株式会社 楽器音響札幌

NTi Audio スイープ測定についての考察(基礎編)

スイープ測定は、変化する入力パラメーター対して出力がどのような特性を示すかを調べる手法です。最もよく使われるスイープは、周波数を標準的なオーディオ帯域20 Hz~20 kHzで変化させるもので、オーディオ測定分野において広く用いられます。一方でスイープには様々な種類があります。本稿では各種スイープに関する概観、パラメーター、手法、用途について説明します。

スイープ測定をグラフ上にプロットさせる場合、Y軸が測定結果になります。そして何を測定するかによりグラフ名「~レスポンス」が決まります。例えば「増幅度レスポンス」、「インピーダンスレスポンス」、「位相レスポンス」となります。周波数レスポンスの場合は増幅度と位相の両方に当てはまります。一般的に、周波数レスポンスが増幅度レスポンスに代わる名称として使用されます。

周波数レスポンス

入力信号は、周波数または増幅度(X軸)が変化していきます。X軸の変化する値について特に指定が無い場合、通常は周波数が適用されます。

次に、スイープ入力信号がどのように変わるか、さらにパラメーターの設定方法について説明します。

グライドスイープ
グライドスイープ(またはチャープ)とは、周波数が時間と共に連続して増加または減少する信号です。スイープのスタート~ストップ周波数間における全ての周波数で、切れ目なく測定が実施されます。ステップスイープに対する利点は、測定する周波数解像度を下げることなくスイープの時間を短縮できることです。 被測定器のインパルスレスポンスが測定値から計算できます。これにより、増幅度、位相、歪みが計算されます。また、タイムウィンドウを使い不要な音の反射成分を低減させることができます。

グライドスイープ

グライドスイープはスイープ信号の時間間隔が正確にわかるので、オーディオアナライザとは別の被測定器により再生されたテスト信号の測定に適しています。測定システムにテスト信号のスタートを認識させるため、スイープ信号の先頭にショートトリガシーケンスを付加します。この手法は、オーディオ信号入力を持たない、例えばスマートフォンのような機器の測定に有効です。

グライドスイープに関する理論は数十年前から知られていましたが、オーディオ測定に応用されるようになったのは数年前からです。これは信号処理に高い演算能力が要求されるためです。

ステップスイープ
ステップスイープは、パラメーターとして周波数または増幅度をステップで増加または減少させます。アナライザは、ステップごとに安定した指示値を検出するまで次のステップへの移行を待ちます。ステップの目盛りはリニアか対数を選択できます。また、ステップごとの指示値の安定性(セトリング)をユーザーが定義できます。
ただし、測定対象により異なるセトリングタイムを予測できないため、ステップスイープの時間間隔を予め正確に定義することはできません。

増幅度や周波数レスポンスについては、大部分がグライドスイープに置き換えられています。そして、ステップスイープは主に機器のリニアリティ(直線性)を測定する場合に使用されます。リニアリティ測定では、信号周波数を一定に保つ一方で増幅度を変化させます。一般的に被測定器の増幅度と歪みが測定されます。この測定も「増幅度スイープ」といわれます。

リニアリティ測定

増幅度ウェイティング
変化させる入力パラメーターとして周波数が選択された場合、増幅度プロファイルを定義することができます。例えばアンプやスピーカーのイコライゼーションに応用することで、フラットな電気または音響信号出力を確保できます。この機能はグライドスイープとステップスイープのどちらにも適用できます。

タイムスイープ
タイムスイープではX軸に時間、Y軸に測定値(例えば増幅度)が表示されます。時間の経過に対する測定値の変化を観察できます。例えば被測定器のレスポンスが長時間にわたりどのように変化するか知ることができます。

テーブルスイープ
テーブルスイープは、周波数と増幅度を任意に定義します。ユーザーの希望する周波数と増幅度のペアで自由にシーケンス表に設定できます。

実測編のプレビュー
次回の 実測編 では、実用的なスイープ測定アプリケーションを取り上げます。

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