JP2006311107A - スピーカ特性測定システム及びスピーカ特性測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ２つのスピーカから同時に同じ音を出力させても、それぞれのスピーカの特性を測定できるようにする。
【解決手段】 左チャンネル用のスピーカ２１Ｌの前に第１のマイクロフォン３１を配置し、右チャンネル用のスピーカ２１Ｒの前に第２のマイクロフォン３２を配置し、第１及び第２のマイクロフォンの間に第３及び第４のマイクロフォン３３及び３４を配置し、左右のチャンネルのスピーカから個別に信号を出力させた場合における各マイクロフォンの出力比と、各出力比を測定した場合における出力位相差とを記憶して、その記憶された出力比及び出力位相差を定数として、両スピーカから同時に出力される音の各マイクロフォンの出力を所定の演算処理して、両スピーカの特性を得るようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、少なくとも２つのスピーカが配置された再生システムにおいて、それぞれのスピーカの特性を測定するスピーカ特性測定システム及びスピーカ特性測定方法に関する。

左チャンネルと右チャンネルの２チャンネルのステレオ再生を行う場合、それぞれのチャンネル用の２つのスピーカを、ある程度の間隔をあけて配置する。このようにして設置した各スピーカの特性を測定する場合、例えば各スピーカの前にマイクロフォンを配置して、それぞれのマイクロフォンでスピーカが再生したオーディオを入力させて、そのマイクロフォンで得られたオーディオ信号を解析して、スピーカ特性を判断することが行われている。

特許文献１には、マイクロフォンが拾った信号で、左右のスピーカの位相差や音量差を判断する構成についての開示がある。
特開昭６３−２０９３００号公報

ところで、２チャンネル再生などを行うために配置された複数のスピーカの再生特性を正確に測定するためには、それぞれのスピーカから個別にオーディオを出力させて、その再生オーディオ信号をマイクロフォンで拾うようにすれば、個々のスピーカの特性が測定できる。ところが、配置したスピーカの数だけ個別にオーディオ再生を行うと、それだけ特性測定用にスピーカからオーディオ信号を出力させるのに時間がかかる問題があった。

左右のスピーカから同時に同じ音を出力させた場合には、それぞれのスピーカからの再生音が干渉して、マイクロフォンが拾うオーディオ信号が、１つのスピーカからだけ出力させた場合とは異なるレベルが観測され、それぞれのスピーカの特性を正確に検出することは困難である。また、左右のスピーカの音を分離できないために、測定結果として位相情報を取得することができず、サラウンド再生を行う場合のような位相が変化するももの測定ができない問題があった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、２つのスピーカから同時に同じ音を出力させても、それぞれのスピーカの特性を測定できるようにすることを目的とする。

本発明は、所定間隔離れて配置された少なくとも左チャンネル用と右チャンネル用の２つのスピーカを備えてステレオ再生が可能な機器のスピーカ特性を測定する場合に、左チャンネル用のスピーカの前に第１のマイクロフォンを配置し、右チャンネル用のスピーカの前に第２のマイクロフォンを配置し、第１及び第２のマイクロフォンの間に第３及び第４のマイクロフォンを配置し、左チャンネル用のスピーカだけから信号を出力させた場合における各マイクロフォンの出力比と、右チャンネル用のスピーカだけから信号を出力させた場合における各マイクロフォンの出力比と、各出力比を測定した場合における出力位相差とを記憶して、その記憶された出力比及び出力位相差を定数として、両スピーカから同時に出力される音の各マイクロフォンの出力を所定の演算処理して、両スピーカの特性を得るようにしたものである。

このようにしたことで、左チャンネル用と右チャンネル用の２つのスピーカから同時に同じ音を出力させても、それぞれのスピーカの特性を測定できるようになる。

本発明によると、左チャンネル用と右チャンネル用の２つのスピーカから同時に同じ音を出力させても、それぞれのスピーカの特性を測定できるようになり、各チャンネル毎に別の音源を用意することなく、同時に測定したデータから各スピーカの特性が測定できるようになる。例えば、各スピーカ出力の正確な相対値を得ることができ、また各スピーカ出力のセパレーションの測定ができ、またサラウンドなどの位相が変化することの測定が可能になる。

以下、本発明の一実施の形態を、添付図面を参照して説明する。

図１は、本例のシステム構成例を示した図である。本例においては、被測定用スピーカ２０として、左チャンネル用スピーカ２１Ｌと右チャンネル用スピーカ２１Ｒとを、所定の間隔あけて左右に並べて配置した構成としてある。被測定用スピーカ２０としては、例えば１つの筐体内に映像表示部などと共に２つのスピーカが配置されたテレビジョン受像機として構成されたものを使用する。ここでは、両スピーカ２１Ｌ、２１Ｒは同じ構成のものとしてある。このスピーカ２１Ｌ、２１Ｒには、図示しないオーディオ信号源からの２チャンネルオーディオ信号を供給することで、それぞれのスピーカ２１Ｌ、２１Ｒから対応したチャンネルのオーディオ信号が出力されて、ステレオ再生が行える。

そして、スピーカ２１Ｌ、２１Ｒに測定用の信号を出力させるために、測定用信号源１１と基準用音源１２とが接続してある。被測定用スピーカ２０がテレビジョン受像機である場合には、テレビジョン受像機の外部オーディオ信号入力端子に供給するように接続する。測定用信号源１１については、スピーカ特性を測定するために必要なオーディオ信号を発生させる信号源である。本例の場合には、測定用信号源１１として、種々の測定用オーディオ信号を用意する。即ち、モノラルの１チャンネルの測定用オーディオ信号、２チャンネルのステレオ音源としての測定用オーディオ信号、サラウンド効果のある測定用オーディオ信号などが用意してあり、それぞれの測定用オーディオ信号を、２つのスピーカ２１Ｌ、２１Ｒに同時に供給して、同時に出力させる構成としてある。サラウンド効果については、オーディオ信号源側で対処するのではなく、被測定用スピーカ２０内のオーディオ信号処理回路での処理で、該当する効果（音の広がり感の効果）を持たせるようにしてもよい。

基準用音源１２については、測定を行って特性を解析する上で必要な基準信号を得るために必要な音源であり、本例の場合には測定用信号と同じ周波数を出す信号としてある。この基準用音源１２からの基準信号（基準オーディオ信号）を、それぞれのスピーカ２１Ｌ、２１Ｒに個別に供給して出力させることができる構成としてある。また、この基準用音源１２からの基準信号は、アナログ・デジタル変換器１３を介して測定用のコンピュータ装置１４にも供給する構成としてある。

各スピーカ２１Ｌ、２１Ｒの出力は、４本のマイクロフォン３１，３２，３３，３４で拾うようにしてある。即ち、左チャンネル用スピーカ２１Ｌの直前に第１のマイクロフォン３１を配置し、右チャンネル用スピーカ２１Ｒの直前に第２のマイクロフォン３２を配置する。さらに、２つのマイクロフォン３１，３２の間に、第３，第４のマイクロフォン３３，３４を配置してある。第１のマイクロフォン３１が左チャンネル測定用のマイクロフォンとなり、第２のマイクロフォン３２が右チャンネル測定用のマイクロフォンとなり、第３，第４のマイクロフォン３３，３４は補助マイクロフォンとして使用される。本例の場合には、４つのマイクロフォン３１〜３４が、ほぼ等間隔で並ぶように配置してある。但し、第３，第４のマイクロフォン３３，３４については、スピーカ２１Ｌ、２１Ｒからの距離を、第１，第２のマイクロフォン３１，３２よりも離した位置に配置してある。

４つのマイクロフォン３１〜３４に入力したオーディオ信号は、アナログ・デジタル変換器１３によりデジタルオーディオ信号に変換した後、それぞれ別にコンピュータ装置１４に供給する構成としてある。また、既に説明した基準用音源１２が出力した基準用のオーディオ信号についても、アナログ・デジタル変換器１３によりデジタルオーディオ信号に変換した後、コンピュータ装置１４に供給する構成としてある。

コンピュータ装置１４は、基準用音源１２からの信号をスピーカで再生させたときの、各マイクロフォン３１〜３４の入力と、そのときの基準用音源１２からの信号とに基づいた信号を、演算処理用の定数（係数）として内部の記憶部に記憶させるようにしてある。基準用音源１２からの信号のスピーカからの出力については、２つのスピーカ２１Ｌ、２１Ｒで別々に行うようにしてあり、それぞれのスピーカからの出力に基づいたデータを記憶させてある。具体的な記憶データの例については後述する。

そして、被測定用スピーカ２０の特性を実際に測定する際には、測定用信号源１１からの１チャンネルの測定用オーディオ信号を、２つのスピーカ２１Ｌ、２１Ｒに同時に供給して出力させ、そのときに各マイクロフォン３１〜３４が出力した４系統のオーディオ信号を、コンピュータ装置１４が取り込んで、その４系統のオーディオ信号を、コンピュータ装置１４内に設定された演算式で演算して、それぞれのスピーカ２１Ｌ、２１Ｒについての必要な特性を得るようにしてある。この演算式を使用した演算を行う際には、記憶部に記憶された定数を演算式の定数として使用して演算する。

次に、このような構成で、被測定用スピーカ２０が備える２つのスピーカ２１Ｌ、２１Ｒの特性を測定して解析する処理を、図２のフローチャートを参照して説明する。まず、４本のマイクロフォン３１〜３４を図１に示す配置に設置し（ステップＳ１１）、基準用音源１２からの基準信号を、２つのスピーカ２１Ｌ、２１Ｒに順に供給し（ステップＳ１２）、各スピーカ２１Ｌ，２１Ｒから別々のタイミングで基準信号を出力させる。この別々に出力された基準信号は、４本のマイクロフォン３１〜３４に入力させて、コンピュータ装置１４に取り込ませ、その取り込まれた信号に基づいて、必要な定数（係数）を求めて、コンピュータ装置内の記憶部に記憶させておく（ステップＳ１３）。

基準信号の取り込みが終了すると、各スピーカ２１Ｌ，２１Ｒへの入力を、測定用信号源１１からのオーディオ信号に切り替える（ステップＳ１４）。この測定用信号源１１からのオーディオ信号については、２つのスピーカ２１Ｌ，２１Ｒに同じ信号を供給する。そして、この測定用信号源１１からのオーディオ信号をスピーカ２１Ｌ，２１Ｒから出力させた状態で、４本のマイクロフォン３１〜３４で、そのときのオーディオ出力を入力させて、その４本のマイクロフォン３１〜３４の出力をコンピュータ装置１４に入力させ、コンピュータ装置１４内で４つの信号の位相差及び信号レベルを取り出す（ステップＳ１５）。

そして、ステップＳ１３で記憶させた定数を使用した演算で、２つのスピーカ２１Ｌ，２１Ｒの出力レベル及び位相を算出し、その算出した出力レベル及び位相の値を、コンピュータ装置１４に予め設定された基準値と比較して、判定を行う（ステップＳ１６）。判定後には、全ての特性測定が終了したか否か判断し（ステップＳ１７）、終了していない場合には、測定用信号の種類やスピーカでの出力条件など（ステレオ信号からモノラル信号への変更、サラウンド効果のオン・オフなど）の設定条件を変えて（ステップＳ１８）、ステップＳ１４から再度測定を行う。

次に、コンピュータ装置１４に取り込まれた４つのマイクロフォンの出力レベル及び位相の値に基づいて、２つのスピーカ２１Ｌ，２１Ｒの出力レベル及び位相を算出する処理について説明する。図１に示したように、左右の２つのスピーカ２１Ｌ，２１Ｒの前に４本のマイクロフォン３１〜３４を配置して、スピーカ２１Ｌ，２１Ｒから出た音を測定したとする。

このとき、スピーカ２１Ｌ，２１Ｒから出た音を各マイクロフォン３１〜３４で拾うときの音量Ｍは、ベクトルで示すと図３に示すようになる。図３において、Ｒは右チャンネルのスピーカ２１Ｒからマイクロフォンに入る音量、Ｌは左チャンネルのスピーカ２１Ｌからマイクロフォンに入る音量、θは、２つのチャンネルのスピーカ２１Ｌ，２１Ｒの出力のマイクロフォンの位置での位相差、Ｍはマイクで取り込んだ音量を表す。

それぞれの値の関係は、余弦定理を変形して
Ｒ²＋２ＲＬcosθ＋Ｌ²＝Ｍ²
となる。但し、θはスピーカとマイクロフォン間の距離差による位相γと、２つのチャンネルのスピーカ出力時の位相差θ_Mが含まれているため、
Ｒ²＋２ＲＬcosθ(γ＋θ_M)＋Ｌ²＝Ｍ²
となる。この式は、加法定理より、
Ｒ²＋２ＲＬcosγcosθ_M−２ＲＬsinγsinθ_M＋Ｌ²＝Ｍ²
と変形できる。

ここで、計算で求めたい項目は、各スピーカの出力音量Ｒ，Ｌと位相差θ_Mの3つだが、位相差θ_Mは、cosθ_Mとsinθ_Mから求めなければならないので、求めるための式は4つ必要になるが、本例では４本のマイクロフォン３１〜３４を使用するので、測定可能となる。

ここで４本のマイクロフォン３１〜３４で測定をした時の各値の関係式を考える。
まず位相差θ_Mをθと置きなおす。
右チャンネル用スピーカ２１Ｒから各マイクに入る音量の比を、右チャンネル測定用マイク３２の音量を1として、
1:α_L：α_s1：α_s2
とする。
左チャンネル用スピーカ２１Ｌから各マイクに入る音量の比を、左チャンネル測定用マイク３１の音量を1として、
β_R:１：β_s1：β_s2
とする。
各マイクロフォン３１〜３４でのスピーカとマイクロフォン間の距離差による位相差を、γ_R・γ_L・γ_s1・γ_s2
とする。
両方のスピーカ２１Ｌ，２１Ｒを同時に鳴らしたときの、各マイクロフォン３１〜３４での出力値を、
Ｍ_R・Ｍ_L・Ｍ_s1・Ｍ_s2
とする。

このように設定することで、次の4つの式が得られる。

ここでα・β・γの各項目は、スピーカとマイクロフォンの位置関係が一定で周波数に変化が無ければ、定数と考えられる。よって上記式を簡略化して書くと全て、
Ａ×Ｒ²＋Ｂ×ＲＬcosθ＋Ｃ×ＲＬsinθ＋Ｄ×Ｌ²＝Ｍ²
(但しA・B・C・Dは各式によって異なった定数)の形となり、この４元連立方程式を解いて、Ｒ²＋ＲＬcosθ・ＲＬsinθ・Ｌ²＝Ｌ²を求めることができる。
さらにこれからL・R・θを求めることができる。

この演算を行うには、あらかじめα・β・γを求めておく必要があるが、本例の場合には、既に説明した基準用音源からの音を使用した測定した処理で得られ、コンピュータ装置１４内の記憶部に定数として格納されている。即ち、αは、右チャンネルのスピーカ２１Ｒのみを鳴らして各マイクロフォン３１〜３４の出力比で求められる。βは、左チャンネルのスピーカ２１Ｌのみを鳴らして各マイクロフォン３１〜３４の出力比で求められる。γは、入力信号の位相を基準として右チャンネルのスピーカ２１Ｒと左チャンネルのスピーカ２１Ｌをそれぞれ単独で鳴らしたときのマイクロフォン出力での位相をθ_R・θ_Lとすると、
θ_R―θ_L＝γ
で計算できる。

このようにしてコンピュータ装置１４で計算できることで、２つのスピーカ２１Ｌ，２１Ｒに、測定用信号源１１からの同一の特性のオーディオ信号を供給して、同時に同じ音を鳴らしても、それぞれのスピーカ２１Ｌ，２１Ｒの出力を分離して別々に測定できるため、スピーカ出力の正確な相対値を得ることができる。また、スピーカ出力のセパレーションの測定が可能になる。さらに、サラウンドなどの位相が変化することの測定が可能になる。

これらの測定が、２つのスピーカを同時に鳴らして行えるために、それぞれのスピーカに個別に測定用の信号を供給して測定を行う場合に比べて、迅速な測定が可能となる。

なお、ここまで説明した実施の形態では、テレビジョン受像機として１つの筐体内に内蔵された２つのスピーカの特性を測定する処理について説明したが、例えばステレオオーディオ再生システム用のスピーカ装置を測定する場合にも適用可能である。また、２つのスピーカで２チャンネルの再生を行うシステムに適用したが、２チャンネル以上のいわゆるマルチチャンネルの再生が可能なシステム用のスピーカの測定にも適用可能である。

本発明の一実施の形態によるシステム構成例を示す構成図である。 本発明の一実施の形態による測定処理例を示すフローチャートである。 本発明の測定処理時のベクトルの例を示す説明図である。

符号の説明

１１…測定用信号源、１２…基準用音源、１３…アナログ・デジタル変換器、１４…コンピュータ装置、２０…被測定用スピーカ、２１Ｌ…左チャンネル用スピーカ、２１Ｒ…右チャンネル用スピーカ、３１，３２，３３，３４…マイクロフォン

Claims (5)

1. 所定間隔離れて配置された少なくとも左チャンネル用と右チャンネル用の２つのスピーカを備えてステレオ再生が可能な機器のスピーカ特性を測定するスピーカ特性測定システムにおいて、
   前記左チャンネル用のスピーカの前に配置された第１のマイクロフォンと、
   前記右チャンネル用のスピーカの前に配置された第２のマイクロフォンと、
   前記第１及び第２のマイクロフォンの間に配置された第３及び第４のマイクロフォンと、
   前記左チャンネル用のスピーカだけから信号を出力させた場合における前記各マイクロフォンの出力比と、前記右チャンネル用のスピーカだけから信号を出力させた場合における前記各マイクロフォンの出力比と、前記各出力比を測定した場合における出力位相差とを記憶して、その記憶された出力比及び出力位相差を定数として、前記両スピーカから同時に出力される音の前記各マイクロフォンの出力を所定の演算処理し、前記両スピーカの特性を得る演算処理部とを備えたことを特徴とする
   スピーカ特性測定システム。
2. 請求項１記載のスピーカ特性測定システムにおいて、
   前記演算処理部での前記演算処理で得られる特性は、前記２つのスピーカの出力レベルの相対値であることを特徴とする
   スピーカ特性測定システム。
3. 請求項１記載のスピーカ特性測定システムにおいて、
   前記演算処理部での前記演算処理で得られる特性は、前記２つのスピーカのチャンネルセパレーション特性であることを特徴とする
   スピーカ特性測定システム。
4. 請求項１記載のスピーカ特性測定システムにおいて、
   前記演算処理部での前記演算処理で得られる特性は、前記２つのスピーカに供給した信号のサラウンド状態の変化による位相変化特性であることを特徴とする
   スピーカ特性測定システム。
5. 所定間隔離れて配置された少なくとも左チャンネル用と右チャンネル用の２つのスピーカを備えてステレオ再生が可能な機器のスピーカ特性を測定するスピーカ特性測定方法において、
   前記左チャンネル用のスピーカの前に第１のマイクロフォンを配置し、
   前記右チャンネル用のスピーカの前に第２のマイクロフォンを配置し、
   前記第１及び第２のマイクロフォンの間に第３及び第４のマイクロフォンを配置し、
   前記左チャンネル用のスピーカだけから信号を出力させた場合における前記各マイクロフォンの出力比と、前記右チャンネル用のスピーカだけから信号を出力させた場合における前記各マイクロフォンの出力比と、前記各出力比を測定した場合における出力位相差とを記憶して、その記憶された出力比及び出力位相差を定数として、前記両スピーカから同時に出力される音の前記各マイクロフォンの出力を所定の演算処理し、前記両スピーカの特性を得ることを特徴とする
   スピーカ特性測定方法。

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