WO2016084265A1 - インパルス応答による相対遅延測定方法 - Google Patents

インパルス応答による相対遅延測定方法 Download PDF

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WO2016084265A1
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impulse response
relative delay
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捷吉郎 日野
鈴木 琢磨
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エタニ電機株式会社
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01HMEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H3/00Measuring characteristics of vibrations by using a detector in a fluid
    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K15/00Acoustics not otherwise provided for

Definitions

  • the present invention reaches a common receiver (for example, a microphone) when sound output from two or more sound signal generators (for example, speakers) is transmitted through an acoustic device, an acoustic space, a signal transmission path, or the like.
  • the present invention relates to a method for measuring a time difference (difference in sound arrival time).
  • an impulse response measurement method as a method for measuring the transmission time of an acoustic device, an acoustic space, and an electric signal transmission line (transmission system). This uses the rise position and peak position of the direct sound portion of the measured impulse response as the transmission time, and is used for time alignment adjustment of a reproduction system composed of a plurality of sound signal generators (speakers, etc.). This is a measurement method.
  • Impulse response measurement includes (1) impulse, (2) M-sequence random noise (MLS signal), (3) sine wave sweep signal (Swept-Sine signal, time stretched pulse (TSP) as measurement signals (original signals). (Also called a signal) or the like, and measurement is performed with the measurement system shown in FIG.
  • TSP time stretched pulse
  • the measurement system shown in FIG. 1 outputs a measurement signal and collects a response signal propagated through a transmission path from a speaker to a microphone in synchronization with the output. ) Can be calculated.
  • the impulse response at the microphone position of each speaker is measured, so that the transmission is reproduced from each speaker and reaches the microphone. You can ask for time.
  • FIG. 2 there is a measurement system shown in FIG. 2 in which the reproduction system and the measurement system are independent.
  • a playback system for example, a car audio system
  • a CD mounted on the system as a measurement sound source and collects a response signal by a measurement system independent of the playback system.
  • standby measurement it is impossible to measure the absolute delay time of the transmission path from each speaker to the microphone, but by measuring the impulse response of each speaker with reference to one speaker among a plurality of speakers. It is possible to determine the relative delay.
  • Patent Document 2 in a car audio system, N uncorrelated signals are supplied to N speakers in a vehicle interior, and impulse responses from the speakers are obtained by N adaptive filters. We are looking for a delay time.
  • Patent Document 3 shows that an uncorrelated sound can be suppressed by an inverse filter. (FIG. 4 of [Patent Document 3])
  • the present invention has been made to solve the above problems, and is common to each of two or more sound signal generators (speakers) in a reproduction system having no external signal input function or special measurement function. It is an object to simply obtain the distance from the receiver (microphone) as the relative distance from the position of the sound signal generator (speaker) as a reference.
  • two or more different original signals are output from two or more sound generators to two or more transmission systems, and the sound from these transmission systems is received by a common receiver.
  • Each impulse response is calculated from the response of the above original signal, a time difference is obtained from each impulse response corresponding to each calculated sound generator, and one sound is generated regardless of whether the reproduction system and the measurement system are synchronized or asynchronous. It is characterized in that a relative delay time with respect to a vessel is obtained.
  • the present invention uses uncorrelated signals for the two or more original signals, outputs the two or more sound generators simultaneously to two or more transmission systems, and receives the sound from these transmission systems in common.
  • Each impulse response is calculated from the responses of two or more received original signals, a time difference is obtained from each impulse response corresponding to each calculated sound generator, and the reproduction system and the measurement system are synchronized. Regardless of asynchronous, a relative delay time with respect to one sound generator is obtained.
  • the present invention is characterized in that, in a system in which the reproduction system and the measurement system are independent, a measurement signal for measuring a deviation in sampling clock between the reproduction system and the measurement system is prepared.
  • the present invention is characterized in that in a reproduction system including sound signal generators having different reproduction frequency bands, a desired band limitation is performed on the measurement signals having no correlation with each other.
  • the present invention it is possible to accurately obtain a relative delay based on one of two or more sound signal generators (speakers) regardless of whether the reproduction system and the measurement system are synchronous or asynchronous.
  • two or more sound signal generators are used.
  • the response waveform corresponding to the original signal is converted to an impulse response, and the response waveform not corresponding to the original signal is suppressed without being converted to an impulse response. Detection can be made fast and easy.
  • the peak of the measured impulse response can be detected by preparing a measurement signal for measuring the deviation of the sampling clock between the playback system and the measurement system. Can be performed accurately.
  • the measurement method according to the present invention is mounted on a smart phone or the like, and the measurement signal is stored in a CD or a memory device, so that a special measuring instrument can be used, or a reproduction system (for example, a car audio system) has a measurement function. It is possible to easily measure the relative delay even in an existing reproduction system without mounting.
  • Embodiment 1 is a block diagram of a car audio system according to Embodiment 1 of the present invention. It is a figure of the rising series sweep signal and falling series sweep signal by Embodiment 1 of this invention. It is a block diagram of the signal for a measurement by Embodiment 1 of this invention. It is a figure of the microphone wave receiving type by Embodiment 1 of this invention. It is a figure of the impulse response waveform by Embodiment 1 of this invention. It is a block diagram of the car audio system by Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 13 is an enlarged view near the peak position of the impulse response in FIG.
  • an ascending sequence S Up (k) (sweep from a low frequency to a high frequency) and a descending sequence S Down (k) (sweep from a high frequency to a low frequency) shown in FIG. 4 are used as measurement signals.
  • Two types of sine wave sweep signals that are not correlated with each other are prepared.
  • ascending and descending sine wave sweep signals are defined by the following equations.
  • m N / 4
  • N 2 n
  • n are arbitrarily set FFT orders
  • * indicates a conjugate complex number.
  • These two sine wave sweep signals are arranged in two channels as shown in FIG. 5 and recorded as a two-channel signal on a CD or memory device. The reason why the ascending series sweep signal is arranged twice at an interval M in the Lch measurement signal is to correct a sampling clock shift described later.
  • a CD or memory device on which the measurement signal is recorded is set in a car audio system for reproduction, and sound is collected by the microphone shown in FIG.
  • the response signal picked up by the microphone is as shown in FIG. 6, and the picked-up sound is picked up at intervals obtained by adding a propagation delay to the ascending-sequence signal reproduced from the Lch speaker and the descending-sequence signal reproduced from the Rch speaker. Is done. At this time, depending on the distance between each speaker and the microphone, the response signal of the Lch speaker may overlap with the response signal of the Rch speaker.
  • the impulse response measurement by the sine wave sweep signal is performed by convolution of the inverse filter of the sine wave sweep signal used for the measurement with the collected sound signal to convert it into an impulse response.
  • the response signal of the ascending series signal reproduced from the Lch speaker is converted into an impulse response, and the response signal of the descending series signal reproduced from the Rch speaker Since there is no correlation with the ascending series signal, it becomes a suppressed waveform without being converted into an impulse response.
  • Patent Document 3 FIG. 4
  • the descending series signal response signal reproduced from the Rch speaker is converted into an impulse response
  • the ascending series signal reproduced from the Lch speaker is converted. Since the response signal has no correlation with the descending series signal, the response signal has a suppressed waveform without being converted into an impulse response. This is shown in FIG.
  • the relative delay sample of each speaker can be obtained by detecting the peak position of the convoluted signal sequence.
  • the relative delay amount (number of samples) R relL of the Rch speaker relative to the Lch speaker is This is true when the playback system and the measurement system are synchronized.
  • the reproduction system and the measurement system are asynchronous, even if the sampling frequency of the reproduction system and the measurement system is the same 48 kHz, the reproduction system DAC (DA converter) and the measurement system ADC (AD converter). Since the master clocks are not the same, there is a phenomenon in which the sampling timings of the reproduction system and the measurement system are slightly different. For example, when the sampling frequency of the reproduction system and the measurement system is 48 kHz, 48000 samples per second of the reproduction system may be 47999 samples or 48001 samples in the measurement system. Depends on the measuring equipment. Therefore, as a coefficient for correcting the shift of the clock, the ascending series signal is reproduced twice from the Lch speaker at the known interval (length M) shown in FIG.
  • the relative delay (R relL ) of the Rch speaker when using the Lch speaker as a reference is zero because the first rising series signal and the Rch falling series signal of the measurement signal Lch are reproduced at the same time. It becomes.
  • L1 and R are delays (number of samples) calculated from the peak of the impulse response shown in FIG. 7, and Ratio is the clock ratio of the above equation (3).
  • a medium such as a CD or a memory device on which a measurement signal is recorded is prepared and reproduced, and a response signal picked up by one microphone at the sound receiving point is added to an ascending series inverse filter, a descending series It is possible to calculate a relative delay by convolving an inverse filter and converting it into an impulse response to detect a peak position and correcting a clock shift.
  • the playback channel has two channels, and is composed of a low-frequency signal playback subwoofer that inputs a signal obtained by mixing two front side speakers, two rear side speakers, and two channel signals.
  • a low-frequency signal playback subwoofer that inputs a signal obtained by mixing two front side speakers, two rear side speakers, and two channel signals.
  • the relative delay between the five speakers and the sound receiving point (microphone installed in the driver's seat) of the car audio system is described.
  • the signal supplied to the Lch or Rch is output from the subwoofer simultaneously with the front speaker and the rear speaker.
  • the following three types of measurement signals are prepared.
  • Ascending series sine wave sweep signal with band limitation for example, 1 kHz-20 kHz
  • As a sine wave sweep signal subwoofer measurement signal of a descending series band-limited for example, 1 kHz-20 kHz
  • Ascending series sine wave sweep signal with band limited to low frequency for example, 20Hz-200Hz
  • the above three kinds of measurement signals are arranged in 2 channels at intervals of M, L, K as shown in FIG. Record as a 2-channel signal on the device.
  • a car audio system with two channels and four speakers distributes Lch and Rch signals to the front speaker and the rear speaker, and the front / rear / right / left balance is adjusted by a fader controller of the car audio system.
  • the fader is set to (front-center) and measurement is started.
  • the fader is changed to (rear-center).
  • a sufficient blank for the fader operation is provided in the measurement signal.
  • a CD or memory device on which the measurement signal is recorded is set in a car audio system and reproduced, and the sound is collected by the microphone shown in FIG.
  • the response waveform picked up by the microphone is as shown in FIG. 10, and an ascending series signal reproduced from the front Lch, rear Lch speaker and subwoofer and a descending series signal reproduced from the front Rch and rear Rch speaker are in the signal configuration. Sound is collected at intervals obtained by adding a propagation delay to the interval. At this time, depending on the distance between each speaker and the microphone, the response signal of the front Lch speaker and the response signal of the front Rch speaker, and the response signal of the rear Lch speaker and the response signal of the rear Rch may overlap.
  • Impulse response measurement using a sine wave sweep signal is performed by convolution of an inverse filter of the sine wave sweep signal used for the measurement with the collected sound signal to convert it into an impulse response.
  • the response signal picked up by the microphone is convoluted with an up-sequence inverse filter that is band-limited to the high frequency range, so that the response signal of the ascending-sequence signal limited to the high frequency range reproduced from the front Lch speaker and the rear Lch speaker is an impulse.
  • the descending series signal converted into a response and reproduced from the front Rch speaker and the rear Rch speaker and band-limited to the high band has no correlation with the ascending series signal, and thus has a suppressed waveform without being converted into an impulse response.
  • the response signal picked up by the microphone is convoluted with the inverse filter of the ascending sequence band-limited to the low band, and the response signal of the ascending sequence signal limited to the low band reproduced from the subwoofer is converted into an impulse response. Since the response signal of the ascending series signal band-limited to the low frequency range reproduced from the front Lch and the rear Lch is not the main band, the peak value of the impulse response becomes small. This is shown in FIG.
  • the relative delay sample of each speaker can be obtained by detecting the peak position of the convoluted signal sequence.
  • the reproduction system and the measurement system are asynchronous, it is necessary to correct the deviation between the sampling clocks of the reproduction system and the measurement system in order to accurately obtain the peak position as in (Embodiment 1).
  • the ascending series signal is reproduced twice from the Lch speaker at the known interval (length M) shown in FIG. 9 and observed from the received signal from the known interval (length M) and the microphone as shown in FIG.
  • the ratio with the interval (FL2-FL1) it is possible to correct the deviation of the sampling clock.
  • Sampling clock ratio between playback system and measurement system is It becomes. Since the first ascending series signal of the measurement signal Lch and the descending series signal of the Rch are reproduced at the same time, the interval is 0.
  • the relative delay (FR relFL ) of the front Rch speaker relative to the front Lch speaker is It can be obtained by the following formula.
  • FR and FL1 are delays (number of samples) calculated from the impulse response shown in FIG. 11, and Ratio is the clock ratio of equation (5).
  • the relative delay (RL relFL ) of the rear Lch speaker relative to the front Lch speaker is L because the interval between the first rising series signal of the measurement signal Lch and the third rising series signal of Lch is L. It becomes.
  • RL and FL1 are delays (number of samples) calculated from the impulse response shown in FIG. 11, and Ratio is the clock ratio of equation (5).
  • the relative delay (RR relFL ) of the rear Rch speaker relative to the front Lch speaker is L because the interval between the first rising series signal of the measurement signal Lch and the second falling series signal of Rch is L. It becomes.
  • RR is a delay (number of samples) calculated from the impulse response shown in FIG.
  • SB relFL the relative delay (SB relFL ) of the subwoofer when using the front Lch speaker as a reference It becomes.
  • K is the interval between the first rising series signal of the measurement signal Lch and the fourth rising series signal of Lch shown in FIG. 9
  • SB is the delay (number of samples) calculated from the impulse response shown in FIG. .
  • a medium such as a CD or a memory device on which a measurement signal is recorded is prepared and reproduced, and an ascending-series inverse filter band-limited to a response signal picked up by one microphone at the sound receiving point, It is possible to calculate a relative delay by convolving a band-limited descending series inverse filter and converting it into an impulse response and detecting the peak position.
  • the result of simulating the convolution processing part of the present invention on a computer is shown in FIG. It is the result of convolution of the inverse filter of that signal with the rising series sine wave sweep signal, and the result of convolution of the inverse filter of the descending series signal that is not correlated with the ascending series signal in the same way. .
  • FIGS. 13 and 14 show the results obtained by configuring the measurement signal by the method of the first embodiment, actually measuring it, and converting it into an impulse response.
  • FIG. 14 is an enlarged view near the peak positions of the two impulse response waveforms of FIG.
  • (Embodiment 1) and (Embodiment 2) have exemplified a car audio system, but the present invention is not limited to a car audio system as long as it is a reproduction system composed of a plurality of speakers. It is clear that there is.
  • the ascending series signal is output from the Lch speaker and the descending series signal is output from the Rch speaker.
  • the ascending series signal is output from the Rch speaker and the descending series signal is output from the Lch speaker.
  • a signal may be output.
  • pink noise or the like may be added to the ascending series signal output from the Lch speaker and the descending series signal output from the Rch speaker, respectively. This can relieve audible discomfort during the implementation of the above embodiment.
  • the original signal is not limited to the above embodiment.

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Abstract

2つ以上の互いに異なる原信号を2つ以上の音発生器から2つ以上の伝送系に出力し、それら伝送系からの音を共通の受信機で受信し、受信した2つ以上の原信号の応答からインパルス応答を算出し、算出した各音発生器に対応するインパルス応答から時間差を求め、再生系と測定系の同期、非同期に関わらず、1つの音発生器を基準とした相対遅延時間を求めることが出来る相対遅延測定方法を提供する。更に2つ以上の原信号にお互いに相関のない信号を用いて、1つの音発生器を基準とした相対遅延時間を求めることが出来る相対遅延測定方法を提供する。

Description

インパルス応答による相対遅延測定方法
本発明は、2つ以上の音信号発生器(例えばスピーカ)から出力された音が、音響機器、音響空間、信号伝送経路等を通して伝送された時に、共通の受信機(例えばマイクロホン)に到達する時間差(音の到達時間のずれ)を測定する方法に関する。
音響機器、音響空間、電気信号伝送線路(伝送系)の伝達時間を測定する方法として、インパルス応答測定方法がある。これは、測定されたインパルス応答の直接音部分の立ち上がり位置やピーク位置を伝達時間とするものであり、複数の音信号発生器(スピーカ等)で構成される再生システムのタイムアライメント調整に用いられる測定方法である。
インパルス応答測定は、測定信号(原信号)として、(1)インパルス、(2)M系列ランダムノイズ(MLS信号)、(3)正弦波スイープ信号(Swept−Sine信号、タイムストレッチドパルス(TSP)信号とも呼ばれる)等を用い、図1に示す測定系で測定を行う。タイムストレッチドパルスによるインパルス応答測定については[非特許文献1]に記載されている。
図1に示す測定システムは、測定システムが測定信号を出力し、スピーカからマイクロホンに至る伝送経路を伝搬した応答信号を、出力と同期して収音するため、正確に伝送経路の伝達時間(距離)を算出することが可能である。図1のようにスピーカが2系統、受音点(マイクロホン位置)が1点の場合、それぞれのスピーカのマイクロホン位置でのインパルス応答を測定することで、各スピーカから再生されてマイクロホンに到達する伝達時間を求めることが出来る。
一方、再生系と測定系が独立している図2に示す測定系がある。これは、外部入力機構を持たない再生システム(例えばカーオーディオシステム)において、システムに搭載されているCD等を測定音源として出力し、再生システムとは独立した測定システムで応答信号を収音する場合に相当し、待受測定と呼ばれる。この場合、各スピーカからマイクロホンに至る伝達経路の絶対的な遅延時間を測定することは不可能であるが、複数のスピーカのうちの1つのスピーカを基準として各スピーカのインパルス応答を測定することで相対的な遅延を求めることは可能である。
図1、図2に示す測定系において、1つの測定信号を各スピーカから同時に再生して測定する場合、各スピーカとマイクロホンとの距離が等距離に近いと、各スピーカのインパルス応答が重畳して相互の影響を受けて、時間差を正しく測定することが困難となる。
これを解決するために[特許文献1]では1つの測定信号を複数のスピーカに供給する場合に、所定の時間差を設けて供給し、共通の受信機(マイクロホン)で受信した複数のインパルス応答の時間差から前記所定時間差を差し引いて複数のスピーカからのインパルス応答の時間差を求めるようにしている。
また、[特許文献2]では、カーオーディオシステムにおいて、車室内のN個のスピーカにN個の無相関信号を供給し、N個の適応フィルタで各スピーカからのインパルス応答を求め、各スピーカの遅延時間を求めている。
また、[特許文献3]では、逆フィルタで無相関の音を抑圧することができることが示されている。([特許文献3]の図4)
特開2007−17415 特開平7−59200 特開2002−069200
音響システムとディジタル処理(コロナ社)        6.2タイムストレッチドパルスによるインパルス応答の測定
[特許文献1]記載の1つの測定信号に所定の時間差を設ける場合、測定時間は時間差を設けない場合の倍以上かかり、測定時間が長くなるという問題点があり、スピーカの数が増えるに従い測定時間が長くなってしまう。また[特許文献2]記載の無相関信号を用いた適応フィルタによる方法は図1に示す再生系と測定系が同期している系で成り立つものであり、カーオーディオシステムを例とすれば、カーオーディオシステムにマイクロホンによる収音機能、適応フィルタ処理機能等を搭載する必要があり、これらの機能を搭載していない既製システムではスピーカの遅延を測定することは不可能であるという問題点がある。
本発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、外部信号入力機能や特別な測定機能を持たない再生システムにおいて、2つ以上の音信号発生器(スピーカ)それぞれと、共通の受信機(マイクロホン)との距離を、基準とする音信号発生器(スピーカ)の位置との相対距離として、簡便に求めることを目的とする。
本発明は、2つ以上の互いに異なる原信号を2つ以上の音発生器から2つ以上の伝送系に出力し、それら伝送系からの音を共通の受信機で受信し、受信した2つ以上の原信号の応答から各々のインパルス応答を算出し、算出した各音発生器に対応する各々のインパルス応答から時間差を求め、再生系と測定系の同期、非同期に関わらず、1つの音発生器を基準とした相対遅延時間を求めることを特徴とする。
本発明は、前記2つ以上の原信号にお互いに相関のない信号を用い、2つ以上の音発生器から2つ以上の伝送系に同時に出力し、それら伝送系からの音を共通の受信機で受信し、受信した2つ以上の原信号の応答から各々のインパルス応答を算出し、算出した各音発生器に対応する各々のインパルス応答から時間差を求め、再生系と測定系の同期、非同期に関わらず、1つの音発生器を基準とした相対遅延時間を求めることを特徴とする。
本発明は、再生系と測定系が独立した系においては、再生系と測定系のサンプリングクロックのずれを計測するための測定信号を用意することを特徴とする。
本発明は、再生周波数帯域の異なる音信号発生器を含んだ再生系において、前記のお互いに相関のない測定信号に所望の帯域制限を行うことを特徴とする。
本発明によれば、再生系と測定系の同期、非同期に関わらず、2つ以上の音信号発生器(スピーカ)のうちの1つを基準とした相対遅延を正確に求めることが出来る。
また、測定に用いる2つ以上の原信号にお互いに相関のない信号を用いることにより、2つ以上の音信号発生器から原信号を同時に再生しても、2つ以上の音信号発生器による応答信号からインパルス応答に変換する際に、原信号に対応する応答波形はインパルス応答に変換され、原信号に対応しない応答波形はインパルス応答に変換されずに抑圧されるため、相対遅延算出のピーク検出を高速かつ容易にすることが出来る。
また、再生系と測定系が独立した系(非同期系)の場合は、再生系と測定系のサンプリングクロックのずれを計測するための測定信号を用意することにより、測定されたインパルス応答のピーク検出を正確に行うことが出来る。
また、本発明による測定方法をスマートホン等に搭載し、測定信号をCDやメモリデバイスに記憶して用いることで、特別な測定器を用いたり、再生システム(例えばカーオーディオシステム)に測定機能を搭載することなく、既存の再生システムにおいても容易に相対遅延の測定が可能となる。
再生系と測定系が同期している系のブロック図である。 再生系と測定系が独立している系のブロック図である。 本発明の実施形態1によるカーオーディオシステムのブロック図である。 本発明の実施形態1による上昇系列スイープ信号及び下降系列スイープ信号波形の図である。 本発明の実施形態1による測定用信号の構成図である。 本発明の実施形態1によるマイクロホン受音波形の図である。 本発明の実施形態1によるインパルス応答波形の図である。 本発明の実施形態2によるカーオーディオシステムのブロック図である。 本発明の実施形態2による測定用信号の構成図である。 本発明の実施形態2によるマイクロホン受音波形の図である。 本発明の実施形態2によるインパルス応答波形の図である。 本発明のシミュレーション結果を示す図である。 本発明の実施形態1での実際の測定結果及びインパルス応答波形の図である。 [図13]のインパルス応答のピーク位置近傍の拡大図である。
以下に再生システムとしてカーオーディオシステムを例に本発明の相対遅延測定方法の例を説明する。
(実施形態1)
図3に示すような車室内において、フロント側2チャンネルで構成されたカーオーディオシステムの2つのスピーカと受音点(ドライバ席に設置したマイクロホン)との相対遅延を求める場合について説明する。
まず、測定用信号として図4に示す長さNの上昇系列SUp(k)(低い周波数から高い周波数に掃引する)と下降系列SDown(k)(高い周波数から低い周波数に掃引する)の互いに相関のない2種類の正弦波スイープ信号を用意する。例えば、上昇系列、下降系列の正弦波スイープ信号は次式で定義される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
ここで、m=N/4、N=2、nは任意に設定するFFTの次数であり、*は共役複素数を示す。
この2つの正弦波スイープ信号を図5に示すように2チャンネルに配置し、CDやメモリデバイスに2チャンネル信号として記録する。Lch測定信号に上昇系列スイープ信号を間隔Mで2回配置しているのは、後述するサンプリングクロックのずれを補正するためである。
上記測定信号を記録したCDやメモリデバイスをカーオーディオシステムにセットして再生し、図3に示すマイクロホンで収音する。
マイクロホンにより収音した応答信号は図6のようになり、Lchスピーカから再生された上昇系列信号とRchスピーカから再生された下降系列信号が信号構成時の間隔に伝搬遅延を付加した間隔で収音される。この時、各スピーカとマイクロホンの距離によっては、Lchスピーカの応答信号とRchスピーカの応答信号が重なる場合もある。
正弦波スイープ信号によるインパルス応答測定は、[非特許文献1]に記載のように、測定に用いた正弦波スイープ信号の逆フィルタを収音信号に畳み込むことでインパルス応答に変換することによって行われる。
マイクロホンにより収音された応答信号に上昇系列の逆フィルタを畳み込むことで、Lchスピーカから再生された上昇系列信号の応答信号はインパルス応答に変換され、Rchスピーカから再生された下降系列信号の応答信号は上昇系列信号とは相関がないためインパルス応答には変換されず抑圧された波形となる。一般に逆フィルタで無相関の音を抑圧することが出来る先行技術は特許文献3(図4)に記載されている。また、マイクロホンにより収音された応答信号に下降系列の逆フィルタを畳み込むことで、Rchスピーカから再生された下降系列信号の応答信号はインパルス応答に変換され、Lchスピーカから再生された上昇系列信号の応答信号は下降系列信号とは相関がないためインパルス応答には変換されず抑圧された波形となる。この様子を図7に示す。
各スピーカの相対的な遅延サンプルは畳み込んだ信号系列のピーク位置を検出することで求めることが出来る。図7に付したL1、L2、Rは、
 L1:Lchスピーカの1回目の応答信号から変換されたインパルス応答のピーク位置
 L2:Lchスピーカの2回目の応答信号から変換されたインパルス応答のピーク位置
 R:Rchスピーカの応答信号から変換されたインパルス応答のピーク位置
を示し、Lchスピーカとマイクロホンの距離に相当するサンプル数をDistL、Rchスピーカとマイクロホンの距離に相当するサンプル数をDistRとすれば、
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003
となる。
Lchスピーカを基準とした時のRchスピーカの相対遅延量(サンプル数)RrelLは、
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000004
となるが、これは再生系と測定系が同期している場合に成立する。
本実施例では、再生系と測定系が非同期となるため、再生系と測定系のサンプリング周波数が同じ48kHzであっても、再生系のDAC(DAコンバータ)と測定系のADC(ADコンバーた)のマスタークロックが同じではないため、再生系と測定系のサンプリングのタイミングは微妙にずれる現象が起こる。例えば、再生系と測定系のサンプリング周波数を48kHzとした場合、再生系の1秒間=48000サンプルが測定系では47999サンプルであったり、48001サンプルであったりすることがあり、この差は再生機器、測定機器に依存する。そこで、このクロックのずれを補正する係数としてLchスピーカから上昇系列信号を図5に示す既知の間隔(長さM)で2回再生し、既知の間隔(長さM)とマイクロホンによる受音信号から観測された図7に示す間隔(L2‐L1)との比を計算する。再生系と測定系のサンプリングクロックの補正係数は、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
となり、インパルス応答から算出したピーク位置をこのRatioで補正することで正確なピーク位置を求めることが出来る。
Lchスピーカを基準とした時のRchスピーカの相対遅延(RrelL)は、測定信号Lchの1回目の上昇系列信号とRchの下降系列信号は同時に再生されるため間隔は0であるので、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
となる。ここで、L1、Rは図7に示すインパルス応答のピークから算出される遅延(サンプル数)、Ratioは前述の式(3)のクロック比である。
Lchスピーカに対するRchスピーカの相対遅延サンプル数は式(4)のRrelLとなるので、カーオーディオシステムのタイムアライメント調整機能にこの値(若しくはこの値から換算した距離または時間)を設定することで、LchスピーカとRchスピーカの出力信号は受音点に対して等距離に調整される。
これまでの説明のように、測定信号を記録したCDやメモリデバイス等の媒体を用意して再生し、受音点で1つのマイクロホンで収音した応答信号に上昇系列の逆フィルタ、下降系列の逆フィルタを畳み込んでインパルス応答に変換してピーク位置を検出し、クロックのずれを補正することで相対的な遅延を算出することが可能となる。
(実施形態2)
図8に示すような車室内において、再生チャンネルとしては2チャンネルであり、フロント側2スピーカ、リア側2スピーカ、2チャンネル信号をミックスした信号を入力する低域信号再生用サブウーファーで構成されたカーオーディオシステムの5つのスピーカと受音点(ドライバ席に設置したマイクロホン)との相対遅延を求める場合について説明する。本実施例のように低域信号再生用サブウーファーがある場合、LchまたはRchに供給された信号はフロントスピーカやリアスピーカと同時にサブウーファーからも出力される。このために測定用信号として、以下の3種類を用意する。
フロントLchスピーカ及びリアLchスピーカ測定用信号として、
 高域に帯域制限(例えば1kHz−20kHz)した上昇系列の正弦波スイープ信号
フロントRchスピーカ及びリアRchスピーカ測定用信号として、
 高域に帯域制限(例えば1kHz−20kHz)した下降系列の正弦波スイープ信号
サブウーファー測定用信号として、
 低域に帯域制限(例えば20Hz−200Hz)した上昇系列の正弦波スイープ信号
上記3種類の測定用信号を図9に示すようにM、L、Kの間隔で2チャンネルに配置し、CDやメモリデバイスに2チャンネル信号として記録する。
通常、2チャンネル4スピーカのカーオーディオシステムは、Lch、Rchの信号をフロント側スピーカ、リア側スピーカに振り分けており、カーオーディオシステムの持つフェーダーコントローラで前後・左右のバランスを調整している。
本発明では、最初にフェーダーを(フロント−中央)にセットして測定を開始し、フロントLchスピーカから2回めの上昇系列信号が再生された後、フェーダーを(リア−中央)に変更する。フェーダーを変更する区間として測定信号にフェーダー操作に十分な空白を設ける。
上記測定信号を記録したCDやメモリデバイスをカーオーディオシステムにセットして再生し、図8に示すマイクロホンで収音する。
マイクロホンにより収音した応答波形は図10のようになり、フロントLch、リアLchスピーカ及びサブウーファーから再生された上昇系列信号とフロントRch及びリアRchスピーカから再生された下降系列信号が信号構成時の間隔に伝搬遅延を付加した間隔で収音される。この時、各スピーカとマイクロホンの距離によっては、フロントLchスピーカの応答信号とフロントRchスピーカの応答信号、リアLchスピーカの応答信号とリアRchの応答信号が重なる場合もある。
正弦波スイープ信号によるインパルス応答測定は、測定に用いた正弦波スイープ信号の逆フィルタを収音信号に畳み込むことでインパルス応答に変換することによって行われる。マイクロホンにより収音された応答信号に高域に帯域制限した上昇系列の逆フィルタを畳み込むことで、フロントLchスピーカ及びリアLchスピーカから再生された高域に帯域制限した上昇系列信号の応答信号はインパルス応答に変換され、フロントRchスピーカ及びリアRchスピーカから再生された高域に帯域制限した下降系列信号は上昇系列信号とは相関がないためインパルス応答には変換されず抑圧された波形となる。一般に逆フィルタで無相関の音を抑圧することが出来る先行技術は(実施形態1)に記したように、特許文献3(図4)に記載されている。また、マイクロホンにより収音された応答信号に高域に帯域制限した下降系列の逆フィルタを畳み込むことで、フロントRchスピーカ及びリアRchスピーカから再生された高域に帯域制限した下降系列信号の応答信号はインパルス応答に変換され、フロントLchスピーカ及びリアLchスピーカから再生された高域に帯域制限した上昇系列信号の応答信号は下降系列信号とは相関がないためインパルス応答には変換されず抑圧された波形となる。また、マイクロホンにより収音された応答信号に低域に帯域制限した上昇系列の逆フィルタを畳み込むことでサブウーファーから再生された低域に帯域制限した上昇系列信号の応答信号はインパルス応答に変換され、フロントLch及びリアLchから再生された低域に帯域制限した上昇系列信号の応答信号は主要帯域ではないため、インパルス応答の波高値が小さくなる。
この様子を図11に示す。
各スピーカの相対的な遅延サンプルは畳み込んだ信号系列のピーク位置を検出することで求めることが出来る。
本実施例では、再生系と測定系が非同期となるため、(実施形態1)と同様にピーク位置を正確に求めるには再生系と測定系のサンプリングクロックのずれを補正する必要がある。このためにLchスピーカから上昇系列信号を図9に示す既知の間隔(長さM)で2回再生し、既知の間隔(長さM)とマイクロホンによる受音信号から観測された図11に示す間隔(FL2‐FL1)との比を計算することで、サンプリングクロックのずれを補正することが可能となる。再生系と測定系のサンプリングクロック比は、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
となる。
測定信号Lchの1回目の上昇系列信号とRchの下降系列信号は同時に再生されるため間隔は0であるので、フロントLchスピーカを基準としたときのフロントRchスピーカの相対遅延(FRrelFL)は、次式で求めることが出来る。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
ここで、FR、FL1は図11に示すインパルス応答から算出される遅延(サンプル数)、Ratioは式(5)のクロック比である。
フロントLchスピーカを基準としたときのリアLchスピーカの相対遅延(RLrelFL)は、測定信号Lchの1回目の上昇系列信号とLchの3回目の上昇系列信号の間隔はLであるので、次式となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
ここで、RL、FL1は図11に示すインパルス応答から算出される遅延(サンプル数)、Ratioは式(5)のクロック比である。
フロントLchスピーカを基準としたときのリアRchスピーカの相対遅延(RRrelFL)は、測定信号Lchの1回目の上昇系列信号とRchの2回目の下降系列信号の間隔はLであるので、次式となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
ここで、RRは図11に示すインパルス応答から算出される遅延(サンプル数)である。フロントLchスピーカを基準としたときのサブウーファーの相対遅延(SBrelFL)も同様に
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
となる。ここで、Kは図9に示す測定信号Lchの1回目の上昇系列信号とLchの4回目の上昇系列信号の間隔、SBは図11に示すインパルス応答から算出される遅延(サンプル数)である。
このようにフロントLchスピーカに対する各スピーカの相対遅延を求めることが出来るので、カーオーディオシステムのタイムアライメント調整機能にこれらの値(若しくはこれらの値から換算した距離または時間)を設定することで、各スピーカの出力信号は受音点に対して等距離に調整される。
これまでの説明のように、測定信号を記録したCDやメモリデバイス等の媒体を用意して再生し、受音点で1つのマイクロホンで収音した応答信号に帯域制限した上昇系列の逆フィルタ、帯域制限した下降系列の逆フィルタを畳み込んでインパルス応答に変換し、ピーク位置を検出することで相対的な遅延を算出することが可能となる。
本発明の畳み込み処理部分をコンピュータ上でシミュレーションした結果を図12に示す。上昇系列の正弦波スイープ信号にその信号の逆フィルタを畳み込んだ結果と、同じく上昇系列の正弦波スイープ信号に上昇系列信号とは相関のない下降系列信号の逆フィルタを畳み込んだ結果である。上昇系列の正弦波スイープ信号にその信号の逆フィルタを畳み込んだ結果はインパルス応答に変換される。一方、上昇系列の正弦波スイープ信号に上昇系列信号とは相関のない下降系列信号の逆フィルタを畳み込んだ結果は波形が抑圧されることが確認出来る。インパルス応答のピーク値に対して抑圧波形は約40dB抑圧されている。
(実施形態1)の方法で測定信号を構成して実際に測定し、インパルス応答に変換した結果を図13、図14に示す。図14は図13の2つのインパルス応答波形のピーク位置近傍の拡大図である。Lchスピーカの応答信号とRchスピーカの応答信号が重なっていても、変換した2つのインパルス応答は、ピーク位置として時間差を求めるための十分な精度を持つことが確認出来る。
(実施形態1)及び(実施形態2)は、再生系と測定系が独立した非同期系としたが、再生系と測定系が同期している系であっても、同様な方法で相対遅延を算出可能であることは明白である。
また、(実施形態1)及び(実施形態2)は、カーオーディオシステムを例としたが、複数のスピーカで構成される再生系であれば、カーオーディオシステムに限らず、本発明を適用可能であることは明白である。
尚、上記実施例ではLchスピーカから上昇系列信号を出力し、Rchスピーカから下降系列信号を出力して説明しているが、その逆にRchスピーカから上昇系列信号を出力し、Lchスピーカから下降系列信号を出力しても良い。また、Lchスピーカから出力する上昇系列信号と、Rchスピーカから出力する下降系列信号にそれぞれピンクノイズ等を加算しても良い。これにより上記実施例の実施中に聴感上の不快感を和らげることが出来る。このように原信号は上記実施例に限るものではない。

Claims (4)

  1. 2つ以上の互いに異なる原信号を2つ以上の音発生器から2つ以上の伝送系に出力し、それら伝送系からの音を共通の受信機で受信し、受信した2つ以上の原信号の応答から各々のインパルス応答を算出し、算出した各音発生器に対応する各々のインパルス応答から時間差を求め、再生系と測定系の同期、非同期に関わらず、1つの音発生器を基準とした相対遅延時間を求めることを特徴とする相対遅延測定方法。
  2. 前記2つ以上の原信号にお互いに相関のない信号を用い、2つ以上の音発生器から2つ以上の伝送系に同時に出力し、それら伝送系からの音を共通の受信機で受信し、受信した2つ以上の原信号の応答から各々のインパルス応答を算出し、算出した各音発生器に対応する各々のインパルス応答から時間差を求め、再生系と測定系の同期、非同期に関わらず、1つの音発生器を基準とした相対遅延時間を求めることを特徴とする相対遅延測定方法。
  3. 再生系と測定系が独立した系においては、再生系と測定系のサンプリングクロックのずれを計測するための測定信号を用意することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の相対遅延測定方法。
  4. 再生周波数帯域の異なる音信号発生器を含んだ再生系において、前記のお互いに相関のない測定信号に所望の帯域制限を行うことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の相対遅延測定方法。
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