JPH0272798A - 音響信号再生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、いわゆるヘッドホン装置のように頭部に装着
されて用いられる電気−音響変換器ユニットにより、音
響信号を再生する音響信号再生装置に関する。

Ｂ０発明の概要 本発明は、いわゆるヘッドホン装置等を用いて音響信号
を再生する音響信号再生装置において、検出用音源から
発せられる検出用信号を、聴取者の頭部上の二箇所に配
設される一対のマイクロホンにより感受し、これらマイ
クロホンの出力信号の位相差に基づいて聴取者の頭部の
方向変化を算出し、この算出結果に基づいた伝達特性に
より音響信号を処理するようにして、面素な構成により
。

安定して聴取者の頭部の方向が検出でき、良好な頭外定
位感及び前方定位感が得られるようにしたものである。

Ｃ０従来の技術 従来、いわゆるヘッドホン装置のように、聴取杼の頭部
に装着されることにより両耳介近傍に対応して支持され
る一対の電気−音響変換器ユニットを用いて音響信号の
再生を行う場合に、音像の方向感、頭外定位感等を良好
なものとする音響信号再生装置として、いわゆるパイノ
ーラル方式を採用したものが提案されている。

このパイノーラル方式を採用した音響信号再生装置は、
例えば、特公昭５３−２８３号公報に記載されているよ
うに、ヘッドホン装置により再生される音響信号に対し
て、予め所定の信号処理を行うものである。すなわち、
音像の方向感及び定位感は、左耳及び右耳の聴取する音
の音量差、時間差、位相差等により決定される。したが
って、上記所定の信号処理とは、聴取者より離間させて
配置されたスピーカ装置により音響再生を行う場合に音
源より聴取者の左右の耳までの距離の差異及び聴取者の
頭部近傍での反射や回折等により生ずる音響効果と等価
的な音響効果が、ヘッドホン装置により再生される音響
において生ずるようにする信号処理である。このような
信号処理は５、例えば、左耳用及び右耳用の音響信号を
それぞれレベル調整回路及び遅延回路等を介してヘッド
ホン装置に供給することにより行うことができる。

ところで、聴取者より離間させて配置されたスピーカ装
置により音響再生を行う場合には、聴取者が頭部の方向
を回転させても音像の絶対的な方向及び位置は変化しな
いので、聴取者の感じる音像の相対的な方向及び位置が
変化する。これに対し、ヘッドホン装置を用いてパイノ
ーラル方式により音響再生を行う場合には、聴取者が頭
部の方向を回転させるとヘッドホン装置も該頭部ととも
に回転させられるので、聴取者の感じる音像の相対的な
方向及び位置は変化しない。

ごのよ・うな、聴取者の頭部の方向変化に対する音像の
変位状態の差異から、ヘッドホン装置を用いたパイノー
ラル方弐による音響再生においては、音場は聴取者の頭
部内に形成されてしまい、音像を聴取者の面方に定位さ
せることが困難であり、しかも、前方の音像は上昇して
しまう傾向がある。

そこで、従来、特公昭４２−２２７号公報及び特公昭５
４−１９２４２号公報に記載されているように、聴取者
の頭部の方向変化を検出し、この検出結果に基づいて上
記信号処理の状態を変化さ仕ることにより、ヘッドホン
装置において良好な前方定位感が得られるようにした音
響信号再生装置が提案されている。このような音響信号
再生装置においては、聴取者の頭部にいわゆるジャイロ
スコープや磁針等の方向検出装置や、ギヤやリンク装置
等からなる移動検出装置が配設されている。

そして、この方向検出装置または移動検出装置による検
出結果に基づき、音響信号を処理する上記レベル調整回
路や遅延回路等を制御するようにして、聴取者より離間
されて配置されたスピーカ装置による音響再生と同様の
音場感を得ようどするものである。

Ｄ、発明が解決しようとする課題 ところで、上述のような音響信号再生装置は、聴取者の
頭部の方向を検出する装置として、ジャイロスコープや
磁針、あるいはギヤ、リンク等を用いてなる装置を備え
ている。

しかしながら、ジャイロスコープを用いてなる装置にお
いては、ジャイロスコープ自体が極めて高価であるばか
りでなく、大きさ及び重量が大きく、さらに、動作させ
るために大型の電源を必要とする。そのため、この装置
は、自由に動き回る聴取者の頭部に配設し該頭部の方向
変化を検出する装置としては不適当なものである。

そして、磁針を用いてなる装置は、地磁気の水平分力の
方向を基準として聴取者の頭部の方向を検出するもので
あり、比較的廉価に、かつ、小型、軽量に構成すること
ができるものである。しかしながら、方向検出の応答性
が遅く、また、安定性に乏しいので、聴取者の頭部の方
向変化を迅速に高精度で検出することができない。

さらに、ギヤやリンク装置等を用いてなる装置は、例え
ば聴取者の体部を基準として、ギヤの回転やリンクの伸
縮等により該聴取者の頭部の移動を検出する装置であり
、聴取者の頭部の自由な動きを阻害するため不快感があ
るばかりか、体部と頭部の距離の個人差等のため、高精
度な検出をすることができない。

したがって、これらの検出装置を備えてなる音響信号再
生装置においては、実用上問題のない装置構成を有しな
がら、聴取者の頭部の方向変化を迅速、高精度に、かつ
、安定して検出することができないため、良好な音像定
位感を得ることが困難である。

そこで、本発明は、上述の実情に鑑みて提案されるもの
であって、ヘッドホン装置等を用いて音響再生を行うに
あたり、簡素な構成を有するとともに、聴取者の頭部の
方向変化を迅速、高精度に、かつ、安定して検出するこ
とにより、前方定位についても良好な頭外定位感が得ら
れる音響信号再生装置を提供することを目的とする。

Ｅ１課題を解決するための手段 上述の課題を解決し一ヒ記目的を達成するため、本発明
に係る音響信号再生装置は、非可聴帯域の音響信号を再
生する検出用音源と、聴取者の頭部上の二箇所に配設さ
れ上記検出用音源より発せられる検出用信号を感受する
一対のマイクロホンと、これら一対のマイクロホンの出
力信号の位相差に基づいて上記頭部の方向変化を算出す
る演算手段と、この演算手段により算出された該頭部の
方向に対応する伝達特性に基づいて左チャンネル及び右
チャンネルの音響信号をそれぞれ処理する音響信号処理
手段とを備え、上記音響信号処理手段を介した音響信号
が、上記聴取者の頭部に装着されて支持される一対の電
気−音響変換器ユニットにより再生されることを特徴と
する。

Ｆ１作用 本発明に係る音響信号再生装置においては、聴取者の頭
部の方向変化が、検出用音源より発せられる検出用信号
を感受する該頭部の二箇所に配設される一対のマイクロ
ホンの出力信号の位相差に基づいて演算手段により算出
され、この算出結果に応じて左チャンネル及び右チャン
ネルの音響信号が信号処理されるので、常に、聴取者の
頭部の方向に応じた信号処理を施された音響信号が再生
される。

Ｇ、実施例 以下、本発明の具体的な実施例を図面を参照しながら説
明する。

本発明に係る音響信号再生装置は、第１図に示すように
、聴取者の頭部Ｍに装着され該聴取者の左右両耳介の近
傍に対応して支持される左側及び右側の一対の電気−音
響変換器ユニッ）ＬＬ、ＩＮを備えてなるヘッドホン装
置２を存する。上記−対の電気−音響変換器ユニッ）１
ｔ、１俺は、それぞれ、送られる音響信号を音響に変換
して再生するユニットである。また、このヘッドホン装
置２には、例えば左側と右側のように互いに離間した二
箇所に第１及び第２のマイクロホン３，４が配設されて
いる。これらマイクロホン３，４は、主に、非可聴帯域
の音響、例えばいわゆる超音波を感受するように構成さ
れている。

そして、上記聴取者より離間した位置には、検出用音源
となるスピーカ５が、例えば脚部６により支持されて固
定して配設される。このスピーカ５は、超音波信号源７
より非可聴帯域の音響信号である超音波信号が供給され
、検出用信号となる超音波を発する。この超音波は、例
えば、第２図中にＡで示すように、所定の時間毎に所定
レベルの音波が間歇的に発せられるような、いわゆるバ
ースト波や、あるいは、所定周期でレヘルが所定の変動
をするようになされた、いわゆるレベル変調波等のよう
に、位相検出が可能なようになされた音波である。

上記第１及び第２のマイクロホン３．４の出力信号は、
上記スピーカ５より発せられる音波を感受した信号であ
り、第２図中にＢ及びＣで示すように、上記スピーカ５
より音波が発せられて後所定時間を隔てて上記超音波信
号に対応する信号が出力される。これら第１及び第２の
マイクロホン３．４の出力信号は、演算手段となる演算
装置８に送られる。

上記演算装置８においては、上記第１のマイクロホン３
の出力信号が第１の信号検出回路９に送られ、上記第２
のマイクロホン４の出力信号が第２の信号検出回路１０
に送られる。これら第１及び第２の信号検出回路９．１
０は、上記第１及び第２のマイクロホン３．４の出力信
号の立上がりを検出し、第２図中にＤ及びＥで示すよう
に、パルス波として出力する回路である。これら第１及
び第２の信号検出回路９．１０の出力する検出信号は、
それぞれ距離算出回路１１に送られるとともに、両耳時
間差検出回路１２に送られる。

上記距離算出回路１１には、上記超音波信号源７より上
記超音波信号が第３の信号検出回路１３を介して送られ
ている。この第３の信号検出回路１３は、第２図中にＦ
で示すように、上記超音波信号の立上がりを検出してパ
ルス波として出力している。この距離算出回路１１は、
第２図中にΔＴｌで示す上記第３の信号検出回路１３の
出力信号と上記第１の信号検出回路９の出力信号におけ
る対応するパルス間の時間差１．と、第２図中にΔＴ２
で示す上記第３の信号検出回路１３の出力信号と上記第
２の信号検出回路１０の出力信号における対応するパル
ス間の時間差ｔ２とを検出する。そして、これら各時間
差１．，１．と音速Ｖとに基づき、第３図中に矢印２で
示す、上記スピーカ５と上記聴取者の頭部Ｍの中心との
距離℃を算出する。

なお、上記音速Ｖは、予めこの距離算出回路１１におい
て定数として設定しておいてもよく、また、気温、湿度
、気圧等の変動に伴って変更されるようにしておいても
よい。また、上記距離での算出に際しては、上記第１及
び第２のマイクロホン３．４と上記頭部Ｍの中心との位
置関係や、上記頭部Ｍの形状や大きさに基づく補正を行
うようにしてもよい。

上記距離！及び上記各時間差１．．１．を示ず信号は、
角度算出回路１４に送られる。

上記両耳時間差検出回路１２は、第２図中にΔＴ、で示
す上記第１の信号検出回路９の出力信号と上記第２の信
号検出回路１０の出力信号における対応するパルス間の
時間差し、を検出する。この時間差も３を示す信号は、
角度算出回路１４に送られる。

上記角度算出回路Ｉ４においては、上記各時間差ｕ＋、
　　Ｌｚ、Ｔ、ｙ、上記距離２、上記音速Ｖ及び上記頭
部Ｍの半径ｒとを用いて１、第３図中に矢印θで示す、
上記頭部Ｍの方向を示す角度θを算出する。この角度θ
は、例えば、 θ’ｒ　Ｓ　ｉｎす（Ｖ２（ｔ＋　＋Ｌｚ）ｔｚ／４ｒ
ｅ）・・・・・・・・（“第１式） により求めることができる。この角度θを示す信号は、
音響信号処理手段となる信号処理回路１５に供給される
。

そして、上記一対の電気−音響変換器ユニットＬＬ、ｉ
ｌ＋には、音響信号供給源１６より出力される左チャン
ネル及び右チヤンネル音響信号ＳＬ。

Ｓ、ｌが、上記信号処理回路１５を介し、さらに上記各
電気−音響変換器ユニッ）ＩＬ、ＬＭに対応する左側及
び右側の一対の増幅器１７ｔ、１７−により増幅されて
供給される。

上記音響信号供給１ａｔｅは、所定の左チャンネル及び
右チヤンネル音響信号Ｓｔ、Ｓ＊を出力する装置であっ
て、例えば、各種の記録ディスク再生装置、記録テープ
再生装置、または、電波受信装置等である。

上記信号処理回路１５は、送られる上記左チャンネル及
び右チヤンネル音響信号ＳＬ、Ｓ、に所定の信号処理を
行う回路であり、上記角度算出回路１４より上記角度θ
をを示す信号が供給される第１乃至第４の信号処理部１
８ａ、１８ｂ、１８Ｃ，１８ｄを備えてなる。これら各
信号処理部１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄにおいては
、上記角度θに基づいて、聴取者に対向して離間されて
設置された左チヤンネル用及び右チヤンネル用の一対の
スピーカ装置により左チャンネル及び右チヤンネル音響
信号Ｓｔ、Ｓ＊を再生する場合の該聴取者の各耳に対す
る伝達特性を表現するインパルスレスポンスが設定され
る。

すなわち、上記第１の信号処理部１８ａは、右チヤンネ
ル音響信号Ｓつが再生された音響の右耳に対する伝達特
性を表現するインパルスレスポンス（ｈｉ、ｌ（ｔ、　
　θ））を設定する。上記第２の信号処理部１８ｂは、
右チヤンネル音響信号Ｓｌｌが再生された音響の左耳に
対する伝達特性を表現するインパルスレスポンス（ｈｉ
ｔ（ｔ、　　θ））ヲ設定スる。上記第３の信号処理部
１８ｃは、左チヤンネル音響信号Ｓ、が再生された音響
の右耳に対する伝達特性を表現するインパルスレスポン
ス（ｈＬ＊（１，θ））を設定する。上記第４の信号処
理部１８ｄは、左チヤンネル音響信号ＳＬが再生された
音響の左耳に対する伝達特性を表現するインパルスレス
ポンス（ｈｔｔ（ｔ、　　θ））を設定する。

なお、これら各インパルスレスポンスは、予め上記角度
θに対応させて設定し、メモリ装置（ＲＯＭ）等に記憶
させておき、上記角度θにより続出しアドレスを決定し
て読出すようにしてもよい。

この信号処理回路１５において、上記右チヤンネル音響
信号Ｓ、は、上記第１及び第２の信号処理部１８ａ、１
８ｂに送られる。上記第１の信号処理部１８ａにおいて
は上記インパルスレスポンス（ｈＢ（Ｌ、θ））を用い
て畳み込み積分処理され、上記第２の信号処理部１８ｂ
においては上記インパルスレスポンス（ｈ＋＋Ｉｌｔ、
　　θ））を用いて畳み込み積分処理される。

また、上記左チヤンネル音響信号ＳＬは、上記第３及び
第４の信号処理部１８ｃ、１８ｄに送られる。上記第３
の信号処理部１．８　ｃにおいては上記インパルスレス
ポンス（ｈＬＲ（ｔ、　　θ））を用いて畳み込み積分
処理され、上記第４の信号処理部１８ｄにおいては上記
インパルスレスポンス（ｈ目。

（１，θ））を用いて畳の込み積分処理される。

そして、上記第１及び第３の信号処理部１８ａ。

１８ｃの出力信号は、右側用加算器１９□により互いに
加算される。この右側用加算器１９□の出力信号は、上
記右側増幅器１７よを介して右耳用音響信号ＥＲとして
上記右側電気−音響変換器ユニット１８に送られて再生
される。

また、上記第２及び第４の信号処理部１８ｂ。

１８ｄの出力信号は、左側用加算器１９ｔにより互いに
加算される。この左側用加算器１９Ｌの出力信号は、上
記左側増幅器１７Ｌを介して左耳川音否信号Ｅ、として
上記左側電気−音響変換器ユニット１１４に送られて再
生される。

上述のように構成されてなる本発明に係る音響信号再生
装置においては、聴取者の頭部Ｍの方向を示す角度θが
変化しても、この角度θが瞬時にして検出され、検出さ
れた角度θに基づいて左チャンネル及び右チャンネルの
各音響信号ＳＬ、ＳＲが処理される。したがって、聴取
者に対向するように離間して前方に設置された一対のス
と一力装置により音響信号を再生する場合と同様の良好
な頭外定位感及び前方定位感が得られる ところで、聴取者から離間されて前方に設置された一対
のスピーカ装置により再生される音響の伝達特性は、聴
取者と該スピーカ装置との距離が大きくなるにつれて、
距離の変化に伴う変化が少なくなる。そこで、上述の実
施例において、上記距離２を、例えば近距離、中距離、
遠距離等から選択するようにしたいわゆるプリセット・
式とし、選択された距離を示す信号を所定の入力装置等
により上記角度算出回路１４に入力するようにしてもよ
い。

また、上記距離ｌは、近似的には、 １”＝Ｖ　（ｔ＋　＋　ｔｚ　）　／　２　　・・・・
・・（第２式）により算出することができる。上記距離
ｐを上記第２式により算出する場合には、この第２式を
上記第１式に代入すると、 θζＳｉｎ″′（■ｔ３／２ｒ）・・・・・・（第３式
）により上記角度θが算出できることとなる。

これらの場合、上記距離算出回路１１及び第３の信号検
出回路１３を用いる必要がなく、上記第１及び第２の信
号検出回路９，１０の出力信号は上記両耳時間差検出回
路１２のみに送られ、上記超音波信号源７の出力信号は
上記スピーカ５のみに供給される。このように構成した
場合にも、聴取者の頭部Ｍの方向を示す角度θが変化が
瞬時にして検出され、検出された角度θに基づいて左チ
ャンネル及び右チャンネルの各音響信号ＳＬＩＳＲが処
理されるので、略良好な頭外定位感及び前方定位感を得
ることができる。

また、上述の実施例において、上記信号処理回路１５に
おいて行われる信号処理は、インパルスレスポンスを用
いた畳み込み積分処理に限定されることなく、聴取者の
各耳に伝達される音響の振幅周波数特性や位相周波数特
性を決定する伝達関数と、該音響の各耳に到達する時間
差とに基づき、信号レベル調整回路と信号遅延回路とに
より行われる信号処理としてもよい。

そして、本発明に係る音響信号再生装置は、第４図に示
すように、検出用音源となるスピーカ５が、聴取者の頭
部Ｍの方向が変化しても比較的固定された状態に保たれ
る、例えば該聴取者の体部等に配設されるように構成し
てもよい。

すなわち、この例において、上記ヘッドホン装Ｗ２は、
第４図及び第５図に示すように、上記−対の電気−音響
変換器ユニットＩＬ、１えにそれぞれに対応する左耳用
音響信号ＥＬ及び右耳用音響信号ＥＲを供給するための
音響信号入カケープル２０と、」二記第１及び第２のマ
イクロホン３゜４の出力信号を上記演算装置８に送るた
めのマイクロホン出カケープル２１とは、互いに被覆部
材を接合されて１本に束ねられて構成されている。

そして、上記スピーカ５は、上記各ケーブル２０．２１
が束ねられてなるケーブルの中途部の被覆部材に取付け
られている。なお、このスピーカ５に上記超音波信号源
７より超音波信号を供給する超音波信号供給ケーブル２
２の被覆部材も、」―記名ケーブル２０．２１の被覆部
材に接合されている。このスピーカ５は、聴取者がこの
ヘッドボン装置２を装着したとき、該聴取者の胸部に支
持されるように取付けられている。

また、上記超音波信号源７、上記演算装置８、上記信号
処理回路１５及び上記音響信号供給源１６等は、筺体２
３内に配設され、一体部に構成されている。

このように構成されてなる本発明に係る音響信号再生装
置においては、聴取者の胸部に配設された上記スピーカ
５の位置を基準として、前述の実施例と同様に、該聴取
者の頭部Ｍの方向を示す角度θが検出される。そして、
検出された角度θに基づいて左チャンネル及び右チヤン
ネル音響信号ＳＬ、ＳＲが処理され、良好な頭外定位感
及び前方定位感が得られる。

なお、この音響信号再生装置を構成するヘッドホン装置
２は、第６図に示すように、いわゆる耳介挿入型のもの
としてもよい。さらに、上記スピーカ５は、第７図に示
すように、聴取者の背部に配設されるように取付けても
よい。これらの場合にも、上述の各実施例と同様に、良
好な頭外定位感及び前方定位感を得ることができる。

１−（、発明の効果 上述のように、本発明に係る音響信号再生装置において
は、聴取者の頭部の方向変化が、検出用音源を基準とし
て、この検出用音源より発せられる検出用信号を感受す
る該頭部の二箇所に配設される一対のマイクロホンの出
力信号の位相差に基づいて演算手段により算出される。

このように聴取者の頭部の方向変化を検出する装置は、
迅速、高精度に、かつ、安定して方向変化が検出できる
とともに、構成が簡素であり、小型化、軽量化が容易で
ある。

そして、この算出結果に応じて左チャンネル及び右チャ
ンネルの音響信号が信号処理される。

そのため、常に、聴取者の頭部の方向に応じた信号処理
を施された音響信号を再生することができる。

すなわち、本発明は、ヘッドホン装置等を用いて音響再
生を行うにあたり、簡素な構成を有するとともに、聴取
者の頭部の方向変化を迅速、高精度に、かつ、安定して
検出することにより、前方定位についても良好な頭外定
位感が得られる音響信号再生装置を提供することができ
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る音響信号再生装置の構成を模式的
に示すブロック図であり、第２図は上記音響信号再生装
置の演算装置に供給される信号の状態を概略的に示すタ
イムチャートであり、第３図は上記音響信号再生装置の
演算装置により算出される距離及び角度を示す模式図で
ある。 第４図は上記音響信号再生装置の構成の他の例を模式的
に示すブロック図であり、第５図はこの音響信号再生装
置を構成するヘッドホン装置の構成を示す斜視図であり
、第６図はこの音響信号再生装置を構成するヘッドホン
装置の構成の他の例を示す斜視図であり、第７図はこの
音響信号再生装置を構成するヘッドホン装置の構成のさ
らに他の例を示す斜視図である。 Ｍ・・・・・・ ・・・聴取者の頭部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 非可聴帯域の音響信号を再生する検出用音源と、聴取者
   の頭部上の二箇所に配設され、上記検出用音源より発せ
   られる検出用信号を感受する一対のマイクロホンと、 上記一対のマイクロホンの出力信号の位相差に基づいて
   上記頭部の方向変化を算出する演算手段と、 上記演算手段により算出された該頭部の方向に対応する
   伝達特性に基づいて左チャンネル及び右チャンネルの音
   響信号をそれぞれ処理する音響信号処理手段とを備え、 上記音響信号処理手段を介した音響信号が、上記聴取者
   の頭部に装着されて支持される一対の電気−音響変換器
   ユニットにより再生されてなる音響信号再生装置。