JP2725838B2 - インパルス応答の測定方法 - Google Patents
インパルス応答の測定方法Info
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場所における音響特性を測定するために行われるインパ
ルス応答の測定方法に係り、特に任意波形の入力と該任
意波形入力に対する逆フィルタとを利用して高精度のイ
ンパルス応答を測定するための測定用入力波形の選定に
関する。
来下記のものがある。
これに対する該被測定系の応答をもって該系のインパル
ス応答とするものである。この場合、ディジタル信号処
理を行うためには近似的な単位サンプル応答を求める方
法を用いる。一般にインパルス信号又は持続時間の極め
て短いパルス信号は波高に対してエネルギーが極めて小
さいため、この測定法では、測定のS/Nが悪くなり、S/N
の良い測定を行うためには極めて多くの同期加算が必要
となり、測定精度を高くすることが困難である。
(第3図) この方法は被測定系に任意の信号を入力し、そのとき
の系の応答に、入力信号の逆フィルタを畳み込んだもの
を、該系のインパルス応答とするものである。こゝで、
ある信号に対する逆フィルタとは、該信号に対し直線状
畳み込みを行った結果がインパルスになるような信号伝
送系である。
合もインパルスに比べて波高値に対するエネルギーが大
きくなるため、測定のS/Nが向上する。しかし、逆フィ
ルタに通すことにより誤差が存在するときは、この誤差
がそのまま測定誤差に繰り込まれ、測定精度が悪化す
る。従って誤差の少い逆フィルタを求めることが重要で
あるが、どのような信号に対しても誤差の少い逆フィル
タが存在するわけではないから、結局、誤差の少い逆フ
ィルタが存在するような入力信号の選定が最重要な課題
となる。
して次の方法が提案されている。
hod to Acquire Impulse Responses in Concert Hall
s,"J.A,S.A.,68,179−183(1980)において、掃引正弦
波を入力信号とし、これに対する被測定系の応答に対し
て該入力信号の逆フィルタを畳み込んで、インパルス応
答を求める手法が提案された。しかし、Fsを標本化周波
数とするとき、このような信号でFs/2までいっぱいの掃
引を行うと、FM変調の側波帯が広がって、実際のスペク
トルはFs/2よりも広がったものとなる。また、この信号
を低域ろ波すれば、フィルタのインパルス応答の影響で
長い尻尾を持った特性になることも考えられる。さら
に、低域ろ波後の信号の逆フィルタの精度の問題もあ
る。
rated Pulse Signal Applied for Sound Measurement,"
J.A.S.A.,69,1484−1488(1981)において、高域と低域
を減衰させたインパルス信号P(k)に、次式(1)の
ように位相を周波数の2乗に比例させて円状シフトする
フィルタH(k)をかけることで、大きなエネルギーを
持つ時間引き伸ばしパルス(TSP,Time Streched Puls
e) S(k)=P(k)H(k)を作り出すという大変
巧妙な手法を提案した。
と下半分とが複素共役になっているので、その離散的逆
フーリエ変換h(n)は実数となる。したがって、P
(k)も複素共役にしてやれば、S(k)の離散的逆フ
ーリエ変換s(n)は実数となるので、入力信号として
現実の世界で用いることができることになる。
の該系の応答を次式(2)に示すようにh(n)の離散
的フーリエ変換の逆数で計算した逆フィルタ に通せば、結果として、該系のインパルス応答が求めら
れることが期待される。しかし、この方法では、入力信
号にP(k)という低域と高域のエネルギーが小さな特
性をかけているため、求まる応答は、正確にはインパル
ス応答ではなく、被測定系の応答とP(k)とが組合わ
さったものが測定されることになる。
その逆フィルタを用いるインパルス応答の測定法に用い
る入力信号であって、インパルス信号と比べてエネルギ
ーが十分大きく、精度の良い逆フィルタが容易に求ま
り、正確なインパルス応答が求まることの可能な入力信
号の選定を行うことにある。
答の測定方法は、線形時間不変な連続時間の被測定系に
対する非インパルスの任意波形入力信号と該入力信号の
逆フィルタとを用いて上記被測定系の離散的インパルス
応答を測定する方法において、該入力信号は、全ての離
散周波数において平坦なスペクトルを有し、位相特性が
連続でかつ離散周波数の自乗に比例し、さらに標本数の
1/2の離散周波数における該入力信号の離散的フーリエ
変換が1+j0となるような波形であることを特徴とする
ものである。
離散時間インパルス応答を任意の非インパルス波形入力
とその逆フィルタにより測定する場合には、一般に第1
図に示すように、任意の非インパルス波形入力信号をD/
A変換器を介して被測定系に加え、該系の応答をA/D変換
器を介して該入力信号に対する逆フィルタに加えた場合
の出力として離散時間インパルス応答が求められる。こ
ゝで、ある信号に対する逆フィルタとは、前記非インパ
ルス波形入力信号g(n)に対する逆フィルタのインパ
ルス応答関数h(n)の直線状畳み込みが であたえられるものをいう。ただしδ(n)は単位イン
パルス信号を表わす。
ルタとして許容される標本数をMとし、離散化された直
線状畳み込みを表わす式(3)の積和を有限長Mで近似
することを考える。
スが発生することを示し、逆フィルタの入出力の時間的
ずれを表わす。d(n)は積和を有限長で近似したた
め、実際の畳み込みが正確には目標出力δ(n)となら
ないある数列を表わす。
残差と呼ぶ。
(k)を用いずに、H(k)を離散的逆フーリエ変換し
たものを入力信号として用い、式(1)を一般化して と表わす。ただしkは離散的周波数、Nは標本点の総
数、αは比例定数とする。
常に大きく、S/Nの高い測定が可能であるという青島の
提案した入力信号の長所はそのままに持ち、かつ、全て
のkでスペクトルが平坦である。
とおいて計算したH(k)を離散的逆フーリエ変換して
求めたTSPを示したものである(この図には円状シフト
が施してある)。これを見ると、周波数が高い成分が最
初にきて次第に低くなっているのが分かる。また、バー
スト部分の振幅は必ずしも一定ではなく、先頭の部分に
は、細長い‘鼻’がついている。
24で近似して求めたものである。第4図(c)は、第4
図(b)の逆フィルタとしての精度を調べるため式
(4)によって、第4図(a)と直線状畳み込みを行っ
た結果(の縦軸を100倍したもの)を示したものであ
る。また、第4図(d)は、その離散的フーリエ変換で
ある。これらの結果から、残差はあるものの、その成分
はほとんどFs/2(π)付近にかたまっていることが分か
る。なお、この場合の逆フィルタの残差は、10-4程度で
あった。
程度の残差が見られる。これは、式(5)においてH
(N/2)を、exp(j αk2)によらずにし意的に1+j0に
してしまうことによる位相の不連続の影響であると考え
られる。青島がP(k)という高域のエネルギーが小さ
くなる特性を用いたのは、こういったFs/2近くの問題を
避けるためとも考えられる。
ることにより取り除くことができる。すなわち、離散周
波数N/2における該信号1の離散的フーリエ変換H(N/
2)が自然に1+j0になるよう、αk2=2mπ(mは整
数)となるαを選び、これを式で表せば、 ただし、αはmを適当な整数とするときαk2=2mπ
(k=N/2) となるように選ぶものとする。これが、現時点で発明者
の知っている最も精度の良いTSPである。
任意の非インパルス入力信号、2はD/A変換器、3は線
形時間不変な連続時間被測定系、4はA/D変換器、5は
逆フィルタ、6は離散時間インパルス応答をそれぞれ表
わす。
任意の非インパルス入力信号1として、式(6)におい
て、mを150とおいてα=3.595…×10-3とすれば、この
ときのTSPは第5図(a)のように鼻がほとんど気にな
らない特性となる(この図と第5図(b)にも円状シフ
トが施してある)。
たものが第5図(b)である。第5図(c)は第5図
(a)と第5図(b)を直線状に畳み込んだ結果、すな
わち式(4)のd(n−n0)に相当する。
5図(c),(d)に示す結果を見ると、第4図の場合
に比べはるかによい特性を示し、ほぼ理想的に機能して
いることが分かる。実際、この逆フィルタの残差は、お
よそ10-9しかない。
5図(a)に示すようなTSPを用い、その逆フィルタ5
として第5図(b)の特性をもつ伝送系を組み合わせて
用いれば、極めて高精度に系のインパルス応答の測定が
可能である。
答が収束するまで十分な長さを取り込み、それに、逆フ
ィルタ5を直線状に畳み込めばよい。このTSPは、通常
のパルスに比較してはるかに大きなエネルギーを持って
はいるが、それでもS/Nが不十分なら、時間軸上で同期
加算を行えばよい。この場合には、応答が収束するだけ
の十分な間隔を置いてTSPを入力し、その応答を同期加
算し、その結果に、逆フィルタ5を直線状に畳み込むこ
とにより離散的インパルス応答を高精度で測定すること
ができる。
るので、少い測定時間で同じ程度の測定精度が得られ
る。更にまた、他の入力信号と、その逆フィルタとを用
いる場合と比較すると、本発明による場合の逆フィルタ
の精度が非常に良いため、同じ測定誤差の範囲に納める
ための計算量がはるかに少くなる。
タとを用いた離散的インパルス応答の測定原理に基づく
本発明の実施例を説明するための構成図、 第2図はインパルス応答の測定原理を示す構成図、 第3図は任意の入力信号と、その信号の逆フィルタとを
用いた公知のインパルス応答の測定原理を示す構成図、 第4図は比較のため青島の提案によるものを示し、第4
図(a)は時間引き伸ばしパルス(TSP)、第4図
(b)は時間引き伸ばしパルスの逆フィルタ、第4図
(c)は時間引き伸ばしパルスとその逆フィルタの直線
状畳み込み(縦軸を100倍に拡大)の各時間特性を示
し、第4図(d)は時間引き伸ばしパルスとその逆フィ
ルタの直線状畳み込みの周波数特性(縦軸は大きさ、横
軸は規格化周波数(πがFs/2に対応)を表す)を示すグ
ラフ、 第5図は本発明の一実施例に係る図であって、第5図
(a)は時間引き伸ばしパルス(α=3.595×10-3)、
第5図(b)は時間引き伸ばしパルスの逆フィルタ、第
5図(c)は時間引き伸ばしパルスとその逆フィルタの
直線状畳み込み(縦軸を100倍に拡大)、の各時間特性
を示し、第5図(d)は時間引き伸ばしパルスとその逆
フィルタの直線状畳み込みの周波数特性を示すグラフ、
である。 1……任意の非インパルス入力信号 3……被測定系 5……逆フィルタ
Claims (1)
- 【請求項1】線形時間不変な連続時間の被測定系に対す
る非インパルスの任意波形入力信号と該入力信号の逆フ
ィルタとを用いて上記被測定系の離散的インパルス応答
を測定する方法において、 該入力信号は、全ての離散周波数において平坦なスペク
トルを有し、位相特性が連続でかつ離散周波数の自乗に
比例し、さらに標本数の1/2の離散周波数における該入
力信号の離散的フーリエ変換が1+j0となるような波形
であることを特徴とする、インパルス応答の測定方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14234089A JP2725838B2 (ja) | 1989-06-05 | 1989-06-05 | インパルス応答の測定方法 |
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---|---|---|---|
JP14234089A JP2725838B2 (ja) | 1989-06-05 | 1989-06-05 | インパルス応答の測定方法 |
Publications (2)
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JP2725838B2 true JP2725838B2 (ja) | 1998-03-11 |
Family
ID=15313084
Family Applications (1)
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JP14234089A Expired - Lifetime JP2725838B2 (ja) | 1989-06-05 | 1989-06-05 | インパルス応答の測定方法 |
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Cited By (3)
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-
1989
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