JPH0272800A - 音響信号再生方法 - 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方法に関する。

Ｂ９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
を再生するにあたって、検出用音源装置から同期して発
せられる検出用電磁波信号と検出用音響信号とを、受信
装置と聴取者の頭部上の二箇所に配設される一対のマイ
クロホンとによりそれぞれ検出し、これら受信装置の出
力信号とマイクロホンの出力信号間の位相差とに基づい
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たこ
とにより、簡素な構成の装置を用いて安定した聴取者の
頭部の方向の検出ができ、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。

Ｃ８従来の技術 従来、いわゆるヘッドホン装置のように、聴取者の頭部
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方法として、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方法は、
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、時間で、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湯
部な音響効果が、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、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、聴取者の怒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。

このような、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、へシトボン装置を用いたパイノーラ
ル方式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、音像を聴取者の前方に定位させ
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せることにより、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
響信号再生方法が提案されている。このような音響信号
再生方法においては、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を配設し、該聴取者の頭部の方
向を検出するようにしている。そして、この検出結果に
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
得ようとするものである。

Ｄ５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方法を行うために
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
る装置を用いる必要がある。

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・イロスコーブ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■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用いる音響信号再生方
法においては、実用上問題のない構成の装置を用いて聴
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、簡素な構成の装置により聴取者の頭部の方向変
化の迅速、高精度、かつ、安定した検出が行えるように
して、前方定位についても良好な頭外定位感が得られる
音響信号再生方法を提供することを目的とする。

巳０課題を解決するための手段 上述の課題を解決し上記目的を達成するため、本発明に
係る音響信号再生方法は、検出用音源装置により非可聴
帯域の検出用音響信号及び検出用電磁波信号を同期して
発生させ、上記検出用電磁波信号を受信する受信装置の
出力信号と聴取者の頭部上の二箇所に配設され上記検出
用音響信号を感受する一対のマイクロホンの出力信号の
位相差とに基づいて上記頭部の方向変化を演算手段によ
り算出し、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
それぞれ処理して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するこ
とを特徴とする。

Ｆ６作用 本発明に係る音響信号再生方法においては、聴取者の頭
部の方向変化が、検出用音源装置より発せられる検出用
電磁波信号を受信する受信装置の出力信号と、検出用音
響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間の位相差とに基づいて算出され
、この算出結果に応じて左チャンネル及び右チャンネル
の音響信号をそれぞれ信号処理するので、常に、聴取者
の頭部の方向に応じた信号処理が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方法を行うには、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−音響変換器ユニットＩｔ、１ｍを備えてなるヘッ
ドホン装置２を用いる。上記一対の電気−音響変換器ユ
ニット１．。

１８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、上記ヘッドホン装置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を配設する。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たマイクロホンである。

そして、上記聴取者より離間した位置には、検出用音源
装置５を設置する。この検出用音源装置５は、検出用音
響信号を発生ずるスピーカ６と、検出用電磁波信号を発
生する発信機７とを有して構成されている。

上記スピーカ６は、超音波発振源８より第１の変調装置
９を介して、所定周波数（例えば２０にセ）の非可聴帯
域の音響信号である超音波信号が供給され、検出用音響
信号となる超音波を発するゆ上記第１の変調袋２９には
、変調信号供給ＳＸＯより、所定周波数（例えばＩＫＨ
ｚ）の変調信号が供給されている。上記超音波信号は、
上記第１の変調装置９において上記変調信号に基づいて
変調される。すなわち、上記スピーカ６より発せられる
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、所定周期でレベル
が所定の変動をするようになされた、いわゆるレベル変
調波等となされ、位相検出が可能なようになされている
。

上記発信機７は、電磁波信号発振ａ１１より第２の変調
装置１２を介して、所定周波数（例えば８０ＭＨｚ）の
信号を供給され、検出用電磁波信号を発する。上記第２
の変調装置１２には、上記第１の変調装置９と同様に、
上記変調信号供給源１０より所定周波数（例えばＩＫＨ
ｚ）の変調信号が供給されている。上記電磁波信号発振
源１１より供給される信号は、上記第２の変調装置ｔ１
２において上記変調信号に基づいて変調される。すなわ
ち、上記発信機７より発せられる検出用７４磁波信号は
、例えば、第２図中にＢで示すように、上記超音波と同
様に、いわゆるバースト波や、あるいは、いわゆるレベ
ル変調波等となされ、位相検出が可能なようになされて
いる。

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６より発せられる超音波を感受した信号で
あり、第２図中にＣ及びＤで示すように、上記スピーカ
６より超音波が発せられて後、上記検出用音源装置５と
上記聴取者との距離及び音速に応じた所定時間を隔てて
上記超音波に対応する信号が出力される。そして、これ
ら第１及び第２のマイクロホン３，４の出力信号を、演
算手段となる演算装置１３に送る。

この演算装置１３においては、上記第１のマイクロホン
３の出力信号は、第１の前置アンプ１４ａ、第１のバン
ドパスフィルタ１５ａ、第１のゲインコントロール回路
１６ａ、第１の検波素子１７ａ、第１のローパスフィル
タ１８ａを介して、第１及び第２の位相差検出回路１９
．２０に送られる。また、上記第２のマイクロホン４の
出力信号は、第２の前置アンプ１４ｂ、第２のバンドパ
スフィルタ１５ｂ１第２のゲインコントロール回路１６
ｂ、第２の検波素子１７ｂ、第２のローパスフィルタ１
８ｂを介して、上記第１の位相差検出回路１９に送られ
る。

上記第１及び第２のバンドパスフィルタ１５ａ。

ｉ　５　ｂは、カットオフ周波数が上記超音波の周波数
に対応するようになされている。そして、上記第１及び
第２のローパスフィルタ１８ａ、１８ｂは、カットオフ
周波数が上記変調信号の周波数に対応するようになされ
ている。したがって、上記第１及び第２のローパスフィ
ルタ１８ａ、１８ｂより出力される信号は、第２図中に
Ｅ及びＦで示すように、上記第１及び第２のマイクロホ
ン３゜４の出力信号における変調信号周波数に対応した
矩形波となっている。

そして、上記発信機７より発せられる検出用電磁波信号
は、発せられると略同時に受信機２１により受信され、
第３の検波素子２２、第３のローパスフィルタ２３を介
して、上記第２の位相検出回路２０に送られる。上記第
３のローパスフィルタ２３は、上記第１及び第２のロー
パスフィルタ１８ａ、１８ｂと同様に構成されてなるも
のであり、この第３のローパスフィルタ２３の出力信号
は、第２図中にＧで示すように、上記受信機２１の出力
信号における変調信号周波数に対応した矩形波となって
いる。

なお、上記受信機２１には、受信アンテナを設ける必要
があるが、上記第１または第２のマイクロホン３．４の
出力信号を上記演算装置１３に送るためのケーブルを受
信アンテナとして用いるようにしてもよい。

上記第１の位相差検出回路１９は、第２図中にΔＴ、で
示す上記第１のローパスフィルタ１８ａの出力信号と上
記第２のローパスフィルタ１８ｂの出力信号との対応す
る例えば信号立上がり部間の時間差し、に基づき、これ
ら信号間の位相差を検出する。そして、検出された位相
差を示す信月を角度算出回路２４に送る。

また、上記第２の位相差検出回路２０は、第２図中にΔ
Ｔ、で示す上記第３のローパスフィルタ２３の出力信号
と上記第１のローパスフィルタ１８ａの出力信号におけ
る対応する例えば信号立上がり部間の時間差ｔ２に基づ
き、これら信号間の位相差を検出する。そして、検出さ
れた位相差を示す信号を角度算出回路２４に送る。

、Ｅ記角度算出回路２４においては、上記各時間差１．
．１．により示される位相差と、音速■及び上記頭部Ｍ
の半径ｒとに基づき、第３図中に矢印２で示す、上記ス
ピーカ６と上記聴取者の頭部Ｍの中心との距離ｌを算出
する。さらに、この距離！、上記位相差、上記音速■及
び上記半径ｒとに基づき、第３図中に矢印θで示す、該
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″１Ｓｉｎ　−’　（Ｖ”　　Ｌ、（ｔ＋　＋２　ｔ
ｚ）／４　ｒ　４２）により求めることができる。

なお、上記音速■は、予めこの角度算出回路２４におい
て定数として設定しておいてもよ（、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、ｆｉ１１２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。そして、上記角度θを示
す信号を、Ｉ１０ボート２５を介して、信号処理回路２
６に供給する。

上記一対の電気−音響変換器ユニッ）ＩＬ、ｌＲには、
音響信号供給源２７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　Ｒを、上記信号処
理回路２６を介して供給する。

上記音響信号供給源２７は、所定の左チャンネル及び右
チヤンネル音響信号Ｓ　Ｌ　＋　　Ｓ　Ｒ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２６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２４より上記Ｉ１０
ポート２５を介して上記角度θを示す（３号が供給され
る第１乃至第４の信号処理部２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、
２８６を備えてなる。これら各信号処理部２８ａ、２８
ｂ、２８ｃ、２８ｄ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。

ＳＲを対応して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２８ａは、右チヤンネ
ル音響信号Ｓ１．ｌ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（ｈ□（１，θ
））を設定する。上記第２の信号処理部２８ｂは、右チ
ヤンネル音響信号Ｓｔ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（ｈ＊Ｌ（ｔ
−θ））を設定する。上記第３の信号処理部２８ｃ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（ｈ＋、
＋＋（１，０））を設定する。上記第４の信号処理部２
８ｄは、左チヤンネル音響信号Ｓｔ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
（ｈｔｔＤ、　　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
て読出ずようにしてもよい。

この信号処理回路２６においては、上記右チヤンネル音
響信号Ｓ、を上記第１及び第２の信号処理部２８ａ、２
８ｂに送る。上記第１の信号処理部２８ａにおいては上
記インパルスレスポンス（ｈ＊＊（ｔ、θ））を用いて
畳み込み積分処理を行い、上記第２の（ａ号処理部２８
ｂにおいては上記インパルスレスポンス（ｈ＊ｔ（ｔ、
　　θ））ヲ用いて畳み込み積分処理を行う。

また、上記左チヤンネル音響信号Ｓ、を、上記第３及び
第４の信号処理部２８ｃ、２８ｄに送る。

上記第３の信号処理部２８ｃにおいては上記インパルス
レスポンス（ｈＬ＋＋（ｔ、　　θ））を用いて畳み込
み積分処理を行い、上記第４の信号処理部２８ｄにおい
ては上記インパルスレスポンス（ｈｒｔ（１，θ））を
用いて畳み込み積分処理を行う。

そして、上記第１及び第３の信号処理部２８ａ２８ｃの
出力信号を、右側用加算器２９えにより互いに加算する
。この右側用加算器２９．の出力信号を、右側増幅器３
０．を介して右耳用音響信号Ｅ７として上記右側電気−
音響変換器ユニット１Ｒに送って再生する。

また、上記第２及び第４の信号処理部２日す。

２８ｄの出力信号を、左側用加算器２９．により互いに
加算する。、：の左側用加算器２９Ｌの出力信号を、左
側増幅器３０．を介して左耳用音響信号ＥＬとして上記
左側電気−音響変換器ユニットＩｔ、に送って再生する
。

上述のようにして行う本発明に係る音響信号再生方法に
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を瞬時にして検出し、検出した角度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をそれぞれ処理する。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ピー
カ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２６に
より行う信号処理は、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。さらに、本発明に係る音
響信号再生方法を行うために用いるヘッドホン装置２は
、いわゆる耳介挿入型のものでもよい。

そして、本発明に係る音響信号再生方法においては、複
数人で１台の上記検出用音源装Ｗ５を用いて、各人にお
いて良好な頭外定位感及び前方定位感が得られる音響信
号再生を行うことができる。

すなわち、第４図に示すように、各聴取者の頭部Ｍ＋、
Ｍｚ・、Ｍ、、Ｍ、に、それぞれ上記ヘッドホン装置２
を装着する。そして、これら各ヘッドホン装置２に対応
して、上記演算装置１３、上記音響信号供給源２７及び
上記信号処理回路２６を設ける。これら各ヘッドホン装
置２は、第１及び第２のマイクロホン３．４の出力信号
をそれぞれ個別的に演算装置１３に送り、それぞれ個別
的に上記音響信号供給源２７より信号処理回路２６を介
して音響信号が供給される。したがって、各聴取者は、
それぞれ別個の音響信号を聴取することもできる。

そして、各聴取者の前方に１台の検出用音源装置５を設
置する。すると、各聴取者に対応して設けられた各演算
装置１３は、上記検出用音源装置５の方向を基準とした
それぞれの聴取者の頭部Ｍ、。

Ｍ、、Ｍ、、Ｍ、の方向を示す角度θ１．θ２θ１．θ
４を算出する。各聴取者に対応する信号処理回路２６は
、上記各角度θ７．θ２．θ、。

θ４に基づいて信号処理を行う。したがって、各聴取者
は、それぞれ、第４図中に矢印Ｄ＋　、Ｄｚ　。

Ｄｔ、Ｄ−で示す上記検出用音源装置５の方向の音像定
位感を得ることとなる。

Ｈ，発明の効果 上述のように、本発明に係る音響信号再生方法において
は、聴取者の頭部の方向変化を、検出用音源装置より発
せられる検出用電磁波信号を受信する受信装置の出力信
号と、検出用音響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間の位相差とに基
づいて演算手段により算出し、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をそれぞれ信号
処理する。

このようにして方向変化の検出を行うための装置は、迅
速、かつ、高精度な検出ができるため、常に、聴取者の
頭部の方向に応じた信号処理を施した音響信号を再生す
ることを可能となすともに、簡素に構成でき、小型化、
軽量化が容易である。

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、簡素な構成の装置により聴取者の頭
部の方向変化の迅速、高精度、かつ、安定した検出が行
えるようにして、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方法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方法を行うための装
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方法を行うための装置の構成
の他の例を示す模式図である。 ＩＬ・・・・・・・・左側電気−音響変換器ユニットＩ
Ｒ・・・・・・・・右側電気−音響変換器ユニット２・
・・・・・・・・・ヘンドホン装置３・・・・・・・・
・・第１のマイクロホン４・・・・・・・・・・第２の
マイクロホン５・・・・・・・・・・検出用音源装置６
・・・・・・・・・・スピーカ ７・・・・・・・・・・発信機 １３・・・・・・・・・・演算装置 ２６・・・・・・・・・・信号処理回路Ｍ・・・・・・
・・・・聴取者の頭部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 検出用音源装置により非可聴帯域の検出用音響信号及び
   検出用電磁波信号を同期して発生させ、上記検出用電磁
   波信号を受信する受信装置の出力信号と、聴取者の頭部
   上の二箇所に配設され上記検出用音響信号を感受する一
   対のマイクロホンの出力信号間の位相差とに基づいて上
   記頭部の方向変化を演算手段により算出し、 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して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
   生してなる音響信号再生方法。