JP3664812B2 - 歪み率測定方法およびその装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器等の計測に用いるディジタル信号処理を用いた歪み率測定方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２は従来の歪み率測定方法およびその装置の構成を示している。図２において、１はアナログ低域通過フィルタ、２はＡＤ変換器である。３はディジタル低域通過フィルタ、４はダウンサンプラ、５はディジタル帯域除去フィルタ、６はレベル測定器であり、これらにより歪みレベル測定部７が構成されている。８は入力レベル測定部、９は歪み率演算部である。
【０００３】
上記構成において、アナログ低域通過フィルタ１は、基本成分である正弦波信号ｘ（ｔ）と高調波およびノイズ成分ｖ（ｔ）からなる被測定信号ｘ（ｔ）＋ｖ（ｔ）をＡＤ変換器２によりＡＤ変換する際の折り返し成分を除去する。ＡＤ変換器２によってディジタルデータに変換された披測定信号ｘ（ｎ）＋ｖ（ｎ）は、歪みレベル測定部７のディジタル低域通過フィルタ３とダウンサンプラ４を経由して、被測定信号の基本波成分である正弦波ｘ（ｎ）を除去するディジタル帯域除去フィルタ５によって処理され、高調波成分あるいはノイズ成分からなる歪み成分ｖ（ｎ）を抽出し、その電力ｅを歪みレベル測定器６により測定する。ディジタル帯域除去フィルタ５は、被測定信号の基本波ｘ（ｎ）の周波数に対応して除去する周波数を可変できる構成となっている。また、ディジタル低域通過フィルタ３とダウンサンプラ４によって、ディジタル帯域除去フィルタ５において処理されるデータのサンプリング周期を可変する構成となっている。
【０００４】
被測定信号の基本波周波数がＡＤ変換器２のサンプル周期に対して低くなると、ディジタル帯域除去フィルタ５の係数の精度が必要となってくる。ディジタル帯域除去フィルタ５のフィルタ係数語長とＡＤ変換器２のサンプル周波数から測定できる周波数範囲が決定される。周波数範囲より低い周波数の被測定信号を測定する場合、ＡＤ変換器２から出力されたデータを、ディジタル低域通過フィルタ３とダウンサンプラ４によって、ディジタル帯域除去フィルタ５において処理可能なサンプリング周期に変換し、歪みレベルを測定する。
【０００５】
また、ＡＤ変換器２でディジタルデータに変換された被測定信号ｘ（ｎ）＋ｖ（ｎ）は、ダウンサンプルされることなしに入力レベル測定部８に入力され、被測定信号の全体の電力Ｅが測定される。測定された入力レベルＥと歪みレベルｅから、歪み率Ｄは、式（１）または式（２）によって求められる。
【０００６】
【数１】

【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の歪み測定装置では、基本波成分ｘ（ｎ）の周波数が低い被測定信号ｘ（ｎ）＋ｖ（ｎ）の測定する場合、ディジタル帯域除去フィルタで処理されるデータのサンプル周期を下げる必要があり、それに伴って折り返し歪み除去を目的とする低域通過フィルタにより、被測定信号ｘ（ｎ）＋ｖ（ｎ）の帯域が制限されてしまい、低域通過フィルタのカットオフ周波数より高い歪み成分が披測定信号の歪み成分ｖ（ｎ）に含まれている場合、正確な歪み成分として測定できないという問題があった。
【０００８】
本発明は、このような従来の問題を解決するものであり、簡単な回路構成で歪み率を高精度かつ高速に測定できる歪み率測定方法およびその装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、従来の歪み率測定方法およびその装置に帯域制限後の信号の電力を測定する手段と、帯域制限しない電力との差を演算する手段と、その差を測定した歪み成分の電力に加算する手段を追加したものであり、広帯域にわたって高い精度で歪み率を測定できるという有効な効果が得られる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、被測定信号であるオーディオ帯域の信号をＡＤ変換器にてディジタルデータに変換し、測定の対象とする時系列データを、ダウンサンプルを行わずに全帯域の電力を測定するとともに、必要に応じて帯域制限とダウンサンプルを行うと同時に被測定信号の基本波成分をディジタル帯域除去フィルタによって除去し抽出した歪み成分の電力を測定し、さらに歪みレベルの測定において帯域制限とダウンサンプルを行なった時系列データの電力を求め、ダウンサンプルを行なわない時系列データの全帯域の電力との差を演算し、その結果を歪み成分の電力に加算することを特徴とする歪み率測定方法であり、これにより、歪みレベル測定時の帯域制限によって除去された高域歪み成分の電力を特別なフィルタ処理を行なうことなく求めることができ、従来の歪み率測定方法では測定できなかった広帯域の歪み成分の測定が簡単な構成の追加によって可能となる。
【００１１】
本発明の請求項２に記載の発明は、被測定信号であるオーディオ帯域の信号をＡＤ変換器にてディジタルデータに変換し、測定の対象とする時系列データを、ダウンサンプルを行わずに全帯域の電力を測定する入力レベル測定部と、必要に応じて帯域制限とダウンサンプルを行うと同時に被測定信号の基本波成分をディジタル帯域除去フィルタによって除去し抽出した歪み成分の電力を測定する歪みレベル測定部と、を備えた歪み率測定装置において、さらに歪みレベル測定部で帯域制限とダウンサンプルを行なった時系列データの電力を求める手段と、前記入力レベル測定部で測定された被測定信号の全帯域の電力と、歪みレベル測定部で帯域制限とダウンサンプルを行なった時系列データの電力との差を演算する手段と、前記入力レベル測定部で測定された被測定信号の全帯域の電力と、前記歪みレベル測定部で帯域制限とダウンサンプルを行なった時系列データの電力との差を演算した結果を、歪みレベル測定部において測定された結果に加算する手段を備える歪み率測定装置であり、これにより、帯域制限された時系列データの電力を得ることができ、また、帯域制限によって除去された高域の歪み成分の電力を求めるとともに、帯域制限しない歪み成分の電力をも得ることができ、簡単な回路構成で歪み率を高精度かつ高速に測定することができる。
【００１４】
（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態における歪み率測定装置の構成を示すものである。図１において、１１はアナログ低域通過フィルタ、１２はＡＤ変換器である。１３はディジタル低域通過フィルタ、１４はダウンサンプラ、１５はディジタル帯域除去フィルタ、１６はレベル測定器であり、これらにより歪みレベル測定部１７が構成される。１８は入力レベル測定部、１９は帯域制限信号レベル測定手段、２０は差分演算手段、２１は加算手段、２２は歪み率演算部である。
【００１５】
上記構成において、アナログ低域通過フィルタ１１は、基本成分である正弦波信号ｘ（ｔ）と高調波およびノイズ成分ｖ（ｔ）からなる被測定信号ｘ（ｔ）＋ｖ（ｔ）をＡＤ変換器１２によりＡＤ変換する際の折り返し成分を除去する。ＡＤ変換器１２によってディジタルデータに変換された披測定信号ｘ（ｎ）＋ｖ（ｎ）は、歪みレベル測定部１７のディジタル低域通過フィルタ１３とダウンサンプラ１４を経由して、被測定信号の基本波成分である正弦波ｘ（ｎ）を除去するディジタル帯域除去フィルタ１５によって処理され、高調波成分あるいはノイズ成分からなる歪み成分ｖ（ｎ）を抽出し、その電力ｅを歪みレベル測定器１６により測定する。ディジタル帯域除去フィルタ１５は、被測定信号の基本波ｘ（ｎ）の周波数に対応して除去する周波数を可変できる構成となっている。また、ディジタル低域通過フィルタ１３とダウンサンプラ１４によって、ディジタル帯域除去フィルタ１５において処理されるデータのサンプリング周期を可変する構成となっている。
【００１６】
被測定信号ｘ（ｎ）＋ｖ（ｎ）の基本波成分ｘ（ｎ）の周波数がＡＤ変換器１１のサンプル周期に対して低くなると、ディジタル帯域除去フィルタ１５の係数の精度が必要となってくる。ディジタル帯域除去フィルタ１５のフィルタ係数語長とＡＤ変換器１０のサンプル周波数から測定できる周波数範囲が決定される。ディジタル低域通過フィルタ１３とダウンサンプラ１４によってディジタル帯域除去フィルタ１５において処理されるデータのサンプリング周期を可変する構成となっているので、周波数範囲より低い周波数の基本波成分ｘ（ｎ）を持つ被測定信号を測定する場合、ＡＤ変換器１１で出力されたデータを、ディジタル低域通過フィルタ１３とダウンサンプラ１４によって，ディジタル帯域除去フィルタ１５において処理可能なサンプリング周期の時系列データｘ’（ｎ）＋ｖ’（ｎ）に変換する。
【００１７】
ダウンサンプルされた被測定信号ｘ’（ｎ）＋ｖ’（ｎ）は、基本波成分ｘ’（ｎ）を除去するディジタル帯域除去フィルタ１５によって処理され、ディジタル低域通過フィルタ１４の通過帯域内の高調波あるいはノイズからなる歪み成分ｖ’（ｎ）のみ抽出され、その電力ｅが歪みレベル測定器１６にて測定される。
【００１８】
また、ＡＤ変換器１１でディジタルデータに変換された被測定信号ｘ（ｎ）＋ｖ（ｎ）は、ダウンサンプルされることなしに入力レベル測定部１８に入力され、被測定信号の全体の電力Ｅが測定される。
【００１９】
一方、帯域制限信号レベル測定手段１９によってディジタル低域通過フィルタ１３とダウンサンプラ１４を経由し、ディジタル帯域除去フィルタ１５に入力されるのと同じ信号ｘ’（ｎ）＋ｖ’（ｎ）の電力Ｅ' の測定を行なう。
【００２０】
次に、差分演算手段２０により入力レベル測定部１８の測定結果Ｅと、帯域制限信号レベル測定部１９の測定結果Ｅ' との差Ｅ−Ｅ' を演算する。これは、歪みレベル測定部１７のディジタル低域通過フィルタ１５で除去された歪み成分の電力に相当する。
【００２１】
さらに、加算手段２１において差分演算手段２０の結果と歪みレベル測定部１７で測定された歪みレベルｅに加算することにより、帯域制限しない被測定信号ｘ（ｎ）＋ｖ（ｎ）の歪み成分ｖ（ｎ）の電力を求めることができる。
【００２２】
歪み率演算部２２は、加算手段２１で加算された結果ｅ＋（Ｅ−Ｅ’）と、入力レベル測定部１８で測定された結果Ｅを入力とし、各入力の比を算出した結果Ｄを出力する。関係式は以下の（３）または（４）で示される。
【００２３】
【数２】

【００２４】
なお、上記構成において、ＡＤ変換器 12 で出力されたディジタルデータをメモリに格納し、メモリに格納されたデータを入力レベル測定部１８、歪みレベル測定部７のそれぞれに入力するようにしてもよい。その場合、各測定で利用するデータを共通で利用するため、測定時間を短縮することができる。
【００２５】
以上のように、本実施の形態によれば、ディジタル低域通過フィルタ１３とダウンサンプラ１４を経由した信号の電力と、それらを経由しない信号の電力との差分を取り、それを補正値として歪み成分の電力に加算することによって、測定時間を延ばすことなしにアナログ低域通過フィルタ１１の通過帯域内で一様な精度で歪み率を測定することが可能となる。
【００２６】
【発明の効果】
上記の実施の形態から明らかなように、本発明によれば、従来の歪み率測定方法およびその装置に帯域制限後の信号の電力を測定する手段と、帯域制限しない電力との差を演算する手段と、その差を測定した歪み成分の電力に加算する手段を追加することによって、広帯域にわたって高い精度で歪み率を測定できるという有効な効果が得られる。これによって、高い歪み成分を含む低周波信号の歪み率を正確に測定することが可能となる。また、追加した手段に関しては、歪み測定部のフィルタの特性や測定する信号によって調整や係数の設定などの作業は一切不要であり、メンテナンスの必要がないという効果が得られる。さらに、従来の歪み率測定方法およびその装置に必要な処理時間を延ばすことなく広帯域の歪み成分を測定できるという効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における歪み率測定装置の構成を示すブロック図
【図２】従来例における歪み率測定装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１１ アナログ低域通過フィルタ
１２ ＡＤ変換器
１２ ディジタル低域通過フィルタ
１４ ダウンサンプラ
１５ ディジタル帯域除去フィルタ
１６ 歪みレベル測定器
１７ 歪みレベル測定部
１８ 入力レベル測定部
１９ 帯域制限信号レベル測定手段
２０ 差分演算手段
２１ 加算演算手段
２２ 歪み率演算部

Claims (2)

1. 被測定信号であるオーディオ帯域の信号をＡＤ変換器にてディジタルデータに変換し、測定の対象とする時系列データを、ダウンサンプルを行わずに全帯域の電力を測定するとともに、必要に応じて帯域制限とダウンサンプルを行うと同時に被測定信号の基本波成分をディジタル帯域除去フィルタによって除去し抽出した歪み成分の電力を測定し、さらに歪みレベルの測定において帯域制限とダウンサンプルを行なった時系列データの電力を求め、ダウンサンプルを行なわない時系列データの全帯域の電力との差を演算し、その結果を歪み成分の電力に加算することを特徴とする歪み率測定方法。
2. 被測定信号であるオーディオ帯域の信号をＡＤ変換器にてディジタルデータに変換し、測定の対象とする時系列データを、ダウンサンプルを行わずに全帯域の電力を測定する入力レベル測定部と、必要に応じて帯域制限とダウンサンプルを行うと同時に被測定信号の基本波成分をディジタル帯域除去フィルタによって除去し抽出した歪み成分の電力を測定する歪みレベル測定部と、を備えた歪み率測定装置において、
   さらに歪みレベル測定部で帯域制限とダウンサンプルを行なった時系列データの電力を求める手段と、前記入力レベル測定部で測定された被測定信号の全帯域の電力と、歪みレベル測定部で帯域制限とダウンサンプルを行なった時系列データの電力との差を演算する手段と、前記入力レベル測定部で測定された被測定信号の全帯域の電力と、前記歪みレベル測定部で帯域制限とダウンサンプルを行なった時系列データの電力との差を演算した結果を、歪みレベル測定部において測定された結果に加算する手段を備えることを特徴とする歪み率測定装置。

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