相比，可以减轻测量负荷并且提高测量速度。
在上述的音场测量装置中，可以使用m序列码作为所述第一测量信号，并且可以使用与用作所述第一测量信号的m序列码正交的m序列码作为所述第二测量信号，所述音场测量装置还可以包括：最大值检测部，其被配置为基于所述傅立叶变换部所获得的频率特性，在使预定的第一频率间隔以比所述第一频率间隔更短的频率间隔为单位发生偏移的情况下检测所述第一频率间隔中的信号电平的最大值，由此获得包括最大值的频率特性；以及平均值计算部，其被配置为基于所述最大值检测部所检测到的包括最大值的频率特性，在使预定的第二频率间隔以比所述第二频率间隔更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，由此获得所述音场环境的频率特性。
在上述的音场测量方法中，可以使用m序列码作为所述第一测量信号，并且可以使用与用作所述第一测量信号的m序列码正交的m序列码作为所述第二测量信号，所述音场测量方法还可以包括以下步骤：最大值检测步骤，其中最大值检测部基于所述傅立叶变换步骤中所获得的频率特性，在使预定的第一频率间隔以比所述第一频率间隔更短的频率间隔为单位发生偏移的情况下检测所述第一频率间隔中的信号电平的最大值，由此获得包括最大值的频率特性；以及平均值计算步骤，其中平均值计算部基于所述最大值检测步骤中所检测到的包括最大值的频率特性，在使预定的第二频率间隔以比所述第二频率间隔更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，由此获得所述音场环境的频率特性。
在上述的音场测量程序中，可以使用m序列码作为所述第一测量信号，并且可以使用与用作所述第一测量信号的m序列码正交的m序列码作为所述第二测量信号，所述音场测量程序可以使所述计算机进一步进行以下功能：最大值检测功能，用于基于所述傅立叶变换功能所获得的频率特性，在使预定的第一频率间隔以比所述第一频率间隔更短的频率间隔为单位发生偏移 的情况下检测所述第一频率间隔中的信号电平的最大值，由此获得包括最大值的频率特性；以及平均值计算功能，用于基于所述最大值检测功能所检测到的包括最大值的频率特性，在使预定的第二频率间隔以比所述第二频率间隔更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，由此获得所述音场环境的频率特性。
已知有用于使用m序列码作为测量信号来测量频率特性的方法。然而，在使用麦克风收集用作测量信号的m序列码然后进行傅立叶变换的情况下，通过傅立叶变换所获得的样本的长度可以是m序列码的长度的非整数倍、即这些长度可能异步。在这些长度为异步的情况下，在傅立叶变换后的频率特性(线谱)中可能发生电平低的变化的线谱，由此导致频率特性的测量精度劣化。
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使用m序列码作为第一测量信号并且使用与用作第一测量信号的m序列码正交的m序列码作为第二测量信号。通过使用这些m序列码，可以在中高频域中实现立体声测量信号并且在低频域中实现单声道测量信号。此外，基于对所收集到的信号进行傅立叶变换所获得的频率特性，在使预定的第一频率间隔以比该第一频率间隔更短的频率间隔为单位发生偏移的情况下检测该第一频率间隔中的信号电平的最大值，可以获得包括这些最大值的频率特性。通过这样获得包括最大值的频率特性，可以抑制(掩蔽)在频率特性中出现作为噪声的低电平的变化的线谱。
此外，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基于包括最大值的频率特性，在使预定的第二频率间隔以比该第二频率间隔更短的频率间隔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。因而，可以获得平均化后的频率特性。如通过以上看出，通过检测最大值来获得频率特性并且通过对包括最大值的频率特性进行平均化处理， 可以针对各傅立叶变换抑制在频率特性中可能发生的变化并由此提高频率特性的检测精度。
在上述的音场测量装置中，在从所述一对扬声器同时输出提取低频域成分之前的所述第一测量信号的情况下，可以将所述低通滤波器部和所述高通滤波器部中所设置的截止频率设置成比所述傅立叶变换部所获得的频率特性中能够发生的下降的频率值更低的频率。
在上述的音场测量方法中，在从所述一对扬声器同时输出提取低频域成分之前的所述第一测量信号的情况下，可以将所述低频域成分提取步骤和所述中高频域成分提取步骤中所设置的截止频率设置成比所述傅立叶变换步骤中所获得的频率特性中能够发生的下降的频率值更低的频率。
在上述的音场测量程序中，在从所述一对扬声器同时输出提取低频域成分之前的所述第一测量信号的情况下，可以将所述低通滤波器功能和所述高通滤波器功能所设置的截止频率设置成比所述傅立叶变换功能所获得的频率特性中能够发生的下降的频率值更低的频率。
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低通滤波器部和高通滤波器部中的截止频率设置为比通过使用单声道测量信号所测量到的频率特性中可能发生下降的频率值更低的频率。因而，可以将可能发生下降的中高频域的测量信号设置成立体声测量信号并且提高频率特性的检测精度。
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可以在中高频域中使用立体声测量信号测量频率特性因而可以抑制下降，并且可以在低频域中使用单声道测量信号测量频率特性因而可以抑制测量信号之间的码间干扰。此外，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一对扬声器同时输出第一测量信号和合成信号，然后测量频率特性。因而， 与从一对扬声器交替地输出测量信号并且进行测量的情况相比，可以减轻测量负荷并且提高测量速度。
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、音场测量装置的功能部的示意结构的框图。
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)的上部示出信号S1的频率特性并且其下部示出信号S2的频率特性；(b)的上部示出所提取的信号S1的低频域成分的频率特性并且其下部示出所提取的信号S2的中高频域成分的频率特性；以及(c)是示出将(b)的上部和下部所示的信号S1的低频域成分和信号S2的中高频域成分合成得到的合成信号的频率特性的图。
图5是示出如下处理的图，其中该处理用于在使傅立叶变换后的测量信号的预定数量的线谱以一个线谱为单位(以一个样本为单位)发生偏移的情况下，检测这些预定数量的线谱的信号电平的最大值，以获得线谱的包络线。
图6是示出根据频率样本的数量所设置的、用于检测最大值的样本数量宽度(最大值检测宽度)和用于计算平均值的样本数量宽度(平均化宽度)之间的关系的图。
图7包括通过使用单声道测量信号进行环回测量所获得的频率特性的图，其中：(a)示出不进行平均化处理的情况，并且(b)示出进行平均化处理的情况。
图8包括通过使用立体声测量信号进行环回测量所获得的频率特性的图，其中：(a)示出不进行平均化处理的情况，并且(b)示出进行平均化处理的 情况。
图9包括通过使用合成信号进行环回测量所获得的频率特性的图，其中：(a)示出不进行平均化处理的情况，并且(b)示出进行平均化处理的情况。
图10包括示出根据从便携式音频设备输出的单声道测量信号所获得的频率特性的图，其中：(a)示出不进行平均化处理的情况，并且(b)示出进行平均化处理的情况。
图11包括示出根据从便携式音频设备输出的立体声测量信号所获得的频率特性的图，其中：(a)示出不进行平均化处理的情况，并且(b)示出进行平均化处理的情况。
图12包括示出根据从便携式音频设备输出的合成测量信号所获得的频率特性的图，其中：(a)示出不进行平均化处理的情况，并且(b)示出进行平均化处理的情况。
图13是示出信道间的延迟时间差和可能发生下降的频率间隔之间的关系的图。
图14是示出用于使用音场测量装置来测量便携式音频设备的频率特性的一般方法的图。
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。
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通过读取ROM 3中的处理程序等来进行频率特性测量等。RAM 4用作CPU 2进行处理的工作区域或用于其 它目的。
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为了进行处理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，由此可以基于应用程序来测量频率特性。
外部输出部6包括用于将测量信号(后面所述的信号S1和合成信号)输出至便携式音频设备的外部输入端子的外部输出端子。在将经由外部输出部6所输出的测量信号输入至便携式音频设备(音频设备)102(参见图2)的外部输入端子的情况下，可以从便携式音频设备102的右扬声器101a和左扬声器101b(参见图2)输出测量声音。外部输出部6不必具有物理端子构造。例如，外部输出部6可被配置为使用诸如蓝牙或无线LAN等的无线技术来将测量信号输出至便携式音频设备102。
麦克风7具有用于收集便携式音频设备102等所输出的测量声音的功能。将麦克风7所收集的测量声音记录在RAM 4或存储部5中，并且用于进行(后面所述的)频率特性测量。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具有用于显示通过测量频率特性所获得的音场的频率特性(例如，后面所述的图7～图12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具有用于根据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便携式音频设备102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而测量频率特性的情况下、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、频率分割合成部12、傅立叶变换部13、平均化处理部14、外部输出部6、麦克风7和显示部8。图2还示出图14所示的便携式音频设备102。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。
如图2所示，测量信号生成部11包括第一测量信号生成部21a和第二测量信号生成部21b。测量信号生成部11生成具有不同的生成多项式的m序列码作为测量信号。具体地，第一测量信号生成部21a所生成的m序列码和第二测量信号生成部21b所生成的m序列码彼此正交。在本实施例中，为了方便，将第一测量信号生成部21a所生成的m序列码和第二测量信号生成部21b所生成的m序列码分别称为信号S1和信号S2。
m序列是伪随机数序列。通过使用具有预定长度的移位寄存器以及异OR(或)进行反馈来生成m序列码。假定移位寄存器的长度是n，则序列的周期(长度)是2n-1，并且使用生成多项式来获得移位寄存器的反馈位置。m序列码是包括0和1的二进制序列并且是包括许多直流成分的信号，因此被进行0向-1的转换然后被输出。
CPU 2根据处理程序等在测量信号生成部11中生成信号S1和信号S2(图3的S1)。将所生成的信号S1和S2输出至频率分割合成部12。
如图2所示，频率分割合成部12包括LPF(低通滤波器部)22a、HPF(高通滤波器部)22b、相加部(合成信号生成部)22c和延迟部22d。将测量信号生成部11中所生成的信号S1输入至LPF 22a和延迟部22d，并且将信号S2输入至HPF 22b。
LPF 22a是允许低频域信号通过的低通滤波器部。HPF 22b是允许中高频域信号通过的高通滤波器部。将LPF 22a和HPF 22b的截止频率设置为相同值。后面将说明所设置的截止频率的详情。
图4(a)的上部示出信号S1的频率特性并且其下部示出信号S2的频率特性。在将图4(a)的上部所示的信号S1输入至LPF 22a然后进行低通滤波的情况下，如图4(b)的上部所示，提取信号S1的低频域成分(图3的S2；低频域成分提取步骤；低通滤波功能)。另一方面，在将图4(a)的下部所示的信号S2输入至HPF 22b然后进行高通滤波的情况下，如图4(b)的下部所示，提取信号S2的中高频域成分(图3的S3；中高频域成分提取步骤；高通滤波功能)。
相加部22c具有用于将LPF 22a进行滤波后的信号S1和HPF 22b进行滤波后的信号S2合成的功能。相加部22c将LPF 22a所输出的信号S1(图4(b)的上部)和HPF 22b所输出的信号S2(图4(b)的下部)合成，由此如图4(c)所示生成在低频域侧包括信号S1的成分并且在中高频域侧包括信号S2的成分的合成信号(图3的S4；合成信号生成步骤；合成信号生成功能)。
延迟部22d具有用于使所输入的信号S1延迟的功能。具体地，延迟部22d根据通过LPF 22a、HPF 22b和相加部22c所进行的滤波处理和相加处理所需的时间，来使输出信号S1的时刻延迟。由于该延迟处理，在延迟部22d输出信号S1的时刻和相加部22c输出合成信号的时刻之间进行调整(图3的S5)。
如通过以上看出，在频率分割合成部12中，CPU 2基于信号S1和S2来生成在低频域中包括信号S1的成分并且在中高频域中包括信号S2的成分的合成信号，并且使信号S1延迟(图3的S2～S5；频率分割合成处理)。然后，CPU2将所生成的合成信号作为L信道测量信号经由外部输出部6输出至便携式音频设备102。CPU 2还将延迟后的信号S1作为R信道测量信号经由外部输出部6输出至便携式音频设备102(图3的S6；外部输出步骤；外部输出功能)。
便携式音频设备102将所输入的L信道测量信号和R信道测量信号(合成信号和信号S1)分别从左扬声器101b和右扬声器101a输出。在这种情况下，便携式音频设备102同时输出L信道测量信号和R信道测量信号。通过同时输出L信道测量信号和R信道测量信号，L信道测量信号的低频域信号成分和R 信道测量信号的低频域信号成分这两者都是作为同一m序列码的信号S1，并且用作单声道测量信号。另一方面，L信道测量信号的中高频域信号成分是信号S2，而R信道测量信号的中高频域信号成分是信号S1。因此，L信道测量信号和R信道测量信号各自的中高频域信号成分是正交的m序列码信号并且用作立体声测量信号。
CPU 2使用麦克风7来收集表示从便携式音频设备102的右扬声器101a和左扬声器101b输出的测量声音的测量信号(图3的S7；声音收集步骤；声音收集功能)。将所收集到的测量信号输出至傅立叶变换部13。
傅立叶变换部13具有用于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13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的S8；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。线谱的数量是在傅立叶变换处理中所获得的样本的长度的一半。将傅立叶变换后的测量信号输出至平均化处理部14。
平均化处理部14具有用于检测各傅立叶变换后的测量信号的每预定数量的样本的值中的最大值、并且计算所检测到的最大值的平均值的功能。如图2所示，平均化处理部14包括最大值检测部23a和平均值计算部23b。如图5所示，最大值检测部23a具有如下功能：在使傅立叶变换后的各测量信号的预定数量的线谱(预定数量的样本)以一个线谱为单位(以一个样本为单位)从低频域向高频域发生偏移的情况下，检测这些预定数量的线谱的信号电平的最大值，以获得这些线谱的包络线(图3的S9；最大值检测步骤；最大值检测功能)。同样，平均值计算部23b具有如下功能：在使包括最大值检测部23a所获得的最大值的线谱中的预定数量的样本以一个样本为单位从低频域向高频域发生偏移的情况下，计算这些预定数量的样本的信号电平的平均值 (图3的S10；平均值计算步骤；平均值计算功能)。
图6是示出根据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的数量所设置的、用于检测最大值的样本数量宽度(最大值检测宽度)和用于计算平均值的样本数量宽度(平均化宽度)的图。在图6中，通过傅立叶变换所获得的样本的长度是65536，并且线谱的数量是32768。图6的横轴所表示的频率样本数量是与线谱数量相对应的值。如图6所示，用于检测最大值的预定样本数量和用于计算平均值的预定样本数量这两者都根据频率样本数量而改变。也就是说，最大值检测宽度和平均化宽度被设置成随着频率样本数量从低频域向高频域的增加而增大。CPU 2通过如图6所示设置最大值检测宽度来进行1/18倍频程的最大值检测处理(图3的S9)。CPU 2还通过如图6所示设置平均化宽度来进行1/6倍频程的平均值计算处理(图3的S10)。已知听觉的分辨率约为1/3倍频程。由于该原因，平均化处理部14(最大值检测部23a和平均值计算部23b)可以通过如图6所示设置最大值检测宽度和平均化宽度来以足够高的分辨率进行平均化处理(最大值检测处理和平均值计算处理)。
如上所述，m序列码的长度是2n-1。另一方面，在对所收集到的测量信号进行傅立叶变换的情况下，样本长度通常不是m序列码的长度的整数倍。也就是说，这些长度可以是异步的。由于该原因，在通过收集用作测量信号的m序列码然后对该m序列码进行傅立叶变换来获得频率特性的情况下，针对各傅立叶变换在一样的线谱之间可能发生低电平的变化的线谱。这些低电平的变化的线谱在所检测到的频率特性中可能作为噪声。然而，最大值检测部23a通过从每预定数量的样本中提取最高电平的线谱来获得频率特性。因而，可以抑制作为噪声的低电平的变化的线谱。此外，平均值计算部23b并行地计算平均值。因而，可以针对各傅立叶变换防止频率特性发生改变。
在最大值检测部23a中检测到最大值并且在平均值计算部23b中计算出平均值之后，平均化处理部14根据CPU 2的指示将如此得到的频率特性输出 至显示部8。注意，CPU 2可以将傅立叶变换部13所获得的频率特性原样输出至显示部8，而无需在平均化处理部14中进行平均化处理。显示部8接收频率特性，并且根据CPU 2的指示将这些频率特性显示在其显示画面等上，以使得用户可以从视觉上识别这些频率特性(图3的S11)。
图7～图9和图10～图12示出显示部8上所显示的频率特性的示例。各图的(a)示出根据所收集到的测量信号所获得的频率特性没有经过平均化处理部14所进行的平均化处理(最大值检测部23a所进行的最大值检测处理和平均值计算部23b所进行的平均值计算处理)的情况。各图的(b)示出根据所收集到的测量信号所获得的频率特性经过了平均化处理部14所进行的平均化处理的情况。
图7～图9和图10～图12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；测量信号的采样速度是44.1kHz；m序列码的长度是32767；频率分割合成部12的LPF 22a和HPF 22b的低频域和中高频域的带通滤波器是512抽头的FIR滤波器；并且截止频率是1kHz。在傅立叶变换部13进行傅立叶变换时的样本长度是65536。傅立叶变换部13所使用的窗函数是Hamming(哈明)窗；最大值检测部23a所设置的最大值检测宽度是1/18倍频程；并且平均值计算部23b所设置的平均化宽度是1/6倍频程。
图7和图10示出将作为同一m序列码的L信道测量信号和R信道测量信号作为单声道测量信号而输入至便携式音频设备102的情况。图8和图11示出L信道测量信号和R信道测量信号是正交的m序列码并且被作为立体声测量信号输入至便携式音频设备102的情况。图9和图12示出如下情况：如上所述，将信号S1(参见图4(a)的上部)作为R信道测量信号输入至便携式音频设备102，并且将用作合成测量信号的使用1kHz作为边界将信号S1和信号S2合成得到的合成信号作为L信道测量信号而输入至便携式音频设备102。
图7～图9还示出如下情况：通过环回来测量频率特性，以明显地示出由 于细微的延迟时间差因而在单声道测量信号中可能发生的信道间干扰的影响、或者由于细微的延迟时间差因而在立体声测量信号中可能发生的码间干扰的影响。如这里所使用的，“通过环回来测量频率特性”不是指通过“输出从外部输出部6输出的测量信号、使用麦克风7收集从便携式音频设备102的右扬声器101a和左扬声器101b输出的测量信号、并且将所收集到的测量信号输出至傅立叶变换部13”来测量频率特性，而是“通过将来自外部输出部6的测量信号直接输出至傅立叶变换部13”来测量频率特性。通过使用这种环回测量，可以获得理想的平坦频率特性，因而可以容易地识别出测量处理中的噪声等。图7～图9还示出音场测量装置1测量到R信道测量信号与L信道测量信号相比以延迟了0.00009秒(3.1cm)的方式进行传播的频率特性的情况。
另一方面，图10～图12示出通过“输出来自外部输出部6的测量信号、使用麦克风7收集从便携式音频设备102的右扬声器101a和左扬声器101b输出的测量信号、并且将所收集到的测量信号输出至傅立叶变换部13”来测量频率特性的情况。因此，图10～图12示出在麦克风7的安装位置所测量到的音场的频率特性。图10～图12还示出在R信道测量信号与L信道测量信号相比以延迟了0.00009秒(3.1cm)的方式进行传播的状态下、通过使用麦克风7收集测量信号所测量到的频率特性。
图7所示的单声道测量信号的频率特性表示低频域中的线谱的最大值没有明显改变、即是一样的(信号电平一样地示出为0dB的状态)，而与进行平均化处理(参见图7(b))还是不进行平均化处理(参见图7(a))无关。另一方面，这些频率特性表示由于信道间干扰因而在中高频域中发生了大的下降，而与是否进行平均化处理无关，并且表示下降之间的间隔为作为传播延迟时间的倒数的约11kHz(参见图7(a)、(b))。下降的位置根据L信道测量信号和R信道测量信号之间的延迟时间差而明显改变，并且该延迟时间差根据麦克风7进行测量信号的测量的位置而改变。在延迟时间差发生改变的情况下，频率特 性也发生改变。因而，测量精度可能大幅劣化。
另一方面，不进行平均化处理的情况下(参见图8(a))的立体声测量信号的频率特性表示线谱的最大值发生改变，并且特别地表示在低频域中明显发生改变。进行平均化处理的情况下(参见图8(b))的立体声测量信号的频率特性还表示在存在较少数量的线谱的低频域中信号电平明显发生改变。如通过以上看出，在使用立体声测量信号的情况下，音场环境的频率特性遭受码间干扰。因而，低频域中的频率特性的测量精度趋于劣化。
在图9所示的使用合成信号所获得的频率特性中，低频域中的测量信号是单声道测量信号，并且中高频域中的测量信号是立体声测量信号。基于这些测量信号所获得的频率特性表示：在没有进行平均化处理的情况下(参见图9(a))，线谱的最大值在所有频域中均示出一样的信号电平。即使在进行平均化处理的情况下(参见图9(b))，信号电平在所有频域中也是一样的。
如参考图7所述，在使用单声道测量信号测量频率特性的情况下，由于L信道测量信号和R信道测量信号之间的延迟时间差因而在中高频域中可能发生下降。由于该原因，如图9所示，在中高频域中通过使用立体声测量信号来测量频率特性。因而，可以抑制中高频域中的下降并由此提高频率特性的测量精度。此外，如参考图8所述，在使用立体声测量信号来测量频率特性的情况下，趋于发生码间干扰。特别地，信号电平在存在较少数量的线谱的低频域中可能明显发生改变。由于该原因，如图9所示，通过在低频域中使用单声道测量信号来测量频率特性。因而，可以减轻码间干扰，由此即使在存在较少数量的线谱的低频域中也可以抑制信号电平的变化。因此，如图9所示，通过使用单声道测量信号作为低频域中的测量信号并且使用立体声测量信号作为中高频域中的测量信号，可以实现中高频域中的信道间干扰的抑制和低频域中的码间干扰的减轻这两者。因而，可以精确地测量音场环境的频率特性。
如图10～图12所示，即使在通过实际从便携式音频设备102的右扬声器101a和左扬声器101b输出单声道测量信号、立体声测量信号和合成测量信号(合成信号)来测量音场的频率特性的情况下，也示出与图7～图9所示的频率特性相同的特性。与图7相同，图10示出由于信道间干扰因而在中高频域中发生了下降。与图8相同，图11示出由于码间干扰因而在低频域中信号电平大幅改变。另一方面，与图9相同，图12示出在中高频域中下降受到抑制并且在低频域中信号电平的变化受到抑制。也就是说，与图9相同，图12还示出：通过使用单声道测量信号作为低频域中的测量信号并且使用立体声测量信号作为中高频域中的测量信号，可以实现中高频域中的信道间干扰的抑制以及低频域中的码间干扰的减轻这两者，因而可以精确地测量音场环境的频率特性。
由于该原因，通过基于图12所示的平均化后的频率特性来获得包括便携式音频设备102的位置和使用麦克风7收集测量信号的收听位置的音场环境的频率特性、然后基于所获得的频率特性来调节便携式音频设备102的均衡器，来校正音场。通过如上所述校正音场。可以提高收听位置的音质。此外，通过基于所获得的频率特性预先校正从便携式音频设备102的右扬声器101a和左扬声器101b输出的音乐、然后从便携式音频设备102的右扬声器101a和左扬声器101b输出校正后的音乐，可以提高在收听位置所收听的音质。
如上所述，用作测量信号的m序列码的长度是2n-1。另一方面，在对测量信号进行傅立叶变换的情况下，样本长度通常不是m序列码的长度的整数倍。也就是说，这些长度趋于异步。因此，在傅立叶变换部13通过对所收集到的测量信号(m序列码)进行傅立叶变换来获得频率特性的情况下，在一样的线谱之间可能发生低电平的变化的线谱。这种线谱在检测频率特性的情况下可以作为噪声。由于该原因，根据本实施例的音场测量装置1通过在最大值检测部23a中从每预定数量的样本提取电平最高的线谱来获得频率特性。 因而，可以抑制作为噪声的低电平的变化的线谱。此外，通过并行地计算平均值，可以针对各傅立叶变换防止频率特性发生改变。
如图13所示，由于信道间干扰因而可能发生下降的频率间隔根据传播延迟差而改变。如果右扬声器101a和左扬声器101b以狭窄间隔安装并且安装于相对靠近收听者的位置、因而收听者以比间接声音更清楚的方式收听直接声音，则信道间的传播延迟差约为数厘米，并且可能发生下降的频率间隔约为10kHz。由于该原因，优选将频率分割合成部12的LPF 22a和HPF 22b的滤波器的截止频率设置为作为与可能发生下降的频率间隔相比足够低的频率的约1kHz。通过将截止频率设置为约1kHz，可以使用不太可能引起下降的单声道测量信号作为针对涵盖更有可能发生下降的约10kHz的中高频域的测量信号。因而，可以提高中高频域中的频率特性的测量精度。
设想车舱中所安装的车载音响系统的音场环境。从左右扬声器的安装位置到收听位置的距离由于这些扬声器安装位置和乘坐位置之间的位置关系因而是不对称的。信道之间的传播延迟差往往为数十厘米。在传播延迟差为数十厘米的情况下，可能发生下降的频率间隔为1kHz。因此，在发生这种大的传播延迟差的情况下，优选根据由于传播延迟差因而可能发生下降的频率间隔来将滤波器的截止频率设置为更低频率。
然而，如果将截止频率设置为极低频率，则将难以使用立体声测量信号来对信号电平由于码间干扰因而趋于发生大幅改变的低频域进行测量。由于该原因，优选将LPF 22a和HPF 22b的截止频率设置为低于由于信道间干扰因而可能发生下降的中高频域但是高于可能发生码间干扰的低频域的频率。通过将截止频率设置为这种频率，可以实现信道间干扰的抑制和码间干扰的减轻这两者，因而可以精确地测量音场环境的频率特性。
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 测量程序不限于此。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。
例如，在根据本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的数量不必是一个。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，多个CPU)，以使得各专用处理部进行至少一个或多个功能。无论是如上所述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，通过将单声道测量信号和立体声测量信号组合，可以降低信道间干扰或码间干扰的影响，并且可以在无需针对各信道进行时间分割的情况下快速且精确地测量音场环境的频率特性。
附图标记说明
1…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
11…测量信号生成部
12…频率分割合成部
13…傅立叶变换部
14…平均化处理部
21a…第一测量信号生成部
21b…第二测量信号生成部
22a…LPF(低通滤波器部)
22b…HPF(高通滤波器部)
22c…相加部(合成信号生成部)
22d…延迟部
23a…最大值检测部
23b…平均值计算部
100…音乐重放功能部
101a…右扬声器
101b…左扬声器
102…便携式音频设备(音频设备)

Claims (6)

1.一种音场测量装置，用于通过收集从具有以狭窄间隔安装的一对扬声器的音频设备输出的输出声音来获得音场环境的频率特性，其特征在于，所述音场测量装置包括：
低通滤波器部，其被配置为提取第一测量信号的低频域成分；
高通滤波器部，其被配置为提取与所述第一测量信号不同的第二测量信号的中高频域成分；
合成信号生成部，其被配置为通过对所述低通滤波器部所提取的所述第一测量信号的低频域成分和所述高通滤波器部所提取的所述第二测量信号的中高频域成分进行合成，来生成合成信号；
外部输出部，其被配置为将所述低通滤波器部提取低频域成分之前的所述第一测量信号和所述合成信号生成部所生成的所述合成信号输出至所述音频设备，使得从所述一对扬声器其中之一输出所述第一测量信号并且同时从所述一对扬声器中的另一个扬声器输出所述合成信号；
麦克风，其被配置为收集从所述一对扬声器同时输出的所述第一测量信号和所述合成信号；以及
傅立叶变换部，其被配置为通过对所述麦克风所收集到的信号进行傅立叶变换，来获得所述音场环境的频率特性。
2.根据权利要求1所述的音场测量装置，其特征在于，
使用m序列码作为所述第一测量信号，并且使用与用作所述第一测量信号的m序列码正交的m序列码作为所述第二测量信号，所述音场测量装置还包括：
最大值检测部，其被配置为基于所述傅立叶变换部所获得的频率特性，在使预定的第一频率间隔以比所述第一频率间隔更短的频率间隔为单位发生偏移的情况下检测所述第一频率间隔中的信号电平的最大值，由此获得包括最大值的频率特性；以及
平均值计算部，其被配置为基于所述最大值检测部所检测到的包括最大值的频率特性，在使预定的第二频率间隔以比所述第二频率间隔更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，由此获得所述音场环境的频率特性。
3.根据权利要求1所述的音场测量装置，其特征在于，将所述低通滤波器部和所述高通滤波器部中所设置的截止频率设置成比在从所述一对扬声器同时输出提取低频域成分之前的所述第一测量信号的情况下所述傅立叶变换部所获得的频率特性中能够发生的下降的频率值更低的频率。
4.一种音场测量装置的音场测量方法，所述音场测量装置用于通过收集从具有以狭窄间隔安装的一对扬声器的音频设备输出的输出声音来获得音场环境的频率特性，其特征在于，所述音场测量方法包括以下步骤：
低频域成分提取步骤，其中低通滤波器部提取第一测量信号的低频域成分；
中高频域成分提取步骤，其中高通滤波器部提取与所述第一测量信号不同的第二测量信号的中高频域成分；
合成信号生成步骤，其中合成信号生成部通过对所述低频域成分提取步骤中所提取的所述第一测量信号的低频域成分和所述中高频域成分提取步骤中所提取的所述第二测量信号的中高频域成分进行合成，来生成合成信号；
外部输出步骤，其中外部输出部将所述低频域成分提取步骤中提取低频域成分之前的所述第一测量信号和所述合成信号生成步骤中所生成的所述合成信号输出至所述音频设备，使得从所述一对扬声器其中之一输出所述第一测量信号并且同时从所述一对扬声器中的另一个扬声器输出所述合成信号；
声音收集步骤，其中麦克风收集从所述一对扬声器同时输出的所述第一测量信号和所述合成信号；以及
傅立叶变换步骤，其中傅立叶变换部通过对所述声音收集步骤中所收集到的信号进行傅立叶变换，来获得所述音场环境的频率特性。
5.根据权利要求4所述的音场测量装置的音场测量方法，其特征在于，
使用m序列码作为所述第一测量信号，并且使用与用作所述第一测量信号的m序列码正交的m序列码作为所述第二测量信号，所述音场测量方法还包括以下步骤：
最大值检测步骤，其中最大值检测部基于所述傅立叶变换步骤中所获得的频率特性，在使预定的第一频率间隔以比所述第一频率间隔更短的频率间隔为单位发生偏移的情况下检测所述第一频率间隔中的信号电平的最大值，由此获得包括最大值的频率特性；以及
平均值计算步骤，其中平均值计算部基于所述最大值检测步骤中所检测到的包括最大值的频率特性，在使预定的第二频率间隔以比所述第二频率间隔更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，由此获得所述音场环境的频率特性。
6.根据权利要求4所述的音场测量装置的音场测量方法，其特征在于，将所述低频域成分提取步骤和所述中高频域成分提取步骤中所设置的截止频率设置成比在从所述一对扬声器同时输出提取低频域成分之前的所述第一测量信号的情况下所述傅立叶变换步骤中所获得的频率特性中能够发生的下降的频率值更低的频率。
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