JPS6157566B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、伝送系の過渡特性、例えば残響特
性を測定する方法、特に伝送系に生ずる雑音の影
響を補正して精度の高い過渡特性を測定するとと
もに、かかる測定結果をリアルタイムにて得るこ
とができる方法に関するものである。

一般に、音響的な見地から特定の音響室の種々
の特性を知るために目的に応じた特性測定を行な
う必要がしばしば生じる。例えば、１つのホール
にて溝演を行う場合であるとか、楽団による音楽
演奏を行う場合に、スピーチあるいは音楽につい
ての音響効果という点が重要になつてくる。この
場合に、１つ信号源からの信号に対する減衰特性
であるとか、あるいは残響時間というような事項
が明確に把握されていれば、催し物が行われる会
場の構造であるとか音響学的な特性から高い音響
的効果を狙うことができる訳である。

種々の音響的特性のうち、例えば残響時間特性
などを含む過渡特性または減衰特性を測定する方
法は、従来いくつか考えられていた。

１つの方法として、例えば定常（態）のバンド
ノイズを断としたときの受音点の減衰曲線を測定
する方法がある。かかる測定された残響時間値に
ついての減衰曲線の変動の影響を最小化するのに
は、残響測定を何回も繰返し、その平均をとる方
法がある。しかしながら、この方法は能率的でな
いばかりでなく、減衰の真の特性を明らかにでき
ない。

ところで、過渡特性を測定する方法として、
M.R.Schroederのいわゆるインパルス二乗積分法
が知られている。その原理は、定常状態から音源
バンドノイズを断とした場合の受音点の過渡特性
例えば残響減衰曲線の無限回の平均に相当する本
質的な過渡応答特性＜S²（ｔ）＞を音源・受音点
間のインパルスレスポンスｒ（ｘ）から求めんと
するもので、それによると過渡特性のある時点ｔ
における音圧レベルＳ（ｔ）は下記のように表わ
される。

＜S²（ｔ）＞＝Ｎ∫^∞ _ｔr²（ｘ）dx ……(1) 但しＮ：音源バンドノイズのパワー ｒ（ｘ）：インパルスレスポンス したがつて、積分区間〔ｔ，＋∞〕でインパル
スレスポンスｒ（ｘ）を二乗し積分すればｔ時点
における音圧レベルＳ（ｔ）の二乗の無限回の集
合平均が求められるというものである。

上記原理により実際にある室（チヤンバー）の
過渡特性例えば残響曲線を得る方法は、大きく次
の２通りに分けられる。その(1)は、いわゆるダブ
ルインパルス法と称されるものであり、その(2)は
いわゆる逆方向積分法と称されるものである。

(1)のダブルインパルス方式の原理は、前記(1)の
原理式を下記のように展開して行なう。

＜S²（ｔ）＞＝Ｎ∫^∞ _ｔr²（ｘ）dx ＝Ｎ∫^∞ _０r²（ｘ）dx−Ｎ∫^ｔ _０r²（ｘ）dx ……(2) ここで積分区間〔０，＋∞〕についてのインパ
ルスレスポンスｒ（ｘ）の二乗積分を先に求めて
おき、これにより時々刻々変化する積分区間
〔０，ｔ〕のインパルスレスポンスｒ（ｘ）の二
乗積分を順次引算してゆくことにより過渡特性＜
S²（ｔ）＞が求められる。

第１図は、この原理にしたがつて残響特性の測
定を行なう従来技術による装置の構成を示す。

この図において、対象となる測定室１内でイン
パルス源２（例えばペーパピストル）からの１回
目のインパルスをマイクロフオン３で収音し、そ
の出力を二乗回路４へ送り二乗した後、スイツチ
SWを介して積分回路６へ送り、ここで信号を積
分して表示回路７で表示する。２回目のインパル
スを発生する際には、スイツチSWを切替えて反
転回路５へ接続して反転させたのち積分回路６を
介してその出力を表示するようにすれば、前者か
ら後者を減じていく過程として過渡特性例えば残
響曲線が得られる。

しかしながら、このダブルインパルス方式で
は、音源として２個の同じパルスを精度よく発生
させること、つまり２回目のインパルスを１回目
のものと全く同じように再現することは、技術的
に不可能に近い。したがつて、発生するインパル
スの形が異なつてしまうことによつて測定誤差も
大きくなつてしまう欠点がある。

また、(2)の逆方向積分方式の原理は、(1)の原理
式を、 ＜S²（ｔ）＞＝Ｎ〓^∞ _ｔr²（ｘ）dx ＝Ｎ∫^ｔ _−∞r²（−ｘ）dx ……(3) のように逆方向に積分して求める方法をとるもの
である。すなわち、積分区間〔ｔ，∞〕を〔−
∞，−ｔ〕に変換して過渡特性＜S²（ｔ）＞を求め
る。

この方法を実現するための従来技術による装置
の構成を第２図に示す。

この図において、まず収音したマイクロフオン
からのインパルスレスポンスｒ（ｘ）を一旦テー
プレコーダ４′に録音した後、このテープレコー
ダ４′を逆転して前記インパルスレスポンスを逆
転再生し、その出力を二乗回路５′、積分回路
６′を介して表示装置７′へ供給するようにしてい
る。しかし、この方法では、収音したインパルス
レスポンスを一度テープレコーダに録音するた
め、実時間（リアルタイム）処理ができないとい
う欠点がある。したがつて、即時性に欠ける。

また、室（チヤンバー）などを含む伝送系にお
いては、音源からのインパルスレスポンスｒ
（ｘ）の外に室内に暗騒音などのノズルｎ（ｘ）
が存在するので、これが上記インパルスレスポン
スｒ（ｘ）に重畳されてしまい測定が不正確にな
つてしまう。すなわち、音源からのインパルスレ
スポンスの正確な過渡特性、残響特性が測定でき
ず、本来の特性と異なつた結果が生じてしまうの
である。特に時記と共に減衰してゆくインパルス
レスポンスに対して、室内暗騒音等のノイズが積
分区間のとり方によつて減衰曲線形状に大きく影
響してくる。

例えば積分区間が長すぎると、インパルスレス
ポンスに重畳するノイズの影響を大きく受け過ぎ
るため、正確な過渡特性の測定を行い得ず、また
逆に積分区間が短かすぎるとインパルスレスポン
ス自体の積分区間が短かすぎて積分されない大な
る区間が生じるため、適正な過渡特性の測定を行
い得ない。したがつて、積分区間の設定は長すぎ
ても短かすぎても正確な測定は期待できなくなつ
てしまうので特にＳ／Ｎの十分でないデータの場
合等は適正な積分区間の設定が重要な意味を持つ
てくる。

かかる積分区間が適正でないと、上記のように
して得られた過渡特性例えば残響曲線の傾斜自体
が変化してしまい、その特性曲線の信頼性は低下
し、利用できる範囲も僅かで限られたものとなつ
てしまう。

この発明は上記の観点から、残響測定を繰り返
さずに、１つのインパルス例えばトーンバースト
波により、実時間（リアルタイム）で精度の高い
測定がし得るとともに、室内暗騒音のごときノイ
ズの影響を除去することにより、積分区間特に∫
^Ｔ（≒^∞） _ｔr²（ｘ）dtにおける積分終了時点Ｔを厳
密に設定してやる必要がない伝送系の過渡特性を
測定する方法を提供するものである。

すなわち、この発明による方法は、インパルス
レスポンスｒ（ｘ）と伝送系に存在するノイズｎ
（ｘ）の和の二乗から、前記ノイズの実効値ｎ_eff
の二乗を差し引いた値をある積分区間で積分する
ことによつてノイズの影響を排除し、広レンジに
わたり精度のよい過渡応答曲線＜S²（ｔ）＞、残
響曲線を測定表示するとともに、かかる測定結果
をリアルタイムにて得ることができることを特徴
とする。

以下、この発明の実施例を図面を参照して説明
する。

第３ａ図、第３ｂ図はこの発明の実施例の構成
を示す。この図において、過渡特性（残響特性）
を測定すべき室（チヤンバー）１１内には、イン
パルスを発生する音源１２とインパルスレスポン
スｆ（ｘ）を収音するマイクロフオン１３とが設
置されており、マイクロフオン１３の出力は、二
乗回路１４に入力され、この二乗回路の出力は第
１比較回路１７に入力されるとともに、他方平滑
用CRフイルタ１５を介してサンプリングホール
ド回路１６、第２の比較回路１９に供給されるよ
うになつている。サンプリングホールド回路１６
の出力は第２の比較回路１９および加減算回路２
０に供給されるようになつている。第１の比較回
路１７と第２の比較回路１９との各出力はフリツ
プフロツプ回路１８に供給され、同フリツプフロ
ツプ回路１８の出力はタイミング制御装置２１へ
それぞれ入力されるようになつている。

なお、第１および第２の比較回路１７，１９
は、それぞれ第１の基準電圧V₁およびサンプリ
ングホールド回路１６からの第２の基準電圧V₂
とそれぞれの入力が比較される。

その際に、図に示すように、V₁の基準電圧で
設定された信号の立上りの時点から積分を開始
し、比較回路１９内の基準電圧V₂レベルとパル
ス曲線の交点の時点Ｔで積分を終了する。基準電
圧レベルV₁とV₂とは、任意のレベルに設定でき
るようにしておく。なお、かかる積分区間の終了
時点は、タイマー等を用いて手動で設定できるよ
うにしてもよい。

さて、このようにして第１、第２の比較回路１
７，１９からの出力はフリツプフロツプ回路１８
に各々入力され、積分区間が設定される。かかる
フリツプフロツプ回路１８の出力はタイミング制
御装置２１へ与えられ、タイミングパルスの発生
時間を制御してその出力を順次アンドゲート２２
―１，２２―２，２２―３，２２―４，……２２
―ｎへ送る。他方、フリツプフロツプ回路１８の
出力は前記ゲート２２の制御入力端に接続されて
いる。タイミング制御装置２１からの出力は上記
第１のアンドゲート回路群２２を介して第２のゲ
ート回路群２３―１，２３―２，２３―３，……
２３―ｎへ接続され、その出力は積分区間２４―
１，２４―２，２４―３，……２４―ｎで積分さ
れ、電子スイツチ２５、対数圧縮回路２６、レベ
ル軸増幅回路２７を介して表示装置２８に表示さ
れる。この場合、表示装置２８の代りに記録装置
に記録するようにしてもよい。なお２９は掃引波
形発生回路、３０は時間軸増幅器であるが、これ
らの回路・装置は従来のものと同じでよく、この
発明を直接構成するものでないので詳しい説明は
省略する。

さて、第１図の実施例の装置の動作を説明する
前に、この発明の原理を第４図を参照して説明す
る。

まず、測定すべき室１１内にある音源１２から
のインパルスレスポンスｒ（ｘ）をマイクロフオ
ン１３で収音し、このようなレスポンスｒ（ｘ）
を解析して室１１の過渡特性を測定するのであ
る。

M.R.Schroederの測定原理によつて室のインパ
ルスレスポンスをｒ（ｘ）とすれば、本質的な過
渡特性は＜S²（ｔ）＞＝∫^∞ _ｔr²（ｘ）dxで求めら
れる。

ところで、室のインパルスレスポンスｒ（ｘ）
を考える場合に、測定すべき室に何らのノイズが
ない理想的な場合のインパルスレスポンスｒ
（ｘ）の波形は第４図ａの破線で示したようにほ
ぼ指数関数的に減少すると考えられる。しかしな
がら、現実には、室内にどうしても種々の原因に
よる一定レベルのノイズｎ（ｘ）例えば室内暗雑
音等が存在しているので、これがインパルスレス
ポンスｒ（ｘ）に重畳されて測定結果が乱されて
しまう。すなわち、第４図ａに示すように室内の
インパルスレスポンスはノイズｎ（ｘ）によつ
て、 Ｒ（ｘ）＝ｒ（ｘ）＋ｎ（ｘ） ……(4) に変つてしまう。これを二乗回路１４で二乗し
〔第４図ｂ〕、積分したあとでは第４図ｃに示すよ
うに積分区間の取り方によつて理想的な場合の
T₂点に対して、積分区間が長い場合にはT₃〔曲
線１で示す〕のように、短かければT₁〔曲線２
で示す〕のように変化してしまう。例えば積分区
間が長すぎた場合の曲線１の方は、10og＜S²
（ｔ）＞′と変つてしまうことを示す。したがつ
て、積分区間をどこまでにするかによつて残響曲
線の傾斜が変つてくると共に信頼できる区間も狭
くなつてしまう訳である。また、最適積分区間を
毎回の測定ごとに選定するのは、現実には非常に
困難である。

この発明による測定方法においては、雑音レベ
ルの影響をできるだけ排除するように区間Ｔで積
分している。すなわち、第４図でｘ＝０の時にト
リガをかけ、インパルスレスポンスｒ（ｘ）の初
期から計算を開始するが、積分計算を行う前にノ
イズの実効値ｎ_effを算出し、二乗回路１４で得
られたR²（ｘ）からn² _effを減算しながらできる
だけ本来のインパルスレスポンスに沿つて積分を
行ない雑音を排除し精度を高める。これを式で表
わせば、雑音レベルの加わつた場合の過渡特性は
(1)および(4)式から、 ＜S²（ｔ）＞′＝〓^Ｔ _ｔR²（ｘ）dt ＝∫^Ｔ _ｔ〔ｒ（ｘ）＋ｎ（ｘ）〕²dt ＝∫^Ｔ _ｔ〔r²（ｘ）＋2r（ｘ）・ ｎ（ｘ）＋n²（ｘ）〕dt ……(5) となる。ところで、＜S²（ｘ）＞＝∫^Ｔ _ｔr²（ｘ）dt
であるから、〔 〕内の第１項は＜S²（ｔ）＞に置
換できるので(5)式は、 ＜S²（ｔ）＞′＝＜S²（ｔ）＞ ＋２∫^Ｔ _ｔｒ（ｘ）・ｎ（ｘ）dx ＋∫^Ｔ _ｔn²（ｘ）dx となる。ここでインパルスレスポンスｒ（ｘ）と
ノイズｎ（ｘ）との間には相がなく、相関のない
信号の積の積分値は０となるので、上式の第２
項、２∫^Ｔ _ｔｒ（ｘ）・ｎ（ｘ）dx＝０となる。し
たがつて、 ＜S²（ｔ）＞′＝＜S²（ｔ）＞ ＋∫^Ｔ _ｔn²（ｘ）dx ……(6) ところで、 （但しｎ_effはノイズの実効値を表わす） となるので、(6)式は結局、 ＜S²（ｔ）＞′＝∫^Ｔ _ｔR²（ｘ）dx ≒＜S²（ｔ）＞＋（Ｔ−ｔ）n² _eff ……(7) となる。したがつて、左辺S²（ｔ）を求めれば、 ＜S²（ｘ）＞≒∫^Ｔ _ｔR²（ｘ）dx−（Ｔ−ｔ）n² _eff ＝∫^Ｔ _ｔ〔R²（ｘ）−n² _eff〕dx ……(8) となり、積分区間〔ｔ，Ｔ〕で（R²（ｘ）−
n² _eff）を積分してやれば略々正確な残響特性が求
められる。

第３ａ図、第３ｂ図の装置は、上記の原理にし
たがつて自動的に過渡特性を測定し表示する構成
となつている。すなわち、動作においては二乗回
路１４で二乗されたインパルスレスポンスｒ
（ｘ）とノイズｎ（ｘ）の和の二乗出力はCRフイ
ルタ１５で平滑されてサンプリングホールド回路
１６、第２の比較回路１９に、また第１の比較回
路１７に与えられる。比較回路１７では、かかる
入力信号が基準電圧V₁（V₁＞n² _eff）にて設定され
た立上りの時点（ｔ≒０）よりタイミング制御装
置２１によつてタイミングを調整して前記ゲート
２３をONして積分動作可能に構成し、他方第２
の比較回路１９で前記入力信号が基準電圧V₂
（V₂≒n² _eff）となつた時点Ｔにて前記ゲート２３
をOFFして積分動作を終了するべく構成してあ
る。

したがつて、第１の比較回路１７と第２の比較
回路１９の出力によつて定められるフリツプフロ
ツプの状態によつてタイミング制御装置２１を制
御して、この制御装置２１の出力を第１のゲート
回路群２２の一方の入力へ与え、上記フリツプフ
ロツプ１８からの直接の出力が他方の入力に与え
られることによつて第２のゲート回路群２３の条
件が定められ該ゲートの開閉が行なわれる。

一方、演算回路２０では、二乗回路１４から出
力R²（ｘ）とサンプルホールド回路１６からの
出力との演算が行なわれる。すなわち、回路１４
からのR²（ｘ）の値から、回路１６から出力さ
れるノイズの実行値ｎ_effの二乗値n² _effが演算回路
２０で減算され、〔R²（ｘ）−n² _eff〕なる結果の出
力が順次、ゲート回路２３の入力に与えられる。
この場合に、この第２のゲート回路２３の開閉を
制御する制御入力端には第１のゲート回路群２２
のタイミングパルスとの論理積出力がt₁，t₂，
t₃，……ｔ_oで発生され与えられるので、その出
力により第２ゲート回路群２３の開閉が制御され
積分回路２４―１，２４―２，２４―３，……２
４―ｎで一定区間〔ti，Ｔ〕につき＜S²（ｘ）＞
＝ ^Ｔ _ｔｉ〔R²（ｘ）−n² _eff〕dxの積分が行なわれる。
すなわち、 の積分がそれぞれの積分回路２４で行なわれる。
但し、積分時間の上限Ｔは理論上は∞であるが、
実際上の測定に際しては、信号が減衰して雑音レ
ベルに達したと見られる時間である。そして、こ
れら個々の積分出力により、それに対応する多数
の電子接点をもつ電子スイツチ装置２５を動作さ
せて離散的なアナログ情報をつくり、対数圧縮回
路２６、レベル軸増幅回路２７を介して表示装置
２８で表示する。この表示装置は、例えば
CRT、液晶型表示装置、あるいは発光ダイオー
ド（LED）などによる表示装置、あるいはその
他の任意の適当な表示装置であつてよい。

掃引波発生回路２９は、通常用いられるもので
よく、電子スイツチ装置２５および表示装置２８
の時間軸増幅器３０に対する掃引を制御する信号
を与えている。

なお、対数圧縮回路２６においては、曲線＜S²
（ｔ）＞を対数圧縮し、デシベル（dB）表示する
操作を行つている。

このようにして処理されたインパルスレスポン
スｒ（ｘ）は、第５図のように表示装置の性質に
したがつて、CRTの場合には同図ａのように、
LED（発光ダイオード）の場合には同図ｂのよ
うに表わされる。

なお、この発明による装置において、音源から
発生するインパルスは、時記幅の非常に短かい単
一パルスであつても、またある帯域幅をもつ雑音
信号を等しいスペクトラムを有するトーンバース
ト信号であつてもよい。

以上述べたように、この発明においては、雑音
レベルの重畳されたチヤンバーのインパルスレス
ポンスの二乗から、前記ノイズの実効値の二乗を
減算することによつてノイズの影響の補償を行な
い、多数の積分区間を設定し、この積分区間で積
分開始時点を一定間隔だけ偏せて積分してゆくこ
とによつてリアルタイムにて精度の高い測定が実
現できる。また、厳密な積分終了時点を測定せず
とも、全体の積分値から音響的伝送系の過渡特性
が表示可能であり、実時間（リアルタイム）で精
度が高く、かつ測定結果の信頼性が著しく向上改
善できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は先行技術によるダブルインパルス方式
を説明するシステム図およびその波形図を示し、
第２図は先行技術による逆方向積分方式を説明す
るシステム図および波形図を示し、第３ａ図、第
３ｂ図は、いずれもこの発明による実施例の装置
の構成を示し、第４図は第３ａ図、第３ｂ図に示
す装置の原理を説明する波形図を示し、第５図は
この発明による実施例の装置の表示例を示す。 １１……室（チヤンバー）、１２……インパル
ス発生源、１３……マイクロフオン、１４……二
乗回路、１５……平滑フイルタ、１６……サンプ
ルホールド回路、１７……第１の比較回路、１８
……フリツプフロツプ、１９……第２の比較回
路、２０……演算回路、２１……タイミング制御
装置、２２……第１のゲート回路、２３……第２
のゲート回路、２４……積分回路、２５……電子
スイツチ装置、２６……対数圧縮回路、２７……
レベル軸増幅回路、２８……表示装置、２９……
掃引波形発生回路、３０……時間軸増幅器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 音源と受音点との間のインパルスレスポンス
   ｒ（ｘ）を解析して伝送系の過渡特性を測定する
   方法において、受音したインパルスレスポンスｒ
   （ｘ）と伝送系に存在するノイズｎ（ｘ）との和
   の信号を二乗して二乗値R²（ｘ）＝〔ｒ（ｘ）＋ｎ
   （ｘ）〕^２をつくり、該二乗値R²（ｘ）から前記
   ノイズの実効値の二乗値n²effを減算して〔R²
   （ｘ）−n²eff〕を算出し、該算出値を積分開始時
   点の異なる多数の積分区間〔ti（ｉ＝１，２，３
   ……ｎ），Ｔ〕でそれぞれ積分し、該積分値から
   前記伝送系の過渡特性を表示、あるいは記録する
   ようにしたことを特徴とする伝送系の過渡特性を
   測定する方法。