JPH0599964A - ステツプ状信号を用いたインパルス応答の測定法 - Google Patents

ステツプ状信号を用いたインパルス応答の測定法

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JPH0599964A
JPH0599964A JP3322274A JP32227491A JPH0599964A JP H0599964 A JPH0599964 A JP H0599964A JP 3322274 A JP3322274 A JP 3322274A JP 32227491 A JP32227491 A JP 32227491A JP H0599964 A JPH0599964 A JP H0599964A
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signal
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impulse response
response
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JP3322274A
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Takayoshi Hirata
能睦 平田
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】インパルス応答の測定において、応答信号に加
わる雑音成分を十分に抑圧することにあり、特に低域で
増大する雑音を減衰の対象とした測定法を提供するこ
と。 【構成】ステップ信号あるいはステップ状信号を被測定
系に加え、その応答信号の波形データに対する信号処理
によって、前期被測定系のインパルス応答を得るように
する。すなわち、波形データと該波形データの符号を反
転して所定時間の移動を与えた波形データとを加算し、
合成波形データを得て、これをインパルス応答の波形デ
ータとする。この場合、測定帯域の上限周波数の逆数で
与えられる時間よりも前記所定時間を小なるものとす
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】通信、伝送、音響、オーディオ産
業の分野において、伝送系の計測に利用することができ
る。
【0002】
【従来の技術】伝送系の特性を測定する場合、周波数振
幅特性(周波数特性)あるいは位相特性のいずれの測定
であっても、信号に対して雑音成分が十分に小さいこと
が求められる。伝送系のインパルス応答が得られるなら
ば、FFT(ファースト フーリエ変換)の技術によっ
て、上記の周波数特性と位相特性を容易に求めることが
できるが、広い周波数帯域にわたって一様な周波数成分
をもち、しかも十分な電力(エネルギー)を有するイン
パルス信号を発生し、被測定系に加えることは困難なこ
とである。すなわち、周波数帯域が広いほどインパルス
波形の幅は狭くなり、インパルスの高さが一定ならば、
インパルスの幅が狭くなるほど電力が小さくなるため
に、限られた振幅(波高値)で広帯域な周波数成分を持
つインパルスを発信し、SN比の十分にとれた応答信号
を得ることは、実際には難しい場合が多い。インパルス
応答の測定において、SN比の改善を図るために、従来
からよく知られた方法として同期加算法(文献、W.
A.クラーク他「平均応答計算装置(ARC)」IRE
Trans.BME,vol.BME−8,196
1,pp.46−51)を用いることができる。この方
法によって相対的に雑音成分を低めることができるが、
SN比の改善効果は、同期加算の回数をnとすると、平
均的な改善量として10logn(dB)となる。例え
ばSN比を30dB改善しようとするならば、1000
回の測定と応答の加算を行なうことが必要である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】同期加算を行なわず
に、低域における雑音成分の十分に抑圧されたインパル
ス応答を求めることが、本発明の解決しようとする課題
である。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、被測定系にステップ状信号を入力して得
られるところの前記被測定系の応答信号をディジタル信
号に変換すること、前記ディジタル信号を記録部に波形
データとして記録すること、前記波形データと前記波形
データの符号を反転して所定時間の移動を与えた符号反
転移動波形データとを加算して合成波形データを得るこ
と、前記所定時間は前記被測定系の測定対象周波数帯域
の上限周波数の逆数で与えられる時間よりも小なるもの
とすること、を少なくとも条件として、前記合成波形デ
ータもしくは前記合成波形データをアナログ信号に変換
した波形を前記被測定系のインパルス応答とすることを
特徴とする、ステップ状信号を用いたインパルス応答の
測定法、をその手段とするものである。
【0005】
【作用】以下、本発明の作用を数式を用いて説明する。
高さA、時間幅Tなる矩形パルスのスペクトルS(f)
は、(数1)で与えられる。ただし、fは周波数を表
す。
【数1】 fが1/Tよりも十分小さな範囲では、S(f)はAT
で近似することができる。従って、その周波数振幅特性
はそのような範囲で平坦になる。fが1/Tで、S
(f) は0になる。次にステップ状信号について考察
する。例えば時間t<0で0、t>0またはt=0で、
【数2】 で表わされるステップ状信号h(t) のスペクトルを
B(f)とすると、B(f)は(数3)で表されること
になる。
【数3】 ここでbは減衰定数であり、bが大きいほどステップ信
号は早く0に近づく。bが0の場合は、t>0でh
(t)は一定値Aとなり、B(f)は(数3)でbを0
とした場合になる。更に上記ステップ状信号をTだけ移
動したステップ状信号g(t)のスペクトルをC(f)
とすると、C(f)は(数4)で表わされる。
【数4】 従って、h(t)に符号反転移動波形−g(t)を加え
ると、その合成波形のスペクトルD(f)は、
【数5】 で表わされる。よって、fがb/2πよりも十分大き
く、1/Tよりも十分に小さい場合には、D(f)はA
Tで近似することができる。図1にスペクトルS
(f),B(f),C(f)およびD(f)の周波数振
幅特性を比較して示す。図1から明らかなように、矩形
パルスに比べ、ステップ状信号の周波数成分は低域ほど
大きい。従って、ステップ状信号を被測定系に加えてそ
の応答を得た後に、応答波形に関する差信号(合成波
形)を求める方法を使えば、矩形パルスに対する応答
(インパルス応答)を得ることができ、しかも、低域に
加わるであろう雑音成分は、直接矩形パルスで応答を求
める場合よりも十分に小さなものとすることができる。
雑音成分に対する作用、すなわち低減効果の周波数特性
E(f)は、(数6)で表わされる。
【数6】 周波数fが1/6Tよりも小さければ、E(f)は1よ
りも小さくなり、雑音低減の効果がある。
【0006】
【実施例】本発明によるステップ状信号を用いたインパ
ルス応答の測定法を、電気回路の周波数振幅特性、位相
特性の測定に用いた場合の第1の実施例について調べ
る。FFTによる分析は現在広く実施されており、音響
や振動、電気回路の分野で広範囲な計測に使われてい
る。電気回路のインパルス応答は、十分幅の狭い矩形波
を入力信号として用いた方法の他に、ランダム雑音を用
いて相関法によって求める方法などがあるが、ステップ
状信号を入力信号として用い、応答波形を記録し、所定
の時間移動(最小時間はサンプリング周波数の逆数にな
る)を与えて差信号を求める信号処理を行なってインパ
ルス応答を得た後に、FFTによる分析を行なえば、低
域の雑音を抑圧した測定結果が得られる。ステップ状信
号の波形は、減衰の無いステップ信号の場合、記録時間
以上のステップ電圧継続時間を有するようなものとする
か、測定対象とする低域の最小周波数をfとするなら
ば、減衰定数bなるステップ状信号(数2 参照)を用
いる場合、bを2πfよりも十分小さくすればよい。
本発明によるステップ状信号を用いたインパルス応答の
測定法を、スピーカ特性の測定に用いた場合の第2の実
施例について述べる。前述の電気回路のインパルス応答
測定の場合と同じように、インパルス応答から周波数振
幅特性と位相特性を求めることができる。ただしステッ
プ状信号は電力増幅器を通してスピーカに入力され、ス
ピーカの出力応答はマイクロホンを介して電気信号とさ
れ、その応答波形が記録されることになる。スピーカを
測定する音場の暗騒音の周波数振幅特性は、通常低域に
なるほど大きく、一方、スピーカの周波数振幅特性は1
00Hz前後より低い帯域では低域になるほど減衰量が
大きくなるので、本発明による測定法はこのような場合
に特に適している。ステップ信号を用いる場合のステッ
プ電圧継続時間、減衰定数bなるステップ状信号を用い
る場合のbの値、それぞれの与え方は、前述の電気回路
への実施例と同様である。本発明によるステップ状信号
を用いたインパルス応答の測定法を、室内音場の測定に
用いた場合の第3の実施例について述べる。前述のスピ
ーカ特性の測定の場合と同じように、電力増幅器を通し
てステップ状信号はスピーカに加えられ、スピーカ出力
音は室内に放射され、室内に置かれたマイクロホンによ
って、受信された点での音は電気信号に変換されて、応
答波形が記録される。スピーカ特性との違いは、スピー
カからの直接音に加えて室内の反射音(反響音)を測定
するために、通常はスピーカの応答波形よりもはるかに
長い応答を測定することになるという点である。ステッ
プ状信号を用いる場合のステップ電圧継続時間は、反響
音が十分減衰する時間あるいは少なくともその記録時間
よりも長くすることが必要である。ステップ状信号を用
いる場合は、減衰定数bの値がスピーカの再生周波数帯
域の最低周波数よりも十分に小さければよい。上記実施
例において、記録された応答波形(ディジタル信号波形
データ)を、測定対象とする最高周波数の逆数で与えら
れる時間よりも小さな時間幅の移動を与えて、元の記録
された応答波形から差し引けば、その差で与えられる波
形がインパルス応答となる。上記実施例におけるステッ
プ信号のステップ電圧継続時間L、応答波形の記録時間
M、ステップ状信号の減衰定数b、および移動時間T、
それぞれに関する具体例を以下に示す。 1.電気回路(オーディオ用) L,Mは5msないし50ms。bは20ないし200
(s−1)。 Tは0.02msないし0.05ms。 2.スピーカ L,Mは10msないし100ms。 bは10ないし100(s−1)。 Tは0.02msないし0.05ms。 3.室内(リスニングルーム) L,Mは200msないし500ms。 bは50ないし100(s−1)。Tは0.05ms。 ただし、L>Mとする。
【0007】
【発明の効果】本発明の効果を示すために、被測定系に
加える入力信号として、インパルス(矩形波)を用いた
場合と、波高値の等しいステップ信号を用いて本発明に
基づいた方法で信号処理を施した場合、それぞれのイン
パルス応答に含まれる相対的な雑音の大きさを比較す
る。具体例として、スピーカの周波数振幅特性を30H
zないし15kHzの帯域にわたって測定する場合、イ
ンパルスとして時間幅0.025msの矩形波を、電力
増幅器を通して直接スピーカに加えるものとする。この
場合、測定周波数の高域限界は約20kHzとなる。こ
の測定でスピーカのインパルス応答に含まれる雑音の周
波数成分をN(f)とする。一方、前記矩形波と波高値
の等しいステップ信号を加え、応答信号に対して時間の
移動0.025msで信号処理を施して得たインパルス
応答に含まれる雑音の周波数成分をM(f)とする。
今、両測定で加わる雑音が同じであると仮定すると、N
(f)に対するM(f)の比は(数6)のE(f)で与
えられる。従って、この比を減衰量(dB)として示す
と、30Hzで56dB、60Hzで50dB、120
Hzで44dB、250Hzで38dB、…、8kHz
で8dB、10kHzで6dB、15kHzで2.7d
Bとなる。雑音成分の減衰量の測定は、スピーカへの入
力信号を十分小さくして、両測定による周波数振幅特性
を求めることで得られる。このようにして実際に室内で
スピーカ測定を行なったところ、減衰量はほぼ上記で示
されるものであった。例えば250Hz付近では35d
B前後の減衰量が測定された。幅0.025msの矩形
波を入力信号として用い、同期加算法によって上記のよ
うな減衰量を得ようとすると、例えば減衰量50dBを
得るには加算回数10万回、40dBで1万回になる。
従って、特に低域における雑音を抑圧する場合、本発明
の効果は大きいものと言うことができる。なお、本発明
の実施において、ステップ信号のステップ電圧継続時間
Lが応答波形の記録時間Mよりも短い場合には、応答波
形データに同応答波形データを時間Lの移動を与えて加
えることにより、等価的にステップ電圧継続時間2Lな
るステップ信号を加えた場合の応答波形とすることがで
きるので、このようにして、記録時間より短い継続時間
のステップ信号を用いても本発明の原理に基づく測定を
行なうことができる。ただし、雑音成分はこのような加
算により、加算回数に比例してそのパワーは増加するこ
とになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】スペクトルS(f)、B(f)、C(f)、お
よびD(f)の周波数振幅特性を比較して示したもので
ある。
【符号の説明】
1 B(f)およびC(f)、b=0の場合 2 B(f)およびC(f)、b>0の場合 3 S(f)、D(f) b=0の場合 4 D(f) b>0の場合

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被測定系にステップ状信号を入力して得ら
    れるところの前記被測定系の応答信号をディジタル信号
    に変換すること、前記ディジタル信号を記録部に波形デ
    ータとして記録すること、前記波形データと前記波形デ
    ータの符号を反転して所定時間の移動を与えた符号反転
    移動波形データとを加算して合成波形データを得るこ
    と、前記所定時間は前記被測定系の測定対象周波数帯域
    の上限周波数の逆数で与えられる時間よりも小なるもの
    とすること、を少なくとも条件として、前記合成波形デ
    ータもしくは前記合成波形データをアナログ信号に変換
    した波形を前記被測定系のインパルス応答とすることを
    特徴とする、ステップ状信号を用いたインパルス応答の
    測定法。
JP3322274A 1991-10-03 1991-10-03 ステツプ状信号を用いたインパルス応答の測定法 Pending JPH0599964A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006093152A1 (ja) * 2005-02-28 2006-09-08 Pioneer Corporation 特性測定装置及び特性測定プログラム
JP2017058269A (ja) * 2015-09-17 2017-03-23 株式会社アドバンテスト 測定装置、測定方法、プログラム、記録媒体

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WO2006093152A1 (ja) * 2005-02-28 2006-09-08 Pioneer Corporation 特性測定装置及び特性測定プログラム
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