JP3994296B2 - オーディオ再生装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、オーディオ再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、映画などの映像に伴うオーディオ信号は、スクリーンの両側に置かれたスピーカによって再生されることを想定して記録されている。これによると、映像中の音源の位置と、実際に聞こえてくる音像の位置とが一致し、さらに自然な広がりをもった音場が確立される。
【０００３】
しかし、そのようなオーディオ信号をヘッドホンを使用して鑑賞すると、音像は頭の中に定位し、映像の方向と音像の定位位置とが一致せず、極めて不自然な音像の定位となってしまう。
【０００４】
また、映像を伴わない音楽などを鑑賞する場合も同様で、スピーカ再生の場合と異なり、音が頭の中から聞こえ、やはり不自然な再生音場となってしまう。
【０００５】
そこで、リスナの前方に置かれたスピーカからリスナの両耳までの頭部伝達関数（インパルス応答）をあらかじめ測定あるいは計算し、これをＦＩＲフィルタなどのデジタルフィルタによりオーディオ信号に畳み込み、その結果のオーディオ信号をヘッドホンに供給するという方法が考えられている。この方法によれば、音像は頭外に定位するようになり、スピーカ再生の場合に近い音場を再現することができる。
【０００６】
しかし、この方法によれば、音像は頭外に定位するようになるものの、頭の向きを変えたとき、音像が頭の動きと一緒に移動するので、映像を伴う場合、その映像の方向と音像の方向との間にずれを生じてしまい、不自然な音像定位となってしまう。
【０００７】
そこで、さらに、頭の動きを検出して頭の動きに応じてデジタルフィル夕の係数を更新し、音像の方向を聴取環境に対して固定する方法が考えられている。この方法によれば、音像は頭の中に定位することもなく、また、頭を動かしても、音像は移動しないので、スピーカの再生する音像と極めて類似した音像を得ることができる。
【０００８】
ところが、デジタルフィルタの係数を頭の動きにしたがって更新する場合には、頭が少しでも動けば、そのたびにデジタルフィルタの係数を更新しなければならず、高速で莫大な数の積和演算回路やメモリーが必要となってしまう。
【０００９】
そこで、デジタルフィルタの係数を頭が例えば正面を向いているときの値に固定しておき、頭部の動きに対する係数の変化を、各チャンネルのオーディオ信号に対する時間差およびレベル差の変更で代行ないしシミュレートする方法が考えられている。この方法によれば、デジタルフィルタの係数を逐次更新する必要がなくなり、回路規模を大幅に簡略化することができる。
【００１０】
しかし、この方法の場合には、時間差およびレベル差で実現できる音像定位の方向が前方180 ゜の範囲に限定されてしまい、音像を後方に定位させることができない。
【００１１】
また、音像の位置を固定する場合、新たな問題を生じてしまう。すなわち、例えば、前方に音源があるとき、右を向けば、左耳はその音源に近づくので、左耳に入射する音波の時間遅れは小さくなるとともに、レベルは大きくなる。しかし、後方に音源があるとき、右を向けば、左耳はその音源から遠ざかるので、左耳に入射する音波の時間遅れは大きくなるとともに、レベルは小さくなる。
【００１２】
したがって、頭の動きにしたがってデジタルフィルタの係数を更新する場合、音源の位置によって、係数の変化方向を逆にしなければならず、単純に係数を更新したのでは、意図する位置に音像を定位させておくことができない。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、ヘッドホンによりスピーカ音場を再現する方法として、各種の方法が考えられているが、それぞれ問題がある。
【００１４】
さらに、実験によると、すべての音像を頭外に定位させるよりも、一部は頭内に定位させたほうが音場の表現が豊かになる場合がある。なぜなら、頭内定位はスピーカ再生では容易に実現できないからである。例えば、映像が弓をひくシーンのとき、そのギリギリいう音をリスナの耳元で再現すれば、スピーカ再生では表現できない効果となる。
【００１５】
また、ＡＣ−３のような多チャンネルのデジタル入力信号を初めとし、より多くの入力信号に対応できるようにする必要も出てきている。
【００１６】
この発明は、以上のような実状に鑑みてなされたものであり、ヘッドホンによりスピーカ音場を再現するとき、インパルスレスボンスの演算量を抑えながら、前方および後方の音像定位を実現しようとするものである。
【００１７】
また、頭内定位の現象も有効に利用し、音場の表現力を豊かにしようとするものである。あるいは、あいまいな方向感だけのあるサラウンド音場を実現しようとするものである。
【００１８】
さらに、ＡＣ−３のような多チャンネルのデジタル入力信号を初めとし、より多くの入力信号に対応できるようにするものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
このため、この発明においては、
複数Ｎチャンネル（Ｎ＝Ｕ＋Ｖ＋Ｗ）の入力オーディオ信号に所定の信号処理を行う信号処理回路と、
この信号処理回路の出力信号が供給されるへッドホンと、
このへッドホンに設けられてこのヘッドホンの装着者の頭部の向きを検出する検出手段と、
この検出手段の検出出力を処理して所定の制御データを出力する回路と
を有し、
上記信号処理回路は、
上記Ｎチャンネルのオーディオ信号のうち、前方に位置するＵ個の音源から上記装着者の左耳および右耳までの頭部伝達関数を時間領域に変換したインパルス応答を畳み込む２Ｕ個のデジタルフィルタと、
上記Ｎチャンネルのオーディオ信号のうち、後方に位置するＶ個の音源から上記左耳および右耳までの頭部伝達関数を時間領域に変換したインパルス応答を畳み込む２Ｖ個のデジタルフィルタと、
上記Ｎチャンネルの入力オーディオ信号のうち、上記前方に位置するＵ個の音源および上記後方に位置するＶ個の音源を除くＷ個の音源から上記左耳および右耳までの頭部伝達関数を時間領域に変換したインパルス応答を畳み込む２Ｗ個のデジタルフィルタと、
上記２Ｕ個のデジタルフィルタのうち、前方の左および右チャンネルにそれぞれ対応するデジタルフィルタの出力をそれぞれ互いに加算する第１の１対の加算回路と、
上記２Ｖ個のデジタルフィルタのうち、後方の左および右チャンネルにそれぞれ対応するデジタルフィルタの出力をそれぞれ互いに加算する第２の１対の加算回路と、
上記２Ｗ個のデジタルフィルタのうち、左および右チャンネルにそれぞれ対応するデジタルフィルタの出力をそれぞれ互いに加算する第３の１対の加算回路と、
上記第１の１対の加算回路の出力にそれぞれ時間差およびレベル差を付加する第１の１対の付加回路と、
上記第２の１対の加算回路の出力にそれぞれ時間差およびレベル差を付加する第２の１対の付加回路と、
上記第３の１対の加算回路の出力にそれぞれ時間差およびレベル差を付加する第３の１対の付加回路と、
上記第１、第２および第３の１対の付加回路の出力をそれぞれ互いに加算して上記信号処理回路の左および右チャンネルの出力信号とする第４の１対の加算回路と
を有し、
上記装着者の頭部の向きが変化したとき、上記第１の１対の付加回路と、上記第２の１対の付加回路とは、これらを通じる信号に互いに逆方向の時間差およびレベル差を与えるように、その時間差およびレベル差を上記制御データにより制御するとともに、
上記装着者の頭部の向きが変化したときでも、上記第３の１対の付加回路が付加する時間差およびレベル差を一定に保持する
ようにしたオーディオ再生装置
とするものである。
したがって、リスナが頭の向きを変えても、前方および後方の音像は、その位置に定位する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の前提となるオーディオ再生装置の一形態の全体を示す。そして、符号ＳLF、ＳRF、ＳLB、ＳRBは、４チャンネルのアナログオーディオ信号であり、これら信号ＳLF、ＳRF、ＳLB、ＳRBは、例えば図３に示すように、リスナＭの左前方、右前方、左後方および右後方に配置されたスピーカＳＰLF、ＳＰRF、ＳＰLB、ＳＰRBにそれぞれ供給されたとき、４チャンネルステレオの再生音場を実現するものである。
【００２１】
そして、これらのオーディオ信号ＳLF〜ＳRBが、入力端子１１〜１４を通じてＡ／Ｄコンバータ回路２１〜２４に供給されてＡ／Ｄ変換され、このＡ／Ｄ変換後のオーディオ信号ＳLF〜ＳRBが、例えばＤＳＰにより構成されたデジタル処理回路３に供給される。
【００２２】
このデジタル処理回路３の詳細については後述するが、これは、オーディオ信号ＳLF〜ＳRBを、ヘッドホンにより所定のステレオ再生音場を再現するオーディオ信号ＳL 、ＳR に変換するものである。
【００２３】
そして、このオーディオ信号ＳL 、ＳR がＤ／Ａコンバータ回路４Ｌ、４Ｒに供給されてＤ／Ａ変換され、このＤ／Ａ変換後のアナログオーディオ信号ＳL 、ＳR が、ヘッドホンアンプ５Ｌ、５Ｒを通じてヘッドホン６の左および右の音響ユニット（電気・音響変換素子）６Ｌ、６Ｒに供給される。
【００２４】
また、ヘッドホン６に回転角速度センサ７１が設けられるとともに、その出力信号が検出回路７２に供給されて、リスナがヘッドホン６を装着して頭を回転させたときの角速度が検出され、その検出信号Ｓ72がＡ／Ｄコンバータ回路７３に供給されてデジタルの検出信号Ｓ72にＡ／Ｄ変換され、その検出信号Ｓ72がマイクロコンピュータ７４に供給される。
【００２５】
そして、マイクロコンピュータ７４において、検出信号Ｓ72が所定の時間ごとにサンプリングされた後に積分されてリスナの頭の向きを示す角度のデータに変換されるとともに、この角度のデータから実際に音像を定位させるためのデータＳ74が作成され、このデータＳ74がデジタル処理回路３に制御信号として供給される。
【００２６】
次に、デジタル処理回路３について、ディスクリート回路により構成した場合で説明する。
【００２７】
今、図３に示すように、リスナＭの左前方、右前方、左後方、右後方にスピーカＳＰLF、ＳＰRF、ＳＰLB、ＳＰRBを配置した場合に、
ＨLF-L：スピーカＳＰLFからリスナＭの左耳に至る頭部伝達関数
ＨLF-R：スピーカＳＰLFからリスナＭの右耳に至る頭部伝達関数
ＨRF-L：スピーカＳＰRFからリスナＭの左耳に至る頭部伝達関数
・・・・・
ＨRB-R：スピーカＳＰRBからリスナＭの右耳に至る頭部伝達関数
とすると、デジタル処理回路３は、これら頭部伝達関数ＨLF-L〜ＨRB-Rを実現すればよいことになる。
【００２８】
そこで、デジタル処理回路３は、例えば図２に示すように構成される。このデジタル処理回路３は、オーディオ信号ＳLF〜ＳRBのうち、前方チャンネルの信号ＳLF、ＳRFを処理する処理回路３Ｆと、後方チャンネルの信号ＳLB、ＳRBを処理する処理回路３Ｂとにより構成される。
【００２９】
すなわち、前方チャンネルの処理回路３Ｆにおいては、Ａ／Ｄコンバータ回路２１、２２からのオーディオ信号ＳLF、ＳRFが、デジタルフィルタ３１１、３１２０を通じて加算回路３２１に供給され、その加算信号が、時間差の付加回路３３１およびレベル差の付加回路３４１を通じて加算回路３５Ｌに供給される。また、Ａ／Ｄコンバータ回路２１、２２からのオーディオ信号ＳLF、ＳRFが、デジタルフィルタ３１１０、３１２を通じて加算回路３２２に供給され、その加算信号が、時間差の付加回路３３２およびレベル差の付加回路３４２を通じて加算回路３５Ｒに供給される。
【００３０】
さらに、後方チャンネルの処理回路３Ｂにおいては、Ａ／Ｄコンバータ回路２３、２４からのオーディオ信号ＳLB、ＳRBが、デジタルフィルタ３１３、３１４０を通じて加算回路３２３に供給され、その加算信号が、時間差の付加回路３３３およびレベル差の付加回路３４３を通じて加算回路３５Ｒに供給される。また、Ａ／Ｄコンバータ回路２３、２４からのオーディオ信号ＳLB、ＳRBが、デジタルフィルタ３１３０、３１４を通じて加算回路３２４に供給され、その加算信号が、時間差の付加回路３３４およびレベル差の付加回路３４４を通じて加算回路３５Ｒに供給される。
【００３１】
そして、加算回路３５Ｌ、３５Ｒの出力信号が、オーディオ信号ＳL 、ＳR として後段のＤ／Ａコンバータ回路４Ｌ、４Ｒに供給される。
【００３２】
この場合、デジタルフィルタ３１１〜３１４、３１１０〜３１４０は、例えばＦＩＲフィルタにより構成される。そして、これらフィルタ３１１〜３１４、３１１０〜３１４０は、図３において、リスナＭが正面前方を向いているときの頭部伝達関数ＨLF-L〜ＨRB-R、ＨLF-R〜ＨRB-Lに対応した頭部伝達関数に設定され、そのフィルタを通じるオーディオ信号にその頭部伝達関数を時間軸に変換したインパルス応答が畳み込まれる。
【００３３】
また、付加回路３３１〜３３４は、これらを通じる４つのオーディオ信号の間に所定の時間差を付加するものであり、例えば遅延回路により構成される。また、付加回路３４１〜３４４は、これらを通じる４つのオーディオ信号の間に所定のレベル差を付加するものであり、例えば可変利得アンプにより構成される。そして、マイクロコンピュータ７４からのデータＳ74により、付加回路３３１〜３３４の時間差が制御されるとともに、付加回路３４１〜３４４のレベル差が制御される。
【００３４】
この場合、リスナの前方に音源があって、リスナが例えば右を向いたときには、リスナの左耳は音源に近づくので、左耳に入射する音波の時間遅れは小さくなるとともに、レベルは大きくなる。また、逆に、左を向いたときには、時間遅れは大きくなり、レベルは小さくなる。したがって、付加回路３３１の特性は、図４において折れ線Ｂで示すように制御され、付加回路３４１の特性は、図５において曲線Ｃで示すように制御される。
【００３５】
さらに、左耳と右耳とは立場が左右逆なので、付加回路３３２の特性は、図４において折れ線Ａで示すように制御され、付加回路３４２の特性は、図５において曲線Ｄで示すように制御される。
【００３６】
一方、リスナの後方に音源があって、リスナが例えば右を向いたときには、リスナの左耳は音源から遠ざかるので、左耳に入射する音波の時間遅れは大きくなるとともに、レベルは小さくなる。また、逆に、左を向いたときには、時間遅れは小さくなり、レベルは大きくなる。したがって、付加回路３３３の特性は、図４において折れ線Ａで示すように制御され、付加回路３４３の特性は、図５において曲線Ｄで示すように制御される。さらに、付加回路３３４の特性は、図４において折れ線Ｂで示すように制御され、付加回路３４４の特性は、図５において曲線Ｃで示すように制御される。
【００３７】
このような構成によれば、オーディオ信号ＳLF〜ＳRBには、フィルタ３１１〜３１４０により図３に示す頭部伝達関数に対応するインパルス応答が畳み込まれ、その結果の信号ＳL 、ＳR がヘッドホン６の左および右チャンネルの音響ユニット６Ｌ、６Ｒに供給されるので、音像は頭外に定位し、スピーカ再生の場合と同等のステレオ再生音場が再現される。
【００３８】
また、リスナが頭の向きを変えると、その向きに対応して付加回路３３１〜３３４および３４１〜３４４の特性が図４および図５に示すように変化するので、ヘッドホン６により形成される音像は、頭の向きにかかわらず外界の固定した場所に定位することになる。
【００３９】
したがって、例えばオーケストラの音楽を聴いている場合に、頭の向きを変えても、そのオーケストラが移動しないで、オーケストラの前で頭の向きを変えたような自然な状態となる。あるいは、ＤＶＤプレーヤなどにより映像再生を行っている場合に、頭の向きを変えても、音像の定位位置を映像の位置に一致させておくことができる。
【００４０】
ところで、ＡＣ−３などにおいては、図６に示すように、リスナＭの左前方、右前方、左後方、右後方のスピーカＳＰLF、ＳＰRF、ＳＰLB、ＳＰRBに加えて、リスナＭの正面前方にスピーカＳＰCFも配置してステレオ再生することが想定されている。
【００４１】
図７は、そのようなステレオ再生をヘッドホンにより再現する場合である。すなわち、アナログオーディオ信号ＳLF、ＳRF、ＳLB、ＳRBが、入力端子１１〜１４を通じてＡ／Ｄコンバータ回路２１〜２４に供給されてＡ／Ｄ変換されるとともに、正面前方チャンネルのアナログオーディオ信号ＳCFが、入力端子１０を通じてＡ／Ｄコンバータ回路２０に供給されてＡ／Ｄ変換される。そして、それらＡ／Ｄ変換後のオーディオ信号ＳLF〜ＳRB、ＳCFが、例えばＤＳＰにより構成されたデジタル処理回路３に供給される。
【００４２】
このデジタル処理回路３の詳細については後述するが、これは、オーディオ信号ＳLF〜ＳCFを、ヘッドホン６により所定のステレオ再生音場を再現するオーディオ信号ＳL 、ＳR に変換するものである。
【００４３】
そして、このオーディオ信号ＳL 、ＳR がＤ／Ａコンバータ回路４Ｌ、４Ｒに供給されてＤ／Ａ変換され、このＤ／Ａ変換後のアナログオーディオ信号ＳL 、ＳR が、ヘッドホンアンプ５Ｌ、５Ｒを通じてヘッドホン６の左および右の音響ユニット６Ｌ、６Ｒに供給される。
【００４４】
また、ヘッドホン６に回転角速度センサ７１が設けられるとともに、その出力信号が検出回路７２に供給されてリスナの頭の回転角速度の検出信号Ｓ72が取り出され、この信号Ｓ72がＡ／Ｄコンバータ回路７３に供給されてデジタルの検出信号Ｓ72にＡ／Ｄ変換されてからマイクロコンピュータ７４に供給され、マイクロコンピュータ７４において、検出信号Ｓ72は所定のデータＳ74が変換され、このデータＳ74がデジタル処理回路３に制御信号として供給される。
【００４５】
そして、デジタル処理回路３は、ディスクリート回路により構成した場合、例えば図８に示すように構成される。すなわち、図６に示すようなステレオ再生の場合、中央前方のスピーカＳＰCFにより再生される音像は、左右のスピーカＳＰLF、ＳＰRFにより再現することができる。
【００４６】
そこで、図８に示す処理回路３においては、その前方チャンネルの処理回路３Ｆにおいて、Ａ／Ｄコンバータ回路２１、２２からのデジタルオーディオ信号ＳLF、ＳRFが、加算回路３６Ｌ、３６Ｒを通じてデジタルフィルタ３１１〜３１２０に供給されるとともに、Ａ／Ｄコンバータ回路２０からのデジタルオーディオ信号ＳCFが減衰回路３７を通じて加算回路３６Ｌ、３６Ｒに供給され、オーディオ信号ＳLF、ＳRFに分配される。なお、フィルタ３１１〜３１２０から後段および後方チャンネルの処理回路３Ｂは、図２と同様に構成される。
【００４７】
したがって、このオーディオ再生装置においては、図６に示す５チャンネルステレオのスピーカ再生音場をヘッドホン６により再現できる。
【００４８】
図９は、多チャンネルのデジタルオーディオ信号の信号源に接続できるようにした場合である。すなわち、図９において、符号９００は、デジタルオーディオ信号の信号源を示し、この例においては、信号源９００はＤＶＤプレーヤである。そして、このＤＶＤプレーヤ９００からは、例えばドルビーデジタル（ＡＣ−３）におけるいわゆる5.1 チャンネルのデジタルオーディオ信号ＳDAが取り出される。
【００４９】
このデジタルオーディオ信号ＳDAは、左前方、中央前方、右前方、左後方、右後方および120Hz 以下の低域の６チャンネルのデジタルオーディオ信号ＳLF、ＳCF、ＳRF、ＳLB、ＳRB、ＳLOW が、１つのシリアルデータにエンコードされた信号である。また、一般には、この信号ＳDAが、専用アダプタに供給されてもとの６チャンネルのオーディオ信号ＳLF〜ＳLOW にデコードおよびＤ／Ａ変換され、その信号ＳLF〜ＳLOW がそれぞれのスピーカに供給されて再生音場が形成される。
【００５０】
そして、そのような信号ＳDAが、プレーヤ９００から同軸ケーブル９０１を通じてオーディオ再生装置のデコーダ回路８に供給されてそれぞれのオーディオ信号ＳLF〜ＳLOW にデコードないし分離され、これらオーディオ信号ＳLF〜ＳLOW がデジタル処理回路３に供給される。
【００５１】
この処理回路３は、図８の処理回路３と同様に構成されて正面前方チャンネルの信号ＳCFが左前方および右前方チャンネルの信号ＳLF、ＳRFに分配されるとともに、さらに、低域信号ＳLOW が例えば信号ＳLF〜ＳRBに分配される。また、処理回路３から後段および手段７１〜７４は、図７のそれと同様に構成される。
【００５２】
したがって、このオーディオ再生装置によれば、６チャンネルのオーディオ信号ＳLF〜ＳLOW を６つのスピーカに供給したときに得られる再生音場と同等の再生音場を、ヘッドホン６により再現することができる。
【００５３】
そして、その場合、ＤＶＤプレーヤ１とオーディオ再生装置との接続は、ケーブル９０１の１本だけでよく、接続が簡単である。また、ＤＶＤプレーヤ９００により再生されたデジタルオーディオ信号ＳDAを、アナログオーディオ信号にＤ／Ａ変換しないで、そのままオーディオ再生装置に供給して音場再生を実現しているので、音質の劣化を回避することができる。
【００５４】
図１０は、この発明による一般的な多チャンネルのステレオ再生をヘッドホンにより実現できるようにした場合である。すなわち、この再生装置においては、多チャンネルのアナログオーディオ信号が、Ｕ個の前方チャンネルの信号ＳF1〜ＳFUと、Ｖ個の後方チャンネルの信号ＳB1〜ＳBVと、それ以外のＷ個の信号ＳS1〜ＳSWとに分類される。なお、信号ＳF1〜ＳFUは、リスナの前方180°の範囲に配置されるスピーカに供給される信号であり、信号ＳB1〜ＳBVは、リスナの後方180°の範囲に配置されるスピーカに供給される信号である。また、信号ＳS1〜ＳSWは、漠然とした方向感および頭外定位感を与える信号である。
【００５５】
そして、前方チャンネルのオーディオ信号ＳF1〜ＳFUが、入力端子１Ｆ１〜１ＦＵを通じてＡ／Ｄコンバータ回路２Ｆ１〜２ＦＵに供給されてＡ／Ｄ変換されるとともに、後方チャンネルのオーディオ信号ＳB1〜ＳBVが、入力端子１Ｂ１〜１ＢＶを通じてＡ／Ｄコンバータ回２Ｂ１〜２ＢＶに供給されてＡ／Ｄ変換される。また、オーディオ信号ＳS1〜ＳSW、入力端子１Ｓ１〜１ＳＷを通じてＡ／Ｄコンバータ回２Ｓ１〜２ＳＷに供給されてＡ／Ｄ変換される。
【００５６】
そして、そのＡ／Ｄ変換後のオーディオ信号ＳF1〜ＳFU、ＳB1〜ＳBV、ＳS1〜ＳSWが、例えばＤＳＰにより構成されたデジタル処理回路３に供給される。
【００５７】
このデジタル処理回路３の詳細については後述するが、これは、オーディオ信号ＳF1〜ＳSWを、ヘッドホン６により所定のステレオ再生音場を再現するオーディオ信号ＳL 、ＳR に変換するものである。
【００５８】
そして、このオーディオ信号ＳL 、ＳR がＤ／Ａコンバータ回路４Ｌ、４Ｒに供給されてＤ／Ａ変換され、このＤ／Ａ変換後のアナログオーディオ信号ＳL 、ＳR が、ヘッドホンアンプ５Ｌ、５Ｒを通じてヘッドホン６の左および右の音響ユニット６Ｌ、６Ｒに供給される。
【００５９】
また、ヘッドホン６に回転角速度センサ７１が設けられるとともに、その出力信号が検出回路７２に供給されてリスナの頭の回転角速度の検出信号Ｓ72が取り出され、この信号Ｓ72がＡ／Ｄコンバータ回路７３に供給されてデジタルの検出信号Ｓ72にＡ／Ｄ変換されてからマイクロコンピュータ７４に供給され、マイクロコンピュータ７４において、検出信号Ｓ72は所定のデータＳ74が作成され、このデータＳ74がデジタル処理回路３に制御信号として供給される。
【００６０】
そして、デジタル処理回路３は、ディスクリート回路により構成した場合、例えば図１１に示すように構成される。すなわち、前方チャンネルの処理回路３Ｆにおいては、信号ＳF1〜ＳFUが、デジタルフィルタ３１１１〜３１１Ｕを通じて加算回路３２１に供給されるとともに、デジタルフィルタ３１２１〜３１２Ｕを通じて加算回路３２２に供給される。
【００６１】
この場合、フィルタ３１１１〜３１２Ｕは、図２のフィルタ３１１〜３１２０が図３の頭部伝達関数ＨLF-L〜ＨRF-Lを実現しているのと同様、オーディオ信号ＳF1〜ＳFUが供給されるスピーカと、リスナの耳との間の頭部伝達関数を実現するものである。そして、加算回路３２１、３２２の出力信号が、時間差の付加回路３３１、３３２およびレベル差の付加回路３４１、３４２を通じて加算回路３５Ｌ、３５Ｒに供給される。
【００６２】
また、紙面の都合で図示を簡略化するが、後方チャンネルの処理回路３Ｂは、前方チャンネルの処理回路３Ｆと同様に構成されるもので、デジタルオーディオ信号ＳB1〜ＳBVの供給されるＶ組のデジタルフィルタ（３１３１、３１４１）〜（３１３Ｖ、３１４Ｖ）と、その出力信号の加算回路３２３、３２４と、その出力信号の供給される時間差の付加回路３３３、３３４およびレベル差の付加回路３４３、３４４とにより構成され、その出力信号が加算回路３５Ｌ、３５Ｒに供給される。
【００６３】
さらに、処理回路３Ｓも、処理回路３Ｂと同様に構成されるもので、デジタルオーディオ信号ＳS1〜ＳSWの供給されるＷ組のデジタルフィルタ（３１５１、３１６１）〜（３１５Ｗ、３１６Ｗ）と、その出力信号の加算回路３２５、３２６と、その出力信号の供給される時間差の付加回路３３５、３３６およびレベル差の付加回路３４５、３４６とにより構成され、その出力信号が加算回路３５Ｌ、３５Ｒに供給される。
【００６４】
そして、マイクロコンピュータ７４からの制御信号Ｓ74が、処理回路３Ｆの付加回路３３１、３３２、３４１、３４２に制御信号として供給されるとともに、処理回路３Ｂの付加回路３３３、３３４、３４３、３４４に制御信号として供給され、付加回路３３１〜３４２、３３３〜３４４は、図２の処理回路３Ｆ、３Ｂの場合と同様に制御される。なお、処理回路３Ｓにおける付加回路３３５、３３６、３４５、３４６の時間差およびレベル差は、リスナが正面を向いているときの値に固定されるか、制御信号Ｓ74により付加回路３３１、３３２、３４１、３４２のそれとは逆に変化するように制御される。
【００６５】
このような構成によれば、オーディオ信号ＳF1〜ＳFU、ＳB1〜ＳBV、ＳS1〜ＳSWが、スピーカに供給された場合と同様の多チャンネルステレオの再生音場を再現することができる。そして、その場合、前方チャンネルおよび後方チャンネルのオーディオ信号ＳF1〜ＳFU、ＳB1〜ＳBVにより形成される音像は、リスナが頭を動かしても移動しない。
【００６６】
しかし、残りのオーディオ信号ＳS1〜ＳSWは、時間差およびレベル差の可変制御をしていないので、あるいは前方チャンネルの信号ＳF1〜ＳFUとは逆に制御されるので、信号ＳS1〜ＳSWにより形成される音像は、リスナが頭を動かすと、一緒に動き、あるいは漠然とした方向感や頭外定位感となり、スピーカ再生では再現できない効果を得ることができる。
【００６７】
なお、上述においては、付加回路３４１〜３４４によりオーディオ信号にレベル差を与えて頭の向きを変えたときの音像の定位を再現しているが、例えば前方に音源があるときに、右を向くと、右耳に入射する音波は高域が低下するので、付加回路３４１〜３４４を周波数特性の制御回路とし、頭の向きを変えたときの周波数特性、特に高域の変化を付加するようにしてもよい。
【００６８】
また、付加回路３３１〜３３４において、時間差の代わりに位相差を付加することもできる。あるいは、付加回路３３１〜３３４において位相差を付加し、付加回路３４１〜３４４において周波数特性の変化を付加することもできる。
【００６９】
さらに、上述において、リスナＭの頭の向きを検出する回転角速度センサ７１は、圧電振動ジャイロや地磁気方位センサとすることができる。あるいは、リスナＭの前方あるいは周囲に発光手段を配置するとともに、ヘッドホン６に少なくとも２個の光強度センサを設け、これら光強度センサの出力比によりリスナＭの頭の回転角を算出することもできる。
【００７０】
また、ヘッドホン６上の離れた２か所に設けられた超音波センサにより、リスナＭの前方あるいは周囲の超音波発振器から出力されるバースト状の超音波を受音して受信信号に変換し、この受信信号の時間差からヘッドホン６の回転角を算出することもできる。
【００７１】
さらに、磁針により光学シャッタを連動させて光学センサに入射する光量を、リスナＭの頭の向きにしたがって制御することにより、頭の回転角を検出することもできる。あるいは磁針をロータリーエンコーダの入力軸に設ければ、頭の回転角を示す信号をデジタル信号の状態で得ることができ、Ａ／Ｄコンバータ回路７３を省略することができる。
【００７２】
また、検出回路７２は、回転角速度センサ７１の検出方法に対応した回路とすることができる。さらに、回転角速度センサ７１および回路７２〜７４の一部または全部をヘッドホン６に設けることもできる。また、オーディオ信号ＳL 、ＳR を、ＦＭ波や赤外線を使用してワイヤレスでヘッドホン６に供給することもできる。
【００７３】
【発明の効果】
この発明によれば、リスナの前方の音像に対しても、後方の音像に対しても実際に頭を動かしながら聞く場合と同様の特性も再現でき、あらゆる方向の音像に対して良好な頭外定位を実現することができる。
【００７４】
また、すべてのチャンネルにおいてデジタル信号処理を行う必要がなく、比較的少ない信号処理量で、多チャンネルのオーディオ信号による音像に対して頭外定位を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一形態を示す系統図である。
【図２】この発明の一部の一形態を示す系統図である。
【図３】この発明を説明するための平面図である。
【図４】この発明を説明するための特性図である。
【図５】この発明を説明するための特性図である。
【図６】この発明を説明するための平面図である。
【図７】この発明の他の一形態を示す系統図である。
【図８】この発明の一部の他の一形態を示す系統図である。
【図９】この発明の他の一形態を示す系統図である。
【図１０】この発明の他の一形態を示す系統図である。
【図１１】この発明の一部の他の一形態を示す系統図である。
【符号の説明】
３…デジタル処理回路、３Ｂ…後方チャンネルの処理回路、３Ｆ…前方チャンネルの処理回路、４Ｌおよび４Ｒ…Ｄ／Ａコンバータ回路、５Ｌおよび５Ｒ…アンプ、６…ヘッドホン、６Ｌおよび６Ｒ…音響ユニット、１１〜１４…入力端子、２１〜２４…Ａ／Ｄコンバータ回路、７１…回転角速度センサ、７２…検出回路、７３…Ａ／Ｄコンバータ回路、７４…マイクロコンピュータ
３１１〜３１４および３１１０〜３１４０…デジタルフィルタ、３２１〜３２４…加算回路、３３１〜３３４…時間差の付加回路、３４１〜３４４…レベル差の付加回路、３５Ｌおよび３５Ｒ…加算回路
【発明の属する技術分野】
この発明は、オーディオ再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、映画などの映像に伴うオーディオ信号は、スクリーンの両側に置かれたスピーカによって再生されることを想定して記録されている。これによると、映像中の音源の位置と、実際に聞こえてくる音像の位置とが一致し、さらに自然な広がりをもった音場が確立される。
【０００３】
しかし、そのようなオーディオ信号をヘッドホンを使用して鑑賞すると、音像は頭の中に定位し、映像の方向と音像の定位位置とが一致せず、極めて不自然な音像の定位となってしまう。
【０００４】
また、映像を伴わない音楽などを鑑賞する場合も同様で、スピーカ再生の場合と異なり、音が頭の中から聞こえ、やはり不自然な再生音場となってしまう。
【０００５】
そこで、リスナの前方に置かれたスピーカからリスナの両耳までの頭部伝達関数（インパルス応答）をあらかじめ測定あるいは計算し、これをＦＩＲフィルタなどのデジタルフィルタによりオーディオ信号に畳み込み、その結果のオーディオ信号をヘッドホンに供給するという方法が考えられている。この方法によれば、音像は頭外に定位するようになり、スピーカ再生の場合に近い音場を再現することができる。
【０００６】
しかし、この方法によれば、音像は頭外に定位するようになるものの、頭の向きを変えたとき、音像が頭の動きと一緒に移動するので、映像を伴う場合、その映像の方向と音像の方向との間にずれを生じてしまい、不自然な音像定位となってしまう。
【０００７】
そこで、さらに、頭の動きを検出して頭の動きに応じてデジタルフィル夕の係数を更新し、音像の方向を聴取環境に対して固定する方法が考えられている。この方法によれば、音像は頭の中に定位することもなく、また、頭を動かしても、音像は移動しないので、スピーカの再生する音像と極めて類似した音像を得ることができる。
【０００８】
ところが、デジタルフィルタの係数を頭の動きにしたがって更新する場合には、頭が少しでも動けば、そのたびにデジタルフィルタの係数を更新しなければならず、高速で莫大な数の積和演算回路やメモリーが必要となってしまう。
【０００９】
そこで、デジタルフィルタの係数を頭が例えば正面を向いているときの値に固定しておき、頭部の動きに対する係数の変化を、各チャンネルのオーディオ信号に対する時間差およびレベル差の変更で代行ないしシミュレートする方法が考えられている。この方法によれば、デジタルフィルタの係数を逐次更新する必要がなくなり、回路規模を大幅に簡略化することができる。
【００１０】
しかし、この方法の場合には、時間差およびレベル差で実現できる音像定位の方向が前方180 ゜の範囲に限定されてしまい、音像を後方に定位させることができない。
【００１１】
また、音像の位置を固定する場合、新たな問題を生じてしまう。すなわち、例えば、前方に音源があるとき、右を向けば、左耳はその音源に近づくので、左耳に入射する音波の時間遅れは小さくなるとともに、レベルは大きくなる。しかし、後方に音源があるとき、右を向けば、左耳はその音源から遠ざかるので、左耳に入射する音波の時間遅れは大きくなるとともに、レベルは小さくなる。
【００１２】
したがって、頭の動きにしたがってデジタルフィルタの係数を更新する場合、音源の位置によって、係数の変化方向を逆にしなければならず、単純に係数を更新したのでは、意図する位置に音像を定位させておくことができない。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、ヘッドホンによりスピーカ音場を再現する方法として、各種の方法が考えられているが、それぞれ問題がある。
【００１４】
さらに、実験によると、すべての音像を頭外に定位させるよりも、一部は頭内に定位させたほうが音場の表現が豊かになる場合がある。なぜなら、頭内定位はスピーカ再生では容易に実現できないからである。例えば、映像が弓をひくシーンのとき、そのギリギリいう音をリスナの耳元で再現すれば、スピーカ再生では表現できない効果となる。
【００１５】
また、ＡＣ−３のような多チャンネルのデジタル入力信号を初めとし、より多くの入力信号に対応できるようにする必要も出てきている。
【００１６】
この発明は、以上のような実状に鑑みてなされたものであり、ヘッドホンによりスピーカ音場を再現するとき、インパルスレスボンスの演算量を抑えながら、前方および後方の音像定位を実現しようとするものである。
【００１７】
また、頭内定位の現象も有効に利用し、音場の表現力を豊かにしようとするものである。あるいは、あいまいな方向感だけのあるサラウンド音場を実現しようとするものである。
【００１８】
さらに、ＡＣ−３のような多チャンネルのデジタル入力信号を初めとし、より多くの入力信号に対応できるようにするものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
このため、この発明においては、
複数Ｎチャンネル（Ｎ＝Ｕ＋Ｖ＋Ｗ）の入力オーディオ信号に所定の信号処理を行う信号処理回路と、
この信号処理回路の出力信号が供給されるへッドホンと、
このへッドホンに設けられてこのヘッドホンの装着者の頭部の向きを検出する検出手段と、
この検出手段の検出出力を処理して所定の制御データを出力する回路と
を有し、
上記信号処理回路は、
上記Ｎチャンネルのオーディオ信号のうち、前方に位置するＵ個の音源から上記装着者の左耳および右耳までの頭部伝達関数を時間領域に変換したインパルス応答を畳み込む２Ｕ個のデジタルフィルタと、
上記Ｎチャンネルのオーディオ信号のうち、後方に位置するＶ個の音源から上記左耳および右耳までの頭部伝達関数を時間領域に変換したインパルス応答を畳み込む２Ｖ個のデジタルフィルタと、
上記Ｎチャンネルの入力オーディオ信号のうち、上記前方に位置するＵ個の音源および上記後方に位置するＶ個の音源を除くＷ個の音源から上記左耳および右耳までの頭部伝達関数を時間領域に変換したインパルス応答を畳み込む２Ｗ個のデジタルフィルタと、
上記２Ｕ個のデジタルフィルタのうち、前方の左および右チャンネルにそれぞれ対応するデジタルフィルタの出力をそれぞれ互いに加算する第１の１対の加算回路と、
上記２Ｖ個のデジタルフィルタのうち、後方の左および右チャンネルにそれぞれ対応するデジタルフィルタの出力をそれぞれ互いに加算する第２の１対の加算回路と、
上記２Ｗ個のデジタルフィルタのうち、左および右チャンネルにそれぞれ対応するデジタルフィルタの出力をそれぞれ互いに加算する第３の１対の加算回路と、
上記第１の１対の加算回路の出力にそれぞれ時間差およびレベル差を付加する第１の１対の付加回路と、
上記第２の１対の加算回路の出力にそれぞれ時間差およびレベル差を付加する第２の１対の付加回路と、
上記第３の１対の加算回路の出力にそれぞれ時間差およびレベル差を付加する第３の１対の付加回路と、
上記第１、第２および第３の１対の付加回路の出力をそれぞれ互いに加算して上記信号処理回路の左および右チャンネルの出力信号とする第４の１対の加算回路と
を有し、
上記装着者の頭部の向きが変化したとき、上記第１の１対の付加回路と、上記第２の１対の付加回路とは、これらを通じる信号に互いに逆方向の時間差およびレベル差を与えるように、その時間差およびレベル差を上記制御データにより制御するとともに、
上記装着者の頭部の向きが変化したときでも、上記第３の１対の付加回路が付加する時間差およびレベル差を一定に保持する
ようにしたオーディオ再生装置
とするものである。
したがって、リスナが頭の向きを変えても、前方および後方の音像は、その位置に定位する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の前提となるオーディオ再生装置の一形態の全体を示す。そして、符号ＳLF、ＳRF、ＳLB、ＳRBは、４チャンネルのアナログオーディオ信号であり、これら信号ＳLF、ＳRF、ＳLB、ＳRBは、例えば図３に示すように、リスナＭの左前方、右前方、左後方および右後方に配置されたスピーカＳＰLF、ＳＰRF、ＳＰLB、ＳＰRBにそれぞれ供給されたとき、４チャンネルステレオの再生音場を実現するものである。
【００２１】
そして、これらのオーディオ信号ＳLF〜ＳRBが、入力端子１１〜１４を通じてＡ／Ｄコンバータ回路２１〜２４に供給されてＡ／Ｄ変換され、このＡ／Ｄ変換後のオーディオ信号ＳLF〜ＳRBが、例えばＤＳＰにより構成されたデジタル処理回路３に供給される。
【００２２】
このデジタル処理回路３の詳細については後述するが、これは、オーディオ信号ＳLF〜ＳRBを、ヘッドホンにより所定のステレオ再生音場を再現するオーディオ信号ＳL 、ＳR に変換するものである。
【００２３】
そして、このオーディオ信号ＳL 、ＳR がＤ／Ａコンバータ回路４Ｌ、４Ｒに供給されてＤ／Ａ変換され、このＤ／Ａ変換後のアナログオーディオ信号ＳL 、ＳR が、ヘッドホンアンプ５Ｌ、５Ｒを通じてヘッドホン６の左および右の音響ユニット（電気・音響変換素子）６Ｌ、６Ｒに供給される。
【００２４】
また、ヘッドホン６に回転角速度センサ７１が設けられるとともに、その出力信号が検出回路７２に供給されて、リスナがヘッドホン６を装着して頭を回転させたときの角速度が検出され、その検出信号Ｓ72がＡ／Ｄコンバータ回路７３に供給されてデジタルの検出信号Ｓ72にＡ／Ｄ変換され、その検出信号Ｓ72がマイクロコンピュータ７４に供給される。
【００２５】
そして、マイクロコンピュータ７４において、検出信号Ｓ72が所定の時間ごとにサンプリングされた後に積分されてリスナの頭の向きを示す角度のデータに変換されるとともに、この角度のデータから実際に音像を定位させるためのデータＳ74が作成され、このデータＳ74がデジタル処理回路３に制御信号として供給される。
【００２６】
次に、デジタル処理回路３について、ディスクリート回路により構成した場合で説明する。
【００２７】
今、図３に示すように、リスナＭの左前方、右前方、左後方、右後方にスピーカＳＰLF、ＳＰRF、ＳＰLB、ＳＰRBを配置した場合に、
ＨLF-L：スピーカＳＰLFからリスナＭの左耳に至る頭部伝達関数
ＨLF-R：スピーカＳＰLFからリスナＭの右耳に至る頭部伝達関数
ＨRF-L：スピーカＳＰRFからリスナＭの左耳に至る頭部伝達関数
・・・・・
ＨRB-R：スピーカＳＰRBからリスナＭの右耳に至る頭部伝達関数
とすると、デジタル処理回路３は、これら頭部伝達関数ＨLF-L〜ＨRB-Rを実現すればよいことになる。
【００２８】
そこで、デジタル処理回路３は、例えば図２に示すように構成される。このデジタル処理回路３は、オーディオ信号ＳLF〜ＳRBのうち、前方チャンネルの信号ＳLF、ＳRFを処理する処理回路３Ｆと、後方チャンネルの信号ＳLB、ＳRBを処理する処理回路３Ｂとにより構成される。
【００２９】
すなわち、前方チャンネルの処理回路３Ｆにおいては、Ａ／Ｄコンバータ回路２１、２２からのオーディオ信号ＳLF、ＳRFが、デジタルフィルタ３１１、３１２０を通じて加算回路３２１に供給され、その加算信号が、時間差の付加回路３３１およびレベル差の付加回路３４１を通じて加算回路３５Ｌに供給される。また、Ａ／Ｄコンバータ回路２１、２２からのオーディオ信号ＳLF、ＳRFが、デジタルフィルタ３１１０、３１２を通じて加算回路３２２に供給され、その加算信号が、時間差の付加回路３３２およびレベル差の付加回路３４２を通じて加算回路３５Ｒに供給される。
【００３０】
さらに、後方チャンネルの処理回路３Ｂにおいては、Ａ／Ｄコンバータ回路２３、２４からのオーディオ信号ＳLB、ＳRBが、デジタルフィルタ３１３、３１４０を通じて加算回路３２３に供給され、その加算信号が、時間差の付加回路３３３およびレベル差の付加回路３４３を通じて加算回路３５Ｒに供給される。また、Ａ／Ｄコンバータ回路２３、２４からのオーディオ信号ＳLB、ＳRBが、デジタルフィルタ３１３０、３１４を通じて加算回路３２４に供給され、その加算信号が、時間差の付加回路３３４およびレベル差の付加回路３４４を通じて加算回路３５Ｒに供給される。
【００３１】
そして、加算回路３５Ｌ、３５Ｒの出力信号が、オーディオ信号ＳL 、ＳR として後段のＤ／Ａコンバータ回路４Ｌ、４Ｒに供給される。
【００３２】
この場合、デジタルフィルタ３１１〜３１４、３１１０〜３１４０は、例えばＦＩＲフィルタにより構成される。そして、これらフィルタ３１１〜３１４、３１１０〜３１４０は、図３において、リスナＭが正面前方を向いているときの頭部伝達関数ＨLF-L〜ＨRB-R、ＨLF-R〜ＨRB-Lに対応した頭部伝達関数に設定され、そのフィルタを通じるオーディオ信号にその頭部伝達関数を時間軸に変換したインパルス応答が畳み込まれる。
【００３３】
また、付加回路３３１〜３３４は、これらを通じる４つのオーディオ信号の間に所定の時間差を付加するものであり、例えば遅延回路により構成される。また、付加回路３４１〜３４４は、これらを通じる４つのオーディオ信号の間に所定のレベル差を付加するものであり、例えば可変利得アンプにより構成される。そして、マイクロコンピュータ７４からのデータＳ74により、付加回路３３１〜３３４の時間差が制御されるとともに、付加回路３４１〜３４４のレベル差が制御される。
【００３４】
この場合、リスナの前方に音源があって、リスナが例えば右を向いたときには、リスナの左耳は音源に近づくので、左耳に入射する音波の時間遅れは小さくなるとともに、レベルは大きくなる。また、逆に、左を向いたときには、時間遅れは大きくなり、レベルは小さくなる。したがって、付加回路３３１の特性は、図４において折れ線Ｂで示すように制御され、付加回路３４１の特性は、図５において曲線Ｃで示すように制御される。
【００３５】
さらに、左耳と右耳とは立場が左右逆なので、付加回路３３２の特性は、図４において折れ線Ａで示すように制御され、付加回路３４２の特性は、図５において曲線Ｄで示すように制御される。
【００３６】
一方、リスナの後方に音源があって、リスナが例えば右を向いたときには、リスナの左耳は音源から遠ざかるので、左耳に入射する音波の時間遅れは大きくなるとともに、レベルは小さくなる。また、逆に、左を向いたときには、時間遅れは小さくなり、レベルは大きくなる。したがって、付加回路３３３の特性は、図４において折れ線Ａで示すように制御され、付加回路３４３の特性は、図５において曲線Ｄで示すように制御される。さらに、付加回路３３４の特性は、図４において折れ線Ｂで示すように制御され、付加回路３４４の特性は、図５において曲線Ｃで示すように制御される。
【００３７】
このような構成によれば、オーディオ信号ＳLF〜ＳRBには、フィルタ３１１〜３１４０により図３に示す頭部伝達関数に対応するインパルス応答が畳み込まれ、その結果の信号ＳL 、ＳR がヘッドホン６の左および右チャンネルの音響ユニット６Ｌ、６Ｒに供給されるので、音像は頭外に定位し、スピーカ再生の場合と同等のステレオ再生音場が再現される。
【００３８】
また、リスナが頭の向きを変えると、その向きに対応して付加回路３３１〜３３４および３４１〜３４４の特性が図４および図５に示すように変化するので、ヘッドホン６により形成される音像は、頭の向きにかかわらず外界の固定した場所に定位することになる。
【００３９】
したがって、例えばオーケストラの音楽を聴いている場合に、頭の向きを変えても、そのオーケストラが移動しないで、オーケストラの前で頭の向きを変えたような自然な状態となる。あるいは、ＤＶＤプレーヤなどにより映像再生を行っている場合に、頭の向きを変えても、音像の定位位置を映像の位置に一致させておくことができる。
【００４０】
ところで、ＡＣ−３などにおいては、図６に示すように、リスナＭの左前方、右前方、左後方、右後方のスピーカＳＰLF、ＳＰRF、ＳＰLB、ＳＰRBに加えて、リスナＭの正面前方にスピーカＳＰCFも配置してステレオ再生することが想定されている。
【００４１】
図７は、そのようなステレオ再生をヘッドホンにより再現する場合である。すなわち、アナログオーディオ信号ＳLF、ＳRF、ＳLB、ＳRBが、入力端子１１〜１４を通じてＡ／Ｄコンバータ回路２１〜２４に供給されてＡ／Ｄ変換されるとともに、正面前方チャンネルのアナログオーディオ信号ＳCFが、入力端子１０を通じてＡ／Ｄコンバータ回路２０に供給されてＡ／Ｄ変換される。そして、それらＡ／Ｄ変換後のオーディオ信号ＳLF〜ＳRB、ＳCFが、例えばＤＳＰにより構成されたデジタル処理回路３に供給される。
【００４２】
このデジタル処理回路３の詳細については後述するが、これは、オーディオ信号ＳLF〜ＳCFを、ヘッドホン６により所定のステレオ再生音場を再現するオーディオ信号ＳL 、ＳR に変換するものである。
【００４３】
そして、このオーディオ信号ＳL 、ＳR がＤ／Ａコンバータ回路４Ｌ、４Ｒに供給されてＤ／Ａ変換され、このＤ／Ａ変換後のアナログオーディオ信号ＳL 、ＳR が、ヘッドホンアンプ５Ｌ、５Ｒを通じてヘッドホン６の左および右の音響ユニット６Ｌ、６Ｒに供給される。
【００４４】
また、ヘッドホン６に回転角速度センサ７１が設けられるとともに、その出力信号が検出回路７２に供給されてリスナの頭の回転角速度の検出信号Ｓ72が取り出され、この信号Ｓ72がＡ／Ｄコンバータ回路７３に供給されてデジタルの検出信号Ｓ72にＡ／Ｄ変換されてからマイクロコンピュータ７４に供給され、マイクロコンピュータ７４において、検出信号Ｓ72は所定のデータＳ74が変換され、このデータＳ74がデジタル処理回路３に制御信号として供給される。
【００４５】
そして、デジタル処理回路３は、ディスクリート回路により構成した場合、例えば図８に示すように構成される。すなわち、図６に示すようなステレオ再生の場合、中央前方のスピーカＳＰCFにより再生される音像は、左右のスピーカＳＰLF、ＳＰRFにより再現することができる。
【００４６】
そこで、図８に示す処理回路３においては、その前方チャンネルの処理回路３Ｆにおいて、Ａ／Ｄコンバータ回路２１、２２からのデジタルオーディオ信号ＳLF、ＳRFが、加算回路３６Ｌ、３６Ｒを通じてデジタルフィルタ３１１〜３１２０に供給されるとともに、Ａ／Ｄコンバータ回路２０からのデジタルオーディオ信号ＳCFが減衰回路３７を通じて加算回路３６Ｌ、３６Ｒに供給され、オーディオ信号ＳLF、ＳRFに分配される。なお、フィルタ３１１〜３１２０から後段および後方チャンネルの処理回路３Ｂは、図２と同様に構成される。
【００４７】
したがって、このオーディオ再生装置においては、図６に示す５チャンネルステレオのスピーカ再生音場をヘッドホン６により再現できる。
【００４８】
図９は、多チャンネルのデジタルオーディオ信号の信号源に接続できるようにした場合である。すなわち、図９において、符号９００は、デジタルオーディオ信号の信号源を示し、この例においては、信号源９００はＤＶＤプレーヤである。そして、このＤＶＤプレーヤ９００からは、例えばドルビーデジタル（ＡＣ−３）におけるいわゆる5.1 チャンネルのデジタルオーディオ信号ＳDAが取り出される。
【００４９】
このデジタルオーディオ信号ＳDAは、左前方、中央前方、右前方、左後方、右後方および120Hz 以下の低域の６チャンネルのデジタルオーディオ信号ＳLF、ＳCF、ＳRF、ＳLB、ＳRB、ＳLOW が、１つのシリアルデータにエンコードされた信号である。また、一般には、この信号ＳDAが、専用アダプタに供給されてもとの６チャンネルのオーディオ信号ＳLF〜ＳLOW にデコードおよびＤ／Ａ変換され、その信号ＳLF〜ＳLOW がそれぞれのスピーカに供給されて再生音場が形成される。
【００５０】
そして、そのような信号ＳDAが、プレーヤ９００から同軸ケーブル９０１を通じてオーディオ再生装置のデコーダ回路８に供給されてそれぞれのオーディオ信号ＳLF〜ＳLOW にデコードないし分離され、これらオーディオ信号ＳLF〜ＳLOW がデジタル処理回路３に供給される。
【００５１】
この処理回路３は、図８の処理回路３と同様に構成されて正面前方チャンネルの信号ＳCFが左前方および右前方チャンネルの信号ＳLF、ＳRFに分配されるとともに、さらに、低域信号ＳLOW が例えば信号ＳLF〜ＳRBに分配される。また、処理回路３から後段および手段７１〜７４は、図７のそれと同様に構成される。
【００５２】
したがって、このオーディオ再生装置によれば、６チャンネルのオーディオ信号ＳLF〜ＳLOW を６つのスピーカに供給したときに得られる再生音場と同等の再生音場を、ヘッドホン６により再現することができる。
【００５３】
そして、その場合、ＤＶＤプレーヤ１とオーディオ再生装置との接続は、ケーブル９０１の１本だけでよく、接続が簡単である。また、ＤＶＤプレーヤ９００により再生されたデジタルオーディオ信号ＳDAを、アナログオーディオ信号にＤ／Ａ変換しないで、そのままオーディオ再生装置に供給して音場再生を実現しているので、音質の劣化を回避することができる。
【００５４】
図１０は、この発明による一般的な多チャンネルのステレオ再生をヘッドホンにより実現できるようにした場合である。すなわち、この再生装置においては、多チャンネルのアナログオーディオ信号が、Ｕ個の前方チャンネルの信号ＳF1〜ＳFUと、Ｖ個の後方チャンネルの信号ＳB1〜ＳBVと、それ以外のＷ個の信号ＳS1〜ＳSWとに分類される。なお、信号ＳF1〜ＳFUは、リスナの前方180°の範囲に配置されるスピーカに供給される信号であり、信号ＳB1〜ＳBVは、リスナの後方180°の範囲に配置されるスピーカに供給される信号である。また、信号ＳS1〜ＳSWは、漠然とした方向感および頭外定位感を与える信号である。
【００５５】
そして、前方チャンネルのオーディオ信号ＳF1〜ＳFUが、入力端子１Ｆ１〜１ＦＵを通じてＡ／Ｄコンバータ回路２Ｆ１〜２ＦＵに供給されてＡ／Ｄ変換されるとともに、後方チャンネルのオーディオ信号ＳB1〜ＳBVが、入力端子１Ｂ１〜１ＢＶを通じてＡ／Ｄコンバータ回２Ｂ１〜２ＢＶに供給されてＡ／Ｄ変換される。また、オーディオ信号ＳS1〜ＳSW、入力端子１Ｓ１〜１ＳＷを通じてＡ／Ｄコンバータ回２Ｓ１〜２ＳＷに供給されてＡ／Ｄ変換される。
【００５６】
そして、そのＡ／Ｄ変換後のオーディオ信号ＳF1〜ＳFU、ＳB1〜ＳBV、ＳS1〜ＳSWが、例えばＤＳＰにより構成されたデジタル処理回路３に供給される。
【００５７】
このデジタル処理回路３の詳細については後述するが、これは、オーディオ信号ＳF1〜ＳSWを、ヘッドホン６により所定のステレオ再生音場を再現するオーディオ信号ＳL 、ＳR に変換するものである。
【００５８】
そして、このオーディオ信号ＳL 、ＳR がＤ／Ａコンバータ回路４Ｌ、４Ｒに供給されてＤ／Ａ変換され、このＤ／Ａ変換後のアナログオーディオ信号ＳL 、ＳR が、ヘッドホンアンプ５Ｌ、５Ｒを通じてヘッドホン６の左および右の音響ユニット６Ｌ、６Ｒに供給される。
【００５９】
また、ヘッドホン６に回転角速度センサ７１が設けられるとともに、その出力信号が検出回路７２に供給されてリスナの頭の回転角速度の検出信号Ｓ72が取り出され、この信号Ｓ72がＡ／Ｄコンバータ回路７３に供給されてデジタルの検出信号Ｓ72にＡ／Ｄ変換されてからマイクロコンピュータ７４に供給され、マイクロコンピュータ７４において、検出信号Ｓ72は所定のデータＳ74が作成され、このデータＳ74がデジタル処理回路３に制御信号として供給される。
【００６０】
そして、デジタル処理回路３は、ディスクリート回路により構成した場合、例えば図１１に示すように構成される。すなわち、前方チャンネルの処理回路３Ｆにおいては、信号ＳF1〜ＳFUが、デジタルフィルタ３１１１〜３１１Ｕを通じて加算回路３２１に供給されるとともに、デジタルフィルタ３１２１〜３１２Ｕを通じて加算回路３２２に供給される。
【００６１】
この場合、フィルタ３１１１〜３１２Ｕは、図２のフィルタ３１１〜３１２０が図３の頭部伝達関数ＨLF-L〜ＨRF-Lを実現しているのと同様、オーディオ信号ＳF1〜ＳFUが供給されるスピーカと、リスナの耳との間の頭部伝達関数を実現するものである。そして、加算回路３２１、３２２の出力信号が、時間差の付加回路３３１、３３２およびレベル差の付加回路３４１、３４２を通じて加算回路３５Ｌ、３５Ｒに供給される。
【００６２】
また、紙面の都合で図示を簡略化するが、後方チャンネルの処理回路３Ｂは、前方チャンネルの処理回路３Ｆと同様に構成されるもので、デジタルオーディオ信号ＳB1〜ＳBVの供給されるＶ組のデジタルフィルタ（３１３１、３１４１）〜（３１３Ｖ、３１４Ｖ）と、その出力信号の加算回路３２３、３２４と、その出力信号の供給される時間差の付加回路３３３、３３４およびレベル差の付加回路３４３、３４４とにより構成され、その出力信号が加算回路３５Ｌ、３５Ｒに供給される。
【００６３】
さらに、処理回路３Ｓも、処理回路３Ｂと同様に構成されるもので、デジタルオーディオ信号ＳS1〜ＳSWの供給されるＷ組のデジタルフィルタ（３１５１、３１６１）〜（３１５Ｗ、３１６Ｗ）と、その出力信号の加算回路３２５、３２６と、その出力信号の供給される時間差の付加回路３３５、３３６およびレベル差の付加回路３４５、３４６とにより構成され、その出力信号が加算回路３５Ｌ、３５Ｒに供給される。
【００６４】
そして、マイクロコンピュータ７４からの制御信号Ｓ74が、処理回路３Ｆの付加回路３３１、３３２、３４１、３４２に制御信号として供給されるとともに、処理回路３Ｂの付加回路３３３、３３４、３４３、３４４に制御信号として供給され、付加回路３３１〜３４２、３３３〜３４４は、図２の処理回路３Ｆ、３Ｂの場合と同様に制御される。なお、処理回路３Ｓにおける付加回路３３５、３３６、３４５、３４６の時間差およびレベル差は、リスナが正面を向いているときの値に固定されるか、制御信号Ｓ74により付加回路３３１、３３２、３４１、３４２のそれとは逆に変化するように制御される。
【００６５】
このような構成によれば、オーディオ信号ＳF1〜ＳFU、ＳB1〜ＳBV、ＳS1〜ＳSWが、スピーカに供給された場合と同様の多チャンネルステレオの再生音場を再現することができる。そして、その場合、前方チャンネルおよび後方チャンネルのオーディオ信号ＳF1〜ＳFU、ＳB1〜ＳBVにより形成される音像は、リスナが頭を動かしても移動しない。
【００６６】
しかし、残りのオーディオ信号ＳS1〜ＳSWは、時間差およびレベル差の可変制御をしていないので、あるいは前方チャンネルの信号ＳF1〜ＳFUとは逆に制御されるので、信号ＳS1〜ＳSWにより形成される音像は、リスナが頭を動かすと、一緒に動き、あるいは漠然とした方向感や頭外定位感となり、スピーカ再生では再現できない効果を得ることができる。
【００６７】
なお、上述においては、付加回路３４１〜３４４によりオーディオ信号にレベル差を与えて頭の向きを変えたときの音像の定位を再現しているが、例えば前方に音源があるときに、右を向くと、右耳に入射する音波は高域が低下するので、付加回路３４１〜３４４を周波数特性の制御回路とし、頭の向きを変えたときの周波数特性、特に高域の変化を付加するようにしてもよい。
【００６８】
また、付加回路３３１〜３３４において、時間差の代わりに位相差を付加することもできる。あるいは、付加回路３３１〜３３４において位相差を付加し、付加回路３４１〜３４４において周波数特性の変化を付加することもできる。
【００６９】
さらに、上述において、リスナＭの頭の向きを検出する回転角速度センサ７１は、圧電振動ジャイロや地磁気方位センサとすることができる。あるいは、リスナＭの前方あるいは周囲に発光手段を配置するとともに、ヘッドホン６に少なくとも２個の光強度センサを設け、これら光強度センサの出力比によりリスナＭの頭の回転角を算出することもできる。
【００７０】
また、ヘッドホン６上の離れた２か所に設けられた超音波センサにより、リスナＭの前方あるいは周囲の超音波発振器から出力されるバースト状の超音波を受音して受信信号に変換し、この受信信号の時間差からヘッドホン６の回転角を算出することもできる。
【００７１】
さらに、磁針により光学シャッタを連動させて光学センサに入射する光量を、リスナＭの頭の向きにしたがって制御することにより、頭の回転角を検出することもできる。あるいは磁針をロータリーエンコーダの入力軸に設ければ、頭の回転角を示す信号をデジタル信号の状態で得ることができ、Ａ／Ｄコンバータ回路７３を省略することができる。
【００７２】
また、検出回路７２は、回転角速度センサ７１の検出方法に対応した回路とすることができる。さらに、回転角速度センサ７１および回路７２〜７４の一部または全部をヘッドホン６に設けることもできる。また、オーディオ信号ＳL 、ＳR を、ＦＭ波や赤外線を使用してワイヤレスでヘッドホン６に供給することもできる。
【００７３】
【発明の効果】
この発明によれば、リスナの前方の音像に対しても、後方の音像に対しても実際に頭を動かしながら聞く場合と同様の特性も再現でき、あらゆる方向の音像に対して良好な頭外定位を実現することができる。
【００７４】
また、すべてのチャンネルにおいてデジタル信号処理を行う必要がなく、比較的少ない信号処理量で、多チャンネルのオーディオ信号による音像に対して頭外定位を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一形態を示す系統図である。
【図２】この発明の一部の一形態を示す系統図である。
【図３】この発明を説明するための平面図である。
【図４】この発明を説明するための特性図である。
【図５】この発明を説明するための特性図である。
【図６】この発明を説明するための平面図である。
【図７】この発明の他の一形態を示す系統図である。
【図８】この発明の一部の他の一形態を示す系統図である。
【図９】この発明の他の一形態を示す系統図である。
【図１０】この発明の他の一形態を示す系統図である。
【図１１】この発明の一部の他の一形態を示す系統図である。
【符号の説明】
３…デジタル処理回路、３Ｂ…後方チャンネルの処理回路、３Ｆ…前方チャンネルの処理回路、４Ｌおよび４Ｒ…Ｄ／Ａコンバータ回路、５Ｌおよび５Ｒ…アンプ、６…ヘッドホン、６Ｌおよび６Ｒ…音響ユニット、１１〜１４…入力端子、２１〜２４…Ａ／Ｄコンバータ回路、７１…回転角速度センサ、７２…検出回路、７３…Ａ／Ｄコンバータ回路、７４…マイクロコンピュータ
３１１〜３１４および３１１０〜３１４０…デジタルフィルタ、３２１〜３２４…加算回路、３３１〜３３４…時間差の付加回路、３４１〜３４４…レベル差の付加回路、３５Ｌおよび３５Ｒ…加算回路
Claims (1)
- 複数Ｎチャンネル（Ｎ＝Ｕ＋Ｖ＋Ｗ）の入力オーディオ信号に所定の信号処理を行う信号処理回路と、
この信号処理回路の出力信号が供給されるへッドホンと、
このへッドホンに設けられてこのヘッドホンの装着者の頭部の向きを検出する検出手段と、
この検出手段の検出出力を処理して所定の制御データを出力する回路と
を有し、
上記信号処理回路は、
上記Ｎチャンネルのオーディオ信号のうち、前方に位置するＵ個の音源から上記装着者の左耳および右耳までの頭部伝達関数を時間領域に変換したインパルス応答を畳み込む２Ｕ個のデジタルフィルタと、
上記Ｎチャンネルのオーディオ信号のうち、後方に位置するＶ個の音源から上記左耳および右耳までの頭部伝達関数を時間領域に変換したインパルス応答を畳み込む２Ｖ個のデジタルフィルタと、
上記Ｎチャンネルの入力オーディオ信号のうち、上記前方に位置するＵ個の音源および上記後方に位置するＶ個の音源を除くＷ個の音源から上記左耳および右耳までの頭部伝達関数を時間領域に変換したインパルス応答を畳み込む２Ｗ個のデジタルフィルタと、
上記２Ｕ個のデジタルフィルタのうち、前方の左および右チャンネルにそれぞれ対応するデジタルフィルタの出力をそれぞれ互いに加算する第１の１対の加算回路と、
上記２Ｖ個のデジタルフィルタのうち、後方の左および右チャンネルにそれぞれ対応するデジタルフィルタの出力をそれぞれ互いに加算する第２の１対の加算回路と、
上記２Ｗ個のデジタルフィルタのうち、左および右チャンネルにそれぞれ対応するデジタルフィルタの出力をそれぞれ互いに加算する第３の１対の加算回路と、
上記第１の１対の加算回路の出力にそれぞれ時間差およびレベル差を付加する第１の１対の付加回路と、
上記第２の１対の加算回路の出力にそれぞれ時間差およびレベル差を付加する第２の１対の付加回路と、
上記第３の１対の加算回路の出力にそれぞれ時間差およびレベル差を付加する第３の１対の付加回路と、
上記第１、第２および第３の１対の付加回路の出力をそれぞれ互いに加算して上記信号処理回路の左および右チャンネルの出力信号とする第４の１対の加算回路と
を有し、
上記装着者の頭部の向きが変化したとき、上記第１の１対の付加回路と、上記第２の１対の付加回路とは、これらを通じる信号に互いに逆方向の時間差およびレベル差を与えるように、その時間差およびレベル差を上記制御データにより制御するとともに、
上記装着者の頭部の向きが変化したときでも、上記第３の１対の付加回路が付加する時間差およびレベル差を一定に保持する
ようにしたオーディオ再生装置。
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