JP2766105B2

JP2766105B2 - スペクトラムアナライザ

Info

Publication number: JP2766105B2
Application number: JP31646991A
Authority: JP
Inventors: 光芳福田
Original assignee: Sanyo Denki Co Ltd
Current assignee: Sanyo Denki Co Ltd
Priority date: 1991-11-29
Filing date: 1991-11-29
Publication date: 1998-06-18
Anticipated expiration: 2013-06-18
Also published as: JPH05172868A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は民生用オーディオ機器に
おけるスペクトラムアナライザに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、民生用オーディオ機器において、
入力信号（出力しようとする音声信号）の周波数特性を
ダイナミックに表示するためにスペクトラムアナライザ
が頻繁に用いられている。このようなスペクトラムアナ
ライザは、入力信号を複数の周波数帯域に分割し、それ
ぞれの周波数帯域の信号強度を外部に出力する。オーデ
ィオ機器では、この強度信号を図示的に表示し、入力信
号の周波数特性を外部に知らせる。この表示部として
は、ＬＥＤ（発光ダイオード）等を用いて、棒グラフ状
に信号強度を表示する装置が一般的に用いられている。

【０００３】従来の典型的なスペクトラムアナライザの
構成を図３に示す。また、この従来のスペクトラムアナ
ライザの動作の説明を図４に示す。図３において、まず
入力信号がバンドパスフィルタ１０に入力され、このバ
ンドパスフィルタ１０により、一定の周波数帯域の信号
のみが抽出され、出力される。図４に示すように、種々
の周波数成分を含む入力信号から、一定の周波数帯域の
信号のみを含んだ信号のみが出力される。この一定周波
数帯域の信号のみを含んだ信号は、絶対値回路１２に入
力され、図４に示すようにその信号の絶対値が出力され
る。更に、この絶対値回路１２の出力は、積分回路１４
によって積分され、所定時間Ｔごとのその周波数帯域の
信号強度を表す信号として出力される。

【０００４】民生用オーディオ機器においては、その表
示を見易くするため、各周波数帯域における信号強度を
デシベル表示する場合が多いので、多くのスペクトラム
アナライザにおいては、前述した積分回路１４の出力を
対数変換回路１６に入力する。そして、この対数変換回
路１６によって積分回路１４の出力を対数変換した後、
表示部へ転送するために、データ転送回路１８に供給す
る。

【０００５】このような従来のスペクトラムアナライザ
においては、通常バンドパスフィルタにアナログ回路が
用いられ、そしてデータ転送回路１８にデジタル回路が
用いられるのが一般的であった。しかしながら、デジタ
ル技術の発達とともに、スペクトラムアナライザの全て
の構成をデジタル回路で構成しようとの試みがなされて
いる。すなわち、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ
と称する）を用いて、スペクトラムアナライザの全ての
機能を実現しようとするものである。このようなＤＳＰ
を用いたスペクトラムアナライザの構成として、従来２
つの構成が提案されている。

【０００６】第１の構成は、図５に示されるように、Ｄ
ＳＰにおいてバンドパスフィルタ手段２０と、絶対値回
路手段２２と、積分手段２４と、対数変換手段２６と、
データ転送手段２８とをそれぞれ１つ設け、全ての処理
を行う構成である。前述したように、スペクトラムアナ
ライザは、周波数帯域毎の信号強度を求めるものである
から、複数のバンドパスフィルタの機能が必要となる。
一方、このＤＳＰを用いたスペクトラムアナライザにお
いては、バンドパスフィルタ手段はデジタルフィルタで
構成される。そこで、１つのバンドパスフィルタ手段に
おいて、複数の周波数帯域のフィルタリングを構成する
ために、このデジタルフィルタの係数をそれぞれの周波
数帯域の信号強度の計算が完了する度に変更している。
図６には、図５に示される構成のスペクトラムアナライ
ザの動作タイミングチャートが示されており、この例で
は、６個の周波数帯域を取り扱っている。このように、
この第一の構成例によれば、それぞれの周波数帯域に対
する信号処理が時間的に順番に実行されることとなる。

【０００７】第２の構成は、第一の構成を複数備えた構
成である。つまり、図７に示されているように、バンド
パスフィルタ手段３０と絶対値回路手段３２と積分手段
３４と、対数変換手段３６とデータ転送手段３８とをそ
れぞれ取り扱う周波数帯域の個数だけ備えた構成であ
る。すなわち、この第２の構成は、全ての信号処理手段
をＤＳＰが取り扱う周波数帯域の個数だけ備えている。
したがって、図５に示されている第１の構成とは異な
り、入力信号が入力するバンドパスフィルタ手段３０の
デジタルフィルタの係数は常に一定の値であり、書き替
える必要がない。そのため、例えば６個の周波数帯域を
取り扱うスペクトラムアナライザの場合、図８に示され
ているように各周波数帯域の信号強度の６種類の計算が
並列に実行されることとなる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来のＤＳＰを用いた
スペクトラムアナライザは以上のように構成され、動作
をしていた。従って、図５に示されているような第１の
構成によるスペクトラムアナライザにおいては、バンド
パスフィルタ手段２０の出力が収束するまでにある程度
の時間がかかるために、バンドパスフィルタ手段２０を
構成するデジタルフィルタの係数を切り替える時間間隔
は、ある一定以上の時間間隔とならなければならなかっ
た。特に、低周波数帯域のバンドパスフィルタ手段は、
その出力が収束するまでに相当の時間を要する。そのた
め、第１の構成によれば、全ての周波数帯域の処理を終
了するまでにはかなりの時間が必要であり、時系列で各
周波数帯域毎に順番に信号処理を行っているため、入力
信号の変化に敏感に追従できなくなり、スペクトラムア
ナライザとしての性能が劣ったものとなってしまうとい
う問題があった。

【０００９】図７に示したような第２の構成によるスペ
クトラムアナライザは、第１の構成によるものと異な
り、信号処理の時間を極めて短くすることができる。従
って、入力信号に対する十分な追従性を有している。し
かしながら、取り扱う周波数帯域の個数に比例して各処
理手段が必要となるため、回路が大規模になり、あるい
はＤＳＰにおける処理量が膨大になり実際的な構成では
なかった。

【００１０】本発明はこのような課題に鑑みなされたも
のであり、その目的は、小規模な構成で各周波数帯域の
信号強度の計算を短時間で行うことができるスペクトラ
ムアナライザを得ることである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述の課題を
解決するために、入力信号から複数の周波数帯域毎の信
号を取りだし、それぞれの周波数帯域における信号強度
を測定して出力するスペクトラムアナライザにおいて、
瀘波帯域が切り替え可能であって、異なる周波数帯域の
信号を順次出力する複数の帯域通過フィルタ手段と、前
記帯域通過フィルタ手段のそれぞれに対応して設けら
れ、前記対応する帯域通過フィルタ手段から順次出力さ
れる所定周波数帯域の信号の絶対値を出力する複数の絶
対値算出手段と、前記絶対値算出手段のそれぞれに対応
して設けられ、前記対応する絶対値算出手段の絶対値出
力を積分する複数の積分手段と、前記複数の積分手段か
らの出力の中から、順番に一個の出力を選択して各周波
数帯域の積分出力を順次対数変換する対数変換手段と、
前記対数変換手段の出力を外部に伝送するためのフォー
マット変換を行うデータ転送手段と、を有することを特
徴とするスペクトラムアナライザである。

【００１２】

【作用】本発明によるスペクトラムアナライザの帯域通
過フィルタ手段は、例えば、２つの周波数帯域を受け持
ち、後続する絶対値算出手段に、前記受け持っている２
つの周波数帯域の信号を交互に出力する。従って、帯域
通過フィルタ手段の機能を、取り扱う周波数帯域の個数
の半分とすることができる。

【００１３】また、対数変換手段は、複数の積分手段か
らの出力から順番に１個の出力を選択して対数変換を
し、後続するデータ転送手段に送出したため、小規模な
構成を実現できる。

【００１４】特に帯域通過フィルタ手段による処理に要
する時間は各周波数帯域ごとに異なるため、１つの対数
変換手段により複数の積分回路からの出力を対数変換す
ることができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例を図面に基づい
て説明する。

【００１６】図１に本発明の一実施例であるスペクトラ
ムアナライザのブロック構成図が示されている。このブ
ロック構成図は入力信号を６個の周波数帯域に分割して
その信号強度を算出するスペクトラムアナライザの例で
ある。本実施例においては、入力信号は３個のバンドパ
スフィルタ手段５０ａ，５０ｂ，５０ｃに入力する。ま
た、絶対値回路手段５２と積分手段５４も、バンドパス
フィルタ手段５０と同様、それぞれ３個ずつ備えられて
いる。すなわち、本実施例においては、バンドパスフィ
ルタ５０、絶対値回路手段５２及び積分手段５４とから
なる信号強度計算部５５が３組備えられている。対数変
換手段５６は３個ある積分手段５４ａ，５４ｂ，５４ｃ
の出力のうち１個を選択し、対数変換を施してからデー
タ転送手段５８に出力する。データ転送手段５８はＬＥ
Ｄ等からなる表示部にデータを転送する。なお、本実施
例においては、対数変換手段５６とデータ転送手段５８
とをデータ変換部と呼ぶ。

【００１７】各バンドパスフィルタ手段５０、そのデジ
タルフィルタの係数を２種類切り替えて、２つの周波数
帯域に対するバンドパスフィルタとして動作する。従っ
て、図１に示されるスペクトラムアナライザは入力信号
を６個の周波数帯域に分割してそれぞれの周波数帯域の
信号強度を出力する。すなわち、３個ある信号強度計算
部５５は、それぞれ２個の周波数帯域を受け持ち、その
信号強度を出力する。次に、３個ある信号強度計算部
ａ，ｂ，ｃが、それぞれのどのように２個の周波数帯域
を受け持っているかを説明する。図２には本実施例によ
るスペクトラムアナライザの取り扱う周波数帯域の説明
と、それぞれの周波数帯域がどのように信号強度計算部
５５に割り当てられるかの説明図が示されている。一般
にバンドパスフィルタ手段の出力の収束（安定）時間
は、図２の上部に示されているように、信号の周波数が
高いほど短い。また、本実施例のスペクトラムアナライ
ザが取り扱う周波数帯域は、最高域、高域、高中域、中
低域、低域、それに最低域の６つである。そして、最高
域の周波数帯域に対してバンドパスフィルタ手段の出力
の収束時間をｔ₁とすると、高域と高中域に対する収束
時間であるｔ₂とｔ₃は、ｔ₁の２倍の時間になり、中
低域、低域の収束時間であるｔ₄とｔ₅はｔ₁の４倍に
なる。そして、最低域の周波数帯域に対する収束時間ｔ
₆は、ｔ₁の５倍となる。

【００１８】本発明において特徴的なことは、このよう
にそれぞれの周波数帯域に対してバンドパスフィルタ手
段の出力の収束時間が異なることを利用し、それらの時
間を組み合わせることにより効率良くバンドパスフィル
タ手段に割り当てたことである。

【００１９】実施例によるスペクトラムアナライザにお
いては、信号強度計算部５５ａは最高域と最低域の周波
数帯域を受け持つ。また信号強度計算部５５ｂは高域と
中低域の周波数帯域を受け持ち、信号強度計算部５５ｃ
は高中域と低域の信号周波数帯域を受け持つ。このよう
に受け持つ周波数帯域を割り当てた場合、例えば図２の
下部に示したように、各信号強度計算部５５ａ、５５
ｂ、５５ｃの信号処理時間を全て等しくすることができ
る。更に、それぞれの信号強度計算部５５から出力され
る信号強度のデータが出力されるタイミングは、それぞ
れずれるため、図２の下部に示したように、データ変換
部５９へ効率良くデータを送り込むことができる。

【００２０】このように、本実施例によれば、取り扱う
周波数帯域のその周波数に合わせて各周波数帯域の処理
時間が異なるため、その処理時間を適当に組み合わせる
ことにより、各信号強度計算部５５の処理時間をそれぞ
れ等しくすることができた。従って、信号強度計算部５
５の個数を、取り扱う周波数帯域の個数の半分とするこ
とが可能となる。本発明における特徴はまさにこの点に
あり、従来取り扱う周波数帯域と同数の個数のバンドパ
スフィルタ手段を必要としていたのに対し、大幅に機能
を縮小することが可能となる。

【００２１】また、バンドパスフィルタ手段５０と絶対
値算出手段５２と積分手段５４とからなる信号強度計算
部５５から出力される信号データの出力タイミングをそ
れぞれの信号強度計算部５５において互いにずらしたた
め、後続するデータ変換部５９に対し効率良く連続的に
データを供給することが可能となる。すなわち、対数変
換手段５６とデータ転送手段５８とからなるデータ変換
部５９は、一度に一つずつやってくるデータを処理すれ
ば良いので、複数個準備する必要がなく、一つのデータ
変換部５９とすることが可能となる。

【００２２】以上述べたように、本実施例によれば、信
号強度計算部５５のみに並列処理を行わせ、後続するデ
ータ変換部５９は通常の時系列処理としたので、機能ブ
ロックを縮小することが可能となる。更に、データ変換
部５９に対して効率良くデータが送出されるため、周波
数特性を表示する表示部へのデータ転送を一度に一つず
つ効率良く行えるため、表示部の構成も容易となる効果
がある。更にまた、全ての周波数帯域に対するデータを
出力する周期は、最低域の周波数帯域に対するバンドパ
スフィルタ手段の出力の収束時間と、最高域の周波数帯
域に対する収束時間の和となっているため、従来の例え
ば図５に示されているような構成のスペクトラムアナラ
イザに比べて極めて迅速に信号強度を算出することが可
能となる。そのため、入力信号の変化に対して追従性の
優れたスペクトラムアナライザを得られるという効果が
ある。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、帯
域通過フィルタ手段と、絶対値算出手段と積分手段と
を、取り扱う周波数帯域の個数の半分の個数の並列処理
とし、それに後続する対数変換手段とデータ転送手段と
を通常の時系列処理としたので、迅速な処理速度を維持
しつつ、ＤＳＰの処理規模を大幅に縮小することが可能
となる。

【００２４】このため、入力信号の変化に対して追従性
の優れたスペクトラムアナライザを処理規模を増大させ
ずに実現することができるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるスペクトラムアナライ
ザのブロック構成図である。

【図２】図１に示されているスペクトラムアナライザの
動作を説明する動作説明図である。

【図３】従来のスペクトラムアナライザの標準的なブロ
ック構成図である。

【図４】スペクトラムアナライザの動作原理を説明する
原理説明図である。

【図５】ＤＳＰを用いた従来のスペクトラムアナライザ
の第１の構成例を示すブロック構成図である。

【図６】図５に示されているスペクトラムアナライザの
動作を説明する動作説明図である。

【図７】ＤＳＰを用いた従来のスペクトラムアナライザ
の第２の構成例を示すブロック構成図である。

【図８】図７に示されているスペクトラムアナライザの
動作を説明する動作説明図である。

【符号の説明】

５０ａ，５０ｂ，５０ｃバンドパスフィルタ手段５２ａ，５２ｂ，５２ｃ絶対値回路手段５４ａ，５４ｂ，５４ｃ積分手段５６対数変換手段５８データ転送手段

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】入力信号から複数の周波数帯域毎の信号を
取りだし、それぞれの周波数帯域における信号強度を測
定して出力するスペクトラムアナライザにおいて、瀘波帯域が切り替え可能であって、異なる周波数帯域の
信号を順次出力する複数の帯域通過フィルタ手段と、前記帯域通過フィルタ手段のそれぞれに対応して設けら
れ、前記対応する帯域通過フィルタ手段から順次出力さ
れる所定周波数帯域の信号の絶対値を出力する複数の絶
対値回路手段と、前記絶対値回路手段のそれぞれに対応して設けられ、前
記対応する絶対値回路手段の絶対値出力を積分する複数
の積分手段と、前記複数の積分手段からの出力の中から、順番に一個の
出力を選択して各周波数帯域の積分出力を順次対数変換
する対数変換手段と、前記対数変換手段の出力を外部に伝送するためのフォー
マット変換を行うデータ転送手段と、を有することを特
徴とするスペクトラムアナライザ。