JPH063474B2 - Signal analyzer - Google Patents

Signal analyzer

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JPH063474B2
JPH063474B2 JP58209077A JP20907783A JPH063474B2 JP H063474 B2 JPH063474 B2 JP H063474B2 JP 58209077 A JP58209077 A JP 58209077A JP 20907783 A JP20907783 A JP 20907783A JP H063474 B2 JPH063474 B2 JP H063474B2
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JP
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frequency
amplitude
signal
fourier
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泰明 淡中
徳昭 鈴木
達也 金子
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は信号のフーリエ分析装置に係り、特に騒音等の
音響信号の分析に好適な信号分析装置に関するものであ
る。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a Fourier analysis device for signals, and more particularly to a signal analysis device suitable for analyzing acoustic signals such as noise.

〔発明の背景〕[Background of the Invention]

従来、信号を分析する装置としてフーリエ変換に基づい
たスペクトルアナライザーがある。これを用いると、入
力信号に対するサンプリング周波数、データの総数を適
宜設定出来るので、必要な周波数範囲、分解能を変えて
分析可能である。また、入力信号の特定個所を所定の周
波数範囲にわたり一度に分析出来るため、広く一般に用
いられている。
Conventionally, there is a spectrum analyzer based on Fourier transform as a device for analyzing a signal. When this is used, the sampling frequency for the input signal and the total number of data can be set appropriately, so that analysis can be performed by changing the necessary frequency range and resolution. Further, it is widely used because a specific part of an input signal can be analyzed at a time over a predetermined frequency range.

ところが、機器の騒音などのように、聴感との関連にお
いてスペクトルの形状を比較検討するような場合、分析
されたスペクトル形状と実感とが対応しないことがあ
る。これは、聴覚における信号分析が、フーリエ変換の
ような変換によるものではなく、後で説明する多数のバ
ンドパスフィルターによる信号処理に近い性質を持って
いることが1つの原因である。したがって、たとえば機
器の騒音スペクトルと聴感との関係を調べるためには、
スーリエ変換されたデータに何等かの聴覚の性質を取り
入れた計算処理が必要となる。
However, in the case where the shape of the spectrum is comparatively examined in relation to the auditory sense such as the noise of the device, the analyzed spectrum shape and the actual feeling may not correspond. One of the reasons for this is that the signal analysis in auditory sense has a property close to signal processing by a large number of bandpass filters described later, not by a transform such as Fourier transform. Therefore, for example, in order to investigate the relationship between the noise spectrum of a device and the feeling of hearing,
It is necessary to perform calculation processing that incorporates some kind of auditory property in the Sourier-transformed data.

一方、従来の信号分析器にはオクターブ分析器と呼ばれ
るものがある。この装置には多数のバンドパスフィルタ
ーが設けられ、通常はメカニカルスキャンによって各バ
ンドパスフィルターを逐次選択シテこれを通過する信号
の振幅値を記録する。オクターブ分析器は20HZから20kH
zにいたる可聴域、あるいはその前後で用いられ、スペ
クトル形状と聴感とを概略対応付けることが出来る。す
なわち、周波数軸を1/3オクターブ幅で分割すると、聴
覚における臨界帯域と大体一致することになる。また、
聴覚上の音の大きさは、変化が大きくない範囲で近似的
に音圧レベル(dB)に比例している。
On the other hand, there is a conventional signal analyzer called an octave analyzer. This device is provided with a large number of bandpass filters, and usually, a mechanical scan is used to sequentially select each bandpass filter and record the amplitude value of the signal passing therethrough. Octave analyzer from 20HZ to 20kH
It is used in the audible range up to z, or before and after the audible range, and it is possible to roughly associate the spectral shape with the auditory sense. In other words, if the frequency axis is divided by 1/3 octave width, it will roughly coincide with the critical band in hearing. Also,
The perceptual loudness is approximately proportional to the sound pressure level (dB) in the range where the change is not large.

上記のように、オクターブ分析器は聴覚と相関が高いと
いう利点があるが、反面分解能が低いという欠点があ
る。たとえば20Hzから20kHZを1オクターブのフィルタ
ーで分析して得られる振幅値は10個であり、1/3オク
ターブのフィルターによって得られる振幅値は30個であ
る。また、メカニカルスキャンによるオクターブ分析器
の他の欠点として、スキャンによる時間差のために、信
号における比較的短時間の特定個所を分析出来ないこと
が挙げられる。すなわち、定常信号しか適用出来ないの
である。
As described above, the octave analyzer has an advantage that it has a high correlation with hearing, but has a drawback that it has a low resolution. For example, the amplitude value obtained by analyzing 20 Hz to 20 kHz with a filter of 1 octave is 10, and the amplitude value obtained by the filter of 1/3 octave is 30. Another disadvantage of the mechanical scan octave analyzer is that it is not possible to analyze a specific portion of the signal for a relatively short time due to the time difference due to the scan. That is, only stationary signals can be applied.

ところで、前記のフーリエ変換によって得られた分析結
果をもとにして1/3オクターブ分析相当のスペクトルを
計算することは可能である。しかし、任意の分解能で計
算する分析装置は知られていない。
By the way, it is possible to calculate a spectrum corresponding to 1/3 octave analysis based on the analysis result obtained by the Fourier transform. However, there is no known analyzer that calculates with arbitrary resolution.

〔発明の目的〕[Object of the Invention]

本発明の目的は、バンドパスフィルターを用いたオクタ
ーブ分析法によって得られるスペクトルに相当するスペ
クトルをフーリエ変換により得ることが出来る信号分析
装置を提供するにある。
An object of the present invention is to provide a signal analysis device that can obtain a spectrum corresponding to the spectrum obtained by the octave analysis method using a bandpass filter by Fourier transform.

〔発明の概要〕[Outline of Invention]

本装置は、騒音等の音響信号を対象とするため、全体の
機器構成は音波を受波するマイクロホン、増幅器、アナ
ログ信号を取込むためのインターフェイスとサンプリン
グされた信号に対して計算処理を行なう本発明のプロセ
ッサーおよび結果を表示するディスプレイ等よりなる。
Since this device targets acoustic signals such as noise, the overall equipment configuration is a microphone that receives sound waves, an amplifier, an interface for capturing analog signals, and a book that performs calculation processing on sampled signals. It comprises a processor of the invention and a display etc. for displaying the results.

ここでは、まず本装置で行なう信号に対する計算法につ
いて説明し、次いで装置の構成については実施例により
説明する。
Here, first, a calculation method for a signal performed by the present apparatus will be described, and then the configuration of the apparatus will be described by way of examples.

本装置における測定と計算法においては、測定信号に対
して、まず所定のサンプリング周波数とサンプリングに
よる時間軸の振幅データの総数を定め、離散的フーリエ
変換(DFT)の計算法によってフーリエスペクトル(振幅
値)と周波数の組みを得る。
In the measurement and calculation method of this device, first, for the measurement signal, the total number of amplitude data on the time axis by the predetermined sampling frequency and sampling is determined, and the Fourier spectrum (amplitude value) is calculated by the discrete Fourier transform (DFT) calculation method. ) And frequency pairs.

以下、図を用いて本発明の原理を説明する。第1図はD
FT計算によって得られた信号のフーリエスペクトルの
例である。例に示した信号は、ホワイトノイズのように
周波数によらず一定値を持つもので、振幅値を基準化し
て最大値を1.0としている。データごとの間隔は500Hzで
ある。第1図の周波数軸は1kHzから10kHzまで1kHz単位
で等間隔に表示している。
Hereinafter, the principle of the present invention will be described with reference to the drawings. Figure 1 shows D
It is an example of the Fourier spectrum of the signal obtained by FT calculation. The signal shown in the example has a constant value regardless of frequency like white noise, and the maximum value is set to 1.0 by standardizing the amplitude value. The interval for each data is 500Hz. The frequency axis in Fig. 1 is displayed from 1 kHz to 10 kHz in 1 kHz units at equal intervals.

第2図は周波数軸が対数化されているが、図の上に示し
たスペクトルは第1図のスペクトルと同じものである。
フーリエスペクトルの各データは周波数軸において等間
隔に配置されず、周波数が高くなるに従って、データの
数は密になっている。仮に、いま対数化された周波数軸
に3個の領域を設けたとする。すなわち、1.4kHzから2.
3kHzの領域R1,2.8kHzから5.6kHzの領域R2,5.6kHzか
ら11.2kHzの領域Rである。これ等の領域は対数化さ
れた周波数軸に対して等間隔であり、いわゆる1オクタ
ーブの周波数間隔に相当している。
The frequency axis in FIG. 2 is logarithmic, but the spectrum shown above is the same as the spectrum in FIG.
The respective data of the Fourier spectrum are not arranged at equal intervals on the frequency axis, and the number of data becomes denser as the frequency becomes higher. It is assumed that three regions are provided on the logarithmized frequency axis. That is, 1.4 kHz to 2.
Region R 1 of 3 kHz, a region R 2 of 5.6KHz from 2.8 kHz, a region R 3 of 11.2kHz from 5.6KHz. These regions are evenly spaced with respect to the logarithmic frequency axis, and correspond to so-called one octave frequency spacing.

これ等の領域にはいる各フーリエスペクトルの振幅値か
ら、以下の式により各領域の中心周波数におけるスペク
トル値asjを定義する。
The spectrum value asj at the center frequency of each region is defined by the following equation from the amplitude value of each Fourier spectrum in these regions.

ここでは、mはj領域にはいるフーリエスペクトル振幅
値の最初の番号であり、nは最後の番号である。二乗和
の式(1)は振幅aiのエネルギーを周波数帯域の中で加算
したエネルギー和を表わしている。たとえば、R1領域
においては、振幅値a1,a2,a3より、aS1を得てR1
領域の中心周波数2kHzのスペクトル値が定義される。同
様にして、4kHz,8kHzのスペクトル値aS2,aS3を定義
する。
Here, m is the first number and n is the last number of the Fourier spectrum amplitude values falling in the j region. Equation (1) of the sum of squares represents the energy sum obtained by adding the energy of the amplitude a i in the frequency band. For example, in the R 1 region, a S1 is obtained from the amplitude values a 1 , a 2 , and a 3 to obtain R 1
The spectral value at the center frequency of 2 kHz is defined. Similarly, spectral values a S2 and a S3 of 4 kHz and 8 kHz are defined.

第3図は全てのフーリエスペクトル振幅値(総数N/2)
の二乗和 を基準値として、次式により定義したレスポンス(スペ
クトルの相対レベルの意味)を表わしている。
Figure 3 shows all Fourier spectrum amplitude values (total N / 2)
Sum of squares Is used as a reference value, and the response (meaning the relative level of the spectrum) defined by the following equation is represented.

図のレスポンス(dB)で表わした各値の差分は3dbの勾配
を持つ直線で近似される。この傾向は、ホワイトノイズ
をオクターブ分析した結果と一致する。
The difference in each value expressed in the response (dB) in the figure is approximated by a straight line with a slope of 3db. This tendency is consistent with the result of octave analysis of white noise.

本発明の装置における計算法では、対数化された周波数
軸上で十分小さな区間を設け、その区間に複数個のフー
リエスペクトル振幅値がはいる程度に十分な振幅値の数
を用意して、分解能の高いオクターブ分析スペクトルを
得ようとするものである。
In the calculation method of the apparatus of the present invention, a sufficiently small section is provided on the logarithmic frequency axis, and a sufficient number of amplitude values is prepared so that a plurality of Fourier spectrum amplitude values are included in the section, and the resolution is set. It is intended to obtain a high octave analysis spectrum.

また、フーリエ変換により得られるフーリエスペクトル
の個々の振幅値は相対値であって、原信号(時間軸上)
の振幅値とは無相関である。そこで、最終的に得られた
スペクトルから入力信号の振幅値(たとえばRMS値)
を知る方法として、一つはフーリエスペクトルにおける
各振幅値から次式によりスペクトルの総和Aを求め、 でフーリエスペクトルの各振幅値aを割る、すな
わち基準化するのである。ここで、N/2はフーリエスペ
クトルの総数である。一方、入力信号に対しては、サン
プリングされた信号振幅のRMS値Aを次式により求
める。
Also, the individual amplitude values of the Fourier spectrum obtained by the Fourier transform are relative values, and the original signal (on the time axis)
Is uncorrelated with the amplitude value of. Therefore, the amplitude value of the input signal (eg RMS value) from the finally obtained spectrum
One is to find the total sum A F of the spectrum from each amplitude value in the Fourier spectrum by the following equation, That is, each amplitude value a i of the Fourier spectrum is divided by A F , that is, normalized. Here, N / 2 is the total number of Fourier spectra. On the other hand, for the input signal, the RMS value A I of the sampled signal amplitude is obtained by the following equation.

このAの値は、前記のAの値と比例関係にある(A
≡A)。ここで、Nはサンプリングされた信号振幅
データの総数である。こうして、Aの値から入力信号
振幅値を知り、最終的に表示されたスペクトルにおいて
は、Aと各スペクトル値との差分から各スペクトルの
振幅値を知ることが出来るのである。
The value of A I is proportional to the value of A F (A
F ≡A I). Here, N is the total number of sampled signal amplitude data. Thus, the input signal amplitude value can be known from the value of A I , and the amplitude value of each spectrum can be known from the difference between A F and each spectrum value in the finally displayed spectrum.

次に、第二の方法として次式による比Fを求め、 F=A/A (6) Fでフーリエスペクトルの各振幅値aを割り、 afi=a/F (7) aのかわりにafiをもとにして上記の計算を行なえ
ば、入力信号の振幅と最終的なスペクトルの振幅を関係
付けることが出来る。すなわち、入力信号振幅が小さな
場合にはスペクトルの振幅は全体として小さくなり、入
力信号振幅が大きくなると、スペクトルの振幅は全体と
して大きく表示されることになる。
Next, as a second method, a ratio F is calculated by the following equation, and each amplitude value a i of the Fourier spectrum is divided by F = A I / A F (6) F, and a fi = a i / F (7) a If the above calculation is performed based on a fi instead of i , the amplitude of the input signal and the amplitude of the final spectrum can be related. That is, when the input signal amplitude is small, the spectrum amplitude is small as a whole, and when the input signal amplitude is large, the spectrum amplitude is large as a whole.

次に、前記のオクターブ分析スペクトルを求める場合、
あらかじめ周波数軸の区間の大きさを定めて計算してい
る。しかし、スペクトルを見た結果、ある周波数範囲の
分解能を高めてスペクトル構造を調べる必要が生じた場
合、周波数区間の大きさを適宜換えてスペクトルを得る
必要がある。本発明の装置では、これが可能となるよう
な計算法を与えている。
Next, when obtaining the octave analysis spectrum,
The size of the frequency axis section is determined in advance and calculated. However, as a result of looking at the spectrum, when it becomes necessary to improve the resolution in a certain frequency range and investigate the spectral structure, it is necessary to appropriately change the size of the frequency section to obtain the spectrum. The apparatus of the present invention provides a calculation method that enables this.

〔発明の実施例〕Example of Invention

以下、本発明の実施例を図により説明する。第4図は本
発明の信号分析装置の概略ブロック図である。図におか
いて、1は無響室、無響箱あるいは防音室と呼ばれるも
ので、この中に測定対象物Tを置く。無響室1は外来の
騒音を極力排除するために設けられる。マイクロホン2
によって、測定対象物Tが発生する音響信号が検出され
る。検出された信号は、マイクアンプ3、測定用アンプ4
により、所定の振幅に増幅され、インターフェイス5へ
入力される。インターフェイス5により、アナログ信号
は所定のサンプリング周波数でサンプリングされて、デ
ィジタル信号へ変換される。ディジタル化された信号は
本発明の装置aにおいて計算処理され、その結果はグラ
フィックディスプレイ11あるいはX−Yプロッタ16に表
示される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 4 is a schematic block diagram of the signal analyzer of the present invention. In the figure, 1 is called an anechoic chamber, an anechoic box or a soundproof room, in which the measuring object T is placed. The anechoic chamber 1 is provided to eliminate external noise as much as possible. Microphone 2
Thus, the acoustic signal generated by the measuring object T is detected. The detected signal is microphone amplifier 3, measurement amplifier 4
Then, the signal is amplified to a predetermined amplitude and input to the interface 5. The interface 5 samples the analog signal at a predetermined sampling frequency and converts it into a digital signal. The digitized signal is processed by the device a of the present invention, and the result is displayed on the graphic display 11 or the XY plotter 16.

次に、本発明の装置aを第5図を用いて説明する。図に
おいて、インターフェイス5によりアナログ信号はディ
ジタル化された後、ランダムアクセスメモリ(RAM)6に一
旦ストアされる。RAM6より読出された信号は離散的フー
リエ変換(DFT)の計算を行なうDFTプロセッサー7によっ
てフーリエ変換される。これ等はリードオンリーメモリ
(ROM)15に記録されたプログラムに従って逐次行なわれ
る。インターフェイス5におけるサンプリング周波数、
データの総数などは、あらかじめコントロールパネル12
において設定され、その情報はROM15のプログラムが伝
達する。DFTプロセッサー7における計算条件に対しても
同様である。
Next, the device a of the present invention will be described with reference to FIG. In the figure, an analog signal is digitized by an interface 5 and then temporarily stored in a random access memory (RAM) 6. The signal read from the RAM 6 is Fourier-transformed by the DFT processor 7 which performs the discrete Fourier transform (DFT) calculation. These are read-only memories
Sequentially according to the program recorded in (ROM) 15. Sampling frequency at interface 5,
Control panel 12
, And the information is transmitted by the program in ROM15. The same applies to the calculation conditions in the DFT processor 7.

フーリエ変換された結果に換算器7′における計算を行
ない、その後フーリエ振幅値はRAM8にストアされる。一
連の振幅値はそれぞれ固有の周波数を持つが、それ等は
周波数軸の番地を記録したROM13によって指定され、こ
こでフーリエ振幅値と周波数の二組みのデータがRAM8に
記録されることになる。ここでの周波数はコントロール
パネル12によって指定された条件に従う。次に、演算器
9によりRAM8に記録された振幅値と周波数を用いてオク
ターブ分析スペクトルの値が計算される。演算器9にお
ける計算条件は、あらかじめコントロールパネル12に
おいて指定しておけば、その情報はROM15におけるプロ
グラムに伝達され、それによって演算器9が制御され
る。計算の結果得られたスペクトル値は演算器9′で処
理された後ROM14における周波数と組み合せられ、一旦R
AM10にストアされた後、ディスプレイ11において表示さ
れる。
The converter 7'calculates the result of the Fourier transform, and then the Fourier amplitude value is stored in the RAM8. Each of the series of amplitude values has its own frequency, but these are specified by the ROM 13 which records the address of the frequency axis, and here two sets of data of the Fourier amplitude value and the frequency are recorded in the RAM 8. The frequencies here follow the conditions specified by the control panel 12. Next, arithmetic unit
According to 9, the value of the octave analysis spectrum is calculated using the amplitude value and the frequency recorded in the RAM 8. If the calculation conditions in the arithmetic unit 9 are designated in advance on the control panel 12, the information is transmitted to the program in the ROM 15, and the arithmetic unit 9 is controlled by this. The spectrum value obtained as a result of the calculation is processed by the computing unit 9'and then combined with the frequency in the ROM 14 to temporarily convert it to R
After being stored in AM10, it is displayed on the display 11.

次に、上記の各段階における計算内容を説明する。ま
ず、インターフェイス5におけるアナログ信号のサンプ
リング条件について説明する。サンプリング周波数は2
0.48kHzであり、データの総数は4096個である。その結
果、測定対象物の発生する音響信号を0.2秒間記録する
ことになる。
Next, the contents of calculation in each of the above steps will be described. First, the analog signal sampling conditions in the interface 5 will be described. Sampling frequency is 2
It is 0.48 kHz, and the total number of data is 4096. As a result, the acoustic signal generated by the measuring object is recorded for 0.2 seconds.

記録を終えると計算に移行するが、第6図のフローチャ
ートを用いた計算の内容を説明する。図において、ステ
ップでは周波数区間のパラメータmと周波数範囲の
上限Fと下限Fを定める。パラメータmについて
は後で述べるが、本実施例では、m=1/20,F=10
240HZ,F=200HZである。図のフローチヤートではス
テップが計算のスタート点となっているが、実際には
上記した信号の記録から連続して実行される。次のステ
ップからステップまでの計算は第5図におけるDF
Tプロセッサー7における計算内容を示している。
When the recording is finished, the calculation is started, but the contents of the calculation using the flowchart of FIG. 6 will be described. In the figure, in the step, a parameter m O in the frequency section and an upper limit F H and a lower limit F L of the frequency range are determined. The parameter m O will be described later, but in this embodiment, m O = 1/20 and F H = 10.
240H Z, a F L = 200H Z. In the flow chart shown in the figure, the step is the starting point of the calculation, but in reality, it is continuously executed from the recording of the above-mentioned signal. The calculation from the next step to step is the DF in FIG.
The calculation contents in the T processor 7 are shown.

ステップでは4096個のデータに対する次式のような離
散的フーリエ変換を行なう。
In the step, discrete Fourier transform as shown in the following equation is performed on 4096 pieces of data.

ここで、x(n)は時間軸における振幅値データであ
り、第5図5のインターフェイスで取込み、RAM6に記
録されている。Nはデータの総数である。右辺の第2項
はハニングオペレーシヨンと呼ばれる重み関数である。
ここで、B(K)における奇数項は実数を、偶数項は虚
数を表わすように計算されるので、次式により、フーリ
エスペクトル(振幅値)を求める。
Here, x (n) is amplitude value data on the time axis, which is taken in by the interface of FIG. 5 and recorded in the RAM 6. N is the total number of data. The second term on the right-hand side is a weighting function called Hanning Operation.
Here, since the odd term in B (K) is calculated so as to represent a real number and the even term is expressed as an imaginary number, the Fourier spectrum (amplitude value) is obtained by the following equation.

これがステップの計算である。Nは4096であるから、
の総数は2048個である。また、サンプリング周波数
20.48kHzより、フーリエスペクトルの周波数の上限は10
240Hzとなる。したがって、5Hzの間隔ごとに1個の振幅
値が並ぶことになる。
This is the step calculation. Since N is 4096,
The total number of a i is 2048. Also the sampling frequency
From 20.48kHz, the upper limit of frequency of Fourier spectrum is 10
It becomes 240Hz. Therefore, one amplitude value is arranged at intervals of 5 Hz.

次に、ステップでは式(4)を用いてフーリエスペクト
ルaの総和を計算し、Aを得る。次にステップに
おいて、入力信号のRAS値を計算してA1を得る。ここ
で、AとAは、共に信号のエネルギーを表わすもの
であるという意味で、本来同じものであるが、Aはフ
ーリエスペクトルをもとにした相対値である。したがっ
てステップではAのかわりに入力信号のRMS値A
を表示する。ステツプからまでの計算は第5図の演
算器7′において行なわれ、結果はRAM8に記録される。
Next, in step, the sum of the Fourier spectra a j is calculated using the equation (4) to obtain A F. In the next step, the RAS value of the input signal is calculated to obtain A 1 . Here, A F and A I in the sense that in which both represent the energy of the signal, but the same as the original, A F is a relative value based on the Fourier spectrum. Therefore, in the step, instead of A F , the RMS value A I of the input signal
Is displayed. The calculation from step to is performed in the arithmetic unit 7'of FIG. 5, and the result is recorded in the RAM 8.

ステップでは、2048個のフーリエスペクトルからオク
ターブ分析スペクトルasiを導出する。この計算は演
算器9において行なわれるが詳細は後で説明する。
In the step, the octave analysis spectrum a si is derived from the 2048 Fourier spectra. This calculation is performed by the arithmetic unit 9, the details of which will be described later.

次に、ステップでは上記のオクターブ分析スペクトル
siをAで基準化する。そして、式(3)により相対
レベルL求めるものである。すなわち、Aを0dBと
して個々のスペクトル値を0dBに対する相対レベル(d
B)とする。この計算は演算器9′において行なわれ
る。ステップはグラフィックプログラムであり、オク
ターブ分析スペクトルを第7図のようにX−Yブロッタ
あるいはグラフィックディスプレイ上に表示する。表示
が終わるとステップ において分解能を変えて計算し、表示するか否かを判断
する。必要のない場合にはその旨指示すると計算は終了
する。必要がある場合にはその旨支持すると、ステップ において周波数範囲の上限F、下限F,周波数区間
のパラメータmをコントロールパネルから入力する。
計算のスタート点ではm=1/20,F=10240Hz,F
=200Hzであつたが、たとえばm=1/30,F=10240
Hz,F=1000Hzのように入力するのである。
Next, in step, the octave analysis spectrum a si is standardized by A F. Then, the relative level L i is obtained by the equation (3). That is, when A F is set to 0 dB, each spectrum value is set to a relative level (d
B). This calculation is performed in the arithmetic unit 9 '. The step is a graphic program which displays the octave analysis spectrum on an XY blotter or graphic display as shown in FIG. Step when display ends In step 1, the resolution is changed and calculation is performed to determine whether or not to display. If it is not necessary, an instruction to that effect ends the calculation. If so, support it and step At, the upper limit F H of the frequency range, the lower limit F L , and the parameter m O of the frequency section are input from the control panel.
At the starting point of calculation, m O = 1/20, F H = 10240Hz, F
Although L = 200 Hz, for example, m = 1/30, F H = 10240
Hz, it is to enter F L = 1000 Hz.

次に第8図を用いて、オクターブ分析スペクトルの計算
方法を説明する。図のステップでは、周波数帯域幅に
関する初期値を定義する。f0は帯域幅の中心周波数で
あり、f1は下限の周波数を、f2の周波数を表わしてい
る。これ等の周波数には次式のような関係がある。
Next, the method of calculating the octave analysis spectrum will be described with reference to FIG. In the steps shown, an initial value for the frequency bandwidth is defined. f 0 is the center frequency of the bandwidth, f 1 is the lower limit frequency, and f 2 is the frequency. These frequencies have the following relationship.

▲f ▼=f1・f2,f0=2m0・f1
(10) m0は帯域幅を決めるパラメータであり、本実施例では1
/20とした。すなわち1/10オンターブ幅である。f0=F
とおけば、式(10)より周波数f1とf2が導かれる。た
とえば、周波数f0を200Hzとすればf1=186.6Hz,f2
=214.4Hzとなる。ステツプでは、あらかじめ計算さ
れたフーリエスペクトルa(i=1,2…,N/20)の中
から周波数f1とf2の間に存在するa(K=m,m+
1,…n)を選び出す。帯域の中には、少なくとも1個
のaを含む必要があり、初期値の周波数f0をあまり
低く定めることは出来ない。選び出されたaをもとに
してステップでは二乗和asjを計算する。ステップ
ではasjをf0のスペクトル値と定義してfosを
asjの周波数とする。ステップでは、f1=f2とし
て新たに定義した周波数f1をもとにして周波数f0とf
2を計算する。次にデータ番号jを1増やし、周波数f2
がF以下であれば上記の計算を繰り返えす。周波数f
2がF以上となれば計算を終了して次の計算ステージ
へ移行する。
▲ f 2 0 ▼ = f 1 · f 2 , f 0 = 2 m0 · f 1
(10) m 0 is a parameter that determines the bandwidth, and is 1 in this embodiment.
/ 20. That is 1/10 on-turbed width. f 0 = F
If L is used, the frequencies f 1 and f 2 are derived from the equation (10). For example, if the frequency f 0 is 200 Hz, then f 1 = 186.6 Hz, f 2
= 214.4Hz. In the step, a K (K = m, m +) existing between frequencies f 1 and f 2 among the Fourier spectra a j (i = 1,2 ..., N / 20) calculated in advance is used.
Select 1, ... n). It is necessary to include at least one a K in the band, and the frequency f 0 of the initial value cannot be set too low. In step, the sum of squares a sj is calculated based on the selected a K. In the step, a sj is defined as a spectrum value of f 0 and fos is a frequency of asj. In the step, based on the frequency f 1 newly defined as f 1 = f 2 , the frequencies f 0 and f
Calculate 2 . Next, the data number j is increased by 1, and the frequency f 2
If is less than or equal to F H , the above calculation is repeated. Frequency f
When 2 becomes F H or more, the calculation is ended and the process moves to the next calculation stage.

上記の実施例では、200Hzから10240.0Hzの間に57個の
スペクトル値が定義されることになる。
In the above example, 57 spectral values would be defined between 200Hz and 10240.0Hz.

上記の実施例においては、オクターブ分析スペクトルの
総和Aによって各スペクトルの値が基準化されてい
る。したがって、いかなる場合でもAを0dBとして
いるので異なる測定対象物の発生をスペクトルの形状と
レベル差を容易に相互比較することが出来る。
In the above embodiment, the value of each spectrum is standardized by the sum A F of the octave analysis spectrum. Therefore, since A F is set to 0 dB in any case, it is possible to easily compare the generation of different measurement objects with each other in terms of spectrum shape and level difference.

また別の例として、本発明の原理で説明したように、式
(6)(7)を用いてスペクトルの値を定めることにより、入
力信号のRMS値によってスペクトルの振幅が変化するよ
うなスペクトルを得ることも出来るのである。
As another example, as described in the principle of the present invention, the formula
By determining the spectrum value using (6) and (7), it is possible to obtain a spectrum in which the spectrum amplitude changes depending on the RMS value of the input signal.

〔発明の効果〕 本発明により、離散的フーリエ変換の計算をもとにし
て、オクターブ分析スペクトルを時間遅れなしに求める
ことが可能となる。したがって、騒音などのように聴感
と関連付けてスペクトル形状を調べる場合、従来一般に
使用されている1/3オクターブより高い分解能を有する
スペクトル、たとえば1/10オクターブを容易に得ること
が出来ることになって。その結果、スペクトル構造とそ
の発生原因との関係解明が容易となる。
EFFECTS OF THE INVENTION According to the present invention, it is possible to obtain an octave analysis spectrum without a time delay based on the calculation of discrete Fourier transform. Therefore, when investigating the spectral shape in relation to the sense of hearing such as noise, it is possible to easily obtain a spectrum having a resolution higher than that of the generally used 1/3 octave, for example, 1/10 octave. . As a result, it becomes easy to elucidate the relationship between the spectral structure and its cause.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図,第2図,第3図はフーリエ分析とオクターブ分析
の関係を説明した図、第4図は全体の機器構成図、第5図
は分析計算を行なう回路ブロック図、第6図は分析計算
の内容を示したフローチヤート、第7図は結果の表示例
の特性図、第8図はフーリエ変換の結果からオクターブ
分析スペクトルを得る計算のフローチャートである。 5…インターフェイス、6,8,10…RAM 7…DFTプロセッサー、7′,9,9′…演算器 11…ディスプレイ 12…コントロールパネル 13,14,15…ROM
1, 2 and 3 are diagrams for explaining the relationship between Fourier analysis and octave analysis, Fig. 4 is the overall equipment configuration diagram, Fig. 5 is a circuit block diagram for performing analytical calculation, and Fig. 6 is FIG. 7 is a flow chart showing the contents of the analytical calculation, FIG. 7 is a characteristic diagram of a display example of the results, and FIG. 8 is a flowchart of the calculation for obtaining the octave analysis spectrum from the result of the Fourier transform. 5 ... Interface, 6, 8, 10 ... RAM 7 ... DFT processor, 7 ', 9, 9' ... Arithmetic unit 11 ... Display 12 ... Control panel 13, 14, 15 ... ROM

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】騒音等の音響信号を分析対象として、分析
によりオクターブ分析スペクトルを求める信号分析装置
において、 分析対象であるアナログの前記音響信号を所定の周期で
サンプリングして、振幅データを得るサンプリング手段
(5)と、 該サンプリング手段により得られた複数の振幅データを
記憶する記憶手段(6)と、 該記憶手段に記憶された複数の振幅データを読み出し
て、該振幅データに対してフーリエ変換を行なうことに
より、フーリエスペクトルとして、各周波数にそれぞれ
対応する振幅値を求めるフーリエ変換手段(7)と、 前記フーリエスペクトル全体をカバーする周波数範囲内
における所望の周波数範囲を、対数化された周波数軸に
対してほぼ等間隔となるように複数の周波数区間に区切
り、前記フーリエ変換手段により求められた各周波数に
それぞれ対応する振幅値の中から、前記の区切って得ら
れた各周波数区間毎に、その周波数区間に属する各周波
数にそれぞれ対応する振幅値を選び出し、選び出された
該振幅値の二乗和を計算して、前記オクターブ分析スペ
クトルとして出力する演算手段(9)と、 を具備して成ることを特徴とした信号分析装置。
1. A signal analyzing apparatus for obtaining an octave analysis spectrum by analyzing an acoustic signal such as noise as an analysis target. Sampling for obtaining amplitude data by sampling the analog acoustic signal as an analysis target at a predetermined cycle. means
(5), a storage means (6) for storing the plurality of amplitude data obtained by the sampling means, and a plurality of amplitude data stored in the storage means, and a Fourier transform is performed on the amplitude data. By performing, as a Fourier spectrum, a Fourier transform means (7) for obtaining an amplitude value corresponding to each frequency, and a desired frequency range within the frequency range covering the entire Fourier spectrum, on a logarithmic frequency axis. On the other hand, it is divided into a plurality of frequency sections so as to have substantially equal intervals, and from among the amplitude values respectively corresponding to the respective frequencies obtained by the Fourier transform means, for each frequency section obtained by the division, the The amplitude value corresponding to each frequency belonging to the frequency section is selected, the sum of squares of the selected amplitude values is calculated, and the octave component is calculated. Signal analysis apparatus characterized by comprising comprises an arithmetic unit for outputting a spectrum (9), the.
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