JP7647219B2

JP7647219B2 - 測定方法および測定装置

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Publication number: JP7647219B2
Application number: JP2021049451A
Authority: JP
Inventors: 遼松田
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2021-03-24
Filing date: 2021-03-24
Publication date: 2025-03-18
Anticipated expiration: 2041-03-24
Also published as: US20220312137A1; EP4064727A3; US11812230B2; JP2022147961A; EP4064727A2

Description

この発明の一実施形態は、インパルス応答の測定方法および測定装置に関する。

特許文献１には、複数のスピーカのそれぞれから測定音を出力し、複数のスピーカのそれぞれの音響特性を測定することが記載されている。測定結果は、例えば周波数特性、出力タイミング、または音量レベルの調節に用いられる。

国際公開第２０１８／１７３１３１号

従来の測定方法は、複数のスピーカのそれぞれから順に測定音を出力する。そのため、スピーカの数が増えるほど、測定回数が増え、測定時間が増大する。

そこで、本発明の一実施形態の目的は、スピーカの数が増えた場合でも測定回数の増大を防止する測定方法および測定装置を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態に係る測定方法は、前記複数のスピーカのそれぞれに対応する複数の第１測定信号を、それぞれ時間軸上の異なる時間帯に配置した複数の第２測定信号を生成し、前記複数の第２測定信号のそれぞれの後端の一部をコピーして前記複数の第２測定信号のそれぞれの先端に加えた複数の第３測定信号を生成し、前記複数のスピーカからそれぞれ前記第３測定信号に係る音を出力し、マイクで前記複数の第３測定信号を含む音を収音し、前記マイクで収音した収音信号と前記第３測定信号とに基づいて前記複数の第１測定信号に対応する複数のインパルス応答を算出する。

本発明の一実施形態によれば、スピーカの数が増えた場合でも測定回数の増大を防止することができる。

測定システムの構成を示すブロック図である。オーディオ装置１０の構成を示すブロック図である。オーディオ装置１０の動作を示すフローチャートである。図４（Ａ）は、スピーカ１１に対応する測定音の時間軸上の振幅波形を示す図であり、図４（Ｂ）は、スピーカ１２に対応する測定音の時間軸上の振幅波形を示す図であり、図４（Ｃ）は、スピーカ１３に対応する測定音の時間軸上の振幅波形を示す図であり、図４（Ｄ）は、スピーカ１８に対応する測定音の時間軸上の振幅波形を示す図である。図５（Ａ）は、スピーカ１１に対応する測定信号の時間軸上の振幅波形を示す図であり、図５（Ｂ）は、スピーカ１２に対応する測定信号の時間軸上の振幅波形を示す図であり、図５（Ｃ）は、スピーカ１３に対応する測定信号の時間軸上の振幅波形を示す図であり、図５（Ｄ）は、スピーカ１８に対応する測定信号の時間軸上の振幅波形を示す図である。図６（Ａ）は、スピーカ１１に対応する第３測定信号であり、図６（Ｂ）は、スピーカ１２に対応する第３測定信号であり、図６（Ｃ）は、スピーカ１３に対応する第３測定信号であり、図６（Ｄ）は、スピーカ１８に対応する第３測定信号である。図７（Ａ）は、マイク２０で収音した収音信号であり、図７（Ｂ）は、マイク２０で収音した収音信号から１３１０７２サンプルを取り出した後の収音信号である。インパルス応答Ｈ（ｔ）の時間軸上の振幅波形を示す図である。

図１は、本発明の一実施形態に係る測定システム１の構成を示すブロック図である。測定システム１は、オーディオ装置１０、マイク２０、および複数のスピーカ１１～１８を備えている。オーディオ装置１０は、マイク２０および複数のスピーカ１１～１８とオーディオケーブルで接続されている。ただし、オーディオ装置１０は、マイク２０および複数のスピーカ１１～１８と無線通信で接続されてもよい。

オーディオ装置１０は、テレビまたはプレーヤ等のコンテンツ再生装置から音信号を受信する。また、オーディオ装置１０は、インターネットを介してサーバ等からコンテンツデータを受信してもよい。オーディオ装置１０は、コンテンツデータを受信した場合、コンテンツデータをデコードして音信号を取り出す。

オーディオ装置１０は、音信号をスピーカ１１～１８に出力する。オーディオ装置１０は、スピーカ１１～１８のそれぞれの音響特性に応じて、各スピーカに供給する音信号に信号処理を施す。信号処理は、例えば周波数特性の調整、出力タイミングの調整、または音量レベルの調節等を含む。

図２は、オーディオ装置１０の構成を示すブロック図である。オーディオ装置１０は、表示器１０１、ユーザインタフェース（Ｉ／Ｆ）１０２、ＣＰＵ１０３、フラッシュメモリ１０４、ＲＡＭ１０５、オーディオＩ／Ｏ１０６、および通信インタフェース（Ｉ／Ｆ）１０７を備えている。

表示器１０１は、複数のＬＥＤからなり、例えば電源オン状態等のオーディオ装置１０の各種状態を表示する。ユーザＩ／Ｆ１０２は、例えば電源ボタンや測定開始ボタン等を含む。ユーザが測定開始ボタンを押すと、オーディオ装置１０は、本実施形態の測定方法を実行する。なお、ユーザは、オーディオ装置１０のリモコンや、オーディオ装置１０に接続されるスマートフォン等の情報処理装置に搭載されたアプリケーションプログラムから測定開始指示を行ってもよい。

ＣＰＵ１０３は、記憶媒体であるフラッシュメモリ１０４に記憶されているプログラムをＲＡＭ１０５に読み出して、所定の機能を実現する。例えば、ＣＰＵ１０３は、通信Ｉ／Ｆ１０７から受信したコンテンツデータをデコードし、音信号を取り出す。ＣＰＵ１０３は、オーディオＩ／Ｏ１０６を介してスピーカ１１～１８に音信号を出力する。

また、ＣＰＵ１０３は、測定部として機能する。ＣＰＵ１０３は、スピーカ１１～１８に測定音に対応する測定信号を出力する。ＣＰＵ１０３は、マイク２０で収音した音に係る収音信号を、オーディオＩ／Ｏ１０６を介して受信する。ＣＰＵ１０３は、スピーカ１１～１８に出力した測定信号と、マイク２０で受信した収音信号と、に基づいて、スピーカ１１～１８の音響特性を測定する。

図３は、オーディオ装置１０の動作を示すフローチャートである。オーディオ装置１０は、例えばユーザから測定開始指示を受け付けると図３に示す動作を行う。まず、オーディオ装置１０は、測定音を生成する（Ｓ１１）。図４（Ａ）は、測定音の時間軸上の振幅波形を示す図である。測定音は、例えばピンクノイズである。ただし、測定音は、ピンクノイズに限らない。測定音は、ホワイトノイズであってもよい。あるいは、測定音は、Ｍ系列擬似ノイズ、またはスイープ波等、どの様な音であってもよい。

測定音の時間長は、測定対象の音響特性の時間長およびスピーカの数（本実施形態では８個）によって決定する。例えば、サンプリング周波数が４８ｋＨｚであり、音響特性の時間長に対応する必要サンプル数が１６３８４サンプルである場合、測定音の時間長に対応する必要サンプル数は、１６３８４×８＝１３１０７２サンプルである。

次に、オーディオ装置１０は、測定音の一部区間をずらしてスピーカ毎の測定信号を生成する（Ｓ１２）。例えば、オーディオ装置１０は、図４（Ａ）に示した測定音の後端の一部を先端に移動し、図４（Ｂ）に示す様な測定音を生成する。移動するサンプル数は、音響特性の時間長に対応し、例えば１６３８４サンプルである。

図５（Ａ）～図５（Ｄ）は、スピーカ毎の測定信号を示す図である。図５（Ａ）は、スピーカ１１に対応する測定信号である。図５（Ａ）に示す測定信号は、図４（Ａ）に示した測定音と同一であり、Ｓ１１の処理で生成した測定音であるピンクノイズと同一である。

図５（Ｂ）は、スピーカ１２に対応する測定信号である。図５（Ｂ）の測定信号は、図４（Ｂ）に示した時間軸波形と同一の信号である。図５（Ｂ）の測定信号は、Ｓ１１の処理で生成したピンクノイズのうち後端の一部（１６３８４サンプル）である成分Ｈを、先端に移動した時間軸波形である。

図５（Ｃ）は、スピーカ１３に対応する測定信号である。図５（Ｃ）の測定信号は、図５（Ｂ）に示したスピーカ１２に対応する測定信号のうち後端の一部（１６３８４サンプル）である成分Ｇを、先端に移動した時間軸波形である。

図５（Ｄ）は、スピーカ１８に対応する測定信号である。図５（Ｄ）の測定信号は、スピーカ１７に対応する測定信号のうち後端の一部（１６３８４サンプル）である成分Ｂを、先端に移動した時間軸波形である。

この様に、オーディオ装置１０は、測定信号のうち後端の一部の成分を先端に移動して、各スピーカの測定信号を生成する。これらの成分Ａ～成分Ｈは、それぞれ本発明の第１測定信号に対応する。各スピーカに対応する測定信号は、成分Ａ～成分Ｈを時間軸上の異なる時間帯に配置している。各スピーカに対応する測定信号は、本発明の第２測定信号に対応する。

次に、オーディオ装置１０は、各スピーカの第２測定信号の後端の一部を先端にコピーして加えることで、第３測定信号を生成する（Ｓ１３）。図６（Ａ）～図６（Ｄ）は、スピーカ毎の第３測定信号を示す図である。

図６（Ａ）は、スピーカ１１に対応する第３測定信号である。スピーカ１１に対応する第３測定信号は、図５（Ａ）に示した第２測定信号のうち後端の一部の成分Ｈをコピーして先端に加えた信号である。

図６（Ｂ）は、スピーカ１２に対応する第３測定信号である。スピーカ１２に対応する第３測定信号は、図５（Ｂ）に示した第２測定信号のうち後端の一部の成分Ｇをコピーして先端に加えた信号である。

図６（Ｃ）は、スピーカ１３に対応する第３測定信号である。スピーカ１３に対応する第３測定信号は、図５（Ｃ）に示した第２測定信号のうち後端の一部の成分Ｆをコピーして先端に加えた信号である。

図６（Ｄ）は、スピーカ１８に対応する第３測定信号である。スピーカ１８に対応する第３測定信号は、図５（Ｄ）に示した第２測定信号のうち後端の一部の成分Ａをコピーして先端に加えた信号である。

この様に、オーディオ装置１０は、第２測定信号のうち後端の一部（１６３８４サンプル）の成分をコピーして先端に移動することで、各スピーカの第３測定信号を生成する。この様な第３測定信号は、第２測定信号の後端の信号が先端に回り込んだ状況と同一である。つまり、第３測定信号は、１周期の信号であるが、周期的な信号の２周期目以後の信号と同義である。

次に、オーディオ装置１０は、測定を開始する（Ｓ１４）。オーディオ装置１０は、スピーカ１１～スピーカ１８に、それぞれの第３測定信号を同時に出力する。また、第３測定信号の出力と同時に、オーディオ装置１０は、マイク２０を用いた収音（録音）を開始する。

そして、オーディオ装置１０は、マイク２０で収音した収音信号と、Ｓ１１で生成した測定音（ピンクノイズ）と、に基づいて、各スピーカの音響特性に対応するインパルス応答を測定する（Ｓ１５）。

図７（Ａ）は、マイク２０で収音した収音信号の時間軸上の振幅波形である。オーディオ装置１０は、図７（Ａ）および図７（Ｂ）に示す様に、マイク２０で収音した収音信号から先頭の一部（１６３８４サンプル）を除去し、Ｓ１１で生成した測定音の時間長に対応する１３１０７２サンプルの収音信号を取り出す。

例えば、オーディオ装置１０は、収音信号に対してＳ１１で生成した測定音の逆関数を畳み込むことで、インパルス応答を求める。より具体的には、オーディオ装置１０は、Ｓ１１で生成した測定音Ｘ（ｔ）をフーリエ変換して周波数信号Ｘ（ω）を求め、図７（Ｂ）に示す収音信号Ｙ（ｔ）をフーリエ変換して周波数信号Ｙ（ω）を求める。そして、インパルス応答Ｈ（ｔ）の周波数信号Ｈ（ω）は、クロススペクトル法に基づいて、以下の数式（１）で表される。

Ｈ（ω）＝（ｃｏｎｊ（Ｙ（ω））・Ｘ（ω））／（ｃｏｎｊ（Ｘ（ω））・Ｘ（ω））・・・式（１）
ただし、ｃｏｎｊ（Ｘ（ω））は、Ｘ（ω）の共役複素数を表し、ｃｏｎｊ（Ｙ（ω））は、Ｙ（ω）の共役複素数を表す。

オーディオ装置１０は、上記数式（１）により求めた周波数信号Ｈ（ω）を逆フーリエ変換することでインパルス応答Ｈ（ｔ）を求めることができる。

図８は、インパルス応答Ｈ（ｔ）の時間軸上の振幅波形を示す図である。マイク２０で収音した収音信号は、スピーカ１１～１８から同時に出力された複数の第３測定信号を含む。複数の第３測定信号は、図５（Ａ）～図５（Ｄ）に示した様に、それぞれ成分Ａ～成分Ｈを時間軸上の異なる時間帯に配置している。例えば、スピーカ１１から出力された第３測定信号のうち先頭の１６３８４サンプルを除いた信号は、Ｓ１１で生成した測定音と同一である。そのため、図８に示す様に、インパルス応答Ｈ（ｔ）のうち先頭の１６３８４サンプルは、スピーカ１１から出力された第３測定信号のインパルス応答に対応する。

スピーカ１２から出力された第３測定信号のうち先頭の１６３８４サンプルを除いた信号は、Ｓ１１で生成した測定音を１６３８４サンプル時間的にずれた信号である。よって、スピーカ１２から出力された第３測定信号のインパルス応答は、１６３８４サンプルだけ後ろにずれた位置に現れる。同様にして、各スピーカから出力された第３測定信号のインパルス応答は、それぞれ時間軸上の異なる時間帯に現れる。

これにより、オーディオ装置１０は、インパルス応答Ｈ（ｔ）の各１６３８４サンプルを取り出すことで、スピーカ１１～スピーカ１８のそれぞれの音響特性を求めることができる。

この様に、本実施形態に示した測定方法は、複数のスピーカのインパルス応答（音響特性）を１回の測定で求めることができる。本実施形態のスピーカの数は８個であるが、スピーカの数はさらに多くてもよいし、少なくてもよい。本実施形態に示した測定方法は、スピーカの数に関わらず、複数のスピーカのインパルス応答（音響特性）を１回の測定で求めることができる。したがって、本実施形態に示した測定方法は、スピーカの数が増えた場合でも測定回数の増大を防止することができる。

なお、上記の数式（１）に示したインパルス応答の周波数信号Ｈ（ω）は、時間軸上のインパルス応答Ｈ（ｔ）が周期的に繰り返される円状畳み込みの原理を前提としている。そのため、測定信号（スピーカから出力する測定音）が１周期の信号では円状畳み込みの原理を満たすことができない。しかし、本実施形態では、各スピーカから出力する第３測定信号は、第２測定信号の後端の信号が先端に回り込んで、周期的な信号の２周期目以後の信号と同様に扱うことができる。そのため、本実施形態の測定方法は、円状畳み込みの原理を満たし、上記の数式（１）によりインパルス応答の周波数信号Ｈ（ω）を正しく求めることができる。

なお、マイク２０で収音した収音信号の先頭の１６３８４サンプルを除去することは必須ではない。ただしこの場合、収音信号の先頭に１６３８４サンプル分だけ余分な信号が含まれるため、インパルス応答Ｈ（ｔ）のうち各スピーカの音響特性に対応するインパルス応答が全て１６３８４サンプル分だけ後ろにずれる。この場合、オーディオ装置１０は、マイク２０で収音した収音信号のうち、Ｓ１１で生成した測定音の時間長よりも１６３８４サンプル分だけ長い１３４７４５６サンプルの収音信号を取り出し、インパルス応答を求めればよい。

複数の第１測定信号（成分Ａ～成分Ｈ）のそれぞれの時間長は、測定対象の音響特性の時間長と同一であってもよいが、音響特性の時間長よりも長くてもよい。例えば、オーディオ装置１０およびスピーカ１１～１８が無線通信で接続される場合、スピーカ１１～１８が第３測定信号を出力するタイミングがずれる場合がある。複数の第１測定信号（成分Ａ～成分Ｈ）のそれぞれの時間長が音響特性の時間長と同一である場合、第３測定信号を出力するタイミングがずれると、インパルス応答Ｈ（ｔ）のうち各スピーカに対応するインパルス応答が時間軸上で重なる。しかし、複数の第１測定信号（成分Ａ～成分Ｈ）のそれぞれの時間長が音響特性の時間長よりも長い場合、インパルス応答Ｈ（ｔ）のうち各スピーカに対応するインパルス応答が時間軸上で重なることなく、各スピーカのインパルス応答を取り出すことができる。また、複数の第１測定信号（成分Ａ～成分Ｈ）のそれぞれの時間長が音響特性の時間長よりも長い場合、全てのスピーカ１１～１８から第３測定信号を同時に出力しなくとも各スピーカに対応するインパルス応答が時間軸上で重なることなく、各スピーカのインパルス応答を取り出すことができる。

上記実施形態では、オーディオ装置１０は、音響特性の時間長とスピーカの数に基づいた時間長のピンクノイズの測定音（第４測定信号）を生成し、該第４測定信号であるピンクノイズのうち各スピーカの第１測定信号に対応する成分Ａ～成分Ｈをそれぞれの時間帯に移動させることで第２測定信号を生成した。しかし、オーディオ装置１０は、各スピーカの第１測定信号を個別に生成し、生成した第１測定信号を時間軸上に並べることで第２測定信号を生成してもよい。この場合も、オーディオ装置１０は、複数の第１測定信号を時間軸上にそれぞれ異なる時間帯に配置することで第２測定信号を生成する。

最後に、本実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲は、特許請求の範囲と均等の範囲を含む。例えば、オーディオ装置、マイク、およびスピーカは、１つの筐体に内蔵されていてもよい。この場合も、オーディオ装置は、内蔵したスピーカから測定信号に係る音を出力し、内蔵したマイクで測定信号に係る音を収音すればよい。また、マイクの数は１つに限らず、複数であってもよい。

１…測定システム
１０…オーディオ装置
１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８…スピーカ
２０…マイク
１０１…表示器
１０２…ユーザＩ／Ｆ
１０３…ＣＰＵ
１０４…フラッシュメモリ
１０５…ＲＡＭ
１０６…オーディオＩ／Ｏ
１０７…通信Ｉ／Ｆ

Claims

複数のスピーカの音響特性を測定する測定方法であって、
前記複数のスピーカのそれぞれに対応する複数の第１測定信号をそれぞれのスピーカに対して個別に生成して、生成した前記複数の第１測定信号をそれぞれ時間軸上の異なる時間帯に配置した複数の第２測定信号を生成し、
前記複数の第２測定信号のそれぞれの後端の一部をコピーして前記複数の第２測定信号のそれぞれの先端に加えた複数の第３測定信号を生成し、
前記複数のスピーカからそれぞれ前記第３測定信号に係る音を出力し、
マイクで前記複数の第３測定信号を含む音を収音し、
前記マイクで収音した収音信号と前記第２測定信号とに基づいて前記複数の第１測定信号に対応する複数のインパルス応答を算出する、
測定方法。
前記複数の第１測定信号のそれぞれの時間長は、前記音響特性の時間長に対応する、
請求項１に記載の測定方法。
前記複数の第１測定信号のそれぞれの時間長は、前記音響特性の時間長よりも長い、
請求項１に記載の測定方法。
第４測定信号を生成し、該第４測定信号のうち各スピーカの第１測定信号に対応する成分をそれぞれの時間帯に移動させることで前記第２測定信号を生成する、
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の測定方法。
前記複数の第１測定信号はピンクノイズを含む、
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の測定方法。
前記複数の第１測定信号はホワイトノイズを含む、
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の測定方法。
前記インパルス応答をクロススペクトル法に基づいて算出する、
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の測定方法。
複数のスピーカの音響特性を測定する測定装置であって、
マイクと、測定部と、を備え、
前記測定部は、
前記複数のスピーカのそれぞれに対応する複数の第１測定信号をそれぞれのスピーカに対して個別に生成して、生成した前記複数の第１測定信号をそれぞれ時間軸上の異なる時間帯に配置した複数の第２測定信号を生成し、
前記複数の第２測定信号のそれぞれの後端の一部をコピーして前記複数の第２測定信号のそれぞれの先端に加えた複数の第３測定信号を生成し、
前記複数のスピーカからそれぞれ前記第３測定信号に係る音を出力し、
前記マイクで前記複数の第３測定信号を含む音を収音し、
前記マイクで収音した収音信号と前記第２測定信号とに基づいて前記複数の第１測定信号に対応する複数のインパルス応答を算出する、
測定装置。
前記複数の第１測定信号のそれぞれの時間長は、前記音響特性の時間長に対応する、
請求項８に記載の測定装置。
前記複数の第１測定信号のそれぞれの時間長は、前記音響特性の時間長よりも長い、
請求項８に記載の測定装置。
前記測定部は、第４測定信号を生成し、該第４測定信号のうち各スピーカの第１測定信号に対応する成分をそれぞれの時間帯に移動させることで前記第２測定信号を生成する、
請求項８乃至請求項１０のいずれか１項に記載の測定装置。
前記複数の第１測定信号はピンクノイズを含む、
請求項８乃至請求項１１のいずれか１項に記載の測定装置。
前記複数の第１測定信号はホワイトノイズを含む、
請求項８乃至請求項１２のいずれか１項に記載の測定装置。
前記測定部は、前記インパルス応答をクロススペクトル法に基づいて算出する、
請求項８乃至請求項１３のいずれか１項に記載の測定装置。