様々な周波数応答測定
APx500ソフトウエアには様々な周波数応答測定の機能があることはご存知で しょうか？ 実は以下の通り、10種類の測定機能があります。
- Frequency Response
- Continuous Sweep
- Acoustic Response
- Loudspeaker Production Test
- Stepped Frequency Sweep
- Bandpass Frequency Sweep
- Multitone
- Transfer Function – White Noise signal
- Transfer Function – Speech signal
- Signal Analyzer (FFT) – White Noise
図１のグラフは各測定機能を使って、ヘッドホンの周波数応答を示したものになります。
#1Frequency Response, #2Continuous Sweep, #3Acoustic Response, #4Loudspeaker Production Test の4つの測定は、同じ技術（指数関数サイン波、またはチャープ技術）を使っています。#1Frequency Responseはシンプルに結果を表示します。これはチャープ信号を使って、短時間で測定ができます。#2Continuous Sweepは位相応答や歪み率等が加わっています。これもチャープ信号を使って測定致します。#3Acoustic Responseと#4 Loudspeaker Production Testはアコースティックトランスデューサーやスピーカーやマイクロホン等を測定する際に利用致します。また、インパルス応答に対する時間窓やゲートを制御できるようにもなっています。これは、無響室でない場所における反射を除外する際に利用できます。
#4Loudspeaker Production Testは周波数応答や歪み率、位相応答、インパルス応答やスピーカーのRub and Buzzやインピータンス測定やThiele-Smallパラメーター等の測定に利用致します。#5Stepped Frequency Sweepは最も古典的な周波数応答の測定方法です。サイン波を規定の間の周波数においてサイン波を発生させ、スイープしていきます。そして周波数応答、THD+N、THDや位相応答を測定致します。チャープ信号を使った測定に比べると、時間を要しますが、周波数の関数として、ノイズや歪み率を測定する唯一のソリューションであり、デファクトスタンダードの測定方法でもあります。
#6Bandpass Frequency Sweepもサイン波を使ったスイープ測定です。アコースティックデバイスを測定する際に利用致しますが、フィルターを用いて、高感度な信号を使ったStepped Frequency Sweepになります。Stepped Frequency Sweep は、広帯域でフィルターがかかっていない為、ノイズや歪みが含まれた結果を表示しますが、この測定を使うと、選択したWindow枠内の結果になるので、非常に高感度な結果を得られます。
#7Multitone Analyzerはオルガンのような多くのトーンを同時に利用した測定で、全てのキーを同時に下げていくようなトーンの音になっています。この測定のメリットは、チャープのような短時間での測定もありますが、ノイズやStepped Frequency Sweepのような非調和相関信号も測定ができます。逆にデメリットとしては、クレストファクターがサイン波やノイズやTD+Nの値よりも非常に高い値がでてしまうことです。これは高調波歪みや混変調歪み等が含まれている影響があります。
#8,9Transfer Functionはデバイスの周波数応答に変わる測定方法になります。昨今のモバイルハンドセットなどの通信機器はサイン波や他の信号を打ち消す最適な信号処理を行っており、従来の測定では、問題となっていました。Transfer functionはソースまたは刺激信号と応答信号の間の相関性を見出す測定になります。Transfer function に欠かせないものは刺激信号が周波数内でエネルギーを持っていることです。広帯域のノイズはテスト用としては非常に大きな信号ですが、人間のスピーチを録音して利用しています。この信号は、100Hz以下や4-10kHzの低いところでは、エネルギーは保有していませんが、有用な測定を行うには、何秒かのスピーチの情報を平均化する必要があります。
#10Signal Analyzerはホワイトノイズを再生する際に、FFTスペクトラムから周波数応答を読み取ろうとする際に利用致します。多くの平均化が求められますが、フラットな周波数応答はフラットなスぺクラムを生み出します。
精度、解析度 全てのチャープをベースにした測定やTransfer functionは非常に高い解析度の測定になっています。短時間の測定の間に数千の測定ポイントを取得する精度となります。一方、Stepped frequency sweeps やMultitoneは100程度の測定ポイントで実行しております。 ノイズ耐性チャープをベースとした測定やMultitoneやBandpass Frequency Sweepは、あいまいなノイズに対して、高い耐性があります。一方 Stepped Frequency Sweepsや Transfer FunctionやSignal Analyzerはノイズを排除できませんし、また環境から発生するノイズによって、 バイアスされる結果となりえます。
詳細は以下のサイトをご参照願います。
www.ap.com/blog/how-many-ways-can-we-measure-frequency-response/
