JPH0474918B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はホログラフイー（Holography）と類
似して「ホロフオニツク（Holophonic）」の如く
定義され得る音の空間的な体系化に関する装置に
関係している。詳しくは、本発明は聴く人に２次
元的な音よりも有効に空間的で真の立体音響的次
元を与えるように立体音の直接の録音もしくは変
換を可能にするものである。

現在に至るまでは、立体音の録音は意図する場
所に２もしくはそれ以上のマイクロフオンを配置
することにより、また意図的に配置された２つの
スピーカーを通して再生されるレコードもしくは
テープの２つのセパレートトラツク上に録音する
ことによりなされた。他には２つの立体チヤンネ
ルを区別する為音響的遮蔽体を人工的に作り出す
よう、２つのパノラマ式のマイクロフオンの間に
人間の頭のような形をした物体を配置する「バイ
ノーラル」と呼ばれるシステムがある。またその
他にイヤホーンを用いることによつてのみしか味
わうことが出来ない限定された不完全な音を得よ
うとして首の根本に配置された内部マイクロフオ
ンを具備する人工ヘツドで成る装置も現存する。
上記システムにおいては録音再生音が空間的であ
るという感覚はあるにはあるが、実際はそれ自身
のトラツクを形成する右もしくは左のスピーカー
から聞こえる特定の音色もしくは楽器により、該
システムは音の単に２次元的感覚を提供するのみ
である。このことは、聞くという物理的法則性に
より、人間の耳がそこに刺激が入り込みそして知
覚が存在するというシステムとして考えられ、そ
して耳介が音のエネルギーの補集器として作用
し、耳道にそれを集中させ且つ共鳴圧の形で鼓膜
に送り込むという事実によつて説明される。

深い探索と研究の結果、本発明は音のエネルギ
ーが聴覚器官に変換される方法の別の解釈を提供
し、またこの解釈から出発して変換された音の真
の立体音響的知覚を与え得る録音システムを明ら
かにするにある。

この発明により成し遂げられた装置のホロフオ
ニツク録音機構を充分わかり易く紹介する為に、
聞くということの物理的、機械的基礎概念を以下
に簡単に論じる。併せてこの発明に関するシステ
ムの構想を導き出す理論をもまた説明する。聴覚
器官を調べてみると、該器官はそれ自身の機構を
用いて音源からの情報を先づ解析しなければなら
ないことを示している。一般に動物ではその聴覚
器官は耳介を通した空間的な体系化（Codific
action）によつてのみならず体全体の知覚の働き
によつて音の情報を力学的に解析する。一方最も
完全な聴覚器官を持つ最も高度に進化した人間に
於てはこの器官は音の情報の即座の統計学的な解
析を成し遂げ、また聞く人に音源の位置を即座に
知らしめるものである。この発明によつて、この
解析の機構はレーザーホログラフイー、即ち音の
ホログラフイーに準ずることが見い出されたので
ある。

周知の如く、レーザーホログラフイーは同一光
源からの２ケのレーザー光線によつて（即ち、干
渉光によつて）形成される回析図の構成と写真像
とから成る。これらのうち１つは鏡で反射され写
真乾板上に直接当り、他方は直接物体を照射しそ
れからそれにより反射される。その２つの光線は
異つた角度と、光路でその板に当り、そしてお互
いに干渉し合う。この干渉がホログラフ化された
物体の全ての空間的情報を含む明と暗の非常に複
雑なパターンを導き出す。類似の手法による反射
パターンの復元はその物体の空間的イメージのも
ととなる。従つて人はこの空間的なイメージを見
つめて、その原型即ちその形ばかりでなくその大
きさをも洞察する完全な知覚を持つのである。更
に本発明の概念を明確にする為、水波でのホログ
ラフイーの簡単な論議を順を追つてする。静かな
鏡のような水面に石を落すと、同心円のいくつか
の波が出来、それらは消滅するまで拡がつてゆ
く。これらの波が障害物に会うと、反射して他の
波となりそれがもとの波と干渉して干渉パターン
を形成するようになる。これらの干渉は乱れたよ
うであるが、ホログラムのような一連の情報を含
んでいる。このようにこの一連の情報は障害物の
反射面の形状を与え得る。もし、障害物が対称形
であれば、対称な干渉パターンを与えるであろ
う。しかしながらこのパターンは不完全な情報を
与える、なぜなら２つのイメージが可能で１つは
真のものであり、他方は完全に類似していながら
180°回転したものであるからである。従つて波源
の本当の位置はこの情報の要素とはなり得ない。
しかしながら非対称の反射面では一つの唯一の空
間的再構成の可能性が存在する。もちろん、干渉
パターンはまた非対称であり、波源の正確な位置
はそこで決定され得ることも明白であろう。レー
ザーホログラフイーの場合のように干渉パターン
はいくつかの点で構成され、その夫々の１つは全
ホログラムの情報を含んでいることに注目しよ
う。即ち、確実にプログラムされたコンピユータ
ーは、その点の唯一つに含まれる情報で全ホログ
ラムを再構成し得たのである。

以上は本発明がよつて立つところの理論であ
り、それは古い立体音響の機能的な効果のなさ、
即ち形式的なツートラツク録音における「深さ」
の欠如を示している。実際、この種の古い録音が
なされる時、それは、２つの異つた点から来る音
の区別をすることが出来ないことに誰しも気付
き、また明白な干渉パターンを作り出す為にマイ
クロフオンは充分な非対称を有しないということ
も得られる。従つて古いステレオ録音を聞く人は
左右の区別を知覚し得ても例えば上下のそれは出
来ないのである。

このように、音の空間的な区別をする為には非
対称な反射面がそこに必要とされる。本発明によ
つて人の耳の耳介がそのような面であることを示
し得る。耳はそれ自身他に例を見ない完成された
総合体であり、崇高で、極めて正確な工学技術の
働きをするものである。その形態学上の形状はほ
ぼ完全な螺線形を呈し、この螺線形は退化を始め
る前は三四分円の1/2（ａ half of the third
quadrant）に至る円のようである。従つて上記
論議からみて、本発明は次のように作用する。即
ち、人間の頭の如き形状のマイクロフオン支持体
の耳介相当部（以後単に耳介と称する）は完全な
非対称を示すもので、特定の周波数の波源の前で
は、聞き手の両耳と頭は干渉パターンを空間的解
析になくてはならないものとするが、最も価値あ
る情報を提供するのは耳介自身である。事実、長
い垂直方向は耳介をして低周波（1400Hzのオーダ
ーで）を識別し、一方短い水平方向は3400Hz以上
の高周波を識別する。

この発明の為になされた研究では、また空間的
識別に於て髪（かつらに相当）もかなり重要であ
り、それ自身非対称ホログラムのもとになること
により前もしくは後から来る音の明確な認識を可
能ならしむることも明らかとなつた。事実、頭の
はげた人間は頭の対称軸に沿つて前−後の区別が
いく分減退することも観測されたのである。

これらの考えに基付いて、明らかにされたホロ
フオニツクな録音システムは前−後の区別を付け
る為に非対称としたかつらと、耳道のように作用
するキヤビテイ中で鼓膜のように正しい位置と方
向性を持つて配置され、背後でエウスタキー管の
ように作用するキヤビテイと通じている２つのマ
イクロフオンだけでなく、耳介、耳道、エウスタ
キー管及び口腔の形を忠実に復元した耳介及び内
部キヤビテイを具備した人の頭のような形のマイ
クロフオン装置を含むという事実で特徴付けられ
る。ここで口腔は外部と通じている。個々には、
該マイクロフオンは７mmより小さくないカーデイ
オイド型の薄膜を有している。耳道の如く作用す
る該キヤビテイは断面楕円の円筒形でその軸線は
よじれて居り、オレフイス（外側の穴）に対応し
た壁は前方に向けてより低くなるように徐々に傾
斜した前方壁と、後方に向けてより高くなる後方
壁より構成される。耳道として作用する該キヤビ
テイはその軸線に沿つたオレフイスからマイクロ
フオンまで24mmの平均長さを有するのが好まし
く、オレフイス側の８mmは外耳介と同じ物質で製
せられ、また残りのマイクロフオン側の16mmは堅
い覆い層を有し、繊維軟骨（８mm）と骨部分（16
mm）を擬装するかの如くである。２つのマイクロ
フオンのコードは口腔を通り外部に通じているこ
とも当然である。更に、音の録音と再生の程度で
は人はいつも人間の耳に聞こえ得る周波数範囲で
可能な限り直接的に変換器（マイクロフオンとス
ピーカー）を用いようと試みる。たとえ、今日で
はマイクロフオン−増幅器−スピーカーの連結が
ほとんど完全でも、単一の音源（例えば、バイオ
リン）の音が再生された時、その再生音は大抵の
場合もとの音とはかなり違いがあるものである。
この違いのほとんどはマイクロフオン、増幅器も
しくはスピーカーに原因があるのではなく、むし
ろ我々の耳にその原因がある。事実、たとえマイ
クロフオンが忠実に音の信号を録音し、且つスピ
ーカーがそれを忠実に再生したとしても、結果は
我々が生の演奏を聞いたときに我々の耳にしたも
のと全く異なるのである。これはマイクロフオン
が、我々の聞くというシステムが行うと同じ方法
では音の信号をピツクアツプしないからである。

我々の聴覚機構の基本である２つの耳がまさに
我々をして音の源の区別を可能ならしめているに
他ならない。音はそれ自身（例えば、バイオリ
ン）はある一点からはやつて来ないばかりか集中
したいくつかの点からやつて来るものである。ま
してや、バイオリンにより生ずる音を反射するよ
うな我々のいる部屋は、一方で、もとの音源（こ
の場合バイオリン）の範囲外の空間から起るよう
に我々の聞くシステムで知覚する音の集中を生じ
させるのである。耳は無数の異つた音源をた易く
区別するが、マイクロフオンはそれらをまとめて
しまう。我々がスピーカーから聞くこの一まとめ
の音は一方で単一の音源となつてしまうことが明
白なのである。

音響学的に適当でない部屋で音の信号を録音し
た者なら誰でも、外部からの雑音を含めて、その
部屋の影響が直接音を聞く場合よりもマイクロフ
オンを通して音を聞く場合の方がより顕著に現わ
れることに気付くことにある。従つて出来るだけ
現実に近付けて録音するには、マイクロフオンそ
の他を通してするこの音の空間的区別を有するこ
とは非常に重要である。更に、マイクロフオンで
ピツクアツプされた音の信号は、また壁によつて
反射された波がその伝波距離及びその信号それ自
身の波長によつて時々同調しまた時に同調せずに
音源からの直接の信号に加わつているから元の音
信号とは異なるのである。同様の現象は、オーケ
ストラ等の場合のようにいくつの音源が存在する
ところにおいてなお一層顕著となる。

２つのセパレートチヤンネル上でのステレオ録
音に於て、再生された音の質はモノラルの音のそ
れよりはるかに高度である。このことは左右のマ
イクロフオンによりピツクアツプされたその信号
が相互に異なる為である。適宣配置された２つの
スピーカーを用いて、左右の耳でその２つの信号
を聞くことにより、我々は空間的な音の知覚を得
る。しかしながらこのことは２つのスピーカーを
前方で連結した正面のみ云えることである。しか
もこの処置は高低及び背後での情報にはこと欠く
のである。

永年の研究と実験の結果ホロフオニツクな音の
再生を得る為に人間の聴覚機構を復元してみる必
要があることが明らかとなつた。事実鼓膜に達つ
する前に音は音源自体に応じて一方の耳から他方
の耳へかけて様々な遅れと逸れをうける。特に
1000Hz以上の周波数では、これらは音源の様々な
位置に対して様々の応答カーブにつながり、又大
脳が音源を決定し得る区分の体系を作る位相の変
位にもなる。人間の耳道の特殊な形をここで考え
てみよう、――そこには様々なカーブと2500Hzと
7500Hz付近の２つの共鳴周波数がある。これらの
共鳴は録音に際しては取り除かれなければならな
い、なぜならそれらはすでに耳の中に存在し且つ
耳の形をしたマイクロフオンによつて更に増強さ
れるに違いないからである。この目的の為に好適
なフイルタ（電子的あるいは電子装置を持たない
どちらかであつて後者の場合ではそれらはマイク
ロフオン膜の近傍に配置される）がこれらの有害
な共鳴を取り除くべく作られたのである。

本発明を特に限定されず単なる実施例として
の、一好適実施例を以下に図を採つて説明する
と、第１図は本発明による録音機構の耳道キヤビ
テイに対応する縦断面図、第２図は耳介及び耳道
の如く作用する部分の横断面図である。図に示す
如く、該ホロフオニツク録音システムは人間の頭
の如き形のマイクロフオン支持体１を含む。この
支持体はポリスチレン等のプラスチツク質で好ま
しく製せられ人間の耳の耳介に忠実に復元した耳
介３を有する２つの耳部２を保持する。各耳介３
は耳道に酷似した形のキヤビテイ４を有し、その
底部に於て耳の鼓膜と同様位置と同様の方向をも
つたマイクロフオン５が配置されている。各マイ
クロフオン５の背面はエウスタキー管の形に忠実
に復元された管状−キヤビテイ６にそのまま通じ
ている。これらのキヤビテイ６は口腔の形を忠実
に復元し且つ管状キヤビテイ８を通して外部に通
じるセントラルキヤビテイ７と連通している。耳
介３と耳道（24mm長さ）の入口側の８mm部分はゴ
ムで好ましく製せられ、一方奥の残る16mmはプラ
スターの内部層もしくは１１の如きを有し、その
夫々は繊維軟骨及び中耳の骨部を擬装したもので
ある。頂部は前后を望ましく非対称とする為かつ
ら９で覆れている。マイクロフオンのワイヤ１０
は管状キヤビテイ６から導出されたセントラルキ
ヤビテイ７の導入され更に管状キヤビテイ８を通
して外部に通じている。普通のマイクロフオンに
見られる俗に云「ポツプ」効果（音響圧が或る所
定の最大値を越すと、その圧は録音中に“ボン”
と言う音を発生させるようにマイクロフオンのダ
イヤフラムを虚脱させる）を排除するため（この
目的の為、ポーラスな物質、一般には伸縮性ポリ
ウレタンにより覆う）、人間の耳つまり本発明に
よるシステムでは、内燃機関のマフラーのような
働きをする急な拡張部１２を耳道中に有してい
る。従つて該マイクロフオンはポツプ効果を示す
ことなく外部に晒すことが可能である。マイクロ
フオン５は７mmより小さくないカーデイオイド薄
膜を有し、この形状の開口部を有するマイクロフ
オンの外装材として示してある。耳道の如く作用
するキヤビテイ４は断面楕円の円筒の部分を有し
その円筒の軸線はよじれていて、外側の穴に対応
した壁は前方に向けてより低くなるように徐々に
傾斜した前方壁と、後方に向けてより高くなる後
方壁より成る。前者は平坦で、後者は凹凸が激し
い。

レーザーホログラフイーに於ては２つの異つた
光線は、うち一方は参照板（known ray）であ
り他方は物体で反射されそして干渉し合うが、ホ
ロフオニーに於ては参照音（known sound）と
は個人の身体の解剖学的形態に於ける信号の反響
によつて作り出されるものである。

本システムでは、通常のステレオシステム上で
の磁気テープ録音の再生は聞く人をしてその聞く
センスとは無関係にその録音がスタジオで如何に
してなされたかを概念的に再現させるものであ
る。この方法に於ては、仮に２人の聞き手が互い
に向き合つていても、彼らが並んでいる場合のよ
うに正しい感覚でその前−後の知覚を得ることに
なるであろう。音響箱（高調波の位相変位が録音
及び再生中に維持されるように位相修正を許容す
るようになつている録音及び若しくは再生装置と
して使用する）が前もつて決められた位置に置く
必要がないことは注目に値することである。なぜ
ならそれらの音は予め体系化され且つこれによる
情報は変化することがあり得ないからである。

音の高さの知覚に関しては、スチーブンスとウ
オークマンの研究、及び500Hz以下の周波数は音
の高さと直線的な関係に有りそれから彎曲すると
いう彼等の図表とから出発して、この発明で明ら
かになつた理論がこれらの研究を明解にすること
が出来る。事実、一定の周波数の波は物理的サイ
ズが波長の1/4のオーダーである物体によつての
み反射されるということは知られているので、聴
覚機構（耳及び頭）が無関係であるという周波数
が現に存在するのである。このようにこれらの音
は不変であり且つ体系化されている。即ちそれら
は空間的に同一であるとは確認されず従つて完全
に直線的な周波数−高さとの関係を有する。

この音響システム全外形の臨界寸法測定値は頭
（周波数450Hzに相当する）に関しては20cm、耳
（周波数1400Hzに相当する）に関しては６cmであ
る。この周波数を越えると、耳の近傍で干渉が起
る為相殺から生ずる矛盾が発生することになる。
更に上述した通り、空間的体系の存在が大脳をし
てそれに至る音の源を判断せしめることになる。
このように人間の聴覚機構に完全に類似させて一
旦この発明による装置が出来上ると、この体系の
全詳細が理解させることになろう。

この方法では、２つの耳の存在にかかわらず、
各空間的な位置に関して聴覚機構の応答カーブの
顕著な変化と、加えて基礎音に関する高調波の相
変位も存在することがオスシレーターで明らかに
なる。実際、人間の頭での周波数応答カーブを測
定すると、解剖学上の特性がその構造に正確に遵
守される如くこの発明による装置でのそれと一致
するであろう。様々な実験は、そのカーブが生理
学上の音響効果を研究する者なら誰にでも知られ
た平均的な普通のオーデイオグラムに似た装置の
一端より発つする音で描かれたものであることを
明示しているのである。更に上記カーブは、周波
数の高低によつてまた聴覚機構の第１と第３の共
鳴周波数に相当する2500Hz及び7500Hzの２つの共
鳴ピークにより顕著な落下を示す。前面、後部、
頂部及びその他の位置による他の特性カーブの測
定値は側面的に得られる、それら、特に端部で高
温が豊富な前面、及び低音の後部からのものと、
かなり異なることがわかる。従つて空間的情報を
聞くに際して録音に調和するよういくつかのパラ
メーターが修正されることは考慮されるべきであ
る。このマイナス面は適当なフイルタによる既知
方法での共鳴の打ち消しによりまた高低の不明な
周波数に関するオクターブ増幅器を用いることに
よつて排除される。イコライザー（本装置の使用
から得られた信号中の低い周波数と高い周波数を
抜きながら共鳴を無くして増幅を行うために使用
され、周波数応答カーブ中に存在するかもしれな
い振動を無くして比較的一様な増幅度の周波数応
答カーブを提供する）を用いると聞く人にとつて
最良の状態となるであろう。

基礎音についての高調波の相変位に関しては、
この発明を用いて構成される音の力学的解析がい
くつかの高周波数の遅延を呈し、一方低周波数は
オツシログラフ上に安定的に残る。

現象論的解釈は簡単であつて音を構成する様々
の周波数の音によりとられる様々な方向性を考慮
することから生じるものである； ― 低周波数に関して云えば、ある限定された波
長によつての消滅の場合、もしくは頭骸骨キヤ
ビテイもしくは内部反響室の貢献の場合、を除
いて情報がまるで存在しないかの如く身体を通
り過ぎていくようなことが、音響膜が定まらな
い場所に晒らされているが如くに与えられる。

― より高い周波数音は直接通過することはまず
なく、本装置中で復元された耳道で時々はね返
り、従つて鼓膜に配置されたマイクロフオンへ
の到達はすべての周波数に関して同時に起るこ
とはない。更に２つの異つた空間的な位置は同
じ遅延を有しない。このことは明らかに完全な
空間的体系化記号を多様なものにする結論とし
て、スピーカーはもとの位相変位の大巾な修正
を回避する為意図的な位置に配されなければな
らない。また、すべての関連する技術的手段
が、音響学的変換の間中すべての位相体系を重
んじる為に、即ち位相修正をした音響箱を用い
る為に又は拡張レンジ形式の単一スピーカーを
用いる為に、駆使されるべきである。音の空間
的体系を備えた本発明による装置は明らかに、
録音の他に音の直接伝達に際しても同様に用い
られる。

以上述べた如く、本発明の音の空間的体系化装
置に依れば、２つのマイクロフオンは人間の頭の
如き形状のマイクロフオン支持体に耳の鼓膜の如
く正しい位置と方向で配置され、また口腔が外部
と通じているため、聴く人に２次元的な音よりも
むしろ効果のある空間的に真の立体音響的次元を
与えるように、立体音の直接の録音若しくは伝達
が可能になる効果を享受できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による録音機構の耳道キヤビテ
イに対応する縦断面図、第２図は耳介及び耳道の
如く作用する部分の横断面図である。 符号の説明、１……マイクロフオン支持体、３
……耳介、４，６，７……キヤビテイ、５……マ
イクロフオン、９……かつら、１２……拡張部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 立体音を効果的な空間次元で録音もしくは直
   接変換し得るホログラフイーに類似したホロフオ
   ニツクと呼ばれる音の空間的体系化装置であつ
   て、耳介３と、耳道４と、該耳道４内に於いて鼓
   膜の如く正しい位置と方向で配置された２つのマ
   イクロフオン５と、を具備する人間の頭の如き形
   状のマイクロフオン支持体１を有した音の空間的
   体系化装置において、上記マイクロフオン支持体
   １は、更にエウスタキー管及び口腔の形に夫々忠
   実に復元した内部キヤビテイ６及び７と、前−後
   の区別の為に非対称としたかつら９とを具備して
   おり、また上記各マイクロフオン５は背後でエウ
   スタキー管形に復元したキヤビテイ６と通じてお
   り、また口腔形に復元したキヤビテイは外部と通
   じていることを特徴とする音の空間的体系化装
   置。 ２ 耳道の如く作用する上記キヤビテイ４は断面
   楕円の円筒形でその軸線はよじれて居り、オレフ
   イス（外側の穴）に対応した壁は前方に向けてよ
   り低くなるように徐々に傾斜した前方壁と、後方
   に向けてより高くなる後方壁とより成る特許請求
   の範囲第１項記載の装置。 ３ 耳道の様に作用する上記キヤビテイ４がその
   軸線に沿つたオレフイスからマイクロフオン５ま
   で24mmの平均長さを有し、オレフイス側の８mmが
   外耳介と同様物質に製せられ、また残りのマイク
   ロフオン側の16mmが堅い物質の覆い層を有して、
   その夫々が繊維軟骨及び骨部を擬装してある特許
   請求の範囲第１項又は第２項に記載の装置。 ４ 耳道の如き作用をする上記キヤビテイ４が実
   際の耳道に於いて体験し得るようないわゆる「ホ
   ツプ」効果を排除するべく音響圧力を減ずるため
   の急激な拡張部１２を有する特許請求の範囲第１
   項、第２項及び第３項のいずれかに記載の装置。 ５ 基礎音についての高調波の位相変位が録音及
   び再生中に維持されるように位相修正を許容する
   ようになつている録音及び若しくは再生装置とし
   ての音響箱もしくは拡張レンジタイプのスピーカ
   ーを用いて上記位相変位が修正される特許請求の
   範囲第１項、第２項、第３項及び第４項いずれか
   に記載の装置。 ６ イコライザーが周波数応答カーブの全ての起
   り得る変化を無効にするべくそのカーブに比較的
   一様な増幅を与えるために用いられる特許請求の
   範囲第１項、第２項、第３項、第４項及び第５項
   いずれかに記載の装置。