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音響計測技術の研究

• 研究背景

音声波形（左）が系（音響機器や残響のある部屋など）を通ることでスピーカの特性や残響がついたもの(右）となる。

　音響信号処理では、測定を行う際にスピーカやマイクロホンなどの音響機器を扱う。 しかし、それらの機器は特性を持っており、測定信号がその特性を受けることによって測定結果は影響を受ける。 例えばスピーカの周波数特性によって信号の成分が変化したり、マイクロホンの指向特性によって音の到来方向による感度差が生じたりする。 また、スピーカから発せられた音は空間を伝わることでその空間における伝達関数の影響を受ける。 これらの特性を予め知ったうえで信号処理を進めることが重要である。このためそれらの特性を計測する技術が必要となる。

• 研究目的

　測定実験を行う際に考慮が必要となる測定系や被測定系の特性の測定法を確立することが目的である。 具体的には、音響機器の周波数特性や室内伝達関数などの特性測定を行う際に生じる誤差を小さくする信号を開発することで、その特性を精確に短時間で得る測定が行えるようにする。 また、スピーカやヘッドホンはその特性に関して明らかになってない点（経時変化や、気温・湿度による影響）もあるため、それらを調査し判明させた上で、測定方法を確立させる。 さらに、近年測定にしばしば利用されるようになったノ−ト型パソコンや、USB接続のオーディオインターフェースの特性計測も目的としている。

• 基礎技術

↑TSP信号の波形（上）とスペクトログラム（下）。波形は左から右に行くほど周期が狭くなっている。また、スペクトログラムから周波数が直線的に大きくなっていることがわかる。

　スピーカの周波数特性や部屋の残響時間など測定系および非測定系の特性を測る指標としてインパルス応答がしばしば利用される。 インパルス（δ信号ともいう）とは時刻０でのみ値が１（ディジタル系の場合。アナログ系であれば∞）となり、それ以外の時刻では値が０となる信号である。このインパルスを系に入力することで得られるのがインパルス応答である。 このインパルス応答はインパルスを直接入力すれば得られる（この方法を直接法という）が、インパルスはエネルギーが小さいため、インパルス応答のSNR（信号対雑音比）が悪くなってしまう。 そこで、インパルスを時間軸で引き伸ばしたSS(Swept Sine：時間と共に周波数を変化させる正弦波)信号を利用することで、直接法のSNRの悪さを改善させることができる。 代表的なSS信号であるTSP信号は周波数領域において次式で定義される。

• 現在の研究内容
• 最適なSS信号の開発

上で示したTSP信号は、周囲雑音やスピーカで発生する高調波歪による影響で誤差が大きくなる。そこで、それら外部要因に対し最適化した誤差の小さいSS信号を開発することにより精度の高いインパルス応答を短時間の測定で得られるようにする。

• スピーカの特性計測の研究

スピーカの周波数特性や高調波歪特性の測定方法について研究を行う。具体的にはスピーカを長時間駆動させたときのそれらの特性の変化や、SS信号長を短くした場合に周波数特性がどこまで細かく再現できるかということを調べる。

• ヘッドホンの特性計測の研究

騒音に対する音声制御などの処理の際に行う受聴実験で使われるヘッドホン特性の計測方法に関する研究。その特性の計測はダミーヘッドの耳に掛けることで行うことができるが、掛け方による測定結果の違いなどについて検討する。

• USBオーディオインターフェースの特性の研究

近年、計測時に用いるAD/DA変換機としてUSB接続のオーディオインターフェースを利用する動きが広がっている。しかし、計測用に作られているわけではないため、必ずしもよいとは限らない。そこで、どのような特性を持っているのか、どのように評価したらよいかということを検討する。

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