JP3344864B2 - 残響時間自動測定方法および残響時間自動測定装置 - Google Patents

残響時間自動測定方法および残響時間自動測定装置

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JP3344864B2 JP05273895A JP5273895A JP3344864B2 JP 3344864 B2 JP3344864 B2 JP 3344864B2 JP 05273895 A JP05273895 A JP 05273895A JP 5273895 A JP5273895 A JP 5273895A JP 3344864 B2 JP3344864 B2 JP 3344864B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、室内音響特性を表す音
響エネルギー減衰曲線の傾きを精度良く推定することの
できる残響時間自動測定方法および残響時間自動測定装
置に関する。
【0002】[発明の概要]本発明は、室内の音響伝達
特性を表すインパルス応答から残響時間を算出するため
に必要な音響エネルギー減衰曲線を求める際に、低い周
波数帯域等で十分な信号対雑音比(以後、S/Nとい
う)が得られない場合でも、音響エネルギー減衰がノイ
ズの影響を受けてしまう以前の部分を観測区間として採
用することによって、音響エネルギーの減衰の傾きを推
定するという処理を自動的に行う方法に関するものであ
る。これまで、インパルス応答から残響時間を求める
際、測定現場で評価されるS/Nは、中域、高域におい
て十分であっても、特に低い周波数帯域において十分で
ない場合が多く、このような場合、減衰曲線がノイズの
影響を受けて折れ曲がりを生じ、本来の減衰から離れて
しまうため、正確な残響時間が求められないケースがあ
った。これに対して、得られたインパルス応答の無信号
の部分からノイズの自乗平均値を求めて減じることによ
り、信号成分を抜き出すという改善策が提案されている
が、十分にS/Nが改善されないため、得られた減衰曲
線のうちでノイズの影響が少ない部分を目で確認し、残
響時間を求め直す必要があった。本発明では、直接音到
来時刻以降の時々刻々のS/N(時間平均S/N)を観
測することによって、信号に対するノイズの影響をモニ
タし、時間平均S/Nが0dB以上という基準をもっ
て、ノイズの影響が少ない部分を観測区間とし、その部
分の最小自乗近似を行うことでエネルギー減衰曲線の傾
きを推定し、効率的に高精度な残響時間を求めるように
したものである。
【0003】
【従来の技術】従来より、室内の音響伝達特性を表すイ
ンパルス応答から音響エネルギー減衰曲線を求め、この
音響エネルギー減衰曲線に基づいて残響時間を算出する
ことが行われている。
【0004】ところが、インパルス応答から残響時間を
求める際、測定現場で評価されるS/Nは、中域、高域
において十分であっても、特に低い周波数帯域において
十分でない場合が多い。このような場合、減衰曲線がノ
イズの影響を受けて折れ曲がりを生じ、本来の減衰から
離れてしまい、正確な残響時間が求められないケースが
あった。
【0005】S/Nが十分でない音響エネルギー減衰曲
線から残響時間を求める際に、減衰曲線の観測区間が問
題になることがこれまでにも論じられており、ノイズの
エネルギーの自乗平均値を無信号部分から求め、得られ
た音響エネルギー減衰曲線から減じることによりS/N
の改善を図り、正確な残響時間が算出できるという報告
がある(W.T.Chu,J.A.S.A.Vol.6
3,No.5 1444−1459(1978))。
【0006】しかし、上記改善策でも十分にS/Nが改
善されないため、得られた減衰曲線の観測区間のうちで
ノイズの影響が少ない部分を人間が目で確認し、残響時
間を求め直すという作業が必要であった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、イン
パルス応答から求められる音響エネルギー減衰曲線は、
低い周波数帯域等においてS/Nが十分でない状態で得
られる場合が多く、音響エネルギー減衰曲線はノイズの
影響により折れ曲がりが生じ、本来の減衰から離れてし
まうため、正確な残響時間を求めるためには得られた音
響エネルギー減衰曲線からノイズの影響がない適切な部
分を評価する方法が課題とされ、最適な観測区間を定量
的に評価して自動的に決定する方法の開発が切望されて
いる。
【0008】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、高効率でかつ高精度に残響時間を
自動測定できる残響時間自動測定方法および残響時間自
動測定装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに請求項1記載の発明は、測定対象空間の音響測定に
おいて、インパルス応答から音響エネルギー減衰曲線を
求めて残響時間を算出するにあたり、前記インパルス応
答における直接音到来時刻から時々刻々のS/N(時間
平均S/N)が最初に0dBになる時刻までの時間帯に
おける前記音響エネルギー減衰曲線の最小自乗近似線の
傾斜から残響時間を算出することを特徴としている。
【0010】また、請求項2記載の発明は、測定対象と
なる空間におけるインパルス応答から音響エネルギー減
衰曲線を求めて残響時間を算出する装置において、前記
インパルス応答における時間平均S/Nを求める手段
と、インパルス応答における直接音到来時刻から前記時
間平均S/Nが最初に0dBになる時刻までの時間帯を
検出する手段と、検出された時間帯における音響エネル
ギー減衰曲線の最小自乗近似線の傾斜を算出する手段
と、求められた傾斜から残響時間を算出する手段と、を
具備することを特徴としている。
【0011】
【作用】上記の構成の本発明では、インパルス応答にお
ける直接音到来時刻から時々刻々のS/N(時間平均S
/N)を観測して信号成分の音響エネルギー減衰曲線に
対するノイズの影響をモニタする。そして、インパルス
応答における直接音到来時刻から前記時間平均S/Nが
最初に0dBになる時刻までの時間帯を検出する。この
時間帯がノイズの影響が少ない部分であるから観測区間
とし、この観測区間(時間帯)における音響エネルギー
減衰曲線の最小自乗近似線の傾斜を算出(推定)し、求
められた傾斜から残響時間を算出するようにしている。
【0012】
【実施例】図1は本発明に係る残響時間自動測定装置の
一実施例構成を示すブロック図、図2はこの残響時間自
動測定装置によって測定される空間の測定環境を示す説
明図である。
【0013】残響時間自動測定装置1は、ノイズ部分検
出部2と、ノイズレベル算出部3と、入力信号レベル算
出部4と、減算部5と、除算部6と、時間平均S/N算
出部7と、0dB検出部8と、ノイズ除去部9と、減衰
曲線算出部10と、観測区間決定部(ゲート部)11
と、傾斜算出部12と、残響時間算出部13とを備え、
図2に示すように測定対象空間30のインパルス応答を
入力してその残響時間を自動測定する。この測定対象空
間30には、図2に示すように、インパルス応答測定用
信号発生器20が設置されている。この装置20から発
生されたインパルス応答測定用信号は、スピーカーSP
を介して測定対象空間30中に出力され、その直接音波
および反射音波はマイクMCにより収音され、アンプ・
フィルタ部40を介して前記残響時間測定装置1に供給
されるようになっている。
【0014】前記ノイズ部分検出部2は、入力されたイ
ンパルス応答における無信号部分をノイズ部分として検
出する。具体的には、インパルス応答測定用信号発生器
20からの信号発生と同時に出力される取り込み開始信
号を入力し、この信号入力から、受音点のマイクMCに
直接音が到来するまでの遅れ時間部分を無信号部分とす
る。
【0015】ノイズレベル算出部3は、検出されたノイ
ズ部分の自乗平均を算出してノイズレベルを検出する。
【0016】入力信号レベル算出部4は、入力された前
記インパルス応答における信号部分において十数ミリか
ら数ミリ秒(例えば16ms)という短時間毎に入力信
号の自乗平均値を求めて入力信号レベルを検出する。
【0017】減算部5は、入力信号レベル算出部4で検
出された入力信号レベルからノイズレベル算出部3で検
出されたノイズレベルを減算し、また、除算部6は、減
算部5の減算出力とノイズレベル算出部3で検出された
ノイズレベルとの比を求め、これを時間平均S/N算出
部7に供給する。
【0018】時間平均S/N算出部7は、十数ミリから
数ミリ秒(例えば16ms)毎に供給される比データ
を、直接音到来から入力信号が十分に減衰するまで求め
続けて時間平均S/N曲線を算出する。
【0019】0dB検出部8は、時間平均S/N算出部
7で算出された時間平均S/Nが0dBとなった時点を
求めて、観測区間決定部11に供給する。
【0020】一方、ノイズ除去部9は、入力されたイン
パルス応答から前記無信号部分を検出してこれをノイズ
として除去し、ノイズが除去された信号を減衰曲線算出
部10に供給する。
【0021】減衰曲線算出部10は、入力信号からノイ
ズが除去された信号より音響エネルギーの減衰曲線を求
める操作を実行する。
【0022】観測区間決定部(ゲート部)11は、求め
られた減衰曲線の観測区間を決定する部分であり、0d
B検出部8から出力される、直接音到来時刻から時間平
均S/Nが最初に0dBになるまでの時間を観測区間と
するゲート信号により減衰曲線算出部10から出力され
る減衰曲線を切り出す処理をする。
【0023】傾斜算出部12は、観測区間決定部11で
切り出された減衰曲線における最小自乗近似線の傾斜を
求める。
【0024】残響時間算出部13は、傾斜算出部12で
求められた傾斜から残響時間を求める処理を実行する。
【0025】次に本実施例例における残響時間測定処理
について図1の機能ブロック図および図3のフローチャ
ートを参照しつつ系統的に説明する。
【0026】また、図4には本実施例で使用された観測
波形例が示されている。
【0027】<ノイズレベル検出処理(ステップST
1)>先ず、ノイズ部分検出部2によって入力されたイ
ンパルス応答における無信号部分がノイズ部分として検
出され、ノイズレベル算出部3によってこの無信号部分
からノイズのエネルギー自乗平均値が求められ、ノイズ
レベルが算出される。無信号部分は、計測時に取り込み
時間を長くとることにより作成できる。例えば、前述し
たようにインパルス応答測定用信号発生器20から供給
される取り込み開始信号と同時に取り込みを開始すれ
ば、受信音のマイクMCに直接音が到来するまでの遅れ
時間が無信号部分となる。
【0028】<信号レベル検出処理(ステップST2)
>入力信号レベル算出部4では、入力されたインパルス
応答について十数ミリ秒から数ミリ秒(例えば16m
s)という短時間毎に入力信号の自乗平均値が求められ
る。
【0029】<時間平均S/N算出処理(ステップST
3)>上記処理により求めた入力信号とノイズとの自乗
平均値の比が数ミリ秒から十数ミリ秒毎に求められ、こ
れが直接音の到来から入力信号が十分に減衰するまで、
繰り返し求められて時間平均S/N曲線が求められる
(時間平均S/N算出部7の処理)。この時間平均S/
Nは次式により求めることができる。また、このように
して求められた時間平均S/N曲線を図6に示す。
【0030】
【数1】 <ノイズ除去処理(ステップST4)>上記の処理に並
行して、ノイズ部分検出部2で切り出されたノイズ部分
と、得られたインパルス応答とからノイズ除去部9にお
いて前記従来方法によりノイズ除去がされる。
【0031】<減衰曲線算出処理(ステップST5)>
ノイズが除去されると、減衰曲線算出部10では、その
信号に対して減衰曲線を求める操作が行われる。
【0032】このようにして得られた減衰曲線を図5に
示す。
【0033】<観測区間決定処理(ステップST6)>
観測区間決定部11では、0dB検出部8から時間平均
S/Nが最初に0dBになる時刻が通知されると、直接
音到来時刻からこの0dBになるまでの時間を観測区間
とするゲート信号により減衰曲線算出部10から出力さ
れる減衰曲線を切り出す処理が行われる。
【0034】<傾斜算出処理(ステップST7)>求め
られた観測区間における減衰曲線について最小自乗近似
線の傾斜が求られる。
【0035】<残響時間算出処理(ステップST8)>
求められた傾斜に基づいて残響時間が求められる。この
ようにして求められた残響時間が結果出力とされる。
【0036】次に、以上の処理による作用効果を説明す
る。
【0037】減衰曲線算出処理で求められた図5に示す
減衰曲線において、曲線Aは何も処理を施さないときの
生データ曲線であるのに対し、曲線Bは従来方法により
ノイズ除去を行った場合の減衰を示している。また、図
6は、時間平均S/N曲線を示しており、この時間平均
S/Nが最初に0dBになる時点(本実施例では、約
0.35秒)まで、すなわち、0〜0.35秒を観測区
間として推定した減衰曲線が図5の直線Cである。曲線
Dは、参考用にあらかじめ設定した残響時間(1秒)の
減衰を示しているが、直線Cは曲線Dに非常に近いこと
がわかる。
【0038】また、算出された残響時間を表1に示す。
この表からも分かるように、設定した値(1秒)との誤
差は人間の検知限である5%以内に収まっている。
【0039】
【表1】 このように本実施例によれば、高精度な減衰曲線の観測
区間決定を自動で行うことができ、残響時間の測定を効
率良く行うことが可能となる。また、測定対象空間30
の本来の減衰曲線自体が折れ曲がっている場合、従来通
りに人間が目視判断すると、ノイズによる折れ曲がりと
誤って判断する虞があるが、本実施例では、常に時間平
均S/Nを確認することによりノイズの影響か否かを自
動的に正確に判断でき、減衰曲線の観測区間を正しく評
価することが可能となる。
【0040】
【発明の効果】以上説明したように各請求項記載の発明
によれば、インパルス応答から音響エネルギー減衰曲線
を求めて残響時間を算出するにあたり、前記インパルス
応答における直接音到来時刻から時々刻々のS/N(時
間平均S/N)が最初に0dBになる時刻までの時間帯
における前記音響エネルギー減衰曲線の最小自乗近似線
の傾斜から残響時間を算出するようにしたので、ノイズ
の影響を考慮でき、人手を介在させることなく高効率で
かつ高精度に残響時間を自動測定することが可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る残響時間自動測定装置の一実施例
構成を示すブロック図である。
【図2】本発明に係る残響時間自動測定装置が適用され
る測定環境の構成を示す説明図である。
【図3】本発明の一実施例における処理手順を示すフロ
ーチャートである。
【図4】本発明の一実施例で使用される観測波形の一例
を示す波形図である。
【図5】本発明の一実施例における減衰曲線の一例を示
す波形図である。
【図6】本発明の一実施例における時間平均S/N曲線
の一例を示す波形図である。
【符号の説明】
1 残響時間自動測定装置 2 ノイズ部分検出部 3 ノイズレベル算出部 4 入力信号レベル算出部 5 減算部 6 除算部 7 時間平均S/N算出部 8 0dB検出部8 9 ノイズ除去部 10 減衰曲線算出部10 11 観測区間決定部 12 傾斜算出部 13 残響時間算出部 20 インパルス応答測定用信号発生器 30 測定対象空間
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01H 7/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 測定対象空間の音響測定において、イン
    パルス応答から音響エネルギー減衰曲線を求めて残響時
    間を算出するにあたり、前記インパルス応答における直
    接音到来時刻から時々刻々のS/N(時間平均S/N)
    が最初に0dBになる時刻までの時間帯における前記音
    響エネルギー減衰曲線の最小自乗近似線の傾斜から残響
    時間を算出することを特徴とする残響時間自動測定方
    法。
  2. 【請求項2】 測定対象となる空間におけるインパルス
    応答から音響エネルギー減衰曲線を求めて残響時間を算
    出する装置において、 前記インパルス応答における時間平均S/Nを求める手
    段と、 インパルス応答における直接音到来時刻から前記時間平
    均S/Nが最初に0dBになる時刻までの時間帯を検出
    する手段と、 検出された時間帯における音響エネルギー減衰曲線の最
    小自乗近似線の傾斜を算出する手段と、 求められた傾斜から残響時間を算出する手段と、 を具備することを特徴とする残響時間自動測定装置。
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