JPS637043B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は測定用基準信号波形発生装置に関し、
特に所定の帯域スペクトラムを有する基準信号を
測定対象に通じて得られる上記基準信号の変化に
基いて、上記測定対象の特性を求めるようにした
測定装置に用いられる上記基準信号の波形を得る
ための装置に関するものである。

背景技術とその問題点 増巾器等の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、周波数及
びエンベロープ等の変化に基いて測定対象の種々
の特性を求める測定方法が知られている。

例えば、室内音響特性の測定方法として、従来
よりSchroeder氏の発表した方法が知られてい
る。この方法は所定の帯域スペクトラムを有する
トンバースト信号等のインパルス的な基準信号を
スピーカで室内に放射し、その放射音及び反射音
をマイクロフオ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、
この測定方法によれば只一回の測定で残響曲線の
集合平均を求めることができる。

このような測定に用いられる上記基準信号に要
求される条件として、外部雑音の影響を受け難い
こと、周波数を容易に変えられること、IECの定
める国際規格に適していること等々が挙げられ
る。このような音響特性を測定するための基準信
号としては、(1)インパルス波信号、(2)正弦波信
号、(3)１オクターブバンドバースト信号等が考え
られる。

しかしながら上記(1)のインパルス波信号の場合
は、周波数特性を一度に測定できるが、インパル
ス波形自体に理想的な波形を発生させることが難
しく、また良好なＳ／Ｎを得ることが難しい等の
欠点を有する。

また上記(2)の正弦波信号の場合は、良好なＳ／
Ｎを得ることができるが、測定回数が多くなると
共に、周波数分解能が良すぎてしまう、即ち、人
間の聴覚の分解能をこえてしまう、時間応答特性
が測定できない等の欠点を有する。

さらに上記(3)の１オクターブバンドのバースト
信号の場合は時間応答特性も測定でき、ある程度
のＳ／Ｎを得ることもできるが、全体的に測定が
粗くなつて測定結果が平均化されてしまうため、
人間の聴覚の特性に対応した特性を測定すること
ができない欠点を有する。

発明の目的 本発明は上記の条件を満足すると共に、実験的
にも良好な結果を得ることのできる上記基準信号
の波形を得るための装置を提供するものである。

発明の概要 本発明はe₁＝sin（2πf₀t）で表わされる信号を、
e₂＝0.54−0.46cos（2πt／ｄ）で表わされる信号で変 調した信号をメモリーに記憶し、これを指定され
た周波数のクロツクで読み出すようにしたもので
ある。

実施例 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である。

この残響曲線測定装置１は、トーンバースト信
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とマイクロフン６が所定位置に配置され
ている。

上記トーンバースト信号入力回路２はアドレス
カウンタ７、ROM（Read Only Memory）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１１
ａ，１１ｂ、低域波器１２ａ，１２ｂ、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１６、クロツク発生器１
７、分周器１８、分周比指定コード発生器１８
ａ、アドレスカウンタ１９、ROM２０ａ，２０
ｂ、Ｄ／Ａ変換器２１ａ，２１ｂ、平方根器２
２、除算器２３、較正係数器２４及び出力端子２
５で構成されている。

そしてトーンバースト信号入力回路２から出力
されるトーンバースト信号をスピーカ５に加え、
その放射音をマイクロフオン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、トーンバースト信号e₀を得るための本発
明による方法について第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
f₀（例えばf₀＝50Hz〜10KHz）を有する正弦波信号
e₁＝sin（2πf₀t）を示す。第３図Ａは上記正弦波信
号e₁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としては本発明においてはe₂＝
0.54−0.46cos（2πt／ｄ）で表わされる波形を有する 信号を用いている。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は周波数ゼロ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e₁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
ーンバースト信号e₀＝e₁×e₂を得ることができ
る。この信号e₀は図示のように略６個の波数から
成つている。

第３図Ｃはトーンバースト信号e₀の周波数スペ
クトラムを示す。

このスペクトラムは、信号e₂を時間的な重み関
数とし、この重み関数に依存する側帯波スペクト
ラムを持つていることが判る。上記重み関数とし
ては任意の波形、例えば方形波、半余弦波、三角
波等々が考えられるが、本発明においては第２図
Ｂに示す信号e₂の波形を選んでいる。これによつ
て信号e₀は図示のように中心周波数f₀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にくくして
いる。また信号e₂の波形を選び且つ信号e₀の波数
を略６個とすることによつて、1/3、オクターブ
帯域のスペクトラムを持つようにすることがで
き、周波数f₀を1/3オクターブで変えることがで
きる。また人間の聴覚特性においては、周波数の
分解能が略1/3オクターブに対応しているので、
１／３オクターブ帯域のスペクトラムを有するトー
ンバースト信号e₀を音響特性測定用の基準信号と
して用いることにより、人間の聴覚特性に合つた
良好な音響特性を測定することができる。さらに
この略６個の波数はIECの定めるPub.225の規格
にも適している。

上述のようにして得られたトーンバースト信号
e₀はデイジタルコード化されて、第１図のROM
８に予め書き込まれている。

またROM２０ａには同期検波用の基準副搬送
波となる信号e₃＝cos（2πf₀t）の波形がデイジタ
ルコード化されて予め書き込まれており、ROM
２０ｂには同期検波用の基準副搬送波となる信号
e₄＝sin（2πf₀t）の波形がデイジタルコード化され
て予め書き込まれている。尚、ROM２０ａ，２
０ｂはその一方を省略して、ROM２０ａ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２１
ａまたは２１ｂに加えるようにしてもよい。

一方、クロツク発生器１７は常に一定の周波数
f_cのクロツクパルスを出力している。このクロツ
クパルスは、コード発生器１８ａで指定されるコ
ードに基いてて分周比が設定される分周器１８に
よりf_c1＝１／mⁿf_cに分周されて入力クロツクパルス 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は入力クロツクパルスｐに
よつて順次進められ、これによつてROM８に書
き込まれたデイジタルのトーンバースト信号e₀が
読み出される。読み出された信号はＤ／Ａ変換教
器９でアナログのトーンバースト信号e₀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オン６で
収音される。

このときマイクロフオン６からは次の入力信号
e_iが得られる。

e_i＝ｍ（ｔ）・sin（2πf₀t＋φ） …… 式において、ｍ（ｔ）はトーンバースト信号
e₀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わすもの
である。また、式の２項のφはトーンバースト
信号e₀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e_i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。

一方前記入力クロツクパルス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、
ROM２０ａからデイジタルの信号e₃が読み出さ
れると共に、ROM２０ｂからデイジタルの信号
e₄が読み出される。これらの信号e₃，e₄はＤ／Ａ
変換器２１ａ，２１ｂで夫々アナログの信号e₃，
e₄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，１
１ｂの他方の入力端子には前記入力信号e_iが夫々
加えられており、乗算器１１ａで信号e_iとe₃とが
乗算され、乗算器１１ｂで信号e_iとe₄とが乗算さ
れる。

従つて乗算器１１ａからは乗算出力Faとして、 Fa＝e_i×e₃＝ ｍ（ｔ）・sin（2πf₀t＋φ）・cos（2πf₀t） ＝ｍ（ｔ）／２｛sin（4πf₀t＋φ）＋sinφ｝……
が得られ、乗算器１１ｂからは乗算出力F_bとし
て、 F_b＝e_i×e₄＝ ｍ（ｔ）・sin（2πf₀t＋φ）・sin（2πf₀t） ＝ｍ（ｔ）／２｛−cos（4πf₀t＋φ）＋cos（φ）
｝ …… が得られる。

次にこれらの乗算出力F_a，F_bを低域波器１
２ａ，１２ｂに夫々加えて、上記、式の
｛ ｝内の第１項で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G_a，G_bとして、 G_a＝ｍ（ｔ）／２sin（φ） …… G_b＝ｍ（ｔ）／２cos（φ） …… が得られる。

尚、低域波器１２ａ，１２ｂについては後述
により詳細に説明するが、これらの低域波器１
２ａ，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ツ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G_a，G_bを夫々自乗器１３ａ，１
３ｂに加え、夫々自乗してGa²，Gb²と成し、さ
らにGa²とGb²とを加算器１４に加えることによ
り、この加算出力Ｘとして、 Ｘ＝Ga²＋Gb²＝ ｛ｍ（ｔ）／２｝²・｛sin²（φ）＋cos²（φ）｝ ＝｛ｍ（ｔ）／２｝² …… 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、 Ｙ＝ｍ（ｔ）／２ …… 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「２」を表わす信号、即ち上記式の
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、 Ｚ＝ｍ（ｔ） …… が得られる。

この出力Ｚは前記式に示す入力信号e_i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を対数目盛で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。

ROM８，２０ａ，２０ｂに書き込まれている
トーンバースト信号e₀及び信号e₃，e₄の周波数を
f₀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イジタルコードでできている
ものとすると、各ROM８，２０ａ，２０ｂから
読み出された信号がf₀Hzとなるためには、上記デ
イ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
クロツクパルスｐの周波数f_c1は、f_c1＝ｑ・f₀とな
る。

この入力クロツクパルスｐはクロツク発生器１
７の発振周波数f_cを分周器１８で１／mⁿ（ｍ，ｎは 整数）としたものに等しいから、 f_c＝ｑ・mⁿ・f₀ ∴f₀＝f_c／ｑ・mⁿ …… 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バースト信号e₀の
周波数f₀、即ちマイクロフオン６からの入力信号
e_iの周波数f₀を変えて被測定周波数を変えるには、
クロツク発生器１７の発振周波数f_cを変えずに分
周比１／mⁿを変えるだけで、全てのROM２０ａ， ２０ｂから読み出される信号の周波数f₀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＝１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１／mⁿは、コー ド発生器１８ａからのコード信号によりｍ，ｎの
値を設定されるように成されている。その場合、
ｎ又はｍは自然数又は整数である必要はなく、連
続的に変化させることができる。これによつて室
内音響測定の場合に少くとも可聴周波数帯域内に
おいて無段階的に被測定周波数を変えることが可
能となる。

以上のようにして得られた式で表わされる残
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
そのカツトオフ周波数が制御されるよう成されて
いる。

前記、式で表わされる乗算出力F_a，F_b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
、式における｛ ｝内の第１項で表わされる
不要な周波数成分である。この周波数成分は、前
述した方法によつて分周比１／mⁿを変えて被測定周 波数を変えた場合に、中心周波数2f₀及びその帯
域が変化するものであり、低域波器１２ａ，１
２ｂ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。

この低域波器１２ａ，１２ｂは、抵抗R₁，
R₂、コンデンサC_S及び演算増巾器３０で構成さ
れる積分回路３４と、MDAC３１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、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2f₀の周波数成
分の除去された前記、式で表わされる出力
G_a又はG_bが得られるように成されている。

MDAC３１は、コード発生器１８ａからの所
定のビツト数で与えられるコード信号のデイジタ
ルコードb_iで決まるＤ／Ａ変換出力Ｍ_o 〓ⁱ⁼¹ b_i／2ⁱと、 演算増巾器３０から加えられる入力信号e_rとを乗
算したものが出力e_putとして得られるものである。
従つてこのe_putは次の式で表わされる。

尚、このMDAC３１としては、例えば、ラダ
ーネツトワーク（Ladder Network）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
力点は仮想接地であり、抵抗R₁，R₂及びコン
デンサC_Sを夫々流れる電流I₁，I₂，I_Sは次式で示
される。

I₁＝e_io／R₁ I₂＝e_put／R₁｝ …… I_S＝jωC_S・e_r 但し、e_io：入力F_a，F_b e_put：出力G_a，G_b e_r ：MDAC３１の入力 また上記点においてキルヒホツフの法則を適
用すると次の関係が成立する。

I₁＋I₂＋I_S＝０ …… 上記、式よりe_ioとe_putとの関係を求めると
次式で示すものとなる。

この式によれば、デイジタルコードb_iの設定
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
この低域波器１２ａ，１２ｂのカツトオフ周波
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、入力クロツクパルスｐの周波数f_C1を変
えることによつて被測定周波数を変える場合、こ
れに応じて低域波器１２ａ，１２ｂのカツトオ
フ周波数を自動的に制御することができる。こた
め多くの低域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。

応用例 第６図は本発明の一般的な応用例を示す。

第６図において、ROM４０には所定の帯域ス
ペクトラムを有する基準信号e₀が予めデイジタル
コード化されて書き込まれている。この基準信号
e₀は、クロツク発生器４１からのクロツクパルス
を分周器４２で１／mⁿに分周したクロツクパルスに より読み出される。読み出されたデイジタルの基
準信号e₀はＤ／Ａ変換器４３でアナログの基準信
号e₀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e₀の周
波数、位相、振巾等が変化した信号e_iが得られ
る。この信号e_i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れる不要な周
波数成分は波器４７で除去される。この波器
４７は例えば第５図の低域波器が用いられ、そ
のカツトオフ周波数が、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え、
ROM４０から読み出される基準信号e₀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、ROM４０を読み出すクロツク
パルスの周波数を変えて、被測定周波数を変える
場合に、これに応じて波器４７のカツトオフ周
波数を変えることができる。尚、波器４７は低
域波器、高域波器及び帯域波器であつてよ
い。

発明の効果 外部雑音の影響を受けにくく、且つ周波数を容
易に変えることができ、さらに、IECの定める国
際規格に適している測定用の基準信号波形を得る
ことができる。またクロツクパルスの分周比を連
続的に変えることにより、少くとも可聴周波数帯
域内における被測定周波数を無段階的に変えるこ
とができるので、高精度の測定を実現することが
できる。また人間の聴覚特性に合つた音響特性を
測定することができる。本発明により得られる測
定用波形を用いた実際の残響音測定装置により、
室内の音響特性を求める測定を行つた実験では良
好な結果が得られている。

【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は本発明によるトーンバースト信号の形成過程
の実施例を示す波形図、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…
…残響曲線測定装置、７……アドレスカウンタ、
８……ROM、１７……クロツク発生器、１８…
…分周器、１８ａ………分周比指定コード発生器
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第１の信号e₁＝sin（2πf₀t）と第２の信号e₂＝
   0.54−0.46cos（2πt／ｄ）（但しｔ：時間、f₀：所定
   周 波数、ｄ：所定時間）との乗算値を所定周期でサ
   ンプリングしたデータを記録したメモリーと、 一定周波数のクロツクパルスを発生させるクロ
   ツク発生器と、 上記クロツク発生器からのクロツクパルスを分
   周する分周器と、 上記分周器の分周比を設定するためのコード発
   生器とを備え、 上記コード発生器により設定された分周比によ
   り分周されたクロツクパルスで上記メモリを読み
   出すようにした音響特性測定用基準信号波形発生
   装置。