JPS6054627B2 - 測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は測定装置に関し、特に所定の帯域スペクトラ
ムを有する基準信号を測定対象に加え、この測定対象を
通じて得られる上記基準信号の変化分に基いて、上記測
定対象の特性を求めるように した測定装置において、
上記測定対象からの所要の帯域成分の信号のみを取り出
、Ｆための手段を設けた断種装置を提供するものである
。

増巾器等のような種々の電子回路の特性や室内音響特
性等を測定する場合、測定対象の入力側に所定の帯域ス
ペクトラムを有する基準信号を加え、出力側から得られ
る上記基準信号の位相、周波数、エンベロープ等の変化
に基いて測定対象の種々の特性を求める方法が用いられ
る場合があ る。

例えば、従来より室内音響特性を測定する方法として
、Ｓｃｈｒｏｅｄｅｒ氏の発表した方法が知られている
。

この方法は必要な帯域スペクトラムを有するトーンバー
スト信号等のインパルス的な基準信号をスピーカで放射
し、その放射音をマイクロフォンで捉えた信号に基いて
残響曲線（エンベロープ）を得るようにしたものであり
、、この方法によれは只一回の測定て残響曲線の集合平
均を求めることができる。 上記の測定方法を実際に適
用する場合は、従来では被測定アナログ入力信号をディ
ジタル処理することによりデータ解析を行うようにして
いたため、測定結果を知るまてに多くの時間と手間を要
し、また装置が大がかりなものとなつていた。

こ・の点を改良して、被測定入力信号アナログ信号のま
ま処理することによつて、実時間て残響曲線を得るよう
にした方法が提案されている。この方法では、被測定入
力信号を同期検波することにより残響曲線を得るように
している。この場合後述するように、同期検波回路の乗
算出力中に不要な周波数成分が含まれるため、これを除
去する低域戸波器が設けられる。而して、このような残
響曲線測定装置において、基準信号の周波数を変えて被
測定周波数を変えると、上記乗算出力中の不要な周波数
成分の周波数及び帯域も変化する。

従つてこの変化に応じて上記低域ｐ波器のカットオフ周
波数を変える必要がある。このためには通常の方法では
夫々カットオフ周波数の異る複数の低域沖波器を設けて
、これらを被測定周波数に応じて切換えるようにしなけ
ればならない。このため装置が複雑になるばかりでなく
、精度を出すべき回路素子の数が多くなるため高精度の
測定データを得ることが極めて困難となる。また他の種
々の電子回路の特性を測定する場合においても、出力側
で得られる信号を処理する際、不要な周波数成分が表れ
ることがあり、その周波数及ひ帯域が基準信号の周波数
、即ち被測定周波数によつて変化するため、これを除去
するためのｐ波器のカットオフ周波数を変゛えなければ
ならない場合がある。

本発明は上記の問題に鑑みなされたもので、基準信号を
予め記憶装置に書き込むと共に、沖波器を乗算型Ｄ／Ａ
変換器で構成し、上記記憶装置の読み出しクロックパル
スの分周比を設定するためのコード信号を上記乗算型Ｄ
／Ａ変換器に加えることにより、被測定周波数に応じて
上記沖波器のカットオフ周波数を変えるようにしたもの
であ．る。

以下本発明の実施例を図面と共に説明する。

第１図は本発明を適用した前記残響曲線測定装置１の回
路系統を示すものてある。この残響曲線測定装置１は、
トーンパースト信！号入力回路２と入力信号処理回路３
とで構成されている。

また残響曲線が測定される部屋４にはスピーカ５とマイ
クロフォン６が所定位置に配置されている。上記トーン
パースト信号入力回路２はアドレスくカウンタ７、ＲＯ
Ｍ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍＯｒｙ）８、Ｄ／Ａ変換器
９及び増巾器１０で構成されている。

また上記入力信号処理回路３は乗算器１１ａ，１１ｂ１
低域戸波器１２ａ，１２ｂ１自乗器１３ａ，１３ｂ及び
加算器１４で構成される同期検波回路１５と、増巾器１
６、クロック発生器１７、分周器１８、分周比指定コー
ド発生器１８ａ１アドレスカウンタ１９、ＲＯＭ２Ｏａ
，２Ｏｂ，．Ｄ／Ａ変換器２１ａ，２１ｂ１平方根器２
２、除算器２３、較正係数器２４及び出力端子２５とで
構成されている。そしてトーンパースト信号入力回路２
から出力されるトーンパースト信号をスピーカ５に加え
、ノその放射音をマイクロフォン６で収音した信号（以
下この信号を入力信号と称する）を同期検波回路１５で
同期検波し、この検波出力に基いて得られる残響曲線の
エンベロープを出力端子２５より取り出すようにしてあ
る。

次に上記構成により残響曲線を得るための回路動作につ
いて説明する。

先ずトーンパースト信号Ｅ。

を得る方法について第２図及び第３図と共に説明する。
第２図Ａは一定の振巾を有し且つ単一の周波数ＦＯ（例
えばＦ。

＝５０Ｈｚ〜１０ＫＨｚ）を有する正弦波信号ｅ１＝Ｓ
ｉｎ（２πＦＯｔ）を示す。第３図Ａは上記正弦波信号
Ｅ，の周波数スペクトラムを示す。第２図Ｂは所定時間
ｄでレベルが変化する変調信号Ｅ２を示す。この変調信
号Ｅ２としては例えばＥ２＝０．５４一 ２πＴＯ．
４６ＣＯＳ（了）で表わされる波形を有する信号を用い
ることができる。

第３図Ｂは上記変調信号Ｅ２の周波数スペクトラムを示
すもので、この変調信号Ｅ２は周波数ゼ狛付近に信号の
エネルギーが集中したものとなつている。次に上記変調
信号Ｅ２により上記正弦波信号Ｅ，を振巾変調すると、
第２図Ｃに示すようなインパルス波形に近い波形を有す
るトーンパースト信号。＝ｅ１×Ｅ２を得ることができ
る。第３図Ｃはトーンパースト信号。の周波数スペクト
ラムを示すもので、中心周波数ち付近に信号のエネルギ
ーが集中したものとなつており、このため測定の際に外
部雑音の影響を受け難い。上述のようにして得られたト
ーンパースト信号ＥＯはディジタルコード化されて、第
１図のＲＯＭ８に予め書き込まれている。またＲＯＭ２
Ｏａには同期検波用の基準副搬送用波となる信号Ｅ３＝
ＣＯｓ（２？ＲｆＯｔ）の波形がディジタルコード化さ
れて予め書き込まれており、ＲＯＭ２Ｏｂには同期検波
用の基準副搬送波となる信号，＝Ｓｉｎ（２πＦＯｔ）
の波形がディジタルコード化されて予め書き込まれてい
る。

尚、ＲＯＭ２Ｏａ，２Ｏｂはその一方を省略して、ＲＯ
Ｍ２Ｏａまたは２０ｂの出力の一部を９０、シフトレジ
スタに加え、このシフトレジスタの出力をＤ／Ａ変換器
２１ａまたは２１ｂに加えるようにしてもよい。一方ク
罎ンク発生器１７は常に一定の周波数Ｆ。

のクロックパルスを出力している。このクロックパルス
は、コード発生器１８ａで指定されるコードに基いて分
周比が設定される分周器１８によ 一１りＦ。

ｌ一寵Ｆｃに分周されて入力クロックパルスｐとなり、
アドレスカウンタ７，１９に送り込まれる。アドレスカ
ウンタ７は入力クロックパルスｐによつて順次進められ
、これによつてＲＯＭ８に書き込まれたディジタルのト
ーンパースト信号Ｅ。

が読み出される。読み出された信号はＤ／Ａ変換器９で
アナログのトーンパースト信号Ｅ。に変換され、増巾器
１０で適当なレベルに増巾された後、スピーカ５に加え
られ音として放射される。放射された音は直接音と、部
屋４の壁等で反射された残響音とを合成した音としてマ
イクロフォン６で収音される。このときマイクロフォン
６からは次の入力信号Ｅｉが得られる。

１式において、ｍ（ｔ）はトーンパースト信号ＥＯが部
屋４の状態に応じて変化した振巾変化分、即ち求める残
響曲線のエンベロープを表すものである。

また１式の２項のφはトーンパースト信号ＥＯが部屋４
の状態に応じて変化した位相変化分を表わすものである
。上述のようにして得られた入力信号Ｅｉは増巾器１６
で適当なレベルに増巾された後、同期検波回路１５でエ
ンベロープ検波される。

一方前記入力クロックパルスｐによりアドレスカウンタ
１９が順次進められることにより、ＲＯＭ２Ｏａからデ
ィジタルの信号。

が読み出されると共に、ＲＯＭ２Ｏｂからディジタルの
信号Ｅ４が読み出される。これらの信号。，Ｅ４はＤ／
Ａ変換器２１ａ，２１ｂで夫々アナログの信号Ｅ３，ｅ
４に変換されて、乗算器１１ａ，１１ｂの夫々の一方の
入力端子に加えられる。乗算器１１ａ，１１ｂの他方の
入力端子には前記入力信号Ｅ，が夫々加えられており、
乗算器１１ａで信号ｅｌとＥ３とが乗算され、乗算器１
１ｂで信号Ｅｉ＜５ｅ４とが乗算される。従つて乗算器
１１ａからは乗算出力Ｆ１として、が得られ、乗算器１
１ｂからは乗算出力Ｆ２として、が得られる。

次にこれらの乗算出力Ｆｌ，Ｆ２を低域戸波器１２ａ，
１２ｂに夫々加えて、上記２，８式の（）内の第１項て
表わされる不要な周波数成分を除去すると、この低域？
波器１２ａ，１２ｂの出力Ｇｌ，Ｇ２として、が得られ
る。

尚、低域戸波器１２ａ，１２ｂについては後述により詳
細に説明するが、これらの低域戸波器１２ａ，１２ｂは
、乗算型Ｄ／Ａ変換器を用いて構成されている。

そしてコード発生器１８ａから得られる分周器１８の分
周比を設定するためのコード信号を利用し、このコード
信号に基いて被測定周波数に応じてそのカットオフ周波
数が制御されるように成されている。次に上記出力Ｇｌ
，Ｇ２を夫々自乗器１３ａ，１３ｂに加え、夫々自乗し
てＧ〒，Ｇ？と成し、さら■こＧ￥とＧ婁とを加算器１
４に加えることにより、この加算出力ｘとしてが得られ
る。

次に上記出力Ｘを平方器２２に加えると、その出力Ｙと
して、が得られる。

この出力Ｙを除算器２３の一方の入力端子に加えると共
に、他方の入力端子に較正係数器２４から較正係数Ｒ２
，Ｉを表わす信号、即ち上記７式の出力Ｙを２倍にする
ための信号を加えることによりこの除算器２３の出力ｚ
として、が得られる。

この出力Ｚは前記１式に示す入力信号Ｅ，のｍ（ｔ）と
等しいものであり、残響曲線のエンベロープを示すもの
となる。

この出力Ｚを対数目盛て変化する出力として取り出した
い場合は、出力ｚをさらに対数増巾器に通すことにより
求める出力を得ることができる。

次に被測定周波数を変化させる場合について説明する。
ＲＯＭ８，２Ｏａ，２Ｏｂに書き込まれているトーンパ
ースト信号。

及び信号Ｅ３，ｅ４の周波数をもとし、これらの信号の
１波長がｑ個の離散的な量より成る一連のディジタルコ
ードでできているものとすると、各ＲＯＭ８，２Ｏａ，
２Ｏｂから読み出された信号がＦ。Ｈｚとなるためには
、上記ディジタルコードを順次読み出すためにアドレス
カウンタ７，１９に送り込まなければならない入力クロ
ックパルスｐの周波数ＦＣｌは、Ｆｃｌ＝ｑ−ＦＯとな
る。この入力クロックパルスｐはクロック発生器１７の
発振周波数Ｆｃを分周器１８で譜（Ｍ，ｎは整数）とし
たものに等しいからとなる。

従つて第１図の残響曲線測定装置１において、スピーカ
５に加えられるトーンパースト信号Ｅ。

の閤油暫Ｆ，，．目口訊マイ々ロフナンＳｈｓ＾のス由
撒興ｅ１の周波数Ｆ。を変えて被測定周波数を変えるに
は、クロック発生器１７の発振周波数Ｆｃを変えずに分
周比↓を変えるだけで、全てのＲＯＭ２Ｏａ，２Ｏｂか
ら読み出される信号の周波数Ｆ。を変えることができる
。即ち分周器１８のｍを一定とし、ｎを変えることによ
つて被測定周波数を対数的に変化させることができ、ま
たｎ＝ｌとしてｍを変えることによつて被測定周波数を
リニアに変）化させることができる。この場合各被測定
周波数に対して全て同じ条件の下で測定を行うことがで
きる。そしてこの分周器１８の分周比点は、コード発生
器１８ａからのコード信号によりＭ，ｎ門の値を設定さ
れるように成されている。以上のようにして得られた８
式で表わされる残響曲線のエンベロープ信号ｚ＝ｍ（ｔ
）に基いて、例えばＤ値、時間、重心、残響時間等のよ
うな各種の室内音響特性を求めることができる。

次に低域？波器１２ａ，１２ｂについて説明する。この
低域沖波器１２ａ，１２ｂは、前述したように乗算型Ｄ
／Ａ変換器（以下単にＭＤＡＣと略称する）を用いて構
成されており、分周器１８の分周比を設定するためのコ
ード信号を利用してそのカットオフ周波数が制御される
よう成されている。前記２，３式で表わさせる乗算出力
Ｆｌ，Ｆ２の周波数スペクトラムは第４図に示すものと
なる。

第４図において、中心周波数２ｆ０の周波数成分が２，
３式における（）内の第１項て表わされる不要な周波数
成分てある。この周波数成分は、前述した方法によつて
分周比↓を変えて被測定周波数を変えた場合に、中心周
波数瓦及びその帯域が変化するものであり、低域淵波器
１２ａ，１２ｂは上記周波数成分を除去するために設け
られるものである。第５図は低域？波器１２ａ，１２ｂ
の実施例を示すものである。

この低域戸波器１２ａ，１２ｂは、抵抗Ｒｌ，Ｒ２、コ
ンデンサＣ８及び演算増巾器３０で構成される積分回路
３４と、ＭＤＡＣ３ｌとにより図示のように構成されて
いる。

そして入力端子３２に前記２，３式の乗算出力Ｆ１又は
Ｆ２が加えられ、出力端子３３より前記中心周波数舒。
の周波数成分の除去された前記４，５式で表わされる出
力Ｃ１又はＧ２が得られるように成されている。ＭＤＡ
Ｃ３ｌは、コード発生器１８ａからの所定のビット数で
与えられるコード信号のデイジタ
ｎ１？ルコードＢ，で決まるＤ／Ａ変換出
力Ｍｉ三，２１と、演算増巾器３０から加えられる入力
信号Ｅｒとを乗算したものが出力Ｅ。

ｕｔとして得られるものである。従つてこのＥ。ｕｔは
次の式で表わされる。尚、このＭＤＡＣ３ｌとしては、
例えば、ラダーネツトワーク（ＬａｄｄｅｒＮｅｔｗＯ
ｒｋ）で構成される公知のものを用いることができる。

第５図において、演算増巾器３０のマイナス入力点５は
仮想接地であり、抵抗Ｒｌ，Ｒ２及びコンデンサＣｓを
夫々流れる電流１１，１２，Ｉｓは次式で？されゑ。

、但し、Ｅｉｎ：入力Ｆｌ，Ｆ２ ｅ．、３＃：出力Ｇｌ，Ｇ２ ｅ，：ＭＤＡＣ３Ｏの入力 また上記？・点においてキルヒホッフの法則を適用する
と次の関係が成立する。

上記５，＠式によりＥｉｎとＥ。

。、との関係を求めると次式で示すものとなる。定値に
よつて、積分回路３４の帰還抵抗Ｒ２の見掛け上の大き
さが変わることになり、これによつてこの低域泊波器１
２ａ，１２ｂのカットオフ周波数を変えられることが判
る。

以上によれば、第１図の残響曲線測定装置１において、
入力クロックパルスｐの周波数ＦＣｌを変えることによ
つて被測定周波数を変える場合、これに応じて低域ｐ波
器１２ａ，１２ｂのカットオフ周波数を自動的に制御す
ることができる。

この・ため多くの低域枦波器を設ける必要がなく、また
精度を出すべき回路素子の数を少くすることができるの
で高精度の測定データを得ることができる。以上は本発
明を残響曲線測定装置に適用した場・合について述べた
が、本発明は増巾器等の電子回路及びその他種々の測定
対象に対して適用することが可能である。

次に本発明の一般的な応用例について第６図と共に説明
する。

ノ 第６図において、ＲＯＭ４Ｏには所定の帯域スペク
トラムを有する基準信号Ｅ。

が予めディジタルコード化されて書き込まれている。こ
の基準信号ＥＯは、クロック発生器４１からのクロック
パルス，を分周器４２で↓に分周したクロックパルスに
より読み出される。読み出されたディジタルの基準信号
Ｅ。はＤ／Ａ変換器４３でアナログの基準信号Ｅ。に変
換された後測定対象４４の入力端子に加えられる。この
測定対象４４の出力端子からは、この測定対象４４の特
性に応じて基準信号Ｅ。の周波数、位相、振巾等が変化
した信号Ｅｉが得られる。この信号Ｅｉは信号処理回路
４５で適宜処理され、その出力端子４６より所要の測定
データが得られる。この信号処理の過程で表わされる不
要５な周波数成分は戸波器４７て除去される。この戸波
器４７は例えば第５図の低域沖波器が用いられ、そのカ
ットオフ周波数が、コード発生器４８からのコード信号
により制御される。上記コード信号は分周器４２にも加
えられてその分周比を変Ｏえ、ＲＯＭ４Ｏから読み出さ
れる基準信号Ｅ。の周波数を変えて被測定周波数を変え
るように成されている。以上によれば、ＲＯＭ４Ｏを読
み出すクロックパルスの周波数を変えて、被測定周波数
を変える場合に、これに応じてｐ波器４７のカットオフ
周波数を変えることができる。

尚、？波器４７は低域ｐ波器、高域戸波器及び帯域ｐ波
器であつてよい。本発明は所定の帯域スペクトラムを有
する基準信号Ｅ。

を測定対象に加え、この測定対象を介して得られる被測
定信号Ｅ，の変化に基づいて、上記測定対象の特性を求
めるようにした測定装置において、一定周期の上記基準
信号Ｅ。をディジタルコード化して予め書き込まれた記
憶装置８と、上記基準信号Ｅ。の上記繰り返し周期を設
定するコード信号を発生するコード信号発生装置１８ａ
と、クロックパルスを発生するクロック発生装置１７と
、上記コード信号と上記クロックパルスとが供給され、
読み出される上記基準信号の繰り返し周期を変化させる
ように上記記憶装置に読み出しアドレスを供給するアド
レス装置７とを設けて、読み出される上記基準信号Ｅ。
の周波数を変えるように成すと共に、上記測定対象の出
力側に上記被測定信号の信号処理回路３を設け、この信
号処理回路３において不要な周波数成分を除去し所望の
帯域信号を取り出すために乗算型Ｄ／Ａ変換器で構成さ
れる濾波器１２ａ，１２ｂ，４７を設け、上記コード信
号発生装置１８ａからのコード信号を上記乗算型Ｄ／Ａ
変換器に加えて上記濾波器１２ａ，１２ｂ，４７のカッ
トオフ周波数を上記基準信号の周波数の変化に対応して
変えるようにしたことを特徴とする測定装置に関するも
のある。従つて本発明によれば、斯種測定装置において
、一個の戸波器を用いるだけで種々の被測定周波数に対
処することができるので、装置を簡単なシステムで構成
することができると共に、精度を出すべき素子数を最小
限に抑えることができる。また各被測定周波数に対して
同一条件のもとで測定を行うことができるので、特に周
波数をパラメータとした特性測定に用いて有効である。
・図面の簡単な説明第１図は本発明を残響曲線測定装置
に適用した場合の実施例を示す回路系統図、第２図Ａ，
Ｂ，Ｃはトーンバース信号の形成過程を示す波形図、第
３図Ａ，Ｂ，Ｃは第２図Ａ，Ｂ，Ｃの周波数スペクトラ
ム、第４図は乗算出力の周波数スペクトラム、第５図は
低域戸波器の実施例を示す回路系統図、第６図は本発明
の一般的な応用例を示す回路系統図である。

なお図面に用いられている符号において、１は残響曲線
測定装置、４は部屋、５はスピーカ、６はマイクロフォ
ン、８はＲＯＭｌ９はＤ／Ａ変換器、１１ａ，１１ｂは
乗算器、１２ａ，１２ｂは低域戸波器、１７，４１はク
ロック発生器、１８，４２は分周器、２５は出力端子、
３０は演算増巾器、３１は乗算型Ｄ／Ａ変換器、３４は
積分回路、４４は測定対象、４５は信号処理回路、４７
は泊波器である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 所定の帯域スペクトラムを有する基準信号を測定対
   象に加え、この測定対象を介して得られる被測定信号の
   変化に基づいて、上記測定対象の特性を求めるようにし
   た測定装置において、一定周期の上記基準信号をディジ
   タルコード化して予め書き込まれた記憶装置と、上記基
   準信号の上記繰り返し周期を設定するコード信号を発生
   するコード信号発生装置と、クロックパルスを発生する
   クロック発生装置と、上記コード信号と上記クロックパ
   ルスとが供給され、読み出される上記基準信号の繰り返
   し周期を変化させるように上記記憶装置に読み出しアド
   レスを供給するアドレス装置とを設けて、読み出される
   上記基準信号の周波数を変えるように成すと共に、上記
   測定対象の出力側に上記被測定信号の信号処理回路を設
   け、この信号処理回路において不要な周波数成分を除去
   し所望の帯域信号を取り出すために乗算型Ｄ／Ａ変換器
   で構成される濾波器を設け、上記コード信号発生装置か
   らのコード信号を上記乗算型Ｄ／Ａ変換器に加えて上記
   濾波器のカットオフ周波数を上記基準信号の周波数の変
   化に対応して変えるようにしたことを特徴とする測定装
   置。