JP2022147961A - 測定方法および測定装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】スピーカの数が増えた場合でも測定回数の増大を防止する測定方法および測定装置を提供する。
【解決手段】測定方法は、前記複数のスピーカのそれぞれに対応する複数の第1測定信号を、それぞれ時間軸上の異なる時間帯に配置した複数の第2測定信号を生成し、前記複数の第2測定信号のそれぞれの後端の一部をコピーして前記複数の第2測定信号のそれぞれの先端に加えた複数の第3測定信号を生成し、前記複数のスピーカからそれぞれ前記第3測定信号に係る音を出力し、マイクで前記複数の第3測定信号を含む音を収音し、前記マイクで収音した収音信号と前記第3測定信号とに基づいて前記複数の第1測定信号に対応する複数のインパルス応答を算出する。
【選択図】図5
【解決手段】測定方法は、前記複数のスピーカのそれぞれに対応する複数の第1測定信号を、それぞれ時間軸上の異なる時間帯に配置した複数の第2測定信号を生成し、前記複数の第2測定信号のそれぞれの後端の一部をコピーして前記複数の第2測定信号のそれぞれの先端に加えた複数の第3測定信号を生成し、前記複数のスピーカからそれぞれ前記第3測定信号に係る音を出力し、マイクで前記複数の第3測定信号を含む音を収音し、前記マイクで収音した収音信号と前記第3測定信号とに基づいて前記複数の第1測定信号に対応する複数のインパルス応答を算出する。
【選択図】図5
Description
この発明の一実施形態は、インパルス応答の測定方法および測定装置に関する。
特許文献1には、複数のスピーカのそれぞれから測定音を出力し、複数のスピーカのそれぞれの音響特性を測定することが記載されている。測定結果は、例えば周波数特性、出力タイミング、または音量レベルの調節に用いられる。
従来の測定方法は、複数のスピーカのそれぞれから順に測定音を出力する。そのため、スピーカの数が増えるほど、測定回数が増え、測定時間が増大する。
そこで、本発明の一実施形態の目的は、スピーカの数が増えた場合でも測定回数の増大を防止する測定方法および測定装置を提供することを目的とする。
本発明の一実施形態に係る測定方法は、前記複数のスピーカのそれぞれに対応する複数の第1測定信号を、それぞれ時間軸上の異なる時間帯に配置した複数の第2測定信号を生成し、前記複数の第2測定信号のそれぞれの後端の一部をコピーして前記複数の第2測定信号のそれぞれの先端に加えた複数の第3測定信号を生成し、前記複数のスピーカからそれぞれ前記第3測定信号に係る音を出力し、マイクで前記複数の第3測定信号を含む音を収音し、前記マイクで収音した収音信号と前記第3測定信号とに基づいて前記複数の第1測定信号に対応する複数のインパルス応答を算出する。
本発明の一実施形態によれば、スピーカの数が増えた場合でも測定回数の増大を防止することができる。
図1は、本発明の一実施形態に係る測定システム1の構成を示すブロック図である。測定システム1は、オーディオ装置10、マイク20、および複数のスピーカ11~18を備えている。オーディオ装置10は、マイク20および複数のスピーカ11~18とオーディオケーブルで接続されている。ただし、オーディオ装置10は、マイク20および複数のスピーカ11~18と無線通信で接続されてもよい。
オーディオ装置10は、テレビまたはプレーヤ等のコンテンツ再生装置から音信号を受信する。また、オーディオ装置10は、インターネットを介してサーバ等からコンテンツデータを受信してもよい。オーディオ装置10は、コンテンツデータを受信した場合、コンテンツデータをデコードして音信号を取り出す。
オーディオ装置10は、音信号をスピーカ11~18に出力する。オーディオ装置10は、スピーカ11~18のそれぞれの音響特性に応じて、各スピーカに供給する音信号に信号処理を施す。信号処理は、例えば周波数特性の調整、出力タイミングの調整、または音量レベルの調節等を含む。
図2は、オーディオ装置10の構成を示すブロック図である。オーディオ装置10は、表示器101、ユーザインタフェース(I/F)102、CPU103、フラッシュメモリ104、RAM105、オーディオI/O106、および通信インタフェース(I/F)107を備えている。
表示器101は、複数のLEDからなり、例えば電源オン状態等のオーディオ装置10の各種状態を表示する。ユーザI/F102は、例えば電源ボタンや測定開始ボタン等を含む。ユーザが測定開始ボタンを押すと、オーディオ装置10は、本実施形態の測定方法を実行する。なお、ユーザは、オーディオ装置10のリモコンや、オーディオ装置10に接続されるスマートフォン等の情報処理装置に搭載されたアプリケーションプログラムから測定開始指示を行ってもよい。
CPU103は、記憶媒体であるフラッシュメモリ104に記憶されているプログラムをRAM105に読み出して、所定の機能を実現する。例えば、CPU103は、通信I/F107から受信したコンテンツデータをデコードし、音信号を取り出す。CPU103は、オーディオI/O106を介してスピーカ11~18に音信号を出力する。
また、CPU103は、測定部として機能する。CPU103は、スピーカ11~18に測定音に対応する測定信号を出力する。CPU103は、マイク20で収音した音に係る収音信号を、オーディオI/O106を介して受信する。CPU103は、スピーカ11~18に出力した測定信号と、マイク20で受信した収音信号と、に基づいて、スピーカ11~18の音響特性を測定する。
図3は、オーディオ装置10の動作を示すフローチャートである。オーディオ装置10は、例えばユーザから測定開始指示を受け付けると図3に示す動作を行う。まず、オーディオ装置10は、測定音を生成する(S11)。図4(A)は、測定音の時間軸上の振幅波形を示す図である。測定音は、例えばピンクノイズである。ただし、測定音は、ピンクノイズに限らない。測定音は、ホワイトノイズであってもよい。あるいは、測定音は、M系列擬似ノイズ、またはスイープ波等、どの様な音であってもよい。
測定音の時間長は、測定対象の音響特性の時間長およびスピーカの数(本実施形態では8個)によって決定する。例えば、サンプリング周波数が48kHzであり、音響特性の時間長に対応する必要サンプル数が16384サンプルである場合、測定音の時間長に対応する必要サンプル数は、16384×8=131072サンプルである。
次に、オーディオ装置10は、測定音の一部区間をずらしてスピーカ毎の測定信号を生成する(S12)。例えば、オーディオ装置10は、図4(A)に示した測定音の後端の一部を先端に移動し、図4(B)に示す様な測定音を生成する。移動するサンプル数は、音響特性の時間長に対応し、例えば16384サンプルである。
図5(A)~図5(D)は、スピーカ毎の測定信号を示す図である。図5(A)は、スピーカ11に対応する測定信号である。図5(A)に示す測定信号は、図4(A)に示した測定音と同一であり、S11の処理で生成した測定音であるピンクノイズと同一である。
図5(B)は、スピーカ12に対応する測定信号である。図5(B)の測定信号は、図4(B)に示した時間軸波形と同一の信号である。図5(B)の測定信号は、S11の処理で生成したピンクノイズのうち後端の一部(16384サンプル)である成分Hを、先端に移動した時間軸波形である。
図5(C)は、スピーカ13に対応する測定信号である。図5(C)の測定信号は、図5(B)に示したスピーカ12に対応する測定信号のうち後端の一部(16384サンプル)である成分Gを、先端に移動した時間軸波形である。
図5(D)は、スピーカ18に対応する測定信号である。図5(D)の測定信号は、スピーカ17に対応する測定信号のうち後端の一部(16384サンプル)である成分Bを、先端に移動した時間軸波形である。
この様に、オーディオ装置10は、測定信号のうち後端の一部の成分を先端に移動して、各スピーカの測定信号を生成する。これらの成分A~成分Hは、それぞれ本発明の第1測定信号に対応する。各スピーカに対応する測定信号は、成分A~成分Hを時間軸上の異なる時間帯に配置している。各スピーカに対応する測定信号は、本発明の第2測定信号に対応する。
次に、オーディオ装置10は、各スピーカの第2測定信号の後端の一部を先端にコピーして加えることで、第3測定信号を生成する(S13)。図6(A)~図6(D)は、スピーカ毎の第3測定信号を示す図である。
図6(A)は、スピーカ11に対応する第3測定信号である。スピーカ11に対応する第3測定信号は、図5(A)に示した第2測定信号のうち後端の一部の成分Hをコピーして先端に加えた信号である。
図6(B)は、スピーカ12に対応する第3測定信号である。スピーカ12に対応する第3測定信号は、図5(B)に示した第2測定信号のうち後端の一部の成分Gをコピーして先端に加えた信号である。
図6(C)は、スピーカ13に対応する第3測定信号である。スピーカ13に対応する第3測定信号は、図5(C)に示した第2測定信号のうち後端の一部の成分Fをコピーして先端に加えた信号である。
図6(D)は、スピーカ18に対応する第3測定信号である。スピーカ18に対応する第3測定信号は、図5(D)に示した第2測定信号のうち後端の一部の成分Aをコピーして先端に加えた信号である。
この様に、オーディオ装置10は、第2測定信号のうち後端の一部(16384サンプル)の成分をコピーして先端に移動することで、各スピーカの第3測定信号を生成する。この様な第3測定信号は、第2測定信号の後端の信号が先端に回り込んだ状況と同一である。つまり、第3測定信号は、1周期の信号であるが、周期的な信号の2周期目以後の信号と同義である。
次に、オーディオ装置10は、測定を開始する(S14)。オーディオ装置10は、スピーカ11~スピーカ18に、それぞれの第3測定信号を同時に出力する。また、第3測定信号の出力と同時に、オーディオ装置10は、マイク20を用いた収音(録音)を開始する。
そして、オーディオ装置10は、マイク20で収音した収音信号と、S11で生成した測定音(ピンクノイズ)と、に基づいて、各スピーカの音響特性に対応するインパルス応答を測定する(S15)。
図7(A)は、マイク20で収音した収音信号の時間軸上の振幅波形である。オーディオ装置10は、図7(A)および図7(B)に示す様に、マイク20で収音した収音信号から先頭の一部(16384サンプル)を除去し、S11で生成した測定音の時間長に対応する131072サンプルの収音信号を取り出す。
例えば、オーディオ装置10は、収音信号に対してS11で生成した測定音の逆関数を畳み込むことで、インパルス応答を求める。より具体的には、オーディオ装置10は、S11で生成した測定音X(t)をフーリエ変換して周波数信号X(ω)を求め、図7(B)に示す収音信号Y(t)をフーリエ変換して周波数信号Y(ω)を求める。そして、インパルス応答H(t)の周波数信号H(ω)は、クロススペクトル法に基づいて、以下の数式(1)で表される。
H(ω)=(conj(Y(ω))・X(ω))/(conj(X(ω))・X(ω)) ・・・式(1)
ただし、conj(X(ω))は、X(ω)の共役複素数を表し、conj(Y(ω))は、Y(ω)の共役複素数を表す。
ただし、conj(X(ω))は、X(ω)の共役複素数を表し、conj(Y(ω))は、Y(ω)の共役複素数を表す。
オーディオ装置10は、上記数式(1)により求めた周波数信号H(ω)を逆フーリエ変換することでインパルス応答H(t)を求めることができる。
図8は、インパルス応答H(t)の時間軸上の振幅波形を示す図である。マイク20で収音した収音信号は、スピーカ11~18から同時に出力された複数の第3測定信号を含む。複数の第3測定信号は、図5(A)~図5(D)に示した様に、それぞれ成分A~成分Hを時間軸上の異なる時間帯に配置している。例えば、スピーカ11から出力された第3測定信号のうち先頭の16384サンプルを除いた信号は、S11で生成した測定音と同一である。そのため、図8に示す様に、インパルス応答H(t)のうち先頭の16384サンプルは、スピーカ11から出力された第3測定信号のインパルス応答に対応する。
スピーカ12から出力された第3測定信号のうち先頭の16384サンプルを除いた信号は、S11で生成した測定音を16384サンプル時間的にずれた信号である。よって、スピーカ12から出力された第3測定信号のインパルス応答は、16384サンプルだけ後ろにずれた位置に現れる。同様にして、各スピーカから出力された第3測定信号のインパルス応答は、それぞれ時間軸上の異なる時間帯に現れる。
これにより、オーディオ装置10は、インパルス応答H(t)の各16384サンプルを取り出すことで、スピーカ11~スピーカ18のそれぞれの音響特性を求めることができる。
この様に、本実施形態に示した測定方法は、複数のスピーカのインパルス応答(音響特性)を1回の測定で求めることができる。本実施形態のスピーカの数は8個であるが、スピーカの数はさらに多くてもよいし、少なくてもよい。本実施形態に示した測定方法は、スピーカの数に関わらず、複数のスピーカのインパルス応答(音響特性)を1回の測定で求めることができる。したがって、本実施形態に示した測定方法は、スピーカの数が増えた場合でも測定回数の増大を防止することができる。
なお、上記の数式(1)に示したインパルス応答の周波数信号H(ω)は、時間軸上のインパルス応答H(t)が周期的に繰り返される円状畳み込みの原理を前提としている。そのため、測定信号(スピーカから出力する測定音)が1周期の信号では円状畳み込みの原理を満たすことができない。しかし、本実施形態では、各スピーカから出力する第3測定信号は、第2測定信号の後端の信号が先端に回り込んで、周期的な信号の2周期目以後の信号と同様に扱うことができる。そのため、本実施形態の測定方法は、円状畳み込みの原理を満たし、上記の数式(1)によりインパルス応答の周波数信号H(ω)を正しく求めることができる。
なお、マイク20で収音した収音信号の先頭の16384サンプルを除去することは必須ではない。ただしこの場合、収音信号の先頭に16384サンプル分だけ余分な信号が含まれるため、インパルス応答H(t)のうち各スピーカの音響特性に対応するインパルス応答が全て16384サンプル分だけ後ろにずれる。この場合、オーディオ装置10は、マイク20で収音した収音信号のうち、S11で生成した測定音の時間長よりも16384サンプル分だけ長い1347456サンプルの収音信号を取り出し、インパルス応答を求めればよい。
複数の第1測定信号(成分A~成分H)のそれぞれの時間長は、測定対象の音響特性の時間長と同一であってもよいが、音響特性の時間長よりも長くてもよい。例えば、オーディオ装置10およびスピーカ11~18が無線通信で接続される場合、スピーカ11~18が第3測定信号を出力するタイミングがずれる場合がある。複数の第1測定信号(成分A~成分H)のそれぞれの時間長が音響特性の時間長と同一である場合、第3測定信号を出力するタイミングがずれると、インパルス応答H(t)のうち各スピーカに対応するインパルス応答が時間軸上で重なる。しかし、複数の第1測定信号(成分A~成分H)のそれぞれの時間長が音響特性の時間長よりも長い場合、インパルス応答H(t)のうち各スピーカに対応するインパルス応答が時間軸上で重なることなく、各スピーカのインパルス応答を取り出すことができる。また、複数の第1測定信号(成分A~成分H)のそれぞれの時間長が音響特性の時間長よりも長い場合、全てのスピーカ11~18から第3測定信号を同時に出力しなくとも各スピーカに対応するインパルス応答が時間軸上で重なることなく、各スピーカのインパルス応答を取り出すことができる。
上記実施形態では、オーディオ装置10は、音響特性の時間長とスピーカの数に基づいた時間長のピンクノイズの測定音(第4測定信号)を生成し、該第4測定信号であるピンクノイズのうち各スピーカの第1測定信号に対応する成分A~成分Hをそれぞれの時間帯に移動させることで第2測定信号を生成した。しかし、オーディオ装置10は、各スピーカの第1測定信号を個別に生成し、生成した第1測定信号を時間軸上に並べることで第2測定信号を生成してもよい。この場合も、オーディオ装置10は、複数の第1測定信号を時間軸上にそれぞれ異なる時間帯に配置することで第2測定信号を生成する。
最後に、本実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲は、特許請求の範囲と均等の範囲を含む。例えば、オーディオ装置、マイク、およびスピーカは、1つの筐体に内蔵されていてもよい。この場合も、オーディオ装置は、内蔵したスピーカから測定信号に係る音を出力し、内蔵したマイクで測定信号に係る音を収音すればよい。また、マイクの数は1つに限らず、複数であってもよい。
1…測定システム
10…オーディオ装置
11,12,13,14,15,16,17,18…スピーカ
20…マイク
101…表示器
102…ユーザI/F
103…CPU
104…フラッシュメモリ
105…RAM
106…オーディオI/O
107…通信I/F
10…オーディオ装置
11,12,13,14,15,16,17,18…スピーカ
20…マイク
101…表示器
102…ユーザI/F
103…CPU
104…フラッシュメモリ
105…RAM
106…オーディオI/O
107…通信I/F
Claims (14)
- 複数のスピーカの音響特性を測定する測定方法であって、
前記複数のスピーカのそれぞれに対応する複数の第1測定信号を、それぞれ時間軸上の異なる時間帯に配置した複数の第2測定信号を生成し、
前記複数の第2測定信号のそれぞれの後端の一部をコピーして前記複数の第2測定信号のそれぞれの先端に加えた複数の第3測定信号を生成し、
前記複数のスピーカからそれぞれ前記第3測定信号に係る音を出力し、
マイクで前記複数の第3測定信号を含む音を収音し、
前記マイクで収音した収音信号と前記第2測定信号とに基づいて前記複数の第1測定信号に対応する複数のインパルス応答を算出する、
測定方法。 - 前記複数の第1測定信号のそれぞれの時間長は、前記音響特性の時間長に対応する、
請求項1に記載の測定方法。 - 前記複数の第1測定信号のそれぞれの時間長は、前記音響特性の時間長よりも長い、
請求項1に記載の測定方法。 - 第4測定信号を生成し、該第4測定信号のうち各スピーカの第1測定信号に対応する成分をそれぞれの時間帯に移動させることで前記第2測定信号を生成する、
請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の測定方法。 - 前記複数の第1測定信号はピンクノイズを含む、
請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の測定方法。 - 前記複数の第1測定信号はホワイトノイズを含む、
請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の測定方法。 - 前記インパルス応答をクロススペクトル法に基づいて算出する、
請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の測定方法。 - 複数のスピーカの音響特性を測定する測定装置であって、
マイクと、測定部と、を備え、
前記測定部は、
前記複数のスピーカのそれぞれに対応する複数の第1測定信号を、それぞれ時間軸上の異なる時間帯に配置した複数の第2測定信号を生成し、
前記複数の第2測定信号のそれぞれの後端の一部をコピーして前記複数の第2測定信号のそれぞれの先端に加えた複数の第3測定信号を生成し、
前記複数のスピーカからそれぞれ前記第3測定信号に係る音を出力し、
前記マイクで前記複数の第3測定信号を含む音を収音し、
前記マイクで収音した収音信号と前記第2測定信号とに基づいて前記複数の第1測定信号に対応する複数のインパルス応答を算出する、
測定装置。 - 前記複数の第1測定信号のそれぞれの時間長は、前記音響特性の時間長に対応する、
請求項8に記載の測定装置。 - 前記複数の第1測定信号のそれぞれの時間長は、前記音響特性の時間長よりも長い、
請求項8に記載の測定装置。 - 前記測定部は、第4測定信号を生成し、該第4測定信号のうち各スピーカの第1測定信号に対応する成分をそれぞれの時間帯に移動させることで前記第2測定信号を生成する、
請求項8乃至請求項10のいずれか1項に記載の測定装置。 - 前記複数の第1測定信号はピンクノイズを含む、
請求項8乃至請求項11のいずれか1項に記載の測定装置。 - 前記複数の第1測定信号はホワイトノイズを含む、
請求項8乃至請求項12のいずれか1項に記載の測定装置。 - 前記測定部は、前記インパルス応答をクロススペクトル法に基づいて算出する、
請求項8乃至請求項13のいずれか1項に記載の測定装置。
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