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技術 周波数解析装置

出願人 ヤマハ株式会社
発明者 北野幹夫鈴木智西田晃
出願日 1999年4月28日 (21年7ヶ月経過) 出願番号 1999-122578
公開日 2000年11月14日 (20年1ヶ月経過) 公開番号 2000-314657
状態 特許登録済
技術分野 機械的振動・音波の測定
主要キーワード 周波数解析装置 オクターブ間隔 ピーク値検出回路 表示分解能 測定指示 PF1 各周波数成分毎 グラフ表示画面
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2000年11月14日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (7)

課題

高い解析分解能周波数特性を測定でき、かつ、測定結果を表示する画面の見易さを損なわない周波数解析装置を提供する。

解決手段

本発明に係る周波数解析装置は、入力信号を複数の周波数成分に分割する通過帯域可変のBPF14と、BPF14から出力された各周波数成分信号強度を求めるピークメータ15と、各周波数成分の信号強度を記憶部11に書き込むCPU10と、モニタ13とを有し、CPU10は、上記記憶部11に記憶された各周波数成分の信号強度のうちの一部をモニタ13上にグラフ表示する。従って、多数の周波数成分について信号強度を測定した場合であっても、表示の見易さを損なうことがないという利点がある。

概要

背景

周波数解析装置は、音響空間周波数特性の測定など幅広い用途に使用されている。例えば、マイクロフォンスピーカとを同時に使用するシステムでは、スピーカからの発音マイクロホンにまわり込むことによって生じるハウリングを防止する必要があるが、このハウリング防止を行うのに先立ち、スピーカおよびマイクロホンを含む音響信号伝達系の周波数特性を求めておく必要がある。この周波数特性の測定は、周波数解析装置を用いて、以下のようにして行われる。

(1)周波数的に均一なホワイトノイズをスピーカから出力し、マイクによって収音する。この際、マイクによって収音されるホワイトノイズには、スピーカから直接伝播するものもあれば、使用する部屋の壁等に反射して間接的に伝播するものもある。

(2)マイクから入力された音声信号を周波数解析装置に与える。この周波数解析装置は、例えば可聴周波数帯域を複数の周波数帯域分割し、これらの各周波数帯域を各々通過帯域とする複数のバンドパスフィルタ(以下、「BPF」と略す)を有しており、上記音声信号はこれらのBPFに与えられる。各BPFでは、音声信号のうち当該BPFの通過帯域に属する周波数成分が選択され、当該BPFから出力される。そして、ピーク値検出回路によって、各BPFから出力される各周波数成分毎信号強度ピーク値が測定されるこのようにして得られる測定結果をもとに、各周波数成分のうち信号強度が高いものについて、イコライザ回路によって信号強度を下げ、これによりハウリングが防止されるのである。

概要

高い解析分解能で周波数特性を測定でき、かつ、測定結果を表示する画面の見易さを損なわない周波数解析装置を提供する。

本発明に係る周波数解析装置は、入力信号を複数の周波数成分に分割する通過帯域可変のBPF14と、BPF14から出力された各周波数成分の信号強度を求めるピークメータ15と、各周波数成分の信号強度を記憶部11に書き込むCPU10と、モニタ13とを有し、CPU10は、上記記憶部11に記憶された各周波数成分の信号強度のうちの一部をモニタ13上にグラフ表示する。従って、多数の周波数成分について信号強度を測定した場合であっても、表示の見易さを損なうことがないという利点がある。

目的

本発明は、以上説明した事情に鑑みてなされたものであり、高い解析分解能で周波数特性を測定でき、かつ、測定結果を表示する画面の見易さを損なわない周波数解析装置を提供することを目的としている。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
2件

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請求項1

入力信号を複数の周波数成分に分割し、各周波数成分信号強度を求める周波数解析手段と、前記周波数解析手段によって求められた各周波数成分の信号強度を記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された各周波数成分の信号強度のうちの一部をグラフ表示する表示手段とを具備することを特徴とする周波数解析装置

請求項2

前記表示手段は、前記記憶手段に記憶された前記複数の周波数成分の信号強度のうち、前記複数の周波数成分を周波数順に並べ、この周波数順に並んだ各周波数成分の中から所定個数間隔で選択した各周波数成分に対応した信号強度をグラフ表示することを特徴とする請求項1に記載の周波数解析装置。

請求項3

前記複数の周波数成分のうちのいずれかの周波数成分を指定する指定手段を具備し、前記表示手段は、前記記憶手段に記憶された周波数成分のうち、前記指定手段によって指定された周波数成分の信号強度の数値を表示することを特徴とする請求項1または2に記載の周波数解析装置。

請求項4

前記表示手段は、前記グラフ表示を行う場合にその対象となる各周波数成分の周波数値を各々の信号強度とともに表示するものであり、各周波数値を表す文字を各周波数値の配列方向と直交する方向に並べて表示することを特徴とする請求項1から3のいずれか1の請求項に記載の周波数解析装置。

技術分野

0001

本発明は、周波数解析装置に関する。

背景技術

0002

周波数解析装置は、音響空間周波数特性の測定など幅広い用途に使用されている。例えば、マイクロフォンスピーカとを同時に使用するシステムでは、スピーカからの発音マイクロホンにまわり込むことによって生じるハウリングを防止する必要があるが、このハウリング防止を行うのに先立ち、スピーカおよびマイクロホンを含む音響信号伝達系の周波数特性を求めておく必要がある。この周波数特性の測定は、周波数解析装置を用いて、以下のようにして行われる。

0003

(1)周波数的に均一なホワイトノイズをスピーカから出力し、マイクによって収音する。この際、マイクによって収音されるホワイトノイズには、スピーカから直接伝播するものもあれば、使用する部屋の壁等に反射して間接的に伝播するものもある。

0004

(2)マイクから入力された音声信号を周波数解析装置に与える。この周波数解析装置は、例えば可聴周波数帯域を複数の周波数帯域分割し、これらの各周波数帯域を各々通過帯域とする複数のバンドパスフィルタ(以下、「BPF」と略す)を有しており、上記音声信号はこれらのBPFに与えられる。各BPFでは、音声信号のうち当該BPFの通過帯域に属する周波数成分が選択され、当該BPFから出力される。そして、ピーク値検出回路によって、各BPFから出力される各周波数成分毎信号強度ピーク値が測定されるこのようにして得られる測定結果をもとに、各周波数成分のうち信号強度が高いものについて、イコライザ回路によって信号強度を下げ、これによりハウリングが防止されるのである。

発明が解決しようとする課題

0005

さて、上述した従来の周波数解析装置では、各周波数成分毎の信号強度が、図5に例示するグラフの形態でモニタに表示される。そして、従来の周波数解析装置では、このようなグラフ表示を行うために、グラフ表示の時の周波数分解能と同じ周波数分解能で周波数解析を行っていた。すなわち、例えば、上記音声信号の周波数成分の信号強度を1/3オクターブ間隔で表示する場合には、上記音声信号を、BPFによって、各々1/3オクターブ帯域幅を有する31の周波数成分に分割し、この31の周波数成分全てについての信号強度のグラフ表示を行っていたのである。

0006

ところで、この例のように、音声信号を、各々1/3オクターブの帯域幅を有する複数の周波数成分に分割する場合、BPFから出力される各周波数成分の周波数スペクトル図6に示すようなピーク(山)やディップ(谷)が存在する場合であっても、ピーク値検出回路によって測定される信号強度には、これらのピークまたはディップが十分に反映されないという問題があった。これらのピークまたはディップを確認するためには、解析対象である音声信号の周波数帯域を、これまでよりもさらに細かく分割し、より高い解析分解能で周波数解析を行う必要がある。

0007

しかしながら、上述したように、従来の周波数解析装置においては解析分解能と表示分解能とが等しいから、解析分解能を上げるとモニタにグラフ表示される信号強度の数も多くなる。従って、グラフ表示が繁雑となり、見づらくなってしまうといった問題が生じる。

0008

本発明は、以上説明した事情に鑑みてなされたものであり、高い解析分解能で周波数特性を測定でき、かつ、測定結果を表示する画面の見易さを損なわない周波数解析装置を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

0009

上述した課題を解決するために、請求項1に記載の周波数解析装置は、入力信号を複数の周波数成分に分割し、各周波数成分の信号強度を求める周波数解析手段と、前記周波数解析手段によって求められた各周波数成分の信号強度を記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された各周波数成分の信号強度のうちの一部をグラフ表示する表示手段とを具備することを特徴としている。また、請求項2に記載の周波数解析装置は、請求項1に記載の構成において、前記表示手段は、前記記憶手段に記憶された前記複数の周波数成分の信号強度のうち、前記複数の周波数成分を周波数順に並べ、この周波数順に並んだ各周波数成分の中から所定個数間隔で選択した各周波数成分に対応した信号強度をグラフ表示することを特徴としている。また、請求項3に記載の周波数解析装置は、請求項1または2に記載の構成において、前記複数の周波数成分のうちのいずれかの周波数成分を指定する指定手段を具備し、前記表示手段は、前記記憶手段に記憶された周波数成分のうち、前記指定手段によって指定された周波数成分の信号強度の数値を表示することを特徴としている。また、請求項4に記載の周波数解析装置は、請求項1から3のいずれか1の請求項に記載の構成において、前記表示手段は、前記グラフ表示を行う場合にその対象となる各周波数成分の周波数値を各々の信号強度とともに表示するものであり、各周波数値を表す文字を各周波数値の配列方向と直交する方向に並べて表示することを特徴としている。

発明を実施するための最良の形態

0010

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。かかる実施の形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の範囲内で任意に変更可能である。

0011

A:実施形態の構成
図1は、本発明の一実施形態である周波数解析装置1を使用したハウリング測定装置の構成を示すブロック図である。同図に示すように、本実施形態に係る周波数解析装置1は、CPU10、記憶部11、操作部12、モニタ13、BPF14およびピークメータ15を有している。ここで、BPF14の入力端子には、マイクアンプ16を介してマイク17が接続されている。また、この周波数解析装置1が設置される部屋には、マイク17によって収音される音声を出力するための発振器20、パワーアンプ21およびスピーカ22が設けられている。

0012

CPU10は、記憶部11に記憶された制御プログラムに従ってこの周波数解析装置1の各部を制御する。記憶部11は、上記制御プログラムを記憶するほか、CPU10によって主記憶として使用される。操作部12は、複数のキーを備えており、ユーザによっていずれかのキーが押下されると、押下されたキーに対応した電気信号をCPU10に対して送出する。具体的には、操作部12は、モニタ13に表示されるカーソルの移動を指示するための右矢印キーおよび左矢印キー、ならびに入力の確定を指示するための確定キー等を備えている。モニタ13は、この周波数解析装置1において実行可能な処理のメニュー画面や、周波数特性の測定結果を示す画面を表示するための装置である。

0013

発振器20は、CPU10による起動指示応答し、ホワイトノイズを生成して出力する。この発振器20によって生成されたホワイトノイズは、パワーアンプ21によって増幅され、スピーカ22から出力される。

0014

マイク17は、スピーカ22から出力されたホワイトノイズを収音し、電気信号(音声信号)に変換して出力する。ここで、スピーカ22からマイク17へは、直接的に伝播する音声もあれば、使用する部屋の壁等に反射して間接的に伝播する音声もある。すなわち、マイク17は、部屋の周波数特性が反映された音声を収音する。このマイク17から出力された音声信号は、マイクアンプ16によって増幅され、周波数解析装置1内のBPF14に供給される。

0015

BPF14は、通過帯域可変帯域通過フィルタである。このBPF14の通過帯域はCPU10によって制御される。本実施形態における周波数解析では、20Hz〜20kHzの周波数帯域を各々1/6オクターブの帯域幅を有する61個の周波数帯域に分割し、解析対象である音声信号の中からこの61個の周波数帯域に属する周波数成分を各々取り出し、各周波数成分の信号強度を求める。このような周波数解析を行うため、CPU10は、61個の周波数帯域を順次選択し、BPF14の通過帯域をこの選択した周波数帯域に対応させるためのBPF14の制御を行うのである。図2はこの61個の周波数帯域の中心周波数を示すものである。なお、以下では、この61個の周波数帯域に属する音声信号の各周波数成分を4つのグループに分け、各グループをそれぞれ第1〜第4データ群と呼ぶ。

0016

ピークメータ15は、CPU10からの測定指示に応じてBPF14の出力信号のピーク値を測定し、測定結果をCPU10に出力する。ここで、CPU10は、BPF14の通過帯域を上記61個の周波数帯域のいずれかに設定する毎に、ピークメータ15に対して測定指示を送る。以上説明した各要素のうち、CPU10、BPF14およびピークメータ15によって、特許請求の範囲における「周波数解析手段」が構成される。

0017

B:実施形態の動作
次に、実施形態の動作を説明する。まず、ユーザが操作部12に対して所定の操作を行うと、図3(a)に示すようなメニュー画面が表示される。このメニュー画面においては、以後行われる処理として選択可能な項目、すなわち、「1;測定開始」および「2;周波数特性表示」が表示され、ユーザに対して何等かの入力を促す。ここで、図3(a)において、右矢印キーが押下された場合には「1;測定開始」が選択され、左矢印キーが押下された場合には「2;周波数特性表示」が選択されるようになっている。なお、以下では、「1;測定開始」が選択された場合と、「2;周波数特性表示」が選択された場合とに分けて説明を進める。

0018

(1)「1:測定開始」が選択された場合
この場合、部屋の周波数特性を測定するための処理が行われる。詳述すると、以下の通りである。まず、CPU10は、発振器20を起動し、スピーカ22からホワイトノイズを出力させる。このホワイトノイズは、直接的または間接的にマイク17に伝播し、マイク17によって収音されるとともに、音声信号に変換される。この音声信号は、マイクアンプ16を介して周波数解析装置1内のBPF14に供給される。

0019

一方、CPU10はBPF14を制御し、BPF14の通過帯域の中心周波数が図2に示す61個の周波数のうちのいずれかの周波数となるようにBPF14の通過帯域を順次変化させる。ピークメータ15は、CPU10によるBPF14の通過帯域の変化のタイミングに同期して、BPF14から出力される信号の強度を測定し、該測定結果を順次CPU10に出力する。CPU10は、ピークメータ15によって測定された信号強度を順次記憶部11に書き込む。この結果、記憶部11には、図2に示す各周波数帯域毎に、各周波数成分の信号強度が格納される。

0020

上記のような測定処理が行われる間、モニタ13には図3(b)に示す画面が表示される。この際、ユーザによって確定キーが押下された場合には、測定処理を中断し、図3(a)に示すメニュー画面に戻る。

0021

以後同様の処理を繰り返し、図2に示す61個の全ての周波数帯域について信号強度の測定が終了すると、CPU10は測定動作を終了し、図3(a)に示すメニュー画面に戻る。

0022

(2)「2;周波数特性表示」が選択された場合
図3(a)に示すメニュー画面において、「2;周波数特性表示」が選択された場合、上記(1)における測定結果をモニタ13にグラフ表示するための処理が行われる。なお、まだ上記(1)に示した測定を行っていない場合にはその旨を表示し、図3(a)に示すメニュー画面に戻る。

0023

CPU10は、記憶部11に記憶された各周波数成分の信号強度のうち、図2に示す第1データ群および第3データ群に属する各周波数成分の信号強度を記憶部11から読み出し、これらのデータをもとに、図4に例示する棒グラフを表示させる。別の表現をすれば、記憶部11に記憶された61個の周波数成分の信号強度の中から、周波数順に1個おきに選択した各周波数成分に対応した信号強度がグラフ表示される。このように、本実施形態においては、図2に示す第2データ群および第4データ群に属する周波数成分の信号強度はグラフ表示されない。つまり、本実施形態においては、グラフ表示における表示分解能が、信号の強度測定における解析分解能よりも低くなっている。

0024

図4に例示する棒グラフにおいて、横軸には第1および第3データ群に属する周波数成分の周波数値が、縦軸には横軸に表示された各周波数成分に対応した信号強度がそれぞれ表示される。なお、表示される信号強度は、例えば測定された各周波数成分の信号強度の平均値を基準とした場合の相対値である。

0025

また、図4に示すように、モニタ13の表示画面上、各周波数成分の周波数値を構成する文字(数字小数点等)は、各周波数成分の周波数値(「20」、「25」等)が配列される方向(すなわち、グラフの横軸方向)と直交する方向に配列されるようになっている。

0026

ここで、ユーザは、操作部12の右矢印キーまたは左矢印キーを押下することにより、信号強度を測定した全ての周波数成分のうちのいずれかの周波数成分を選択することができる。ここで、信号強度を測定した全ての周波数成分とは、グラフ表示された第1データ群および第3データ群に属する周波数成分だけではなく、第2データ群および第4データ群に属する周波数成分も含む図2に例示した計61個の周波数成分である。そして、ユーザによって選択された周波数成分の信号強度の数値が、上記グラフとは別に画面上部(図4中のAで示した部分)に表示される。さらに詳述すると、以下の通りである。

0027

操作部12の右矢印キーが1回押下される毎に、その時点において選択されている周波数成分よりも1段階高い周波数成分が選択される。すなわち、右矢印キーが1回押下される毎に、選択される周波数成分の周波数値が、「20」→「22」→「25」→「28」→…、という具合に切換わる。一方、左矢印キーが1回押下される毎に、その時点において選択されている周波数成分よりも1段階低い周波数成分が選択される。すなわち、左矢印キーが1回押下される毎に、選択される周波数成分が、「20K」→「18K」→「16K」→「14K」→…、という具合に切換わる。

0028

CPU10は、選択された周波数成分の信号強度を記憶部11から読み出し、読み出した信号強度の数値をモニタ13の画面上部(図4中Aで示した部分)に表示する。

0029

さらに、選択された周波数成分の周波数値に重ねて、カーソル30が表示される。図4においては、周波数成分「200(第3データ群)」が選択されている場合を例示している。ここで、第2および第4データ群に属する周波数成分が選択された場合、これらの周波数成分の周波数値はモニタ13に表示されていないから、選択された周波数成分の前後の周波数成分、すなわち、第1データ群および第3データ群に属する2つの周波数成分の周波数値に重ねて、カーソル30が表示される。例えば、ユーザによって第2データ群に属する周波数成分「71」が選択された場合には、モニタ13に表示された周波数成分の周波数値のうち、「71」の前後の周波数成分、すなわち「63(第1データ群)」および「80(第3データ群)」に重ねてカーソル30が表示される。

0030

この後、ユーザによって確定キーが押下された場合には、周波数特性表示を終了し、図3(a)に示すメニュー画面に戻る。

0031

このように、本実施形態によれば、測定された61個の周波数成分の信号強度のうちの一部をグラフ表示するので、より詳細な周波数特性を測定するために多数の周波数成分について強度を測定した場合であっても、表示の見易さを損なうことがないという利点がある。つまり、上記従来の技術における各周波数成分の帯域幅(1/3オクターブ幅)と比較して、入力信号をより狭い帯域幅の周波数成分に分割した場合であっても、グラフ表示画面の見易さを損なうといった問題は生じない。また、測定した強度の数値が上記グラフとは別個に表示されるようになっているので、画面が繁雑になることがない。

0032

また、グラフの横軸に沿って表示される周波数成分の周波数値を構成する各文字を、横軸に垂直な方向に配列するようになっているので、表示する周波数成分が多い場合であっても表示が見やすいという利点がある。

0033

また、上記実施形態においては、BPFによって音声信号を複数の周波数成分に分割し、これらの各周波数成分の強度を測定するようにしたが、このようにするのではなく、例えば音声信号に対してFFT高速フーリエ変換)を施し、これにより所定の周波数成分毎の強度を求めるようにしてもよい。

発明の効果

0034

以上説明したように、本発明によれば、測定された複数の周波数成分の信号強度のうちの一部をグラフ表示するので、多数の周波数成分について信号強度を測定した場合であっても、表示の見易さを損なうことがないという利点がある。また、測定した信号強度の数値が上記グラフとは別個に表示されるようになっているので、画面が繁雑になることがない。

図面の簡単な説明

0035

図1本発明の一実施形態である周波数解析装置の構成を示すブロック図である。
図2同実施形態において信号強度を測定する61個の周波数成分の周波数値を示す図である。
図3同実施形態におけるモニタの表示画面を例示する図である。
図4同実施形態における周波数特性表示画面を例示する図である。
図5従来の周波数解析装置におけるグラフ表示画面を例示する図である。
図6従来の周波数解析装置における動作を説明するための図である。

--

0036

1……周波数解析装置、10……CPU(周波数解析手段、表示手段)、11……記憶部(記憶手段)、12……操作部(指定手段)、13……モニタ(表示手段)、14……マイク、15……マイクアンプ、16……BPF(周波数解析手段)、17……ピークメータ(周波数解析手段)、20……発振器、21……パワーアンプ、22……スピーカ。

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