周波数変換の方法

質問

大変恐縮ですが分かる方、お知恵を貸してください。
私は今大学での研究で、ある建築物の1/25の縮尺模型を使った音響実験を行っています。
具体的には
(1)120Hz～4kHzの音を25倍の周波数3kHz～100kHzにした音源(wav)が必要で、
(2)模型内部の音響特性を測定し
(3)さらに録音した音の周波数を1/25倍にしようとしています。

この方法として
(1)原音のサンプリング周波数(fs)を25倍にして再生
(2)録音するサンプリング周波数は25*fs
(3)再現する音源のサンプリング周波数をfsにして再生(分析)

で実際に建築物内部の音響特性を再現しようとしています。
ですが(1)までは出来ているのですが(2)、(3)の方法が上手くいっていないためか再現した音では歪みが発生し、とても音響特性を付加した状態ではありませんでした。

周波数変換の方法が悪いのでしょうか？
何か気をつけることがありましたら教えてもらえないでしょうか。

機材についてはスピーカは再生周波数帯域を4kHz～40kHzと15kHz～100kHzのもの二つを使用し、
マイクやアンプも100kHzまで取扱可能な機材を使っています。
フィルターは3kHzまたは14kHzのハイパスをスピーカの前に通しているだけです。
分からなくて大変困っています。どなたかよろしくお願いいたします。

回答No.3

sinisorsa · ベストアンサー

#1です。
まず、信号波形を確認することをやってみた方がよいのでは
ないでしょうか。
実験を再現性のあるものにするためにも、
信号レベルの記録が必要になると思いますので。

スピーカアンプの入力
マイクアンプ出力（AD変換器の入力）
AD入力の適正レベルと比べてください。
matlabに読み込んだ信号波形とも比べて
ください。
地道にやってください。

また、MATLABで信号解析する場合、信号がディジタルですから、
基本的には、サンプリング周波数は解釈を変えるだけ
（周波数特性の横軸のスケーリングのみ）
ですよね。何も変える必要はないはずですね。
最終的に音にする（wavファイルにする）ときに
サンプリング周波数の指定を25分の1にするだけでよい
わけですね。

お礼

返信が遅れてすみませんでした。
地道に信号波形を比較していくことが大事なのですね。
分かりました。
いい機械だから精度も良いだろうと思って甘く見てたのがいけないのだと痛感しました。

サンプリング周波数を25分の1にするという方法は間違っていないんですね、やはり途中の信号の歪みなど調べていくことから始めたいと思います。

まだまだ学が足りない私にこのような親切な回答をしてくださって
本当にありがとうございます！
大学での研究を進めていく上で非常に励みになりました。

回答No.4

noname#252164

192KHzサンプリングのサウンドカードは95KHzの音を取り扱えません。
歪率計をつないで周波数特性計ってみてください。
60KHz以上はぐだぐだだと思われます。
また、8KHzサンプリングで4KHzの音を再生できることもありません。

また、204KHzサンプリングの音声を192KHzサンプリングで再生するということは、周波数が5％下がっているわけですよね？ここで変なコンバートしていると音がおかしくなるのは仕方ないと思われます。

まずはスピーカーやマイクを切り離して、PCの入出力が正しいかどうかの切り分けをしたほうがよいと思われます。

お礼

実際には192kHzのサウンドカードを通しても歪んでいる可能性もあるのですね。
ご指摘ありがとうございます。
サンプリングの設定ももう少し考えてみることにします。
丁寧な解答ありがとうございました。

回答No.2

noname#252164

録音機材は何を使ってますか？
原音のサンプリングレートが10KHz以上でしょうから、録音時のサンプリングレートは250KHｚ以上必要になり音響機材では取り扱えなくなりますよね。

補足

録音機材はB&Kの100kHzまで収録できるマイクで
250kHzまで対応している(確か)メジャーリングアンプを通して
サンプリングレートが192kHzまで対応しているオーディオインターフェイスを用いて
matlab上で録音・分析しています。

原音は8kHzのサンプリングレートで
25倍にして204ｋHzのサンプリングレートとなっています。
録音時は192kHzのサンプリングレートにして録音しています。
これが最高なのでとりあえず96kHzまででも十分なデータは取れるだろうとは思っています。
このちぐはぐな状態が良くないのでしょうか？？

回答No.1

sinisorsa

各段階の信号波形をオッシロスコープなどで確認していますか。
過大入力になっていませんか。
スピーカやマイクロフォンの周波数特性はフラットではありませんので、
補正をしていますか。？
入力信号は正弦波で、周波数を変えてなんども測定しているのですか。
TSP（時間拡大インパルス）のようなものをインパルスの代わりに
使っているわけではないのですか？

補足

素早い回答、ご指摘ありがとうございます。
今のところ各段階の信号波形はオシロスコープで確認していない状態ですが、過大入力の線も考えアンプの音量を絞ってみたのですが
似たような結果が得られました。

周波数特性に関する補正も行っていませんでした。
ということは実際に測定するスピーカとマイクを用いて無響室で至近距離で録音し、その音の逆特性を与えるフィルターを設計すればよろしいのでしょうか？

入力信号はとある楽器を録音したものと
その楽器を模して正弦波を足し合わせた合成音を用意しています。

また、この周波数変換したい音源とは別にTSP信号を用いて測定をしましたが、こちらは問題なく測定できました。