JP3612764B2 - 遅延時間測定方法及び装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、被測定物に供給する入力信号と上記被測定物から出力される出力信号とから被測定物の伝達関数を算出して被測定物の遅延時間を測定する遅延時間測定方法及び遅延時間測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、被測定物の遅延時間を求めるために、遅延装置からの特定の測定用信号を入力信号として用いている。
【０００３】
ここで、被測定物の遅延時間測定装置の概略的な構成を図１０に示す。
【０００４】
図１０の測定用信号出力部１からは、被測定物の入力信号として、インパルス信号あるいはホワイトやピンク等のノイズ信号が出力される。この入力信号は被測定物２に供給される。また、上記入力信号が被測定物２を介して出力される出力信号は、出力端子７から出力される。
【０００５】
上記被測定物２への入力信号及び被測定物２からの出力信号は、ＦＦＴ処理を行うＦＦＴ処理部３、４にそれぞれ入力される。このＦＦＴ処理部３、４でＦＦＴ処理が行われることにより、入力信号及び出力信号の周波数スペクトルが算出される。この周波数スペクトルは伝達関数計算部５に入力される。
【０００６】
この伝達関数計算部５では、入力信号及び出力信号の周波数スペクトルを用いて、入力信号及び出力信号のパワースペクトル及びクロススペクトルを求める。さらに、クロススペクトルの平均値を入力信号のパワースペクトルの平均値で除算することにより伝達関数を算出する。この算出された伝達関数は遅延時間計算部６に送られる。
【０００７】
この遅延時間計算部６では、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）処理を行ってインパルス応答を求める。さらに、このインパルス応答のピーク値を検出し、このピーク値の存在する時間を被測定物の遅延時間として求めている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したように、従来の遅延時間測定方法において被測定物の遅延時間を測定する際には、被測定物に特定の測定用信号を入力しなければならない。
【０００９】
また、測定する遅延時間が高速フーリエ変換のポイント数より大きいときには、手動によって遅延補正を行う必要がある。
【００１０】
そこで、本発明は上述の実情に鑑み、特定の測定用信号を入力することなく、また、手動によって遅延補正を行う必要のない遅延時間測定方法及び遅延時間測定装置を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る遅延時間測定方法は、被測定物に入力する入力信号及び該被測定物からの出力信号を用いて被測定物の伝達特性を算出して上記入力信号に対する上記出力信号の遅延時間を求める遅延時間測定方法において、上記入力信号を遅延させる遅延時間を初期値に設定する入力信号遅延工程と、上記入力信号及び出力信号に高速フーリエ変換処理を施す高速フーリエ変換工程と、上記高速フーリエ変換工程からの入力信号及び出力信号のスペクトルを用いて入力信号及び出力信号の各パワースペクトルを算出し、また、上記入力信号及び出力信号の各スペクトルからクロススペクトルを算出して、複数の入力信号及び出力信号の各パワースペクトル及びクロススペクトルを用いて入力信号及び出力信号のパワースペクトルの平均値及びクロススペクトルの平均値を求めるスペクトル算出工程と、上記スペクトル算出工程からの入力信号及び出力信号のパワースペクトルの平均値及びクロススペクトルの平均値を用いて各周波数成分の伝達特性を算出する伝達特性算出工程と、上記スペクトル算出工程からの入力信号及び出力信号のパワースペクトルの平均値及びクロススペクトルの平均値を用いてコヒーレンスの値を計算するコヒーレンス算出工程と、上記コヒーレンス算出工程からのコヒーレンスの値が一定値以上であるときに、上記伝達特性算出工程からの伝達特性に逆高速フーリエ変換処理を施して被測定物のインパルス応答を求めるインパルス応答算出工程と、上記インパルス応答算出工程からのインパルス応答を用いて時間−エネルギ応答を求め、この時間−エネルギ応答のピーク値の存在する時間を検出するピーク値検出工程とから成り、上記ピーク値検出工程で検出されたピーク値の時間だけ上記入力信号を遅延させて上記高速フーリエ変換工程、上記スペクトル算出工程、上記伝達特性算出工程、及び上記コヒーレンス算出工程を行い、このコヒーレンス算出工程で算出されたコヒーレンスの値が一定値以上であるときに、上記ピーク値の時間を上記入力信号に対する上記出力信号の遅延時間とすることにより、上述の課題を解決する。
【００１２】
また、上記ピーク値検出工程においてピーク値の存在する時間が検出されないときには、上記入力信号を、上記高速フーリエ変換工程での高速フーリエ変換処理のポイント数の１／４だけさらに遅延させて上記高速フーリエ変換工程、上記スペクトル算出工程、上記伝達特性算出工程、上記コヒーレンス算出工程、上記インパルス応答算出工程、及び上記ピーク値検出工程を行なうことを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る遅延時間測定装置は、上述の課題を解決するために、被測定物に入力する入力信号及び該被測定物からの出力信号を用いて被測定物の伝達特性を算出して上記入力信号に対する上記出力信号の遅延時間を求める遅延時間測定装置において、上記入力信号及び出力信号に高速フーリエ変換処理を施す高速フーリエ変換手段と、上記高速フーリエ変換手段からの入力信号及び出力信号のスペクトルを用いて入力信号及び出力信号の各パワースペクトルを算出し、また、上記入力信号及び出力信号の各スペクトルからクロススペクトルを算出して、複数の入力信号及び出力信号の各パワースペクトル及びクロススペクトルを用いて入力信号及び出力信号のパワースペクトルの平均値及びクロススペクトルの平均値を求めるスペクトル算出手段と、上記スペクトル算出手段からの入力信号及び出力信号のパワースペクトルの平均値及びクロススペクトルの平均値を用いて各周波数成分の伝達特性を算出する伝達特性算出手段と、上記スペクトル算出手段からの入力信号及び出力信号のパワースペクトルの平均値及びクロススペクトルの平均値を用いてコヒーレンスの値を計算するコヒーレンス算出手段と、上記コヒーレンス算出手段からのコヒーレンスの値が一定値以上であるときに、上記伝達特性算出手段からの伝達特性に逆高速フーリエ変換処理を施して被測定物のインパルス応答を求めるインパルス応答算出手段と、上記インパルス応答算出手段からのインパルス応答を用いて時間−エネルギ応答を求め、この時間−エネルギ応答のピーク値の存在する時間を検出するピーク値検出手段とから成り、上記入力信号を初期値の遅延時間だけ遅延させて上記出力信号とともに上記高速フーリエ変換手段に供給し、上記ピーク値検出手段で検出されたピーク値の時間だけ上記入力信号を遅延させて上記出力信号とともに上記高速フーリエ変換手段に供給し、上記コヒーレンス算出手段からのコヒーレンスの値が一定値以上であるときに、上記ピーク値の時間を上記入力信号に対する上記出力信号の遅延時間とすることを特徴としている。
【００１５】
また、上記ピーク値検出手段においてピーク値の存在する時間が検出されないときには、上記入力信号を、上記高速フーリエ変換手段での高速フーリエ変換処理のポイント数の１／４だけさらに遅延させて、上記出力信号とともに上記高速フーリエ変換手段に供給することを特徴とする。
【００１７】
【作用】
本発明においては、入力信号及び出力信号に高速フーリエ変換処理を施して伝達特性及びコヒーレンスの値を計算し、上記コヒーレンスの値が一定値以上であるときに、上記伝達特性に逆高速フーリエ変換処理を施して被測定物のインパルス応答を求め、さらに、上記インパルス応答を用いて時間−エネルギ応答を求め、この時間−エネルギ応答のピーク値を検出して、このピーク値の存在する時間を上記入力信号の遅延時間とすることにより、被測定物の遅延時間を測定することができる。
【００１８】
また、上記ピーク値が検出されないときには、現在設定されている遅延時間を上記高速フーリエ変換処理のポイント数の１／４だけ遅延させた時間を上記入力信号の遅延時間とすることにより、被測定物の遅延時間を設定することができる。
【００１９】
また、上記ピーク値が検出されたときには、このピーク値の時間を上記入力信号の遅延時間として遅延時間の測定動作を終了し、また、上記ピーク値が検出されたときのコヒーレンスの値に基づいて判別した遅延時間の測定結果を表示することにより、測定した被測定物の遅延時間の信頼性を確認することができる。
また、上記遅延時間だけ遅延させた入力信号と上記出力信号とを高速フーリエ変換し、コヒーレンスの値に基づいて判別した遅延時間の測定結果を表示することができる。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明の好ましい実施例について、図面を参照しながら説明する。図１には、本発明に係る遅延時間測定方法の手順のフローチャートを示す。
【００２１】
ここで、伝達関数の測定に必要な信号のサンプル数は、後述する高速フーリエ変換（ＦＦＴ）のポイント数、及び後述するパワースペクトル及びクロススペクトルの平均する回数を用いて算出される。例えば、上記伝達関数の測定に必要なサンプル数をＳ、高速フーリエ変換のポイント数をＰ、平均する回数をＮとする場合には、上記伝達関数の測定に必要なサンプル数Ｓは以下の（１）式で表される。
【００２２】
Ｓ＝Ｐ×Ｎ ・・・（１）
具体的には、高速フーリエ変換のポイント数Ｐが２０４８、平均する回数Ｎが１０のときには、サンプル数Ｓは、
２０４８×１０＝２０４８０
の値となる。
【００２３】
この遅延時間測定方法では、被測定物への入力信号ｘ（ｔ）を入力ＩＮ１、被測定物からの出力信号ｙ（ｔ）をＩＮ２として取り込む。
【００２４】
ここで、入力ＩＮ２ の信号はそのまま先頭から取り出し、入力ＩＮ１ の信号としては、入力ＩＮ１ の信号をその補正分のデータの先頭から遅延させる遅延装置を通して遅延時間ｄだけ遅延させた信号データｘ（ｔ＋ｄ）を取り出す。
【００２５】
先ず、ステップＳ１で、最初の遅延時間ｄを０に設定し、また、この遅延時間測定方法による遅延時間の測定が終了したか否かを示す終了フラグをＯＦＦにする。次に、ステップＳ２で、上記設定した最初の遅延時間ｄ＝０を遅延装置からの入力ＩＮ１ の遅延時間に設定する。
【００２６】
この後、ステップＳ３で、入力ＩＮ１ 、ＩＮ２ の信号データ、例えば音声データを取り込んで、ステップＳ４で、入力ＩＮ１ 、ＩＮ２ の信号データにＦＦＴ処理を施して、各パワースペクトル及びクロススペクトルを計算する。
【００２７】
具体的には、先ず、入力ＩＮ１ 、ＩＮ２ の元の波形に時間窓を乗算した後にそれぞれＦＦＴ処理を行い、入力ＩＮ１ 、ＩＮ２ の周波数スペクトルを求める。
【００２８】
次に、例えば上記入力ＩＮ１ のスペクトルの複素データをＸ（ｋ）とするとき、この複素データＸ（ｋ）を複素共役変換して複素共役データＸ＊ （ ｋ）を求め、また、上記複素データＸ（ｋ）と上記複素共役データＸ＊ （ ｋ）とを乗算して入力ＩＮ１ のパワースペクトルＸ＊ （ ｋ）Ｘ（ｋ）を求める。同様にして、上記入力ＩＮ２ のスペクトルの複素データをＹ（ｋ）とするとき、この複素データＹ（ｋ）を複素共役変換して複素共役データＹ＊ （ ｋ）を求め、また、上記複素データＹ（ｋ）と上記複素共役データＹ＊ （ ｋ）とを乗算して入力ＩＮ２ のパワースペクトルＹ＊ （ ｋ）Ｙ（ｋ）を求める。さらに、入力ＩＮ１ のスペクトルの複素共役データＸ＊ （ ｋ）と入力ＩＮ２ のスペクトルの複素データＹ（ｋ）とを乗算して、クロススペクトルＸ＊ （ ｋ）Ｙ（ｋ）を求める。
【００２９】
このようにして、入力ＩＮ１ のパワースペクトルＸ＊ （ ｋ）Ｘ（ｋ）、入力ＩＮ２ のパワースペクトルＹ＊ （ ｋ）Ｙ（ｋ）、及びクロススペクトルＸ＊ （ ｋ）Ｙ（ｋ）をＮ個算出する。
【００３０】
この後、ステップＳ５で、各周波数ポイント毎に、入力ＩＮ１ のパワースペクトルＸ＊ （ ｋ）Ｘ（ｋ）、入力ＩＮ２ のパワースペクトルＹ＊ （ ｋ）Ｙ（ｋ）、及びクロススペクトルＸ＊ （ ｋ）Ｙ（ｋ）の算出を平均する回数、即ちＮ回分行ったか否かを判別する。
【００３１】
これにより、各周波数ポイント毎にＮ回行っていないと判別されるならばステップＳ４に戻り、入力ＩＮ１ のパワースペクトルＸ＊ （ ｋ）Ｘ（ｋ）、入力ＩＮ２ のパワースペクトルＹ＊ （ ｋ）Ｙ（ｋ）、及びクロススペクトルＸ＊ （ ｋ）Ｙ（ｋ）の算出を行う。
【００３２】
また、各周波数ポイント毎にＮ回行ったと判別されるならば、ステップＳ６に進んで、各周波数ポイント毎に伝達関数及びコヒーレンスを計算する。
【００３３】
具体的には、先ず、Ｎ個の入力ＩＮ１ のパワースペクトルＸ＊ （ ｋ）Ｘ（ｋ）、入力ＩＮ２ のパワースペクトルＹ＊ （ ｋ）Ｙ（ｋ）、及びクロススペクトルＸ＊ （ ｋ）Ｙ（ｋ）を用いて、入力ＩＮ１ のパワースペクトルの平均値Ｐ１ （ｋ）、入力ＩＮ２ のパワースペクトルの平均値Ｐ２ （ｋ）、及びクロススペクトルの平均値Ｃ（ｋ）を計算する。
【００３４】
ここで、上記入力ＩＮ１ のパワースペクトルの平均値Ｐ１ （ｋ）は（２）式で表され、入力ＩＮ２ のパワースペクトルの平均値Ｐ２ （ｋ）は（３）式で表され、クロススペクトルの平均値Ｃ（ｋ）は（４）式で表される。
【００３５】
【数１】
【００３６】
【数２】
【００３７】
【数３】
【００３８】
さらに、上記入力ＩＮ１ のパワースペクトルの平均値Ｐ１ （ｋ）及びクロススペクトルの平均値Ｃ（ｋ）を用いて、被測定物の伝達関数Ｈ（ｋ）を計算する。尚、振幅及び位相を含めた伝達関数Ｈ（ｋ）は以下の（５）式で表され、振幅のみの伝達関数Ｈ（ｋ）は以下の（６）式で表される。
【００３９】
【数４】
【００４０】
【数５】
【００４１】
また、上記入力ＩＮ１ のパワースペクトルの平均値Ｐ１ （ｋ）、入力ＩＮ２ のパワースペクトルの平均値Ｐ２ （ｋ）、クロススペクトルの平均値Ｃ（ｋ）、及び上記クロススペクトルの平均値Ｃ（ｋ）から求められる複素共役データＣ＊ （ ｋ）を用いて、互いに干渉する光波の性質である干渉性いわゆるコヒーレンスを求める。このコヒーレンスをｒとすると、コヒーレンスｒは以下の（７）式で表される。
【００４２】
【数６】
【００４３】
この後、ステップＳ８で、終了フラグがＯＮであるか否かを判別する。この終了フラグは、後述する処理によりＯＮにされる。
【００４４】
ここで、終了フラグがＯＮでないと判別されるならば、遅延時間の測定が終了していないので、ステップＳ１２に進む。
【００４５】
このステップＳ１２では、計算した各周波数ポイントのコヒーレンスの平均値を取り、その平均値が一定値に満たない場合には、再びステップＳ２に戻り、入力ＩＮ１ 、ＩＮ２ を取り込み、コヒーレンスの計算までの処理を繰り返す。
【００４６】
また、各周波数ポイントのコヒーレンスの平均値が一定値以上の場合には、ステップＳ１３に進んで、計算した伝達関数に逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）処理を施して、被測定物のインパルス応答ｈ（ｔ）を得る。さらに、インパルス応答ｈ（ｔ）の最初からＦＦＴ処理のポイント数の１／２までのデータについて、ピーク値を検出する。
【００４７】
この後、ステップＳ１４に進んで、時間−エネルギ特性の計算を行う。具体的には、インパルス応答ｈ（ｔ）のデータをデシベル（ｄＢ）に換算する。このとき、デシベル値をＤとすると、このデシベル値Ｄは以下の（８）式を用いて得られる。
【００４８】
Ｄ＝２０ｌｏｇ｜ｈ（ｔ）｜ ・・・（８）
さらに、ステップＳ１５で、ピーク値の存在する時間を検出する。ここで、上記デシベル換算した値が他の値に対して一番大きく、ある一定値以上、例えば−１０ｄＢ以上であり、かつ、他の値の合計値の平均に対して一定値以上、例えば４０ｄＢ以上の差をもつデータがピーク値とみなされる。このピーク値をＤＰｅａｋとすると、このピーク値ＤＰｅａｋは、以下の（９）式で表される。
【００４９】
ＤＰｅａｋ＝２０ｌｏｇ｜ｈ（ｔＰｅａｋ）｜ ・・・（９）
この後、ステップＳ１６で、ピーク値の存在する時間が検出されたか否かを判別する。これにより、ピーク値の存在する時間が検出されたと判別されるならば、ステップＳ１７に進んで、上記検出されたピーク値の時間を被測定物の遅延時間とする。また、終了フラグをＯＮにする。そして、ステップＳ２に戻って上記測定された遅延時間を入力ＩＮ１ の遅延装置からの遅延時間ｄに設定して、入力ＩＮ１ 、ＩＮ２ を取り込み、ステップＳ７の伝達関数及びコヒーレンスの計算までの処理を行う。
【００５０】
一方、ステップＳ１５で、得られたデータがピークであるための条件を満たさなかった場合には、ステップＳ１６の判別においてピーク値の存在する時間が検出されなかったと判別される。
【００５１】
従って、ステップＳ１８に進み、上記検出されたピーク値の絶対値が、今までに得られた過去のピーク値の最大値であるか否かを判別する。この判別により、上記ピーク値の絶対値が最大値であると判別されるならば、ステップＳ１９に進んで上記ピーク値及びこのピーク値の時間を記憶し、さらにステップＳ２０に進む。また、上記ピーク値の絶対値が最大値でないと判別されるならば、そのままステップＳ２０に進む。
【００５２】
ステップＳ２０では、現在の遅延装置の遅延時間ｄと上記記憶された最大値の時間とを比較する。この比較により、遅延時間ｄのほうが大きいとされるならば、ステップＳ２２に進んで、現在の遅延時間ｄにＦＦＴ処理におけるポイント数の１／４を加算してステップＳ２に戻り、上記現在の遅延時間ｄにＦＦＴ処理におけるポイント数の１／４を加算した値を遅延装置の遅延時間ｄに設定して、入力ＩＮ１ 、ＩＮ２ を取り込み、ステップＳ７の伝達関数及びコヒーレンスの計算までの処理を行う。
【００５３】
このようにして、ピーク値が検出されるまでＦＦＴ処理のポイント数の１／４ずつ遅延装置の遅延時間ｄの値を遅延させていき、入力ＩＮ１ 、ＩＮ２ の取り込みからインパルス応答の計算までの処理を行う。
【００５４】
この後、ステップＳ２０の比較において、上記最大値の時間のほうが大きいとされたならばステップＳ２１に進んで、ステップＳ１９で記憶したピーク値を遅延時間に設定し、終了フラグをＯＮにする。そして、ステップＳ２に戻り、上記遅延時間を入力ＩＮ１ の遅延装置からの遅延時間ｄに設定して、入力ＩＮ１ 、ＩＮ２ を取り込み、ステップＳ７の伝達関数及びコヒーレンスの計算までの操作を行う。
【００５５】
尚、測定限界までピーク値が検出されなかった場合には、終了フラグをＯＮにし、それまでに検出されたピーク値の中で一番大きい値のピーク値の時間を遅延装置の入力ＩＮ１ の遅延時間ｄとして設定し、再び入力ＩＮ１ 、ＩＮ２ の取り込みからインパルス応答の計算までの処理を行う。
【００５６】
このようにして遅延時間の測定を行っていき、ステップＳ８において終了フラグがＯＮであると判別されるときには、ステップＳ９に進んで、各周波数ポイントのコヒーレンスの平均値が一定値以上であるか否かを確認する。
【００５７】
この判別により、コヒーレンスの平均値が一定値以上であると確認されるときには、ステップＳ１０において、現在、遅延装置に設定されている入力ＩＮ１ の遅延時間ｄを測定結果とし、表示装置上に上記遅延時間ｄを表示して遅延時間の測定処理を終了する。また、コヒーレンスの平均値が一定値未満であると確認されるときには、ステップＳ１１において、表示装置上に警告（Ｗａｒｎｉｎｎｇ）を表示して遅延時間の測定処理を終了する。
【００５８】
次に、具体的に、ＦＦＴのポイント数が２０４８、平均する回数が１０回、サンプリング周波数ＦＳが４４．１ｋＨｚ、入力信号として音楽信号を使用して測定したときの各計算値等を図２〜図９までのグラフに示す。
【００５９】
先ず、図２は、遅延時間ｄが０のときに、１０回分平均して得られた入力信号ｘ（ｔ＋ｄ）、即ち入力ＩＮ１ のパワースペクトルの平均値Ｐ１（ｋ）を示すグラフであり、図３は、出力信号ｙ（ｔ）である入力ＩＮ２ のパワースペクトルの平均値Ｐ２（ｋ）を示すグラフである。
【００６０】
また、図４は、上記入力ＩＮ１ のパワースペクトルの平均値Ｐ１（ｋ）とクロススペクトルの平均値Ｃ（ｋ）とから得られた伝達特性Ｈ（ｋ）の振幅特性を示すグラフであり、図５は、上記入力ＩＮ１ のパワースペクトルの平均値Ｐ１（ｋ）、上記入力ＩＮ２ のパワースペクトルの平均値Ｐ２（ｋ）及び上記クロススペクトルの平均値Ｃ（ｋ）から得られたコヒーレンスを示すグラフである。このコヒーレンスは、高い周波数において低くなっている。
【００６１】
また、図６は、上記伝達関数Ｈ（ｋ）に逆ＦＦＴ処理を施して得られたインパルス応答ｈ（ｔ）を示すグラフであり、図７は、上記インパルス応答ｈ（ｔ）をデシベル換算して得られた時間−エネルギ曲線を示すグラフである。この図６及び図７のグラフにおいて、８１サンプル目のデータ、即ちａで示される１．８４ｍｓのところに一番大きな値がある。この値は、ある一定値、例えば−１０ｄＢ以上のレベルであって、かつ、他の値の合計値の平均に対して一定値、例えば４０ｄＢ以上の差があるので、ピーク値とされ、この８１サンプル目の時間を遅延時間ｄに設定して、再び入力ＩＮ１ 、ＩＮ２ を取り込むことになる。
【００６２】
ここで、もし、８１サンプル目のデータが、−１０ｄＢ以上のレベルではない場合、あるいは、他の値の合計値の平均に対して４０ｄＢ以上の差がない場合には、この８１サンプル目のデータとサンプル数８１を記憶し、高速フーリエ変換のポイント数２０４８の１／４、即ち５１２を現在の遅延時間ｄに加算して、再び入力ＩＮ１ 、ＩＮ２ を取り込む。
【００６３】
また、図８は、図７においてピーク値であると判別された８１サンプル目のデータを遅延装置の遅延時間ｄとしたときの振幅特性を示すグラフであり、図９は、８１サンプル目のデータを遅延時間ｄとしたときのコヒーレンスを示すグラフである。図９に示すコヒーレンスは、図５に示すコヒーレンスと比較して、高周波数において良くなっている。このとき、上記コヒーレンスが、ある一定値、例えば０．８以上であるならば、そのときの遅延時間ｄの値である８１サンプル目のデータを遅延時間とみなす。
【００６４】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明に係る遅延時間測定方法は、入力信号及び出力信号に高速フーリエ変換処理を施す高速フーリエ変換工程と、上記高速フーリエ変換工程からの入力信号及び出力信号のスペクトルを用いて入力信号及び出力信号の各パワースペクトルを算出し、また、上記入力信号及び出力信号の各スペクトルからクロススペクトルを算出して、複数の入力信号及び出力信号の各パワースペクトル及びクロススペクトルを用いて入力信号及び出力信号のパワースペクトルの平均値及びクロススペクトルの平均値を求めるスペクトル算出工程と、上記スペクトル算出工程からの入力信号のパワースペクトルの平均値及びクロススペクトルの平均値を用いて各周波数成分の伝達特性を算出する伝達特性算出工程と、上記スペクトル算出工程からの入力信号及び出力信号のパワースペクトルの平均値及びクロススペクトルの平均値を用いてコヒーレンスの値を計算するコヒーレンス算出工程と、上記コヒーレンス算出工程からのコヒーレンスの値が一定値以上であるときに、上記伝達特性算出工程からの伝達特性に逆高速フーリエ変換処理を施して被測定物のインパルス応答を求めるインパルス応答算出工程と、上記インパルス応答算出工程からのインパルス応答を用いて時間−エネルギ応答を求め、この時間−エネルギ応答のピーク値を検出するピーク値検出工程とから成り、上記ピーク値検出工程で検出されたピーク値の時間を上記入力信号の遅延時間とすることにより、特定の測定用信号を用いないで、被測定物の遅延時間を測定することができる。また、測定する遅延時間が高速フーリエ変換のポイント数より大きいときにも、手動によって遅延補正を行う必要がなくなる。
【００６５】
また、上記ピーク値検出工程においてピーク値が検出されないときには、現在設定されている遅延時間を上記高速フーリエ変換工程での高速フーリエ変換処理のポイント数の１／４だけ遅延させた時間を上記入力信号の遅延時間とすることにより、被測定物の遅延時間を設定することができる。
【００６６】
また、上記ピーク値検出工程においてピーク値が検出されたときには、上記検出されたピーク値の時間を上記入力信号の遅延時間として遅延時間の測定を終了し、また、上記ピーク値が検出されたときの上記コヒーレンス算出工程からのコヒーレンスの値に基づいて判別した遅延時間の測定結果を表示することにより、測定した被測定物の遅延時間の信頼性を確認することができる。
また、上記遅延時間だけ遅延させた入力信号と上記出力信号とを高速フーリエ変換し、コヒーレンスの値に基づいて判別した遅延時間の測定結果を表示することにより、測定した被測定物の遅延時間の信頼性を確認することができる。
【００６７】
また、本発明に係る遅延時間測定装置は、入力信号及び出力信号に高速フーリエ変換処理を施す高速フーリエ変換手段と、上記高速フーリエ変換手段からの入力信号及び出力信号のスペクトルを用いて入力信号及び出力信号の各パワースペクトルを算出し、また、上記入力信号及び出力信号の各スペクトルからクロススペクトルを算出して、複数の入力信号及び出力信号の各パワースペクトル及びクロススペクトルを用いて入力信号及び出力信号のパワースペクトルの平均値及びクロススペクトルの平均値を求めるスペクトル算出手段と、上記スペクトル算出手段からの入力信号のパワースペクトルの平均値及びクロススペクトルの平均値を用いて各周波数成分の伝達特性を算出する伝達特性算出手段と、上記スペクトル算出手段からの入力信号及び出力信号のパワースペクトルの平均値及びクロススペクトルの平均値を用いてコヒーレンスの値を計算するコヒーレンス算出手段と、上記コヒーレンス算出手段からのコヒーレンスの値が一定値以上であるときに、上記伝達特性算出手段からの伝達特性に逆高速フーリエ変換処理を施して被測定物のインパルス応答を求めるインパルス応答算出手段と、上記インパルス応答算出手段からのインパルス応答を用いて時間−エネルギ応答を求め、この時間−エネルギ応答のピーク値を検出するピーク値検出手段とから成り、上記ピーク値検出手段で検出されたピーク値の時間を上記入力信号の遅延時間とすることにより、特定の測定用信号を用いないで、被測定物の遅延時間を測定することができる。また、測定する遅延時間が高速フーリエ変換のポイント数より大きいときにも、手動によって遅延補正を行う必要がなくなる。
【００６８】
また、上記ピーク値検出手段においてピーク値が検出されないときには、現在設定されている遅延時間を上記高速フーリエ変換手段での高速フーリエ変換処理のポイント数の１／４だけ遅延させた時間を上記入力信号の遅延時間とすることにより、被測定物の遅延時間を設定することができる。
【００６９】
また、上記ピーク値検出手段においてピーク値が検出されたときには、上記検出されたピーク値の時間を上記入力信号の遅延時間として遅延時間の測定を終了し、また、上記ピーク値が検出されたときの上記コヒーレンス算出手段からのコヒーレンスの値に基づいて判別した遅延時間の測定結果を表示することにより、測定した被測定物の遅延時間の信頼性を確認することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る遅延時間測定方法の手順のフローチャートである。
【図２】入力信号のパワースペクトルの平均値Ｐ１（ｋ）を示す図である。
【図３】出力信号のパワースペクトルの平均値Ｐ２（ｋ）を示す図である。
【図４】伝達特性Ｈ（ｋ）の振幅特性を示す図である。
【図５】図４の伝達特性Ｈ（ｋ）におけるコヒーレンスを示す図である。
【図６】インパルス応答ｈ（ｔ）を示す図である。
【図７】時間−エネルギ曲線を示す図である。
【図８】８１サンプル目のデータを遅延時間としたときの伝達特性Ｈ（ｋ）の振幅特性を示す図である。
【図９】図８の伝達特性Ｈ（ｋ）におけるコヒーレンスを示す図である。
【図１０】従来の遅延時間測定装置の概略的な構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 測定用信号出力部
２ 被測定物
３、４ ＦＦＴ処理部
５ 伝達関数計算部
６ 遅延時間計算部
【産業上の利用分野】
本発明は、被測定物に供給する入力信号と上記被測定物から出力される出力信号とから被測定物の伝達関数を算出して被測定物の遅延時間を測定する遅延時間測定方法及び遅延時間測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、被測定物の遅延時間を求めるために、遅延装置からの特定の測定用信号を入力信号として用いている。
【０００３】
ここで、被測定物の遅延時間測定装置の概略的な構成を図１０に示す。
【０００４】
図１０の測定用信号出力部１からは、被測定物の入力信号として、インパルス信号あるいはホワイトやピンク等のノイズ信号が出力される。この入力信号は被測定物２に供給される。また、上記入力信号が被測定物２を介して出力される出力信号は、出力端子７から出力される。
【０００５】
上記被測定物２への入力信号及び被測定物２からの出力信号は、ＦＦＴ処理を行うＦＦＴ処理部３、４にそれぞれ入力される。このＦＦＴ処理部３、４でＦＦＴ処理が行われることにより、入力信号及び出力信号の周波数スペクトルが算出される。この周波数スペクトルは伝達関数計算部５に入力される。
【０００６】
この伝達関数計算部５では、入力信号及び出力信号の周波数スペクトルを用いて、入力信号及び出力信号のパワースペクトル及びクロススペクトルを求める。さらに、クロススペクトルの平均値を入力信号のパワースペクトルの平均値で除算することにより伝達関数を算出する。この算出された伝達関数は遅延時間計算部６に送られる。
【０００７】
この遅延時間計算部６では、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）処理を行ってインパルス応答を求める。さらに、このインパルス応答のピーク値を検出し、このピーク値の存在する時間を被測定物の遅延時間として求めている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したように、従来の遅延時間測定方法において被測定物の遅延時間を測定する際には、被測定物に特定の測定用信号を入力しなければならない。
【０００９】
また、測定する遅延時間が高速フーリエ変換のポイント数より大きいときには、手動によって遅延補正を行う必要がある。
【００１０】
そこで、本発明は上述の実情に鑑み、特定の測定用信号を入力することなく、また、手動によって遅延補正を行う必要のない遅延時間測定方法及び遅延時間測定装置を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る遅延時間測定方法は、被測定物に入力する入力信号及び該被測定物からの出力信号を用いて被測定物の伝達特性を算出して上記入力信号に対する上記出力信号の遅延時間を求める遅延時間測定方法において、上記入力信号を遅延させる遅延時間を初期値に設定する入力信号遅延工程と、上記入力信号及び出力信号に高速フーリエ変換処理を施す高速フーリエ変換工程と、上記高速フーリエ変換工程からの入力信号及び出力信号のスペクトルを用いて入力信号及び出力信号の各パワースペクトルを算出し、また、上記入力信号及び出力信号の各スペクトルからクロススペクトルを算出して、複数の入力信号及び出力信号の各パワースペクトル及びクロススペクトルを用いて入力信号及び出力信号のパワースペクトルの平均値及びクロススペクトルの平均値を求めるスペクトル算出工程と、上記スペクトル算出工程からの入力信号及び出力信号のパワースペクトルの平均値及びクロススペクトルの平均値を用いて各周波数成分の伝達特性を算出する伝達特性算出工程と、上記スペクトル算出工程からの入力信号及び出力信号のパワースペクトルの平均値及びクロススペクトルの平均値を用いてコヒーレンスの値を計算するコヒーレンス算出工程と、上記コヒーレンス算出工程からのコヒーレンスの値が一定値以上であるときに、上記伝達特性算出工程からの伝達特性に逆高速フーリエ変換処理を施して被測定物のインパルス応答を求めるインパルス応答算出工程と、上記インパルス応答算出工程からのインパルス応答を用いて時間−エネルギ応答を求め、この時間−エネルギ応答のピーク値の存在する時間を検出するピーク値検出工程とから成り、上記ピーク値検出工程で検出されたピーク値の時間だけ上記入力信号を遅延させて上記高速フーリエ変換工程、上記スペクトル算出工程、上記伝達特性算出工程、及び上記コヒーレンス算出工程を行い、このコヒーレンス算出工程で算出されたコヒーレンスの値が一定値以上であるときに、上記ピーク値の時間を上記入力信号に対する上記出力信号の遅延時間とすることにより、上述の課題を解決する。
【００１２】
また、上記ピーク値検出工程においてピーク値の存在する時間が検出されないときには、上記入力信号を、上記高速フーリエ変換工程での高速フーリエ変換処理のポイント数の１／４だけさらに遅延させて上記高速フーリエ変換工程、上記スペクトル算出工程、上記伝達特性算出工程、上記コヒーレンス算出工程、上記インパルス応答算出工程、及び上記ピーク値検出工程を行なうことを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る遅延時間測定装置は、上述の課題を解決するために、被測定物に入力する入力信号及び該被測定物からの出力信号を用いて被測定物の伝達特性を算出して上記入力信号に対する上記出力信号の遅延時間を求める遅延時間測定装置において、上記入力信号及び出力信号に高速フーリエ変換処理を施す高速フーリエ変換手段と、上記高速フーリエ変換手段からの入力信号及び出力信号のスペクトルを用いて入力信号及び出力信号の各パワースペクトルを算出し、また、上記入力信号及び出力信号の各スペクトルからクロススペクトルを算出して、複数の入力信号及び出力信号の各パワースペクトル及びクロススペクトルを用いて入力信号及び出力信号のパワースペクトルの平均値及びクロススペクトルの平均値を求めるスペクトル算出手段と、上記スペクトル算出手段からの入力信号及び出力信号のパワースペクトルの平均値及びクロススペクトルの平均値を用いて各周波数成分の伝達特性を算出する伝達特性算出手段と、上記スペクトル算出手段からの入力信号及び出力信号のパワースペクトルの平均値及びクロススペクトルの平均値を用いてコヒーレンスの値を計算するコヒーレンス算出手段と、上記コヒーレンス算出手段からのコヒーレンスの値が一定値以上であるときに、上記伝達特性算出手段からの伝達特性に逆高速フーリエ変換処理を施して被測定物のインパルス応答を求めるインパルス応答算出手段と、上記インパルス応答算出手段からのインパルス応答を用いて時間−エネルギ応答を求め、この時間−エネルギ応答のピーク値の存在する時間を検出するピーク値検出手段とから成り、上記入力信号を初期値の遅延時間だけ遅延させて上記出力信号とともに上記高速フーリエ変換手段に供給し、上記ピーク値検出手段で検出されたピーク値の時間だけ上記入力信号を遅延させて上記出力信号とともに上記高速フーリエ変換手段に供給し、上記コヒーレンス算出手段からのコヒーレンスの値が一定値以上であるときに、上記ピーク値の時間を上記入力信号に対する上記出力信号の遅延時間とすることを特徴としている。
【００１５】
また、上記ピーク値検出手段においてピーク値の存在する時間が検出されないときには、上記入力信号を、上記高速フーリエ変換手段での高速フーリエ変換処理のポイント数の１／４だけさらに遅延させて、上記出力信号とともに上記高速フーリエ変換手段に供給することを特徴とする。
【００１７】
【作用】
本発明においては、入力信号及び出力信号に高速フーリエ変換処理を施して伝達特性及びコヒーレンスの値を計算し、上記コヒーレンスの値が一定値以上であるときに、上記伝達特性に逆高速フーリエ変換処理を施して被測定物のインパルス応答を求め、さらに、上記インパルス応答を用いて時間−エネルギ応答を求め、この時間−エネルギ応答のピーク値を検出して、このピーク値の存在する時間を上記入力信号の遅延時間とすることにより、被測定物の遅延時間を測定することができる。
【００１８】
また、上記ピーク値が検出されないときには、現在設定されている遅延時間を上記高速フーリエ変換処理のポイント数の１／４だけ遅延させた時間を上記入力信号の遅延時間とすることにより、被測定物の遅延時間を設定することができる。
【００１９】
また、上記ピーク値が検出されたときには、このピーク値の時間を上記入力信号の遅延時間として遅延時間の測定動作を終了し、また、上記ピーク値が検出されたときのコヒーレンスの値に基づいて判別した遅延時間の測定結果を表示することにより、測定した被測定物の遅延時間の信頼性を確認することができる。
また、上記遅延時間だけ遅延させた入力信号と上記出力信号とを高速フーリエ変換し、コヒーレンスの値に基づいて判別した遅延時間の測定結果を表示することができる。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明の好ましい実施例について、図面を参照しながら説明する。図１には、本発明に係る遅延時間測定方法の手順のフローチャートを示す。
【００２１】
ここで、伝達関数の測定に必要な信号のサンプル数は、後述する高速フーリエ変換（ＦＦＴ）のポイント数、及び後述するパワースペクトル及びクロススペクトルの平均する回数を用いて算出される。例えば、上記伝達関数の測定に必要なサンプル数をＳ、高速フーリエ変換のポイント数をＰ、平均する回数をＮとする場合には、上記伝達関数の測定に必要なサンプル数Ｓは以下の（１）式で表される。
【００２２】
Ｓ＝Ｐ×Ｎ ・・・（１）
具体的には、高速フーリエ変換のポイント数Ｐが２０４８、平均する回数Ｎが１０のときには、サンプル数Ｓは、
２０４８×１０＝２０４８０
の値となる。
【００２３】
この遅延時間測定方法では、被測定物への入力信号ｘ（ｔ）を入力ＩＮ１、被測定物からの出力信号ｙ（ｔ）をＩＮ２として取り込む。
【００２４】
ここで、入力ＩＮ２ の信号はそのまま先頭から取り出し、入力ＩＮ１ の信号としては、入力ＩＮ１ の信号をその補正分のデータの先頭から遅延させる遅延装置を通して遅延時間ｄだけ遅延させた信号データｘ（ｔ＋ｄ）を取り出す。
【００２５】
先ず、ステップＳ１で、最初の遅延時間ｄを０に設定し、また、この遅延時間測定方法による遅延時間の測定が終了したか否かを示す終了フラグをＯＦＦにする。次に、ステップＳ２で、上記設定した最初の遅延時間ｄ＝０を遅延装置からの入力ＩＮ１ の遅延時間に設定する。
【００２６】
この後、ステップＳ３で、入力ＩＮ１ 、ＩＮ２ の信号データ、例えば音声データを取り込んで、ステップＳ４で、入力ＩＮ１ 、ＩＮ２ の信号データにＦＦＴ処理を施して、各パワースペクトル及びクロススペクトルを計算する。
【００２７】
具体的には、先ず、入力ＩＮ１ 、ＩＮ２ の元の波形に時間窓を乗算した後にそれぞれＦＦＴ処理を行い、入力ＩＮ１ 、ＩＮ２ の周波数スペクトルを求める。
【００２８】
次に、例えば上記入力ＩＮ１ のスペクトルの複素データをＸ（ｋ）とするとき、この複素データＸ（ｋ）を複素共役変換して複素共役データＸ＊ （ ｋ）を求め、また、上記複素データＸ（ｋ）と上記複素共役データＸ＊ （ ｋ）とを乗算して入力ＩＮ１ のパワースペクトルＸ＊ （ ｋ）Ｘ（ｋ）を求める。同様にして、上記入力ＩＮ２ のスペクトルの複素データをＹ（ｋ）とするとき、この複素データＹ（ｋ）を複素共役変換して複素共役データＹ＊ （ ｋ）を求め、また、上記複素データＹ（ｋ）と上記複素共役データＹ＊ （ ｋ）とを乗算して入力ＩＮ２ のパワースペクトルＹ＊ （ ｋ）Ｙ（ｋ）を求める。さらに、入力ＩＮ１ のスペクトルの複素共役データＸ＊ （ ｋ）と入力ＩＮ２ のスペクトルの複素データＹ（ｋ）とを乗算して、クロススペクトルＸ＊ （ ｋ）Ｙ（ｋ）を求める。
【００２９】
このようにして、入力ＩＮ１ のパワースペクトルＸ＊ （ ｋ）Ｘ（ｋ）、入力ＩＮ２ のパワースペクトルＹ＊ （ ｋ）Ｙ（ｋ）、及びクロススペクトルＸ＊ （ ｋ）Ｙ（ｋ）をＮ個算出する。
【００３０】
この後、ステップＳ５で、各周波数ポイント毎に、入力ＩＮ１ のパワースペクトルＸ＊ （ ｋ）Ｘ（ｋ）、入力ＩＮ２ のパワースペクトルＹ＊ （ ｋ）Ｙ（ｋ）、及びクロススペクトルＸ＊ （ ｋ）Ｙ（ｋ）の算出を平均する回数、即ちＮ回分行ったか否かを判別する。
【００３１】
これにより、各周波数ポイント毎にＮ回行っていないと判別されるならばステップＳ４に戻り、入力ＩＮ１ のパワースペクトルＸ＊ （ ｋ）Ｘ（ｋ）、入力ＩＮ２ のパワースペクトルＹ＊ （ ｋ）Ｙ（ｋ）、及びクロススペクトルＸ＊ （ ｋ）Ｙ（ｋ）の算出を行う。
【００３２】
また、各周波数ポイント毎にＮ回行ったと判別されるならば、ステップＳ６に進んで、各周波数ポイント毎に伝達関数及びコヒーレンスを計算する。
【００３３】
具体的には、先ず、Ｎ個の入力ＩＮ１ のパワースペクトルＸ＊ （ ｋ）Ｘ（ｋ）、入力ＩＮ２ のパワースペクトルＹ＊ （ ｋ）Ｙ（ｋ）、及びクロススペクトルＸ＊ （ ｋ）Ｙ（ｋ）を用いて、入力ＩＮ１ のパワースペクトルの平均値Ｐ１ （ｋ）、入力ＩＮ２ のパワースペクトルの平均値Ｐ２ （ｋ）、及びクロススペクトルの平均値Ｃ（ｋ）を計算する。
【００３４】
ここで、上記入力ＩＮ１ のパワースペクトルの平均値Ｐ１ （ｋ）は（２）式で表され、入力ＩＮ２ のパワースペクトルの平均値Ｐ２ （ｋ）は（３）式で表され、クロススペクトルの平均値Ｃ（ｋ）は（４）式で表される。
【００３５】
【数１】
【数２】
【数３】
さらに、上記入力ＩＮ１ のパワースペクトルの平均値Ｐ１ （ｋ）及びクロススペクトルの平均値Ｃ（ｋ）を用いて、被測定物の伝達関数Ｈ（ｋ）を計算する。尚、振幅及び位相を含めた伝達関数Ｈ（ｋ）は以下の（５）式で表され、振幅のみの伝達関数Ｈ（ｋ）は以下の（６）式で表される。
【００３９】
【数４】
【数５】
また、上記入力ＩＮ１ のパワースペクトルの平均値Ｐ１ （ｋ）、入力ＩＮ２ のパワースペクトルの平均値Ｐ２ （ｋ）、クロススペクトルの平均値Ｃ（ｋ）、及び上記クロススペクトルの平均値Ｃ（ｋ）から求められる複素共役データＣ＊ （ ｋ）を用いて、互いに干渉する光波の性質である干渉性いわゆるコヒーレンスを求める。このコヒーレンスをｒとすると、コヒーレンスｒは以下の（７）式で表される。
【００４２】
【数６】
この後、ステップＳ８で、終了フラグがＯＮであるか否かを判別する。この終了フラグは、後述する処理によりＯＮにされる。
【００４４】
ここで、終了フラグがＯＮでないと判別されるならば、遅延時間の測定が終了していないので、ステップＳ１２に進む。
【００４５】
このステップＳ１２では、計算した各周波数ポイントのコヒーレンスの平均値を取り、その平均値が一定値に満たない場合には、再びステップＳ２に戻り、入力ＩＮ１ 、ＩＮ２ を取り込み、コヒーレンスの計算までの処理を繰り返す。
【００４６】
また、各周波数ポイントのコヒーレンスの平均値が一定値以上の場合には、ステップＳ１３に進んで、計算した伝達関数に逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）処理を施して、被測定物のインパルス応答ｈ（ｔ）を得る。さらに、インパルス応答ｈ（ｔ）の最初からＦＦＴ処理のポイント数の１／２までのデータについて、ピーク値を検出する。
【００４７】
この後、ステップＳ１４に進んで、時間−エネルギ特性の計算を行う。具体的には、インパルス応答ｈ（ｔ）のデータをデシベル（ｄＢ）に換算する。このとき、デシベル値をＤとすると、このデシベル値Ｄは以下の（８）式を用いて得られる。
【００４８】
Ｄ＝２０ｌｏｇ｜ｈ（ｔ）｜ ・・・（８）
さらに、ステップＳ１５で、ピーク値の存在する時間を検出する。ここで、上記デシベル換算した値が他の値に対して一番大きく、ある一定値以上、例えば−１０ｄＢ以上であり、かつ、他の値の合計値の平均に対して一定値以上、例えば４０ｄＢ以上の差をもつデータがピーク値とみなされる。このピーク値をＤＰｅａｋとすると、このピーク値ＤＰｅａｋは、以下の（９）式で表される。
【００４９】
ＤＰｅａｋ＝２０ｌｏｇ｜ｈ（ｔＰｅａｋ）｜ ・・・（９）
この後、ステップＳ１６で、ピーク値の存在する時間が検出されたか否かを判別する。これにより、ピーク値の存在する時間が検出されたと判別されるならば、ステップＳ１７に進んで、上記検出されたピーク値の時間を被測定物の遅延時間とする。また、終了フラグをＯＮにする。そして、ステップＳ２に戻って上記測定された遅延時間を入力ＩＮ１ の遅延装置からの遅延時間ｄに設定して、入力ＩＮ１ 、ＩＮ２ を取り込み、ステップＳ７の伝達関数及びコヒーレンスの計算までの処理を行う。
【００５０】
一方、ステップＳ１５で、得られたデータがピークであるための条件を満たさなかった場合には、ステップＳ１６の判別においてピーク値の存在する時間が検出されなかったと判別される。
【００５１】
従って、ステップＳ１８に進み、上記検出されたピーク値の絶対値が、今までに得られた過去のピーク値の最大値であるか否かを判別する。この判別により、上記ピーク値の絶対値が最大値であると判別されるならば、ステップＳ１９に進んで上記ピーク値及びこのピーク値の時間を記憶し、さらにステップＳ２０に進む。また、上記ピーク値の絶対値が最大値でないと判別されるならば、そのままステップＳ２０に進む。
【００５２】
ステップＳ２０では、現在の遅延装置の遅延時間ｄと上記記憶された最大値の時間とを比較する。この比較により、遅延時間ｄのほうが大きいとされるならば、ステップＳ２２に進んで、現在の遅延時間ｄにＦＦＴ処理におけるポイント数の１／４を加算してステップＳ２に戻り、上記現在の遅延時間ｄにＦＦＴ処理におけるポイント数の１／４を加算した値を遅延装置の遅延時間ｄに設定して、入力ＩＮ１ 、ＩＮ２ を取り込み、ステップＳ７の伝達関数及びコヒーレンスの計算までの処理を行う。
【００５３】
このようにして、ピーク値が検出されるまでＦＦＴ処理のポイント数の１／４ずつ遅延装置の遅延時間ｄの値を遅延させていき、入力ＩＮ１ 、ＩＮ２ の取り込みからインパルス応答の計算までの処理を行う。
【００５４】
この後、ステップＳ２０の比較において、上記最大値の時間のほうが大きいとされたならばステップＳ２１に進んで、ステップＳ１９で記憶したピーク値を遅延時間に設定し、終了フラグをＯＮにする。そして、ステップＳ２に戻り、上記遅延時間を入力ＩＮ１ の遅延装置からの遅延時間ｄに設定して、入力ＩＮ１ 、ＩＮ２ を取り込み、ステップＳ７の伝達関数及びコヒーレンスの計算までの操作を行う。
【００５５】
尚、測定限界までピーク値が検出されなかった場合には、終了フラグをＯＮにし、それまでに検出されたピーク値の中で一番大きい値のピーク値の時間を遅延装置の入力ＩＮ１ の遅延時間ｄとして設定し、再び入力ＩＮ１ 、ＩＮ２ の取り込みからインパルス応答の計算までの処理を行う。
【００５６】
このようにして遅延時間の測定を行っていき、ステップＳ８において終了フラグがＯＮであると判別されるときには、ステップＳ９に進んで、各周波数ポイントのコヒーレンスの平均値が一定値以上であるか否かを確認する。
【００５７】
この判別により、コヒーレンスの平均値が一定値以上であると確認されるときには、ステップＳ１０において、現在、遅延装置に設定されている入力ＩＮ１ の遅延時間ｄを測定結果とし、表示装置上に上記遅延時間ｄを表示して遅延時間の測定処理を終了する。また、コヒーレンスの平均値が一定値未満であると確認されるときには、ステップＳ１１において、表示装置上に警告（Ｗａｒｎｉｎｎｇ）を表示して遅延時間の測定処理を終了する。
【００５８】
次に、具体的に、ＦＦＴのポイント数が２０４８、平均する回数が１０回、サンプリング周波数ＦＳが４４．１ｋＨｚ、入力信号として音楽信号を使用して測定したときの各計算値等を図２〜図９までのグラフに示す。
【００５９】
先ず、図２は、遅延時間ｄが０のときに、１０回分平均して得られた入力信号ｘ（ｔ＋ｄ）、即ち入力ＩＮ１ のパワースペクトルの平均値Ｐ１（ｋ）を示すグラフであり、図３は、出力信号ｙ（ｔ）である入力ＩＮ２ のパワースペクトルの平均値Ｐ２（ｋ）を示すグラフである。
【００６０】
また、図４は、上記入力ＩＮ１ のパワースペクトルの平均値Ｐ１（ｋ）とクロススペクトルの平均値Ｃ（ｋ）とから得られた伝達特性Ｈ（ｋ）の振幅特性を示すグラフであり、図５は、上記入力ＩＮ１ のパワースペクトルの平均値Ｐ１（ｋ）、上記入力ＩＮ２ のパワースペクトルの平均値Ｐ２（ｋ）及び上記クロススペクトルの平均値Ｃ（ｋ）から得られたコヒーレンスを示すグラフである。このコヒーレンスは、高い周波数において低くなっている。
【００６１】
また、図６は、上記伝達関数Ｈ（ｋ）に逆ＦＦＴ処理を施して得られたインパルス応答ｈ（ｔ）を示すグラフであり、図７は、上記インパルス応答ｈ（ｔ）をデシベル換算して得られた時間−エネルギ曲線を示すグラフである。この図６及び図７のグラフにおいて、８１サンプル目のデータ、即ちａで示される１．８４ｍｓのところに一番大きな値がある。この値は、ある一定値、例えば−１０ｄＢ以上のレベルであって、かつ、他の値の合計値の平均に対して一定値、例えば４０ｄＢ以上の差があるので、ピーク値とされ、この８１サンプル目の時間を遅延時間ｄに設定して、再び入力ＩＮ１ 、ＩＮ２ を取り込むことになる。
【００６２】
ここで、もし、８１サンプル目のデータが、−１０ｄＢ以上のレベルではない場合、あるいは、他の値の合計値の平均に対して４０ｄＢ以上の差がない場合には、この８１サンプル目のデータとサンプル数８１を記憶し、高速フーリエ変換のポイント数２０４８の１／４、即ち５１２を現在の遅延時間ｄに加算して、再び入力ＩＮ１ 、ＩＮ２ を取り込む。
【００６３】
また、図８は、図７においてピーク値であると判別された８１サンプル目のデータを遅延装置の遅延時間ｄとしたときの振幅特性を示すグラフであり、図９は、８１サンプル目のデータを遅延時間ｄとしたときのコヒーレンスを示すグラフである。図９に示すコヒーレンスは、図５に示すコヒーレンスと比較して、高周波数において良くなっている。このとき、上記コヒーレンスが、ある一定値、例えば０．８以上であるならば、そのときの遅延時間ｄの値である８１サンプル目のデータを遅延時間とみなす。
【００６４】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明に係る遅延時間測定方法は、入力信号及び出力信号に高速フーリエ変換処理を施す高速フーリエ変換工程と、上記高速フーリエ変換工程からの入力信号及び出力信号のスペクトルを用いて入力信号及び出力信号の各パワースペクトルを算出し、また、上記入力信号及び出力信号の各スペクトルからクロススペクトルを算出して、複数の入力信号及び出力信号の各パワースペクトル及びクロススペクトルを用いて入力信号及び出力信号のパワースペクトルの平均値及びクロススペクトルの平均値を求めるスペクトル算出工程と、上記スペクトル算出工程からの入力信号のパワースペクトルの平均値及びクロススペクトルの平均値を用いて各周波数成分の伝達特性を算出する伝達特性算出工程と、上記スペクトル算出工程からの入力信号及び出力信号のパワースペクトルの平均値及びクロススペクトルの平均値を用いてコヒーレンスの値を計算するコヒーレンス算出工程と、上記コヒーレンス算出工程からのコヒーレンスの値が一定値以上であるときに、上記伝達特性算出工程からの伝達特性に逆高速フーリエ変換処理を施して被測定物のインパルス応答を求めるインパルス応答算出工程と、上記インパルス応答算出工程からのインパルス応答を用いて時間−エネルギ応答を求め、この時間−エネルギ応答のピーク値を検出するピーク値検出工程とから成り、上記ピーク値検出工程で検出されたピーク値の時間を上記入力信号の遅延時間とすることにより、特定の測定用信号を用いないで、被測定物の遅延時間を測定することができる。また、測定する遅延時間が高速フーリエ変換のポイント数より大きいときにも、手動によって遅延補正を行う必要がなくなる。
【００６５】
また、上記ピーク値検出工程においてピーク値が検出されないときには、現在設定されている遅延時間を上記高速フーリエ変換工程での高速フーリエ変換処理のポイント数の１／４だけ遅延させた時間を上記入力信号の遅延時間とすることにより、被測定物の遅延時間を設定することができる。
【００６６】
また、上記ピーク値検出工程においてピーク値が検出されたときには、上記検出されたピーク値の時間を上記入力信号の遅延時間として遅延時間の測定を終了し、また、上記ピーク値が検出されたときの上記コヒーレンス算出工程からのコヒーレンスの値に基づいて判別した遅延時間の測定結果を表示することにより、測定した被測定物の遅延時間の信頼性を確認することができる。
また、上記遅延時間だけ遅延させた入力信号と上記出力信号とを高速フーリエ変換し、コヒーレンスの値に基づいて判別した遅延時間の測定結果を表示することにより、測定した被測定物の遅延時間の信頼性を確認することができる。
【００６７】
また、本発明に係る遅延時間測定装置は、入力信号及び出力信号に高速フーリエ変換処理を施す高速フーリエ変換手段と、上記高速フーリエ変換手段からの入力信号及び出力信号のスペクトルを用いて入力信号及び出力信号の各パワースペクトルを算出し、また、上記入力信号及び出力信号の各スペクトルからクロススペクトルを算出して、複数の入力信号及び出力信号の各パワースペクトル及びクロススペクトルを用いて入力信号及び出力信号のパワースペクトルの平均値及びクロススペクトルの平均値を求めるスペクトル算出手段と、上記スペクトル算出手段からの入力信号のパワースペクトルの平均値及びクロススペクトルの平均値を用いて各周波数成分の伝達特性を算出する伝達特性算出手段と、上記スペクトル算出手段からの入力信号及び出力信号のパワースペクトルの平均値及びクロススペクトルの平均値を用いてコヒーレンスの値を計算するコヒーレンス算出手段と、上記コヒーレンス算出手段からのコヒーレンスの値が一定値以上であるときに、上記伝達特性算出手段からの伝達特性に逆高速フーリエ変換処理を施して被測定物のインパルス応答を求めるインパルス応答算出手段と、上記インパルス応答算出手段からのインパルス応答を用いて時間−エネルギ応答を求め、この時間−エネルギ応答のピーク値を検出するピーク値検出手段とから成り、上記ピーク値検出手段で検出されたピーク値の時間を上記入力信号の遅延時間とすることにより、特定の測定用信号を用いないで、被測定物の遅延時間を測定することができる。また、測定する遅延時間が高速フーリエ変換のポイント数より大きいときにも、手動によって遅延補正を行う必要がなくなる。
【００６８】
また、上記ピーク値検出手段においてピーク値が検出されないときには、現在設定されている遅延時間を上記高速フーリエ変換手段での高速フーリエ変換処理のポイント数の１／４だけ遅延させた時間を上記入力信号の遅延時間とすることにより、被測定物の遅延時間を設定することができる。
【００６９】
また、上記ピーク値検出手段においてピーク値が検出されたときには、上記検出されたピーク値の時間を上記入力信号の遅延時間として遅延時間の測定を終了し、また、上記ピーク値が検出されたときの上記コヒーレンス算出手段からのコヒーレンスの値に基づいて判別した遅延時間の測定結果を表示することにより、測定した被測定物の遅延時間の信頼性を確認することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る遅延時間測定方法の手順のフローチャートである。
【図２】入力信号のパワースペクトルの平均値Ｐ１（ｋ）を示す図である。
【図３】出力信号のパワースペクトルの平均値Ｐ２（ｋ）を示す図である。
【図４】伝達特性Ｈ（ｋ）の振幅特性を示す図である。
【図５】図４の伝達特性Ｈ（ｋ）におけるコヒーレンスを示す図である。
【図６】インパルス応答ｈ（ｔ）を示す図である。
【図７】時間−エネルギ曲線を示す図である。
【図８】８１サンプル目のデータを遅延時間としたときの伝達特性Ｈ（ｋ）の振幅特性を示す図である。
【図９】図８の伝達特性Ｈ（ｋ）におけるコヒーレンスを示す図である。
【図１０】従来の遅延時間測定装置の概略的な構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 測定用信号出力部
２ 被測定物
３、４ ＦＦＴ処理部
５ 伝達関数計算部
６ 遅延時間計算部
Claims (4)
- 被測定物に入力する入力信号及び該被測定物からの出力信号を用いて被測定物の伝達特性を算出して上記入力信号に対する上記出力信号の遅延時間を求める遅延時間測定方法において、
上記入力信号を遅延させる遅延時間を初期値に設定する入力信号遅延工程と、
上記入力信号及び出力信号に高速フーリエ変換処理を施す高速フーリエ変換工程と、
上記高速フーリエ変換工程からの入力信号及び出力信号のスペクトルを用いて入力信号及び出力信号の各パワースペクトルを算出し、また、上記入力信号及び出力信号の各スペクトルからクロススペクトルを算出して、複数の入力信号及び出力信号の各パワースペクトル及びクロススペクトルを用いて入力信号及び出力信号のパワースペクトルの平均値及びクロススペクトルの平均値を求めるスペクトル算出工程と、
上記スペクトル算出工程からの入力信号及び出力信号のパワースペクトルの平均値及びクロススペクトルの平均値を用いて各周波数成分の伝達特性を算出する伝達特性算出工程と、
上記スペクトル算出工程からの入力信号及び出力信号のパワースペクトルの平均値及びクロススペクトルの平均値を用いてコヒーレンスの値を計算するコヒーレンス算出工程と、
上記コヒーレンス算出工程からのコヒーレンスの値が一定値以上であるときに、上記伝達特性算出工程からの伝達特性に逆高速フーリエ変換処理を施して被測定物のインパルス応答を求めるインパルス応答算出工程と、
上記インパルス応答算出工程からのインパルス応答を用いて時間−エネルギ応答を求め、この時間−エネルギ応答のピーク値の存在する時間を検出するピーク値検出工程とから成り、
上記ピーク値検出工程で検出されたピーク値の時間だけ上記入力信号を遅延させて上記高速フーリエ変換工程、上記スペクトル算出工程、上記伝達特性算出工程、及び上記コヒーレンス算出工程を行い、このコヒーレンス算出工程で算出されたコヒーレンスの値が一定値以上であるときに、上記ピーク値の時間を上記入力信号に対する上記出力信号の遅延時間とすることを特徴とする遅延時間測定方法。 - 上記ピーク値検出工程においてピーク値の存在する時間が検出されないときには、上記入力信号を、上記高速フーリエ変換工程での高速フーリエ変換処理のポイント数の１／４だけさらに遅延させて上記高速フーリエ変換工程、上記スペクトル算出工程、上記伝達特性算出工程、上記コヒーレンス算出工程、上記インパルス応答算出工程、及び上記ピーク値検出工程を行なうことを特徴とする請求項１記載の遅延時間測定方法。
- 被測定物に入力する入力信号及び該被測定物からの出力信号を用いて被測定物の伝達特性を算出して上記入力信号に対する上記出力信号の遅延時間を求める遅延時間測定装置において、
上記入力信号及び出力信号に高速フーリエ変換処理を施す高速フーリエ変換手段と、
上記高速フーリエ変換手段からの入力信号及び出力信号のスペクトルを用いて入力信号及び出力信号の各パワースペクトルを算出し、また、上記入力信号及び出力信号の各スペクトルからクロススペクトルを算出して、複数の入力信号及び出力信号の各パワースペクトル及びクロススペクトルを用いて入力信号及び出力信号のパワースペクトルの平均値及びクロススペクトルの平均値を求めるスペクトル算出手段と、
上記スペクトル算出手段からの入力信号及び出力信号のパワースペクトルの平均値及びクロススペクトルの平均値を用いて各周波数成分の伝達特性を算出する伝達特性算出手段と、
上記スペクトル算出手段からの入力信号及び出力信号のパワースペクトルの平均値及びクロススペクトルの平均値を用いてコヒーレンスの値を計算するコヒーレンス算出手段と、
上記コヒーレンス算出手段からのコヒーレンスの値が一定値以上であるときに、上記伝達特性算出手段からの伝達特性に逆高速フーリエ変換処理を施して被測定物のインパルス応答を求めるインパルス応答算出手段と、
上記インパルス応答算出手段からのインパルス応答を用いて時間−エネルギ応答を求め、この時間−エネルギ応答のピーク値の存在する時間を検出するピーク値検出手段とから成り、
上記入力信号を初期値の遅延時間だけ遅延させて上記出力信号とともに上記高速フーリエ変換手段に供給し、上記ピーク値検出手段で検出されたピーク値の時間だけ上記入力信号を遅延させて上記出力信号とともに上記高速フーリエ変換手段に供給し、上記コヒーレンス算出手段からのコヒーレンスの値が一定値以上であるときに、上記ピーク値の時間を上記入力信号に対する上記出力信号の遅延時間とすることを特徴とする遅延時間測定装置。 - 上記ピーク値検出手段においてピーク値の存在する時間が検出されないときには、上記入力信号を、上記高速フーリエ変換手段での高速フーリエ変換処理のポイント数の１／４だけさらに遅延させて、上記出力信号とともに上記高速フーリエ変換手段に供給することを特徴とする請求項３記載の遅延時間測定装置。
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