JPS5819920Y2 - ヘツドホ−ンによる音響再生装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ヘッドホーンにより音響の再生を行なう場合、従来は信
号源がモノーラル、２チヤンネルステレオ、４チヤンネ
ルステレオのように方式の異るものがあるにもかかわら
ず、それをスピーカーに加えるべき信号の形の１１で、
ヘッドホーンの各ユニットに加えるにすぎなかった。

その結果、スピーカーを通して再生される音とは音響的
に犬きぐ相違し、音像が聴者の頭部内、或は後頭部にあ
るように感じられ、スピーカーを通して聴いた時のよう
な音像の方向感、距離感及び定位感等とは１つたく異っ
たものとなり、異和感を与える。

本考案は、スピーカーを用いて再生されることを前提と
している一般のプログラムソースを用いて以上のような
ヘッドホーンによる音響再生に伴なう異和感を除去し、
スピーカーを用いて再生されたものと同様の音像や音場
感を得ることを目的とするものである。

両耳へ到達する時間差が、その音の方向感に大きく寄与
していることは公知である。

理論的にも音源が充分遠くて、聴者の頭の正面からθ（
ラジアン）の方向にあれば、両耳の間隔を１１．ｍ、音
速をｃ （ｍ／秒）とすると、両耳に到達する音の時間
差ＪＴ （秒）は、 ＪＴ±’ ｓｉｎ θ となる。

これは、実測によっても確認されていて、はぼ理論値と
なる。

これとは逆に、両耳に達する音に時間差を与えると、そ
の音の方向感は、上式を満足するような方向となる。

上記の理論によって、スピーカーによる２チヤンネルス
テレオ再生について考察する。

第１図はスピーカーによる２チヤンネルステレオ再生ニ
おける聴者とスピーカーとの関係位置を示すものであっ
て、１，２は右及び左チャンネルのスピーカー、３はそ
れら両スピーカー１，２の中間に対向している聴者を示
す。

４，５は聴者３の右耳及び左耳である。

右のスピーカー１から発した音が右耳４に到達するのに
要する時間をＴ□、右のスピーカー１から発した音が左
耳５に到達するのに要する時間をＴ２とすると、Ｔ２〉
Ｔ１となり、その差は前記の式で示す時間差、ＪＴとな
る。

左のスピーカー２は右のスピーカー１と対称の位置にあ
るので、左のスピーカー２から発した音が左耳５に達す
るのに要する時間はＴ１、右耳４に達するのに要する時
間はＦ２となり、時間差ＪＴが生ずる０ ヘッドホーンを用いる場合には、右チャンネルの信号は
右耳だげに、左チャンネルの信号は左耳だけに到達する
ので、それが異和感の原因の一つと考えられる。

そこで、本考案においては、スピーカーから耳迄の空間
による作用を信号伝送回路内において行なわせ、ヘッド
ホーンによっても、スピーカーによって再生したのと同
様の効果ヲ得ようというものであって、第２図は時間差
を与える場合の一例を示すものである。

６．７は右及び左チャンネルの入力端子であって、スピ
ーカーにより再生する場合と同じ形の２チャンネルステ
レオ信号が加えられる。

８，９は右及び左のヘッドホーンユニットであって、そ
れぞれの再生音は聴者の右耳及び左耳に独立して伝えら
れる。

１０〜１３は遅延回路であって、遅延回路１０は入力端
子６とヘッドホーンユニット８との間に、遅延回路１３
は入力端子７とヘッドホーンユニット９との間に挿入さ
れており、遅延回路１１は入力端子６とヘッドホーンユ
ニット９との間に、遅延回路１２は入力端子７とヘッド
ホーンユニット８との間に挿入されている。

遅延回路１０と１３は前述の時間Ｔ０に相当する遅延時
間を有し、遅延回路１１，１２は前述の時間Ｔ２に相当
する遅延時間を有する。

したがって、右チャンネルの信号は、右のヘッドホーン
ユニット８で再生されるだけでなく、左のヘッドホーン
ユニット９でも時間差ＪＴをもって再生されるようにな
り、左チャンネルの信号も同様に右のヘッドホーンユニ
ット８によっても時間差ＪＴをもって再生されるように
なる。

その結果、ヘッドホーンを用いるにもかかわらず、スピ
ーカーを用いた場合に近い感じが得られる。

遅延時間を与たる手段としては、電気的なコイルやコン
デンサを組合せた遅延回路や、アナログメモリを用いて
アナログ遅延回路の他、音響管を用いた音響的手段、磁
気テープ、磁気ディスクを用いる手段等が利用できる。

遅延時間Ｔ１を与えるために、長さ２０ａｎの音響管を
、同Ｔ２を与えるために長さ２８．５ｃｍの音響管を用
い、時間差ＪＴを２５０マイクロ秒にしたところ、従来
のヘッドホーンによる音像とは１つたく異質の明確で自
然な方向感が得られ、頭の中に音像が生じるようなこと
がなくなった。

第３図は入力信号が多チャンネルである場合の例を示す
ものであって、１４〜１７は入力端子、２０〜２７は遅
延回路である。

遅延回路２０〜２γの中に遅延時間が等しいものであれ
ば、それらを１個に１とめて共有にしてもよい。

また、聴者にとって必要なのは、絶対的な遅延時間では
なく、時間差であるので、最小の遅延時間となる遅延回
路の遅延時間を零とし、すなわち、遅延回路を省き、他
の遅延回路の遅延時間をその分だけ減少させてもよい。

両耳に生じる音圧の周波数特性が、その音の方向感に寄
与していることも公知である。

音源が聴者の正面からある角度の方向にあると、頭によ
る回折等により、音源側の耳では高域の音圧が上昇し、
反対側の耳では高域の音圧が降下する。

すなわち、左右の耳で聴える音の周波数特性（音質）に
差が生じる。

これは実測によっても確認されている。

これを逆用して、両耳に達する音に音質差を与えると、
音の方向感が生ずる。

第１図に示すスピーカーによる２チヤンネルステレオの
再生の場合にも、同様のことが生じていると考えられる
。

すなわち、右のスピーカー１から発した音のうち、直接
右耳４に到達するものの音響伝達系路の周波数特性をＦ
□、右のスピーカー１から発して直接左耳５に達する１
での音響伝達系路の周波数特性をＦ２とすると、周波数
特性Ｆ２はＦｏよりも高域において減衰する。

左のスピーカー２は右のスピーカー１と対称に配置され
ているので、それから、右耳４、左耳５迄の各音響伝達
系路も同様に、周波数特性Ｆ２とＦ□を有することにな
る。

ヘッドホーンを用いる場合には、以上のような現象が生
じないので、それが異和感の一因になるものと考えられ
る。

そこで、この現象に代るべき作用を信号伝送路中で行な
わせようというのが第４図の構成である。

３２〜３５は音質補正回路であって、音質補正回路３２
．３３０入力端子は右チャンネルの入力端子６に、音質
補正回路３４，３５の入力端子は左チャンネルの入力端
子７にそれぞれ接続され、音質補正回路３２，３４の出
力端子は右のヘッドホーンユニット８に、音質補正回路
３３．３５０出力端子は左のヘッドホーンユニット９に
それぞれ接続されている。

音質補正回路３２，３５の周波数特性は、第５図の曲線
αに示すように、高域を強調するようにしてあり、音質
補正回路３３゜３４０周波数特性は第５図の曲線すに示
すように、高域を減衰させるようにしである。

以上のように構成したところ、その再生音は、従来のヘ
ッドホーンによる再生に比し、比較にならない程の自然
さで、スピーカーを用いた場合と同様の優れた方向感が
生じ、特に高温に対して効果が大きいことが確認できた
。

第６図は入力信号が多チャンネルである場合の例を示す
ものであり、かつ、前記第３図に示された時間差を付加
する遅延回路２０〜２Ｔを併設したものである。

４２〜４９は音質補正回路を示すものである。

なお、音質補正回路４２〜４９と遅延回路２０〜２Ｔと
は、その順序を入替たても差支えがない。

上記のように、音質補正回路と遅延回路とを併用したも
のを、２チヤンネルステレオ再生について実験したとこ
ろ、それぞれ単独の場合よりもさらに自然さを増し、方
向感も明瞭になった。

特に真横の方向感に対して顕著な効果を示した。

スピーカーによる再生とヘッドホーンによる再生の第３
の相違点として、前者は聴者のいる空間（部屋）におい
て生じる間接音が存在するのに対し、後者はそれが存在
しないことがあげられる。

スピーカーを用いる場合、一般には音像は、はぼスピー
カーの位置に聴こえるが、ヘッドホーンを用いる場合で
は、音像は聴者の頭の近くになるという距離感の差があ
り、その大きな要因は、聴者のいる空間において生じる
間接音の有無である。

したがって、聴者のいる空間において、スピーカーを用
いる場合に生ずるのと同様の間接音を直接の信号に加え
れば、ヘッドホーンを用いる場合でも、スピーカーを用
いる場合の状態に近付けることができる。

この考えを実現させようというのが、第７図に示す回路
である。

６２はミキシング回路であって、入力端子６，７から加
えられる左右側チャンネルの信号の和の出力を生ずる。

６３は電力増巾回路であって、残響付加装置６４，６５
を駆動する。

残響付加装置６４．６５は、聴者のいる空間において、
スピーカーを用いた場合に生じる間接音と同程度の遅延
時間及び残響時間が得られるものであって、従来の小さ
な部屋で大ホールの感じを出すために使用されるような
ものとは異る。

したがって、そのようなものが、数拾ミリ秒から数百ミ
リ秒の遅延時間、数秒から拾数秒の残響時間を有するの
に対し、この残響付加装置６４．６５は数ミリ秒の遅延
時間、数百□υ秒の残響時間を有するにすぎない。

この残響付加装置６４，６５０出力は、連動のボリウム
６８，６９を介して、ヘッドホーンユニット８，９に、
入力端子６，７からの直接の信号と共に加えられる。

すなわち、残響付加装置６４．６５の出力と入力端子６
，７からの直接の信号とが共にヘッドホーンユニット８
゜９に加えられる。

和室６畳において、残響付加装置６４．６５０遅延時間
を約９ミリ秒、残響時間を約２００ミリ秒として実験し
たところ、その効果は絶大で、ボリウム６Ｂ、６９を適
当に調整することにより、スピーカーを用いた場合の様
な自然な距離感が得られ、音がヘッドホーンから出てい
るのではなく、あたかも、その部屋に実際に出ているよ
うな現実感が得られた。

さらに、ボリウム６８．６９を操作することによって間
接音のレベルを変化すると、音像の距離感が、頭の近く
から、スピーカーを用いた時のような距離１で自由に変
化させることができた。

この間接音付加回路を前述の遅延回路、音質補正回路の
いずれか一方、或は双方と併用するようにしたのが本考
案である。

なお、６６．６７は増巾回路である。

第８図は本考案の一実施例で多チャンネルの場合にそれ
を実施した例を示すものであって、７６は間接音付加回
路、７７はボリウムである。

なお。間接音付加回路７６の出力は、音質補正回路４２
〜４９及び遅延回路２０〜２７を介した信号と共にヘッ
ドホーンユニット８，９に加えられている。

第８図に示すものを、２チヤンネルの場合で実験したと
ころ、スピーカーを用いた場合と同様な自然で明確な音
像の方向感及び距離感が得られた。

スピーカーによる再生とヘッドホーンによる再生の第４
の相違点として、前者は音像が空間に対して定位するの
に対し、後者は聴者に対して定位することである。

後者の場合、音像は聴者の頭に対して定位するので、頭
を動かすと、音像もそれと一体となって動くように感じ
、異和感を与える。

人間の耳は頭の左右にあるため、耳殻の形状を除いては
音響的には比較的前後の条件が等しく、頭を固定すると
、音源の方向判断において、前後の誤りが生じやすい。

これを助ける手段として、頭を回転させて、例えば、右
へ回した時、聴者の頭に対して音像が左へ移動すれば、
その音源は前方にあると判断し、右へ移動すれば、後方
にあると判断するのである。

遅延回路、音質補正回路、間接音付加回路の説明に際し
述べたように、それらの遅延時間、音質間接音をそれぞ
れ適当な値にすることによって、ヘッドホーンを用いる
場合にも、聴者に対して音像の方向感や距離感を自由に
作り出せるので、聴者の頭の動きに対応して、遅延時間
や、音質、間接音のレベルを変化させれば、聴者に対し
てではなく、空間に対して定位感を与えることが可能で
ある○ 第９図は、以上の考えに基づいた音像を空間に定位させ
る方式を示すものであって、モノフォニック方式のヘッ
ドホーンに実施した例を示している。

１８はモノフォニック信号の入力端子であって、その信
号は、間接音付加回路γ６、遅延回路２Ｂ 、２９に供
給される。

遅延回路２８，２９の出力は、音質補正回路３０．３１
に加えられ、その出力は、間接音付加回路７６の二つの
出力と共に、それぞれヘッドホーンユニット８，９に加
えられる。

ヘッドホーンユニット８．９ｕ、ホルダー１９によって
第１０図に示すように聴者３０頭部に固定されんこのホ
ルダー１９に軸５０が固定されており、さらに、ユニバ
ーサルジヨイント３８を介して、軸５１が連結されてい
る。

軸５１はスプライン３９を介して軸５２に連結され、さ
らに、ユニバーサルジヨイント４０を介して、軸４１に
連結されている。

軸４１は、調整器３７の調整軸であって、この調整器３
７は聴者３のいる部屋の天井３６に固定されている。

調整器３７の中には、前記遅延回路２Ｂ、２９及び音質
補正回路３０，３１中の、可変素子が収容されており、
軸４１を回転させることにより、遅延時間と音質が連動
して変化するようになっている。

したがって、聴者３が頭を鉛直軸の回りに回転させると
、軸４１が回転し、遅延時間と、音質が変化する。

第１１図は、聴者３０頭の回転角度と遅延回路２８．２
９の遅延時間との関係を示すものであって、αは左耳用
の遅延回路２９の特性を、ｂは右耳用の遅延回路２８の
特性を示している。

これを式で表わすと、遅延回路２８の遅延時間ＴＲ１遅
延回路２９の遅延時間ＴＬは、聴者３０頭の右向きの回
転角を正としてθ（ラジアン）で表わし、である。

定数Ａ（秒）は、実現不可能な負の遅延時間を要しない
ようにするためのものであって、当然のこととして、 である。

両遅延回路２８．２９により得られる時間差ＪＴは、 となり、前 述の理論値となる。

遅延時間ＴＲ，ＴＬを変化させる具体的手段としては、
例えば、前記軸４１にカムを取付け、磁気テープを用い
た遅延装置の再生ヘッドの位置をテープ走行方向に移動
することが考えられる。

音質補正回路３０．３１は、軸４１０回転に応じて、第
１２図に示す特性曲線α、ｂ間を連続的に変化するよう
にしである。

聴者３０頭が前方を向いている時には、両音質補正回路
３０．３１の特性は、曲線Ｃで示すように、共に平坦で
あるが、右向きにπ／２ラジアン回転させると、音質補
正回路３０の特性は、曲線すに、音質補正回路３１の特
性は曲線αに変化する。

また、逆に回転させると、音質補正回路３０の特性が曲
線αに、音質補正回路３１の特性が曲線すに変化する。

その中間の角度では、曲線α、ｂ間の中間の特性になる
。

この具体的な手段としては、一般のトーンコントロール
回路と同様に、音質補正回路３０．３１内の回路定数を
、軸４１により差動的に変化させることが考えられる。

以上のように構成された方式によれば、遅延回路や音質
補正回路の説明で述べた理由により、聴者３０頭の回転
に応じて、音像は聴者３０頭に対してそれと逆に回転し
、結局、空間に対して定位しているように感じられる。

以上の方式を多チヤンネルステレオ再生の場合に実施す
るには、第８図に示す回路において、遅延回路２０〜２
７．音質補正回路４２〜４９の特性が聴者の頭の回転に
応じて変化するように構成する０ この方式を２チヤンネルステレオ再生の場合について実
験したところ、その効果は絶大であって、音像の空間に
対する明確な定位感が得られ、その自然さは、その部屋
でスピーカーを用いて再生した時とほとんど区別のでき
ない程であった。

なお、ここでは聴者の頭の鉛直軸の回りの回転のみにつ
いて説明したが、頭の全ての方向の回転、全ての方向の
移動に対しても同様な方法で、聴者のいる空間に対する
定位感を得ることが可能である。

筐た、間接音付加回路に対しては、聴者の頭の動きに応
じた操作をしなかったが、頭の回転運動だけを対象にす
る場合は、実用上問題がない。

しかし、頭の移動も考慮する場合は、それにより間接音
のレベルを調整し、音像の距離感を制御することが重重
しい。

さらに、聴者の頭の動きを検出する装置は１機械的なも
のを示したが、これは、聴者のいる空間の一点に特定の
光源を固定し聴者の頭にその光の入射方向を検出する装
置を設けるとか、その空間に特定方向の磁界を与えてお
き、聴者の頭にその磁界の方向を検出する装置を設ける
とか、または、聴者の頭に、ジャイロを設ける等の装置
が利用できる。

本考案は、以上のように、１つのチャンネルの入力端子
に加えられる入力信号を伝送特性の異なる伝送路を介し
てヘッドホーンの左右の各ユニットに供給する際ヘッド
ホーンの左右の各ユニットに供給される両信号間に時間
差及び音質差の少なくとも一方を与えるようにし、さら
にこれら両者間で時間差或いは音質差を有するようにさ
れてヘッドホーンの左右の各ユニットに加えられている
信号と共に、残響付加装置及びレベル設定手段を通過し
た所定レベルの間接音を上記した信号が加えられている
ヘッドホーンの左右の各ユニットに加えるようにしたか
ら、音像の方向感だけではなく音像の距離感も得ること
ができ、音像がヘッドホーンをかげた聴者の頭部内、域
は後頭部にあるような異和感を除去することができるた
め、スピーカーで再生した場合と同様な自然な音場感を
得ることができ、音がヘッドホーンをかげた聴者のいる
部屋に実際に出ているような現実感を得ることができる
。

瞥た、上記レベル設定手段は上記残響付加装置による間
接音の構造、すなわち遅延時間や残響時間を変えること
なく間接音のレベルを設定するものであるため、スピー
カーで再生する場合に対応させると、これはあたかもス
ピーカー再生の場合同じ部屋でそのスピーカーの距離を
自由に設定できるということになり、したがって、本考
案では、聴者のいる部屋の内で実際にスピーカーの位置
を移動させて聴者の近くに配したり遠くに配したりする
ようなことも上記レベル設定手段によって簡単に実現で
きる等の利点がある。

【図面の簡単な説明】 第１図はスピーカーによる２チヤンネルステレオ再生の
場合の音場の平面図、第２図は２チャンネルステレオ再
生回路に遅延回路のみを付加した一例を示す系統図、第
３図は同多チャンネルの一例を示す系統図、第４図は２
チャンネルステレオ再生回路に音質補正回路を付加した
一例を示す系統図、第５図は音質補正回路の特性曲線図
、第６図は多チヤンネルステレオ再生回路に遅延回路と
音質補正回路を付加した一例を示す系統図、第７図は間
接音付加回路の系統図、第８図は多チヤンネルステレオ
再生回路に間接音付加回路を付加した本考案の一実施例
の系統図、第９図は空間に対する定位感を与える方式を
示す系統図、第１０図は聴者の頭の回転を検出する装置
の略図的正面図、第１１図は頭の回転に対する遅延時間
の変化を示す曲線図、第１２図は頭の回転に対する音質
変化を示す特性曲線図である。 ３・・・・・・聴者、８．９・・・・・・ヘッドホーン
のユニット、１０〜１３ 、２０〜２Ｔ・・・・・・遅
延回路、３２〜３５．４２〜４９・・・・・・音質補正
回路、６４゜６５・・・・・・残響付加装置、Ｔ６・・
・・・・間接音付加回路、２８．２９・・・・・・可変
遅延回路、３０，３１・・・・・・可変音質補正回路、
４１・・・・・・調整軸、１９・・・・・・ヘッドホー
ンのホルダー、５０・・・・・・頭の回転角取出し用の
軸。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. １つのチャンネルの入力端子に加えられる入力信号を伝
   送特性の異なる伝送路を介してヘッドホーンの左右の各
   ユニットに配分し、ヘッドホーンの左右の各ユニットに
   加えられる信号間に時間差及び音質差の少なくとも一方
   を与えるための手段と、該時間差及び音質差の少なくと
   も一方が与えられてヘッドホーンの左右の各ユニットに
   加えられている信号と共に、ヘッドホーンの左右の各ユ
   ニットに、残響付加装置及びレベル設定手段を通過した
   信号を加える間接音付加手段とよりなるヘッドホーンに
   よる音響再生装置。