JP2010263354A

JP2010263354A - Earphone, and earphone system

Info

Publication number: JP2010263354A
Application number: JP2009111858A
Authority: JP
Inventors: Masaharu Shimada; 正治島田; Haruhide Hokari; 治英穗刈; Masataka Yoshida; 正尭吉田
Original assignee: Nagaoka University of Technology NUC
Current assignee: Nagaoka University of Technology NUC
Priority date: 2009-05-01
Filing date: 2009-05-01
Publication date: 2010-11-18

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To implement an earphone system which obtains the same perception as presence of an original sound field space by canceling the individual difference in shape of listeners' ear auricles/cavum conchae. <P>SOLUTION: A cage dome 6 is installed in a space having an actual sound source 2 (original sound field space 1) so as to have the center located at an ear canal entrance 4 approximately, and sound pressure signals at a plurality of lattice points 7 of the cage dome 6 due to a sound wave radiated from the actual sound source 2 are observed. In a separately different place (reproduced sound field space 8), sound waves of sound pressure signals identical to the observed sound pressure signals are radiated from one or more lattice points 7 of the cage dome 6 to the ear canal entrance 4 or a cavum conchae 5. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、耳介および顔側面からの反射で音波面に影響しない大きさと形状を有しており、1以上の格子点毎に超小型のスピーカを籠の内側（外耳道入口側）方向に取り付けた籠ドーム超小型スピーカ群で受聴者の耳介もしくは耳甲介腔を覆い、原音場空間において音源から放射された籠ドームの複数の格子点における到来音波の音圧を、再生音場空間における籠ドーム超小型スピーカ群の複数のスピーカから放射される音圧と同じにすることによって、原音場空間と同じ音圧波面を籠ドーム内に再生することを特徴としているので、原音場空間と同等の臨場感を再生音場空間の籠ドーム内で知覚でき、かつ、籠ドームで頭部と耳介を分離しているので外耳道や耳介形状の違いによる個人差の特性を除去でき、そのため音源方向の検出〈知覚〉に有効であり、基本的なものである。 The present invention has a size and shape that does not affect the sound wave surface due to reflection from the pinna and the side of the face, and an ultra-small speaker is attached to the inner side of the heel (the ear canal entrance side) for each of one or more lattice points. Covering the listener's pinna or concha cavity with a group of ultra-small loudspeaker speakers, the sound pressures of the incoming sound waves at multiple lattice points of the saddle dome emitted from the sound source in the original sound field space The same sound pressure wavefront as that of the original sound field space is reproduced in the 籠 dome by making it the same as the sound pressure radiated from multiple speakers of the 籠 ultra-small speaker group. Can be perceived inside the 籠 dome in the reproduction sound field space, and the head and pinna are separated by the 籠 dome, so that the characteristics of individual differences due to differences in the external auditory canal and pinna shape can be eliminated. Direction detection <perception> It is effective and basic.

従来のダミーヘッド録音システムには、人間の頭部、耳介と胴体を模擬したダミーヘッドが用いられている。ダミーヘッドは人体形状に類似した構造物であって、頭部、胴体部から構成されており、特に耳介部分は人間の皮膚の柔らかさに近いシリコンゴムを使用している。一般にダミーヘッドと呼ばれるものの中には、Knowles Electronics社製のKEMAR、B&K社製のHATSが有名であり、日本では高研社製のSAMRAIがある。また、これらの製品はそれぞれアメリカ人の平均値、世界中の人種の平均値、日本人の平均値の大きさであって、現在でも有効に活用されている。ダミーヘッドの詳細については、たとえば、過去の文献で、非特許文献１がある。 In a conventional dummy head recording system, a dummy head simulating a human head, auricle and a torso is used. The dummy head is a structure similar to the shape of a human body, and is composed of a head portion and a torso portion. In particular, the auricle portion uses silicon rubber close to the softness of human skin. Among the so-called dummy heads, KEMAR made by Knowles Electronics and HATS made by B & K are famous, and SAMRAI made by Koken is known in Japan. In addition, these products are the average of Americans, the average of races around the world, and the average of Japanese, and are still being used effectively. As for details of the dummy head, for example, there is Non-Patent Document 1 in the past literature.

図4はダミーヘッド録音システムを模擬した図であり、図4(a)は頭部上部からの図、図4(b)は頭部側面からの図である。図4において21は原音場空間、22は音源、23はダミーヘッド、24は耳介、25は外耳道、26は鼓膜、27はマイク、28は増幅器、29は再生音場空間、30は受聴者、31はステレオイヤホンである。
音源22から放射された音波はダミーヘッド23の左右の耳介24に到達し、外耳道25を介して鼓膜26に達する。この鼓膜26位置にマイク27が組み込まれており、このマイク27の出力信号を増幅器28で大きくし、離れた再生音場空間29の受聴者30の両耳にステレオイヤホン31を装着して、増幅器28で増幅した信号をステレオイヤホン31で聴くことになる。通常、鼓膜26位置での収音は人間では出来ないので受聴者30の代わりにダミーヘッド23が用いられる。 FIG. 4 is a diagram simulating a dummy head recording system, in which FIG. 4 (a) is a view from the top of the head, and FIG. 4 (b) is a view from the side of the head. In FIG. 4, 21 is the original sound field space, 22 is the sound source, 23 is the dummy head, 24 is the pinna, 25 is the ear canal, 26 is the eardrum, 27 is the microphone, 28 is the amplifier, 29 is the reproduction sound field space, 30 is the listener , 31 are stereo earphones.
The sound wave radiated from the sound source 22 reaches the left and right pinna 24 of the dummy head 23 and reaches the eardrum 26 via the external auditory canal 25. A microphone 27 is incorporated at the eardrum 26 position, and the output signal of the microphone 27 is enlarged by an amplifier 28, and stereo earphones 31 are attached to both ears of a listener 30 in a remote reproduction sound field space 29, and the amplifier The signal amplified by 28 is listened to by the stereo earphone 31. Normally, the human head cannot pick up sound at the position of the eardrum 26, so the dummy head 23 is used instead of the listener 30.

このダミーヘッド23を原音場空間21、すなわち、コンサートホールや演劇場に持ち込み、マイク27で収音した信号を録音したのがダミーヘッド録音と呼ばれるものである。原音場空間21での収音は音源22からの方向定位と音質等（以下、ここではまとめて臨場感と呼称する）を含めダミーヘッド23に設置されているマイク27によって行われる。受聴者30は原音場空間21でのダミーヘッド23で聞いた鼓膜26位置での音の信号を聞かせられることになる。 This dummy head 23 is referred to as a dummy head recording when the dummy head 23 is brought into the original sound field space 21, that is, a concert hall or a theater, and a signal collected by the microphone 27 is recorded. Sound collection in the original sound field space 21 is performed by a microphone 27 installed on the dummy head 23, including direction orientation from the sound source 22, sound quality, and the like (hereinafter collectively referred to as presence). The listener 30 can hear the sound signal at the eardrum 26 position heard by the dummy head 23 in the original sound field space 21.

このマイク27の出力信号をステレオイヤホン31(もしくはヘッドホン)で聞くと、音像は頭外に定位するが前方には定位し難くなる。これは個人毎の頭部形状、耳介の大きさ、耳甲介腔の窪みの形状、外耳道の形状等の違いに因るものであり、過去から現在にいたるまで、未だに盛んに議論されている。
特に頭部中心を縦に切る平面、いわゆる正中面での方向知覚は難しく、前後誤判定現象が起こる(非特許文献２参照)。この理由は、上昇・下降角の方向知覚では音源22から両耳までの幾何学的位置が対称であるので左右両耳間の伝達関数がほぼ同じ、すなわち、両耳間時間差、両耳間レベル差がほとんどないので、前後の誤判定が生じるとされている。 When the output signal of the microphone 27 is heard with the stereo earphone 31 (or headphones), the sound image is localized outside the head but is difficult to localize forward. This is due to differences in the shape of the head, the size of the pinna, the shape of the concha cavity cavity, the shape of the external auditory canal, etc., and is still actively discussed from the past to the present. Yes.
In particular, it is difficult to perceive a direction on a plane that cuts the center of the head vertically, that is, a so-called median plane, and a front-back misjudgment phenomenon occurs (see Non-Patent Document 2). The reason for this is that the geometrical position from the sound source 22 to both ears is symmetric in the direction perception of the rise and fall angles, so the transfer function between the left and right ears is almost the same, that is, the time difference between both ears, the level between both ears. Since there is almost no difference, it is said that erroneous determination before and after occurs.

また、前記非特許文献２（p.18）から鼓膜26位置までの伝達関数は、通常頭部伝達関数HRTF(Head Related Transfer Function)と呼ばれ、音源22から頭部が存在しない頭部中心位置までの伝達関数を基準とした、音源22から鼓膜26位置までの伝達関数との比で表されている。
HRTFを以下、図を用いて説明する。 The transfer function from Non-Patent Document 2 (p.18) to the tympanic membrane 26 position is usually called the head related transfer function (HRTF), and the head center position where the head does not exist from the sound source 22 It is expressed as a ratio to the transfer function from the sound source 22 to the eardrum 26 position with reference to the transfer function up to
Hereinafter, HRTF will be described with reference to the drawings.

図5は頭部伝達関数(HRTF)の説明図であり、HRTFを図式化したものである。図5(a)は頭部上部からの図、図5(b)は頭部側面からの図である。
図5において、32は頭部中心位置、33は耳甲介腔、34は外耳道入口である。
音源22から、放射された音波は頭部へ伝播し、音源22からの直接波と頭部による回折波が両耳の耳介24に達する。HRTFの定義を式で表すと式(1)となる。

(1)
ここで、式(1)の分母の頭部中心位置32とは耳軸上にあって左右外耳道入口34の中心位置であり、自由空間音圧とは反射のない部屋で計測された音圧である。すなわち、式(1)の分母は音源から頭部中心位置32までの音波の伝播時間遅延のみの関数となる。耳介24では耳甲介腔33による窪みで音源22からの到来方向によって反射・回折が生じ、音波は外耳道入口34に達する。さらに音波は外耳道入口34から鼓膜26に達する。添え字のＲ，Ｌは右耳側、左耳側を表す。 FIG. 5 is an explanatory diagram of the head related transfer function (HRTF), which is a diagram of the HRTF. FIG. 5 (a) is a view from the top of the head, and FIG. 5 (b) is a view from the side of the head.
In FIG. 5, 32 is a head center position, 33 is a concha cavity, and 34 is an ear canal entrance.
The sound wave radiated from the sound source 22 propagates to the head, and the direct wave from the sound source 22 and the diffracted wave from the head reach the pinna 24 of both ears. When the definition of HRTF is expressed by an equation, equation (1) is obtained.

(1)
Here, the center position 32 of the head of the denominator of Equation (1) is the center position of the left and right ear canal entrance 34 on the ear axis, and free space sound pressure is the sound pressure measured in a room without reflection. is there. That is, the denominator of Equation (1) is a function of only the propagation time delay of the sound wave from the sound source to the head center position 32. In the auricle 24, reflection / diffraction occurs depending on the direction of arrival from the sound source 22 in the depression due to the concha cavity 33, and the sound wave reaches the ear canal entrance 34. Furthermore, sound waves reach the eardrum 26 from the ear canal entrance 34. The subscripts R and L represent the right ear side and the left ear side.

近年、その正中面上での方向知覚は、放射波面が耳介24に達したとき、耳甲介腔33の窪みによって、周波数スペクトル形状が音源の上昇角に依存して変化するため、損われることが再三数多く発表されている。たとえば、過去の文献では、非特許文献３がある。その内容は周波数スペクトル上のディップ（鋭い谷の特性）周波数が音源の上昇角度によって異なるからだという理由である。従って、頭部と耳介24形状に影響されない方向知覚の実現には、頭部と耳介24を分離し、その個人差を測定して音圧特性を補償する必要がある。また、前記非特許文献３によれば、片耳だけの耳介24で近傍、または周辺の音像定位知覚が可能であることも述べている。 In recent years, direction perception on the median plane is impaired because when the radiation wavefront reaches the pinna 24, the depression of the concha cavity 33 changes the frequency spectrum shape depending on the rising angle of the sound source. Many times have been announced. For example, in the past literature, there is Non-Patent Literature 3. The reason is that the dip (characteristic of sharp valley) frequency on the frequency spectrum varies depending on the rising angle of the sound source. Therefore, in order to realize direction perception that is not affected by the shape of the head and the auricle 24, it is necessary to separate the head and the auricle 24 and to measure the individual differences to compensate for the sound pressure characteristics. Further, according to Non-Patent Document 3, it is also described that sound image localization can be perceived in the vicinity of or around the pinna 24 with only one ear.

さらに、ダミーヘッド（擬似頭）23を用いて、耳介24を削ぎ落とした場合の頭部の回折効果と、耳介24だけの収音効果を切り分ける文献、たとえば、非特許文献４がある。この文献によれば、HRTFは以下のように分解できる。

(2) Further, there is a document that separates the diffraction effect of the head when the pinna 24 is scraped off using the dummy head (pseudo head) 23 and the sound collecting effect of the pinna 24 only, for example, Non-Patent Document 4. According to this document, HRTF can be decomposed as follows.

(2)

式(2)のように、第1項目は頭部の耳介24の有無であり耳介24による収音効果を、第2項目は外耳道25の有無であり外耳道25の効果を、第3項目は耳介24無しの到来音波の方向を表す頭部の回折波の効果を表し、それぞれ別々に計測することによって、個人差や伝達関数の特徴を得ることが可能であることを明らかにしている。また、方向定位知覚では左右両耳間のHRTFの比が重要となる。 As in equation (2), the first item is the presence or absence of the auricle 24 on the head and the sound collection effect by the auricle 24, the second item is the presence or absence of the ear canal 25 and the effect of the ear canal 25, the third item Represents the effect of the diffracted wave of the head that represents the direction of the incoming sound wave without the pinna 24, and clarifies that individual differences and transfer function characteristics can be obtained by measuring each separately. . In addition, the ratio of HRTF between the left and right ears is important for orientation localization.

一方、外耳道25に関する情報としては、前記非特許文献２（pp.20-29）に、外耳道25が1次音響管モデルでも十分であることを記述している。その理由は20kHz(人間の可聴周波数限界)以下では波長がほぼ1.7cm以上であり、その波長は外耳道25の断面の直径より十分大きいので、音波は外耳道25内で平面波になるからである。それ故にわざわざ鼓膜26位置まで超小型マイク27を設置しなくても(危険なことをしなくても)、外耳道入口34で左右の両耳間時間差・レベル差を観測すれば、十分であることが記述されている。近年の研究の多くは被験者の外耳道入口34で超小型マイク27を用いて測定している。 On the other hand, as information on the external auditory canal 25, the non-patent document 2 (pp. 20-29) describes that the primary acoustic tube model is sufficient for the external auditory canal 25. This is because the wavelength is approximately 1.7 cm or more below 20 kHz (human audible frequency limit), and the wavelength is sufficiently larger than the diameter of the cross section of the ear canal 25, so that the sound wave becomes a plane wave in the ear canal 25. Therefore, it is enough to observe the time difference and level difference between the left and right ears at the entrance 34 of the ear canal, even if you do not bother to install the ultra-small microphone 27 to the eardrum 26 position (even if you do not do anything dangerous). Is described. Many of the recent studies are measuring with a miniature microphone 27 at the subject's ear canal entrance 34.

このように、HRTFは複数の要因を含んだ関数であり、それぞれの要因が個人ごとによって異なる。また、前記文献を含む過去の文献の多くは、ダミーヘッド23によるもので、人間の実耳ではない。人間の実耳によるデータは一部あるが、自分の耳介24をシリコンゴムで、頭部を石膏で模擬したレプリカで構成し、その鼓膜26位置で収音したものである。わざわざレプリカを作成する必要がある。 In this way, HRTF is a function including a plurality of factors, and each factor varies from individual to individual. In addition, many of the past documents including the above-mentioned document are due to the dummy head 23 and are not human ears. Although there are some data from the real ears of human beings, their auricles 24 are composed of replicas simulating silicon rubber and the head with plaster, and sound is collected at the position of the eardrum 26. It is necessary to create a replica.

そこで、HRTFの汎用化を試みるために、これまで多くの研究発表があり、たとえば、あらかじめ多数の受聴者30の伝達関数から主成分分析法（非特許文献５参照）やクラスタリング手法（非特許文献６参照)を用いて、代表的な伝達関数を選択する方法などがある。
しかしながら、やはり、代表的な伝達関数であるので、多くの受聴者30に対して有効なステレオイヤホン31受聴による頭外音像定位の実現や、ロボットでの正確な音源方向の検出までに至っていない。 Therefore, in order to try to generalize HRTF, there have been many research presentations so far. For example, principal component analysis method (see Non-Patent Document 5) or clustering method (Non-Patent Document 5) from transfer functions of a large number of listeners 30 in advance. 6) to select a representative transfer function.
However, since it is also a typical transfer function, it has not yet been achieved to achieve out-of-head sound localization by listening to the stereo earphone 31 effective for many listeners 30 and to detect the accurate sound source direction with a robot.

本発明は、耳介・耳甲介腔・外耳道の形状における個人差を解消して正確な音像定位を実現し、原音場空間と同等の臨場感の知覚を再生音場空間で再現するためのイヤホンに関する基本的なシステムである。 The present invention eliminates individual differences in the shape of the pinna, concha cavity, and ear canal to achieve accurate sound image localization, and reproduces the perception of realism equivalent to the original sound field space in the reproduction sound field space. This is a basic system for earphones.

岡部馨：ダミーヘッドの現状、JAS Journal, pp.5-9, 1988年11月Satoshi Okabe: Current status of dummy heads, JAS Journal, pp.5-9, November 1988 イエンス・フ゛ラゥルト,森本政之,後藤敏幸：空間音響、鹿島出版、ISBN4-306-04197-2, pp.197-201, 1986Jens Braurt, Masayuki Morimoto, Toshiyuki Goto: Spatial Acoustics, Kashima Publishing, ISBN4-306-04197-2, pp.197-201, 1986 米沢義道、伊東一典：“パルス音の耳介による反射、散乱特性”、電子情報通信学会論文誌A, Vol.J70-A, No.8, pp.1186-1194,1987年8月Yoshimichi Yonezawa, Kazunori Ito: “Reflection and scattering characteristics of pulsed sound by pinna”, IEICE Transactions A, Vol.J70-A, No.8, pp.1186-1194, August 1987 K.Sugiyama:“Sound collection effect of a pinna of an artificial head”,Acoust. Sci. & Tech. 24, 5 2003K. Sugiyama: “Sound collection effect of a pinna of an artificial head”, Acoust. Sci. & Tech. 24, 5 2003 D.Kistler,F.Wightman, “A model of head-related transfer functions based on principal components analysis and minimum-phase reconstruction”, J.Acoust.Soc.Am.,vol.91, No.3,pp.1638−1647, 1992D. Kistler, F. Wightman, “A model of head-related transfer functions based on principal components analysis and minimum-phase reconstruction”, J. Acoust. Soc. Am., Vol. 91, No. 3, pp. 1638− 1647, 1992 S.Shimada, N.Hayashi, S.Hayashi:“A Clustering Method for Sound Localization Transfer Functions”, J.Audio.Eng.Soc., Vol.42, No.7/8,pp.577-584,1994S. Shimada, N. Hayashi, S. Hayashi: “A Clustering Method for Sound Localization Transfer Functions”, J. Audio. Eng. Soc., Vol. 42, No. 7/8, pp. 577-584, 1994 Berkhortらの著書：Direct sound enhancement by wave field synthesis, Delft University of Technology, ISBN 90-9010708-8,1997Berkhort et al .: Direct sound enhancement by wave field synthesis, Delft University of Technology, ISBN 90-9010708-8, 1997

前述のごとく、HRTFは音源入力信号から外耳道入口（もしくは鼓膜）に設置した超小型マイクの出力信号までの伝達関数を測定し、音圧を算出しているので、頭部と耳介・耳甲介腔の個人差の双方を含んだ伝達関数であり、頭部による回折波の影響と、耳介・耳甲介腔の窪みによる音波の反射・回折の影響をうけた結合特性であることがわかる。
従って、正確な音像定位をステレオイヤホン受聴により実現する場合や、音源方向推定をロボットで行う場合では、実体と同じ耳介・耳甲介腔のレプリカと頭部形状のレプリカを用意しなければならない。 As mentioned above, HRTF measures the transfer function from the sound source input signal to the output signal of the micro microphone installed at the ear canal entrance (or eardrum) and calculates the sound pressure. It is a transfer function that includes both individual differences in the luminal cavity, and is a coupling characteristic that is affected by the effects of diffracted waves by the head and the reflection and diffraction of sound waves by the depressions of the auricle and concha Recognize.
Therefore, when realizing accurate sound localization by listening to stereo earphones or when sound source direction estimation is performed by a robot, the same auricle / concha cavity replica and head-shaped replica as the actual body must be prepared. .

本発明は、レプリカを作成することなく、頭部形状による伝達関数と耳介・耳甲介腔構造による伝達関数を分離するために、受聴者の頭部と耳介・耳甲介腔を隔てる籠ドーム超小型スピーカ群を用い、原音場空間における音源からの音波が受聴者Aもしくはダミーヘッドの耳介もしくは耳甲介腔を覆う籠ドームの格子点位置に達した音圧と同じ値を再生音場における受聴者Bの耳介もしくは耳甲介腔を覆う籠ドーム超小型スピーカ群から放射することによって、正確な音源方向の検出と、再生音場空間で、原音場空間と同じ臨場感で知覚再現するためのイヤホンに関する基本的なシステムである。 The present invention separates the listener's head from the auricle / concha space in order to separate the transfer function according to the head shape and the transfer function due to the auricle / concha conchae structure without creating a replica. Using a group of ultra-small dome loudspeakers, the sound pressure from the sound source in the original sound field space reproduces the same value as the sound pressure at the lattice point of the heel dome covering the auricle or concha cavity of the listener A or the dummy head By radiating from a group of ultra-small loudspeakers covering the pinna or concha cavity of the listener B in the sound field, accurate sound source direction detection and reproduction sound field space with the same realism as the original sound field space This is a basic system for earphones for perceptual reproduction.

本発明は、前述の課題を解決するため次の構成を採用する。
〈構成1> The present invention employs the following configuration in order to solve the above-described problems.
<Configuration 1>

耳介および顔側面からの反射で音波面に影響しない大きさと形状を有しており、1以上の格子点毎に超小型のスピーカを籠の内側方向に取り付けた籠ドーム超小型スピーカ群で構成し、原音場空間における任意の位置にある音源からの音波が原音場空間にいる受聴者Aもしくはダミーヘッドの耳介もしくは耳甲介腔を覆う籠ドームの複数の格子点位置に達した音圧と同じ値を再生音場における受聴者Bの耳介もしくは耳甲介腔を覆う籠ドーム超小型スピーカ群から放射することを特徴とする。
〈構成2> It has a size and shape that does not affect the sound wave surface due to reflection from the pinna and the side of the face, and consists of a group of ultra-small speakers with ultra-small speakers attached to the inner side of the heel for each of one or more lattice points Then, the sound pressure from the sound source from the sound source at an arbitrary position in the original sound field space reaches the position of multiple lattice points of the listener A who is in the original sound field space or the auricle or the concha cavity of the dummy head The same value as is radiated from a group of ultra-small loudspeaker speakers covering the pinna or concha cavity of the listener B in the reproduction sound field.
<Configuration 2>

籠ドームは耳介および顔側面からの反射で音波面に影響しない大きさのものを用意し、その籠ドームの1以上の格子点毎に超小型のマイクを籠の外側方向に取り付けた籠ドーム超小型マイク群と、籠ドーム超小型マイク群の複数の出力信号を増幅し、マイク・スピーカ特性の補償も含んだ増幅器群と、構成1に記載の籠ドーム超小型スピーカ群とで構成し、原音場空間における音源から放射された音波を受聴者Aもしくはダミーヘッドの耳介もしくは耳甲介腔を覆う籠ドーム超小型マイク群で収音し、収音したマイク出力信号を増幅器群で増幅し、増幅した信号を籠ドームの格子点に対応した位置にある再生音場空間における受聴者Bの耳介もしくは耳甲介腔を覆う籠ドーム超小型スピーカ群のスピーカに入力することを特徴とする。
〈構成3> 籠 Dome prepared with a size that does not affect the sound wave surface due to reflection from the pinna and the side of the face, and 籠 dome with an ultra-small microphone attached to the outside of the heel for each of one or more lattice points of the 籠 dome Amplifying multiple output signals of the microminiature microphone group and the 籠 dome microminiature microphone group, and comprising the amplifier group including compensation for the microphone / speaker characteristics, and the 籠 dome microminiature speaker group described in Configuration 1, Sound waves radiated from the sound source in the original sound field space are picked up by a group of ultra-small microphones covering the pinna or concha cavity of the listener A or the dummy head, and the picked up microphone output signal is amplified by the amplifier group The amplified signal is input to a speaker of a group of ultra-small loudspeakers in the dome that covers the pinna or concha cavity of the listener B in the reproduction sound field space at a position corresponding to the lattice point of the dome. .
<Configuration 3>

原音場空間にいる受聴者Aもしくはダミーヘッドの前記籠ドーム超小型マイク群と、再生音場空間にいる受聴者Bの籠ドーム超小型スピーカ群を、左右両耳に対応して、それぞれ装着することを特徴とする。
〈構成4> The A dome ultra-small microphone group of the listener A or the dummy head in the original sound field space and the 籠 dome ultra-small speaker group of the listener B in the reproduction sound field space are attached to both the left and right ears, respectively. It is characterized by that.
<Configuration 4>

籠ドーム超小型マイク群および籠ドーム超小型スピーカ群において、耳介もしくは耳甲介腔を覆う籠ドームを半球状としたことを特徴とする。
〈構成5〉 The 籠 dome ultra-small microphone group and 籠 dome ultra-small speaker group are characterized in that the heel dome covering the auricle or concha cavity is hemispherical.
<Configuration 5>

籠ドーム超小型マイク群の格子点ごとのマイク位置と数は、籠ドーム超小型スピーカ群の格子点ごとのスピーカ位置と数とそれぞれ対応し、臨場感に有効な格子点位置と数を有することを特徴とする。
〈構成6〉 The microphone position and number for each lattice point of the 籠 Dome ultra-small microphone group correspond to the speaker position and number for each lattice point of the 籠 Dome ultra-small speaker group, respectively, and have the lattice point position and number effective for realistic sensation. It is characterized by.
<Configuration 6>

受聴者Aと受聴者Bは、同一人、もしくは頭部形状がよく似た受聴者であることを特徴とする。 The listener A and the listener B are characterized by being the same person or a listener having a similar head shape.

本発明は、原音場空間における音源から受聴者Aもしくはダミーヘッドの耳介に達した音圧信号を、同じ音圧で再生音場における受聴者Bの耳介もしくは耳甲介腔を覆う籠ドーム超小型スピーカ群から放射する。音圧信号は原音場空間と同じ音圧波面に合成され、耳介・耳甲介腔を介して外耳道入口に到達する。これにより受聴者Bは原音場空間における音源と同じ方位に仮想音源を知覚する。
従って、頭部と耳介・耳甲介腔を隔てる籠ドーム超小型スピーカ群により外耳・耳甲介腔・外耳道の違いによる個人差が解消され、波面合成と相俟って正確な方向定位が可能になり、波面合成により原音場空間と同等の臨場感が再生音場空間において再現される。 The present invention relates to the sound pressure signal that reaches the listener A or the ear of the dummy head from the sound source in the original sound field space, and covers the ear or concha cavity of the listener B in the reproduction sound field with the same sound pressure. Radiates from a group of ultra-small speakers. The sound pressure signal is synthesized with the same sound pressure wavefront as that of the original sound field space, and reaches the ear canal entrance via the pinna and concha. As a result, the listener B perceives the virtual sound source in the same direction as the sound source in the original sound field space.
Therefore, individual differences due to differences in the outer ear, concha cavity, and ear canal are eliminated by the group of small dome loudspeakers separating the head from the pinna and pinna, and accurate direction localization is combined with wavefront synthesis. It becomes possible, and the realistic sensation equivalent to the original sound field space is reproduced in the reproduction sound field space by the wavefront synthesis.

本発明の音響空間再生イヤホンシステムの原理図である。It is a principle diagram of the acoustic space reproduction earphone system of the present invention. 本発明の１実施例の模式図である。It is a schematic diagram of one Example of this invention. 本発明の音響空間再生イヤホンの概観図である。It is a general-view figure of the acoustic space reproduction earphone of the present invention. 従来例のダミーヘッド録音システムの説明図である。It is explanatory drawing of the dummy head recording system of a prior art example. 頭部伝達関数(HRTF)の説明図である。It is explanatory drawing of a head-related transfer function (HRTF). ホイヘンスの原理図である。It is a principle diagram of Huygens. キルヒホッフ・ヘルムホルツの原理図である。It is a principle diagram of Kirchhoff Helmholtz.

以下、本発明の実施の形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below.

《具体例》
<構成〉
図1は、本発明のイヤホンの原理図であり、図1(a)は頭部正面から見た左耳の概観図、図1(b)は頭部側面から見た左耳の概観図である。
図1において、1は原音場空間、2は実音源、3は受聴者の耳介、4は受聴者の外耳道入口、5は受聴者の耳甲介腔、6は籠ドーム、7は籠ドーム6の１格子点、8は再生音場空間、9は仮想音源である。
図1は耳介3を覆う例を示したものである。耳甲介腔5だけを覆う場合も耳介3を覆うことと等価であるので、本特許明細書では、以降、説明を省略した。
図1のｒは実音源2から籠ドーム6の1格子点7までの距離、ｒ_Ｒは実音源2から外耳道入口4までの距離、およびΔｒは籠ドーム6の１格子点7から外耳道入口4までの距離である。
図1において、籠ドーム6は複数の格子点7を有するが、図面が煩雑になり、理解を容易にするために、格子点7を1つとして示してある。 "Concrete example"
<Configuration>
FIG. 1 is a principle diagram of the earphone of the present invention, FIG. 1 (a) is an overview diagram of the left ear viewed from the front of the head, and FIG. 1 (b) is an overview diagram of the left ear viewed from the side of the head. is there.
In FIG. 1, 1 is the original sound field space, 2 is the real sound source, 3 is the listener's pinna, 4 is the listener's ear canal entrance, 5 is the listener's ear concha, 6 is the heel dome, and 7 is the heel dome. One grid point of 6, 8 is a reproduction sound field space, and 9 is a virtual sound source.
FIG. 1 shows an example of covering the pinna 3. Covering only the auricular cavity 5 is equivalent to covering the auricle 3, and hence the description thereof will be omitted hereinafter.
In FIG. 1, r is the distance from the real sound source 2 to one grid point 7 of the heel dome 6, r _R is the distance from the real sound source 2 to the ear canal entrance 4, and Δr is 1 grid point 7 of the heel dome 6 to the ear canal entrance 4 It is the distance to.
In FIG. 1, the heel dome 6 has a plurality of lattice points 7. However, the drawing is complicated, and the lattice points 7 are shown as one in order to facilitate understanding.

図2は、本発明のイヤホンシステムの模式図であって、図2(a)は頭部上部からの図、図2(b)は頭部側面からの図、図2(c)は頭部正面からの図である。
図2において、10は受聴者Aもしくはダミーヘッド、11は籠ドーム超小型マイク群、12は増幅器群、13は受聴者B、14は籠ドーム超小型スピーカ群である。
図3は、本発明のイヤホンの概観図であり、図3(a)は、図2における本発明の原音場空間1で装着する籠ドーム超小型マイク群11、また図3(b)は、再生音場空間8で装着する籠ドーム超小型スピーカ群14の詳細を示す図で、15は超小型マイク、16は超小型スピーカである。 FIG. 2 is a schematic diagram of the earphone system of the present invention, in which FIG. 2 (a) is a view from the upper part of the head, FIG. 2 (b) is a view from the side of the head, and FIG. It is a figure from the front.
In FIG. 2, 10 is a listener A or a dummy head, 11 is a cocoon dome ultra-small microphone group, 12 is an amplifier group, 13 is a listener B, and 14 is a cocoon dome ultra-small speaker group.
FIG. 3 is an overview diagram of the earphone of the present invention, FIG. 3 (a) is a kite dome ultra-small microphone group 11 mounted in the original sound field space 1 of the present invention in FIG. 2, and FIG. 3 (b) is FIG. 3 is a diagram showing details of the dome ultra-small speaker group 14 to be mounted in the reproduction sound field space 8, wherein 15 is an ultra-small microphone and 16 is an ultra-small speaker.

原音場空間1の受聴者Aもしくはダミーヘッド10に装着される籠ドーム6は、耳介3および顔側面からの反射で音波面に影響しない大きさと形状を有しており、その格子点7には収音方向が外側（音源側）に向けられた1個の超小型マイク15が取り付けられており、籠ドーム6の半球状の外側から籠ドーム6の内側に伝播する音波のみを収音する。
また、超小型マイク15の数（格子点7数）は、原音場空間1の籠ドーム6内の音場と再生音場空間2の籠ドーム6内の合成音場とが、ほぼ同等となる、すべての方位から到来する音波を収音するのに有効な数だけで十分である。図2では原音場空間１の籠ドーム6を籠ドーム超小型マイク群11とし、また再生音場空間8の受聴者Bに取り付けられる籠ドーム6を籠ドーム超小型スピーカ群14としている。また増幅器群12は籠ドーム超小型マイク群11の1個の超小型マイク15の出力信号と籠ドーム超小型スピーカ群14の超小型スピーカ16の入力信号を接続するものであって、マイク・スピーカの周波数特性を補償し、かつ、信号を増幅させるものである。従って、増幅器群12には、籠ドーム6内の音響空間を等価にするだけの個数が必要となる。図2における結線図は説明を簡単かつ明確にするために、多数の結線を太線で表している。 The heel dome 6 attached to the listener A or the dummy head 10 in the original sound field space 1 has a size and a shape that does not affect the sound wave surface due to reflection from the auricle 3 and the side of the face. Is equipped with one micro microphone 15 with the sound collection direction facing outward (sound source side), and picks up only the sound wave propagating from the hemispherical outside of the heel dome 6 to the inside of the heel dome 6 .
In addition, the number of micro-microphones 15 (seven grid points) is almost equal to the sound field in the dome 6 of the original sound field space 1 and the synthesized sound field in the dome 6 of the reproduction sound field space 2. A number that is effective to pick up sound waves coming from all directions is sufficient. In FIG. 2, the 6 dome 6 in the original sound field space 1 is the 籠 dome ultra-small microphone group 11, and the 籠 dome 6 attached to the listener B in the reproduction sound field space 8 is the 籠 dome ultra-small speaker group 14. The amplifier group 12 connects the output signal of one ultra-small microphone 15 of the 籠 dome ultra-small microphone group 11 and the input signal of the ultra-small speaker 16 of the 籠 dome ultra-small speaker group 14. The frequency characteristic is compensated and the signal is amplified. Therefore, the amplifier group 12 needs to have a number sufficient to make the acoustic space in the dome 6 equivalent. In the connection diagram in FIG. 2, a number of connections are represented by bold lines for the sake of simplicity and clarity.

超小型マイク15の収音方向は前述のごとく籠ドーム6の外側に向いており、耳介3および顔側面からの反射の影響のない距離や方向が工夫されている。また超小型スピーカ15の放射方向は内側すなわち外耳道入口4方向に集中する構造となっている。 As described above, the sound collection direction of the ultra-small microphone 15 faces the outside of the eyelid dome 6, and the distance and direction that are not affected by reflection from the pinna 3 and the side of the face are devised. Further, the radiation direction of the micro speaker 15 is concentrated inside, that is, toward the ear canal entrance 4 direction.

〈動作〉
以下、図を用いて本発明の具体例を詳細に説明する。
先ず、本発明の前提となる波面合成に関するホイヘンスの原理とキルヒホッフ・ヘルムホルツの原理を知っておく必要がある。
図６はホイヘンスの原理を示したものである。101は第１次点音源S_１、102は第2次点音源S_２群、103は第1次球波面Ｗ_１(t)、104は第2次球波面Ｗ_２(t＋Δt)である。
図６においてホイヘンスの原理(1690年)によると、第1次点音源S_１101は均質の媒質中にあり、時刻ｔ＝0でインパルスを放射する。第1次球波面Ｗ_１(t)103は時刻tで第1次点音源S_１101によって引き起こされた半径ct(cは音速)の球波面である。第1次球波面Ｗ_１(t)103上の各第2次点音源S_２102は新しい第2次球波面Ｗ_２(t＋Δt)104のための音源として考えることができる。その結果、第2次球波面Ｗ_２(t＋Δt)104の包絡面が半径c(t＋Δt)で新しい波面の合成を形成している。すなわち、波面の各ポイント（空気の粒子）が新しい球波面の新しい中心であり、その元の波面上の粒子が球波面振動して、音圧が発生し、波面合成され、新たな包絡波面が合成されると考えられている。 <Operation>
Hereinafter, specific examples of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
First, it is necessary to know the Huygens principle and the Kirchhoff-Helmholtz principle regarding wavefront synthesis, which are the premise of the present invention.
FIG. 6 shows Huygens' principle. 101 is a first-order point sound source S ₁ , 102 is a second-order point sound source S ₂ group, 103 is a first-order spherical wavefront W ₁ (t), and 104 is a second-order spherical wavefront W ₂ (t + Δt).
In FIG. 6, according to Huygens' principle (1690), the first-order point sound source S ₁ 101 is in a homogeneous medium and emits an impulse at time t = 0. The primary spherical wavefront W ₁ (t) 103 is a spherical wavefront of radius ct (c is the speed of sound) caused by the primary point sound source S ₁ 101 at time t. Each secondary point sound source S ₂ 102 on the primary spherical wave front W ₁ (t) 103 can be considered as a sound source for a new secondary spherical wave front W ₂ (t + Δt) 104. As a result, the envelope surface of the secondary spherical wavefront W ₂ (t + Δt) 104 forms a new wavefront composition with a radius c (t + Δt). That is, each point on the wavefront (air particle) is the new center of the new spherical wavefront, and the particles on the original wavefront vibrate in the spherical wavefront, generating sound pressure, wavefront synthesis, and a new envelope wavefront It is thought to be synthesized.

従って、初期の第1次点音源S_１101を無視しても、もし第2次点音源S_２102で音を収音できるなら、第1次球波面Ｗ_１(t)103上に音源(例えば、スピーカ)を置くことによって、第2次球波面Ｗ_２(t＋Δt)104の外側の音場を再生させることができるように直感的に思える。
直感的ではあるが、ホイヘンスの原理は正しく音場の伝播の実際の物理学を記述していない。この原理を実際に適用するためには、さらなる数学的証明を必要とした。 Therefore, even if the _first primary point sound source S ₁ 101 is ignored, if the second order sound source S ₂ 102 can pick up sound, the sound source on the primary spherical wave front W ₁ (t) 103 ( For example, it seems intuitive that a sound field outside the _second spherical wave front W ₂ (t + Δt) 104 can be reproduced by placing a speaker.
Although intuitive, Huygens' principle does not correctly describe the actual physics of sound field propagation. In order to actually apply this principle, further mathematical proof was required.

近年、この現象を数学的に解明したKirchhoff-Helmholz integral（キルヒホッフ・ヘルムホルツ積分）を用いた非特許文献７がある。数学開始点はグリーンの第二の定理から導出されている。
図７は、キルヒホッフ・ヘルムホルツの原理を示した図であり、105は音響閉空間である。
図７は第1次点音源S_１101と、音響閉空間105の内部のひとつの音場Ｒと、音響閉空間105の表面積Ｆ上の第2次点音源S_２102との関係を示したものである。
ここで第1次点音源S_１101はモノポール音源：放射方向が球面波を有する音源、第2次点音源S_２102はダイポール音源：均質の媒質（たとえば空気）中にあって、キャビネットを有しない単一スピーカの振動板のように左右方向に振動し、+,-の音源が存在するようなモデル化が可能な音源である。 In recent years, there is Non-Patent Document 7 using a Kirchhoff-Helmholz integral (Kirchhoff-Helmholz integral) that mathematically clarifies this phenomenon. The starting point of mathematics is derived from Green's second theorem.
FIG. 7 is a view showing the principle of Kirchhoff Helmholtz, and 105 is an acoustic closed space.
FIG. 7 shows the relationship between the first-order sound source S ₁ 101, one sound field R inside the acoustic closed space 105, and the second-order sound source S ₂ 102 on the surface area F of the acoustic closed space 105. Is.
Here, the first-order sound source S ₁ 101 is a monopole sound source: a sound source having a spherical wave radiation direction, and the second-order sound source S ₂ 102 is a dipole sound source: a homogeneous medium (for example, air), It is a sound source that can be modeled so that it vibrates in the left-right direction like a diaphragm of a single speaker that does not have, and there are +,-sound sources.

図７において、任意の空間内に第1次点音源S_１101があり、その空間内の第1次点音源S_１101を含まない場所に音響閉空間105が存在し、その表面積がＦで、その容積をＶとした場合、容積Ｖを包んでいる表面積Ｆが判るならば、音響閉空間105の内部のひとつの音場Ｒを式(3)で記述することができると言う数学的証明をBerkhoutが行った。

(3)
ここで、
Ｐ(r_Ｒ,k)は第1次点音源S_１101から放射された音波の音響閉空間105内の任意の観測場所Ｒにおける音圧、
Ｐ(r,k)は第1次点音源S_１101から放射された音波の音響閉空間105上の表面積Ｆ上の任意の場所S_２における音圧、かつ第2次点音源S_２、
ｋは波数であり、音波の角周波数ωを音速ｃで割った値（ω／ｃ）、
φは音響閉空間105の表面上の第2次点音源S_２102の表面に直交する垂線（法線）と、第2次点音源S_２102と音響閉空間105内の任意の場所Ｒとを結ぶ直線とのなす角度を示す。 In FIG. 7, there is a first-order point sound source S ₁ 101 in an arbitrary space, an acoustic closed space 105 exists in a place not including the first-order point sound source S ₁ 101, and its surface area is F. Mathematical proof that if the volume is V and the surface area F enclosing the volume V is known, one sound field R inside the acoustic closed space 105 can be described by equation (3). Berkhout went.

(3)
here,
P (r _R , k) is a sound pressure at an arbitrary observation location R in the acoustic closed space 105 of the sound wave radiated from the primary point sound source S ₁ 101,
P (r, k) is the sound pressure at an arbitrary location S ₂ on the surface area F on the acoustic closed space 105 of the sound wave radiated from the first-order sound source S ₁ 101, and the second-order sound source S ₂ ,
k is the wave number, the value (ω / c) obtained by dividing the angular frequency ω of the sound wave by the speed of sound c,
φ is a perpendicular (normal line) perpendicular to the surface of the second-order sound source S ₂ 102 on the surface of the acoustic closed space 105, and an arbitrary location R in the _second-order

sound source S

₂ 102 and the acoustic closed space 105. The angle formed by the straight line connecting

すなわち、式(3)が意味することは、音響閉空間105で囲まれた容積Ｖの外側に第1次点音源S_１101が存在し、音波が放射されている容積Ｖの内側の音場は、第1次点音源S_１101を除いた第2次点音源S_２102の連続的な音圧分布を用いて面積分すれば、音源S_１がなくても再現が可能で、第1次点音源S_１101が仮想音源9になるように波面合成され、音響閉空間105内にいる受聴者30は、あたかも第1次点音源S_１101の位置に仮想音源9が存在するかのように音響を知覚する。また、第2次点音源S_２が観測場所Ｒに影響を与える表面のみを考慮すれば、式(3)は十分に満足すると言われている。この波面合成法をWFS(Wave Field Synthesis)と呼んでいる。現在、原音場に配置したマイクロホンアレイで収録した音を、再生音場に配置したスピーカアレイを用いて再生する室内での波面合成法に関する研究が行なわれている。 That is, the expression (3) means that the first-order point sound source S ₁ 101 exists outside the volume V surrounded by the acoustic closed space 105, and the sound field inside the volume V from which sound waves are emitted. Can be reproduced without the sound source S ₁ by dividing the area using the continuous sound pressure distribution of the second-order sound source S ₂ 102 excluding the first-order sound source S ₁ 101. The listener 30 who is wavefront-synthesized so that the next-point sound source S ₁ 101 becomes the virtual sound source 9 and is in the acoustic closed space 105 is as if the virtual sound source 9 exists at the position of the first-order sound source S ₁ 101. To perceive sound. The second runner-up sound S ₂ is considering only the surface that affects the observation location R, Equation (3) is said to be sufficiently satisfactory. This wavefront synthesis method is called WFS (Wave Field Synthesis). Currently, research is being conducted on indoor wavefront synthesis methods for reproducing sound recorded by a microphone array placed in the original sound field using a speaker array placed in the reproduced sound field.

波面合成法では音響閉空間105の境界上の音圧を制御することによって音響閉空間105全体を制御するので頭部や耳介・耳甲介腔形状による伝達関数の個人差の影響を受けることなく音響閉空間105内に所望の音場を再現できる。
本発明は、この原理を適用し前述した式(2)の第1項目の耳介による収音効果と第2項目の外耳道の効果をなくし、第3項目の頭部の回折波の効果だけとするために、頭部と耳介・耳甲介腔を隔てる籠ドームによる音響的閉空間を設けて音響空間を分離し、その境界上の音圧を制御することによって外耳道や耳介形状の違いによる個人差の特性を除去したものである。 In the wavefront synthesis method, the entire acoustic closed space 105 is controlled by controlling the sound pressure on the boundary of the acoustic closed space 105, so that it is affected by individual differences in the transfer function due to the shape of the head, pinna, and concha The desired sound field can be reproduced in the acoustic closed space 105.
The present invention applies this principle, eliminates the sound collection effect by the auricle of the first item of the formula (2) and the effect of the external auditory canal of the second item, and only the effect of the diffracted wave of the head of the third item. In order to achieve this, an acoustic closed space is provided by a heel dome that separates the head from the pinna and pinna, and the acoustic space is separated, and the sound pressure on the boundary is controlled to control the difference in the external auditory canal and pinna shape. It removes the characteristics of individual differences.

以下、説明を容易にするために籠ドーム6を半球とする。
図1において、実音源2から放射された音波は直接波として、また間接波として、すなわち受聴者30の頭部および耳介3の耳甲介腔5で回折と反射を繰り返して、受聴者30の耳介3の外耳道入口4に入力される。本発明においては、実音源2のある空間（原音場空間1）で外耳道入口4をほぼ中心とした位置に籠ドーム6を設置し、実音源2からの放射された音波による籠ドーム6の複数の格子点7における音圧信号を観測する。別途異なる場所（再生音場空間8）において、それと同じ音圧信号の音波を籠ドーム6の1以上の格子点7から外耳道入口4もしくは耳甲介腔5に放射する。このような原理構成となっているので、式(3)で示したように実音源2から放射された音波は、距離r_Ｒ隔たった外耳道入口4に音圧Ｐ(r_Ｒ,k)で、また距離ｒ隔たった籠ドーム6の1格子点7に音圧Ｐ(r,k)で到達する。式(3)が意味することは複数の音圧Ｐ(r,k)が籠ドーム6内に発生し、合成された波面による外耳道入口4での音圧がＰ(r_Ｒ,k)と等価となることである。 Hereinafter, for ease of explanation, the heel dome 6 is a hemisphere.
In FIG. 1, the sound wave radiated from the real sound source 2 is a direct wave and an indirect wave, that is, by repeating diffraction and reflection at the head 30 of the listener 30 and the concha cavity 5 of the pinna 3, Is input to the ear canal entrance 4 of the pinna 3. In the present invention, in the space where the actual sound source 2 is located (original sound field space 1), the heel dome 6 is installed at a position substantially centered on the ear canal entrance 4, and a plurality of heel dome 6 by the sound wave radiated from the actual sound source 2 is provided. The sound pressure signal at the grid point 7 is observed. At different locations (reproduction sound field space 8), sound waves of the same sound pressure signal are radiated from one or more lattice points 7 of the heel dome 6 to the ear canal entrance 4 or the concha cavity 5. Since it has such a principle configuration, the sound wave radiated from the actual sound source 2 as shown by the equation (3) is applied to the ear canal entrance 4 separated by the distance r _R at the sound pressure P (r _R , k), Further, the sound reaches a lattice point 7 of the heel dome 6 separated by a distance r with sound pressure P (r, k). The expression (3) means that a plurality of sound pressures P (r, k) are generated in the heel dome 6, and the sound pressure at the ear canal entrance 4 by the synthesized wavefront is equivalent to P (r _R , k). It is to become.

本発明では、説明のために籠ドーム6を半球としているので、1格子点7から外耳道入口4までの距離Δｒは、外耳道入口4が半球の中心点であるから、各格子点7で同じになり、かつ各格子点7から外耳道入口4までの角度φは0度となり、式(3)においてcosφ＝１となる。
従って、籠ドーム6内では原音場空間1の音圧波面と再生音場空間8の合成音圧波面とが一致するように格子点7数を決定すればよい。また、図1の籠ドーム6は耳介3を覆う図となっているが、耳甲介腔5での音圧波面を合成すればよいので、その場合は耳甲介腔5だけを覆う籠ドーム6となり、その形状は、格子点7ごとのＰ(r,k)とΔｒとcosφを変化させればよいことは容易にわかる。さらに、籠ドーム6は空間の見えない音響透明カーテンでもあり、開放型音響空間や密閉型音響空間でも同じように合成波面を構成すればよいことは明白である。この原理は、籠ドーム6の複数の格子点7で受音した実音源2から放射された音波の音圧信号を、それぞれの格子点7から放射することによって耳介3、耳甲介腔5を介して、外耳道入口4に原音場と同じ音圧を与えることにある。本発明は、従来方法の外耳道入口4もしくはダミーヘッド10の鼓膜26位置での収音を行い、ただひとつのイヤホンの振動板で音圧信号を発生するダミーヘッド録音とは本質的かつ根本的に異なる。本発明の原理は、原音場と同じ波面を耳介3もしくは耳甲介腔5の空間内に合成することである。 In the present invention, since the dome dome 6 is a hemisphere for explanation, the distance Δr from one lattice point 7 to the ear canal entrance 4 is the same at each lattice point 7 because the ear canal entrance 4 is the center point of the hemisphere. And the angle φ from each lattice point 7 to the ear canal entrance 4 is 0 degree, and cos φ = 1 in equation (3).
Accordingly, the number of grid points 7 should be determined so that the sound pressure wavefront of the original sound field space 1 and the synthesized sound pressure wavefront of the reproduced sound field space 8 coincide with each other in the dome 6. In addition, the heel dome 6 of FIG. 1 is a figure that covers the auricle 3, but since it is only necessary to synthesize the sound pressure wavefront in the auricular cavity 5, in that case, only the auricle cavity 5 is covered. The dome 6 is formed, and it can be easily understood that the shape of the dome 6 may be changed by changing P (r, k), Δr, and cosφ for each lattice point 7. Furthermore, it is obvious that the dome dome 6 is an acoustic transparent curtain in which no space can be seen, and it is only necessary to form a composite wavefront in an open acoustic space or a closed acoustic space. This principle is based on the fact that sound pressure signals of sound waves radiated from the real sound source 2 received at a plurality of lattice points 7 of the heel dome 6 are radiated from the respective lattice points 7 to the auricle 3 and the concha cavity 5. The same sound pressure as that of the original sound field is applied to the entrance 4 of the external auditory canal. The present invention is fundamentally and fundamentally a dummy head recording that collects sound at the ear canal entrance 4 or the eardrum 26 position of the dummy head 10 and generates a sound pressure signal with only one earphone diaphragm in the conventional method. Different. The principle of the present invention is to synthesize the same wavefront as the original sound field in the space of the auricle 3 or concha cavity 5.

図2は図1の原理図を実施する一例について記載している。すなわち、図1の籠ドーム6の格子点7での音圧信号の収音と再生方法を具体的に説明している。
原音場空間1には、まず受聴者Aもしくはダミーヘッド10があり、その耳介3に各格子点7に1個の超小型マイク15を設置した籠ドーム超小型マイク群11が装着されており、前述のごとく実音源2から放射された音波の音圧を信号として収音する。各超小型マイク15で収音された信号は増幅器群12によって、信号が増幅されるとともに、マイクとスピーカ特性が補償され、再生音場空間8の受聴者B13の耳介3に装着された籠ドーム超小型スピーカ群14の各超小型スピーカ16に伝達される。各超小型スピーカ16から放射された音波は合成されて、外耳道入口4に伝達され、実音源2と同じ方位に仮想音源9を知覚することが出来る。 FIG. 2 describes an example of implementing the principle diagram of FIG. That is, the sound pressure signal collection and reproduction method at the lattice point 7 of the heel dome 6 of FIG. 1 is specifically described.
In the original sound field space 1, there is a listener A or a dummy head 10, and an amber dome ultra-small microphone group 11 in which one ultra-microphone 15 is installed at each lattice point 7 on the auricle 3 is mounted. As described above, the sound pressure of the sound wave emitted from the real sound source 2 is collected as a signal. The signals picked up by each micro-microphone 15 are amplified by the amplifier group 12 and the characteristics of the microphone and the speaker are compensated, and the signal is put on the pinna 3 of the listener B13 in the reproduction sound field space 8. The signal is transmitted to each micro speaker 16 of the dome micro speaker group 14. Sound waves radiated from the respective microminiature speakers 16 are synthesized and transmitted to the ear canal entrance 4, and the virtual sound source 9 can be perceived in the same direction as the real sound source 2.

図3は図2の籠ドーム超小型マイク群11と籠ドーム超小型スピーカ群14の詳細な図面であって、籠ドーム超小型マイク群11には超小型マイク15を、籠ドーム超小型スピーカ群14には超小型スピーカ16を設置した例を示している。
超小型マイク15や超小型スピーカ16は音波の波長を考えると1cm以下の間隔で設置する必要があり、従来実現不可能であったが、携帯電話の普及に伴い、超小型マイク15の大きさが3mmφの製品が、また超小型スピーカ16の大きさが10mmφの製品が市場に出回っており、その性能も時代とともに向上し、十分な音圧と音質を有している。本発明はこのような時代背景であるから、可能となったものである。また、将来、さらに超小型のマイク、スピーカ製品が開発されると期待できる。 FIG. 3 is a detailed drawing of the 籠 dome ultra-small microphone group 11 and 籠 dome ultra-small speaker group 14 in FIG. 2, and the 籠 dome ultra-small microphone group 11 includes an ultra-small microphone 15 and the 籠 dome ultra-small speaker group. 14 shows an example in which an ultra-small speaker 16 is installed.
The ultra-small microphone 15 and ultra-small speaker 16 need to be installed at intervals of 1 cm or less in consideration of the wavelength of the sound wave, which was impossible in the past, but with the spread of mobile phones, the size of the ultra-small microphone 15 However, 3mmφ products and products with ultra-small speakers 16 of 10mmφ are on the market, and their performance has improved with the times, and they have sufficient sound pressure and sound quality. The present invention has become possible because of such a background of the times. In addition, it is expected that ultra-small microphone and speaker products will be developed in the future.

1 原音場空間
2 実音源
3 耳介
4 外耳道入口
5 耳甲介腔
6 籠ドーム
7 籠ドームの１格子点
8 再生音場空間
9 仮想音源
10 受聴者Aもしくはダミーヘッド
11 籠ドーム超小型マイク群
12 増幅器群
13 受聴者B
14 籠ドーム超小型スピーカ群
15 超小型マイク
16 超小型スピーカ
21 原音場空間
22 音源
23 ダミーヘッド
24 耳介
25 外耳道
26 鼓膜
27 マイク
28 増幅器
29 再生音場空間
30 受聴者
31 ステレオイヤホン
32 頭部中心位置
33 耳甲介腔
34 外耳道入口
101 第１次点音源S_１
102 第2次点音源S_２群
103 第1次球波面Ｗ_１(t)
104 第2次球波面Ｗ_２(t＋Δt)
105 音響閉空間 1 Original sound field space
2 Real sound source
3 Pinna
4 Ear canal entrance
5 Concha
6 籠 Dome
7 One grid point of the Sakai Dome
8 Playback sound field space
9 Virtual sound source
10 Listener A or dummy head
11 籠 Dome ultra-small microphone group
12 Amplifier group
13 Listener B
14 籠 Dome ultra-small speakers
15 Ultra-small microphone
16 Ultra-small speaker
21 Original sound field space
22 Sound source
23 Dummy head
24 Pinna
25 ear canal
26 Tympanic membrane
27 microphone
28 Amplifier
29 Playback sound field space
30 listeners
31 Stereo earphone
32 Head center position
33 Concha
34 Ear canal entrance
101 First-order sound source S ₁
102 Second-order sound source S ₂ groups
103 First spherical wave front W ₁ (t)
104 Second spherical wavefront W ₂ (t + Δt)
105 Sound closed space

Claims

受聴者の耳介もしくは耳甲介腔を取り囲む境界を設け、
その内側（外耳道入口側）に向けて境界にｎ個のスピーカを取り付け、
原音場空間における音源から受聴者Aもしくはダミーヘッドの耳介への到達音を、
再生音場空間において受聴者Bに装着した前記境界のスピーカから同じ音圧で放音することを特徴とするイヤホン。 Providing a border that surrounds the listener's pinna or concha;
Attach n speakers at the boundary toward the inside (the ear canal entrance side)
The sound that reaches the listener A or the head of the dummy head from the sound source in the original sound field space,
An earphone that emits sound at the same sound pressure from a speaker at the boundary that is attached to a listener B in a reproduction sound field space.

受聴者の耳介もしくは耳甲介腔を取り囲む境界を設け、
その外側（音源側）に向けて境界にｎ個のマイクを取り付けた第1の境界と、
その内側（外耳道入口側）に向けて境界にｎ個のスピーカを取り付けた第2の境界と、
前記マイクとスピーカを１対1に接続して収音音圧を増幅する増幅器と、
で構成し、
前記第1の境界を原音場空間にいる受聴者Aもしくはダミーヘッドに、
前記第2の境界を再生音場空間にいる受聴者Bに、
それぞれ装着し、
前記マイクで採取した音源から境界への到達音を同じ音圧に増幅して前記スピーカから放音することを特徴とするイヤホンシステム。 Providing a border that surrounds the listener's pinna or concha;
A first boundary with n microphones attached to the boundary toward the outside (sound source side);
A second boundary with n speakers attached to the boundary toward the inside (the ear canal entrance side);
An amplifier that amplifies the collected sound pressure by connecting the microphone and the speaker one-to-one;
Consisting of
To the listener A or the dummy head that is in the original sound field space with the first boundary,
To the listener B who is in the reproduction sound field space with the second boundary,
Each wearing
An earphone system that amplifies sound reaching a boundary from a sound source collected by the microphone to the same sound pressure and emits the sound from the speaker.

前記境界を籠ドームとし、
前記スピーカをその格子点に取り付けることを特徴とする請求項1記載のイヤホン。 The boundary is a cocoon dome,
2. The earphone according to claim 1, wherein the speaker is attached to the lattice point.

前記境界を籠ドームとし、
前記マイクとスピーカをその格子点に取り付けることを特徴とする請求項2記載のイヤホンシステム。 The boundary is a cocoon dome,
3. The earphone system according to claim 2, wherein the microphone and the speaker are attached to the lattice points.

前記境界は耳介および顔側面からの反射で音波面に影響しない大きさと形状を有することを特徴とする請求項1、2記載のイヤホンおよびイヤホンシステム。 3. The earphone and the earphone system according to claim 1, wherein the boundary has a size and a shape that does not affect the sound wave surface due to reflection from the pinna and the side of the face.

前記境界は受聴者の左右両耳に装着して両耳間時間差・レベル差を補正することを特徴とする請求項1、2記載のイヤホンおよびイヤホンシステム。 3. The earphone and the earphone system according to claim 1, wherein the boundary is attached to both right and left ears of a listener to correct a time difference / level difference between both ears.

前記境界は外耳道入口を中心に受聴者の耳介もしくは耳甲介腔を半球状に取り囲む形状であることを特徴とする請求項1、2記載のイヤホンおよびイヤホンシステム。 3. The earphone and the earphone system according to claim 1, wherein the boundary has a shape surrounding a listener's pinna or concha cavity in a hemispherical shape around the entrance to the external auditory canal.

前記マイクとスピーカの数ｎは原音場空間の音圧波面と再生音場空間の合成音圧波面とが一致する数であることを特徴とする請求項2記載のイヤホンシステム。 3. The earphone system according to claim 2, wherein the number n of the microphones and speakers is a number in which a sound pressure wavefront in the original sound field space and a synthesized sound pressure wavefront in the reproduction sound field space coincide with each other.

前記ｎ個のマイクは対応するｎ個のスピーカと境界上の同位置に配置されることを特徴とする請求項2記載のイヤホンシステム。 3. The earphone system according to claim 2, wherein the n microphones are arranged at the same position on the boundary as the corresponding n speakers.

前記受聴者Aと受聴者Bは、同一人、もしくは頭部形状がよく似た受聴者であることを特徴とする請求項2記載のイヤホンシステム。 3. The earphone system according to claim 2, wherein the listener A and the listener B are the same person or a listener having a similar head shape.

前記増幅器はマイク・スピーカ特性の補償回路を含むことを特徴とする請求項2記載のイヤホンシステム。 3. The earphone system according to claim 2, wherein the amplifier includes a microphone / speaker characteristic compensation circuit.