JP4099598B2 - 周波数特性取得装置、周波数特性取得方法、音声信号処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、スピーカから出力したテスト信号をマイクロフォンにより収音した結果に基づき、上記スピーカから出力され上記マイクロフォンに入力する音声についての周波数特性を取得する周波数特性取得装置とその方法に関する。また、このような周波数特性についての取得機能を有する音声信号処理装置に関する。

従来より、オーディオ信号を再生出力するオーディオシステムなどでは、例えばＴＳＰ（Time Stretched Pulse）信号等としてのテスト信号をスピーカから出力して、これを別途設けたマイクロフォンにより収音した結果に基づき、そのオーディオシステムの出力音声についての周波数特性を取得し、これを解析するということが行われている。
具体的に、上記のようにスピーカから出力しマイクロフォンで収音したＴＳＰ信号についてＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）などのフーリエ変換処理を施して周波数特性を取得し、その結果に基づいてゲイン特性や位相特性などを算出するといったものである。

ここで、上記のような周波数特性の取得手法として、従来では、上記ＴＳＰ信号として、これを再生出力する再生装置のサンプリングレート（動作周波数）を「Ｆｓ」、上記ＦＦＴ処理のサンプル数（ＴＳＰ信号のサンプル数）を「ｎ」とした場合に、０Hz〜Ｆｓ／２Hzまでの信号がＦｓ／ｎHz刻みでそれぞれ同じゲインで含まれる信号を作成するようにされている。
一例として、サンプリングレートＦｓ＝４４．１ｋHz、サンプル数ｎ＝４０９６とすると、ＴＳＰ信号としては、０Hz〜２２．０５（４４．１／２）ｋHzまで信号が約１０．８（４４１００÷４０９６）Hz刻みでそれぞれ同じゲインで含まれる信号となる。
例えばこのようなＴＳＰ信号により、この場合は０Hz〜２２．０５ｋHzまでの範囲を対象としておよそ１０．８Hz刻みでそれぞれの周波数帯域についての周波数特性を解析することができる。

なお、関連する従来技術については以下の特許文献を挙げることができる。
特開２０００−０９７７６３号公報 特開平０４−２９５７２７号公報

ここで、上記説明によると、従来の周波数特性の取得手法では、解析可能な周波数帯域についての分解能として捉えることのできるＴＳＰ信号の上記刻み幅が、Ｆｓ／ｎとなる。これによると、例えば数十Hz〜数百Hzといったいわゆる低域の周波数帯域について細かいバンド数にわけて解析を行うといった場合には、ＴＳＰ信号のサンプル数ｎを増やさねばならないことになる。

このことから従来手法によると、特に低域について細かい区切りで周波数特性を解析しようとした場合には、ＴＳＰ信号としてのデータを保持しておくためのメモリ容量を増やさなければならなくなり、また、ＦＦＴ処理のサンプル数ｎも増えることで処理負担が増大化するという問題が生じることになる。

先の例では、サンプル数ｎを４０９６とすることで周波数の刻み幅を約１０．８Hz程度にし、これによって低域についても比較的細かい区切りで周波数特性を解析可能としているが、上記説明によれば、装置のメモリ容量が十分でなかったり、ＦＦＴ処理の処理能力が低いなどハードウエアリソースが乏しい場合には、サンプル数ｎの値を大きく設定することができず、これによって必然的に周波数の刻み幅も大きくなってしまって、低域について細かい区切りで周波数特性を解析することができなくなってしまう。

このようにして従来における周波数特性の取得手法では、装置のハードウエアリソースによって、取得される周波数特性の刻み幅が制限されてしまうということが問題となる。

そこで、本発明では以上のような問題点に鑑み、周波数特性取得装置として以下のように構成することとした。
つまり、本発明の周波数特性取得装置は、ＴＳＰ（Time Stretched Pulse）信号を測定対象の系に入力し、その出力信号に基づき、上記系についての周波数特性を取得する周波数特性取得装置であって、上記ＴＳＰ信号を時間軸方向に引き延ばして上記系に出力されるように制御する制御手段と、上記系からの出力信号を解析し、上記周波数特性を取得する取得手段とを備えるようにしたものである。

また、本発明では音声信号処理装置として以下のように構成することとした。
つまり、先ず、スピーカから出力されるべき音声信号を再生する再生手段と、ＴＳＰ信号を時間軸方向に引き延ばして上記スピーカから出力されるように制御する制御手段と、マイクロフォンで収音される上記時間軸方向に引き延ばされたＴＳＰ信号に基づき、上記スピーカから上記マイクロフォンの音響伝達系の周波数特性を取得する取得手段とを備える。
また、上記取得手段により取得された周波数特性を解析した結果に基づき、上記スピーカから出力されるべき音声信号について所定の調整を行う音声調整手段を備えるものである。

ここで、上記のようにしてＴＳＰ信号を時間軸方向に引き延ばして出力することで、このＴＳＰ信号は、サンプリングレートをＦｓ、サンプル数をｎ、引き延ばす倍率をＫとした場合に、０〜Ｆｓ／２×Ｋ［Hz]までの信号がＦｓ／ｎ×Ｋ[Hz]刻みでそれぞれ同じゲインで含まれる信号となる。
つまり、ＴＳＰ信号が含む周波数の範囲は引き延ばした倍率だけ縮小される（つまり１／Ｋとなる）ことになるが、刻み幅としては引き延ばした倍率に応じた分細かくすることができる（つまり１／Ｋにできる）ものである。
これによれば、ＴＳＰ信号のサンプル数ｎによらず、より細かい周波数の刻み幅で周波数特性を取得することができる。

このようにして本発明によれば、ＴＳＰ信号のサンプル数ｎによらず、より細かい刻み幅で周波数特性を取得することができる。つまり、従来のようにＴＳＰ信号のサンプル数ｎを増やさずともより細かい刻み幅とすることができ、従って装置のハードウエアリソースによらず細かい刻み幅で周波数特性を取得することができる。このとき、本発明では上記のようにＴＳＰ信号が含む周波数範囲は１／Ｋの範囲となるので、このような本発明は低域を細かい刻み幅で解析する用途に好適となる。

また、本発明の音声信号処理装置によれば、このようにして取得された周波数特性についての解析を行った結果に基づき、上記スピーカから出力されるべき音声信号について調整を行うことができる。

以下、発明を実施するための最良の形態（以下実施の形態とする）について説明していく。
図１は、本発明における実施の形態の音声信号処理としての再生装置２の内部構成と、この再生装置２を含むオーディオシステム１の構成を示す図である。
図１において、再生装置２は、図示するメディア再生部１５を備え、例えばＣＤ（Compact Disc）やＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、或いはブルーレイディスク（Blu-Ray Disc）などの光ディスク記録媒体や、ＭＤ（Mini Disc：光磁気ディスク）、ハードディスクなどの磁気ディスク、半導体メモリを内蔵した記録媒体など、所要の記録媒体についての再生が可能とされる。
実施の形態のオーディオシステム１としては、この再生装置２のメディア再生部１５によって再生されるオーディオ信号（音声信号）を音声出力するための、図示する複数のスピーカＳＰ（ＳＰ1、ＳＰ2、ＳＰ3、ＳＰ4）を備える。また、後述する周波数特性解析を行うために必要な、図示するマイクロフォン（ＭＩＣ）Ｍ１も備える。

このような実施の形態のオーディオシステム１としては、例えばカーオーディオシステムや、５．１ｃｈなどのサラウンドシステムとして適用することができる。
なお、ここではスピーカＳＰの数は４つとしているが、これはあくまでオーディオシステム１が備えるスピーカＳＰの数が複数であることを象徴しているものに過ぎず、備えられるスピーカＳＰの数について限定するものではない。

再生装置２には、上記マイクロフォンＭ１により収音された音声信号を入力するための音声入力端子Ｔinが備えられ、この音声入力端子Ｔinを介してマイクロフォンＭ１と接続される。
また、再生装置２には、上記複数のスピーカＳＰ1〜ＳＰ4の数に応じた複数の音声出力端子Ｔout1〜Ｔout4が備えられ、これら出力端子Ｔout1〜Ｔout4を介してスピーカＳＰ1〜ＳＰ4と接続される。

上記音声入力端子Ｔinを介して上記マイクロフォンＭ１から入力された収音信号は、Ａ／Ｄコンバータ１３を介して制御部１０に入力される。
また、制御部１０からは、この場合のスピーカＳＰの数に応じた複数系統の音声信号が、Ｄ／Ａコンバータ１４を介してそれぞれ上記した音声出力端子Ｔout1〜Ｔout4のうちの対応する端子に供給されるようになっている。

制御部１０は、例えばＤＳＰ（Digital Signal Processor）又はＣＰＵ（Central Processing Unit）で構成され、後述する各種機能動作を実現するように構成される。
この制御部１０に対しては、図示するようにＲＯＭ１１とＲＡＭ１２が備えられる。ＲＯＭ１１は、制御部１０が各種制御処理を実行するためのプログラムや係数、パラメータ等が格納される。また、特に実施の形態の場合、このＲＯＭ１１内には後述する周波数特性解析で用いられる、データとしてのＴＳＰ信号１１ａ（ＴＳＰ：Time Stretched Pulse）も格納される。
確認のために述べておくと、このＴＳＰ信号は、再生装置２のサンプリングレート（動作周波数）を「Ｆｓ」、当該ＴＳＰ信号のサンプル数（後述するＦＦＴ処理のサンプル数）を「ｎ」とした場合に、０Hz〜Ｆｓ／２Hzまでの信号がＦｓ／ｎHz刻みでそれぞれ同じゲインで含まれるように作成されるものである。
実施の形態の場合、再生装置２の動作クロック周波数（サンプリングレート）Ｆｓは４４．１ｋHzであるとする。また、ＴＳＰ信号のサンプル数ｎは５１２であるとする。

また、ＲＡＭ１２は、制御部１０の作業データなどが一時保持され、ワーク領域として利用される。

メディア再生部１５は、上述もしたように記録媒体についての再生を行う。
例えば、記録媒体として光ディスク記録媒体やＭＤなどに対応する場合には、光学ヘッド、スピンドルモータ、再生信号処理部、サーボ回路等を備え、装填されたディスク状記録媒体に対してレーザ光の照射により信号の再生を行うように構成される。
そして、このような再生動作により得られたオーディオ信号を制御部１０に対して供給するようにされる。

図２は、制御部１０により実現される各種機能動作について説明するための図である。なお、この図２では制御部１０の各種機能動作をブロック化して示している。また、この図では図１に示したメディア再生部１５、ＲＯＭ１１、ＲＡＭ１２も示している。
図２において、制御部１０としては、図示するようにピーキングフィルタ１０ａ、ＴＳＰ信号出力部１０ｂ、ＴＳＰ信号サンプリング部１０ｃ、ＦＦＴ処理部１０ｄ（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）、周波数特性解析部１０ｅ、及び音声信号処理部１０ｆとしての機能を備える。
実施の形態では、制御部１０がこれらの各種機能動作をソフトウエア処理により実現する場合を例示するが、これらの機能ブロックをハードウエアで構成して実現することもできる。

先ず、ピーキングフィルタ１０ａは、音声出力端子Ｔoutを介してスピーカＳＰから出力されるべきＴＳＰ信号について所要の帯域をブーストするために備えられる。このピーキングフィルタ１０ａにはフィルタのＱ値と中心周波数、及びゲインが設定可能とされ、これらの設定値に基づいてＴＳＰ信号の所要の周波数帯域をブーストするようにされる。

ＴＳＰ信号出力部１０ｂは、後述する周波数特性解析においてスピーカＳＰから出力すべきＴＳＰ信号を、ＲＯＭ１１内に格納されたデータとしてのＴＳＰ信号１１ａに基づいて出力する。すなわち、動作クロックに基づいてＴＳＰ信号１１ａの各値を順次出力する。このように出力されるＴＳＰ信号の各値は、図１に示したＤ／Ａコンバータ１４→音声出力端子Ｔoutを介してスピーカＳＰに供給され、これによってスピーカＳＰからはＴＳＰ信号１１ａに基づく音声信号が実音声として出力される。

ここで、本実施の形態では、周波数特性の取得時、ＴＳＰ信号を全てのスピーカＳＰから出力するようにされる。これに応じＴＳＰ信号出力部１０ｂは、ＴＳＰ信号の出力を、全てのスピーカチャンネルのラインに出力するようにされる。つまり、ＴＳＰ信号を、図１に示した音声出力端子Ｔout1に接続されるライン、音声出力端子Ｔout2に接続されるライン、音声出力端子Ｔout3に接続されるライン、音声出力端子Ｔout4に接続されるラインのそれぞれに対し出力するようにされる。
なお、周波数特性の取得は、選択したスピーカＳＰのみから出力したＴＳＰ信号に基づいて行うこともできる。そのような場合に対応しては、ＴＳＰ信号出力部１０ｂとしては、選択したスピーカＳＰに対応する音声出力端子Ｔoutに接続されるラインに対してＴＳＰ信号を出力するように構成すればよい。

ＴＳＰ信号サンプリング部１０ｃは、スピーカＳＰから出力されたＴＳＰ信号についての収音信号として、図１に示したＡ／Ｄコンバータ１３から供給されるマイクロフォンＭ１による収音信号を入力し、これを動作クロックに基づいてサンプリングする。サンプリングしたＴＳＰ信号としてのデータ（ＴＳＰデータとも呼ぶ）はＲＡＭ１２に保持するようにされる。

ＦＦＴ処理部１０ｄは、サンプリングしたＴＳＰ信号に対してＦＦＴ処理を施す。すなわち、これによってスピーカＳＰから出力されマイクロフォンＭ１に入力する音声についての周波数特性が取得される。ＦＦＴ処理後のＴＳＰ信号についてもＲＡＭ１２に保持される。
なお、周波数特性を得るにあたって施す処理としてはＦＦＴ処理以外の他のフーリエ変換処理とすることもできる。

周波数特性解析部１０ｅは、ＦＦＴ処理によって取得された周波数特性について解析を行う。具体的に、この場合はゲイン特性や位相特性を算出して周波数特性の解析を行うようにされる。

音声信号処理部１０ｆは、図示するようにしてｃｈ（チャンネル）分配処理、音場・音響処理などを行う。
ｃｈ分配処理は、メディア再生部１５からの入力に基づく複数のオーディオ信号について、それぞれを対応するスピーカＳＰ（つまり対応する音声出力端子Ｔout）に接続されるラインに分配して出力する。例えば、当該オーディオシステム１がカーオーディオシステムであった場合、メディア再生部１５から再生されるＬch、Ｒchの２系統のオーディオ信号を、それぞれＬch、Ｒchに対応するスピーカＳＰ（Ｌch、Ｒchに対応する音声出力端子Ｔout）に接続されるラインに対して分配出力する。
或いは、当該オーディオシステム１が５．１ｃｈサラウンドシステムであって、メディア再生部１５からＬch、Ｒchの２系統のオーディオ信号が再生される場合は、これら２系統のオーディオ信号から５．１ｃｈに対応した６系統のオーディオ信号を生成する。そして、これらをそれぞれ対応する音声出力端子Ｔoutに接続されるラインに分配して出力する。
また、上記音場・音響処理は、例えばイコライジング処理などにより各種音響効果を与えるための処理やデジタルリバーブなどの音場効果を与えるための処理などを指す。
特に本実施の形態の場合、この音声信号処理部１０ｆとしては、上記周波数特性解析部１０ｅによる周波数特性の解析結果に基づき、メディア再生部１５から再生されたオーディオ信号について各周波数帯域ごとのゲイン調整などの各種調整を行うようにされる。
なお、このように周波数特性の解析結果に基づきスピーカＳＰから出力されるべきオーディオ信号について行う具体的な調整については、既に各種の技術が提案されているのでここで特に限定はしない。

ここで、上記説明によれば、本実施の形態としても周波数特性の取得にあたっては、従来と同様にＴＳＰ信号を用いるようにされている。
但し、先にも説明したようにＴＳＰ信号を用いる従来の手法では、解析可能な周波数帯域についての分解能として捉えることのできるＴＳＰ信号の周波数の刻み幅が、Ｆｓ／ｎとなる。これによって、例えば数十Hz〜数百Hzといったいわゆる低域の周波数帯域について細かいバンドにわけて解析を行うといった場合には、ＴＳＰ信号のサンプル数ｎを増やさねばならないことになる。

このことで従来手法によっては、特に低域について細かい区切りで周波数特性を解析しようとした場合には、ＴＳＰ信号としてのデータを保持しておくためのメモリ（ＲＯＭ１１）の容量を増やさなければならなくなり、また、ＦＦＴ処理のサンプル数ｎも増えることで制御部１０の処理負担が増大化するという問題が生じることになる。
すなわち、逆を言えば、装置のメモリ容量が十分でなかったり、制御部１０の処理能力が低いなどハードウエアリソースが乏しい場合には、サンプル数ｎの値を大きく設定することができず、よって必然的にＴＳＰ信号の刻み幅も大きくなってしまって、低域について細かい区切りで周波数特性を取得することができなくなってしまう。
このようにして従来手法では、装置のハードウエアリソースによって、取得する周波数特性の刻み幅が制限されてしまうということが問題となる。

そこで、実施の形態では、次の図３にて説明するようにして、ＴＳＰ信号を時間軸方向に引き延ばして出力するという手法を採る。
先ず、図中のＴＳＰ信号波形は、図１（及び図２）に示したＲＯＭ１１内に格納されるＴＳＰ信号１１ａとしての、データによるＴＳＰ信号の各値を１クロックずつ出力したときの波形を示している。つまり、通常出力したときのＴＳＰ信号波形を示しているものである。
本実施の形態では、このＴＳＰ信号を、時間軸方向に所定倍引き延ばして出力するものとしている。この場合は、時間軸方向にＫ倍引き延ばして出力するものとする。なお、以降も時間軸方向への引き延ばし倍率は「Ｋ」により表す。
なお、図中の各波形を囲うそれぞれの枠は、ＴＳＰ信号の１周期ごとの区切りを表しているものである。

ここで確認のために、上記通常出力によるＴＳＰ信号としては、次の図４（ａ）に示されるようなものとなる。すなわち、ＴＳＰ信号１１ａのサンプル数がｎとすると、０〜ｎサンプルまでの各値を１クロックずつ出力したものである。
先にも述べたように、この場合のＴＳＰ信号のサンプル数ｎは「５１２」である。これに応じこの場合のＴＳＰ信号の１周期長は５１２クロックとなる。
またこの場合、動作クロックは４４．１ｋHzであるので、この通常出力によるＴＳＰ信号の１周期長は５１２÷４４１００secとなる。

そして、このようなＴＳＰ信号の時間軸方向への引き延ばしとして、本実施の形態では、次の図４（ｂ）に示されるように、ＴＳＰ信号１１ａをアップサンプリングして出力するようにされる。つまり、図のようにしてＴＳＰ信号の各値を、それぞれ所定複数クロックにわたって出力する。
この場合、時間軸方向への引き延ばし倍率Ｋは１０倍に設定されるものとする。
これに伴い、ＴＳＰ信号の各値を１０クロックにわたってそれぞれ出力する。これによって出力されるＴＳＰ信号の１周期長は、図示するようにして５１２×１０クロックとなり、４４．１ｋHzのサンプリングレートの下では５１２０×４４１００secとなる。

図３に戻り、上記のようなＴＳＰ信号の時間軸方向への引き延ばし出力が行われることによって、マイクロフォンＭ１においては、図示するような収音信号が得られる。つまり、１周期長がｎクロックからＫ倍された引き延ばし信号である。

そして、実施の形態では、このような引き延ばし信号としての収音信号について、引き延ばした倍率Ｋに応じた分ダウンサンプリングを行うものとしている。具体的には、この場合はＴＳＰ信号を１０倍引き延ばして出力したので、１／１０にダウンサンプリングする。つまり、収音信号としての引き延ばし信号を１０クロックに１回だけサンプリングする。これにより、この場合に取得される信号の１周期長は、引き延ばし出力前の元の１周期長（この場合はｎ＝５１２クロック）と同じになる。

さらに、このようにしてダウンサンプリングして取得したＴＳＰ信号に対し、ｎサンプルによるＦＦＴ処理を行う。つまり、ＴＳＰ信号のサンプル数ｎによるＦＦＴ処理を行う。これによって周波数特性が取得されたことになる。
その上で、このＦＦＴ処理によって取得された周波数特性について解析を行う。具体的にこの場合は、ゲイン特性や位相特性を算出して周波数特性の解析を行う。

ここで、上記のようにしてＴＳＰ信号を時間軸方向にＫ倍引き延ばして出力することで、このＴＳＰ信号は、０〜Ｆｓ／２×Ｋ［Hz]までの周波数がＦｓ／ｎ×Ｋ[Hz]刻みでそれぞれ同じゲインで含まれる信号となる。言い換えれば、０〜Ｆｓ／２×Ｋ［Hz]までＦｓ／ｎ×Ｋ[Hz]おきの信号を同じゲインで含むものである。
このことによれば、このＴＳＰ信号が含む周波数の範囲は、引き延ばした倍率だけ縮小される（つまり１／Ｋとなる）ことになるが、周波数の刻み幅としては引き延ばした倍率に応じた分だけ細かくすることができる（１／Ｋにできる）ことになる。

そして、上記動作によれば、このように時間軸方向にＫ倍引き延ばしたＴＳＰ信号を、引き延ばした倍率Ｋに応じて１／Ｋにダウンサンプリングして取得している。これによって取得されるＴＳＰ信号としては、出力前の元のｎサンプルによるＴＳＰ信号を取得していることに相当する。
このようにして得られるｎサンプルによるＴＳＰ信号に対し、上述のようにｎサンプルのＦＦＴ処理を施すと、この場合のＦＦＴの周波数分解能（つまり周波数の刻み幅）は、（Ｆｓ／Ｋ）／ｎ［Hz］刻みとなる。具体的に、この場合の周波数の刻み幅は、Ｆｓ＝４４．１ｋHz、Ｋ＝１０、ｎ＝５１２より、およそ８．６１Hzとなる。
但し、この場合はＴＳＰ信号を時間軸方向に引き延ばすので、上記もしているように含まれる周波数範囲は倍率Ｋに応じて縮小される。つまり、先にも述べたようにＴＳＰ信号は０Hz〜Ｆｓ／２Hzの信号を含むものとされるので、時間軸方向にＫ倍に引き延ばされたＴＳＰ信号に含まれる信号は、０Hz〜（Ｆｓ／Ｋ）／２Hzの範囲までに縮小される。

これらより、上記実施の形態の手法によれば、解析範囲は引き延ばした倍率だけ縮小されはするものの、周波数の刻み幅としては引き延ばした倍率に応じた分だけ細かくすることができるということがわかる。すなわち、これによってＴＳＰ信号のサンプル数ｎによらず、引き延ばした倍率に応じてより細かい刻み幅で周波数特性を取得することができ、従って再生装置２（制御部１０）のハードウエアリソースに依らずより細かい刻み幅で周波数特性を解析することができる。
このことは、従来手法として例示したサンプル数ｎ＝４０９６とすることで刻み幅１０．８Hz程度を設定したことと、本例の手法のようにサンプル数ｎ＝５１２で引き延ばし倍率Ｋ＝１０とすることで刻み幅８．６１Hz程度を設定できることとを比較すれば明らかである。
そして、この際、本実施の形態では上記のようにＴＳＰ信号が含む周波数範囲は１／Ｋの範囲となるので、このような実施の形態の手法としては、低域を細かい刻み幅で解析する用途に好適となる。

さらに、上記説明から理解されるように、Ｋ倍に引き延ばしたＴＳＰ信号を１／Ｋにダウンサンプリングして取得することで、この取得されたＴＳＰ信号についてのＦＦＴのサンプル数は、ＴＳＰ信号のサンプル数ｎとすることができる。すなわち、上記により例示した刻み幅１０．８Hz程度と８．６１Hz程度というほぼ同じ刻み幅を得るにあたって、従来ではｎ＝４０９６によるサンプル数のＦＦＴを行う必要があったの対し、本例ではｎ＝５１２のサンプル数のＦＦＴを行えば済むものとなり、このことから本実施の形態によれば、周波数特性の取得にあたって必要なＦＦＴのサンプル数をより少なくすることができる。
このようにしてＦＦＴのサンプル数をより少なくできることで、制御部１０の処理能力としてはより低いものでも足るものとすることができる。そして、このようなＦＦＴのサンプル数としては、設定する倍率Ｋによってサンプル数ｎをより小さく設定できることに伴って、より小さく設定できることになる。つまりは、制御部１０のＦＦＴ処理に要する処理能力は、設定する倍率Ｋに応じた分だけより低いものとすることができるものであり、この点でも装置のハードウエアリソースによらず細かい刻み幅で周波数特性を解析することができることになる。

続いて、図５、図６のフローチャートを参照して、上記により説明した実施の形態としての周波数特性解析動作を実現するために行われるべき処理動作について説明する。
なお、これらの図に示される処理動作は、図１（及び図２）に示した制御部１０が例えばＲＯＭ１１に格納されるプログラムに従って実行するものである。

先ず図５は、実施の形態としての周波数特性解析動作として、ＴＳＰ信号（時間引き延ばし信号）の出力時に対応して行われるべき処理動作について示している。この図に示す処理動作は、先の図２に示した機能ブロックで言えば、ＴＳＰ信号出力部１０ｂとしての動作に相当するものである。

図５において、先ずステップＳ１０１では、出力値識別カウント値ｉを０リセットする。この出力値識別カウント値ｉは、後のステップＳ１０３においてＲＯＭ１１に格納されるデータとしてのＴＳＰ信号１１ａの何サンプル目を出力すべきかを識別するための値である。

ステップＳ１０２では、出力回数識別カウント値ｊを０リセットする。この出力回数識別カウント値ｊは、次のステップＳ１０３により出力されるＴＳＰ信号の値の１値について何回出力したかを識別するための値である。

ステップＳ１０３では、ＴＳＰ信号のｉサンプル目を出力する。つまり、ＲＯＭ１１内に格納されるＴＳＰ信号１１ａの各値のうち、上記した出力値識別カウント値ｉにより特定される値を図１に示したＤ／Ａコンバータ１４に出力するようにされる。

続くステップＳ１０４では、出力回数カウント値ｊが倍率値Ｋとなったか否かについて判別処理を行う。この場合、倍率値Ｋとしては先にも述べたように例えば「１０」が設定される。
出力回数カウント値ｊが上記倍率値Ｋになっていないとして否定結果が得られた場合は、ステップＳ１０５に進み出力回数カウント値ｊをカウントアップ（ｊ＋１）した後、ステップＳ１０３に戻り再度ＴＳＰ信号のｉサンプル目を出力するようにされる。つまり、このようなステップＳ１０４→Ｓ１０５→Ｓ１０３→Ｓ１０４の処理が繰り返されることで、ＴＳＰ信号の各値が、それぞれ倍率値Ｋに応じた複数クロックにわたって出力されるようになっている。

また、上記ステップＳ１０４において、出力回数カウント値ｊが上記倍率値Ｋになったとして肯定結果が得られた場合は、ステップＳ１０６に進んで出力回数カウント値ｊを０リセットした後、ステップＳ１０７において、出力値識別カウント値ｉがサンプル値ｎとなったか否かについて判別処理を行う。
このサンプル値ｎは、ＴＳＰ信号１１ａのサンプル数ｎの値である。つまり、このステップＳ１０７によって、ＴＳＰ信号を１周期分出力したか否か、言い換えればＴＳＰ信号の全ての値を出力したか否かが判別される。

ステップＳ１０７において、出力値識別カウント値ｉがサンプル値ｎにはなっていないとして否定結果が得られた場合は、ステップＳ１０８に進んで出力値識別カウント値ｉをカウントアップ（ｉ＋１）した後、先のステップＳ１０３に戻り再度ＴＳＰ信号のｉサンプル目を出力するようにされる。

またステップＳ１０７において、出力値識別カウント値ｉがサンプル値ｎになったとして肯定結果が得られた場合は、ステップＳ１０９において、引き延ばし信号出力を終了すべき状態となったか否かについて判別処理を行う。つまり、例えば予め定められた所定の時間長にわたって、引き延ばし信号を出力したか否かを判別するようにされるものである。

ステップＳ１０９において、例えば引き延ばし信号を所定時間長分出力していないとして否定結果が得られた場合は、図示するようにステップＳ１０１に戻るようにされ、これによって引き延ばし信号の出力が行われるようにする。
またステップＳ１０９において、例えば引き延ばし信号を所定時間長分出力したとして肯定結果が得られた場合は、この図に示される出力処理を終了する。

また、図６は、実施の形態の周波数特性解析動作として、特に収音信号のサンプリングから周波数特性の解析までに対応して行われるべき処理動作を示している。
なお、確認のために述べておくと、この図６に示す処理動作は、図５に示した処理動作と並行して行われるものである。また、この図６に示す処理動作は、先の図２の機能ブロックで言えばＴＳＰ信号サンプリング部１０ｃ、ＦＦＴ処理部１０ｄ、周波数特性解析部１０ｅの動作に相当するものである。

図６において、先ずステップＳ２０１では、サンプリングを開始すべき状態となるのを待機する。すなわち、先の図５の処理動作によってスピーカＳＰから出力される引き延ばし信号についてのサンプリングを開始すべき状態となるを待機するものである。具体的には、例えば引き延ばし信号の出力開始から予め定められた所定の時間長が経過するのを待機するようにされる。
そして、引き延ばし信号のサンプリングを開始すべきタイミングとなることに応じ、ステップＳ２０２において、引き延ばし信号をサンプリングする。すなわち、マイクロフォンＭ１により収音され、Ａ／Ｄコンバータ１３を介して入力される収音信号をサンプリングする。

そして、ステップＳ２０３においては、引き延ばし信号の１周期分をサンプリングしたか否かについて判別処理を行う。すなわち、Ａ／Ｄコンバータ１３から供給される収音信号としての引き延ばし信号についてその１周期分をサンプリングしたか否かを判別する。
先の図３の説明によれば、この場合は引き延ばし信号としてＴＳＰ信号を時間軸方向にＫ倍（１０倍）に引き延ばすので、具体的には、サンプリング開始から５１２×Ｋクロック目（５１２×１０クロック目）のサンプリングを行ったか否かを判別することになる。

上記ステップＳ２０３において、未だ引き延ばし信号の１周期分をサンプリングしていないとして否定結果が得られた場合は、ステップＳ２０４に進んでＫ−１クロックだけ待機するようにされる。そして、先のステップＳ２０２に戻り、再度引き延ばし信号（収音信号）をサンプリングするようにされる。
上記ステップＳ２０４の待機処理が設けられることにより、図３にて説明したようなダウンサンプリングが実現される。

そして、上記ステップＳ２０３において、引き延ばし信号の１周期分をサンプリングしたとして肯定結果が得られた場合は、ステップＳ２０５において、サンプリングした引き延ばし信号に対しサンプル数ｎのＦＦＴをかける。すなわち、ダウンサンプリングして取得した引き延ばし信号はサンプル数がｎに戻されるので、これに応じてサンプル数ｎによるＦＦＴ処理を施すものである。
その上で、ステップＳ２０６においては、周波数特性を解析する。つまり、上記ＦＦＴ処理により取得される周波数特性について、ゲイン特性や位相特性を算出して周波数特性を解析するようにされる。

なお、このようにして解析された周波数特性の情報は、先の図２において説明したように、制御部１０が音声信号処理部１０ｆとして行うオーディオ信号の調整に用いられることになる。

ここで、次の図７、図８に、実際にＴＳＰ信号を出力して周波数特性を取得する実験を行った結果を示す。
これらの図において、図７は従来手法により、図８は本実施の形態の手法によってそれぞれマイクロフォンＭ１の収音信号をサンプリングしてＦＦＴをかけた結果（つまり周波数特性を取得した結果）を示しているものであり、各図では縦軸にゲイン（dB）、横軸に周波数（Hz）をとっている。
なお、これらの図に示す実験結果を得るにあたっては、ＴＳＰ信号のサンプル数ｎ＝５１２、サンプリングレートＦｓ＝４４．１ｋHzとした。また、図８の本実施の形態の場合では倍率Ｋ＝１０を設定した。

これらの図では、スピーカＳＰから出力するＴＳＰ信号に対し、Ｑ＝１、ゲイン２０dB、中心周波数３０Hzとしたピーキングフィルタをかけた場合の結果を示している。
先ず、図７の従来手法の場合は、サンプル数ｎ＝５１２とした場合、解析可能な周波数の刻み幅はＦｓ／ｎより４４１００÷５１２＝８６．１Hz程度となる。このため、この場合にピーキングフィルタ１０ａに設定した中心周波数３０Hz付近は解析することができず、図示するようにして、この場合の刻み幅で３０Hzに最も近い８６．１Hz付近が、高域のフラットな領域に対し１２dB程度ブーストされるのが確認できる程度となる。

これに対し、図８の本例の場合は、倍率Ｋ＝１０によってＴＳＰ信号に含まれる信号は０Hz〜（Ｆｓ／Ｋ）／２Hz、具体的には０Hz〜４４１０÷２Hzより０Hz〜２．２０５ｋHzの範囲に縮小されるので、図７に示されるような高域のフラットな領域が観測されないものとなる。しかしながら、この場合の刻み幅は８．６１Hz程度となるので、ピーキングフィルタ１０ａにより設定した中心周波数３０Hz付近の解析が可能となり、図示するようにこの３０Hz付近のゲインは高域に対しておよそ２０dB程度ブーストされていることがわかる。
このような実験結果から、本実施の形態の手法により周波数特性を適正に解析できることが理解できる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明としてはこれまでに説明した実施の形態に限定されるべきものではない。
例えば実施の形態では、引き延ばし信号の出力として所定複数クロックにわたって同じ信号値を出力するものとしたが、所定の複数クロックおきに（つまり実施の形態の場合は１０クロックおきに）それぞれの値を出力し、それ以外の区間は直線補間することもできる。或いは、０補間することもできる。
何れの場合も、実施の形態のように収音信号をダウンサンプリングするようにされる場合においては、ＴＳＰ信号を時間軸方向に引き延ばし、これを引き延ばした倍率に応じてダウンサンプリングしたことに変わりはない。

また、実施の形態では、Ｋ倍に引き延ばして出力したＴＳＰ信号を１／Ｋにダウンサンプリングして取得することで、ＦＦＴ（フーリエ変換）のサンプル数も小さくできるようにしたが、このようにフーリエ変換でのサンプル数について特に考慮しない場合などには、次の図９に示されるようにして、Ｋ倍に引き延ばして出力したＴＳＰ信号をダウンサンプリングせずにそのままサンプリングしてフーリエ変換処理を施すことで周波数特性を取得することもできる。つまり、Ｋ倍に引き延ばして出力したＴＳＰ信号の収音信号を１クロックずつサンプリングして取得し、これにフーリエ変換処理を施して周波数特性を取得するものである。
この場合も、ＴＳＰ信号を引き延ばして出力するので、実施の形態の場合と同様に解析できる周波数範囲としては引き延ばした倍率Ｋに応じた範囲に限定されるが、周波数の刻み幅は倍率Ｋに応じた分だけ細かくすることができる。つまり、これによってＴＳＰ信号として保持しておくべきサンプル数ｎは、引き延ばす倍率に応じて少なくすることができ、装置のハードウエアリソースとしてメモリ容量の点では、刻み幅が制限されることはない。
但し、引き延ばし信号をそのままサンプリングするので、図９に示されるように、フーリエ変換処理のサンプル数はｎ×Ｋサンプルとする必要があり、装置の処理能力の点では刻み幅が制限されるものとなってしまう。
従ってこのような手法は、装置の処理能力は十分であるがメモリ容量が乏しい場合には有効な手法となる。

また、実施の形態では、先の図４（ｂ）にて示したように、ＴＳＰ信号をアップサンプリングにより引き延ばして出力するが、この場合、実際には引き延ばし後の信号に高周波ノイズが発生することが懸念される。特に、このようなノイズ問題は、引き延ばす倍率が大きくなるほど顕著となることが予想される。
そこで、再生装置２としては、次の図１０に示されるようにしてＴＳＰ信号の出力系、又はＴＳＰ信号の収音・サンプリング系に対してローパスフィルタ（ＬＰＦ）２０を挿入することもできる。すなわち、このようなローパスフィルタ２０としては、例えば図示する音声入力端子ＴinとＡ／Ｄコンバータ１３との間、Ａ／Ｄコンバータ１３と制御部１０との間、制御部１０内部、制御部１０とＤ／Ａコンバータ１４との間、Ｄ／Ａコンバータ１４と音声出力端子Ｔoutとの間の何れかの位置に対して挿入する。
これによって、引き延ばし信号に生じる高周波ノイズを効果的に抑制して、より正確な周波数特性を取得することができる。

また、実施の形態では、引き延ばし信号の１周期分のみをサンプリングして周波数特性を取得するものとしたが、複数周期分を取得してそれらを加算平均した後にフーリエ変換処理を施すことで周波数特性を取得するようにすることもできる。

また、図１において、メディア再生部１５としては、記録媒体からオーディオ信号を再生するものとしたが、ＡＭ・ＦＭ放送などを受信復調してオーディオ信号を出力するＡＭ・ＦＭチューナ単体として構成することもできる。

また、再生装置２としてはオーディオ信号の再生（受信復調も含む）を行う場合を例示したが、オーディオ信号と共にビデオ信号が記録される記録媒体、又はテレビジョン放送等に対応して、ビデオ信号についての再生も可能となるように構成することもできる。この場合、再生装置２としては、オーディオ信号と同期したビデオ信号出力を行うように構成すればよい。

或いは、本発明の音声信号処理装置としては、このようなメディア再生部１５を備えて記録媒体についての再生機能、または放送信号の受信機能を有するように構成される以外にも、例えばアンプ装置などとして、外部で再生（受信）された音声信号を入力し、この入力音声信号に対して、解析された周波数特性に基づく調整を行うように構成することもできる。

本発明における実施の形態としての音声信号処理装置の内部構成と、この音声信号装置とスピーカ及びマイクロフォンを備えて構成されるオーディオシステムの構成を示したブロック図である。 実施の形態の音声信号処理装置が備える制御部が行う各種機能動作について説明するための図である。 実施の形態としての周波数特性解析動作について説明するための図である。 ＴＳＰ信号の通常出力と引き延ばし出力とを比較して示した図である。 実施の形態としての周波数特性解析動作として、ＴＳＰ信号（時間引き延ばし信号）の出力時に対応して行われるべき処理動作について示したフローチャートである。 実施の形態の周波数特性解析動作として、特に収音信号のサンプリングから周波数特性の解析までに対応して行われるべき処理動作について示したフローチャートである。 実験結果として、従来手法により取得した周波数特性を示した図である。 実験結果として、実施の形態の手法により取得した周波数特性を示した図である。 実施の形態の変形例について説明するための図である。 実施の形態の音声信号処理装置の変形例としての構成について示したブロック図である。

符号の説明

１ オーディオシステム、２ 再生装置、１０ 制御部、１０ａ ピーキングフィルタ、１０ｂ ＴＳＰ信号出力部、１０ｃ ＴＳＰ信号サンプリング部、１０ｄ ＦＦＴ処理部、１０ｅ 周波数特性解析部、１０ｆ 音声信号処理部、１１ ＲＯＭ、１１ａ ＴＳＰ信号、１２ ＲＡＭ、１３ Ａ／Ｄコンバータ、１４ Ｄ／Ａコンバータ、１５ メディア再生部、Ｔin 音声入力端子、Ｔout1、Ｔout2、Ｔout3、Ｔout4 音声出力端子、ＳＰ1、ＳＰ2、ＳＰ3、ＳＰ4 スピーカ、Ｍ１ マイクロフォン（ＭＩＣ）、２０ ローパスフィルタ（ＬＰＦ）

Claims (7)

1. ＴＳＰ（Time Stretched Pulse）信号を測定対象の系に入力し、その出力信号に基づき、上記系についての周波数特性を取得する周波数特性取得装置であって、
   上記ＴＳＰ信号を時間軸方向に引き延ばして上記系に出力されるように制御する制御手段と、
   上記系からの出力信号を解析し、上記周波数特性を取得する取得手段と、
   を備えることを特徴とする周波数特性取得装置。
2. 上記測定対象の系は、スピーカからマイクロフォンの音響伝達系であり、
   上記制御手段は、上記ＴＳＰ信号を時間軸方向に引き延ばして上記スピーカから出力されるように制御し、
   上記取得手段は、上記マイクロフォンの出力信号を解析する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の周波数特性取得装置。
3. 上記制御手段は、
   データとして保持される上記ＴＳＰ信号の各値をそれぞれ所定複数回連続して出力することで、上記ＴＳＰ信号を時間軸方向に引き延ばして上記系に出力されるように制御する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の周波数特性取得装置。
4. 上記取得手段は、
   上記系からの出力信号をダウンサンプリングして取得し、
   このダウンサンプリングして取得したＴＳＰ信号に対してフーリエ変換処理を施して上記周波数特性を取得する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の周波数特性取得装置。
5. ＴＳＰ信号を時間軸方向に引き延ばして測定対象の系に供給する供給手順と、
   上記系からの出力信号を解析し、上記系の周波数特性を取得する取得手順と、
   を備えることを特徴とする周波数特性取得方法。
6. 上記測定対象の系は、スピーカからマイクロフォンの音響伝達系であり、
   上記供給手順は、上記ＴＳＰ信号を時間軸方向に引き延ばして上記スピーカから出力し、
   上記取得手順は、上記マイクロフォンの出力信号を解析する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の周波数特性取得方法。
7. スピーカから出力されるべき音声信号を再生する再生手段と、
   ＴＳＰ信号を時間軸方向に引き延ばして上記スピーカから出力されるように制御する制御手段と、
   マイクロフォンで収音される上記時間軸方向に引き延ばされたＴＳＰ信号に基づき、上記スピーカから上記マイクロフォンの音響伝達系の周波数特性を取得する取得手段と、
   上記取得手段により取得された周波数特性を解析した結果に基づき、上記スピーカから出力されるべき音声信号について所定の調整を行う音声調整手段と、
   を備えることを特徴とする音声信号処理装置。

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