JPH07203597A - ヘッドホン再生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ヘッドホン再生時に、スピーカ再生時と同様
に音像を前方（頭外）に定位させること。 【構成】 方向検出回路１２により視聴者４の向きθを
検出する。設定回路１３ａは記憶回路１４ａから左右の
耳の音源に対するインパルス応答を読み出し、ＦＩＲフ
ィルタ２ｃ，２ｄに設定する。ＦＩＲフィルタ２ｃ，２
ｄは入力端子１からの音響信号を特定のインパルス応答
で畳込みを行い、ヘッドホン３を付けた視聴者４に音響
信号を出力する。こうすると視聴者４の動きに対応して
動的なインパルス応答の畳込みができ、ヘッドホンの再
生時に音像の前方定位が実現される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＡＶ（オーディオ・ビ
ジュアル）機器において、ヘッドホンを用いた臨場感の
ある音響再生を行うヘッドホン再生装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】近年、音響分野においては、ヘッドホン
再生方式が用いられるポータブルのカセットプレーヤや
光ディスク等を再生するプレーヤが普及しており、これ
に伴いヘッドホン再生時にスピーカ再生方式と同様、音
像が前方（頭の外）に定位するなどの新しいヘッドホン
再生方式の開発が望まれている。

【０００３】ここで従来のヘッドホン再生装置について
図面を参照しながら説明する。図９はヘッドホン再生に
おいて、音像を視聴者の前方に定位させる従来のヘッド
ホン再生装置の構成を示すブロック図である。本図にお
いて、先ず入力端子１から音響信号が入力され、２つに
分岐された後にＦＩＲフィルタ２ａ，２ｂに入力され
る。ＦＩＲフィルタ２ａ，２ｂは畳み込み演算を行うデ
ジタルフィルタで、音像を頭外に定位させる頭部伝達関
数ｈL(ｔ) 、ｈR(ｔ) （ｔは連続的な時間を表し、入力
信号が時間関数であることを示している。）のインパル
ス応答を有している。

【０００４】ＦＩＲフィルタ２ａ，２ｂでは、ヘッドホ
ン３で信号を再生した場合に音像が視聴者４の前方に定
位するよう、所望のタップ係数で入力信号の畳み込み演
算が行われる。ＦＩＲフィルタ２ａ，２ｂの出力信号は
ヘッドホン３により音響振動として視聴者４の左右の耳
に入力される。ここで、ＦＩＲフィルタ２を用い、音像
を前方に定位させる方法について図１０を用いて説明す
る。

【０００５】図１０（ａ）はスピーカ再生装置５におい
て、視聴者４の前方に設置されたスピーカ６から音響の
信号S(t)を空気振動に変換して放射した状態を示してい
る。点線部分に示すh1(t) は、スピーカ６と視聴者４の
右耳までのインパルス応答を示し、h2(t) はスピーカ６
と視聴者４の左耳までのインパルス応答を示している。
スピーカ６から信号S(t)を放射したとき、視聴者４の右
耳における信号R(t)は、（１）式で表現される。 R(t)＝S(t)＊h1(t) ・・（１） 同様に左耳における信号L(t)は、（２）式で表現される
（但し＊は畳み込み演算を表している）。 L(t)＝S(t)＊h2(t) ・・（２） 実際は、スピーカ６自身のインパルス応答などが畳み込
まれるが、ここでは省略した。尚、h1(t),h2(t) にスピ
ーカ６等の特性も含ませても良い。

【０００６】次に図１０（ｂ）はヘッドホン３により信
号S(t)を再生する従来のヘッドホン再生装置の構成を示
している。図９と同様に、本図の視聴者の左右の耳部に
記したhHR(t),hHL(t) はヘッドホン３と視聴者４の両耳
間のインパルス応答である。この場合の視聴者４の右耳
に入力される信号R'(t) は、（３）式で表現される。 R'(t) ＝S(t)＊hR(t) ＊hHR(t)・・（３） 同様に視聴者４の左耳に入力される信号L'(t) は、
（４）式で表現される。 L'(t) ＝S(t)＊hL(t) ＊hHL(t)・・（４）

【０００７】ここで、ヘッドホン再生装置において、ス
ピーカ再生装置５と同様の信号が視聴者４の両耳に入力
されれば、音像は前方に定位することとなる。従って
（１）式と（３）式、及び（２）式と（４）式が等しく
なるように、hR(t) とhL(t) を以下のように設定すれば
良いこととなる。 h1(t) ＝hR(t) ＊hHR(t)・・（６） h2(t) ＝hL(t) ＊hHL(t)・・（７） このときには、ヘッドホン再生時に音像が前方に定位す
ることとなる。（６），（７）式において、h1(t),h2
(t) 及びhHR(t)、hHL(t)は実測により得られることか
ら、hR(t),hL(t) は計算により求めることができる。こ
れらの式の値を求める方法は幾つかあるが、ここでは周
波数領域に変換して求める方法を次に説明する。

【０００８】先ず、ＦＩＲフィルタのインパルス応答を
それぞれフーリエ変換したものを以下の（８）〜（１
３）式のように表すと、前述した（６），（７）式は
（１４），（１５）式のようになる。ここで、FFT(x)は
ｘをフーリエ変換する関数、ωは角周波数を表してい
る。 H1（ω）＝FFT(h1(t)) ・・（８） H2（ω）＝FFT(h2(t)) ・・（９） HR（ω）＝FFT(hR(t)) ・・（１０） HL（ω）＝FFT(hL(t)) ・・（１１） HHR(ω）＝FFT(hHR(t)) ・・（１２） HHL(ω）＝FFT(hHL(t)) ) ・・（１３） H1（ω）＝HR（ω)・HHR(ω) ・・（１４） H2（ω）＝HL（ω)・HHL(ω) ・・（１５）

【０００９】従って、得られた（１４）、（１５）式か
ら次の（１６），（１７）式が算出される。 HR( ω) ＝H1（ω) ／HHR(ω) ・・（１６） HL( ω) ＝H2（ω) ／HHL(ω) ・・（１７） そして、（１６），（１７）のHR（ω),HL（ω) を逆フ
ーリエ変換する（IFFT(X) で表す）と、次の（１８），
（１９）式が算出される。 hR(t) ＝IFFT(HR(ω))・・（１８） hL(t) ＝IFFT(HL(ω))・・（１９） こうしてインパルス応答hR(t),hL(t) を求めることがで
きる。

【００１０】以上のようにして求めたインパルス応答を
ＦＩＲフィルタ２ａ，２ｂのタップ係数として設定し、
入力信号と畳み込み演算を行うことにより、音像を前方
に定位させることができる。

【００１１】ここで畳込み演算を行うＦＩＲフィルタ２
ａ，２ｂの基本的な構成を図１１に示す。本図におい
て、ＦＩＲフィルタ２は信号の入力端子７、信号をτ1
時間だけ遅延させる複数の遅延素子８、タップ係数（h
(n)) と入力信号及び各遅延回路の遅延信号との乗算を
行う複数の乗算器９、各乗算器９の出力を加算する加算
器１０、変換信号の出力端子１１で構成される。通常こ
のようなＦＩＲフィルタには、乗加算を夫々高速に行う
ＤＳＰ（Digital Signal processor）や専用ＬＳＩが用
いられる。各乗算器９には図１１のようにインパルス応
答ｈ(n) （n:0 〜N-1 、N は必要とするインパルス応答
の長さ）がタップ係数として設定され、各遅延素子８に
はアナログ信号をディジタル信号に変換する際のサンプ
リング周波数に対応する遅延時間τ₁ が設定されてい
る。そして入力される信号に対してそれぞれ乗加算と遅
延を繰り返すことにより、畳込み演算を実行する。この
信号処理はディジタル信号に対して行われるので、実際
はこのＦＩＲフィルタ２の前にアナログ信号をディジタ
ル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ、及びディジタル信
号をアナログ信号に変換するＤ／ＡコンバータがＦＩＲ
フィルタ２の後に必要である。この図では省略している
（以下同様）。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
な構成では、ＦＩＲフィルタに各視聴者個人のインパル
ス応答を設定した場合には音像が前方に定位するが、他
の視聴者に設定されたインパルス応答を有するヘッドホ
ン再生装置を用いた場合には、聴感特性の個人差が生じ
るため、音像が前方に定位しずらいという欠点があっ
た。又従来のヘッドホン再生装置では、視聴者が頭部の
向きを変化させても、それに従って音像位置が変化しな
いという問題点があった。

【００１３】本発明はこのような従来の問題点に鑑みて
なされたものであって、標準的なインパルス応答を用い
た場合にも、不特定多数の視聴者に対し音像を前方に定
位させることが可能で、視聴者が頭部の向きを変える
と、それに従って音像位置を自動的に変化させるように
したヘッドホン再生装置を実現することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本願の請求項１の発明
は、視聴者の左右の耳に音響を出力するヘッドホンと、
ヘッドホン又はヘッドホンを装着した視聴者の頭部に取
付けられ、視聴者の頭部の向きを検出する方向検出手段
と、音響信号が入力され、任意の方向に音像を定位させ
るための畳み込み演算を行い、変換された音響信号をヘ
ッドホンに出力する複数の演算手段と、方向検出手段で
検出された視聴者の頭部の各向きに対応し、演算手段の
各畳込みの係数を記憶する記憶手段と、方向検出手段よ
り検出された向きに対応して演算手段における畳込みの
係数を記憶手段から読み出し、演算手段に設定する設定
手段と、を具備することを特徴とするものである。

【００１５】本願の請求項２の発明は、視聴者の左右の
耳に音響を出力するヘッドホンと、ヘッドホン又はヘッ
ドホンを装着した視聴者の頭部に取付けられ、視聴者の
頭部の向きを検出する方向検出手段と、音響信号が入力
され、直接音に対して反射音を付加した音響信号をヘッ
ドホンに出力する反射音付加手段と、方向検出手段で検
出された視聴者頭部の各向きに対応し、反射音付加手段
の反射音の各作成データを記憶する記憶手段と、方向検
出手段より検出された向きに対応して作成データを記憶
手段から読み出し、反射音付加手段に設定する設定手段
と、を具備することを特徴とするものである。

【００１６】本願の請求項３の発明は、視聴者の左右の
耳に音響を出力するヘッドホンと、ヘッドホン又はヘッ
ドホンを装着した視聴者の頭部に取付けられ、視聴者の
頭部の向きを検出する方向検出手段と、音響信号が入力
され、特定の方向に音像を定位させるための畳み込み演
算を行う複数の演算手段と、演算手段の出力信号を任意
の時間だけ遅延させる複数の遅延手段と、遅延手段の出
力信号を複数の周波数帯域に分割すると共に、分割され
た信号の出力レベルを制御する複数組の分割手段と、分
割手段の各周波数帯域に分割された信号を加算し、ヘッ
ドホンに出力する加算手段と、方向検出手段で検出され
た視聴者頭部の各向きに対応し、遅延手段の遅延時間と
分割手段の出力レベル値を夫々制御する制御手段と、を
具備することを特徴とするものである。

【００１７】本願の請求項４の発明は、視聴者の左右の
耳に音響を出力するヘッドホンと、ヘッドホン又はヘッ
ドホンを装着した視聴者の頭部に取付けられ、視聴者の
頭部の向きを検出する方向検出手段と、音響信号が入力
され、直接音に対して反射音を付加した音響信号を生成
する反射音付加手段と、反射音付加手段の出力信号を任
意の時間だけ遅延させる複数の遅延手段と、遅延手段の
出力信号を複数の周波数帯域に分割すると共に、分割さ
れた信号の出力レベルを制御する複数組の分割手段と、
分割手段の各周波数帯域に分割された信号を加算し、ヘ
ッドホンに出力する加算手段と、方向検出手段で検出さ
れた視聴者頭部の各向きに対応し、遅延手段の遅延時間
と分割手段の出力レベル値を夫々制御する制御手段と、
を具備することを特徴とするものである。

【００１８】本願の請求項５の発明は、視聴者の左右の
耳に音響を出力するヘッドホンと、ヘッドホン又はヘッ
ドホンを装着した視聴者の頭部に取付けられ、視聴者の
頭部の向きを検出する方向検出手段と、音響信号が入力
され、任意の方向に音像を定位させるための畳み込み演
算を行い、変換された音響信号を生成する複数の演算手
段と、方向検出手段で検出された視聴者頭部の各向きに
対応し、演算手段の各畳込みの係数を記憶する第１の記
憶手段と、演算手段の信号が入力され、直接音に対して
反射音を付加した音響信号を生成する反射音付加手段
と、方向検出手段で検出された視聴者頭部の各向きに対
応し、反射音付加手段の反射音の各作成データを記憶す
る第２の記憶手段と、方向検出手段より検出された向き
に対応して、演算手段における畳込みの係数を第１の記
憶手段から読み出して演算手段に設定すると共に、反射
音付加手段における作成データを第２の記憶手段から読
み出して反射音付加手段に設定する設定手段と、を具備
することを特徴とするものである。

【００１９】本願の請求項６の発明は、視聴者の左右の
耳に音響を出力するヘッドホンと、ヘッドホン又はヘッ
ドホンを装着した視聴者の頭部に取付けられ、視聴者の
頭部の向きを検出する方向検出手段と、音響信号が入力
され、特定の方向に音像を定位させるための畳み込み演
算を行う複数の演算手段と、演算手段の信号が入力さ
れ、直接音に対して反射音を付加した音響信号を生成す
る反射音付加手段と、反射音付加手段の出力信号を任意
の時間だけ遅延させる複数の遅延手段と、遅延手段の出
力信号を複数の周波数帯域に分割すると共に、分割され
た信号の出力レベルを制御する複数組の分割手段と、分
割手段の各周波数帯域に分割された信号を加算し、ヘッ
ドホンに出力する加算手段と、方向検出手段で検出され
た視聴者頭部の各向きに対応し、遅延手段の遅延時間と
分割手段の出力レベル値を夫々制御する制御手段と、を
具備することを特徴とするものである。

【００２０】

【作用】このような特徴を有する本願の請求項１の発明
によれば、方向検出手段はヘッドホン又はヘッドホンを
装着した視聴者の頭部に取付けられ、視聴者の頭部の向
きを検出する。記憶手段には方向検出手段で検出された
視聴者頭部の各向きに対応し、演算手段の各畳込みの係
数を記憶させておく。次に設定手段は方向検出手段より
検出された向きに対応して所望の畳込みの係数を記憶手
段から読み出して演算手段に設定する。そして演算手段
は音響信号が入力されると、任意の方向に音像を定位さ
せるための畳み込み演算を行い、変換された音響信号を
ヘッドホンに出力する。こうすると視聴者の動きに対応
してヘッドホンから聞こえる音像の位置が自動的に変化
する。

【００２１】又本願の請求項２の発明によれば、方向検
出手段はヘッドホン又はヘッドホンを装着した視聴者の
頭部に取付けられ、視聴者の頭部の向きを検出する。記
憶手段には方向検出手段で検出された視聴者頭部の各向
きに対応し、反射音付加手段の反射音や残響音の各作成
データを記憶させておく。次に設定手段は方向検出手段
より検出された向きに対応して作成データを記憶手段か
ら読み出して反射音付加手段に設定する。そして反射音
付加手段は音響信号が入力されると、直接音に対して反
射音や残響音を付加した音響信号をヘッドホンに出力す
る。こうすると視聴者の動きに対応してヘッドホンから
聞こえる音源の反射音や残響音が変化する。

【００２２】又本願の請求項３の発明によれば、方向検
出手段はヘッドホン又はヘッドホンを装着した視聴者の
頭部に取付けられ、視聴者の頭部の向きを検出する。演
算手段は音響信号が入力されると、特定の方向に音像を
定位させるための畳み込み演算を行う。そして遅延手段
は演算手段の出力信号を任意の時間だけ遅延させる。更
に分割手段は遅延手段の出力信号を複数の周波数帯域に
分割すると共に、分割された信号の出力レベルを制御す
る。制御手段は方向検出手段で検出された視聴者頭部の
各向きに対応し、遅延手段の遅延時間と分割手段の出力
レベル値を夫々制御する。加算手段は分割手段の各周波
数帯域に分割された信号を加算し、ヘッドホンに出力す
る。こうすると反射音付加手段や記憶手段を設けなくて
も視聴者の動きに対応してヘッドホンから聞こえる音像
の位置が自動的に変化する。

【００２３】又本願の請求項４の発明によれば、方向検
出手段はヘッドホン又はヘッドホンを装着した視聴者の
頭部に取付けられ、視聴者の頭部の向きを検出する。反
射音付加手段は音響信号が入力されると、直接音に対し
て反射音や残響音を付加した音響信号を出力する。そし
て遅延手段は反射音付加手段の出力信号を任意の時間だ
け遅延させる。更に分割手段は遅延手段の出力信号を複
数の周波数帯域に分割すると共に、分割された信号の出
力レベルを制御する。制御手段は方向検出手段で検出さ
れた視聴者頭部の各向きに対応し、遅延手段の遅延時間
と分割手段の出力レベル値を夫々制御する。加算手段は
分割手段の各周波数帯域に分割された信号を加算し、ヘ
ッドホンに出力する。こうすると演算手段や記憶手段を
設けなくても視聴者の動きに対応してヘッドホンから聞
こえる音像の位置が自動的に変化する。

【００２４】又本願の請求項５の発明によれば、方向検
出手段はヘッドホン又はヘッドホンを装着した視聴者の
頭部に取付けられ、視聴者の頭部の向きを検出する。第
１の記憶手段には方向検出手段で検出された視聴者頭部
の各向きに対応し、演算手段の各畳込みの係数を記憶さ
せておく。第２の記憶手段には方向検出手段で検出され
た視聴者頭部の各向きに対応し、反射音付加手段の反射
音や残響音の各作成データを記憶させておく。次に設定
手段は方向検出手段より検出された向きに対応して作成
データを記憶手段から読み出して反射音付加手段に設定
する。そして反射音付加手段は演算手段から信号が入力
されると、直接音に対して反射音や残響音を付加した音
響信号をヘッドホンに出力する。こうすると視聴者の動
きに対応してヘッドホンから聞こえる音源の音像の位置
が自動的に変化すると共に、音源の反射音や残響音が変
化する。

【００２５】又本願の請求項６の発明によれば、方向検
出手段はヘッドホン又はヘッドホンを装着した視聴者の
頭部に取付けられ、視聴者の頭部の向きを検出する。演
算手段は音響信号が入力されると、特定の方向に音像を
定位させるための畳み込み演算を行う。反射音付加手段
は演算手段から信号が入力されると、直接音に対して反
射音や残響音を付加した音響信号を出力する。そして遅
延手段は反射音付加手段の出力信号を任意の時間だけ遅
延させる。更に分割手段は遅延手段の出力信号を複数の
周波数帯域に分割すると共に、分割された信号の出力レ
ベルを制御する。制御手段は方向検出手段で検出された
視聴者頭部の各向きに対応し、遅延手段の遅延時間と分
割手段の出力レベル値を夫々制御する。加算手段は分割
手段の各周波数帯域に分割された信号を加算し、ヘッド
ホンに出力する。こうすると演算手段及び反射音付加手
段に対する記憶手段を設けなくても、視聴者の動きに対
応してヘッドホンから聞こえる音源の音像の位置が自動
的に変化すると共に、音源の反射音や残響音が変化す
る。

【００２６】

【実施例】本発明の第１実施例におけるヘッドホン再生
装置について図面を参照しながら説明する。図１は第１
実施例におけるヘッドホン再生装置の構成を示すブロッ
ク図である。尚、従来例と同一機能を有する部分は同一
の符号をつけて詳細な説明を省略する。図１において、
入力端子１に入力された音響信号はＦＩＲフィルタ２
ｃ，２ｄに与えられる。ＦＩＲフィルタ２ｃはスピーカ
再生装置のスピーカから視聴者４の左耳に出力される音
響に相当する信号を生成する演算手段で、入力信号に所
定のインパルス応答で畳み込み演算を行うデジタルフィ
ルタで構成される。ＦＩＲフィルタ２ｄもスピーカ再生
装置のスピーカから視聴者４の右耳に出力される音響に
相当する信号を生成する演算手段で、デジタルフィルタ
で構成される。

【００２７】視聴者４のヘッドホン３又は視聴者の頭部
に方向検出器１２が取付けられている。方向検出器１２
は視聴者４の頭部が向く方向を検出する方向検出手段
で、例えば地磁気を利用した地磁気センサーや加速度セ
ンサー等により構成される。地磁気センサーの場合、経
線に対する変位角が検出され、加速度センサーの場合、
水平面内の頭部の動きが加速度として検出される。設定
回路１３ａは方向検出回路１２からの視聴者４の向きθ
に基づいて所定のインパルス応答のデータを設定し、そ
の値を記憶回路１４ａから出力する設定手段である。記
憶回路１４ａは代表的な視聴者４が数種類の方向を向い
たとき、前方に置かれた図示しないスピーカと視聴者４
の両耳間のインパルス応答のデータを夫々の方向毎に組
データとして記憶する記憶手段である。

【００２８】このように構成された第１実施例における
ヘッドホン再生装置の動作について説明する。先ず、入
力端子１から音楽等の音響信号が入力され、ＦＩＲフィ
ルタ２ｃ，２ｄに入力される。ＦＩＲフィルタ２ｃ，２
ｄにおいて、設定回路１３ａにより設定された所望のイ
ンパルス応答の係数が記憶回路１４ａから読み出され、
ＦＩＲフィルタ２内の各乗算器のタップ係数として与え
られる。この記憶回路１４ａには、ある代表的な視聴者
やダミーヘッドとよばれる人形の両耳と、前方に置かれ
たスピーカ間の複数のインパルス応答が（左及び右用の
組で）記憶されている。

【００２９】図２は視聴者４の向きθに対するインパル
ス応答の種類を示す説明図である。図２（ａ）は代表的
な視聴者４がスピーカ再生装置５に接続されたスピーカ
６に対して前方正面を向いている状態を示している。こ
のときの視聴者４の左耳、右耳とスピーカ６間のインパ
ルス応答を夫々hL0(t)、hR0(t)とする。図２（ｂ）は視
聴者４が前方のスピーカに対し左へθ1 だけ向いた状態
を示し、この場合の視聴者４の左耳、右耳とスピーカ６
間のインパルス応答を夫々hLL1(t) 、hLR1(t)とする。
図２（ｃ）は同様に左へθ2 だけ動いた場合で、このと
きのインパルス応答を夫々hLL2(t) 、hLR2(t) とし、図
２（ｄ）は逆に視聴者が右へθ3 だけ向いた場合で、こ
のときのインパルス応答を夫々hRL1(t) とｈRR1(t)と
し、図２（ｅ）は右へθ4 だけ向いた場合で、このとき
のインパルス応答を夫々hRL2(t) 、ｈRR2(t)としてい
る。

【００３０】図２のように夫々の視聴者の向きに応じた
インパルス応答を左用、右用を組で記憶回路１４ａに記
憶させておく。但し向きの分解能は記憶回路１４ａの規
模に対応して設定するが、例えば３６０°を１°おきに
設定した場合には計７２０個のインパルス応答のデータ
を記憶する必要がある。尚、視聴者４が左に向いた場合
と右に同じ角度だけ向いた場合とでは、左右のインパル
ス応答が逆になることを考慮すれば、記憶回路１４ａの
データ量を半減させることも可能である。又、向きθが
例えば５°のデータは、向きが０°と１０°の場合のデ
ータから補間して求めるという方法により、データ量を
減少させることも可能である。

【００３１】さて、視聴者４の向きθは方向検出回路１
２により検出され、その信号は設定回路１３ａに与えら
れる。次に設定回路１３ａは方向検出回路１２により出
力された視聴者４の向きθに対応したインパルス応答の
組のデータを記憶回路１４ａから選択し、そのデータを
ＦＩＲフィルタ２ｃ，２ｄに設定する。例えば、図２
（ｂ）に示すように視聴者４が左へθ1 だけ動いた場合
には、hLR1(t) とhLL1(t) を記憶回路１４ａから読み出
し、ＦＩＲフィルタ２ｃ，２ｄの乗算器に設定する。

【００３２】このように視聴者４は、左右に向いた場合
でも前方にスピーカが置かれた場合のインパルス応答で
畳み込まれた信号をヘッドホン３から聞くことができ、
常に音像をスピーカの正面方向に感じることとなる。人
間は通常頭部を動かし、音源の方向を探している。第１
実施例のヘッドホン再生装置は視聴者４の動きを、向き
θの変化として捉えることにより、音像の個人差を吸収
させ、静的なインパルス応答だけでは実現できなかった
音の動的な前方定位を実現させることができる。例えば
ヘッドホンを装着して視聴者４が部屋内を動くと、その
動きに応じて左右の耳の音圧が変化し、動きによる音の
変化を自然に感じとることができる。

【００３３】次に、本発明の第２実施例におけるヘッド
ホン再生装置について図３を参照しつつ説明する。図３
は第２実施例のヘッドホン再生装置の構成を示すブロッ
ク図である。本図において視聴者４のヘッドホン３に方
向検出回路１２が取付けられ、入力端子１から音響信号
が入力されることは第１実施例と同一である。入力端子
１の音響信号は反射音付加回路１５ａに与えられる。反
射音付加回路１５ａは視聴者４の居る音響空間と相等の
反射音又は残響音を直接音に付加する反射音付加手段で
ある。

【００３４】図４（ａ）は視聴者４の居る音響空間にお
いて、スピーカ６とこれより放射される音響の直接音と
反射音又は残響音との伝播経路を示す平面図であり、図
４（ｂ）は反射音付加回路１５の構成例を示すブロック
図である。図４（ａ）において、視聴者４の左、右耳へ
の直接音を夫々ＤＬ，ＤＲとする。又左側の壁１６Ｌに
入射する音Ａが反射され、視聴者４の左、右耳への反射
音又は残響音を夫々ＡＬ，ＡＲとする。同様に右側の壁
１６Ｒに入射する音Ｂが反射され、視聴者４の左、右耳
への反射音又は残響音を夫々ＢＬ，ＢＲとする。

【００３５】図４（ｂ）において、図１の入力端子１の
信号は遅延器１７ａ，１７ｂ、１８ａ，１８ｂに与えら
れる。遅延器１７ａ，１７ｂは音源（スピーカ６）から
視聴者４への反射音ＡＬ，ＡＲの伝播時間に相当する時
間だけ信号を遅延させる回路であり、遅延器１８ａ，１
８ｂは音源から視聴者４への反射音ＢＬ，ＢＲの伝播時
間に相当する時間だけ信号を遅延させる回路である。乗
算器１９ａ，１９ｂは遅延器１７ａ，１７ｂの出力を減
衰又は増幅する回路で、その出力レベルは各反射音の音
圧に相当するよう設定される。同様に乗算器２０ａ，２
０ｂは遅延器１８ａ，１８ｂの出力を減衰又は増幅する
回路である。加算器２１ａは乗算器１９ａ，２０ａの夫
々の出力と、入力端子１の信号とを加算する回路であ
る。同様に加算器２１ｂは乗算器１９ｂ，２０ｂの夫々
の出力と、入力端子１の信号とを加算する回路である。

【００３６】図３において記憶回路１４ｂは視聴者４の
向きθに対応した反射音作成データを記憶する記憶手段
であり、遅延器１７，１８の遅延時間、及び乗算器１
９，２０の利得を視聴者４の向きθ別に記憶する。又設
定回路１３ｂは方向検出回路１２により検出された視聴
者４の向きθに応じて、記憶回路１４ｂに格納されてい
る反射音作成データを反射音付加回路１５ａに与える設
定手段である。

【００３７】このように構成された第２実施例のヘッド
ホン再生装置の動作について説明する。図３において入
力端子１に入力された音楽等の信号は反射音付加回路１
５ａに入力される。この反射音付加回路１５ａでは入力
信号に対し反射音や残響音が付加される。図４（ａ）に
示すように、視聴者４が壁１６に囲まれた部屋において
スピーカ６から放射される音を聞いている場合を想定す
る。このとき壁１６からの各種の反射音が視聴者４に入
射されるが、代表的な伝播経路の音をＡ，Ｂとする。視
聴者４は直接音ＤＬ，ＤＲを聴くと同時に、左耳で反射
音（残響音）ＡＬ，ＢＬを聴き、右耳で反射音（残響
音）ＢＲ，ＡＲを聴く。

【００３８】視聴者４に向かう反射音ＡＬとＡＲは、両
耳へ到達する時間に差があり、又その振幅レベルが異な
ると考える。同様に反射音ＢＬとＢＲについても同様で
ある。図４（ｂ）の遅延器１７ａ，１７ｂには直接音Ｄ
Ｌ，ＤＲに対する反射音ＡＬ、ＡＲの夫々の時間差が設
定される。又遅延器１８ａ，１８ｂには直接音ＤＬ，Ｄ
Ｒに対する反射音ＢＬ、ＢＲの夫々の時間差が設定され
る。次に乗算器１９ａ，１９ｂには反射音ＡＬとＡＲの
振幅レベルが設定され、乗算器２０ａ，２０ｂには反射
音ＢＬとＢＲの振幅レベルが設定される。そして乗算器
１９ａ，２０ａの各出力，及び直接音ＤＬとして入力端
子１の信号を加算器２１ａで夫々加算し、図３の左側の
ヘッドホン３に信号を出力する。同様に乗算器１９ｂ，
２０ｂの各出力，及び直接音ＤＲとして入力端子１の信
号を加算器２１ｂで夫々加算し、図３の右側のヘッドホ
ン３に信号を出力する。

【００３９】こうすると、簡易的にスピーカ再生と同様
の状態でヘッドホン再生を実現することができる。例え
ばヘッドホン再生装置を携帯しながら、視聴者４が部屋
を動き回ると、自己に対する反射音の変化を自然に感じ
とることができる。実際は、部屋の反射音は多数存在す
るが、主な反射音のみ（例えば４経路）を実現するよう
反射音付加回路１５ａの構成を決めれば良い。

【００４０】次に本発明の第３実施例におけるヘッドホ
ン再生装置について図５を参照しつつ説明する。図５は
第３実施例におけるヘッドホン再生装置の構成を示すブ
ロック図であり、第１，２実施例と同一部分は同一の符
号をつけ、その説明は省略する。本図において入力端子
１の音響信号は演算手段としてのＦＩＲフィルタ２ａ，
２ｂに与えられる。ＦＩＲフィルタ２ａ，２ｂは図９に
示す従来例のＦＩＲフィルタと同一の回路で、音源が視
聴者４の中央前方に位置するときのインパルス応答ｈL
(ｔ) 、ｈR(ｔ) のみを有したデジタルフィルタであ
る。ＦＩＲフィルタ２ａ，２ｂの出力は夫々遅延器２２
ａ，２２ｂに与えられる。

【００４１】遅延器２２ａ，２２ｂは音の伝播経路によ
る音響の遅延時間だけ入力信号を遅延させる遅延手段で
あり、その遅延時間は後述する制御回路２５から制御さ
れる。遅延器２２ａの出力は分割回路２３ａ，２３ｂに
与えられ、遅延器２２ｂの出力は分割回路２３ｃ，２３
ｄに与えられる。分割回路２３ａ，２３ｂは入力信号を
高音と低音に分割し、そのレベルを制御する左耳の分割
手段である。例えば分割回路２３ａはハイパスフィルタ
（ＨＰＦ）を含み、高音を濾波して方向検出回路１２か
ら出力される向きθの値が増加すると、制御回路２５の
制御信号により音の出力レベルを減衰させる。又分割回
路２３ｂはローパスフィルタ（ＬＰＦ）を含み、低音を
濾波して向きθの値が増加すると、制御回路２５の制御
信号により高音の場合より緩やかに音の出力レベルを減
衰させる。

【００４２】分割回路２３ｃ，２３ｄは入力信号を高音
と低音に分割し、そのレベルを制御する右耳の分割手段
である。分割回路２３ｃは高音を濾波し、方向検出回路
１２から出力される向きθの値が増加すると、制御回路
２５の制御信号により音の出力レベルを減衰又は増幅さ
せる。又同様に分割回路２３ｄは低音を濾波し、向きθ
の値が増加すると、制御回路２５の制御信号により音の
出力レベルを減衰又は増幅させる。

【００４３】分割回路２３ａ，２３ｂの出力は加算器２
４ａに与えられ、分割回路２３ｃ，２３ｄの出力は加算
器２４ｂに与えられる。加算器２４ａは左耳の高音信号
と低音信号を加算する加算手段で、加算器２４ｂは右耳
の高音信号と低音信号を加算する加算手段で、夫々の加
算信号はヘッドホン３の左、右に出力される。制御回路
２５は方向検出回路１２により検出された視聴者４の向
きθに対応して、遅延器２２の遅延時間を制御すると共
に、分割回路２３の出力レベルを制御する制御手段であ
る。

【００４４】このように構成された第３実施例のヘッド
ホン再生装置の動作について説明する。入力端子１に入
力された音楽等の信号は、ＦＩＲフィルタ２ａ，２ｂに
与えられる。ＦＩＲフィルタ２ａ，２ｂは代表的な視聴
者に対し、前方定位（スピーカ正面）のインパルス応答
が設定されている。視聴者４が前方に頭部を向け、その
向きθが０°であれば、遅延器２２ａ，２２ｂの遅延時
間は共に同一の最小値に設定されて、その信号が分割回
路２３に出力される。この場合の分割回路２３ａ，２３
ｂの出力レベルも同一で、分割回路２３ｃ，２３ｄの出
力レベルも同一に制御される。このためヘッドホン３か
ら左右相等の音響が前方のスピーカから出力されている
ように両耳に出力される。

【００４５】次に視聴者４が、頭部を例えば左へ向きθ
だけ向けたとする。この場合耳の解析や共振により例え
ば低音に比較し高音の入射量は減衰し、右耳への高音の
入射量は増加する。このとき制御回路２５は遅延器２２
ａの遅延時間を増加させ、遅延器２２ｂの遅延時間を減
少させる。更に制御回路２５は分割回路２３ａの出力レ
ベルを下げ、分割回路２３ｃの出力レベルを上げる。こ
のように制御されると、ヘッドホン３から音源が視聴者
４の頭部に対して右側に移動したような音響が出力され
る。

【００４６】制御回路２５は、方向検出回路１２により
検出された視聴者の左右の動きに対応して遅延器２２の
遅延時間と、分割回路２３の通過ゲインを制御するが、
これは視聴者４の左右の動きに対して前方に置かれたス
ピーカと視聴者の両耳間のインパルス応答の変化が少な
いと仮定している。しかしその違いは左右に到達する信
号の時間と所定帯域の振幅差であるという考えに基づい
ている。

【００４７】このような動作により、視聴者４の動きに
応じて第１実施例のように全てのインパルス応答を持つ
ことなく、簡易的にヘッドホン再生による前方定位の音
響放射を可能にしている。従って第１，第２実施例のよ
うに記憶回路を必要としない。尚、ここでは分割回路を
ＬＰＦとＨＰＦにより構成したが、ＢＰＦ（バンドパス
フィルタ）を組み合わせ、複数の周波数に分割して制御
しても良い。

【００４８】次に本発明の第４実施例におけるヘッドホ
ン再生装置について図６を参照しつつ説明する。図６は
第４実施例におけるヘッドホン再生装置の構成を示すブ
ロック図である。本図において、第１〜３実施例と同一
部分は同一の符号をつけ、その詳細な説明は省略する。
入力端子１の音響信号は反射音付加回路１５ｂに与えら
れる。反射音付加回路１５ｂは第２実施例の反射音付加
回路１５ａと同一機能を有する回路で、入力信号に対し
反射音や残響音を付加する反射音付加手段である。又、
遅延器２２ａ，２２ｂ、分割回路２３ａ〜２３ｄ、加算
器２４ａ，２４ｂ、制御回路２５が夫々設けられている
ことは第３実施例と同様である。

【００４９】このように構成された第４実施例における
ヘッドホン再生装置の動作について簡単に説明する。入
力端子１に入力された信号は反射音付加回路１５ｂに入
力される。この反射音付加回路１５ｂの基本的な機能は
反射音付加回路１５ａと同様であるが、設定されている
反射音作成データは視聴者４がスピーカに対し、正面を
向いている場合（θが０°）のデータだけが設定されて
いる。この反射音付加回路１５ｂの出力信号は遅延器２
２ａ，２２ｂに入力されるが、以後の回路の動作は第３
実施例と同様である。

【００５０】このように、単一機能を有する反射音付加
回路１５ｂを用いて、簡易的にスピーカ再生と相等の音
像を実現させている。即ち、反射音作成データを各向き
θ毎に持つことなく、左右の耳へ出力される音響の伝播
時間と周波数毎のレベルを制御することにより、簡易的
に視聴者４の動きに応じた再生を行い、ヘッドホン再生
による前方定位を実現している。

【００５１】次に本発明の第５実施例におけるヘッドホ
ン再生装置について図７を参照しつつ説明する。図７は
第５実施例のヘッドホン再生装置の構成を示すブロック
図であり、第１〜４実施例と同一部分は同一の符号をつ
け、その説明は省略する。入力端子１に入力された音響
信号は図１と同一のＦＩＲフィルタ２ｃ，２ｄに与えら
れる。ＦＩＲフィルタ２ｃ，２ｄはスピーカ再生装置の
スピーカから出力される音響に相当する信号を生成する
演算手段であり、その出力は反射音付加回路１５ａに与
えられる。

【００５２】ＦＩＲフィルタ２ｃ，２ｄには第１の記憶
回路１４ｂが接続され、反射音付加手段としての反射音
付加回路１５ａには第２の記憶回路１４ｂが接続されて
いる。記憶回路１４ｂは視聴者４がある方向を向いてい
るとき、前方に置かれたスピーカと両耳間のインパルス
応答を組で記憶する回路である。又記憶回路１４ｃは視
聴者４の向きに対応した反射音作成データを記憶する回
路である。記憶回路１４ｂ，１４ｃの読出制御信号は設
定回路１３ｃにより出力される。設定回路１３ｃは方向
検出回路１２により検出された視聴者４の左右の向きθ
に対応して、記憶回路１４ｂ、記憶回路１４ｃに格納さ
れているデータを選択し、ＦＩＲフィルタ２ｃ，２ｄ、
及び反射音付加回路１５ａにそのデータを出力する設定
手段である。

【００５３】このように構成された第５実施例における
ヘッドホン再生装置の動作は、第１実施例と第２の実施
例のヘッドホン再生装置の各動作を組み合わせて実現さ
れる。即ち、前方のスピーカによるインパルス応答の畳
込みと、簡易的な反射音付加により、前方定位を更に向
上させることができる。

【００５４】次に本発明の第６実施例におけるヘッドホ
ン再生装置について図８を参照しつつ説明する。図８は
第６実施例のヘッドホン再生装置の構成を示すブロック
図であり、第１〜５実施例と同一部分は同一の符号をつ
け、構成を簡単に説明する。入力端子１の音響信号は図
５と同一のＦＩＲフィルタ２ａ，２ｂに与えられる。そ
してここで固定のインパルス応答に変換された信号は反
射音付加回路１５ｂに入力され、反射音が付加された音
響信号が遅延器２２ａ，２２ｂに与えられる。遅延器２
２ａ，２２ｂは制御回路２５で設定された遅延時間だけ
音響信号を遅延し、その信号を分割回路２３ａ〜２３ｄ
に出力する。加算器２３ａ，２３ｂは左耳、右耳に入力
する信号を合成し、ヘッドホン３に与える。

【００５５】このように構成された第６実施例における
ヘッドホン再生装置の動作は、第３実施例と第４実施例
の動作を組み合わせたものと同一である。この実施例で
はＦＩＲフィルタ２ａ，２ｂによるインパルス応答の畳
込みと、反射音付加回路１５ｂによる簡易的な反射音付
加により、音像の前方定位を更に向上させることができ
る。

【００５６】尚、以上の各実施例では方向検出を視聴者
の左右の方向のみ考慮しているが、上下方向の動きも加
味することにより更に前方定位の精度を向上させること
が可能である。また、入力信号はモノラルとして１チャ
ンネルの音響信号を対象にしたが、ステレオの音響信号
を処理する場合も基本的に同一種類の回路を更に増設す
るだけで、本発明の目的の動作を実現することができ
る。更にＦＩＲフィルタ２を図１１に示すような遅延
器，乗算器，加算器で構成したが、ＤＳＰのような信号
演算用のＩＣを用い、これと相当な動作をさせてもよ
い。

【００５７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、視聴者が
向く方向を方向検出手段により検出し、この視聴者の動
きに対応した信号処理を入力音響信号に付加することに
より、静的なインパルス応答の畳込みではなく動的なイ
ンパルス応答の畳込みを行い、ヘッドホン再生による音
像の前方定位を実現できる。このため視聴者がヘッドホ
ン再生装置を携帯して、音響空間を移動したり、頭部の
向きを変えても、音源の音響信号がまるでスピース再生
装置から放射されるように聴くことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例におけるヘッドホン再生装
置の構成を示すブロック図である。

【図２】第１実施例のヘッドホン再生装置において、記
憶回路に格納されるインパルス応答例を示す説明図であ
る。

【図３】本発明の第２実施例におけるヘッドホン再生装
置の構成を示すブロック図である。

【図４】（ａ）はスピーカから放射される直接音と反射
音の伝播経路を示す説明図、（ｂ）は第２実施例のヘッ
ドホン再生装置に含まれる反射音付加回路の構成例を示
すブロックである。

【図５】本発明の第３実施例におけるヘッドホン再生装
置の構成を示すブロック図である。

【図６】本発明の第４実施例におけるヘッドホン再生装
置の構成を示すブロック図である。

【図７】本発明の第５実施例におけるヘッドホン再生装
置の構成を示すブロック図である。

【図８】本発明の第６実施例におけるヘッドホン再生装
置の構成を示すブロック図である。

【図９】従来のヘッドホン再生装置の構成例を示すブロ
ック図である。

【図１０】（ａ）はスピーカ再生装置と視聴者とのイン
パルス応答を示す説明図であり、（ｂ）はヘッドホン再
生装置のヘッドホンによる前方定位の説明図である。

【図１１】ＦＩＲフィルタの一般的な構成を示すブロッ
ク図である。

【符号の説明】

１ 入力端子 ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ ＦＩＲフィルタ ３ ヘッドホン ４ 視聴者 ５ スピーカ再生装置 ６ スピーカ ８ 遅延素子 ９，１９ａ，１９ｂ，２０ａ，２０ｂ 乗算器 １０，２０ａ，２０ｂ，２４ａ，２４ｂ 加算器 １２ 方向検出回路 １３ａ，１３ｂ，１３ｃ 設定回路 １４ａ，１４ｂ，１４ｃ 記憶回路 １５ａ，１５ｂ 反射音付加回路 １６，１６Ｌ，１６Ｒ 壁 １７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂ，２２ａ，２２ｂ 遅
延器 ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ 分割回路 ２５ 制御回路

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 視聴者の左右の耳に音響を出力するヘッ
   ドホンと、 前記ヘッドホン又はヘッドホンを装着した視聴者の頭部
   に取付けられ、視聴者の頭部の向きを検出する方向検出
   手段と、 音響信号が入力され、任意の方向に音像を定位させるた
   めの畳み込み演算を行い、変換された音響信号を前記ヘ
   ッドホンに出力する複数の演算手段と、 前記方向検出手段で検出された視聴者の頭部の各向きに
   対応し、前記演算手段の各畳込みの係数を記憶する記憶
   手段と、 前記方向検出手段より検出された向きに対応して前記演
   算手段における畳込みの係数を前記記憶手段から読み出
   し、前記演算手段に設定する設定手段と、を具備するこ
   とを特徴とするヘッドホン再生装置。
2. 【請求項２】 視聴者の左右の耳に音響を出力するヘッ
   ドホンと、 前記ヘッドホン又はヘッドホンを装着した視聴者の頭部
   に取付けられ、視聴者の頭部の向きを検出する方向検出
   手段と、 音響信号が入力され、直接音に対して反射音を付加した
   音響信号を前記ヘッドホンに出力する反射音付加手段
   と、 前記方向検出手段で検出された視聴者頭部の各向きに対
   応し、前記反射音付加手段の反射音の各作成データを記
   憶する記憶手段と、 前記方向検出手段より検出された向きに対応して前記作
   成データを前記記憶手段から読み出し、前記反射音付加
   手段に設定する設定手段と、を具備することを特徴とす
   るヘッドホン再生装置。
3. 【請求項３】 視聴者の左右の耳に音響を出力するヘッ
   ドホンと、 前記ヘッドホン又はヘッドホンを装着した視聴者の頭部
   に取付けられ、視聴者の頭部の向きを検出する方向検出
   手段と、 音響信号が入力され、特定の方向に音像を定位させるた
   めの畳み込み演算を行う複数の演算手段と、 前記演算手段の出力信号を任意の時間だけ遅延させる複
   数の遅延手段と、 前記遅延手段の出力信号を複数の周波数帯域に分割する
   と共に、分割された信号の出力レベルを制御する複数組
   の分割手段と、 前記分割手段の各周波数帯域に分割された信号を加算
   し、前記ヘッドホンに出力する加算手段と、 前記方向検出手段で検出された視聴者頭部の各向きに対
   応し、前記遅延手段の遅延時間と前記分割手段の出力レ
   ベル値を夫々制御する制御手段と、を具備することを特
   徴とするヘッドホン再生装置。
4. 【請求項４】 視聴者の左右の耳に音響を出力するヘッ
   ドホンと、 前記ヘッドホン又はヘッドホンを装着した視聴者の頭部
   に取付けられ、視聴者の頭部の向きを検出する方向検出
   手段と、 音響信号が入力され、直接音に対して反射音を付加した
   音響信号を生成する反射音付加手段と、 前記反射音付加手段の出力信号を任意の時間だけ遅延さ
   せる複数の遅延手段と、 前記遅延手段の出力信号を複数の周波数帯域に分割する
   と共に、分割された信号の出力レベルを制御する複数組
   の分割手段と、 前記分割手段の各周波数帯域に分割された信号を加算
   し、前記ヘッドホンに出力する加算手段と、 前記方向検出手段で検出された視聴者頭部の各向きに対
   応し、前記遅延手段の遅延時間と前記分割手段の出力レ
   ベル値を夫々制御する制御手段と、を具備することを特
   徴とするヘッドホン再生装置。
5. 【請求項５】 視聴者の左右の耳に音響を出力するヘッ
   ドホンと、 前記ヘッドホン又はヘッドホンを装着した視聴者の頭部
   に取付けられ、視聴者の頭部の向きを検出する方向検出
   手段と、 音響信号が入力され、任意の方向に音像を定位させるた
   めの畳み込み演算を行い、変換された音響信号を生成す
   る複数の演算手段と、 前記方向検出手段で検出された視聴者頭部の各向きに対
   応し、前記演算手段の各畳込みの係数を記憶する第１の
   記憶手段と、 前記演算手段の信号が入力され、直接音に対して反射音
   を付加した音響信号を生成する反射音付加手段と、 前記方向検出手段で検出された視聴者頭部の各向きに対
   応し、前記反射音付加手段の反射音の各作成データを記
   憶する第２の記憶手段と、 前記方向検出手段より検出された向きに対応して、前記
   演算手段における畳込みの係数を前記第１の記憶手段か
   ら読み出して前記演算手段に設定すると共に、前記反射
   音付加手段における作成データを前記第２の記憶手段か
   ら読み出して前記反射音付加手段に設定する設定手段
   と、を具備することを特徴とするヘッドホン再生装置。
6. 【請求項６】 視聴者の左右の耳に音響を出力するヘッ
   ドホンと、 前記ヘッドホン又はヘッドホンを装着した視聴者の頭部
   に取付けられ、視聴者の頭部の向きを検出する方向検出
   手段と、 音響信号が入力され、特定の方向に音像を定位させるた
   めの畳み込み演算を行う複数の演算手段と、 前記演算手段の信号が入力され、直接音に対して反射音
   を付加した音響信号を生成する反射音付加手段と、 前記反射音付加手段の出力信号を任意の時間だけ遅延さ
   せる複数の遅延手段と、 前記遅延手段の出力信号を複数の周波数帯域に分割する
   と共に、分割された信号の出力レベルを制御する複数組
   の分割手段と、 前記分割手段の各周波数帯域に分割された信号を加算
   し、前記ヘッドホンに出力する加算手段と、 前記方向検出手段で検出された視聴者頭部の各向きに対
   応し、前記遅延手段の遅延時間と前記分割手段の出力レ
   ベル値を夫々制御する制御手段と、を具備することを特
   徴とするヘッドホン再生装置。
7. 【請求項７】 前記反射音付加手段は、入力された直接
   音に反射音及び残響音を加えた信号を生成するものであ
   ることを特徴とする請求項２，４又は５，６記載のヘッ
   ドホン再生装置。