JP2019020277A - Audio calibrator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、音響校正器に関するものである。 The present invention relates to an acoustic calibrator.
マイクロホンを使用する騒音計などの音響測定器の精度を管理するために、マイクロホンの音響校正が行われる。そのような音響校正には、音響校正器が使用される。例えば、音響校正時には、音響測定器のマイクロホンがカプラ内に配置され、音響校正器は、音響校正のために、所定音圧の基準音をカプラ内に発する。 In order to manage the accuracy of an acoustic measuring instrument such as a sound level meter that uses a microphone, acoustic calibration of the microphone is performed. An acoustic calibrator is used for such acoustic calibration. For example, at the time of acoustic calibration, the microphone of the acoustic measuring device is arranged in the coupler, and the acoustic calibrator emits a reference sound having a predetermined sound pressure in the coupler for acoustic calibration.
ある音響校正器は、大気圧に応じて音圧制御を行っている(例えば特許文献1参照)。 Some acoustic calibrators perform sound pressure control according to atmospheric pressure (see, for example, Patent Document 1).
別の音響校正器は、カプラ内に基準マイクロホンを備え、基準マイクロホンの出力に基づいて、音圧のフィードバック制御を行っている(例えば特許文献2参照)。 Another acoustic calibrator includes a reference microphone in a coupler, and performs sound pressure feedback control based on the output of the reference microphone (see, for example, Patent Document 2).
さらに別の音響校正器は、発生音圧信号でカプラ内に基準音を発し、FFT(Fast Fourier Transformation)またはDFT(Discrete Fourier Transformation)を使用して、ゲージ圧センサにより測定された音圧から発生音圧信号の周波数のレベルを抽出し、音圧のフィードバック制御を行っている(例えば特許文献3参照)。これにより、センサの自己ノイズなどを抑制している。 Yet another acoustic calibrator emits a reference sound in the coupler with the generated sound pressure signal and is generated from the sound pressure measured by the gauge pressure sensor using FFT (Fast Fourier Transformation) or DFT (Discrete Fourier Transformation) The frequency level of the sound pressure signal is extracted, and sound pressure feedback control is performed (see, for example, Patent Document 3). Thereby, the self-noise of the sensor is suppressed.
フィードバック制御型の音響校正器では、使用者の手振れの振動や一時的な環境騒音などが基準マイクロホンにより受音されると、基準音の音圧が大きく変動してしまい、音響測定器の音響校正が正確に行われないことがある。 In the feedback control type acoustic calibrator, when the vibration of the user's hand shake or temporary environmental noise is received by the reference microphone, the sound pressure of the reference sound fluctuates greatly, and the acoustic calibration of the acoustic measuring instrument is performed. May not be performed accurately.
また、上述の音響校正器のように、FFTまたはDFTを使用して、基準音の周波数と同一の周波数の音圧レベルを抽出する場合には、基準音の周波数以外の周波数成分が除去されるが、有効な精度でFFTまたはDFTのために大規模演算が必要になり、ひいては消費電力も大きくなるため、ポータブル型で比較的小型な音響測定器では現実的ではない。 In addition, when the sound pressure level having the same frequency as that of the reference sound is extracted using FFT or DFT as in the above-described acoustic calibrator, frequency components other than the frequency of the reference sound are removed. However, since a large-scale operation is required for FFT or DFT with effective accuracy, and power consumption is also increased, it is not practical for a portable and relatively small acoustic measuring instrument.
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、使用者の手振れの振動や風、一時的な環境騒音などに起因する音響測定器の校正誤りを抑制するポータブル型で比較的小型な音響校正器を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and is a portable and relatively compact device that suppresses calibration errors of an acoustic measuring instrument caused by vibrations of the user's hand shake, wind, and temporary environmental noise. The purpose is to obtain an acoustic calibrator.
本発明に係る音響校正器は、所定の基準周波数で音響校正用の基準音信号を生成する基準音信号生成部と、基準音信号に基づき音響校正用の基準音を発するスピーカと、基準音に対応するマイク検出信号を生成する基準マイクロホンと、マイク検出信号から基準周波数の成分を抽出して第1検出信号を生成するフィルタ部と、フィルタ部の後段で、第1検出信号を2乗する2乗演算部と所定の時定数のローパスフィルタとからなり第2検出信号を生成する実効値処理部とを備える。そして、基準音信号生成部は、第2検出信号のレベルに基づいて、所定の時間間隔ごとに基準音信号のレベルを調整する。
An acoustic calibrator according to the present invention includes a reference sound signal generation unit that generates a reference sound signal for sound calibration at a predetermined reference frequency, a speaker that emits a reference sound for sound calibration based on the reference sound signal, and a reference sound. A reference microphone that generates a corresponding microphone detection signal, a filter unit that extracts a reference frequency component from the microphone detection signal to generate a first detection signal, and a first detection signal that is squared after the
本発明によれば、使用者の手振れの振動や風、一時的な環境騒音などに起因する音響測定器の校正誤りを抑制するポータブル型で比較的小型な音響校正器が得られる。 According to the present invention, it is possible to obtain a portable and relatively small acoustic calibrator that suppresses calibration errors of the acoustic measuring instrument caused by vibrations of the user's hand shake, wind, and temporary environmental noise.
以下、図に基づいて本発明の実施の形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施の形態に係る音響校正器の構成を示すブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an acoustic calibrator according to an embodiment of the present invention.
図1に示す音響校正器は、例えば騒音計などの音響測定器の音響校正のために、所定の基準周波数で所定の基準音圧の基準音を発する。そして、図1に示す音響校正器は、スピーカ1、カプラ2、基準マイクロホン3、基準音信号生成部4、デジタルアナログコンバータ(以下、DACという)5、プリアンプ6、アナログデジタルコンバータ(以下、ADCという)7、フィルタ部8、および実効値処理部9を備える。
The acoustic calibrator shown in FIG. 1 emits a reference sound with a predetermined reference sound pressure at a predetermined reference frequency for the purpose of acoustic calibration of an acoustic measuring instrument such as a sound level meter. 1 includes a speaker 1, a
スピーカ1は、所定の基準周波数の基準音信号に基づき、音響校正用の基準音をカプラ2内に発する。カプラ2は、音響測定器のマイクロホン101を挿抜可能な形状を有し、内空間を形成する。音響測定器の音響校正時には、音響測定器は、カプラ2の内空間においてスピーカ1から発する基準音をマイクロホン101で受音して測定し、測定音圧レベルが基準値となるように校正を行う。
The speaker 1 emits a reference sound for acoustic calibration into the
基準マイクロホン3は、カプラ2の内空間においてスピーカ1からの基準音を受音し、基準音に対応するマイク検出信号を生成する。
The
基準音信号生成部4は、所定の基準周波数で音響校正用の基準音信号を生成する。例えば、基準音信号生成部4は、1kHzの基準周波数で94dBsplの基準音圧の基準音信号を生成する。ここでは、基準音信号は、単一周波数の正弦波の信号である。
The reference sound
DAC5は、デジタル信号としての基準音信号をアナログ信号に変換し、図示せぬアンプなどを介してスピーカ1へ出力する。
The
プリアンプ6は、基準マイクロホン3により生成されたマイク検出信号に対して、インピーダンス変換やフィルタリングを行うアナログ回路である。
The preamplifier 6 is an analog circuit that performs impedance conversion and filtering on the microphone detection signal generated by the
ADC7は、アナログ信号としてのマイク検出信号をデジタル信号に変換し、フィルタ部8に出力する。
The ADC 7 converts the microphone detection signal as an analog signal into a digital signal and outputs the digital signal to the
フィルタ部8は、デジタルフィルタであって、上述の基準周波数の成分を抽出して第1検出信号を生成する。
The
例えば、この実施の形態では、フィルタ部8は、上述の基準周波数より低いカットオフ周波数でマイク検出信号の低周波成分を減衰させるハイパスフィルタ8aと、マイク検出信号における基準周波数の成分を通過させるバンドパスフィルタ8bとを備え、ハイパスフィルタ8aおよびバンドパスフィルタ8bは、縦列に接続されている。なお、図1では、バンドパスフィルタ8bはハイパスフィルタ8aの後段となっているが、ハイパスフィルタ8aがバンドパスフィルタ8bの後段となっていてもよい。
For example, in this embodiment, the
例えば、基準周波数が1kHzである場合には、ハイパスフィルタ8aのカットオフ周波数は、470Hzとされ、手振れ振動や風雑音等による騒音成分の除去に用いられる。バンドパスフィルタ8bの通過帯域は、1kHzを含む。
For example, when the reference frequency is 1 kHz, the cut-off frequency of the high-
実効値処理部9は、フィルタ部8の後段で、2乗演算部9aで第1検出信号を2乗し、所定の時定数のローパスフィルタ9bでエネルギー成分(DC成分)を抽出して、第2検出信号を生成する。ここでは、通常の実効値処理における平方根処理(不図示)を省略しているが、平方根処理を設けてもよい。
The effective value processing unit 9 squares the first detection signal by the
例えば、ユーザーが誤って振動を発生させた際、多くの場合で数十〜数百ms程度の振動が加わる。このような突発的ノイズ(手振れ振動や風、一時的な環境騒音などに起因する一時的なノイズ)の収束を待たずに基準音の正弦波振幅を変更した場合、発生音圧レベルの誤差につながる。第2検出信号のレベルに基づいて基準音信号のレベルを調整する所定の時間間隔は、256ミリ秒(ms)から1000ミリ秒(ms)までの範囲で調整されることが望ましい。ここでは、所定の時間間隔を256msとすることで、突発的ノイズの発生音圧レベルの変動による影響を低減することができる。 For example, when a user accidentally generates a vibration, a vibration of about several tens to several hundreds of ms is applied in many cases. If the amplitude of the sine wave of the reference sound is changed without waiting for convergence of such sudden noise (temporary noise caused by hand vibration, wind, temporary environmental noise, etc.), an error in the generated sound pressure level will occur. Connected. The predetermined time interval for adjusting the level of the reference sound signal based on the level of the second detection signal is preferably adjusted in a range from 256 milliseconds (ms) to 1000 milliseconds (ms). Here, by setting the predetermined time interval to 256 ms, it is possible to reduce the influence caused by the fluctuation of the sound pressure level at which sudden noise occurs.
また、ローパスフィルタ9bの時定数は、上述の所定の時間間隔の2分の1以下の時間とされ、例えば、128msである。この時間間隔は、実効値処理の応答時間や突発的ノイズの収束時間などに応じて決定される。
The time constant of the low-
そして、基準音信号生成部4は、この実効値処理部9で生成された第2検出信号のレベルに基づいて、上述の所定の時間間隔ごとに基準音信号のレベルを調整して、スピーカ1の出力音圧が基準音圧になるようにする。
Then, the reference sound
この実施の形態では、DAC5、ADC7、およびフィルタ部8は、それぞれ、オーディオコーデックIC(Integrated Circuit)11の一部である。基準音信号生成部4および実効値処理部9は、組込システム用の低消費電力のマイクロコンピュータなどのプロセッサ12によって実現される。また、プリアンプ6、オーディオコーデックIC11、およびプロセッサ12は、図示せぬ内蔵電池(1次電池または2次電池)を電源として動作する。上述のようなフィルタ部8および実効値処理部9とすることで、FFTやDFTなどに比べ少ない演算量の信号処理で突発的ノイズの影響を抑制することができるため、このようなオーディオコーデックIC11および低消費電力のプロセッサ12の採用が可能となり、ポータブルで小型の音響校正器において、突発的ノイズの影響を抑制することができる。
In this embodiment, the
次に、上記音響校正器の動作について説明する。図2は、図1に示す音響校正器の動作について説明するフローチャートである。 Next, the operation of the acoustic calibrator will be described. FIG. 2 is a flowchart for explaining the operation of the acoustic calibrator shown in FIG.
例えば、音響測定器のマイクロホン101が上方に向けられ、この音響校正器に挿入され、カプラ2の内空間に音響測定器のマイクロホン101が配置される。そして、カプラ2の内空間に音響測定器のマイクロホン101が配置された状態で、音響校正が開始されると、基準音信号生成部4は、まず、出力音圧レベルを所定の初期値として(ステップS1)、基準周波数の基準音信号の生成を開始する(ステップS2)。
For example, the
基準音信号は、DAC5などを介してスピーカ1に供給され、基準音がスピーカ1からカプラ2内に発せられる。この基準音が基準マイクロホン3により受音されると、基準マイクロホン3は、マイク検出信号を出力する。マイク検出信号は、プリアンプ6およびADC7を介してフィルタ部8に出力される。フィルタ部8では、ハイパスフィルタ8aによりマイク検出信号におけるカットオフ周波数以下の周波数成分が減衰され、さらに、バンドパスフィルタ8bにより、マイク検出信号における基準周波数以外の周波数成分が減衰されて第1検出信号が生成される。
The reference sound signal is supplied to the speaker 1 via the
そして、所定のインターフェイスを介して第1検出信号が、後段の実効値処理部9へ出力される。実効値処理部9では、実効値化のために、2乗演算部9aで第1検出信号を2乗し、ローパスフィルタ9bでDC成分を抽出して、第2信号が生成される。
Then, the first detection signal is output to the subsequent effective value processing unit 9 through a predetermined interface. In the effective value processing unit 9, the first detection signal is squared by the
基準音信号生成部4は、出力音圧レベルをセットしてから所定の時間間隔となる測定時間が経過したか否かを監視し(ステップS3)、測定時間が経過すると、基準音信号生成部4は、このローパスフィルタ9bを通過した第2検出信号のレベルに基づいて、基準音信号のレベルを調整して、スピーカ1の出力音圧が基準音圧になるようにする(ステップS4)。つまり、基準音信号生成部4は、第2検出信号のレベルが基準音圧に対応する値となるように、基準音信号のレベルを調整する。そして、基準音信号生成部4は、そのレベルで基準音信号の生成および出力を継続し、調整後の出力音圧レベルでスピーカ1から基準音が発せられる(ステップS2)。
The reference sound
以後、同様に測定時間が経過するたびに、基準音の出力音圧レベルが調整される。仮に突発的ノイズによる影響があったとしても、測定時間ごとに繰り返し、そのときの第2検出信号のレベルに基づいて基準音の出力音圧レベルが調整されるため、次の測定時間には、突発的ノイズの影響が残らない。 Thereafter, the output sound pressure level of the reference sound is adjusted every time the measurement time elapses. Even if there is an influence due to sudden noise, since the output sound pressure level of the reference sound is adjusted based on the level of the second detection signal at that time, the next measurement time, No sudden noise effects remain.
そして、このように継続的にカプラ2内で基準音が発せられ、音響測定器は、この基準音を受音して校正を行う。これにより、突発的ノイズの影響を抑制して、音響測定器の音響校正が行われる。
In this way, the reference sound is continuously generated in the
以上のように、上記実施の形態によれば、基準音信号生成部4は、所定の基準周波数で音響校正用の基準音信号を生成し、スピーカ1は、基準音信号に基づき音響校正用の基準音を発する。基準マイクロホン3は、基準音に対応するマイク検出信号を生成する。フィルタ部8は、マイク検出信号から基準周波数の成分を抽出して第1検出信号を生成し、実効値処理部9は、フィルタ部8の後段で、第1検出信号を2乗する2乗演算部9aと所定の時定数のローパスフィルタ9bとからなり第2検出信号を生成する。基準音信号生成部4は、第2検出信号のレベルに基づいて、所定の時間間隔ごとに基準音信号のレベルを調整する。
As described above, according to the above-described embodiment, the reference sound
これにより、ポータブル型で比較的小型な音響校正器であっても、出力音圧レベルのフィードバック制御における使用者の手振れの振動や風、一時的な環境騒音などに起因する、音響測定器の校正誤りが抑制される。 As a result, even for portable and relatively small acoustic calibrators, calibration of acoustic measuring instruments caused by vibrations and winds of the user's hand in the feedback control of the output sound pressure level, temporary environmental noise, etc. Errors are suppressed.
なお、上述の実施の形態に対する様々な変更および修正については、当業者には明らかである。そのような変更および修正は、その主題の趣旨および範囲から離れることなく、かつ、意図された利点を弱めることなく行われてもよい。つまり、そのような変更および修正が請求の範囲に含まれることを意図している。 Various changes and modifications to the above-described embodiment will be apparent to those skilled in the art. Such changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the subject matter and without diminishing its intended advantages. That is, such changes and modifications are intended to be included within the scope of the claims.
例えば、上記実施の形態において、プリアンプ6には、基準周波数以下のカットオフ周波数のアナログローパスフィルタが含まれていてもよい。例えば、このカットオフ周波数は、基準周波数が1kHzである場合には、300Hzとされる。 For example, in the above embodiment, the preamplifier 6 may include an analog low-pass filter having a cutoff frequency equal to or lower than the reference frequency. For example, this cut-off frequency is set to 300 Hz when the reference frequency is 1 kHz.
また、上記実施の形態において、基準音信号生成部4は、さらに温度センサや大気圧センサを使用して環境温度や大気圧に応じて基準音信号のレベルを調整するようにしてもよい。
In the above embodiment, the reference sound
本発明は、例えば、騒音計の音響校正器に適用可能である。 The present invention is applicable, for example, to an acoustic calibrator for a sound level meter.
1 スピーカ
2 カプラ
3 基準マイクロホン
4 基準音信号生成部
8 フィルタ部
8a ハイパスフィルタ
8b バンドパスフィルタ
9 実効値処理部
9a 2乗演算部
9b ローパスフィルタ
11 オーディオコーデックIC
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (4)
前記基準音信号に基づき音響校正用の基準音を発するスピーカと、
前記基準音に対応するマイク検出信号を生成する基準マイクロホンと、
前記マイク検出信号から前記基準周波数の成分を抽出して第1検出信号を生成するフィルタ部と、
前記フィルタ部の後段で、前記第1検出信号を2乗する2乗演算部と所定の時定数のローパスフィルタとからなり第2検出信号を生成する実効値処理部とを備え、
前記基準音信号生成部は、前記第2検出信号のレベルに基づいて、所定の時間間隔ごとに前記基準音信号のレベルを調整すること、
を特徴とする音響校正器。 A reference sound signal generation unit that generates a reference sound signal for acoustic calibration at a predetermined reference frequency;
A speaker that emits a reference sound for sound calibration based on the reference sound signal;
A reference microphone for generating a microphone detection signal corresponding to the reference sound;
A filter unit that extracts a component of the reference frequency from the microphone detection signal and generates a first detection signal;
And an effective value processing unit that generates a second detection signal including a square calculation unit that squares the first detection signal and a low-pass filter having a predetermined time constant, after the filter unit.
The reference sound signal generation unit adjusts the level of the reference sound signal at predetermined time intervals based on the level of the second detection signal;
An acoustic calibrator characterized by
前記ハイパスフィルタおよび前記バンドパスフィルタは、縦列に接続されていること、
を特徴とする請求項1から請求項3のうちのいずれか1項記載の音響校正器。 The filter unit is a part of an audio codec IC and passes a high-pass filter that attenuates a low-frequency component of the microphone detection signal at a cutoff frequency lower than the reference frequency, and a component of the reference frequency in the microphone detection signal A band pass filter
The high pass filter and the band pass filter are connected in a column;
The acoustic calibrator according to any one of claims 1 to 3, wherein:
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