JPS6184103A - 周波数掃引信号発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、周波数軸情報の欠落がないという理由から音
響測定に用いられる、例えば所定時間内に周波数が２０
Ｈｚから２０ｋＨｚまで徐々に増大する周波数掃引信号
を発生する周波数掃引信号発生装置に関するものである
。

〔従来の技術〕

従来、音響測定に用いられる例えば周波数２０Ｈｚから
２０ｋＨｚまで徐々に増加する周波数掃引信号を発生す
る周波数掃引信号発生装置としては、ＣＲ発振器、うな
り発掘器、電圧制御形可変周波数発振器を使ったものが
あった。

第６図において＋１１は例えばコンデンサＣと抵抗Ｒの
回路とを組み合わせたＣＲ発振回路をボし、この発振回
路（１）によって２０１＋ｚから２０ｋ）Ｉｚまでの周
波数が所定時間で掃引されて出力されるようになされて
いる。この発振回路（１）の出力信号を基準信号として
音響測定がなされる場合には発振回路（１）からの出力
信号が増幅器（２）に供給されて、この増幅器にて増幅
した信号がスピーカ（３）に供給されて周波数掃引信号
が音に変換されるようにする。そして、マイクロホン（
４）にて集音され再び電気信号に変換された周波数掃引
信号が測定装″ｔｉＳ’、（５）に供給される。この測
定装置（５）における入力信号が発振回路（１）の発振
時間に対応して測定紙（５ａ）を送り動かすことにより
測定紙上に出力波形グラフ（６）が描かれるようにする
。このようにして発振器（１）よりの所定の周波数掃引
信号が音響系としての増幅器（２）、スピーカ（３）、
マイクロホン（４）を経た後にどの程度の信号歪を持つ
に至ったか等を観測することができ、この観測結果を分
析して音響系の特性を知ることができる。

また、一定の周波数の信号についてメモリを用いてリア
ルタイムで出力できることを応用してコンピュータにて
所定の正弦波信号を基に、標本をとって波形値を定めて
周波数掃引信号を形成し、かかる周波数掃引信号によっ
て音響測定を行なうことも試みられた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、ＣＲ発振器を用いた周波数掃引信号発生
装置では、装置自体が嵩ぼり携帯に適さなかった。また
信号歪の発生する可能性も大きく、歪の小さいＣＲ発振
回路では周波数を相違させた信号を発生できずかかる場
合基準信号自体の乱れがあるので音響測定に使用しても
測定結果が高精度に得られない問題があった。また、コ
ンピュータを用いて正弦波信号を基に標本点ごとの値を
定めて周波数掃引信号を形成した場合、標本点ごとの位
相を常に一定として標本点ごとの値を定めているため信
号のゼロクロス点の間隔の変化が不順になり、やはり音
響測定を行なうための周波数掃引信号発生装置としては
不都合があった。第７図は、最も単純に初期位相φｎが
Ｏのまま変換しないものとし、ｆ　１＝２０Ｈｚ、　　
ｆ　２　＝２０ｋＨｚ　、　　ｆ　ｓ　＝４４．１ｋｌ
ｌｚ　、コンパクトディスク上の信号レベルが−２０ｄ
Ｂで４秒間掃引した場合の波形データの一部をグラフに
したものである。しかし、時間の経過に伴い、周波数が
上昇するのであるから、グラフ２のゼロクロス間隔が縮
まるはずであるが、逆に広がってしまった。この現象は
全掃引時間を２５秒にしても略同−の周波数で生じた。

これは、例えばうなり発ｉ器による掃引信号では起こら
ない信号の劣化であった。

本発明は、かかる点に鑑み歪の少ない良好な信号を簡単
な装置にて得られる周波数掃引信号発生　。

装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明周波数掃引信号発生装置は、所定の正弦波信号波
形の連結による標本値の決定をコンピュータにおける演
算にて行ない、標本点ごとの値の移動を滑らかに行なう
ようにして周波数掃引信号の波形データを得た上で、記
録しておき、かかる波形データを再生することにより周
波数掃引信号を発生することにしたものである。

〔作用〕

本発明周波数掃引信号発生装置においては、所定の正弦
波信号波形の連結による標本値の決定をコンピュータに
おける演算にて行ない、標本点ごとの値の移動を滑らか
に行なうようにして周波数掃引信号の波形データを記録
してかかる波形データから再生信号としての周波数掃引
信号を発生するようにしているので、簡単な構成で信号
歪のない良好な周波数掃引信号が得られる。

〔実施例〕

以下、第１図〜第４図を参照して本発明周波数掃引信号
発生装置の一実施例について説明しよう。

この実施例においては周波数掃引信号をコンピュータに
おける、後述するアルゴリズムによって計算された値に
て形成するようにする。ここで、（７）は入出力装置、
（８）は中央演算処理装置、（９）はメモリを示す。こ
のコンピュータにおいて演算された波形信号をＰＣＭプ
ロセッサαωに供給し、このＰＣＭ１０セツサａωの出
力イハ号を磁気記録再生装置（１１）に一旦記録してマ
スターテープをつくりコンパクトディスク製造装置（１
２）にこの信号を供給して、再生時に周波数掃引信号が
再生されるコンパクトディスクを製造するようにする。

このコンパクトディスクを再生装置で再生した信号を従
来の発振回路（１）の出力信号同様に増幅器（２）に供
給して従来同様に音響測定を行なうものとする。

ところで、このコンパクトディスクに記録する周波数掃
引信号はコンピュータにおける次のようなアルゴリズム
による演算結果として形成する。

本実施例においては、初期位相を変化させて基準信号を
形成する。ところで、離散系では正弦波の一般形は Ｓ　（ｔｎ）　＝Ａ−ｓｉｎ　　（２πｆｎ　ｔｎ＋φ
ｎ）と表現される。ここで、Ａは振幅、πは円周率、ｆ
ｎは時間ｔｎにおける周波数、φｎは初期位相である。

ここで、周波数が時間と共に対数的に即ち等比数列で変
化していく場合を考え−る。周波数の変化率をαとおく
と、 ｆ　ｎ　＝Ｃｔ　ｆｎ−ｔ　　　　　、°、　ｆ　ｙｌ
　＝ｃｘｎ−”　　ｆ　１と表わされる。ただし、「１
は掃引開始周波数である。

また、全標本点Ｎは全掃引時間をＴ、標本周波数をｆｓ
とすれば、 Ｎ＝Ｔ−ｆ　ｓであり、 掃引終了周波数をｆ、とすれば、 ｒ　６　＝　ｅｘ”−”　ｆ　ｔ であるから である。

その変化のさせ方は、信号をなめらかにつなげるため時
刻ｔｎの信号は時刻ｔｎ−ｉのときにすでに時刻ｕｎ−
１の信号と位相が一致している必要かある。これを式で
あられずと、 ２　πｆｎ−ｘ　　ｔｎ−ｔ　＋φｎ−１＝２πｆｎｔ
ｎ−Ｌ　＋φｎ・・・・（１３） になる。これを図で表現したのが第２図の太線りである
。この第２図では３サンプル目にＷｌの値、４サンプル
目にＷｌの値、５サンプル目にＷ３の値が全体の波形の
値になる場合であるが、３サンプル目でＷｌはＷｌと、
４サンプル目でＷ３はＷｌと値、すなわち位相が一致す
るように連結するようにしている。さて（１３）式より
、φｎ＝φｎ−ｔ＋２π（ｆｎ−ｔ　　　Ｉｎ）　　ｔ
ｎ−ｔ・・・・（１４） となる。また、周波数が時間と共にに対数的にすなわち
等比数列で変化してい（場合には周波数の変化率αとお
くとｆｎ＝αｎ−１・ｆｔ、またより、 ×（ｎ−２）ａ：”−２・ｆｔ　　　（ｎ≧２）　・（
１６）が得られる。

ここで、掃引の開始は０から始まるからφ１＝０ であり、これと（１６）により φ２＝φ１−０ ＝Ｏ である。φ１とφフと（１６）からコンピュータにφｎ
を計算させることは可能であるが、計算誤差が累積する
可能性があるので（１６）は手計算で解くことにした。

式（１５）より ｘ（ｎ−２）αｎ−２（ｎ≧２）・・・（１７）である
。ここでψｎ＝φｎ−φｎ−ｔとおくと、となる。ここ
で、 とおけば、（１６）は よって が得られる。また、 ＋（ｎ−２）αｎ−１）　　　　　・・・・（２ｏ）が
得られる。　　（１９）と（２ｏ）から（ｌ−α）φｎ −（ｋ−３）αにり）　−（ｎ−２）　ｃｔｎ−”　）
が得られる。これに（１８）を代入すると・・・・（２
１） が得られる。

これをプログラムに組んで５０秒間掃引したデータでは
波形乱れは発見できなかったが、　１５０秒間掃引した
ところその一部に第３図のような髭状の波形乱れが見つ
かった。５０秒間掃引では類似の現象が同じ周波数（４
１７ｔｌｚ前後）では生じていないがより高い周波数（
４６８８Ｈｚ前後）で生じた。この原因はここでのアル
ゴリズムそのものではなく計算機の演算が有限桁である
ことに起因する桁落であると考えられる。また、１５０
秒掃引した場合でもゼロクロス間隔の不順現象は発見で
きず、時間の経過とともにゼロクロス間隔は縮っている
。

ところでこのアルゴリズムをそのままプログラム化する
と演算回数が多く数値解析の立場から見ると無駄がある
。これは浮動小数点の積の回数から言っても和差による
桁落から言っても良いプログラムとならない。

ところで、上述の（１５）及び（２１）より２πｆｎｔ
ｎ＋φｎ ｆｓ　　　　　　　　　　　ｆＳ Ｉｓ　　　　　　　　　　　　　　　　ｌ　　−α２π
ｆ１　α　　１−α０−１ ｒｓ　　　　　　　１−α ２πｆｔ（ｒ　　　Ｉ　　　Ｑ：”−”、°６２πｆｎ
ｔｎ　　＋φｎ”” Ｉ　ｓ　　　　　　１−α ・・・・　（２： この式によるアルゴリズムはこのコーディングにより１
５０秒間掃引したデータ（第４図参照）について微分係
数をもとに調べた結果上述の波形瓦れは発見できなかっ
た。

以上述べた本実施例によれば、離散的な標本点ｔｎごと
に正弦波の初期位相φｎを関係式を満たすようにして周
波数掃引信号を発生するようにしたので、周波数掃引信
号の精度が向上し歪のない良好な信号を発生でき音響測
定を良好にできる。また、簡単な構成にて掃引開始周波
数から掃引できるので、安価に寿命の長い周波数掃引信
号発生装置を得ることができる利益がある。

また、第５図は本発明の他の実施例を示す。上述実施例
では周波数と位相に着目したが、この例では波形データ
の読み出し間隔を変化させた場合に着目する。これは例
えばアナログテープレコーｉ）ダやディスクプレーヤー
のピッチコントロールを利用して変化させる。つまりテ
ープやディスク上のデータは同一でも読み出す間隔によ
ってピッチが変化する。

ここで本来周波数がｒｌである波形のｎ番目の標本点の
時刻をＴｉとするとｎ番目の標本間隔τｎは τｎ”＝Ｔｎ−Ｔ、−。

また、対数掃引するから標本間隔の変化率をγとおくと τ　ｎ　“　γ　τｎ−１ ＝γ１ｌ−１τ１　　　　　　　・・−・（２４）ここ
で、τ１は、本来ｆ１の周波数である波形を最初に切り
出す間隔であるから本来の標本間隔であるので τ、＝１／ｆｓ　　　　　　　　　　・・・・（２５）
であり、掃引開始時刻Ｔ１はゼロであるので（２４）　
。

（２５）を（２３）に代入すると、 ・°・　Ｔｎ＝　　　　　　　　　・□１−γ　　　　
ｆｓ よって波形データの位相は ここで、 ！１ よって すなわち（２６）は（２２）と一致し両アルゴリズムは
結果として一致する。

他の部分は上述実施例同様に形成するものとする。

この本実施例によればこのアルゴリズムによって得た標
本値をもとにＰＣＭプロセッサＱＯＩを介してディジタ
ル信号にて周波数掃引信号を形成しかかる信号を磁気記
録再生装置（１１）にて記録して、さらにかかる信号を
、コンパクトディスクを形成する装置（１２）にてコン
パクトディスクに記録するようになされるので、コンパ
クトディスクを再生することにより周波数掃引信号が得
られることになる。かかる信号を音響系に供給すれば従
来同様に音響測定をすることができ、上述実施例同様の
作用効果が得られることは容易に理解できよう。

なお、本発明は上述実施例に限らず本発明の要旨を逸脱
することなくその他種々の構成が取り得ることは勿論で
ある。

〔発明の効果〕

本発明周波数掃引信号発生装置によれば、発生する周波
数掃引信号の形成にあたり標本区間幅の正弦波波形の連
結によるようにしたので、歪の少ない周波数掃引信号を
発生するようにでき・る利益がある。また、この歪の少
ない周波数掃引信号をコンパクトディスクに記録してそ
の再生信号として周波数掃引信号を得ることにより、コ
ンパクトディスクプレーヤの再生信号精度で出力できる
ので、簡単な構成で操作性良く不要な信号歪のない状態
で音響特性試験が行なえる、安価かつ軽量な周波数掃引
信号発生装置が得られる利益がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明周波数掃引信号発生装置の一実施例を示
す系統図、第２図は第１図例の信号形成の例を示す線図
、第３図及び第４図は第１図例による周波数掃引信号の
一部拡大図、第５図は本発明の他の実施例を示す線図、
第６図は従来の音響測定の例を示す線図、第７図は従来
の周波数掃引信号の信号波形図である。 （７）は入出力装置、（８）は中央演算処理装置、（９
）はメモリ、ａωはＰＣＭプロセッサ、（１１）は磁気
記録′再生装置、（１２）はコンパクトディスク製造装
置である。 派 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、時間変化に応じて周波数を掃引した周波数掃引信号
   を発生する周波数掃引信号発生装置において、該周波数
   掃引信号が正弦波信号波形の連結による標本値の決定に
   より形成されていると共に、該正弦波信号の初期位相が
   各標本区間ごとに変化させられていることを特徴とする
   周波数掃引信号発生装置。 ２、時間変化に応じて周波数を掃引した周波数掃引信号
   を発生する周波数掃引信号発生装置において、該周波数
   掃引信号が正弦波信号波形の連結による標本値の決定に
   より形成されていると共に、時刻ｔ＿ｎにおける該正弦
   波の位相が、２πｆ＿ｎｔ＿ｎ＋φ＿ｎ＝［（２πｆ＿
   １α）／ｆ＿ｓ］・［（１−α＾ｎ＾−＾１）／（１−
   α）］（ｆ＿ｓ：標本周波数 ｆ＿１：掃引開始周波数 ｆ＿ｎ：時刻ｔ＿ｎにおける周波数 α：周波数の変化率） の関係式にて決定されて信号波形が形成されていること
   を特徴とする周波数掃引信号発生装置。 ３、時間変化に応じて周波数を掃引した周波数掃引信号
   を発生する周波数掃引信号発生装置において、該周波数
   掃引信号が正弦波信号波形の連結による標本値の決定に
   より形成されていると共に、該正弦波信号波形の位相が
   、 ２πｆ・Ｔ＝［（２πｆ＿１）／ｆ＿ｓ］・［（１−γ
   ＾ｎ＾＋＾１）／１−γ］（初期位相φ＝０） （ｆ＿ｓ：標本周波数 Ｆ＿１：掃引開始周波数 γ：標本区間幅の変化率） の関係式で決定されて信号波形が形成されていることを
   特徴とする周波数掃引信号発生装置。 ４、時間変化に応じて周波数を掃引した周波数掃引信号
   を発生する周波数掃引信号発生装置において、該周波数
   掃引信号が正弦波信号波形の連結による標本値の決定に
   より形成されて記録媒体に記録され、該記録媒体をその
   再生装置により再生することにより上記周波数掃引信号
   を発生するようにしたことを特徴とする周波数掃引信号
   発生装置。