JP6125337B2 - 音響校正器 - Google Patents

Description

本発明は、音響校正器に関する。

従来より、サウンドレベルを測定する計測において、計測する時点の環境における調整は音響校正器のスピーカ等の発生音圧レベルによって行われている。通常、スピーカ等の発生音圧は大気圧、温度、湿度の環境要因により変化する。このため、大気圧の変化に対し、大気圧計を用いて測定した大気圧と、補正表とに基づいて、基準の気圧（１．０１３２５×１０^５Ｐａ）を基に補正して調整を行っている。また、温度の変化に対し、温度特性のよい（温度に対する発生音圧の変動が少ない）スピーカ等を選択して、利用している。さらに、校正精度を低下させないように、音圧波形が歪まないようなスピーカ等を選択している。

これらの調整を補う技術として、特許文献１から３が知られている。
特許文献１は、気圧の変化を気にすることなく、効率よく音響校正を行う音響校正器を開示する。この音響校正器は、圧力形マイクロホンをカプラ内に挿入し、このカプラ内に電磁形イヤホンにより音圧を発生させ、この音圧を圧力形マイクロホンに供給する音響校正器であって、大気圧を検出する大気圧センサの検出値に応じた所定の音圧にカプラ内がなるように電磁形イヤホンを制御する。

特許文献２は、マイクロホンの構造を複雑化することなく、周囲の温度変化に追従して自動的に出力・感度を調整することができ、環境変化に対して精度の高い出力を維持する音響校正器を開示する。この音響校正器は、発音体を内蔵し、かつ発音体付近に出力監視用マイクロホンを配置して、当該出力監視用マイクロホンの出力を常時監視・制御して、常に一定の校正音圧を発生するように構成され、マイクロホンユニット、或いは騒音計を含む被検査対象を装着するカプラ部を備え、当該被検査対象の感度を校正するための音響校正器にあって、温度検出センサによって音響校正器近傍の温度を検出し、出力監視マイクロホン出力を、温度検出センサの検出結果に基づいて補正する。

特許文献３は、校正精度を低下させることなく、高さを低くして、校正作業時に安定性のよい形状とすることにより、使い勝手のよい音響校正器を開示する。この音響校正器は、圧力形マイクロホンを挿入するカプラと、このカプラ内に、スピーカに比べてより小型の電磁形イヤホンを備えている。そして、音響校正器は、正弦波に高調波成分を重ね合わせた波形データを用いて、ひずみ率計によってカプラ内での音圧ひずみを測定し、重ね合わせた高調波成分ごとに音圧ひずみが最小となる振幅及び位相を見つけ出し、見つけ出した高調波成分を重ね合わせた波形データを電磁形イヤホンに供給し、電磁形イヤホンが発する校正音の波形ひずみが最小となるようにする。

特開２００１−３４９７７３号公報 特開２００８−２５６４３３号公報 特開２００１−３５２５９８号公報

しかしながら、特許文献１の音響校正器は、カプラ内の圧力と大気圧が等しくなるように、カプラ内の空洞と外気とが連通する連通孔を設け、大気圧センサによる検出値に応じて、カプラ内が所定の音圧になるように電磁形イヤホンの出力を制御する。このため、連通孔からの漏れ量が変わった場合や、他からの漏れが発生した場合、被校正マイクロホンの装着直後のカプラ内の圧力と大気圧とが等しくない場合、カプラ内の容積が変化した場合には、カプラ内が所定の音圧にならない可能性がある。また、特許文献２の技術は、環境変化のうち温度変化に対して精度の高い出力を維持するための技術である。さらに、特許文献３の技術は、計測する時点の環境ごとに、スピーカや、電磁形イヤホンに最適の波形データを見つけ出す必要がある。このように、いずれの技術も、計測する時点の環境の変化に対して、精度よく校正するための技術としては十分ではない。

本発明は、大気圧の変化の影響を受けずに、一定の音圧であると共に信号波形の歪みが少ない音響を発生させて、精度よく校正するための音響校正器を提供することを目的とする。

本発明では、以下のような解決手段を提供する。
（１） マイクロホンを挿入するためのカプラを有する音響校正器であって、前記カプラ内に音響を出力する音響出力手段と、前記音響出力手段によって音響が出力されたカプラ内の気圧と、大気圧との差により音圧を計測する音圧計測手段と、前記音圧計測手段によって計測された音圧に基づいて信号波形の歪みを解析する解析手段と、前記解析手段による解析に基づいて、前記音響出力手段によって出力される音響の信号波形の歪みを補正する歪補正手段と、前記音圧計測手段によって計測された音圧が一定の音圧になると共に、信号波形の歪みが減少するように、前記歪補正手段を用いて補正し、前記音響出力手段への出力を制御する制御手段と、を備える音響校正器。

（１）の構成によれば、本発明に係る音響校正器は、カプラ内に音響を出力し、音響が出力されたカプラ内の気圧と大気圧との差により音圧を計測し、計測した音圧に基づいて信号波形の歪みを解析し、解析に基づいて、出力する音響の信号波形の歪みを補正し、計測された音圧が一定の音圧になると共に、信号波形の歪みが減少するように補正し、音響出力手段への出力を制御する。

すなわち、本発明に係る音響校正器は、カプラ内に発生させた音圧を、カプラ内の気圧と大気圧との差により計測し、計測した音圧が一定の音圧になると共に、信号波形の歪みが減少するように、音響出力手段への出力を制御する。
したがって、本発明に係る音響校正器は、大気圧の変化の影響を受けずに、一定の音圧であると共に信号波形の歪みが少ない音響を発生させて、精度よく校正できるようにすることができる。

（２） 前記音圧計測手段は、一端がカプラ内に通じ、他端が大気圧に開放された状態で、前記音響出力手段によって音響が出力されたカプラ内の気圧と、大気圧との差により音圧を計測する、（１）に記載の音響校正器。

したがって、（２）に係る音響校正器は、大気圧の変化の影響を受けずに、一定の音圧であると共に信号波形の歪みが少ない音響を確実に発生させて、さらに精度よく校正できるようにすることができる。

（３） 前記音圧計測手段によって計測された音圧から発生音圧信号の周波数の音圧レベルを抽出するための演算を行う演算手段をさらに備え、前記制御手段は、前記演算手段によって演算された値を用いて、前記音響出力手段への出力を制御する、（１）又は（２）に記載の音響校正器。

したがって、（３）に係る音響校正器は、音圧レベルを用いて、大気圧の変化の影響を受けずに、一定の音圧であると共に信号波形の歪みが少ない音響を確実に発生させて、より精度よく校正できるようにすることができる。

（４） 前記演算手段は、ＦＦＴ又はＤＦＴ演算を行い、前記制御手段は、前記ＦＦＴ又は前記ＤＦＴ演算の値を用いて、フィードバックを行う、（３）に記載の音響校正器。

したがって、（４）に係る音響校正器は、音圧レベルの演算結果をフィードバックさせて、大気圧の変化の影響を受けずに、一定の音圧であると共に信号波形の歪みが少ない音響を確実に発生させて、より精度よく校正できるようにすることができる。

（５） 前記音圧計測手段に沿って配置され、気体の温度を計測する温度計測手段と、前記温度計測手段によって計測された温度に基づいて、前記音圧計測手段によって計測された音圧を補正する温度補正手段と、をさらに備える、（１）から（４）のいずれかに記載の音響校正器。

したがって、本発明に係る音響校正器は、計測された音圧を温度補正し、大気圧及び温度の変化の影響を受けずに、一定の音圧であると共に信号波形の歪みが少ない音響を確実に発生させて、より精度よく校正できるようにすることができる。

本発明によれば、大気圧の変化の影響を受けずに、一定の音圧であると共に信号波形の歪みが少ない音響を発生させて、精度よく校正するための音響校正器を提供することができる。
さらに、本発明によれば、信号波形の歪み補正や、大気圧補正、カプラ容積補正、温度補正を別途行う必要がなく、自動的に行って発生音圧を一定に保つと共に信号波形の歪みが少ない音響校正器を提供することができる。これらの補正を自動的に行うために用いるセンサの自己ノイズや、オフセットの影響を軽減した音響校正器を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る音響校正器の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る音響校正器の処理内容を示すフローチャートである。 図２に続くフローチャートである。 図３に続くフローチャートである。 図４に続くフローチャートである。 図５に続くフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る音響校正器が出力する信号の例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る音響校正器１０の構成を示すブロック図である。音響校正器１０は、音響出力手段としてのスピーカ１１と、音圧計測手段としてのゲージ圧センサ１２と、制御手段１３と、演算手段１４と、温度計測手段としての温度センサ１５と、温度補正手段１６と、解析手段１７と、歪補正手段１８とを備える。また、音響校正器１０は、例えば、バッテリ検知器１３６、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３７を備えたバッテリで作動し、制御手段１３により電源がＯＮ／ＯＦＦが制御される。以下、各部について詳述する。

スピーカ１１は、カプラ２１内に音響を出力する。具体的には、スピーカ１１は、カプラ２１に取り付けられ、カプラ２１内に音圧を発生させる。カプラ２１は、例えば、被校正体であるマイクロホン３１を挿入することができるように開口部２１１を備え、マイクロホン３１が開口部２１１に挿入されると、密閉された空間となる。
スピーカ１１は、電流駆動で制御され、例えば、正弦波の電気信号に応じて振動板（ダイアフラム）が振動し、音波を放射する。音波として正弦波がスピーカ１１からでていると仮定すると、カプラ２１内の気圧の変化は大気圧を中心とした正弦波になる。スピーカ１１の振動板（ダイアフラム）の移動量が同じでも、大気圧の影響によりカプラ内の気圧は変化する。すなわち、スピーカ１１の発生音圧を一定に保つようにするには、スピーカ１１への正弦波の電気信号の振幅を変化させる必要がある。

ゲージ圧センサ１２は、一端１２１がカプラ２１内に通じ、他端１２２が大気圧に開放された状態で、スピーカ１１によって音響が出力されたカプラ２１内の気圧と、大気圧との差により音圧を計測する。
すなわち、ゲージ圧センサ１２は、音響校正器１０のカプラ２１内のゲージ圧（大気圧を０Ｐａとした圧力）を計測できるように、一端１２１がカプラ２１内に通じ、大気圧に開放された他端１２２の大気開放口がカプラ２１の外になるように配置される。
カプラ内の圧力は大気圧を０Ｐａとした正負圧となるため、ゲージ圧センサ１２は、正負圧が計測できる連成形ゲージ圧センサを使用することが望ましい。

ゲージ圧センサ１２の調整は次のように行う。
まず、カプラ２１へマイクロホン３１を挿入しない状態、すなわち、大気圧開放状態にてゲージ圧センサ１２のゼロ調整を行う。その後、カプラ２１へマイクロホン３１を挿入し、スピーカ１１から正弦波の音を発生させる。ゲージ圧センサ１２に示される値が１０Ｐａになるまでスピーカ１１の発生音圧を変化させる。このとき、正負のゲージ圧を測定し、実効値（最大値に対し１／√２倍）が１０Ｐａになるようにする。なお、１１４ｄＢを発生させた場合１０Ｐａ、９４ｄＢの場合は１Ｐａに調整する。
このような方式により、校正時の気圧に応じてカプラ２１内音圧の調整を行うことが可能になる。
なお、後述するＦＦＴ演算の発生音圧周波数成分を用いる場合、ゼロ調整を行わなくてもよい。

ゲージ圧センサ１２は、ゲージ圧センサ１２を用いることにより、スピーカ１１の発生音圧の変化量をリアルタイムに計測することができる。音圧は大気圧に対してプラス／マイナスに振れるため、ゲージ圧センサ１２の信号を、交流信号として扱うことができる。なお、ゲージ圧センサ１２は、ゲージ圧センサ１２以外に、差圧センサを用いて大気圧に対する相対圧を計測してもよい。

校正時のゲージ圧センサ１２による計測について説明する。
カプラ２１内にマイクロホン３１を挿入した初期状態では、スピーカ１１が動作していないので、カプラ２１内は大気圧と同じ圧力Ｐ_０で容積Ｖ_０である。スピーカ１１へアンプ１３５を使用して正弦波を供給すると、振動板が動き、カプラ２１は開放状態ではないので容積がΔＶだけ変化し、圧力も容積の変化量ΔＶに応じて変化する。
すなわち、圧力の変化量ΔＰｖ（Ｐａ）は、Ｖ_０；容積（ｍｍ^３）、ΔＶ；スピーカ１１による容積の変化量（ｍｍ^３）、Ｐ_０；基準の大気圧（ｋＰａ）、ΔＰ_０；大気圧の変化量（ｋＰａ）、γ；空気の比熱比とすると、
ΔＰｖ＝（ΔＶ／Ｖ_０×（Ｐ_０＋ΔＰ_０）×１０００）γとなる。
ゲージ圧センサ１２は、このΔＰｖを計測する。

解析手段１７は、ゲージ圧センサ１２によって計測された音圧に基づいて信号波形の歪みを解析する。具体的には、解析手段１７は、計測された音圧に基づいて、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）解析を行う。解析手段１７によって、高調波が求められる。

歪補正手段１８は、解析手段１７による解析に基づいて、スピーカ１１によって出力される音響の信号波形の歪みを補正する。
基本波を０ｄＢＶｒｍｓ（実効値）とし、各高調波をレベル化する。すなわち、音圧の１ｋＨｚにおけるＦＦＴ結果を基準として０ｄＢＶｒｍｓとする。高調波は基準に対してどのくらい小さいレベルなのかを算出することをレベル化といい、歪の量を算出する。単純にＦＦＴの結果からは信号成分レベルが求められるので、基本波に対しての歪は、基本波信号レベル−高調波信号レベルを計算する。

表１は、ＦＦＴ演算のＯＶＥＲＡＬＬ、すなわち、分析周波数レンジまでのパワーの総和（オーバーオール）を示している。理想的な正弦波の場合には基本波のレベルとオーバーオールは一致し、オーバーオールは入力時間信号の２乗平均値と等しくなる。
例えば、歪が大きい場合、まったく歪のない場合と同じように基本波レベルで１０Ｐａに調整してしまうと、実際の発生音圧は歪が大きい方がカプラ内の音圧が高くなる。実際には歪が３０ｄＢ以上、基本波に対して小さければ影響がないと考えられる。３０ｄＢの場合０．００４ｄＢの影響がある。

上記の場合では、２次高調波を小さくする場合には、基本波の係数に対して４０ｄＢ小さい係数を用いるようにし、例えば、２次高調波係数（ｋ２）は基本波の係数ｋの０．０１倍とする（ｋ２＝０．０１ｋ）。
歪補正手段１８は、各高調波の位相について、０から３５９°の位相をずらしながら高調波歪が最小になる位相を求める。歪補正手段１８は、高調波歪が最小になる位相を求めると、係数を小さくして、さらに歪が小さくなるレベルを求める。

制御手段１３は、ゲージ圧センサ１２によって計測された音圧が一定の音圧になると共に、信号波形の歪みが減少するように、スピーカ１１への出力を制御する。具体的には、制御手段１３は、正弦波テーブル１３３に基づく基本波正弦波によってスピーカ１１を駆動してカプラ２１内に音圧を発生させ、発生させた音圧がゲージ圧センサ１２によって計測され、計測されたデータをアンプ１３１とデルタ・シグマＡ／Ｄコンバータ１３２とを介してデジタル値に変換し、音圧データを得る。
次に、制御手段１３は、音圧データと規定値とに基づいて、一定の音圧となるように基本波正弦波に対する係数ｋを決定すると共に、歪補正手段１８によって求められた係数及び位相の高調波成分を、基本波正弦波に加算した正弦波をデルタ・シグマＤ／Ａコンバータ１３４とアンプ１３５とを介して出力し、スピーカ１１を駆動する。
すなわち、制御手段１３は、係数ｋを乗じた基本波正弦波＋係数ｋ２を乗じた２次高調波正弦波＋係数ｋ３を乗じた３次高調波正弦波＋…を算出する。実際には無限に処理が出来ないので、フローチャート（後述する図２〜図６）では５次高調波としている。基本波正弦波に加算する高調波は歪補正手段１８によって求められた各高調波の位相に合わせ基本波正弦波に同期させ加算する。
正弦波テーブル１３３には、周波数に対応して基本波及び高調波の正弦波を構成するデータが記憶されている。

スピーカ１１に出力される値Ｖは、Ｖ＝係数ｋを乗じた基本波正弦波＋係数ｋｘを乗じた位相補正したｘ次高調波正弦波（すなわち、ｋ×ｓｉｎ（ωｔ）＋ｋｘ×ｓｉｎ（ωｔ＋φｘ））となり、係数ｋの範囲は１＞ｋ＞０、φｎは整数で３５９＞φｎ＞０とし、位相φｘは２π×φｎ／３６０（ｒａｄ）、ｋのデフォルトは適宜選択されてよい。

さらに、演算手段１４は、ゲージ圧センサ１２によって計測された音圧から発生音圧信号の周波数のレベルを抽出するための演算を行う。制御手段１３は、演算手段１４によって演算された値を用いて、スピーカ１１への出力を制御する。

演算手段１４は、交流信号としての音圧データに対し、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）又はＤＦＴ（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）演算を行うことによりスピーカ１１から発生している発生音圧信号の周波数のみ抽出し圧力（レベル）を計算する。ＦＦＴ又はＤＦＴ演算によりセンサの自己ノイズ、オフセットの影響を少なくすることができ、発生している周波数の音圧精度を上げることが可能となる。
制御手段１３は、演算値（例えば、ＦＦＴ又はＤＦＴ演算の値）に基づいて、フィードバックを行い、例えば、調整値の１０Ｐａになるように、基本波正弦波の振幅を変化させてスピーカ１１の振動板の移動により、ΔＶを大きくしたり小さくしたりして制御を行う。

例えば、１１４ｄＢの音圧は１０Ｐａの圧力変化となるため、発生させた周波数の演算結果が１０Ｐａになるようにアンプレベルを可変してスピーカ１１を制御する。このことにより事前にスピーカ１１の特性を知らなくてもよい。また、固定の周波数だけではなく、スピーカ１１より１１４ｄＢの音圧を発生させることが可能で、かつ、ゲージ圧センサ１２の応答が演算条件（発生周波数の２倍以上の応答が必要、例えば、１ｋＨｚの５次高調波まで求める場合には１０ｋＨｚを超える応答速度が必要）を満たせば任意の周波数で校正が行える。ただし、スピーカ１１の発生音圧（音量）を上げると歪が大きくなるため、ＦＦＴ演算を行うことにより高調波を監視し、制御しながら音圧を発生することが可能となる（この場合は、高調波の２倍以上の応答が必要）。

温度センサ１５は、ゲージ圧センサ１２に沿って配置され、気体の温度を計測する。具体的には、温度センサ１５は、ゲージ圧センサ１２に沿って配置され、気体の温度を測定するように設置される。
温度補正手段１６は、温度センサ１５によって計測された温度に基づいて、ゲージ圧センサ１２によって計測された音圧を補正する。例えば、ゲージ圧センサ１２の温度特性が、０度から５０度までは一定だが、０度以下の場合、又は５０度以上の場合に変化するものとする。このようなゲージ圧センサ１２の温度特性に基づいて、温度補正手段１６は、温度センサ１５によって計測された温度に基づいて、計測された音圧を補正する。

このように、温度センサ１５はゲージ圧センサ１２の計測値を補正するために使用するもので、音響校正器１０の使用温度範囲（例えば、ＪＩＳ Ｃ １５１５では、−１０℃〜５０℃までが規定されている。）に対してゲージ圧センサ１２の温度範囲が十分に広く、補正が必要ない場合には省くことができる。すなわち、ゲージ圧センサ１２の温度補正係数はゲージ圧センサ１２の仕様で決まり、必要な場合にはその補正が用いられる。

図２〜図６は、本発明の一実施形態に係る音響校正器１０の処理内容を示すフローチャートである。音響校正器１０は、コンピュータ及びその周辺装置が備えるハードウェア並びに該ハードウェアを制御するソフトウェアによって構成され、以下の処理は、音響校正器１０の制御部（例えば、ＣＰＵ）が所定のソフトウェアに従い実行する処理である。

ステップＳ１０１において、ＣＰＵは、発生音圧（例えば、音圧が１１４．０ｄＢ）の周波数を設定する。より具体的には、ＣＰＵは、発生音圧の周波数を１ｋＨｚの初期値に設定する。さらに、ＣＰＵは、係数ｋの初期値（例えば、０．５）、歪率の初期値（例えば、０％）、最小歪率の初期値（例えば、１００％）、開始アドレスの初期値（例えば、０度）を設定する。その後、ＣＰＵは、処理をステップＳ１０２に移す。

ステップＳ１０２において、ＣＰＵは、周波数の設定を変更するか否かを判断する。より具体的には、ＣＰＵは、周波数の設定を変更するための指示がされている（例えば、周波数の変更を示すスイッチが押下されている）か否かを判断する。この判断がＹＥＳの場合、ＣＰＵは、処理をステップＳ１０３に移し、この判断がＮＯの場合、ＣＰＵは、処理をステップＳ１０６に移す。

ステップＳ１０３において、ＣＰＵは、周波数の設定をする。より具体的には、ＣＰＵは、周波数の設定を変更するための指示がされたときの周波数を入力し、記憶部に記憶する。その後、ＣＰＵは、処理をステップＳ１０４に移す。

ステップＳ１０４において、ＣＰＵは、間引き量を計算する。より具体的には、ＣＰＵは、周波数と基本波及び高調波の正弦波のデジタル値とが対応付けられた正弦波テーブル１３３に基づいて、入力された周波数に対応する基本波正弦波のデジタル値からアナログ値に変換する際の間引き量を計算する。その後、ＣＰＵは、処理をステップＳ１０５に移す。

ステップＳ１０５において、ＣＰＵは、サンプルクロックを設定する。より具体的には、ＣＰＵは、発生させる基本波正弦波の周波数に相当するサンプルクロックを設定する。その後、ＣＰＵは、処理をステップＳ１０６に移す。

ステップＳ１０６において、ＣＰＵは、基本波正弦波を読み出す。より具体的には、ＣＰＵは、正弦波テーブル１３３に基づいて、ステップＳ１０４で計算した間引き量に従って設定された周波数に対応する基本波正弦波のデジタル値を正弦波テーブル１３３から読み出す。その後、ＣＰＵは、処理をステップＳ１０７に移す。

ステップＳ１０７において、ＣＰＵは、読み出した正弦波データを基本波テーブルに保存する。より具体的には、ＣＰＵは、読み出した正弦波データを基本波テーブルに記憶させる。その後、ＣＰＵは、処理をステップＳ１０８に移す。

ステップＳ１０８において、ＣＰＵは、保存した基本波正弦波に係数ｋを乗算する。より具体的には、ＣＰＵは、ステップＳ１０７で記憶させた基本波テーブルのデータに係数ｋ（１＞ｋ＞０）を乗算する。出力Ｖ＝テーブル値×ｋ、すなわち、ｋ×ｓｉｎ（ωｔ）を算出する。その後、ＣＰＵは、処理をステップＳ１０９に移す。

ステップＳ１０９において、ＣＰＵは、２次高調波から５次高調波までの処理を行うために、高調波の次数ｘを２に初期セットする。その後、ＣＰＵは、処理をステップＳ１１０に移す。

ステップＳ１１０において、ＣＰＵは、ｘ次高調波の補正が必要か否かを判断する。より具体的には、ＣＰＵは、後述のステップＳ１４４〜１４６で作成されるｘ次高調波テーブルに記憶させたｘ次高調波成分が有るか否かを判断する。この判断がＹＥＳの場合、ＣＰＵは、処理をステップＳ１１１に移し、この判断がＮＯの場合、ＣＰＵは、処理をステップＳ１１５に移す

ステップＳ１１１において、ＣＰＵは、位相が２π（ｒａｄ）以上か否かを判断する。より具体的には、ＣＰＵは、０〜２π（ｒａｄ）の範囲において最もｘ次高調波成分が小さくなる位相を検出し、後述するステップＳ１４８で記憶させるために２π（ｒａｄ）の範囲まで繰り返したか否かを判断する。この判断がＹＥＳの場合、ＣＰＵは、処理をステップＳ１１７に移し、この判断がＮＯの場合、ＣＰＵは、処理をステップＳ１１２に移す。

ステップＳ１１２において、ＣＰＵは、ｘ次高調波テーブルの開始アドレスをΦｘ（ｒａｄ）遅らせる。その後、ＣＰＵは、処理をステップＳ１１３に移す。

ステップＳ１１３において、ＣＰＵは、ｘ次高調波成分に係数ｋｘを乗算する。より具体的には、ＣＰＵは、ｋｘ×ｓｉｎ（ωｔ−Φｘ）を計算する。その後、ＣＰＵは、処理をステップＳ１１４に移す。

ステップＳ１１４において、ＣＰＵは、ｘ次高調波成分を保存させる。より具体的には、ＣＰＵは、ｘ次高調波成分ｋｘ×ｓｉｎ（ωｔ−Φｘ）の計算値をｘ次成分テーブルに記憶させる。その後、ＣＰＵは、処理をステップＳ１１５に移す。

ステップＳ１１５において、ＣＰＵは、５次高調波か否かを判断する。より具体的には、ＣＰＵは、高調波の次数ｘが５以上か否かを判断する。この判断がＹＥＳの場合、ＣＰＵは、処理をステップＳ１２０に移し、この判断がＮＯの場合、ＣＰＵは、処理をステップＳ１１６に移す。

ステップＳ１１６において、ＣＰＵは、高調波の次数ｘを１増加させ、処理をステップＳ１１０に移す。すなわち、ＣＰＵは、２次高調波から５次高調波までＳ１１０からＳ１１４のステップを実行する。

ステップＳ１１７において、ＣＰＵは、ｘ次高調波成分を記憶した最小位相テーブルからｘ次高調波成分をロードする。より具体的には、ＣＰＵは、後述するステップＳ１４９で記憶させた最小位相テーブルからｘ次高調波成分をロードする。その後、ＣＰＵは、処理をステップＳ１１８に移す。

ステップＳ１１８において、ＣＰＵは、ｘ次高調波係数ｋｘが所定の値より小さいか否かを判断する。より具体的には、ＣＰＵは、ｘ次高調波係数ｋｘが１０ｄＢの減衰量より小さいか否かを判断する。この判断がＹＥＳの場合、ＣＰＵは、処理をステップＳ１１９に移し、この判断がＮＯの場合、ＣＰＵは、処理をステップＳ１１３に移す。減衰量の最小値は適宜調整されてよい。

ステップＳ１１９において、ＣＰＵは、ｘ次高調波係数ｋｘを所定の値だけ小さくする。より具体的には、ＣＰＵは、ｘ次高調波係数ｋｘから０．１ｄＢを減算する。その後、ＣＰＵは、処理をステップＳ１１３に移す。

ステップＳ１２０において、ＣＰＵは、基本波正弦波に、保存したｘ次高調波成分を加算する。より具体的には、ＣＰＵは、ステップＳ１０７で記憶させた基本波テーブルのデータに、ステップＳ１１４で記憶させたｘ次高調波テーブルのデータを加算する。すなわち、下記の数１を演算する。その後、ＣＰＵは、処理をステップＳ１２１に移す。

ステップＳ１２１において、ＣＰＵは、デジタル値をスピーカ１１駆動用のアナログ値に変換し、スピーカ１１を駆動する。より具体的には、ＣＰＵは、デルタ・シグマＤ／Ａコンバータ１３４（例えば、ΔΣ１６ＢｉｔＤ／Ａコンバータ）を用いて、ステップＳ１２０で加算したデジタル値をアナログ値に変換し、アンプ１３５を介してスピーカ１１に出力する。その後、ＣＰＵは、処理をステップＳ１２２に移す。

ステップＳ１２２において、ＣＰＵは、カプラ２１内の発生音圧を計測する。より具体的には、ＣＰＵは、ゲージ圧センサ１２を用いて、カプラ２１内の発生音圧として、大気圧とカプラ２１内の気圧との差を計測する。その後、ＣＰＵは、処理をステップＳ１２３に移す。

ステップＳ１２３において、ＣＰＵは、気体温度を計測する。より具体的には、ＣＰＵは、ゲージ圧センサ１２に沿って配置された温度センサを用いて、気体の温度を計測する。その後、ＣＰＵは、処理をステップＳ１２４に移す。

ステップＳ１２４において、ＣＰＵは、計測した発生音圧及び気体温度をデジタル値に変換する。より具体的には、ＣＰＵは、アンプ１３１を介してデルタ・シグマＡ／Ｄコンバータ１３２（例えば、ΔΣ１６ＢｉｔＡ／Ｄコンバータ）を用いて、発生音圧及び気体温度のアナログ値をデジタル値に変換する。その後、ＣＰＵは、処理をステップＳ１２５に移す。

ステップＳ１２５において、ＣＰＵは、温度補正値と発生音圧とを算出する。より具体的には、ＣＰＵは、ゲージ圧センサ１２の温度特性に基づいて、測定した気体温度に対応するゲージ圧センサ１２の温度補正値を算出する。次に、ＣＰＵは、発生音圧ΔＰｖに対し、ＦＦＴ演算又はＤＦＴ演算を行い、音圧演算値を算出する。その後、ＣＰＵは、処理をステップＳ１２６に移す。

ステップＳ１２６において、ＣＰＵは、センサ温度補正をするか否かを判断する。より具体的には、ＣＰＵは、算出した温度補正値が所定の範囲値を超えたか否かを判断する。この判断がＹＥＳの場合、ＣＰＵは、処理をステップＳ１２７に移し、この判断がＮＯの場合、ＣＰＵは、処理をステップＳ１２８に移す。

ステップＳ１２７において、ＣＰＵは、温度補正をする。より具体的には、ＣＰＵは、算出した温度補正値によって発生音圧ΔＰｖの補正をする。その後、ＣＰＵは、処理をステップＳ１２８に移す。

ステップＳ１２８において、ＣＰＵは、音圧演算値が所定の最大値と最小値との範囲内か否かを判断する。より具体的には、ＣＰＵは、音圧演算値が所定の最大値（例えば、１０．３１Ｐａ）と所定の最小値（例えば、９．７４Ｐａ）との範囲内か否かを判断する。この判断がＹＥＳの場合、ＣＰＵは、処理をステップＳ１２９に移し、この判断がＮＯの場合、ＣＰＵは、処理をステップＳ１３０に移す。

ステップＳ１２９において、ＣＰＵは、基本波正弦波に対する補正係数ｋを維持し、処理をステップＳ１３４に移す。

ステップＳ１３０において、ＣＰＵは、音圧演算値が所定の最大値以上か否かを判断する。より具体的には、ＣＰＵは、音圧演算値が所定の最大値（例えば、１０．３１Ｐａ）以上か否かを判断する。この判断がＹＥＳの場合、ＣＰＵは、処理をステップＳ１３１に移し、この判断がＮＯの場合、ＣＰＵは、処理をステップＳ１３２に移す。

ステップＳ１３１において、ＣＰＵは、基本波正弦波に対する補正係数ｋを小さくする。より具体的には、ＣＰＵは、補正係数ｋから所定値（例えば、０．０１）を減算し、補正係数ｋを小さくする。その後、ＣＰＵは、処理をステップＳ１３４に移す。

ステップＳ１３２において、ＣＰＵは、基本波正弦波に対する補正係数ｋを大きくする。より具体的には、ＣＰＵは、補正係数ｋに所定値（例えば、０．０１）を加算し、補正係数ｋを大きくする。その後、ＣＰＵは、処理をステップＳ１３３に移す。

ステップＳ１３３において、ＣＰＵは、補正係数ｋが規定値を超えたか否かを判断する。この判断がＹＥＳの場合、ＣＰＵは、処理をステップＳ１５２に移し、この判断がＮＯの場合、ＣＰＵは、処理をステップＳ１３４に移す。

ステップＳ１３４において、ＣＰＵは、歪補正完了か否かを判断する。より具体的には、ＣＰＵは、歪率が０．２５％（−５２ｄＢ）より小さいか、又は位相差が２π（ｒａｄ）まで行われ、かつ、ｘ次高調波係数ｋｘが１０ｄＢ減衰したか、を判断する。この判断がＹＥＳの場合、ＣＰＵは、処理をステップＳ１０８に移し、この判断がＮＯの場合、ＣＰＵは、処理をステップＳ１３５に移す。

ステップＳ１３５において、ＣＰＵは、２次高調波から５次高調波までの処理を行うために、高調波の次数ｘを２に初期セットして、処理をステップＳ１３６に移す。

ステップＳ１３６において、ＣＰＵは、ｘ次高調波成分のレベルの読み込みを行う。より具体的には、ＣＰＵは、ｘ次高調波成分のレベル化された値を読み込む。その後、ＣＰＵは、処理をステップＳ１３７に移す。

ステップＳ１３７において、ＣＰＵは、位相が０（ｒａｄ）か否かを判断する。より具体的には、ＣＰＵは、ｘ次高調波成分の位相が０（ｒａｄ）か否かを判断する。この判断がＹＥＳの場合、ＣＰＵは、処理をステップＳ１３８に移し、この判断がＮＯの場合、ＣＰＵは、処理をステップＳ１３９に移す。

ステップＳ１３８において、補正を行なわない状態における初期ｘ次高調波係数ｋｘを算出する。より具体的には、ＣＰＵは、例えば音圧の１ｋＨｚにおけるＦＦＴ結果を基準として０ｄＢＶｒｍｓとする。高調波は基準に対してどのくらい小さいレベルなのかを計算する（例えば、高調波信号レベル−基本波信号レベルを計算する）。この値は相対減衰量として扱える。このレベルをｘ次高調波の係数ｋｘとしてステップＳ１１３の計算式に用いる。その後、ＣＰＵは、処理をステップＳ１３９に移す。

ステップＳ１３９において、ＣＰＵは、ｘ次高調波成分の歪率を算出する。より具体的には、ＣＰＵは、ステップＳ１２５の演算結果からｘ次高調波成分のレベルと基本波成分のレベルとのレベル差（歪率）を算出する。その後、ＣＰＵは、処理をステップＳ１４０に移す。なお、基本波ＦＦＴ結果レベルを０ｄＢとし、ｘ次高調波ＦＦＴ結果レベルが基本波ＦＦＴ結果レベルに対してどのくらい減衰しているか算出し、この値が歪率となる。

ステップＳ１４０において、ＣＰＵは、ｘ次高調波成分の歪率を記憶させる。より具体的には、ＣＰＵは、算出したｘ次高調波成分の歪率を高調波の次数に対応付けて記憶させる。その後、ＣＰＵは、処理をステップＳ１４１に移す。

ステップＳ１４１において、ＣＰＵは、ｘ次高調波成分の歪率と、最小歪率とを比較する。より具体的には、ＣＰＵは、記憶させたｘ次高調波成分の歪率と、ｘ次高調波成分の最小歪率（デフォルトは１００％）とを比較する。その後、ＣＰＵは、処理をステップＳ１４２に移す。

ステップＳ１４２において、ＣＰＵは、ｘ次高調波成分の歪率が最小歪率より小さいか否かを判断する。この判断がＹＥＳの場合、ＣＰＵは、処理をステップＳ１４３に移し、この判断がＮＯの場合、ＣＰＵは、処理をステップＳ１５０に移す。

ステップＳ１４３において、ＣＰＵは、ｘ次成分テーブルが作成されているか否かを判断する。この判断がＮＯの場合、ＣＰＵは、処理をステップＳ１４４に移し、この判断がＹＥＳの場合、ＣＰＵは、処理をステップＳ１４７に移す。

ステップＳ１４４において、ＣＰＵは、ｘ次高調波補正の歪率が所定の値より大きいか否かを判断する。より具体的には、ＣＰＵは、ステップＳ１４０で記憶させたｘ次高調波成分の歪率が０．２５％（−５２ｄＢ）より大きいか否かを判断する。この判断がＹＥＳの場合、ＣＰＵは、処理をステップＳ１４５に移し、この判断がＮＯの場合、ＣＰＵは、処理をステップＳ１４７に移す。

ステップＳ１４５において、ＣＰＵは、ｘ次高調波成分の読み出しを行う。より具体的には、ＣＰＵは、正弦波テーブルからｘ次高調波成分の正弦波データの読み出しを行う。その後、ＣＰＵは、処理をステップＳ１４６に移す。

ステップＳ１４６において、ＣＰＵは、読み出したｘ次高調波成分を保存する。より具体的には、ＣＰＵは、読み出したｘ次高調波成分をｘ次高調波テーブルに記憶させる。その後、ＣＰＵは、処理をステップＳ１４７に移す。

ステップＳ１４７において、ＣＰＵは、ｘ次高調波成分の歪率をｘ次高調波成分の最小歪率として記憶させる。すなわち、遅れ位相φｘのステップＳ１３９で求めた歪率を記憶させる。その後、ＣＰＵは、処理をステップＳ１４８に移す。

ステップＳ１４８において、ＣＰＵは、ｘ次高調波係数ｋｘ及び位相Φｘを記憶させる。その後、ＣＰＵは、処理をステップＳ１４９に移す。

ステップＳ１４９において、ＣＰＵは、ｘ次高調波成分を、最小歪の位相としてｘ次高調波テーブルに、高調波の次数に対応付けて記憶させる。その後、ＣＰＵは、処理をステップＳ１５０に移す。

ステップＳ１５０において、ＣＰＵは、５次高調波か否かを判断する。より具体的には、ＣＰＵは、高調波の次数ｘが５以上か否かを判断する。この判断がＹＥＳの場合、ＣＰＵは、処理をステップＳ１０８に移し、この判断がＮＯの場合、ＣＰＵは、処理をステップＳ１５１に移す。

ステップＳ１５１において、ＣＰＵは、高調波の次数ｘを１増加させ、処理をステップＳ１３６に移す。すなわち、ＣＰＵは、２次高調波から５次高調波までＳ１３６からＳ１４９のステップを実行する。

ステップＳ１５２において、ＣＰＵは、マイクロホン３１が差し込まれていないと判断して音響校正器１０の電源をＯＦＦにする。その後、ＣＰＵは、処理を終了する。

図７は、本発明の一実施形態に係る音響校正器１０が出力する信号の例を示す図である。図７に示す例は、基本信号に基づいて、スピーカ１１によって出力される音響の信号波形の歪みを減少させるように、高調波成分を加えた合成信号の例である。

本実施形態によれば、音響校正器１０は、スピーカ１１によりカプラ２１内に音響を出力し、音響が出力されたカプラ２１内の気圧と、大気圧との差により音圧を計測し、計測した音圧に基づいて信号波形の歪みを解析し、解析に基づいて、出力する音響の信号波形の歪みを補正し、計測された音圧が一定の音圧になると共に、信号波形の歪みが減少するように補正し、スピーカ１１への出力を制御する。すなわち、音響校正器１０は、計測した発生音圧をＦＦＴ演算し、発生している高調波を打ち消すために、位相とゲインを調整し加算した信号でスピーカ１１を駆動する。
さらに、音響校正器１０は、ゲージ圧センサ１２によって、一端がカプラ２１内に通じ、他端が大気圧に開放された状態で、スピーカ１１によって音響が出力されたカプラ２１内の気圧と、大気圧との差により音圧を計測し、計測した音圧から発生音圧信号の周波数の音圧レベルを抽出するためのＦＦＴ又はＤＦＴ演算を行い、温度センサ１５によって計測された温度に基づいて、ゲージ圧センサ１２によって計測された音圧を補正する。
したがって、音響校正器１０は、大気圧の変化の影響を受けずに、一定の音圧であると共に信号波形の歪みが少ない音響を発生させて、精度よく校正できるようにすることができる。さらに、スピーカ１１の周波数特性、温度特性に関係なく発生音圧を一定に保ち、信号波形の歪みが少ない音響を発生させ、精度よく校正できるようにする。さらに、音響校正器１０は、発生音圧の周波数をＦＦＴ又はＤＦＴ演算することによりセンサのオフセットや、ノイズの影響を受けずに精度を上げることが可能になる。
また、ステップＳ１５２のように、音響校正器１０は、カプラ２１にマイクロホン３１が挿入されているか否かを判断して、音響校正器１０自身の電源を切ることができ、校正が終了し校正器からマイクロホン３１を抜いた時に電源を切らなくても自動的に電源をＯＦＦする制御も可能である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限るものではない。また、本発明の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施形態に記載されたものに限定されるものではない。

１０ 音響校正器
１１ スピーカ
１２ ゲージ圧センサ
１３ 制御手段
１４ 演算手段
１５ 温度センサ
１６ 温度補正手段
１７ 解析手段
１８ 歪補正手段
２１ カプラ
３１ マイクロホン

Claims (4)

1. マイクロホンを挿入するためのカプラを有する音響校正器であって、
   前記カプラ内に音響を出力する音響出力手段と、
   前記音響出力手段によって音響が出力されたカプラ内の気圧と、大気圧との差により音圧を計測する音圧計測手段と、
   前記音圧計測手段によって計測された音圧に基づいて信号波形の歪みを解析する解析手段と、
   前記解析手段による解析に基づいて、前記音響出力手段によって出力される音響の信号波形の歪みを補正する歪補正手段と、
   前記音圧計測手段によって計測された音圧が一定の音圧になると共に、信号波形の歪みが減少するように、前記歪補正手段を用いて補正し、前記音響出力手段への出力を制御する制御手段と、
   前記音圧計測手段によって計測された音圧から発生音圧信号の周波数の音圧レベルを抽出するための演算を行う演算手段を備え、
   前記制御手段は、前記演算手段によって演算された値を用いて、前記音響出力手段への出力を制御する、音響校正器。
2. 前記音圧計測手段は、一端がカプラ内に通じ、他端が大気圧に開放された状態で、前記音響出力手段によって音響が出力されたカプラ内の気圧と、大気圧との差により音圧を計測する、請求項１に記載の音響校正器。
3. 前記演算手段は、ＦＦＴ又はＤＦＴ演算を行い、
   前記制御手段は、前記ＦＦＴ又は前記ＤＦＴ演算の値を用いて、フィードバックを行う、
   請求項１又は２に記載の音響校正器。
4. 前記音圧計測手段に沿って配置され、気体の温度を計測する温度計測手段と、
   前記温度計測手段によって計測された温度に基づいて、前記音圧計測手段によって計測された音圧を補正する温度補正手段と、
   をさらに備える、請求項１から３のいずれかに記載の音響校正器。
   
   

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