JPS6048693B2 - 残響曲線測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は残響曲線測定装置に関し、特に被測定入力信号
を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断種装置を提供するものである
。

従来より室内音響特性を測定する方法として、Ｓｃｈｒ
ｏｅｄｅｒ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
方法によれば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。この
ため通常の場合は上記入力信号を磁気テープ等に記録し
て持ち帰りディジタル処理を行わなければならず、測定
結果を知る迄に多くの手間を要していた。また測定現場
て測定結果を即座に知りたい場合は、ディジタル処理装
置を測定現場へ運び込むか、または測定現場と遠隔地に
置かれたディジタル処理装置とをデータ回線で継ぐよう
にしＪなければならず、何れにしても装置が大がかりな
ものとなつていた。さらにディジタル処理装置では、信
号のフィルタリングや積分等に時間が費やされるため信
号処理にかなりの時間を要していた。５ 本発明はは上
記の欠点を除去することのてきるもので、トーンバース
ト信号等の基準信号をコード化して書き込んだ記憶装置
と、同期検波用の基準副搬送波をコード化して書き込ん
だ記憶装置とを設けて、各記憶装置から読み出された信
号をＤ／Ａ変換した信号に基いて残響曲線のエンベロー
プ同期検波を行うように成すと共に、各記憶装置の読み
出しクロックパルスの周波数を可変としたものである。

以下本発明はの実施例を図面と共に説明する。

第１図は本発明はによる残響曲線測定装置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
パースト信号入力回路２と入力信号処理回路３とて構成
されているまた残響曲線が測定される部屋４にはスピ
フー力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はアドレスカウンタ
７、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍＯｒｙ）８、Ｄ／
Ａ変換器９及び増巾器１０て構成されてい ワる。

また上記入力信号処理回路３は乗算器１１ａ，１１ｂ）
低域戸波器１２ａ，１２ｂ）自乗器１３ａ，１３ｂ及び
加算器１４て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、アドレスカウン
タ１９、ＲＯＭＪ２Ｏａ，２Ｏｂ）Ｄ／Ａ変換器２１ａ
，２１ｂ）平方根器２２、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の出力端子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、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）を上記入力信号処理回路３の入力端子から増巾
器１６を通じて同期検波回路１５て同期検波し、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図及ひ第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Ｅ，＝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Ｅ。をダｉ示す。こ
の変調信号Ｅ２としては例えばＥ２＝０．５４−２πＴ
Ｏ．４６ＣＯＳ（Ｔ）て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Ｅ。の周波数スペクトラムを示
すもので、この変調信号Ｅ。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。＝ｅｌ×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波となる信号Ｅ３＝Ｃ
Ｏｓ（２πＦＯｔ）の波形がディジタルコード化されて
予め書き込まれており、ＲＯＭ２Ｏｂには同期検波用の
基準副搬送波となる信争．＝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、ＲＣ（Ｍ２Ｏａ，２Ｏｂはその一方を省略して、Ｒ
ＯＭ２Ｏａ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
クロック発生器１７は常に一定の周波数Ｆｃ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分周器１８でＦｃ，＝ム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て収音される。このときマイクロフォン
６からは次に入力信号Ｅｉが得られる。

Ｅ，＝ｍ（ｔ） ・Ｓｉｎ（２πＦＯｔ＋φ）１１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７
の状態に応じて変化した位相変化分を表わすものてある
。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りより、−ＲＯＭ２Ｏａから
ディジタルの信号３が読み出されると共に、ＲＯＭ２Ｏ
ｂからディジタルの信号Ｅ，が読み出される。

尚、アドレスカウンタ１９はアドレスカウンタ７を兼用
することにより、省略することができる。これらの信争
３，ｅ。はＤ／Ａ変換器２１ａ，２１ｂで夫々アナログ
の信号Ｅ３，ｅ，に変換されて、乗算器１１Ａ，ｌｌｂ
の夫々の一方の入力端子に加えられる。乗算器２１ａ，
２１ｂの他方の入力端子には前記入力信争ｉが夫々加え
られており、乗算器１１ａで信号ｉとＥ。とが乗算され
、乗算器１１ｂで信号ＥｉとＥ。とが乗算される。従つ
て乗算器１１ａからは乗算出力Ｆ，として、が得られ、
乗算器１１ｂからは乗算出力Ｆ。

として、／ 、ニノ が得られる。

次にこれらの乗算出力Ｆ，，Ｆ２を低域戸波器１２ａ，
１２ｂに夫々加えて、上記２，３式の（）内の第１項て
表わされる周波数成分を除去すると、この低域戸波器１
２ａ，１２ｂの出力Ｇ，，ιＧ２として、が得られる。

これらの出力Ｇ，，Ｇ２を夫夫自乗器１３ａ，１３ｂに
加え、夫々自乗してＧ￥，Ｇ著と成し、さらにＧ〒とＧ
Ｈとを加算器１４に加えることにより、この加算出力Ｘ
としてが得られる。

次に上記出力Ｘを平方根器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、Ｚ＝ｍ（ｔ）８ が得られる。

この出力Ｚは前記１式に示す入力信号Ｅｉｃｒ）ｍ（ｔ
）と等しいもののてあり、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
て取フリ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てきる。

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テトーン
バースト信号。

及び信号Ｅ。，ｅ，の周波数をレとし、これらの信号の
１波長がが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、上記フ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
クロックパルスｐの周波数Ｆｅｌは、Ｆｃｌ＝ ＝ｑ
・ちとなる。この入力クロックパルスｐはクロック発生
器１７の発振周波数化を分周器１８で＋（Ｍ，ｎは正数
）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。

の周波数ち、即ちマイクロフォン６からの入力信号Ｅ，
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を変えすに分周比１１
Ｍｎを変えるだけで、全てのＲＯＭ８，２Ｏａ，２Ｏｂ
から読み出される信号の周波数ちを変えることがてきる
。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。尚、、クロック発生器１７の発振周波数を変えて入
力クロックパルスｐの周波数Ｆｃ，を変えるようにして
もよいことは勿論である。次に上述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、各種の室内音響特性を求める場合につ
いて説明する。

第４図はＤ値を求める場合の実施例を示すものであるＤ
値は入力信号Ｅｉの全体のエネルギーに対．する直接音
のエネルギーの占める割合を示す量で一般に次式で表わ
さられる。

第４図の回路は、抵抗Ｒ、所定の積分時間だけ−閉ざさ
れるスイッチＳ，，演算増巾器３０ａＮコンデンサＣ及
びリセット用スイッチＳ３で構成される第１の積分回路
３１ａと抵抗Ｒ，所定の積分時間だけ閉ざされるスイッ
チＳ。

，演算増巾器３０ｂ）コンデンサＣ及びリセット用スイ
ッチＳ，で構成さ・れる第２の積分回路３１ｂと、上記
第１及び第２の積分回路３１ａ，３１ｂの各出力Ｗ，，
Ｗ，を除算するための除算器３２とにより構成されてい
る。そして入力端子３３に前記エンベロープ信号Ｚを加
えることにより、出力端子３４よりＤ値を表わす出力を
得るようにしてある。次に回路動作について説明する。

先ずエンベロープ信号Ｚを加える前にスイッチＳＢ，Ｓ
４を一旦閉じて各積分回路３１ｈ，３１ｂを放電させて
置く。

然る後エンベロープ信号Ｚを加え、これと同時にスイッ
チＳ，，Ｓ，を閉ざす。これによりエンベロープ信号Ｚ
は、第１及び第２の積分回路３１ａ，３１ｂに夫々加え
られる。そしフてスイッチＳ１を所定時間、例えば５０
ｍｓ閉じると演算増巾器３１ａより積分出力Ｗ，として
が得られる。

またスイッチＳ。

を所定時間、例えば１秒間閉じると演算増巾器３１ｂよ
り積分出力Ｗ２として、が得られる。鼻 次にこれらの
積分出力Ｗ，，Ｗ。が除算器３２に加えられてＷ，ＩＷ
２の演算が行われることにより、出力端子３４より［相
］式に示すＤ値を表わす出力を得ることがてきる。第５
図は時間重心Ｔｓを求める場合の実施例を示すものであ
る。

時間重心Ｔｓは入力信号Ｅｉの時間軸上でのエネルギー
の重心を示すもので次式で表わされる。第５図の回路は
抵抗Ｒ）所定の積分時間閉ざされるスイッチＳ，，，コ
ンデンサＣ）演算増巾器３５ａ及びリセット用スイッチ
Ｓ，３で構成される第１の積分回路３６ａと、抵抗Ｒ）
コンデンサＣ）演算増巾器３５ｂ及ひリセット用スイッ
チＳｌ４て構成される第２の積分回路３６ｂと、抵抗Ｒ
。

、所定の積分時間閉ざされるスイッチＳｌ５、コンデン
サＣ。、演算増巾器３５ｃ及びリセット用スイッチＳ，
。て構成される第３の積分回路３６ｃとを有する。また
上記第１及び第２の積分回路３６ａ，３６ｂの出力Ｖ、
，Ｖ。を除算するための除算器３７と、エンベロープ出
力Ｚと上記第３の積分回路３６ｃの出力Ｖ３とを乗算す
るための乗算器３８とを有する。また第３の積分回路３
６ｃには、電源電圧Ｅを可変抵抗Ｒ，で分圧した電圧Ｅ
。が入力として加えられるように成されている。そして
入力端子３９にエンベロープ出力Ｚを加えることにより
、出力端子４０より時間重心Ｔｓを表わす出力を取り出
すようにしてある。次に回路動作について説明する。

先ずエンベロープ信号を加える前にスイッチＳ，。

，Ｓ，。，Ｓ，６を一旦閉じて各積分回路３６ａ，３６
ｂ，３６ｃを放電させて置く。然る後エンベロープ信号
Ｚを加え、これと同時にスイッチＳ，，，Ｓ，。を閉ざ
す。これによりエンベロープ信号Ｚは第１の積分回路３
６ａに加えられる。そしてスイッチＳ，，を例えば１秒
間閉じると積分出力Ｖ，として、が得られこの出力Ｖ，
は除算器３７に加えられる。

また第３の積分回路３６ｃに加えられる電圧ＥＯをスイ
ッチＳ，５を例えば１秒間閉じて積分すると積分出力Ｖ
。

として、が得られる。

この積分出力Ｖ３は乗算器３８に加えられて、エンベロ
ープ出力ｚと乗算され、この乗算出力Ｖ。

×Ｚは第２の積分回路３６ｂに加えられ、その積分出力
Ｖ。として、が得られる。この積分出力Ｖ２はエンベロ
ープ信号Ｚが加えられたときからの時間に応じた大きさ
を表オつすものとなる。次にこの積分出力Ｖ２は除算器
３７に加えられて、ＶＪＶ，の演算が行われ、その除算
出力Ｔ’ｓとして、が得られる。

この＠式は前記ｏ式による時間重心Ｔ．に比仮した大き
さを表わすものとなり、この出力Ｔ’Ｓｌｒ基いて時間
重心Ｔｓを求めることができる。

第６図は残響時間ＴＲを求める場合の実施例を示すもの
である。残響時間ＴＲは入力信号Ｅｉのピークレベルか
ら６０ｄＢ下るる迄時間を表わすものである。第６図の
回路は対数増巾器４１、電圧比較器４２、抵抗Ｒ，と、
抵抗Ｒ）所定の積分時間閉ざされるるスイッチＳ２ｌ，
コンデンサＣ）演算増巾器４３及びリセット用スイッチ
Ｓ２で構成される積分回路４４で構成されている。

また電圧比較器４２の一方の入力端子には対数増巾器４
１の出力が加えられ、他方の入力端子には電源電圧Ｅ，
を可変抵抗Ｒ２で分圧した電圧Ｅ。，が基準電圧として
加えられるように成されている。積分回路４４は、電源
電■下。を可変抵抗Ｒ。で分圧した電圧Ｅ。。を積・分
するようにしてある。またこの電圧比較器４２の出力が
所定のレベルに達したときにスイッチＳ２，を開いて積
分回路４４の積分を停止させるようにしてある。そして
入力端子４５にエンベロープ信号Ｚを加えることにより
出力端子４６より残フ響時間ＴＲを表わす信号を取り出
すようにしてある。次に回路動作について説明する。

先す予めスイッチＳ。

。を一旦閉じて積分回路４４を放電させて置く。然る後
人力端子４５にエン５ベロープ信号Ｚを加え、同時にス
イッチＳ。，を閉ざす。これにより対数増巾器４１より
エンベロープ信号Ｚのレベルが対数的に変化する第７図
に示す信号Ｚ’が得られ、この信号Ｚ’は電圧比較器４
２に加えられる。この電圧比較器４２の基準電圧θＥＯ
，はＺ’のピークレベルが例えば１５ｄＢ下つたときの
レベルと等しく選ばれている。従つて第７図において信
号Ｚ’が時刻ｔｌでピークレベルに達してから時刻ちて
１５ｄＢまて減衰したとき電圧比較器４２から出力が得
られ、この出力に基いてスイツチニ５Ｓ。，が開かれる
。このとき積分回路４４の積分出力Ｔ’Ｒとしてが得ら
れる。

１ この出力丁Ｒを４倍することにより、信号Ｚ’のレ
ベルが時刻Ｔ，から６■旧（４×１５ｄＢ）まで減衰し
たときの残響時間ＴＲを求めることがてきる。

上述したＤ値、時間重心Ｔ，、残響時間ＴＲ等の各種の
室内音響特性は、第４図、第５図及ひ第６図で述べた方
法とは別の方法により求めることができる。例えば第１
図の残響曲線測定装置１で得たエンベロープ信号Ｚを直
接または対数増巾器を通した後にＡ／Ｄ変換し、変換さ
れたディジタル信号をディジタル演算処理装置で処理す
ることにより上記各種の室内音響特性を求めることがで
きる。

この場合は入力信号Ｅｉを最初からディジタル演算処理
する従来の方法に比べて処理時間も短縮され、また処理
されるデータ量も少くなつているので小ｊ型のディジタ
ル演算処理装置により充分処理することができる。本発
明は、所定の帯域スペクトラムを有する基準信号Ｅ。

の信号波形をディジタルコード化したコード信号を記憶
する第１の記憶装置８と、この第１の記憶装置８から読
み出されたコード信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ
変換器９と、このＤ／Ａ変換器９の出力を基準信号とし
て被測定系４，５，６に供給する出力端子と、上記基準
信号を被測定系４，５，６に通じて得られる被測定入力
信号が供給される入力端子と、同期検波用基準副搬送波
Ｅ。，ｅ，の信号波形をディジタルコード化したコード
信号を記憶する第２の記憶装置２０ａ，２０ｂと、この
第２の記憶装置２０ａ，２０ｂから読み出されたコード
信号をアナログ信号に．変換するＤ／Ａ変換器２１ａ，
２１ｂと、このＤ／Ａ変換器２１ａ，２１ｂの出力を基
準副搬送波として上記被測定入力信号を同期検波するア
ナログ同期検波回路１５と、このアナログ同期検波回路
１５の検波出力の平方根をとる平方根回路２一２と、上
記第１及び第２の記憶装置８，２０ａ，２０ｂの各読み
出しアドレスを発生するアドレス指定装置７，１９と、
上記各読み出しアドレスを同期して変化させるための共
通のクロックパルスを発生するクロックパルス発生回路
１７とこのク５ロックパルスの周波数を変化させるため
の可変手段１８とを有し、上記平方根回路２２より上記
被測定系４，５，６の残響曲線に比例した出力信号を得
ることを特徴とする残響曲線測定装置に係るものである
。従つて本発明はによれば次の効果を得ることができる
。

（１）被測定入力信号をアナログ信号のまま処理してい
るので、実時間で信号処理を行うことができき、測定結
果を即座に知ることがてきる。（２）読み出し用のクロ
ックパルスの周波数を変えるだけで被測定周波数を容易
に任意に変えることができ、しかも各被測定周波数に対
して同一の条件の下で測定を行うことができる。（３）
装置を小形・軽量化することがてきる。

（４）処理されるデータ量が少いので、ディジタル処理
する場合にも、小形のディジタル演算処理装置を接続す
るだけで充分に信号処理を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す回路系統図、第２図Ａ，
Ｂ，Ｃはトーンパースト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の各波形の周波数
スペクトラムを示す図、第４図はＤ値を得るための実施
例を示す回路系統図、第５図は時間重心Ｔｓを得るため
の実施例を示す回路系統図、第６図は残響時間ＴＲを得
るための実施例を示す回路系統図、第７図は第６図の説
明に供するエンベロープ信号の波形図である。

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の信号波
   形をディジタルコード化したコード信号を記憶する第１
   の記憶装置と、この第１の記憶装置から読み出されたコ
   ード信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器と、こ
   のＤ／Ａ変換器の出力を基準信号として被測定系に供給
   する出力端子と、上記基準信号を上記被測定系に通じて
   得られる被測定入力信号が供給される入力端子と、同期
   検波用基準副搬送波の信号波形をディジタルコード化し
   たコード信号を記憶する第２の記憶装置と、この第２の
   記憶装置から読み出されたコード信号をアナログ信号に
   変換するＤ／Ａ変換器と、このＤ／Ａ変換器の出力を基
   準副搬送波として上記被測定入力信号を同期検波するア
   ナログ同期検波回路と、このアナログ同期検波回路の検
   波出力の平方根をとる平方根回路と上記第１及び第２の
   記憶装置の各読み出しアドレスを発生するアドレス指定
   装置と、上記読み出しアドレスを同期して変化させるた
   めの共通のクロックパルスを発生するクロックパルス発
   生回路と、このクロックパルスの周波数を変化させるた
   めの可変手段とを有し、上記平方根回路より上記被測定
   系の残響曲線に比例した出力信号を得ることを特徴とす
   る残響曲線測定装置。