JPS6341010B2 - - 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
を測定する方法および装置、特に伝送系に生じる
雑音の影響を補正して精度の高い過渡特性を測定
する方法および装置に関するものである。

一般に、音響的な見地から特定の室の種々の特
性を知るために目的に応じた特性測定を行なう必
要がしばしば生じていた。

例えば、１つのホールにて講演を行なう場合で
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つの信号源
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、例えばトーンバースト波を
利用して室を励振し、かかるトーンバースト波の
インパルスレスポンスを積分したりして測定する
ものであるが、残響時間が減衰曲線から決定され
うる精度は、減衰曲線（過渡曲線）のランダム変
化により制限されていた。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、残響実験を何回も繰返し、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、理論的には無限回の実験を行
わなければならず、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、定常状態から音を
断とした場合の受音点の過渡特性（二乗残響減衰
特性）の∞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
による過渡特性のある時点ｔにおける音圧レベル
Ｓ（ｔ）は＜S²（ｔ）＞という形で下記のように表
わされる。

＜S²（ｔ）＞＝N∫^∞ _tr²（ｘ）dx …(1) 但しＮ：ノイズパワー 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。なお、こ
の(1)式は、この形において、数学的および物理的
に厳密に証明された唯一のものであつて、その他
種々の簡略化等をほどこした場合にはその正確性
は全く保証されなくなる。

しかしながら、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イズ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。特に時間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特性の曲線の傾
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、インパルス二乗積
分法の本質を全く損うことなくノイズの影響を除
去することにより、可及的に積分区間特に∫^∞ _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
法および装置を提供するものである。

すなわち、この発明による方法は、伝送系のイ
ンパルスレスポンスｒ（ｘ）とノイズｎ（ｘ）との
和の二乗R²（ｘ）＝〔ｒ（ｘ）＋ｎ（ｘ）〕²から、前
記
ノイズｎ（ｘ）の実効値の二乗n²effを減算し、こ
の減算値〔R²（ｘ）−n²eff〕を一定区間〔ｔ、Ｔ〕
で積分∫^T _t〔R²（ｘ）−n²eff〕dxすることにより、定
常音を断とした場合に得られる二乗残響減衰特性
の無限回の集合平均＜S²（ｔ）＞に実質的に相当す
る伝送系の過渡特性を測定するようにしたことを
特徴とするものであり、また、この発明による装
置は、伝送系のインパルスレスポンスｒ（ｘ）と
ノイズｎ（ｘ）との和〔ｒ（ｘ）＋ｎ（ｘ）〕を二乗
R²（ｘ）＝〔ｒ（ｘ）＋ｎ（ｘ）〕²する二乗回路と、
前
記ノイズｎ（ｘ）の実効値の二乗n²effを算出する
回路と、前記二乗回路の出力R²（ｘ）からのノイ
ズの実効値の二乗n²effを減ずる演算回路と、か
かる演算回路からの出力〔R²（ｘ）−n²eff〕を一
定区間〔ｔ、Ｔ〕に亘つて積分∫^T _t〔R²（ｘ）−
n²eff〕dxする積分回路と、この積分回路からの
出力を表示／記録する装置とを具備し、もつて定
常音を断とした場合に得られる二乗残響減衰特性
の無限回の集合平均＜S²（ｔ）＞に実質的に相当す
る伝送系の過渡特性を測定する装置である。

以下、この発明の実施例を図面を参照して説明
する。

第１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）１内には、インパルスを発生す
る音源２とインパルスレスポンスｒ（ｘ）を収音
するマイクロフオン３とが設置されており、マイ
クロフオン３の出力は、二乗回路４に入力され、
この二乗回路の出力は第１比較回路７に入力され
るとともに、他方平滑用CRフイルタ５を介して
サンプリングホールド回路６、第２の比較回路９
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６の出力は第２の比較回路９および加
減算回路１０に供給されるようになつている。第
１の比較回路７と第２の比較回路９との各出力は
フリツプフロツプ回路８に供給され、同フリツプ
フロツプ回路８の出力はサンプリングホールド回
路６およびゲート１１の制御信号入力端に入力さ
れるようになつている。他方、前記二乗回路４の
出力は加減算回路１０に供給され、同加減算回路
１０の出力がゲート１１に入力され、同ゲート１
１の出力が積分回路１２を介して表示回路１３に
入力されるようになつている。

上記の構成において、まず測定すべき室１内に
ある音源２からのインパルスレスポンスｒ（ｘ）
をマイク３にて収音し、かかるインパルスレスポ
ンスｒ（ｘ）を解析して、室１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）＞＝∫^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２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２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） …(2) に変つてしまう。これを二乗回路４で二乗し〔第
２図ｂ〕、積分したあとでは第２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、10log＜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。

この発明の測定方法においては、まず、インパ
ルス二乗積分法の本質を全く損なうことなくノイ
ズｎ（ｘ）の存在を効果的に排除し得るように被
積分値を処理して積分するとともに、これによ
り、積分区間を効果的な所定時点Ｔで打ち切るこ
とが可能となつている。すなわち、第２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
４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見掛け
上の二乗残響特性の無限回の集合平均＜S²（ｔ）
＞′は(1)および(2)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
…(3) となる。ところで、正しい二乗残響特性の無限回
の集合平均＜S²（ｔ）＞は、(1)式から＜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(3)式は、 ＜S²（ｔ）＞′＝＜S²（ｔ）＞＋2∫^T _tｒ（ｘ）・ｎ（
ｘ）
dx ＋∫^T _tn²（ｘ）dx となる。ここで右辺第２項の積分値であるインパ
ルスレスポンスｒ（ｘ）とノイズｎ（ｘ）との間に
は相関がなく、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 …(4) 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、(4)式は結局、 ＜S²（ｔ）＞′＝∫^T _tR²（ｘ）dx≒＜S²（ｔ）＞ ＋（Ｔ−ｔ）n² _eff …(5) となる。したがつて、(5)式を書き改ためて＜S²
（ｔ）＞を求めると、 ＜S²（ｘ）＞≒∫^T _tR²（ｘ）dx−（Ｔ−ｔ）n² _eff ＝∫^T _t〔R²（ｘ）−n² _eff〕dx …(6) 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。また、以上述べた(6)式の導出過程は全て、数
学的および物理的に証明し得るものであり、イン
パルス二乗積分法の本質を何ら損なうものではな
い。

第１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、二乗回路４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５で平滑されてサンプリング
ホールド回路６、第２の比較回路９に、また第１
の比較回路７に与えられる。比較回路７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）より前記ゲート１
１をONして積分動作可能に構成し、他方第２の
比較回路９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１１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７と第２の比較回
路９の出力によつて定められるフリツプフロツプ
８の状態によつてその出力からゲート１１を開く
時間、すなわち積分可能な区間〔０→Ｔ〕が定め
られ、他方フリツプフロツプ回路８の出力はサン
プリングホールド回路６へ与えられているのでノ
イズの実効値n_effの二乗値n² _effがとり出され、演
算回路１０で、二乗回路４からのR²（ｘ）とサン
プルホールド回路６からのn² _effの減算〔R²（ｘ）−
n² _eff〕がまず行なわれ、積分回路１２で、一定区
間〔ｔ、Ｔ〕 ＜S²（ｘ）＞＝∫^T _t〔R²（ｘ）−n² _eff〕dx の積分が行われる。その結果、ノイズのインパル
スに対する影響が著しく排除されて、精度の高い
過渡特性が表示装置１３に表示あるいは記録され
得る。

なお、前記時点Ｔは、理論上は（＋∞）である
が、実際上の測定に際しては、前記信号が減衰し
て実質上雑音レベルまでに達したと認められる時
点である。

以上述べたように、この発明においては、暗騒
音などのノイズが存在するチヤンバーのインパル
スレスポンスｒ（ｘ）と、前記ノイズｎ（ｘ）との
和の二乗R²（ｘ）＝〔ｒ（ｘ）＋ｎ（ｘ）〕²から、前
記
ノイズｎ（ｘ）の実効値の二乗n²effを減算し、こ
の減算値〔R²（ｘ）−n²eff〕を一定区間〔ｔ、Ｔ〕
で積分∫^T _t〔R²（ｘ）−n²eff〕dxすることにより、定
常音を断とした場合に得られる二乗残響減衰特性
の無限回の集合平均＜S²（ｔ）＞に実質的に相当す
る伝送系の過渡特性を測定するようにしたので、
ノイズの影響を排除し、かつ極めて正確に、精度
の高い測定を実現できるとともに厳密な積分区間
を設定する必要がなくなるという効果がある。し
たがつて、測定結果の信頼性が著しく向上すると
共に積分区間について煩雑な指定を行わずに正確
な測定が行なえる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例の装置の構成図、第
２図は第１図の実施例の装置の動作を説明する特
性図である。 １……被測定室、２……インパルス源、３……
マイクロフオン、４……二乗回路、５……CRフ
イルタ、６……サンプリングホールド回路、７，
９……比較回路、８……フリツプフロツプ回路、
１０……演算回路、１１……ゲート、１２……積
分回路、１３……表示回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 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、伝送系
   のインパルスレスポンスｒ（ｘ）とノイズｎ（ｘ）
   との和の二乗R²（ｘ）＝〔ｒ（ｘ）＋ｎ（ｘ）〕²から
   、
   前記ノイズｎ（ｘ）の実効値の二乗n²effを減算
   し、この減算値〔R²（ｘ）−n²eff〕を一定区間
   〔ｔ、Ｔ〕で積分∫^T _t〔R²（ｘ）−n²eff〕dxすること
   により、定常音を断とした場合に得られる二乗残
   響減衰特性の無限回の集合平均＜S²（ｔ）＞に実質
   的に相当する伝送系の過渡特性を測定する方法。 ２ 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装置において、伝送系
   のインパルスレスポンスｒ（ｘ）とノイズｎ（ｘ）
   との和〔ｒ（ｘ）＋ｎ（ｘ）〕を二乗R²（ｘ）＝〔ｒ
   （ｘ）＋ｎ（ｘ）〕²する二乗回路と、前記ノイズｎ
   （ｘ）の実効値の二乗n²effを算出する回路と、前
   記二乗回路の出力R²（ｘ）からノイズの実効値の
   二乗n²effを減ずる演算回路と、かかる演算回路
   からの出力〔R²（ｘ）−n²eff〕を一定区間〔ｔ、
   Ｔ〕に亘つて積分∫^T _t〔R²（ｘ）−n²eff〕dxする積分
   回路と、この積分回路からの出力を表示／記録す
   る装置とを具備し、もつて定常音を断とした場合
   に得られる二乗残響減衰特性の無限回の集合平均
   ＜S²（ｔ）＞に実質的に相当する伝送系の過渡特性
   を測定する装置。