JP2013253884A - 測定装置およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】出力装置と受信装置とを含む測定対象系のインパルス応答や周波数特性の測定結果の精度を向上させることが可能な測定装置およびプログラムを提供する。
【解決手段】測定対象系（例えば、密閉型イヤフォン）についての平均的な周波数特性が周波数によって大きく偏りがある場合でも、第１のＴＳＰ信号データ２４１Ａおよび低域振幅が高域振幅より相対的に強調された第２のＴＳＰ信号データ２４１Ｂ（平均的な周波数特性を考慮して振幅成分を制御したＴＳＰ信号）とからの第１の測定データと第２の測定データを得て、第１の測定データと第２の測定データとを合成して周波数特性データ２３５を得る。これにより、従来法よりも高い精度で測定することができる。
【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は、測定装置およびプログラムに関する。

インパルス応答や周波数特性を計測するための測定用信号として、時間と共に周波数が連続的に変化する正弦波掃引信号がよく用いられる。ＴＳＰ（Time Stretched Pulse）信号は、正弦波掃引信号の代表であり、周波数全体にわたり、最大振幅の時間信号を用いて測定ができる特徴がある。その結果、概ね平坦な周波数特性を持つ測定対象系（スピーカ等）などには適した測定用信号であるが、周波数特性が平坦でない測定対象系（イヤフォンを直接マイクで測定する等）の場合、利得の低い帯域が雑音に埋もれやすく、測定結果の精度が低かった。また、測定用信号の出力電力を上げたり、受信部の増幅率を上げるなど、大きな音で測定したりしようとすると、利得の高い帯域が受信レベルの最大値を超えることによって信号がひずみ、信号を正しく測定できないことがあった。

特許第４５５２０１６号公報

しかしながら、従来の測定方法では、出力装置（密閉型イヤフォン）と受信装置（マイクロフォン）とを含み、受信信号の周波数特性が平坦でない測定対象系の場合、周波数全体にわたり、最大振幅の時間信号を有するＴＳＰ信号を用いて、測定対象系のインパルス応答や周波数特性の測定を行うと、測定結果の精度が低いことがあった。

より具体的には、測定系で帯域毎の周波数特性のレベルに偏りが大きい場合、周波数振幅のレベルが低い帯域（密閉型イヤフォンであれば低域）に再生信号の音量レベルを合わせると周波数振幅のレベルの高い帯域（密閉型イヤフォンであれば高域）の受信信号がオーバーフローし、逆に、周波数振幅のレベルが高い帯域に合わせると、周波数振幅のレベルの低い帯域の信号が量子化歪による再生信号の精度低下および受信レベル低下によって、測定結果の精度が低くなってしまう。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、出力装置と受信装置とを含む測定対象系のインパルス応答や周波数特性の測定結果の精度を向上させることが可能な測定装置およびプログラムを提供することを目的とする。

実施形態の測定装置は、周波数を掃引する第１の測定用信号に応じた第１の出力信号と、前記第１の測定用信号と振幅特性が異なるものであって周波数を掃引する第２の測定用信号に応じた第２の出力信号とを、測定対象系に対して時間的に排他的に出力する出力部と、前記第１の出力信号に基づいて前記測定対象系から出力された音を受信したときの第１の受信信号から得られる第１の周波数振幅スペクトルと、前記第２の出力信号に基づいて前記測定対象系から出力された音を受信したときの第２の受信信号から得られる第２の周波数振幅スペクトルと、を合成して音響特性を表す周波数特性データとする周波数特性演算部と、を備える。

実施形態のプログラムは、コンピュータを、周波数を掃引する第１の測定用信号に応じた第１の出力信号と、前記第１の測定用信号と振幅特性が異なるものであって周波数を掃引する第２の測定用信号に応じた第２の出力信号とを、測定対象系に対して時間的に排他的に出力する出力部と、前記第１の出力信号に基づいて前記測定対象系から出力された音を受信したときの第１の受信信号から得られる第１の周波数振幅スペクトルと、前記第２の出力信号に基づいて前記測定対象系から出力された音を受信したときの第２の受信信号から得られる第２の周波数振幅スペクトルと、を合成して音響特性を表す周波数特性データとする周波数特性演算部と、として機能させる。

図１は、実施形態にかかるコンピュータのディスプレイユニットを開いた状態における斜視図である。 図２は、コンピュータのシステム構成を示すブロック図である。 図３は、周波数特性を測定するための機能構成を示すブロック図である。 図４は、音の周波数特性の一例を示す図である。 図５は、ＴＳＰ信号をフーリエ逆変換した波形を示す模式図である。 図６は、図５に示すＴＳＰ信号が入力されたイヤフォンから出力される音の振幅スペクトルを示す模式図である。 図７は、図６に示す波形をフーリエ変換することによって得られる周波数振幅スペクトルを示す模式図である。 図８は、イヤフォンからの出力音を測定した場合の受信信号の振幅スペクトルを示す模式図である。 図９は、図８に示すスペクトルから得られたインパルス応答の周波数振幅スペクトルを示す模式図である。 図１０は、再生信号の音量を上げるなどした場合の受信信号の振幅スペクトルを示す模式図である。 図１１は、ＴＳＰ信号に対して重み付けを行った測定用信号の振幅スペクトルを示す模式図である。 図１２は、図１１に示したＴＳＰ信号を作成する場合に用いた重み係数Ｗ（ｋ）と、その逆ＴＳＰ信号を作成する場合に用いた１／Ｗ（ｋ）を示す図である。 図１３は、図１１に示すＴＳＰ信号を用いてイヤフォンからの出力音を測定した場合の受信信号の振幅スペクトルを示す模式図である。 図１４は、再生音量または受信音量を上げて図１１に示すＴＳＰ信号を用いてイヤフォンからの出力音を測定した場合の受信信号の振幅スペクトルを示す模式図である。 図１５は、図１４に示すスペクトルから得られたインパルス応答の周波数振幅スペクトルを示す模式図である。 図１６は、図１１に示したＴＳＰ信号の振幅制御を低周波数域と高周波数域の所定の範囲で平坦化した場合の測定用信号の振幅スペクトルを示す模式図である。 図１７は、ＴＳＰ信号に対して重み付けを行った測定用信号の振幅スペクトルを示す模式図である。 図１８は、低域の振幅を高域の振幅よりも強調したＴＳＰ信号である測定用信号の振幅スペクトルを示す模式図である。 図１９は、低域の振幅を高域の振幅よりも強調したＴＳＰ信号である測定用信号の振幅スペクトルを示す模式図である。 図２０は、周波数特性演算部における周波数振幅スペクトルの合成について示す模式図である。 図２１は、メディアプレーヤの補正機能の構成を示すブロック図である。 図２２は、目標特性データが示す周波数特性の一例を示す図である。 図２３は、補正フィルタが示す周波数特性の一例を示す図である。 図２４は、密閉型イヤフォンから出力された音の周波数特性を示す図である。 図２５は、音の周波数特性の測定および出力される音の補正の手順の流れを示すフローチャートである。

以下、実施の形態について図面を参照して説明する。

まず、図１および図２を参照して、測定装置（再生装置）の構成を説明する。本実施形態の測定装置（再生装置）は、例えば、ノートブック型の携帯型パーソナルコンピュータから実現されている。

図１は、ノートブック型の携帯型パーソナルコンピュータ１０のディスプレイユニットを開いた状態における斜視図である。ノートブック型の携帯型パーソナルコンピュータ１０（以下、コンピュータ１０という）は、コンピュータ本体１１と、ディスプレイユニット１２とを備えている。

ディスプレイユニット１２には、液晶パネルを有する表示パネル１７が組み込まれている。ディスプレイユニット１２内には、マイクロフォン１１３（図２参照）が設けられている。ディスプレイユニット１２には、マイクロフォン１１３が効率よく集音できるようにするためにマイク穴１９が設けられている。

ディスプレイユニット１２は、コンピュータ本体１１に対し、コンピュータ本体１１の上面が露出される開放位置とコンピュータ本体１１の上面を覆う閉塞位置との間を回動自在に取り付けられている。コンピュータ本体１１は薄い箱形の筐体を有しており、その上面にはキーボード１３、本コンピュータ１０をパワーオン／パワーオフするためのパワーボタン１４、タッチパッド１６、およびスピーカ１８Ａ，１８Ｂなどが配置されている。

次に、図２を参照して、コンピュータ１０のシステム構成について説明する。コンピュータ１０は、図２に示されているように、ＣＰＵ１０１、ノースブリッジ１０２、主メモリ１０３、サウスブリッジ１０４、グラフィクスプロセッシングユニット（ＧＰＵ）１０５、ビデオメモリ（ＶＲＡＭ）１０５Ａ、サウンドコントローラ１０６、ＢＩＯＳ−ＲＯＭ１０９、ＬＡＮコントローラ１１０、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）１１１、ＤＶＤドライブ１１２、およびエンベデッドコントローラ／キーボードコントローラＩＣ（ＥＣ／ＫＢＣ）１１６等を備えている。

ＣＰＵ１０１はコンピュータ１０の動作を制御するプロセッサであり、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）１１１から主メモリ１０３にロードされる、オペレーティングシステム（ＯＳ）１２１、およびメディアプレーヤ１２２のような各種アプリケーションプログラムを実行する。メディアプレーヤ１２２は、動画（映像）や音声のファイルを再生するためのアプリケーションソフトウェアである。また、ＣＰＵ１０１は、ＢＩＯＳ−ＲＯＭ１０９に格納されたＢＩＯＳ（Basic Input Output System）も実行する。ＢＩＯＳはハードウェア制御のためのプログラムである。

ノースブリッジ１０２はＣＰＵ１０１のローカルバスとサウスブリッジ１０４との間を接続するブリッジデバイスである。ノースブリッジ１０２には、主メモリ１０３をアクセス制御するメモリコントローラも内蔵されている。また、ノースブリッジ１０２は、PCIEXPRESS規格のシリアルバスなどを介してＧＰＵ１０５との通信を実行する機能も有している。

ＧＰＵ１０５は、本コンピュータ１０のディスプレイモニタとして使用される表示パネル１７を制御する表示コントローラである。ＧＰＵ１０５は、ＶＲＡＭ１０５Ａをワークメモリとして使用する。このＧＰＵ１０５によって生成される映像信号は表示パネル１７に送られる。

サウスブリッジ１０４は、ＬＰＣ（Low Pin Count）バス上の各デバイス、およびＰＣＩ（Peripheral Component Interconnect）バス上の各デバイスを制御する。また、サウスブリッジ１０４は、ＬＡＮコントローラ１１０を制御してＬＡＮ機能を実現する。また、サウスブリッジ１０４は、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）１１１およびＤＶＤドライブ１１２を制御するためのＩＤＥ（Integrated Drive Electronics）コントローラを内蔵している。さらに、サウスブリッジ１０４は、サウンドコントローラ１０６との通信を実行する機能も有している。サウンドコントローラ１０６は音源デバイスであり、再生対象のオーディオデータをスピーカ１８Ａ，１８Ｂに出力するために、デジタル信号を電気信号に変換するＤ／Ａコンバータ２２１（図３参照）、電気信号を増幅するアンプリファイア２２２（図３参照）等の回路を有する。また、サウンドコントローラ１０６は、マイクロフォン１１３から入力された電気信号を増幅するマイクアンプリファイア２２３（図３参照）、増幅された電気信号をデジタル信号に変換するためのＡ／Ｄコンバータ２２４（図３参照）等の回路を有する。

エンベデッドコントローラ／キーボードコントローラＩＣ（ＥＣ／ＫＢＣ）１１６は、電力管理のためのエンベデッドコントローラと、キーボード（ＫＢ）１３およびタッチパッド１６を制御するためのキーボードコントローラとが集積された１チップマイクロコンピュータである。このエンベデッドコントローラ／キーボードコントローラＩＣ（ＥＣ／ＫＢＣ）１１６は、ユーザによるパワーボタン１４の操作に応じて本コンピュータ１０をパワーオン／パワーオフする機能を有している。

次に、メディアプレーヤ１２２の機能について説明する。メディアプレーヤ１２２は、密閉型イヤフォン２００（図３参照）から出力される音のインパルス応答および周波数特性を測定する機能を有する。周波数特性を測定するための構成について図３を参照して説明する。

なお、図３に示すように、上述したサウンドコントローラ１０６は、Ｄ／Ａコンバータ（デジタル−アナログ変換回路）２２１、アンプリファイア２２２、マイクアンプリファイア２２３、およびＡ／Ｄコンバータ（アナログ−デジタル変換回路）２２４等を有する。

メディアプレーヤ１２２は、信号出力部２３１、インパルス応答演算部２３３、および周波数特性演算部２３４等を有する。

信号出力部２３１は、例えばＨＤＤ１１１に格納されているデジタルデータのＴＳＰ信号データ２４１に応じた出力信号をＤ／Ａコンバータ２２１に出力する。

Ｄ／Ａコンバータ２２１は、ＴＳＰ信号データ２４１に応じた出力信号をアナログ測定用信号に変換する。変換されたアナログ測定用信号はアンプリファイア２２２によって増幅され、増幅されたアナログ測定用信号が密閉型イヤフォン２００に供給される。密閉型イヤフォン２００は、供給された測定用信号に応じた音を出力する。

このようにして密閉型イヤフォン２００から出力された音は、マイクロフォン１１３によって受信される。マイクロフォン１１３は、受信した音を電気的な測定信号（受信信号）に変換し、測定信号をマイクアンプリファイア２２３に供給する。マイクアンプリファイア２２３は、供給された測定信号を増幅し、増幅された測定信号をＡ／Ｄコンバータ２２４に供給する。Ａ／Ｄコンバータ２２４は、測定信号をデジタルデータに変換し、変換された測定信号をインパルス応答演算部２３３に出力する。

インパルス応答演算部２３３は、測定信号に対してＴＳＰ信号データ２４１を時間軸上で逆転させた逆ＴＳＰ信号データ２４２を畳み込む（測定信号と逆ＴＳＰ信号データ２４２とに対して畳み込み演算を行う）ことでインパルス応答を演算する。畳み込み演算は、測定信号と逆ＴＳＰ信号データ２４２のフーリエ変換との積として計算することでインパルス応答の演算量が下げられる場合があることは良く知られている。なお、逆ＴＳＰ信号データ２４２は、例えばＨＤＤ１１１に格納されている。

インパルス応答演算部２３３は、演算されたインパルス応答を周波数特性演算部２３４に供給する。周波数特性演算部２３４は、インパルス応答をフーリエ変換することで、周波数振幅スペクトルを周波数特性データ２３５として演算する。図４に、密閉型イヤフォン２００から出力されマイクロフォン１１３で取得された音の周波数特性の一例を示す。

なお、再生側のアンプリファイア２２２は、密閉型イヤフォン２００に対して適切な音量になるように調整され、受信側のマイクアンプリファイア２２３は測定信号のダイナミックレンジをできるだけ広く使えるように調節するのが精度の高い測定を行うには必要である。

ＴＳＰ信号は、周波数を掃引するために時間と共に周波数が連続的に変化する信号であり、音響機器の特性を測定する場合によく用いられる。ＴＳＰ信号には様々な改良型が存在するが、例として標準的なＴＳＰ信号と、周波数掃引が低域ほど遅くなるような対数掃引のＬｏｇ−ＴＳＰ信号は、周波数領域でそれぞれ以下のように定義される。

ここで、ＮはＴＳＰまたはＬｏｇ−ＴＳＰの信号長、ｍはパルス幅を決定するパラメータ、ｋは周波数を決定するパラメータ、上付きの＊は複素共役を示す。

また、逆ＴＳＰ信号は周波数領域でＴＳＰ信号の複素共役として定義される。測定に使うにはＨtsp（ｋ）をフーリエ逆変換することによって、時間をパラメータとする信号に変換し、変換された信号を再生して用いる。

図５にＨtsp（ｋ）をフーリエ逆変換した波形の模式図を示す。このようにＴＳＰ信号は振幅が一定で周波数が連続的に変化する正弦波によって構成されている。図５では簡便のため振幅値は最大値１００％の例を示しているが、実際には演算誤差等の関係から若干低めに設定した方が安全である。この測定用信号に応じた出力信号を測定対象系（密閉型イヤフォン２００）に入力し、その出力を観察することで受信信号を得る。

図６に受信信号の例を示す。図６に示す例では、中央付近の波形の振幅が小さくなっているが、その他の領域では再生信号と同じ１００％の振幅が得られている。この受信信号に逆ＴＳＰ信号を畳み込むことでインパルス応答を得ることができる。また、インパルス応答をフーリエ変換することで図７に示すような周波数振幅スペクトルを得ることもできる。

図７では、入力と同じレベルで観測された周波数を０ｄＢとして示している。図７に示す受信信号では、図６の受信信号の中央付近のくぼみに対応する周波数のスペクトルの振幅が０ｄＢより下がって観測される。

上述したように、密閉型イヤフォン２００の周波数特性を測定したい場合、図５に示す測定用信号に応じた出力信号をメディアプレーヤ１２２で再生し、密閉型イヤフォン２００から出力される音をマイクロフォン１１３で取得し、その信号に逆ＴＳＰ信号を畳み込むことで密閉型イヤフォン２００のインパルス応答や周波数特性を得ることができる。

ところで、密閉型イヤフォン２００にマイクロフォン１１３を近づけて、密閉型イヤフォン２００の出力音を測定するような場合、低域になるほど音が小さく観測される。これは、密閉型イヤフォン２００は耳にはめて密閉状態での共鳴等を考慮して設計されているために、開放状態で測定すると低音が聞こえにくくなるという物理現象のためである。ここではこのような系をハイパス系と呼ぶことにする。

ハイパス系から出力される音をマイクロフォン１１３によって受信した受信信号は図８に示す波形になる。図８に示すように、低い周波数域の振幅は、高い周波数域振幅に比べて極端に小さく観測される。図８に示す周波数振幅スペクトルに逆ＴＳＰ信号を畳み込むことによってインパルス応答を生成する。生成されたインパルス応答の周波数振幅スペクトルを図９に示す。高い周波数域では、測定用信号と同じレベルの０ｄＢ付近の音量が得られている。周波数が下がるにつれて振幅も小さくなっていく。振幅があまりにも小さくなると、ノイズに埋もれて正しい測定値が得られなくなる。受信信号のレベルを上げようとして、アンプリファイア２２２によって再生信号の音量を上げたり、マイクアンプリファイア２２３の増幅率を上げたりすると、受信信号は図１０に示すような波形となる。高い周波数域では、振幅の上限値を超えて歪んでしまう問題が生じる。これらの問題を解決するため、本実施形態ではＴＳＰ信号の周波数成分に重みを付けた信号を測定用信号として用いる。具体的には、（３）式のように周波数重みＷ（ｋ）を（１）式または（２）式のＨ（ｋ）に乗じた測定用信号Ｍ（ｋ）を用いる。

また、逆ＴＳＰ信号（Ｍinv（ｋ））は次の（４）式で定義される。

重みは前述のＴＳＰ信号、Ｌｏｇ−ＴＳＰ信号以外のＴＳＰ信号に対しても同様に適応可能である。

重みの決め方は、実験的に決めるのが実用的である。受信信号の振幅のパターンを幾つかの測定対象系に対して観測し、振幅の大きい周波数成分にＷ（ｋ）＜１なる重みを設定する。理想的には、測定対象系の平均周波数振幅スペクトルの逆特性をＷ（ｋ）として設定することで、受信信号を概ね振幅の偏りのない信号とすることができる。

図１１に示す測定用信号は、ハイパス系に対してＷ（ｋ）を設計して作成した振幅重み付きＴＳＰ信号である。測定対象系の利得が高い高域ほど小さな値のＷ（ｋ）を用いることで測定用信号の振幅を抑圧している。

図１２は図１１に示したＴＳＰ信号を作成する場合に用いた重み係数Ｗ（ｋ）と、その逆ＴＳＰ信号を作成する場合に用いた１／Ｗ（ｋ）を示した図である。測定対象系が高周波数域上がりの系であることが既知である場合、図１２に示す重みＷ（ｋ）のように、これと逆特性の高域下がりの重みをＴＳＰに施すことにより、低周波数域から高周波数域まで精度よく測定することができる。なお、逆ＴＳＰに施す重み１／Ｗ（ｋ）は０ｄＢに対して重みＷ（ｋ）と対称になるように設計される。

このＴＳＰ信号をハイパス系から出力して、図１３のような振幅に偏りのない受信信号が得られる。ただし、再生音量レベル、受信音量レベルは従来法と同じ場合である。低周波数域に関しては測定用信号の重みＷ（ｋ）が１に近いため、従来と同様の振幅の小さい波形が観測される。高周波数域に関して測定用信号がＷ（ｋ）により振幅が抑えられているため、そのまま小さい波形が観測される。このままでは、全帯域がノイズに埋もれ意味がないが、再生音量、または受信音量を上げることで図１４のような観測波形となり低周波数域、高周波数域によらず高い利得で測定が可能となる。逆ＴＳＰ処理を行った後、周波数振幅スペクトルを求めると、周波数振幅スペクトルは図１５に示す波形になる。低周波数域の信号は音量を上げたため測定対象系で利得が下がってもそれを補うだけ音量を上げてあるため、０ｄＢ付近の値となっている。高周波数域の信号は予め振幅を小さくしてあるため、測定対象系の高周波数域の利得が高くても受信信号の最大振幅を超えることはない。また、再生信号よりも受信信号が大きく観測されるため０ｄＢよりも高い周波数振幅特性が得られる。このように、測定対象系の性質に合わせて事前にＴＳＰ信号の振幅値を加工しておくことで、受信信号のダイナミックレンジを有効に活用し、従来なら受信レベルが低くてノイズに埋もれてしまう帯域の信号も十分な音量で測定することが可能となる。

ところで、アンプリファイア２２２によって再生音量を大きくすることが許されるのであれば、本手法を用いずとも受信側のレベルを下げて受信信号がオーバーフローしないように調整することはできる。そうすれば測定対象系で重畳する雑音は下げられるので、低域の受信信号が微弱でも、ＳＮ比を上げられそうである。しかし、現実には、受信後に載る回路ノイズや、量子化歪の問題などがあり十分な性能が得られない。したがって、本方法を用いて受信信号の段階で十分な振幅を確保することは効果がある。また、パソコンやスマートフォンのような計測機器でない装置では、マイクロフォンのレベルが自由に変えられない場合が少なくない。このような場合は再生信号のレベルで調整をする必要があり、この場合も本手法は効果的である。

また、図１６は、図１１に示したＴＳＰ信号の振幅制御を低周波数域と高周波数域の所定の範囲で平坦化したものである。低周波数域のレベルをあまり大きくし過ぎると、再生信号の歪が大きくなる問題があり、あるレベルに平坦化することは効果的である。高周波数域側の信号があまりにも小さくなりすぎると、量子化歪が大きくなり、再生信号の精度が落ちる問題があり、測定信号の振幅の下限を設けることは効果的である。どちらか片方の処理をする方法だけでも効果はある。

ところで、図１１や図１６に示したようなＴＳＰ信号を用いた場合、低域と高域のレベル差がある程度以上に大きなハイパス系の測定対象系においては、高域側の信号の振幅が過度に小さくなるため、量子化歪によって再生信号の精度が低下する問題がある。

そこで、本実施形態の測定装置であるコンピュータ１０のメディアプレーヤ１２２においてはこのような問題を解決すべく、図３に示すように、ＨＤＤ１１１に対して、第１の測定用信号である第１のＴＳＰ信号データ２４１Ａおよび低域振幅が高域振幅より相対的に強調された第２の測定用信号である第２のＴＳＰ信号データ２４１Ｂを格納しておくとともに、第１のＴＳＰ信号データ２４１Ａに対応する第１の逆ＴＳＰ信号データ２４２Ａおよび第２のＴＳＰ信号データ２４１Ｂに対応する第２の逆ＴＳＰ信号データ２４２Ｂを格納しておき、これらを用いて測定対象系（密閉型イヤフォン２００）の周波数特性を測定する。

第１のＴＳＰ信号データ２４１Ａとしては、例えば、図５に示したＴＳＰ信号を用いることができる。なお、第１のＴＳＰ信号データ２４１Ａは、これに限定されるものではなく、測定対象系（例えば、密閉型イヤフォン２００）のスペクトル振幅の偏りを考慮し、対象とする周波数帯域に重み付けをしたＴＳＰ信号を用いることが可能であることは言うまでもない。例えば、図１７に示すように重み付きのＴＳＰ信号であってもよい。これにより対象とする周波数帯域をある程度限定し、その周波数帯域内では、測定対象系のスペクトル振幅の偏りを小さくすることができる。

第２のＴＳＰ信号データ２４１Ｂとしては、例えば、図１８または図１９に示すようなＴＳＰ信号を用いることができる。あるいは、第２のＴＳＰ信号データ２４１Ｂとして、前述した図１６に示すようなＴＳＰ信号を用いるようにしても良い。ここで、これらのＴＳＰ信号は、低域の振幅が高域の振幅よりも強調された（重み付けされた）ＴＳＰ信号を表している。ここで言うところの低域振幅の強調は、高域振幅の抑圧と言ってもよく、相対的なものである。

なお、図１９に示すＴＳＰ信号は、低域の振幅が高域の振幅よりも強調されているが、最低域側の信号振幅は強調しないようにしたものである。このようにすると、測定対象系のデバイスでは音量を上げても殆ど再生されないような最低域側の信号振幅については強調しないようにできるので、より効率的な低域の振幅強調が可能になる効果がある。

そして、本実施形態の測定装置であるコンピュータ１０のメディアプレーヤ１２２において、信号出力部２３１は、上述した第１のＴＳＰ信号データ２４１Ａに応じた第１の出力信号および低域振幅が高域振幅より相対的に強調された第２のＴＳＰ信号データ２４１Ｂに応じた第２の出力信号を時間的に排他的にサウンドコントローラ１０６を介して測定対象系である密閉型イヤフォン２００にそれぞれ供給する。

なお、第１のＴＳＰ信号データ２４１Ａに応じた第１の出力信号と第２のＴＳＰ信号データ２４１Ｂに応じた第２の出力信号を供給して密閉型イヤフォン２００から再生するための時間順やそれぞれのＴＳＰ信号データ２４１Ａ，２４１Ｂの個々の再生回数については、所定の順番と再生回数であればよく、第２のＴＳＰ信号データ２４１Ｂを第１のＴＳＰ信号データ２４１Ａよりも時間的に先に再生する構成であってもよい。例えば、第１のＴＳＰ信号データ２４１Ａを連続してＮ回再生した後に、第２のＴＳＰ信号データ２４１Ｂを連続してＭ回再生する構成であってもよい。Ｎ、Ｍの回数は１回よりも複数回（例えば凡そ４回〜１０回程度）に設定したほうが、より精度の高い測定が行えるが、Ｎ、Ｍの回数を多くするに従って測定時間は長くなる。Ｎ、Ｍの回数の設定は応用に応じて適切な値を用いればよい。

また、インパルス応答演算部２３３は、サウンドコントローラ１０６から出力された第１のＴＳＰ信号データ２４１Ａに応じた第１の出力信号および第２のＴＳＰ信号データ２４１Ｂに応じた第２の出力信号に基づく測定信号をそれぞれ受信すると、第１のＴＳＰ信号データ２４１Ａに対する測定信号に対しては第１の逆測定用信号データである第１の逆ＴＳＰ信号データ２４２Ａを畳み込み、第２のＴＳＰ信号データ２４１Ｂに対する測定信号に対しては第２の逆測定用信号データである第２の逆ＴＳＰ信号データ２４２Ｂを畳み込むことで、インパルス応答を演算する。

また、周波数特性演算部２３４は、第１のＴＳＰ信号データ２４１Ａに対応するインパルス応答および第２のＴＳＰ信号データ２４１Ｂに対応するインパルス応答をフーリエ変換することで得られるそれぞれの周波数振幅スペクトルを合成し、音響特性を表す周波数特性データ２３５として演算する。

図２０は、周波数特性演算部２３４における周波数振幅スペクトルの合成について示す模式図である。図２０（ａ）は、第１のＴＳＰ信号データ２４１Ａを用いて求められたインパルス応答を周波数特性へ変換した音響特性の第１の計測データの例を表す。図２０（ｂ）は、第２のＴＳＰ信号データ２４１Ｂを用いて求められたインパルス応答を周波数特性へ変換した音響特性の第２の計測データの例を表す。また、図２０（ｃ）は、第１の計測データおよび第２の計測データを合成することにより得られる、合成後の音響特性を表す周波数特性データ２３５の例を表している。

周波数特性演算部２３４は、第１の計測データと第２の計測データを合成する際、例えば、所定の周波数帯域で周波数が高くなるに従って、第２の計測データを用いる比率を小さくし、第１の計測データを用いる比率を大きくする。このように、周波数特性演算部２３４においては、合成に用いる所定の周波数帯域について、第１の計測データと第２の計測データとの配分量を変更して合成することにより、つなぎ目で段差を生じさせることを抑止している。

測定対象系である密閉型イヤフォン２００の測定に応用する場合、合成に用いる所定の周波数帯域としては、例えば４００〜９００Ｈｚなど、数１００Ｈｚ〜約１ｋＨｚ程度の範囲の中の周波数帯域を用いることができる。このような合成に用いる所定の周波数帯域は、測定対象系の周波数特性の偏りの傾向や第１のＴＳＰ信号データ２４１Ａおよび第２のＴＳＰ信号データ２４１Ｂの重み付けや信号の大きさ等に応じて適宜設定すべきものである。

周波数振幅スペクトルの合成について具体的な例について説明する。周波数特性演算部２３４は、第２の計測データについて所定の周波数帯域以下の周波数帯域について１００％用い、所定の周波数帯域の中では低い周波数から高い周波数にかけて配分量を１００％から０％に漸減的に変更し、所定の周波数帯域より高い周波数帯域では０％用いるようにする。一方、周波数特性演算部２３４は、第１の計測データについてその残分について用いるようにする。

なお、上述のように第１の計測データと第２の計測データを補間することにより合成を行う方法であれば、この例に限定されることなく、他の方法でも合成が可能である。

以上のようにして第１のＴＳＰ信号データ２４１Ａおよび第２のＴＳＰ信号データ２４１Ｂをそれぞれ用いて、測定対象系である密閉型イヤフォン２００の周波数特性の計測データをそれぞれ求めて合成した周波数特性データ２３５に基づき、補正フィルタを設計すれば、測定対象系である密閉型イヤフォン２００の音響補正を適切に行うことができる。

次に、密閉型イヤフォン２００から出力される音の周波数特性を用いたメディアプレーヤ１２２の再生機能について説明する。メディアプレーヤ１２２の再生機能は、測定された密閉型イヤフォン２００の周波数特性に基づいて、密閉型イヤフォン２００から出力される音が目標の周波数特性を有するようにする補正機能を有している。

次に、図２１を参照して、メディアプレーヤの補正機能の構成を説明する。図２１に示すように、メディアプレーヤ１２２は、測定特性取得部４０１、目標特性取得部４０２、補正フィルタ設計部４０４、デコード部４０６、補正部４０７等を備えている。

測定特性取得部４０１は、周波数特性演算部２３４によって生成された周波数特性データ２３５を取得する。目標特性取得部４０２は、密閉型イヤフォン２００から出力され、鼓膜に届く音の目標とする周波数特性（以下、目標特性）を示す目標特性データを目標特性格納部４０３から取得する。目標特性格納部４０３には、例えば複数の目標特性データが格納されている。複数の目標特性データの一つは、例えば理想的な周波数特性を示している。また、別の複数の目標特性データは、複数の音楽のジャンルに対応する。図２２に、目標特性データが示す周波数特性の一例を示す。目標特性取得部４０２は、目標特性格納部４０３に格納されている複数の目標特性データの内からユーザによって選択された一つの目標特性データを取得する。

補正フィルタ設計部４０４は、目標特性データと周波数特性データ２３５とに基づいて、周波数特性データを目標特性に近づけるための補正フィルタ（補正データ）４０５を設計する。補正フィルタ４０５が示す周波数特性を図２３に示す。補正フィルタ４０５は例えば一般的なパラメトリックイコライザで用いられるパラメータを有する。パラメトリックイコライザで用いられるパラメータは、中心となる周波数、調整する帯域の幅、および音量である。

デコード部４０６は、ＭＰ３等の圧縮フォーマットで符号化されたデータをデコードすることによってオーディオデータを生成する。補正部４０７は、補正フィルタ設計部４０４によって作成された補正フィルタに基づいてオーディオデータに対して補正を行う。補正されたオーディオデータは、サウンドコントローラ１０６のＤ／Ａコンバータ２２１に入力される。Ｄ／Ａコンバータ２２１は、オーディオデータを電気信号に変換し、変換された電気信号をアンプリファイア２２２に出力する。アンプリファイア２２２は電気信号を増幅し、増幅された電気信号を密閉型イヤフォン２００に出力する。

図２４に密閉型イヤフォン２００から出力された音の周波数特性（補正特性）を示す。図２４に示すように、補正特性は、目標特性にほぼ一致していることが分かる。

次に、図２５のフローチャートを参照して、コンピュータ１０において起動されたメディアプレーヤ１２２が、密閉型イヤフォン２００から出力された音の周波数特性を測定し、測定された周波数特性に基づいて密閉型イヤフォン２００から出力される音を補正する手順を説明する。

信号出力部２３１は、サウンドコントローラ１０６に測定用信号を出力することによって密閉型イヤフォン２００から測定用音（第１のＴＳＰ信号データ２４１Ａに応じた第１の出力信号または第２のＴＳＰ信号データ２４１Ｂに応じた第２の出力信号）を出力する（ステップＳ１）。

サウンドコントローラ１０６は、密閉型イヤフォン２００から出力された音をマイクロフォン１１３によって受信し、メディアプレーヤ１２２に対して受信信号（第１の受信信号または第２の受信信号）を出力する。受信信号（第１の受信信号または第２の受信信号）は、インパルス応答演算部２３３に供給される。

インパルス応答演算部２３３は、受信信号に第１の逆ＴＳＰ信号データ２４２Ａまたは第２の逆ＴＳＰ信号データ２４２Ｂを畳み込むことでインパルス応答を演算し、演算されたインパルス応答を周波数特性演算部２３４に供給する（ステップＳ２）。

周波数特性演算部２３４は、第１のＴＳＰ信号データ２４１Ａに対応するインパルス応答および第２のＴＳＰ信号データ２４１Ｂに対応するインパルス応答をフーリエ変換することで、周波数振幅スペクトルをそれぞれ演算するとともに、それぞれの周波数振幅スペクトルを合成し、音響特性を表す周波数特性データ２３５として演算する（ステップＳ３）。

次いで、目標特性取得部４０２は、目標特性格納部４０３から目標特性データを取得し（ステップＳ４）、補正フィルタ設計部４０４は、周波数特性データ２３５と目標特性データとに基づいて補正フィルタ４０５を設計する（ステップＳ５）。

そして、デコード部４０６は、圧縮符号化されている音楽データをデコードし（ステップＳ６）、補正部４０７は、補正フィルタ４０５に基づいてデコードされた音楽データを補正して（ステップＳ７）、補正された音楽データをサウンドコントローラ１０６に出力する（ステップＳ８）。

こうして補正された音楽データを受信したサウンドコントローラ１０６は、音楽データを音楽信号に変換し、変換された音楽信号を増幅し、増幅された音楽信号をイヤフォン２００に出力する。

なお、ステップＳ１からステップＳ５までを行い、設計された補正フィルタのパラメータを保存しておき、音楽再生時にこのパラメータを読み取りステップＳ５から処理を行う構成にすることも可能である。測定対象系（密閉型イヤフォン２００）の特性は大きく変動するものではないので、前半のステップを一度行い、補正フィルタのパラメータを求めておけば、それ以降はそのパラメータを使うことができ、測定の手間を省くことができる。

本実施形態によれば、密閉型イヤフォン２００で聞くと理想的な密閉型イヤフォン２００に近い音に聞こえるため、例えば音楽を再生する場合、高音質な音楽を楽しむことができる。また、低価格で特性の良くない密閉型イヤフォン２００でも、ユーザが自分で密閉型イヤフォン２００の特性を簡単に補正することができる。

なお、測定された密閉型イヤフォン２００の周波数特性を理想的なイヤフォンの特性と比較して補正フィルタの係数を設計している。これは２つのイヤフォンの特性の差を埋めるフィルタを設計していることになる。従って２つの特性に同一の変動が加わった場合、差にはその変動が現れないことになる。

このように本実施形態によれば、測定対象系（例えば、密閉型イヤフォン２００）についての平均的な周波数特性が周波数によって大きく偏りがある場合でも、第１のＴＳＰ信号データ２４１Ａおよび低域振幅が高域振幅より相対的に強調された第２のＴＳＰ信号データ２４１Ｂ（平均的な周波数特性を考慮して振幅成分を制御したＴＳＰ信号）からの第１の測定データと第２の測定データを得て、第１の測定データと第２の測定データとを合成して周波数特性データ２３５を得ることにより、従来法よりも高い精度で測定することができる。

なお、信号出力部２３１は、第１のＴＳＰ信号データ２４１Ａに対するゲイン（第１ゲイン）と、第２のＴＳＰ信号データ２４１Ｂに対するゲイン（第２ゲイン）とについて、それぞれのＴＳＰ信号に同期して異なる値を設定するようにしても良い。ここで言うゲインは、例えば、メディアプレーヤ１２２のアンプの制御やボリューム設定の制御によって実現することができる。このような構成にすることで、それぞれのＴＳＰ信号の重み付けの形状や大きさ、測定対象系の周波数特性の偏り傾向等に応じて、第１のＴＳＰ信号データ２４１Ａおよび第２のＴＳＰ信号データ２４１Ｂそれぞれに関して、受信信号のＳＮＲ（信号対雑音比）を改善することができるように適切な値に設定することができる効果がある。

例えば、測定対象系（密閉型イヤフォン２００）がハイパス系である場合、第１のＴＳＰ信号データ２４１Ａと、低域振幅が高域振幅より相対的に強調された第２のＴＳＰ信号データ２４１Ｂとを用いる場合は、第１ゲインよりも第２ゲインを大きいゲインに設定することで、第２のＴＳＰ信号データ２４１Ｂで測定したときの受信信号のＳＮＲを改善することができる効果がある。一方、第１ゲインは第２ゲインのように大きくする必要はないので、第１のＴＳＰ信号データ２４１Ａで測定したときの、受信信号が過大になって歪むことを防止することができる効果がある。

なお、本実施形態においては、測定信号に対してＴＳＰ信号データ２４１を時間軸上で逆転させた逆ＴＳＰ信号データ２４２を畳み込む（測定信号と逆ＴＳＰ信号データ２４２とに対して畳み込み演算を行う）ことで得たインパルス応答をフーリエ変換することで周波数振幅スペクトルを演算するようにしたが、これに限るものではない。例えば、受信信号を周波数領域に変換し、受信信号に対応する元のＴＳＰ信号に重み付けられていた重みＷ（ｋ）があるかは既知であるため、周波数領域上で重み分の影響を除くこと（例えば、Ｗ（ｋ）の共役逆数を乗じる等）により、その受信信号で得られる測定対象系の周波数振幅スペクトルを求めることが可能である。このようなインパルス応答を求める処理を介さない方法を用いる場合には、逆ＴＳＰ信号は必要ない。

なお、本実施形態においては、測定対象系として密閉型イヤフォン２００を適用したが、これに限るものではなく、各種型式のイヤフォンやヘッドフォンなどにも適用可能である。

本実施形態のコンピュータ１０で実行されるメディアプレーヤ１２２（アプリケーションプログラム）は、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録されて提供される。

また、本実施形態のコンピュータ１０で実行されるメディアプレーヤ１２２（アプリケーションプログラム）を、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成しても良い。また、本実施形態のコンピュータ１０で実行されるメディアプレーヤ１２２（アプリケーションプログラム）をインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成しても良い。

また、本実施形態のメディアプレーヤ１２２（アプリケーションプログラム）を、ＲＯＭ等に予め組み込んで提供するように構成してもよい。

本実施形態のコンピュータ１０で実行されるメディアプレーヤ１２２（アプリケーションプログラム）は、上述した各部（信号出力部２３１、インパルス応答演算部２３３、および周波数特性演算部２３４）を含むモジュール構成となっており、実際のハードウェアとしてはＣＰＵ（プロセッサ）が上記記憶媒体からメディアプレーヤ１２２（アプリケーションプログラム）を読み出して実行することにより上記各部が主記憶装置上にロードされ、信号出力部２３１、インパルス応答演算部２３３、および周波数特性演算部２３４が主記憶装置上に生成されるようになっている。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０ 測定装置
２００ 測定対象系
２３１ 出力部
２３３ インパルス応答演算部
２３４ 周波数特性演算部
２４１Ａ 第１の測定用信号データ
２４１Ｂ 第２の測定用信号データ
２４２Ａ 第１の逆測定用信号データ
２４２Ｂ 第２の逆測定用信号データ

Claims (10)

1. 周波数を掃引する第１の測定用信号に応じた第１の出力信号と、前記第１の測定用信号と振幅特性が異なるものであって周波数を掃引する第２の測定用信号に応じた第２の出力信号とを、測定対象系に対して時間的に排他的に出力する出力部と、
   前記第１の出力信号に基づいて前記測定対象系から出力された音を受信したときの第１の受信信号から得られる第１の周波数振幅スペクトルと、前記第２の出力信号に基づいて前記測定対象系から出力された音を受信したときの第２の受信信号から得られる第２の周波数振幅スペクトルと、を合成して音響特性を表す周波数特性データとする周波数特性演算部と、
   を備えることを特徴とする測定装置。
2. 前記出力部は、前記第２の測定用信号として前記測定対象系の性質に合わせて所定の周波数帯域について振幅値を加工した信号を用い、
   前記周波数特性演算部は、前記所定の周波数帯域については前記第２の周波数振幅スペクトルを用いて前記第１の周波数振幅スペクトルと前記第２の周波数振幅スペクトルとを合成する、
   ことを特徴とする請求項１記載の測定装置。
3. 前記測定対象系は、低域になるほど音が小さく観測されるハイパス系であって、
   前記出力部が出力する前記第２の出力信号の基になる前記第２の測定用信号は、低域振幅が高域振幅より相対的に強調されている、
   ことを特徴とする請求項２記載の測定装置。
4. 前記周波数特性演算部は、前記第２の周波数振幅スペクトルについては前記所定の周波数帯域以下の周波数帯域について１００％用い、前記所定の周波数帯域の中では低い周波数から高い周波数にかけて配分量を１００％から０％に漸減的に変更し、前記所定の周波数帯域より高い周波数帯域では０％用いるとともに、前記第１の周波数振幅スペクトルについては前記第２の周波数振幅スペクトルの残分について用いて合成する、
   ことを特徴とする請求項２または３記載の測定装置。
5. 前記出力部は、前記測定対象系に対して、前記第１の出力信号と前記第２の出力信号とのいずれか一方を所定回数連続して出力した後に、他方を所定回数連続して出力する、
   ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一記載の測定装置。
6. 前記出力部は、前記第１の出力信号に対する第１ゲインと前記第２の出力信号に対する第２ゲインとを有しており、
   前記第１ゲインと前記第２ゲインとについて、前記第１の測定用信号と前記第２の測定用信号とに同期して異なる値をそれぞれ設定する、
   ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一記載の測定装置。
7. 前記第１の測定用信号および前記第２の測定用信号は、時間と共に周波数が連続的に変化する正弦波掃引信号データである、
   ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一記載の測定装置。
8. 前記正弦波掃引信号データは、ＴＳＰ（Time Stretched Pulse）信号データである、
   ことを特徴とする請求項７記載の測定装置。
9. コンピュータを、
   周波数を掃引する第１の測定用信号に応じた第１の出力信号と、前記第１の測定用信号と振幅特性が異なるものであって周波数を掃引する第２の測定用信号に応じた第２の出力信号とを、測定対象系に対して時間的に排他的に出力する出力部と、
   前記第１の出力信号に基づいて前記測定対象系から出力された音を受信したときの第１の受信信号から得られる第１の周波数振幅スペクトルと、前記第２の出力信号に基づいて前記測定対象系から出力された音を受信したときの第２の受信信号から得られる第２の周波数振幅スペクトルと、を合成して音響特性を表す周波数特性データとする周波数特性演算部と、
   として機能させるためのプログラム。
10. 前記出力部は、前記第２の測定用信号として前記測定対象系の性質に合わせて所定の周波数帯域について振幅値を加工した信号を用い、
    前記周波数特性演算部は、前記所定の周波数帯域については前記第２の周波数振幅スペクトルを用いて前記第１の周波数振幅スペクトルと前記第２の周波数振幅スペクトルとを合成する、
    ことを特徴とする請求項９記載のプログラム。

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