JPWO2006093152A1 - 特性測定装置及び特性測定プログラム - Google Patents

Abstract

特性測定装置は、ある環境において測定対象の特性を測定する各種の測定装置に適用可能であり、当該環境におけるノイズレベルを測定し、得られたノイズレベルに基づいてノイズ状態を判定する。そして、ノイズ状態に基づいて特性の測定回数を決定し、複数回の測定により得られた特性を同期加算して出力する。従って、測定が行われる環境のノイズ状態が良好な場合には最小限の測定回数で測定が完了する。また、環境のノイズ状態が良くない場合には、所望のノイズ状態（例えばＳ／Ｎ）が得られるように複数回測定が行われ、その結果が同期加算される。同期加算を繰り返すことによりノイズの影響が低減されていくので、精度の高い測定結果が得られる。また、測定が行われる環境においては、定常的なノイズの他に、突発的なノイズが発生する場合があり、そのような突発性ノイズが発生すると、測定精度は大きく低下する。そこで、複数回の測定結果の相関が低い場合にはそのような突発性ノイズが発生したと推定し、測定回数を増加させることにより、突発性ノイズの影響を排除することができる。

Description

本発明は、ある環境において測定対象の特性を測定する特性測定に関する。

特定の環境において、その環境における様々な測定対象の特性を測定することが行われている。このような特性測定の例としては、ある音響空間における音響特性の測定を行うシステム、ある環境における光や電波の伝搬特性の測定を行うシステムなどが含まれる。

例えば、複数のスピーカを備えて高品位の音響空間を提供するオーディオシステムでは、臨場感の得られる適切な音響空間を自動的に作り出すことが要求されている。即ち、受聴者自らが適切な音響空間を得ようとしてオーディオシステムを操作しても、複数のスピーカで再生される再生音の位相特性、周波数特性、音圧レベル等を適切に調節することは極めて困難であるため、オーディオシステム側で自動的に音場特性を補正することが要求されている。

従来、この種の自動音場補正システムとして、特許文献１に記載されたものが知られている。このシステムでは、複数のチャンネルに対応する信号伝送路毎に、スピーカから出力したテスト信号を集音してその周波数特性を分析し、当該信号伝送路内に配置されたイコライザの係数を設定することにより、各信号伝送路を所望の周波数特性に補正している。

また、複数のチャンネルに対応する各信号伝送路の信号遅延時間を測定し、各信号伝送路の信号遅延特性を調整することが行われる。従来の信号遅延時間測定では、自動音場補正システム内のプロセッサが測定用パルスを出力するのと同時にプロセッサがマイク入力の取り込みを開始する。そして、マイク入力のレベルが、予め決められた所定の閾値を最初に超えた時点までの時間を信号遅延時間と判定する。

上記のような特性測定においては、同じ測定を複数回行って測定結果を得る手法が知られている。即ち、測定が行われる環境に存在し、測定結果に変動を生じさせる要因、例えば測定環境におけるノイズなどの影響を排除し、測定精度を向上させるために、測定が複数回行われる。この場合の測定回数は、その環境のノイズ状態などに基づいて予め決定された固定回数とされることが一般的であった。

特開２００２−３３０４９９号公報

しかし、測定回数を固定にすると、その環境において最悪のノイズ状態（例えばＳ／Ｎ状態）の悪い場合を想定し、かつ、現実的な時間内に測定が完了することを考慮して測定回数を決定せざるを得ない。そのため、実際の環境が最悪のノイズ状態よりも良好である場合であっても、最悪のノイズ状態に対応して決定された測定回数にわたり測定が行われることとなり、測定に必要以上に時間を要してしまうという問題がある。一方、測定時間を短縮するために最悪のノイズ状態より良好なノイズ状態を想定し、測定回数を短く設定した場合、実際の環境におけるノイズ状態がその想定より悪いと、正しい測定結果が得られないという問題がある。

本発明が解決しようとする課題には、上記のようなものが一例として挙げられる。本発明は、測定を実施する環境におけるノイズ状態に応じて、必要最小限の測定回数で精度の高い測定結果を得ることが可能な特性測定装置及びプログラムを提供することを課題とする。

本発明の好適な実施形態によれば、測定対象の特性を測定する特性測定装置は、前記測定対象に係る環境におけるノイズレベルを測定するノイズレベル測定手段と、前記ノイズレベルに基づいて、前記環境におけるノイズ状態を判定するノイズ状態判定手段と、前記ノイズ状態に基づいて測定回数を決定する測定回数決定手段と、前記測定回数にわたって前記測定対象の特性を測定し、測定結果を同期加算して出力する特性測定手段と、を備える。

上記の特性測定装置は、ある環境において測定対象の特性を測定する各種の測定装置に適用可能であり、当該環境におけるノイズレベルを測定し、得られたノイズレベルに基づいてノイズ状態を判定する。そして、ノイズ状態に基づいて特性の測定回数を決定し、複数回の測定により得られた特性を同期加算して出力する。従って、測定が行われる環境のノイズ状態が良好な場合には最小限の測定回数で測定が完了する。また、環境のノイズ状態が良くない場合には、所望のノイズ状態（例えばＳ／Ｎ）が得られるように複数回測定が行われ、その結果が同期加算される。同期加算を繰り返すことによりノイズの影響が低減されていくので、精度の高い測定結果が得られる。

上記の特性測定装置の一態様は、前記環境における前記測定対象の信号レベルを測定する信号レベル測定手段を備え、前記ノイズ状態判定手段は、前記信号レベルと前記ノイズレベルに基づいて前記ノイズ状態を判定する。この態様では、測定が行われる環境における測定対象の信号レベルを用いてノイズ状態（例えばＳ／Ｎ）が判定されるので、その環境におけるより正確なノイズ状態の判定が可能となる。

好適な実施例では、前記ノイズレベル測定手段は、前記測定対象の特性の測定に先立って前記ノイズレベルを測定することができ、または、前記測定対象の特性の測定中に前記ノイズレベルを測定するができる。さらには、前記ノイズレベル測定手段は、前記測定対象の特性の測定に先立って前記ノイズレベルを測定するとともに前記測定対象の特性の測定中に前記ノイズレベルを測定し、前記ノイズ状態判定手段は、測定された最大のノイズレベルに基づいて前記ノイズ状態を判定することができる。

上記の特性測定装置の他の一態様では、前記測定回数決定手段は、前記ノイズ状態が悪いほど前記測定回数を多くする。よって、同期加算の効果により、測定結果におけるノイズの影響が低減され、精度の高い測定結果が得られる。

上記の特性測定装置の他の一態様は、複数の前記測定結果の相関を判定する相関判定手段を備え、前記測定回数決定手段は、前記相関が所定の基準より低い場合に前記測定回数を多くする。測定が行われる環境においては、定常的なノイズの他に、突発的なノイズが発生する場合があり、そのような突発性ノイズが発生すると、測定精度は大きく低下する。そこで、複数回の測定結果の相関が低い場合にはそのような突発性ノイズが発生したと推定し、測定回数を増加させることにより、突発性ノイズの影響を排除することができる。

本発明の他の実施形態では、測定対象の特性を測定する特性測定装置は、複数の測定回数にわたって前記測定対象の特性を測定し、測定結果を同期加算して出力する特性測定手段と、複数の前記測定結果の相関を判定する相関判定手段と、前記相関の判定結果に基づいて、前記測定回数を決定する測定回数決定手段と、を備える。

上記の特性測定装置は、ある環境において測定対象の特性を測定する各種の測定装置に適用可能であり、複数の測定回数にわたって前記測定対象の特性を測定し、測定結果を同期加算して出力する。当該環境におけるノイズレベルを測定し、得られたノイズレベルに基づいてノイズ状態を判定する。測定が行われる環境においては、定常的なノイズの他に、突発的なノイズが発生する場合があり、そのような突発性ノイズが発生すると、測定精度は大きく低下する。そこで、複数回の測定結果の相関が低い場合にはそのような突発性ノイズが発生したと推定し、測定回数を増加させることにより、突発性ノイズの影響を排除することができる。

上記の特性測定装置の好適な実施例では、前記測定対象の特性は、音響特性、光伝達特性、電波伝搬特性、及び、電気回路特性のいずれかとすることができる。また、前記音響特性は、音響空間の信号遅延特性、音圧レベル特性、周波数特性、スピーカ特性のいずれかとすることができる。

本発明の他の実施形態では、コンピュータ上で実行され、測定対象の特性を測定するための特性測定プログラムは、測定対象に係る環境におけるノイズレベルを測定するノイズレベル測定手段、前記ノイズレベルに基づいて、前記環境におけるノイズ状態を判定するノイズ状態判定手段、前記ノイズ状態に基づいて測定回数を決定する測定回数決定手段、前記測定回数にわたって前記測定対象の特性を測定し、測定結果を同期加算して出力する特性測定手段として前記コンピュータを機能させる。このプログラムをコンピュータ上で実行することにより、上記の特性測定装置を実現することができる。

本発明の他の実施形態では、コンピュータ上で実行され、測定対象の特性を測定するための特性測定プログラムは、複数の測定回数にわたって前記測定対象の特性を測定し、測定結果を同期加算して出力する特性測定手段、複数の前記測定結果の相関を判定する相関判定手段、前記相関の判定結果に基づいて、前記測定回数を決定する測定回数決定手段として前記コンピュータを機能させる。このプログラムをコンピュータ上で実行することにより、上記の特性測定装置を実現することができる。

信号遅延時間測定のための基本的構成を模式的に示すブロック図である。 信号遅延時間測定方法を説明するための波形図である。 信号処理回路の内部構成例を示すブロック図である。 応答信号の例を示す波形図である。 信号遅延時間測定処理のフローチャートである。 図５に示す信号遅延時間処理中の音場判定処理のフローチャートである。 図６に示す音場判定処理中の音場測定処理のフローチャートである。 本発明の実施例の自動音場補正システムを備えるオーディオシステムの構成を示すブロック図である。 図８に示す信号処理回路の内部構成を示すブロック図である。 図９に示す信号処理部の構成を示すブロック図である。 図２に示す係数演算部の構成を示すブロック図である。 図１１に示す周波数特性補正部、チャンネル間レベル補正部及び遅延特性補正部の構成を示すブロック図である。 ある音場環境におけるスピーカの配置例を示す図である。 自動音場補正処理のメインルーチンを示すフローチャートである。 周波数特性補正処理を示すフローチャートである。 チャンネル間レベル補正処理を示すフローチャートである。 遅延補正処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 音源
２ 信号処理回路
３ 測定用信号発生器
４ Ｄ／Ａ変換器
６ スピーカ
８ マイクロホン
９ 増幅器
１０ Ａ／Ｄ変換器
２５１ 微分回路
２５２ 比較器
２５３ 暗騒音測定部
２５４ 閾値決定部
２５５ メモリ

以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて説明する。以下では、本発明に係る特性測定手法を、音響空間における信号遅延時間測定に適用した場合について説明する。

［基本原理］
まず、本発明による信号遅延時間測定の基本原理について説明する。図１に、信号遅延時間測定のための基本的構成を模式的に示す。図示のように、信号遅延時間測定装置は、信号処理回路２と、測定用信号発生器３と、Ｄ／Ａ変換器４と、スピーカ６と、マイク８と、Ａ／Ｄ変換器１０と、を備える。スピーカ６及びマイク８は音響空間２６０内に配置される。なお、音響空間２６０としては、例えばリスニングルーム、ホームシアターなどが挙げられる。

測定用信号発生器３は測定用信号２１１としてパルス性の信号（以下、「測定用パルス信号」と呼ぶ。）を発生し、信号処理回路２へ供給する。なお、測定用パルス信号はデジタル信号として測定用信号発生器３内のメモリなどに記憶しておくことができる。信号処理回路２は、測定用パルス信号２１１をＤ／Ａ変換器４へ送る。Ｄ／Ａ変換器４は測定用パルス信号２１１をアナログの測定用パルス信号２１２に変換し、スピーカ６へ供給する。スピーカ６は測定用パルス信号２１２に対応する測定用パルス音３５を測定用信号音として音響空間２６０に出力する。

マイク８は音響空間２６０で測定用パルス音３５を集音し、アナログの応答信号２１３としてＡ／Ｄ変換器１０へ送る。この応答信号２１３には、測定用パルス音３５に対する音響空間２６０の応答成分が含まれている。Ａ／Ｄ変換器１０は応答信号２１３をデジタルの応答信号２１４に変換し、信号処理回路２へ供給する。信号処理回路２は、応答信号２１４を所定の閾値と比較することにより、音響空間２６０における信号遅延時間Ｔｄを算出する。

図１から理解されるように、信号処理回路２が測定する信号遅延時間Ｔｄは、音響空間内における音響遅延時間Ｔspと、それ以外の遅延時間（主として遅延時間測定装置内における遅延時間、以下「装置内遅延時間Ｔp」と呼ぶ。）との和である。音響遅延時間Ｔspは、音響空間２６０内で測定用パルス音３５がスピーカ６から出力されてから、マイク８により受信されるまでの遅延時間である。一方、装置内遅延時間Ｔpは、測定用パルス音の出力側の遅延時間Ｔp1と、応答信号の入力側の遅延時間Ｔp2とにより構成される。測定用パルス音の出力側の遅延時間Ｔp1は、測定用パルス音２１１が信号処理回路２からＤ／Ａ変換器４へ伝送される時間、Ｄ／Ａ変換器４による変換処理時間などを含んでいる。また、応答信号の入力側の遅延時間Ｔp2は、マイク８で集音された応答信号のＡ／Ｄ変換器１０内における変換処理時間、Ａ／Ｄ変換器１０から信号処理回路２への伝送時間などを含んでいる。

従って、仮に音響遅延時間Ｔspがゼロである（即ち、スピーカ６とマイク８とが接している状態）であったとしても、装置内遅延時間Ｔpが存在するため、信号遅延時間Ｔｄはゼロにはならない。言い換えれば、信号処理回路２から測定用パルス信号を出力した時点から、装置内遅延時間Ｔpに相当する期間内は、理論上応答信号が信号処理回路２に到達することはありえない。即ち、測定用パルス信号の出力後、この装置内遅延時間Ｔpに対応する期間（以下、「未応答期間」と呼ぶ。）内は応答信号が信号処理回路２へ到達するはずがない期間である。

図２（ａ）から図２（ｃ）に信号処理回路２が受信した応答信号の波形例を示す。図２（ａ）は、信号遅延時間Ｔｄをゼロと仮定した場合の応答信号波形を示す。横軸は時間を示すが、応答信号２１４がデジタル信号であるのでサンプル数で示してある。縦軸は応答信号のレベルを示す。時刻０において信号処理回路２が測定用パルス信号を出力し、仮に信号遅延時間Ｔｄがゼロであるとすると、図２（ａ）に示すように、応答信号は指数関数的に減衰していく波形を示す。

図２（ｂ）は一般的な音響空間の状態、即ち音響空間内においてスピーカとマイクとが数メートル離れている場合の応答信号波形を示す。測定用パルス信号は時刻０において信号処理回路２から出力される。応答信号は信号遅延時間Ｔdで信号処理回路２へ入力されている。

図２（ｃ）は音響空間内でスピーカとマイクを接して配置した場合の応答信号波形を示す。スピーカとマイクが接しているため音響遅延時間Ｔspはゼロであり、応答信号の遅延時間は装置内遅延時間Ｔpに相当する。図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示すように、通常の状態における信号遅延時間Ｔｄは、装置内遅延時間Ｔｐと音響遅延時間Ｔspの和である。また、信号処理回路２が測定用パルス信号を出力した時刻０から装置内遅延時間Ｔｐの間は、測定用パルス音の応答が信号処理回路２に到達するはずがない未応答期間であることがわかる。

図３に、信号処理回路２内の時間遅延測定に関連する構成を示す。信号処理回路２は大別して、音場判定処理部２ａと、信号遅延時間測定部２ｂとを含む。音場判定処理部２ａは、実際の遅延時間測定に先だって、音響空間のノイズ状態を判定し、遅延時間測定に使用する測定データを取得する部分である。具体的には、音場判定処理部２ａは、音響空間のＳ／Ｎを測定し、その測定結果に応じて遅延時間測定に使用される測定データの測定回数を決定する。そして、決定された測定回数にわたって同期加算により測定データを取得する。一方、信号遅延時間測定部２ｂは、音場判定処理部２ａが取得した測定データを使用して、音響空間における信号遅延時間を測定する。

図３に示すように、音場判定処理部２ａは、同期加算データバッファ２３１と、マイク入力バッファ２３２と、Ｓ／Ｎ判定部２３３と、相関判定部２３４と、スイッチ２３５とを含む。Ａ／Ｄ変換器１０から出力される応答信号２１４は、マイク入力バッファ２３２に供給される。マイク入力バッファ２３２は、測定用パルス信号を出力して行われる１回の測定により得られた応答信号２１４を一時的に保存した後、信号２１６として同期加算データバッファ２３１へ供給する。同期加算データバッファ２３１は、複数回の測定により得られた複数の応答信号２１４を同期加算し、その結果を保存する。

ここで、「同期加算」とは、複数の信号を、位相情報を保持したまま加算することをいう。複数回の同期加算を行うと、応答信号２１４に含まれる信号成分は、位相が同一であるので、２回の測定では２倍、３回の測定では３倍、ｎ回の測定ではｎ倍というふうに増加していく。これに対し、応答信号２１４に含まれるノイズ成分も複数回の測定によりその絶対量は増加するものの、２回の測定では√２倍、３回の測定では√３倍、ｎ回の測定では√ｎ倍というふうに増加していく。よって、同期加算回数が増えるほど、信号成分の増加分に対するノイズ成分の増加分の比が小さくなるため、Ｓ／Ｎが向上する。

図４（ａ）及び図４（ｂ）に、測定用パルス信号を出力して得られた応答信号２１４の例を示す。図４（ａ）はある１回の測定により得られた応答信号２１４の波形を示し、図４（ｂ）は他の１回の測定により得られた応答信号２１４の波形を示す。図示のように、応答信号２１４には音響空間に存在する暗騒音９２が含まれている。複数回の測定は、図１に示すようにスピーカ６及びマイク８を固定して行われるので、応答信号２１４に含まれる測定用パルス信号の応答成分９１（太線）は測定用パルス信号と相関を有し、毎回同じ位相で到来する。これに対し、音響空間に存在する暗騒音９２（細線）は測定用パルス信号とは無相関であるので、基本的に毎回異なる位相で到来する。図４（ａ）及び図４（ｂ）において、測定用パルス信号の応答成分９１は同位相であるが、暗騒音９２は位相が異なっている。従って、複数の応答信号２１４をｎ回同期加算することにより、測定用パルス信号の応答成分９１はｎ倍に増加するが、暗騒音９２は位相が異なるので√ｎ倍にしか増加しない。よって、複数回の測定で得られた応答信号２１４を同期加算することにより、√ｎ倍分Ｓ／Ｎを向上させることができる。理論的には、測定用パルス信号の応答成分９１が測定用パルス信号に対して完全な相関を有し、かつ、暗騒音９２が測定用パルス信号に対して完全に無相関であるとすると、同期加算回数が多いほどＳ／Ｎは改善する。具体的には、４回の測定によりＳ／Ｎは６ｄＢ向上し、８回の測定によりＳ／Ｎは９ｄＢ向上し、３２回の測定によりＳ／Ｎは１５ｄＮ向上する。

なお、実際の同期加算処理は、例えば以下のように行われる。同期加算回数がｎ回である場合、同期加算データバッファ２３１は、毎回マイク入力バッファ２３２から取得した応答信号２１４を１／ｎしたデータを保存する。よって、ｎ回の測定が完了すると、同期加算データバッファ２３１内にはｎ回の同期加算後の応答信号データが保存されていることとなる。なお、同期加算データバッファ２３１は、毎回１／ｎした応答信号データを加算していく代わりに、毎回の応答信号２１４のデータをそのまま加算していき、ｎ回の測定が終了した時点で加算結果を１／ｎする処理を行ってもよい。そして、同期加算データバッファ２３１は、同期加算後の応答信号データをスイッチ２３５へ供給する。

図３に戻り、応答信号２１４はＳ／Ｎ判定部２３３にも供給される。Ｓ／Ｎ判定部２３３は、複数回の測定の各回毎に音響空間のＳ／Ｎを算出し、予め決められた所望のＳ／Ｎ値と比較する。算出されたＳ／Ｎが所望のＳ／Ｎ値より大きくなったとき、Ｓ／Ｎ判定部２３３は測定を終了させるとともに、切替信号２１７によりスイッチ２３５を閉じ、同期加算データバッファ２３１内の応答信号データを信号遅延時間測定部２ｂへ供給する。

相関判定部２３４は、マイク入力バッファ２３２内に保存されている応答信号を信号２１８として受け取るとともに、同期加算データバッファ２３１内に保存されている応答信号を信号２１９として受け取り、それらの相関を判定する。そして、相関が所定の基準より低い場合には、相関判定部２３４は測定回数を増加させる。相関判定部２３４は、応答信号２１４に含まれる突発性ノイズを検出する役割を有する。図４（ｃ）に突発性ノイズ９６を含む応答信号２１４の波形例を示す。通常の応答信号２１４では、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すようにそのレベルが所定の閾値レベルを超えたとき、即ち、図４（ｃ）の波形９５が測定用パルス信号の応答成分であると判定される。しかし、図４（ｃ）に示すように、波形９５以前にレベルの大きい突発性ノイズ９６が存在すると、それを測定用パルス信号の応答成分であると誤判定する可能性がある。そこで、相関判定部２３４は、毎回の測定で得られる応答信号２１４と、それ以前に得られた応答信号、即ち同期加算データバッファに格納されている応答信号との相関を判定する。そして、判定された相関が所定の相関基準より小さい場合には、相関判定部２３４は、図４（ｃ）に例示するような突発性ノイズが発生したと判断し、測定回数を増加させることとする。これにより、同期加算データバッファ内に格納されている同期加算後の応答信号データに対する、突発性ノイズの影響を除去することができる。

具体的な相関の判定方法の１つは、図４（ａ）から図４（ｃ）に示すような応答信号２１４間の相関値を算出し、それを所定の基準相関値と比較する方法が挙げられる。また、他の方法としては、応答信号２１４に含まれる測定用パルス信号の応答成分９５の最大値位置を検出した後、その位置を過去に得られた応答信号に含まれる測定用パルス信号の応答成分９５の最大値位置と比較する方法がある。測定パルス用信号の応答成分の最大値位置は、各回の測定においてほぼ同一位置となるはずであり、少なくとも数サンプルの範囲内にあるはずである。これに対し、図４（ｃ）に示すように、突発性ノイズは測定用パルス信号とは無関係に発生する。よって、今回得られた測定用パルス成分の最大値位置が、過去に検出された測定用パルス信号の応答成分の最大値位置から所定サンプル数ｘ以上離れた位置で検出された場合には、それは突発性ノイズであるものと推定し、相関が低いとの結果を出力すればよい。

次に、信号遅延測定部２ｂについて説明する。スイッチ２３５を介して同期加算データバッファ２３１から供給された同期加算後の応答信号データ２１５は微分回路２５１に入力される。微分回路２５１は応答信号データ２１５を微分して絶対値（ＡＢＳ）を算出し、比較器２５２へ供給する。

暗騒音測定部２５３は、後述する暗騒音測定期間Ｔｍにおいて応答信号２１４から暗騒音レベルを検出し、その最大レベル値を閾値決定部２５４へ供給する。閾値決定部２５４は、暗騒音の最大レベル値より所定値だけ大きい閾値ＴＨを決定し、比較器２５２へ入力する。

メモリ２５５は、装置内遅延時間Ｔｐを記憶しており、この値を比較器２５２へ入力する。比較器２５２は、微分回路２５１から入力された応答信号の微分信号を、閾値決定部２５４から入力された閾値と比較して信号遅延時間Ｔdを算出する。但し、比較器２５２は、メモリ２５５から供給された装置内遅延時間Ｔｐに基づいて、信号処理回路２が測定用信号２１１を出力した時刻から、上記装置内遅延時間Ｔｐまでの期間である未応答期間では、応答信号の微分値と閾値ＴＨとの比較処理を行わない。

図２（ｄ）から図２（ｆ）に比較器２５２における比較処理の様子を示す。図２（ｄ）は微分回路２５１から出力される応答信号の微分波形を示す。横軸は時間であり、縦軸は微分値（絶対値：ＡＢＳ）である。図２（ｂ）に示す応答信号波形の立上り時間に、その微分波形７０が現れている。

図２（ｅ）は図２（ｄ）の波形図に暗騒音の波形例を加えて示したものである。図示のように暗騒音８０中に閾値ＴＨを超える暗騒音成分７５が含まれていると、比較器２５２はこれを応答信号７０と誤判定する可能性がある。しかし、図２（ｅ）に示すように、装置内遅延時間Ｔｐを未応答期間として設定し、未応答期間内では応答信号に対応するパルス７０が到来するはずはないとして、比較器２５２は比較処理を行わない。よって、未応答期間内において閾値を超える暗騒音成分７５が含まれていても、それを応答信号であると誤判定することが防止される。

次に、暗騒音測定部２５３における測定について説明する。上述のように、測定用パルス音を出力した時刻０から装置内遅延時間Ｔｐの間は測定用パルス音の応答が到来するはずのない期間であり、かつ、その直後に応答信号が到来するはずの時間である。よってこの期間は、応答期間の比較処理を実行する直前の暗騒音レベルを取得することができるので、閾値ＴＨ決定の元になる暗騒音レベルを検出する期間としては非常に好ましいといえる。そこで、暗騒音測定部２５３は、時刻０から装置内遅延時間Ｔｐ内に暗騒音レベルを測定し、閾値決定手段２５４はそれに基づいて、その直後の比較処理において比較器２５２が使用する閾値ＴＨを決定する。

具体的には、図３に示すように、暗騒音測定部２５３はメモリ２５５から装置内遅延時間Ｔｐを受け取り、信号処理回路２が測定用パルス音信号を出力した時刻０から装置内遅延時間Ｔｐの期間を暗騒音測定期間Ｔｍとして設定する。そして、その暗騒音測定期間Ｔｍ内に暗騒音を測定し、その最大レベルを閾値決定部２５４へ供給する。これにより、各回の信号遅延時間の測定時における暗騒音レベルに基づいて決定された閾値を使用して、信号遅延時間を正確に測定することが可能となる。

次に、信号遅延時間測定処理について説明する。図５は信号遅延時間測定処理のフローチャートである。また、図６は図５に示す信号遅延時間測定処理中の音場判定処理のフローチャートであり、図７は図６に示す音場判定処理中の音場測定処理のフローチャートである。なお、以下の信号遅延時間測定処理は、主として信号処理回路２が他の各構成要素を制御することにより実施される。

図５に示すように、まず、音場判定処理が行われる。音場判定処理においては、まず関数Repeat_Num[]に系列[4,4,24]をセットする（ステップＳ２０１）。ここで、関数Repeat_Num[ ]は、測定回数を規定する関数である。Repeat_Num[n1,n2,n3]において、ｎ１は測定の初期設定回数、ｎ２は１次追加回数、ｎ３は２次追加回数を示す。よって、ステップＳ２０１では、初期設定回数が４回、１次追加回数が４回、２次追加回数が２４回に設定される。よって、本実施例では、合計測定回数は最大で３２回となる。

次に、音響空間２６０において、測定用パルス信号（テスト信号）を発することなく、マイク８で暗騒音を測定し、その値をノイズレベルＮａとする（ステップＳ２０２）。続いて、Counter_a、Counter_b、Burstの３つのカウンタがクリアされる（カウンタ値＝０とされる）（ステップＳ２０３）。なお、Counter_aは全測定回数を示す。Counter_bは現在の測定が、上記の初期設定回数、１次追加回数、２次追加回数のいずれに含まれているかを示す。具体的には、Counter_b＝０であれば現在の測定は初期設定回数中の測定であり、Counter_b＝１であれば現在の測定は１次追加回数中の測定であり、Counter_b＝２であれば現在の測定は２次追加設定回数中の測定である。

次に、同期加算データバッファ２３１がクリアされる（ステップＳ２０４）。そして、音場測定処理が実施される（ステップＳ２０５）。

音場測定処理の詳細を図７に示す。まず、関数Repeat_Num[Counter_b]が読み出され、測定回数を示す変数Ｐにセットされる（ステップＳ３０１）。これにより変数Ｐには、初期設定回数「４」がセットされる。次に、Counter_cがクリアされ、Counter_c＝０となる（ステップＳ３０２）。なお、Counter_cは、初期設定回数、１次追加回数、２次追加回数のうちの現在の回数を示す。

こうして、１回目の測定が行われる。具体的には、まずマイク８により音響空間２６０内の音声の取り込みが開始され、続いて測定用パルス信号がテスト信号として出力される（ステップＳ３０３）。これにより、１回目の測定による応答信号が取得され、マイク入力バッファ２３２に格納される。

次に、Counter_a＝０であるか否かが判定される（ステップＳ３０４）。１回目の測定では、Counter_a＝０であるので、処理はステップＳ３０６へ進む。そして、マイク入力バッファ２３２に格納されている応答信号から、装置内遅延時間Ｔｐ中のノイズレベルＮｂが算出される（ステップＳ３０６）。前述のように、このノイズレベルＮｂは、測定用パルス信号に対する音響空間の応答成分が到来しない未応答期間中のノイズレベルを示す。

次に、マイク入力バッファ２３２内の応答信号が同期加算データバッファ２３１に供給され、同期加算後の応答信号データが格納される（ステップＳ３０７）。そして、Counter_a及びCounter_cがそれぞれインクリメントされる（ステップＳ３０８、Ｓ３０９）。

次に、Counter_cが変数Ｐ以上となったか否かが判定される（ステップＳ３１０）。これは、初期設定回数の測定（本例では４回）が終了したか否かを判定している。ステップＳ３１０がＮｏの場合、処理はステップＳ３０３へ戻り、ステップＳ３０３〜Ｓ３１０を繰り返す。こうして、初期設定回数の測定が終了すると（ステップＳ３１０；Yes）、Counter_bがインクリメントされ（ステップＳ３１１）、処理は図６に示す音場判定処理へ戻る。

なお、ステップＳ３０４でCounter_aの値が「０」でないと判定された場合、即ち２回目以降の測定の場合には、過去の応答信号データを用いて前述の相関判定が行われる（ステップＳ３０５）。そして、今回の測定で得られた応答信号と過去の応答信号データとの相関が所定基準より低いと判定された場合、フラグBurstに「１」がセットされる。なお、フラグBurstは前述の突発性ノイズの有無を示すフラグであり、突発性ノイズが検出されると「１」にセットされる。

図６の音場判定処理に戻り、ステップＳ２０６ではノイズレベルＮａとＮｂが比較され、大きい方がノイズレベルＮとして保存される。なお、ノイズレベルＮａは複数回の音場測定を開始する前の時点で測定されたノイズレベルであり、ノイズレベルＮｂは複数回の音場測定中に毎回測定されたノイズレベルである。よって、過去において検出された最大のノイズレベルＮを用いて後述のＳ／Ｎが算出されることになる。さらに、同期加算データバッファ２３１内に格納されている応答信号データを用いて信号レベルＳが算出される（ステップＳ２０７）。この信号レベルＳも後述のＳ／Ｎの算出に使用される。

次に、Counter_b＝２であるか否かが判定される（ステップＳ２０８）。前述のようにCounter_bは現在の測定が初期設定回数中の測定であるか、１次追加回数中の測定であるか、２次追加回数中の測定であるかを示しており、Counter_b＝２である場合には、それは既に初期設定回数、１次追加回数及び２次追加回数の全ての測定が完了したことを意味している。よって、ステップＳ２０８がＹｅｓの場合、音場判定処理は終了する。

一方、ステップＳ２０８がＮｏの場合、フラグBurst＝１であるか否かが判定される（ステップＳ２０９）。ステップＳ２０９がＹｅｓの場合、それは過去の測定において突発性ノイズが検出されたことを示している。よって、突発性ノイズの影響を除去するために、処理はステップ２０５へ戻り、音場測定処理を繰り返す。

ステップＳ２０９がＮｏの場合、ステップＳ２０６で得られたノイズレベルＮと、ステップＳ２０７で得られた信号レベルＳを用いてＳ／Ｎが算出され、所望のＳ／Ｎ値の最小値ＳＮrefより大きいか否かが判定される（ステップＳ２１０）。所望のＳ／Ｎ値より大きい場合、それまでの測定により得られた応答信号データは所望のＳ／Ｎ値を満たすものであるので、処理は図５に示す信号遅延時間測定へ戻る（ステップＳ２１０：Yes）。一方、所望のＳ／Ｎ値より小さい場合、さらにＳ／Ｎを改善すべく処理はステップＳ２０５へ戻る。

こうして、所望のＳ／Ｎが得られるまで（ステップＳ２１０：Yes）、又は、初期設定回数、１次追加回数及び２次追加回数の全ての測定が完了するまで、音場測定処理が繰り返し実行される。その結果、複数回の測定で応答信号データが同期加算された効果により所望のＳ／Ｎが得られるか、又は、最大回数にわたり測定が行われた後で得られた応答信号データに基づいて、その後の信号遅延時間測定が行われることになる。また、測定中に突発性ノイズが検出された場合には、その影響を排除するために、さらに測定が繰り返される。よって、いずれの場合にも、必要最小限の時間で、精度の高い応答信号データを得ることが可能となる。

さて、こうして音場判定処理が終了すると、処理は図５に示す信号遅延時間測定処理に戻る。そして、音場判定処理により得られた測定データ、即ち、同期加算データバッファ２３１に格納されている応答信号データを用いて、信号遅延時間測定部２ｂが前述の方法により遅延時間を判定する（ステップＳ２５０）。そして、その結果が保存されるとともに、モニタなどに表示され（ステップＳ２６０）、処理は終了する。

次に、ノイズレベルの測定方法について説明する。上記の実施例では、音場判定処理を実行する前の段階でノイズレベルＮａを測定するとともに（ステップＳ２０２、以下、「事前測定」とも呼ぶ。）、毎回の音場測定処理において装置内遅延時間Ｔｐ中のノイズレベルＮｂを測定し（ステップＳ３０６、以下、「直前測定」とも呼ぶ。）、それらのうちの最大値をノイズレベルＮとしてＳ／Ｎを算出している。しかし、これは必須ではなく、事前測定又は直前測定のいずれか一方のみを採用してもよい。

事前測定のみを採用する場合には、ステップＳ２０６及びＳ３０６の処理を省略すればよい。ノイズレベルＮの変動が十分に小さくＳ／Ｎが変動しないとみなすことができる場合には、事前測定のみを行うこととしてもよい。この場合、ノイズの状態が最初に確定されるので、信号レベルＳを１度測定するのみでＳ／Ｎを取得し、測定回数を早い段階で決定することができるという利点がある。

他方、直前測定のみを採用する場合には、ステップＳ２０２及びＳ２０６を省略すればよい。図６及び図７の処理から理解されるように、直前測定により得られるノイズレベルＮｂは、複数回の測定で得られた同期加算後の測定データに基づいて得られるノイズレベルであり、音響空間におけるノイズの影響が低減されている状態のノイズレベルである。よって、事前測定によるノイズレベルＮｂを使用してＳ／Ｎを評価し、測定回数を決定することにより、実際の音響空間のノイズ状態により適合した測定を実施できることとなる。また、直前測定は事前測定より実際の特性測定時に近い時刻で実行されるので、その意味で実際の特性測定時のノイズ状態をより正確に示しており、実際の音響空間のノイズレベルにより適合した測定が実施可能となる。

［自動音場補正システム］
次に、本発明を適用した自動音場補正システムの実施例を図面を参照して説明する。

（Ｉ）システム構成
図８は、本実施例の自動音場補正システムを備えたオーディオシステムの構成を示すブロック図である。

図８において、本オーディオシステム１００には、ＣＤ（Compact disc）プレーヤやＤＶＤ（Digital Video Disc又はDigital Versatile Disc）プレーヤ等の音源１から複数チャンネルの信号伝送路を通じてデジタルオーディオ信号ＳFL，ＳFR，ＳC，ＳRL，ＳRR，ＳWF，ＳSBL及びＳSBRが供給される信号処理回路２と、測定用信号発生器３とが設けられている。

なお、本オーディオシステムは複数チャンネルの信号伝送路を含むが、以下の説明では各チャンネルをそれぞれ「ＦＬチャンネル」、「ＦＲチャンネル」などと表現することがある。また、信号及び構成要素の表現において複数チャンネルの全てについて言及する時は参照符号の添え字を省略する場合がある。また、個別チャンネルの信号及び構成要素に言及する時はチャンネルを特定する添え字を参照符号に付す。例えば、「デジタルオーディオ信号Ｓ」と言った場合は全チャンネルのデジタルオーディオ信号ＳFL〜ＳSBRを意味し、「デジタルオーディオ信号ＳFL」と言った場合はＦＬチャンネルのみのデジタルオーディオ信号を意味するものとする。

更に、オーディオシステム１００は、信号処理回路２によりチャンネル毎に信号処理されたデジタル出力ＤFL〜ＤSBRをアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器４FL〜４SBRと、これらのＤ／Ａ変換器４FL〜４SBRから出力される各アナログオーディオ信号を増幅する増幅器５FL〜５SBRとを備えている。これらの増幅器５で増幅した各アナログオーディオ信号ＳＰFL〜ＳＰSBRを、図１３に例示するようなリスニングルーム７等に配置された複数チャンネルのスピーカ６FL〜６SBRに供給して鳴動させるようになっている。

また、オーディオシステム１００は、受聴位置ＲＶにおける再生音を集音するマイクロホン８と、マイクロホン８から出力される集音信号ＳＭを増幅する増幅器９と、増幅器９の出力をデジタルの集音データＤＭに変換して信号処理回路２に供給するＡ／Ｄ変換器１０とを備えている。

ここで、オーディオシステム１００は、オーディオ周波数帯域のほぼ全域にわたって再生可能な周波数特性を有する全帯域型のスピーカ６FL，６FR，６C，６RL，６RRと、所謂重低音だけを再生するための周波数特性を有する低域再生専用のスピーカ６WFと、受聴者の背後に配置されるサラウンドスピーカ６SBL及び６SBRを鳴動させることで、受聴位置ＲＶにおける受聴者に対して臨場感のある音響空間を提供する。

各スピーカの配置としては、例えば、図１３に示すように、受聴者が好みに応じて、受聴位置ＲＶの前方に、左右２チャンネルのフロントスピーカ（前方左側スピーカ、前方右側スピーカ）６FL，６FRとセンタースピーカ６Cを配置する。また、受聴位置ＲＶの後方に、左右２チャンネルのスピーカ（後方左側スピーカ、後方右側スピーカ）６RL，６RRと左右２チャンネルのサラウンドスピーカ６SBL，６SBRを配置し、更に、任意の位置に低域再生専用のサブウーハ６WFを配置する。オーディオシステム１００に備えられた自動音場補正システムは、周波数特性、各チャンネルの信号レベル及び信号到達遅延特性を補正したアナログオーディオ信号ＳＰFL〜ＳＰSBRをこれら８個のスピーカ６FL〜６SBRに供給して鳴動させることで、臨場感のある音響空間を実現する。

信号処理回路２は、デジタルシグナルプロセッサ（Digital Signal Processor：ＤＳＰ）等で形成されており、図９に示すように、大別して信号処理部２０と、係数演算部３０とから構成される。信号処理部２０は、ＣＤ、ＤＶＤ、その他の各種音楽ソースを再生する音源１から複数チャンネルのデジタルオーディオ信号を受け取り、各チャンネル毎に周波数特性補正、レベル補正及び遅延特性補正を施してデジタル出力信号ＤFL〜ＤSBRを出力する。

係数演算部３０は、マイクロホン８で集音された信号をデジタルの集音データＤＭとして受け取り、周波数特性補正、レベル補正及び遅延特性補正のための係数信号ＳＦ1〜ＳＦ8、ＳＧ1〜ＳＧ8、ＳＤＬ1〜ＳＤＬ8をそれぞれ生成して信号処理部２０へ供給する。マイクロホン８からの集音データＤＭに基づいて信号処理部２０が適切な周波数特性補正、レベル補正及び遅延特性補正を行うことにより、各スピーカ６から最適な信号が出力される。

信号処理部２０は、図１０に示すようにグラフィックイコライザＧＥＱと、チャンネル間アッテネータＡＴＧ1〜ＡＴＧ8と、遅延回路ＤＬＹ1〜ＤＬＹ8とを備えている。一方、係数演算部３０は、図１１に示すように、システムコントローラＭＰＵと、周波数特性補正部１１と、チャンネル間レベル補正部１２と、遅延特性補正部１３とを備えている。周波数特性補正部１１、チャンネル間レベル補正部１２及び遅延特性補正部１３はＤＳＰを構成している。

周波数特性補正部１１がグラフィックイコライザＧＥＱの各チャンネルに対応するイコライザＥＱ1〜ＥＱ8の周波数特性を調整し、チャンネル間レベル補正部１２がチャンネル間アッテネータＡＴＧ1〜ＡＴＧ8の減衰率を調整し、遅延特性補正部１３が遅延回路ＤＬＹ1〜ＤＬＹ8の遅延時間を調整することで、適切な音場補正を行うように構成されている。

ここで、各チャンネルのイコライザＥＱ1〜ＥＱ5、ＥＱ7及びＥＱ8は、それぞれ帯域毎に周波数特性補正を行うように構成されている。即ち、オーディオ周波数帯域を例えば９つの帯域（各帯域の中心周波数をｆ1〜ｆ9とする。）に分割し、帯域毎にイコライザＥＱの係数を決定して周波数特性補正を行う。なお、イコライザＥＱ6は、低域の周波数特性を調整するように構成されている。

オーディオシステム１００は、動作モードとして自動音場補正モードと音源信号再生モードの２つのモードを有する。自動音場補正モードは、音源１からの信号再生に先だって行われる調整モードであり、システム１００の設置された環境について自動音場補正を行う。その後、音源信号再生モードでＣＤなどの音源１からの音響信号が再生される。本発明は、主として自動音場補正モードにおける補正処理に関するものである。

図１０を参照すると、ＦＬチャンネルのイコライザＥＱ1には、音源１からのデジタルオーディオ信号ＳFLの入力をオン／オフ制御するスイッチ素子ＳＷ12と、測定用信号発生器３からの測定用信号ＤＮの入力をオン／オフ制御するスイッチ素子ＳＷ11が接続され、スイッチ素子ＳＷ11はスイッチ素子ＳＷNを介して測定用信号発生器３に接続されている。

スイッチ素子ＳＷ11，ＳＷ12，ＳＷNは、図１１に示すマイクロプロセッサで形成されたシステムコントローラＭＰＵによって制御され、音源信号再生時には、スイッチ素子ＳＷ12がオン（導通）、スイッチ素子ＳＷ11とＳＷNがオフ（非導通）となり、音場補正時には、スイッチ素子ＳＷ12がオフ、スイッチ素子ＳＷ11とＳＷNがオンとなる。

また、イコライザＥＱ1の出力接点には、チャンネル間アッテネータＡＴＧ1が接続され、チャンネル間アッテネータＡＴＧ1の出力接点には遅延回路ＤＬＹ1が接続されている。そして、遅延回路ＤＬＹ1の出力ＤFLが、図８中のＤ／Ａ変換器４FLに供給される。

他のチャンネルもＦＬチャンネルと同様の構成となっており、スイッチ素子ＳＷ11に相当するスイッチ素子ＳＷ21〜ＳＷ81と、スイッチ素子ＳＷ12に相当するスイッチ素子ＳＷ22〜ＳＷ82が設けられている。そして、これらのスイッチ素子ＳＷ21〜ＳＷ82に続いて、イコライザＥＱ2〜ＥＱ8と、チャンネル間アッテネータＡＴＧ2〜ＡＴＧ8と、遅延回路ＤＬＹ2〜ＤＬＹ8が備えられ、遅延回路ＤＬＹ2〜ＤＬＹ8の出力ＤFR〜ＤSBRが図８中のＤ／Ａ変換器４FR〜４SBRに供給される。

更に、各チャンネル間アッテネータＡＴＧ1〜ＡＴＧ8は、チャンネル間レベル補正部１２からの調整信号ＳＧ1〜ＳＧ8に従って０ｄＢからマイナス側の範囲で減衰率を変化させる。また、各チャンネルの遅延回路ＤＬＹ1〜ＤＬＹ8は、位相特性補正部１３からの調整信号ＳＤＬ1〜ＳＤＬ8に従って入力信号の遅延時間を変化させる。

周波数特性補正部１１は、各チャンネルの周波数特性を所望の特性となるように調整する機能を有する。図１２（Ａ）に示すように、周波数特性補正部１１は、バンドパスフィルタ１１ａ、係数テーブル１１ｂ、利得演算部１１ｃ、係数決定部１１ｄ、及び係数テーブル１１ｅを備えて構成される。

バンドパスフィルタ１１ａは、イコライザＥＱ1〜ＥＱ8に設定されている９個の帯域を通過させる複数の狭帯域デジタルフィルタで構成されており、Ａ／Ｄ変換器１０からの集音データＤＭを周波数ｆ1〜ｆ9と中心とする９つの周波数帯域に弁別することにより、各周波数帯域のレベルを示すデータ［ＰxJ］を利得演算部１１ｃに供給する。なお、バンドパスフィルタ１１ａの周波数弁別特性は、係数テーブル１１ｂに予め記憶されているフィルタ係数データによって設定される。

利得演算部１１ｃは、帯域毎のレベルを示すデータ［ＰxJ］に基づいて、自動音場補正時のイコライザＥＱ1〜ＥＱ8の利得（ゲイン）を周波数帯域毎に演算し、演算した利得データ［ＧxJ］を係数決定部１１ｄに供給する。即ち、予め既知となっているイコライザＥＱ1〜ＥＱ8の伝達関数にデータ［ＰxJ］を適用することで、イコライザＥＱ1〜ＥＱ8の周波数帯域毎の利得（ゲイン）を逆算する。

係数決定部１１ｄは、図１１に示すシステムコントローラＭＰＵの制御下でイコライザＥＱ1〜ＥＱ8の周波数特性を調節するためのフィルタ係数調整信号ＳＦ1〜ＳＦ8を生成する。（なお、音場補正の際に、受聴者の指示する条件に応じて、フィルタ係数調整信号ＳＦ1〜ＳＦ8を生成するように構成されている。）
受聴者が音場補正の条件を指示せず、本音場補正システムに予め設定されている標準の音場補正を行う場合には、利得演算部１１ｃから供給される周波数帯域毎の利得データ［ＧxJ］によって係数テーブル１１ｅからイコライザＥＱ1〜ＥＱ8の周波数特性を調節するためのフィルタ係数データを読み出し、このフィルタ係数データのフィルタ係数調整信号ＳＦ1〜ＳＦ8によりイコライザＥＱ1〜ＥＱ8の周波数特性を調節する。

即ち、係数テーブル１１ｅには、イコライザＥＱ1〜ＥＱ8の周波数特性を様々に調節するためのフィルタ係数データが予めルックアップテーブルとして記憶されており、係数決定部１１ｄが利得データ［ＧxJ］に対応するフィルタ係数データを読み出し、その読み出したフィルタ係数データをフィルタ係数調整信号ＳＦ1〜ＳＦ8として各イコライザＥＱ1〜ＥＱ8に供給することで、チャンネル毎に周波数特性を調整する。

次に、チャンネル間レベル補正部１２について説明する。チャンネル間レベル補正部１２は、各チャンネルを通じて出力される音響信号の音圧レベルを均一にする役割を有する。具体的には、測定用信号発生器３から出力される測定用信号（ピンクノイズ）ＤＮによって各スピーカ６FL〜６SBRを個別に鳴動させたときに得られる集音データＤＭを順に入力し、その集音データＤＭに基づいて、受聴位置ＲＶにおける各スピーカの再生音のレベルを測定する。

チャンネル間レベル補正部１２の概略構成を図１２（Ｂ）に示す。Ａ／Ｄ変換器１０から出力される集音データＤＭはレベル検出部１２aに入力される。なお、チャンネル間レベル補正部１２は、基本的に各チャンネルの信号の全帯域に対して一律にレベルの減衰処理を行うので帯域分割は不要であり、よって図１２（Ａ）の周波数特性補正部１１に見られるようなバンドバスフィルタを含まない。

レベル検出部１２aは集音データＤＭのレベルを検出し、各チャンネルについての出力オーディオ信号レベルが一定となるように利得調整を行う。具体的には、レベル検出部１２aは検出した集音データのレベルと基準レベルとの差を示すレベル調整量を生成し、調整量決定部１２ｂへ出力する。調整量決定部１２ｂはレベル検出部１２aから受け取ったレベル調整量に対応する利得調整信号ＳＧ1〜ＳＧ8を生成して各チャンネル間アッテネータＡＴＧ1〜ＡＴＧ8へ供給する。各チャンネル間アッテネータＡＴＧ1〜ＡＴＧ8は、利得調整信号ＳＧ1〜ＳＧ8に応じて各チャンネルのオーディオ信号の減衰率を調整する。このチャンネル間レベル補正部１２の減衰率調整により、各チャンネル間のレベル調整（利得調整）が行われ、各チャンネルの出力オーディオ信号レベルが均一となる。

遅延特性補正部１３は、各スピーカの位置と受聴位置ＲＶとの間の距離差に起因する信号遅延を調整する、即ち、本来同時に受聴者が聴くべき各スピーカ６からの出力信号が受聴位置ＲＶに到達する時刻がずれることを防止する役割を有する。よって、遅延特性補正部１３は、測定用信号発生器３から出力される測定用信号ＤＮによって各スピーカ６を個別に鳴動させたときに得られる集音データＤＭに基づいて各チャンネルの遅延特性を測定し、その測定結果に基づいて音響空間の位相特性を補正する。

具体的には、図１０に示すスイッチＳＷ11〜ＳＷ82を順次切り換えることにより、測定用信号発生器３から発生された測定用信号ＤＮを各チャンネル毎に各スピーカ６から出力し、これをマイクロホン８により集音して対応する集音データＤＭを生成する。測定用信号を例えばインパルスなどのパルス性信号とすると、スピーカ８からパルス性の測定用信号を出力した時刻と、それに対応するパルス信号がマイクロホン８により受信された時刻との差は、各チャンネルのスピーカ６とマイクロホン８との距離に比例することになる。よって、測定より得られた各チャンネルの遅延時間のうち、最も遅延量の大きいチャンネルの遅延時間に残りのチャンネルの遅延時間を合わせることにより、各チャンネルのスピーカ６と受聴位置ＲＶとの距離差を吸収することができる。よって、各チャンネルのスピーカ６から発生する信号間の遅延を等しくすることができ、複数のスピーカ６から出力された時間軸上で一致する時刻の音響が同時に受聴位置ＲＶに到達することになる。

図１２（Ｃ）に遅延特性補正部１３の構成を示す。遅延量演算部１３aは集音データＤＭを受け取り、パルス性測定用信号と集音データとの間のパルス遅延量に基づいて、各チャンネル毎に音場環境による信号遅延量（時間）を演算する。遅延量決定部１３ｂは遅延量演算部１３aから各チャンネル毎に信号遅延量を受け取り、一時的にメモリ１３cに記憶する。全てのチャンネルについての信号遅延量が演算され、メモリ１３cに記憶された状態で、調整量決定部１３bは最も大きい信号遅延量を有するチャンネルの再生信号が受聴位置ＲＶに到達するのと同時に他のチャンネルの再生信号が受聴位置ＲＶに到達するように、各チャンネルの調整量を決定し、調整信号ＳＤＬ1〜ＳＤＬ8を各チャンネルの遅延回路ＤＬＹ1〜ＤＬＹ8に供給する。各遅延回路ＤＬＹ1〜ＤＬＹ8は調整信号ＳＤＬ1〜ＳＤＬ8に応じて遅延量を調整する。こうして、各チャンネルの遅延特性の調整が行われる。なお、上記の例では遅延調整のための測定用信号としてパルス性信号を挙げているが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の測定用信号を用いてもよい。

本発明では、遅延量演算部１３ａは図３に示す各構成要素を備えている。暗騒音測定部２５３は装置内遅延時間Ｔｐを含む暗騒音測定機関Ｔｍ内に暗騒音の最大レベルを測定し、閾値決定部２５４はその最大レベルに基づいて閾値ＴＨを決定する。また、微分回路２５１は各チャンネルの再生信号を微分して絶対値を算出する。比較器２５２は未応答期間、即ち測定用信号の出力時刻から装置内遅延時間Ｔｐが経過するまでの期間は比較処理を行わず、未応答期間の経過後に再生信号の絶対値と閾値を比較して信号遅延量Ｔｐを決定する。この処理は各チャンネルについて行われる。

（ＩＩ）自動音場補正
次に、かかる構成を有する自動音場補正システムによる自動音場補正の動作について説明する。

まず、オーディオシステム１００を使用する環境としては、受聴者が、例えば図１３に示したように複数のスピーカ６FL〜６SBRをリスニングルーム７等に配置し、図８に示すようにオーディオシステム１００に接続する。そして、受聴者がオーディオシステム１００に備えられているリモートコントローラ（図示省略）等を操作して自動音場補正開始の指示をすると、システムコントローラＭＰＵがこの指示に従って自動音場補正処理を実行する。

次に、本発明の自動音場補正における基本的な原理を説明する。先に述べたように、自動音場補正において行う処理は、各チャンネルの周波数特性補正、音圧レベルの補正及び遅延特性補正がある。自動音場補正処理の概要を図１４のフローチャートを参照して説明する。

始めに、ステップＳ１０で、周波数特性補正部１１がイコライザＥＱ1〜ＥＱ8の周波数特性を調整する処理が行われる。次に、ステップＳ２０のチャンネル間レベル補正処理で、チャンネル間レベル補正部１２により、各チャンネルに設けられているチャンネル間アッテネータＡＴＧ1〜ＡＴＧ8の減衰率を調節する処理が行われる。次に、ステップＳ３０の遅延特性補正処理で、遅延特性補正部１３により、全チャンネルの遅延回路ＤＬＹ1〜ＤＬＹ8の遅延時間を調整する処理が行われる。この順序で本発明による自動音場補正が行われる。

次に、各処理段階の動作を順に詳述する。まず、ステップＳ１０の周波数特性補正処理について、図１５を参照して説明する。図１５は本実施例による周波数特性補正処理のフローチャートである。なお、図１５に示す周波数特性補正処理は、各チャンネルの周波数特性補正処理に先だって、各チャンネルの遅延測定を行う。ここで、遅延測定とは、測定用信号を信号処理回路２が出力してから、それに対応する集音データが信号処理回路２に到達するまでの遅延時間Ｔｄを各チャンネル毎に事前に測定する処理である。図１５においては、ステップＳ１００〜Ｓ１０６がこの遅延測定処理に対応し、ステップＳ１０８〜Ｓ１１５が実際の周波数特性補正処理に対応している。

図１５において、信号処理回路２は、まず複数のチャンネルのうちの１つのチャンネルについて例えばパルス性の遅延測定用信号を出力し、これがスピーカ６から測定用信号音として出力される（ステップＳ１００）。この測定用信号音は、マイクロホン８により集音され、集音データＤＭが信号処理回路２へ供給される（ステップＳ１０２）。信号処理回路２内の周波数特性補正部１１は遅延時間Ｔｄを演算し、内部メモリなどに記憶する（ステップＳ１０４）。これらステップＳ１００〜Ｓ１０４の処理を全てのチャンネルについて行うことにより（ステップＳ１０６：Yes）、全てのチャンネルについての遅延時間Ｔｄがメモリに格納されたことになる。こうして、遅延時間測定が完了する。

次に、各チャンネルについて、周波数特性補正を行う。即ち、信号処理回路２は１つのチャンネルについてピンクノイズなどの周波数特性測定用信号を出力し、これがスピーカ６から測定用信号音として出力される（ステップＳ１０８）。この測定用信号音はマイクロホン８により集音され、集音データが信号処理回路２の周波数特性補正部１１内で取得される（ステップＳ１１０）。そして、周波数特性補正部１１内の利得演算部１１ｃが集音データを分析し、係数決定部１１ｄがイコライザ係数を設定し（ステップＳ１１２）、そのイコライザ係数に基づいてイコライザが調整される（ステップＳ１１４）。こうして、１つのチャンネルについて、集音データに基づいて周波数特性の補正が完了する。この処理を全てのチャンネルについて行い（ステップＳ１１６；Yes）、周波数特性補正処理が終了する。

次に、ステップＳ２０のチャンネル間レベル補正処理が行われる。チャンネル間レベル補正処理は、図１６に示すフローに従って行われる。なお、チャンネル間レベル補正処理では、先の周波数特性補正処理により設定されたグラフィックイコライザＧＥＱの周波数特性を上記周波数特性補正処理で調整した状態に維持して行う。

図１０に示す信号処理部２０において、まずスイッチＳＷ11をオンにすると同時にスイッチＳＷ1をオフとすることにより、１つのチャンネル（例えばＦＬチャンネル）に測定用信号ＤＮ（ピンクノイズ）が供給され、その測定用信号ＤＮがスピーカ６FLから出力される（ステップＳ１２０）。マイクロホン８はその信号を集音し、増幅器９及びＡ／Ｄ変換器１０を通じて集音データＤＭが係数演算部３０内のチャンネル間レベル補正部１２へ供給される（ステップＳ１２２）。チャンネル間レベル補正部１２では、レベル検出部１２aが集音データＤＭの音圧レベルを検出し、調整量決定部１２bへ送る。調整量決定部１２bは、目標レベルテーブル１２cに予め設定されている所定の音圧レベルと一致するようにチャンネル間アッテネータＡＴＧ1の調整信号ＳＧ1を生成し、チャンネル間アッテネータＡＴＧ1へ供給する（ステップＳ１２４）。こうして、１つのチャンネルのレベルが所定のレベルと一致するように補正される。この処理を、各チャンネルに対して順に行い、全てのチャンネルについてレベル補正が完了した時点で（ステップＳ１２６：Yes）、処理は図１４のメインルーチンへ戻る。

次に、ステップＳ３０の遅延特性補正処理が図１７に示すフローに従って行われる。まず、１つのチャンネル（例えばＦＬチャンネル）について、ＳＷ11をオンにすると同時にＳＷ12をオフとして、測定用信号ＤＮをスピーカ６から出力する（ステップＳ１３０）。次に、出力された測定用信号ＤＮをマイクで集音し、集音データＤＭが係数演算部３０内の遅延特性補正部１３に入力される（ステップＳ１３２）。

遅延量演算部１３ａは、前述のように図３に示す各構成要素を含んでいる。遅延量演算部１３ａ内部では、同期加算データバッファ２３１内のデータが測定データとして使用され（ステップＳ１３２）、暗騒音測定部２５３が暗騒音レベルを測定する（ステップＳ１３４）。この測定は、暗騒音測定期間Ｔｍが終了するまで、即ち測定用パルス信号の出力時刻から、所定の装置内遅延時間Ｔｐを経過するまでの期間にわたり行われる。なお、この時間は未応答時間にも設定されており、その間は比較器２５２における比較処理は行われない。

そして、装置内遅延時間Ｔｐが経過すると（ステップＳ１３６；Yes）、未応答期間が終了する。よって、閾値決定部２５４は閾値を決定し（ステップＳ１３８）、比較器２５２は比較処理を実行して信号遅延量Ｔｄを算出する（ステップＳ１４０）。

この処理が他の全てのチャンネルについて実行される。全てのチャンネルについて処理が完了した時点で（ステップＳ１４２：Yes）、メモリ１３cには全てのチャンネルの遅延量が記憶されることになる。次に、係数演算部１３bはメモリ１３cの記憶内容に基づいて、全てのチャンネルのうち最大遅延量を有するチャンネルを基準とし、他の全てのチャンネルの信号が同時に受聴位置ＲＶに到達するように各チャンネルの遅延回路ＤＬＹ1〜ＤＬＹ8の係数を決定し、各遅延回路ＤＬＹに供給する（ステップＳ１３８）。これにより、遅延特性補正が完了する。

こうして、周波数特性、チャンネル間レベル及び遅延特性が補正され、自動音場補正が完了する。

［変形例］
なお、上記実施例においては本発明に係る信号処理を信号処理回路により実現する例を示したが、その代わりに、同一の信号処理をコンピュータ上で実行されるプログラムとして構成し、コンピュータ上で実行することにより実現することも可能である。この場合、該プログラムはＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤなどの記録媒体の形態で、又はネットワークなどを利用した通信により供給される。コンピュータとしては、例えばパーソナルコンピュータなどを利用することができ、周辺機器として複数のチャンネルに対応するオーディオインターフェース、複数のスピーカ及びマイクなどを接続する。パーソナルコンピュータ上で上記プログラムを実行することにより、コンピュータ内部又は外部に設けた音源を利用して測定用信号を発生し、これをオーディオインターフェース及びスピーカを介して出力し、マイクで集音することにより、コンピュータを使用して、上述の自動音場補正装置を実現することができる。

また、上記の実施例は、本発明に係る特性測定装置を音場特性を測定する自動音場補正装置に適用したものであったが、本発明による特性測定装置は、他の各種の特性測定に適用することができる。例えば、ある環境における光伝達特性、電波伝搬特性、電気回路特性、自動車の車間距離などの距離測定全般などに適用することができる。また、音響特性に適用する場合には、距離測定、レベル測定、周波数特性測定、定在波測定、スピーカ大小判定測定、スピーカ有無判定測定などに適用することができる。即ち、本発明の特性測定装置は、テスト信号を出力し、その応答を計測することにより測定対象の特性を測定する各種の測定装置に対して適用可能である。

本発明は、複数のスピーカにより音響を再生する環境において使用される音場制御システムに適用することができる。

Claims (12)

1. 測定対象の特性を測定する特性測定装置であって、
   前記測定対象に係る環境におけるノイズレベルを測定するノイズレベル測定手段と、
   前記ノイズレベルに基づいて、前記環境におけるノイズ状態を判定するノイズ状態判定手段と、
   前記ノイズ状態に基づいて測定回数を決定する測定回数決定手段と、
   前記測定回数にわたって前記測定対象の特性を測定し、測定結果を同期加算して出力する特性測定手段と、を備えることを特徴とする特性測定装置。
2. 前記環境における前記測定対象の信号レベルを測定する信号レベル測定手段を備え、前記ノイズ状態判定手段は、前記信号レベルと前記ノイズレベルに基づいて前記ノイズ状態を判定することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の特性測定装置。
3. 前記ノイズレベル測定手段は、前記測定対象の特性の測定に先立って前記ノイズレベルを測定することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の特性測定装置。
4. 前記ノイズレベル測定手段は、前記測定対象の特性の測定中に前記ノイズレベルを測定することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の特性測定装置。
5. 前記ノイズレベル測定手段は、前記測定対象の特性の測定に先立って前記ノイズレベルを測定するとともに前記測定対象の特性の測定中に前記ノイズレベルを測定し、
   前記ノイズ状態判定手段は、測定された最大のノイズレベルに基づいて前記ノイズ状態を判定することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の特性測定装置。
6. 前記測定回数決定手段は、前記ノイズ状態が悪いほど前記測定回数を多くすることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の特性測定装置。
7. 複数の前記測定結果の相関を判定する相関判定手段を備え、
   前記測定回数決定手段は、前記相関が所定の基準より低い場合に前記測定回数を多くすることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の特性測定装置。
8. 測定対象の特性を測定する特性測定装置であって、
   複数の測定回数にわたって前記測定対象の特性を測定し、測定結果を同期加算して出力する特性測定手段と、
   複数の前記測定結果の相関を判定する相関判定手段と、
   前記相関の判定結果に基づいて、前記測定回数を決定する測定回数決定手段と、を備えることを特徴とする特性測定装置。
9. 前記測定対象の特性は、音響特性、光伝達特性、電波伝搬特性、及び、電気回路特性のいずれかであることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の特性測定装置。
10. 前記音響特性は、音響空間の信号遅延特性、音圧レベル特性、周波数特性、スピーカ特性のいずれかであることを特徴とする請求の範囲第９項に記載の特性測定装置。
11. コンピュータ上で実行され、測定対象の特性を測定するための特性測定プログラムであって、
    測定対象に係る環境におけるノイズレベルを測定するノイズレベル測定手段、
    前記ノイズレベルに基づいて、前記環境におけるノイズ状態を判定するノイズ状態判定手段、
    前記ノイズ状態に基づいて測定回数を決定する測定回数決定手段、
    前記測定回数にわたって前記測定対象の特性を測定し、測定結果を同期加算して出力する特性測定手段として前記コンピュータを機能させることを特徴とする特性測定プログラム。
12. コンピュータ上で実行され、測定対象の特性を測定するための特性測定プログラムであって、
    複数の測定回数にわたって前記測定対象の特性を測定し、測定結果を同期加算して出力する特性測定手段、
    複数の前記測定結果の相関を判定する相関判定手段、
    前記相関の判定結果に基づいて、前記測定回数を決定する測定回数決定手段として前記コンピュータを機能させることを特徴とする特性測定プログラム。
    
    

Images