JPH0970094A - ヘッドホン装置 - Google Patents

ヘッドホン装置

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JPH0970094A
JPH0970094A JP7224004A JP22400495A JPH0970094A JP H0970094 A JPH0970094 A JP H0970094A JP 7224004 A JP7224004 A JP 7224004A JP 22400495 A JP22400495 A JP 22400495A JP H0970094 A JPH0970094 A JP H0970094A
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裕司 山田
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潔文 稲永
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    • H04R5/033—Headphones for stereophonic communication
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04S1/00—Two-channel systems
    • H04S1/007—Two-channel systems in which the audio signals are in digital form
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    • H04S2420/00—Techniques used stereophonic systems covered by H04S but not provided for in its groups
    • H04S2420/01—Enhancing the perception of the sound image or of the spatial distribution using head related transfer functions [HRTF's] or equivalents thereof, e.g. interaural time difference [ITD] or interaural level difference [ILD]
    • H—ELECTRICITY
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    • H04S—STEREOPHONIC SYSTEMS 
    • H04S7/00—Indicating arrangements; Control arrangements, e.g. balance control
    • H04S7/30—Control circuits for electronic adaptation of the sound field
    • H04S7/302—Electronic adaptation of stereophonic sound system to listener position or orientation
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 前方及び後方に音像定位を同時に実現しよう
とすると、インパルスレスポンスの演算量が莫大になっ
てしまった。 【解決手段】 ヘッドホン７が回転運動を持つとヘッド
バンド７ａに取り付けられた回転角速度センサ８は、そ
の角速度に比例した電圧を出力する。この出力信号は、
帯域制限フィルタ９でフィルタリングされた後、Ａ／Ｄ
変換器１０で符号化され、マイクロプロセッサ１１に入
力される。マイクロプロセッサ１１に入力されたＡ／Ｄ
変換器１０の出力信号は、一定時間間隔でサンプリング
された後積分され、角度データに変換される。この角度
データから実際に音像を定位させるための回転角度が算
出されて対応する信号処理データをディジタル信号処理
回路４に転送する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、頭部回転角度検出
機能を備えたヘッドホン装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般的に、映画等の映像に伴う音声信号
は、映像の両側に置かれたスピーカによって再生される
ことを想定して記録されており、これにより、映像中の
音源と実際に聞こえてくる音像位置が一致して自然な映
像と音声の定位位置関係が確立される。
【０００３】しかし、従来のヘッドホン装置を使用して
このような音声を鑑賞しようとした場合、音像は頭の中
に定位し、映像方向と音像定位位置が一致せず、極めて
不自然な音像定位となる。もちろん楽音等の音声だけを
鑑賞する場合も同様でスピーカ再生と異なり音が頭の中
から聞こえてくることは極めて不自然な現象といえる。
【０００４】この現象を改善する為ヘッドホン装置で聴
取しても、スピーカで再生した場合と同等に音場を得る
為に、あらかじめ前方に置かれたスピーカから聴取者の
両耳までのインパルスレスポンスを測定あるいは計算
し、これをＦＩＲフィルタ等のディジタルフィルタによ
り音声信号に畳込んだ後、ヘッドホン装置により聴取す
るという方法がある。この方法によれば音像定位は頭外
に定位するようになるが依然として前方の音像は頭内あ
るいは頭の側に定位して依然として不自然さは残る。更
に映像を伴う場合は音像が頭の動きに同期して移動する
ので映像方向と音像方向のズレを生じ極めて不自然な音
像定位となる。
【０００５】このため更にヘッドホン装着者の頭の動き
を検出しそれに応じて上記ディジタルフィルタの係数を
随時更新し常に音像方向を聴取環境に対し固定する方法
がある。ディジタル信号処理装置にはＦＩＲフィルタ等
のディジタルフィルタが構成される。この方法によれば
音像は頭の中に定位することもなく前方に置かれたスピ
ーカが再生した音像と極めて類似した音像が得られる。
しかし、この場合、頭部の微小な回転運動の毎に係数を
更新しなければならず莫大な数の積和演算器やメモリー
を必要とするという問題があった。
【０００６】また、逐次係数を更新する煩雑さを避ける
ための他の方法もある。これはディジタルフィルタの係
数を一定方向の頭部伝達関数のデータに固定し、頭部の
動きに対する補正を全ての入力信号に対し時間差負荷装
置とレベル差付加装置で行うというものである。この方
法によれば逐次係数を補正する必要がなくなり回路規模
を格段に減少させることが出来るが、時間差付加装置及
びレベル差付加装置で実現できる音像定位方向が前方１
８０゜の範囲内に限定され後方に音像を定位させること
ができなかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記したよ
うに回転角センサを用いて頭部の回転角度を算出しこの
角度によりヘッドホン装置を用いても多チャンネルの音
声信号を前方あるいはかつ後方に固定する音像にして再
生しようとした場合、更新するインパルスレスポンスの
演算量が莫大になり大型かつ高価なシステムになってし
まうという問題があった。さらにこれを簡略化されたシ
ステムで実現しようとした場合には音像定位方向が前方
１８０゜の範囲内に限定され後方に音像定位を同時に実
現する事はできなかった。
【０００８】本発明は、上記実情に鑑みてなされたもの
であり、インパルスレスポンスの演算量を抑えながら
も、前方及び後方に音像定位を同時に実現できるヘッド
ホン装置の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明に係るヘッドホン
装置は、上記課題を解決するために、信号処理手段とし
て、Ｎチャンネルの音声入力信号を定位させる位置に置
かれたＮ個の音源から両耳に至る頭部伝達関数を時間領
域に変換したインパルスレスポンスを畳み込む２Ｎ個の
ディジタルフィルタ手段と、上記Ｎチャンネルのうちの
Ｍ（Ｍ≦Ｎ）チャンネルに対応する２Ｍ個のディジタル
フィルタ手段のＬ，Ｒ極性の同じ出力同士を加算する第
１の一対の加算手段と、上記ＮチャンネルのうちのＮ−
Ｍチャンネルに対応する２（Ｎ−Ｍ）個のディジタルフ
ィルタ手段のＬ，Ｒ極性の同じ出力同士を加算する第２
の一対の加算手段と、上記第１の一対の加算手段のＬ側
及びＲ側の出力に接続される第１の一対の時間差付加手
段又は第１の一対の位相差付加手段と、上記第２の一対
の加算手段のＬ側及びＲ側の出力に接続される第２の一
対の時間差付加手段又は第２の一対の位相差付加手段
と、上記第１の一対の時間差付加手段又は上記第１の一
対の位相差付加手段と上記第２の一対の時間差付加手段
又は上記第２の一対の位相差付加手段のそれぞれのＬ側
及びＲ側二系統の出力を同じ極性同士で加算する第３の
一対の加算手段とを備え、上記回転運動角度計算手段で
検出した回転運動角度に応じて上記第１の一対の時間差
付加手段又は第１の一対の位相差付加手段と上記第２の
一対の時間差付加手段又は第２の一対の位相差付加手段
とで付加する時間差又は位相差の増減方向を逆にして、
上記信号処理手段における信号処理内容を更新して音像
をヘッドホン装着者の頭外の一定方向に定位させる。
【００１０】ここで、上記信号処理手段は、上記第１の
一対の時間差付加手段又は第１の一対の位相差付加手段
の入力側又は出力側に第１の一対のレベル差付加手段
と、上記第２の一対の時間差付加手段又は第２の一対の
時間差付加手段の入力側又は出力側に第２の一対のレベ
ル差付加手段とを備え、上記回転運動角度計算手段で検
出した回転運動角度に応じて上記第１の一対のレベル差
付加手段と上記第２の一対のレベル差付加手段とで付加
するレベル差の増減方向を逆にする。
【００１１】また、上記信号処理手段は、上記第１の一
対の時間差付加手段又は上記第１の一対の位相差付加手
段の入力側又は出力側に第１の一対の周波数特性制御手
段と、上記第２の一対の時間差付加手段又は第２の一対
の位相差付加手段の入力側又は出力側に第２の一対の周
波数特性制御手段とを備え、上記回転運動角度計算手段
で検出した回転運動角度に応じて上記第１の一対の周波
数特性制御手段と上記第２の一対の周波数特性制御手段
とで制御する周波数特性の変化方向を逆にする。
【００１２】具体的には、入力音声チャンネルを聴取者
の前方１８０゜側に定位するチャンネルと後方１８０゜
側に定位するチャンネルとに分けそれぞれに対して固定
したインパルスレスポンスデータを畳み込んだ後、頭の
回転方向に応じて前方と後方とで逆方向にその特性が変
化するような時間差付加手段とレベル差付加手段とを前
方用と後方用にそれぞれ設ける。
【００１３】また、本発明に係るヘッドホン装置は、上
記課題を解決するために、信号処理手段として、Ｎチャ
ンネルの音声入力信号を定位させる位置に置かれたＮ個
の音源から両耳に至る頭部伝達関数を時間領域に変換し
たインパルスレスポンスを畳み込む２Ｎ個のディジタル
フィルタ手段と、ヘッドホンの装着者が正面方向を向い
ている状態を基準状態としてこの時に定位させるべき方
向によって該Ｎチャンネルの音声信号を複数のブロック
に分類し、この分類された各ブロック毎に、そのブロッ
クに含まれる各チャンネルのそれぞれのディジタルフィ
ルタの出力のＬ，Ｒ極性の同じもの同士を加算する一対
の加算手段と、上記一対の加算手段のＬ側及びＲ側の出
力に接続される一対の時間差付加手段又は一対の位相差
付加手段と、上記一対の時間差付加手段又は一対の位相
差付加手段のＬ側及びＲ側の出力を同じ極性同士で加算
する加算手段とを備え、上記回転運動角度計算手段で検
出した回転運動角度に応じて上記一対の時間差付加手段
又は一対の位相差付加手段で付加する時間差又は位相差
の量を上記各ブロック毎に独立に変化させて、上記信号
処理手段における信号処理内容を更新して音像をヘッド
ホン装着者の頭外の一定方向に定位させる。
【００１４】ここで、上記信号処理手段は、上記一対の
時間差付加手段又は一対の位相差付加手段の入力側又は
出力側に一対のレベル差付加手段を備え、上記回転運動
角度計算手段で検出した回転運動角度に応じて上記一対
のレベル差付加手段で付加するレベル差を独立に変化さ
せる。
【００１５】また、上記信号処理手段は、上記一対の時
間差付加手段又は一対の位相差付加手段の入力側又は出
力側に一対の周波数特性制御手段を備え、上記回転運動
角度計算手段で検出した回転運動角度に応じて上記一対
の周波数特性制御手段で制御する周波数特性を独立に変
化させる。
【００１６】さらに、本発明に係るヘッドホン装置は、
上記課題を解決するために、Ｎチャンネルの音声入力信
号の一部のチャンネルを複数系統に分け音像を定位させ
る位置に応じてそれぞれにレベル差あるいは位相差を付
加して残りの複数のチャンネルに加算することによりチ
ャンネル数をＭ（Ｍ＜Ｎ）チャンネルに減じた後、各チ
ャンネルにディジタル処理を施す信号処理手段を備え、
回転運動角度計算手段で得られた回転運動角度に応じて
上記信号処理手段における信号処理内容を更新して音像
を上記ヘッドホン装着者の頭外の一定方向に定位させ
る。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るヘッドホン装
置のいくつかの実施の形態について図面を参照しながら
説明する。先ず、第１の実施の形態は、図１に示すよう
に、例えば４チャンネルの音声入力信号を定位させる位
置に置かれた４個の音源２1・・・２4からの該音声入力
信号を４個のＡ／Ｄ変換器３1・・・３4を介してディジ
タル信号として受け取り、該４チャンネルの音声入力デ
ィジタル信号にディジタル信号処理を施すディジタル信
号処理回路４と、このディジタル信号処理回路４でディ
ジタル処理が施された音声ディジタル信号をステレオ信
号としてＬ、Ｒの２系統に分けた後、Ｄ／Ａ変換器
５L、５Rを介してアナログ信号として受け取り、電力増
幅する電力増幅器６L、６Rと、この電力増幅器６L、６R
により駆動される発音体７L、７Rを備えたヘッドホン７
と、このヘッドホン７のヘッドバンド７ａに取り付けら
れてこのヘッドホン７を装着している装着者の頭部の回
転角速度を検出する回転角速度センサ８と、この回転角
速度センサ８の検出出力を帯域制限フィルタ９で帯域制
限しＡ／Ｄ変換器１０でディジタル信号に変換してから
取り込み、ヘッドホン７の装着者の正面方向からの回転
運動角度を計算する回転運動角度計算機能を持つマイク
ロプロセッサ１１とを備え、上記マイクロプロセッサ１
１で得られた回転運動角度に応じて上記ディジタル信号
処理回路４における信号処理内容を更新して音像を上記
ヘッドホン７装着者の頭外の一定方向に定位させるよう
にしたヘッドホン装置１である。
【００１８】ヘッドホン７が回転運動を持つとヘッドバ
ンド７ａに取り付けられた回転角速度センサ８は、その
角速度に比例した電圧を出力する。この出力信号は、帯
域制限フィルタ９でフィルタリングされた後、Ａ／Ｄ変
換器１０で符号化され、マイクロプロセッサ１１に入力
される。マイクロプロセッサ１１に入力されたＡ／Ｄ変
換器１０の出力信号は、一定時間間隔でサンプリングさ
れた後積分され、角度データに変換される。この角度デ
ータから実際に音像を定位させるための回転角度が算出
されて対応する信号処理データをディジタル信号処理回
路４に転送する。
【００１９】一方、４個の音源２1・・・２4から入力さ
れた４チャンネルの音声信号は、４個のＡ／Ｄ変換器３
1・・・３4で符号化されてディジタル信号処理回路４に
入力される。ディジタル信号処理回路４では、マイクロ
プロセッサ１１で算出された角度データに対応して必要
となる音声信号を頭外に定位させるためのディジタル信
号処理を施し、その結果をステレオのＬ、Ｒの２系統に
対応させた２個のＤ／Ａ変換器５L、５Rに出力する。２
個のＤ／Ａ変換器５L、５Rにより再びアナログ信号に戻
された音声信号は、電力増幅器６L、６Rを介して、ヘッ
ドホン７の発音体７L、７Rに供給され、これを聴取する
聴取者に最適の頭外定位信号を与える。
【００２０】ここで、ディジタル信号処理回路４は、図
２に示すように、入力端子１５1、１５2、１５3及び１
５4を介して受け取った４チャンネルの上記音声入力デ
ィジタル信号の上記４個の音源２1・・・２4からヘッド
ホン装着者の両耳に至る頭部伝達関数を時間領域に変換
したインパルスレスポンスを畳み込む８個のディジタル
フィルタ１６L、１６R、１７L、１７R、１８L、１８R、
１９L及び１９Rと、この４チャンネルのうち入力端子１
５1及び１５2から供給される２チャンネルに対応する４
個のディジタルフィルタ１６L、１６R、１７L及び１７R
のＬ、Ｒ極性の同じ出力同士を加算する第１の一対の加
算器２０L及び２０Rと、上記４チャンネルのうちの入力
端子１５3及び１５4から供給される残りの２チャンネル
に対応する４個のディジタルフィルタ１８L、１８R、１
９L及び１９RのＬ、Ｒ極性の同じ出力同士を加算する第
２の一対の加算器２１L及び２１Rと、上記第１の一対の
加算器２０L及び２０Rに接続される第１の一対の時間差
付加回路２２L及び２２Rと、上記第２の一対の加算器２
１L及び２１Rに接続される第２の一対の時間差付加回路
２３L及び２３Rと、上記第１の一対の時間差付加回路２
２L及び２２Rに接続される第１の一対のレベル差付加回
路２４L及び２４Rと、上記第２の一対の時間差付加回路
２３L及び２３Rに接続される第２のレベル差付加回路２
５L及び２５Rと、上記第１の一対のレベル差付加回路２
４L及び２４Rと上記第２の一対のレベル差付加回路２５
L及び２５RのそれぞれのＬ側及びＲ側二系統の出力を同
じ極性同士で加算する第３の一対の加算器２６L及び２
６Rとを備え、上記マイクロプロセッサ１１で検出した
回転運動角度に応じて上記第１の一対の時間差付加回路
２２L及び２２Rと上記第２の一対の時間差付加回路２３
L及び２３Rとで付加する時間差及び上記第１の一対のレ
ベル差付加回路２４L及び２４Rと上記第２の一対のレベ
ル差付加回路２５L及び２５Rとで付加するレベル差の増
減方向を逆にする。
【００２１】このディジタル信号処理回路４では、図３
に示すような状態を想定して、ヘッドホン装置７の発音
体７L、７Rに駆動信号を供給している。すなわち、入力
信号は、正面範囲１８０゜に定位させるべきものとして
音源２1、音源２2から２チャンネルを考え、また、後方
１８０゜の範囲内に定位させるべきものとして音源
２ 3、音源２4から２チャンネルを考え、計４チャンネル
とした。
【００２２】先ず、入力端子１５1及び１５2より入力さ
れた音声入力ディジタル信号は、それぞれ初期状態にお
いて前方のある方向に定位するのに相当する音源２1、
音源２2から両耳への頭部伝達関数に相当するインパル
スレスポンスがディジタルフィルタ１６L、１６R、１７
L及び１７Rによって畳み込まれ、Ｌ側出力が加算器２０
Lで加算されて時間差付加回路２２L及びレベル差付加回
路２４Lを介して加算器２６Lに出力され、Ｒ側出力が加
算器２０Rで加算されて時間差付加回路２２R及びレベル
差付加回路２４Rを介して加算器２６Rに出力される。
【００２３】ここで、音源２1、音源２2から聴取者Ｍの
両耳ｌ，ｒへの頭部伝達関数は、図３に示すような
ＨLl、ＨLr、ＨRl、ＨRrが考慮される。そして、左耳ｌ
にはＳLＨLl＋ＳRＨRlが、右耳ｒにはＳRＨRr＋ＳLＨLr
が供給されるように、インパルスレスポンスがディジタ
ルフィルタ１６L、１６R、１７L及び１７Rによって畳み
込まれた音声がヘッドホン７によって装着者に与えられ
る。
【００２４】なお、聴取者Ｍが頭部を例えば左側に動か
すと、左耳ｌは音源２1及び２2から遠ざかることにな
り、右耳ｒは音源２1及び２2に近づくことになる。この
ため、左耳ｌと右耳ｒに達する音声入力信号には時間差
及びレベル差が生ずることになる。この時間差及びレベ
ル差を生じさせるのが上記第１の一対の時間差付加回路
２２L及び２２Rと、上記第１の一対のレベル差付加回路
２４L及び２４Rである。
【００２５】Ｌ側用の時間差付加回路２２Lで付加され
る遅延時間は、図４の遅延時間特性の一点鎖線の特性カ
ーブＴbで示され、Ｒ側用の時間差付加回路２２Rで付加
される遅延時間は、図４の遅延時間特性の破線の特性カ
ーブＴaで示される。特性カーブＴa及びＴbは聴取者Ｍ
の頭部の回転方向に対して全く逆の増減方向を持つ曲線
となっている。これにより聴取者Ｍが前方１８０゜の範
囲内に置かれた音源からの音を頭を左右に回転させなが
ら聞いた場合と同様の音源から両耳までの時間変化がヘ
ッドホン７を用いた場合でも入力端子１５1及び１５2か
ら入力された信号に付加されることになる。
【００２６】また、Ｌ側用のレベル差付加回路２４Lで
付加されるレベル差は、図５の相対レベル特性の破線の
特性カーブＬaで示され、Ｒ側用のレベル差付加回路２
４Rで付加されるレベル差は、図５の相対レベル特性の
一点鎖線の特性カーブＬbで示される。この図５は、頭
の回転位置が０゜の状態からの相対レベルを示してい
る。特性カーブＬa及びＬbは聴取者Ｍの頭部の回転方向
に対して全く逆の増減方向を持つ曲線となっている。す
なわち、レベル差付加回路２４Lでは特性カーブＬaのレ
ベル変化、レベル差付加回路２４Rでは特性カーブＬbの
レベル変化が付加されるので前方の音源を実際に聞くの
と同様の音量変化がヘッドホン装着者においても入力端
子１５1及び１５2からの入力信号に付加される。
【００２７】同様に、入力端子１５3及び１５4より入力
された音声入力ディジタル信号は、それぞれ初期状態に
おいて後方のある方向に定位するのに相当する音源
２3、音源２4から両耳への頭部伝達関数に相当するイン
パルスレスポンスがディジタルフィルタ１８L、１８R、
１９L及び１９Rによって畳み込まれ、Ｌ側出力が加算器
２１Lで加算されて時間差付加回路２３L及びレベル差付
加回路２５Rを介して加算器２６Lに出力され、Ｒ側出力
が加算器２１Rで加算されて時間差付加回路２３ R及びレ
ベル差付加回路２５Rを介して加算器２６Rに出力され
る。
【００２８】ここで、音源２3、音源２4から聴取者Ｍの
両耳ｌ，ｒへの頭部伝達関数は、図３に示すような
ｈLl、ｈLr、ｈRl、ｈRrが考慮され、左耳ｌにはｓLｈ
Ll＋ｓRｈ Rlが、右耳ｒにはｓRｈRr＋ｓLｈLrが供給さ
れるように、インパルスレスポンスがディジタルフィル
タ１８L、１８R、１９L及び１９Rによって畳み込まれた
音声がヘッドホン７によって与えられる。
【００２９】なお、聴取者Ｍが頭部を例えば左側に動か
すと、右耳ｒは音源２3及び２4から遠ざかることにな
り、左耳ｌは音源２3及び２4に近づくことになる。この
ため、左耳ｌと右耳ｒに達する音声入力信号には時間差
及びレベル差が生ずることになる。この時間差及びレベ
ル差を生じさせるのが上記第２の一対の時間差付加回路
２３L及び２３Rと、上記第２の一対のレベル差付加回路
２５L及び２５Rである。
【００３０】Ｌ側用の時間差付加回路２３Lで付加され
る遅延時間は、図４の遅延時間特性の破線の特性カーブ
Ｔaで示され、Ｒ側用の時間差付加回路２３Rで付加され
る遅延時間は、図４の遅延時間特性の一点鎖線の特性カ
ーブＴbで示される。特性カーブＴa及びＴbは上述した
ように聴取者Ｍの頭部の回転方向に対して全く逆の増減
方向を持つ曲線となっている。これにより聴取者Ｍが後
方１８０゜の範囲内に置かれた音源からの音を頭を左右
に回転させながら聞いた場合と同様の音源から両耳まで
の時間変化がヘッドホン７装着時においても入力端子１
５3及び１５4から入力された信号に付加されることにな
る。
【００３１】また、Ｌ側用のレベル差付加回路２５Lで
付加されるレベル差は、図５の相対レベル特性の一点鎖
線の特性カーブＬbで示され、Ｒ側用のレベル差付加回
路２５Rで付加されるレベル差は、図５の相対レベル特
性の破線の特性カーブＬaで示される。特性カーブＬa及
びＬbは上述したように聴取者Ｍの頭部の回転方向に対
して全く逆の増減方向を持つ曲線となっている。すなわ
ち、レベル差付加回路２５Lでは特性カーブＬbのレベル
変化、レベル差付加回路２５Rでは特性カーブＬaのレベ
ル変化が付加されるので後方の音源を実際に聞くのと同
様の音量変化がヘッドホン装着者においても入力端子１
５3及び１５4からの入力信号に付加される。
【００３２】以上より、本発明の実施の形態となるヘッ
ドホン装置１によれば、前方及び後方に質の高い音像を
同時に定位させることが可能となる。なお、このヘッド
ホン装置１のディジタル信号処理回路４は、図６、図８
及び図１０のような構成としてもよい。
【００３３】図６に示すディジタル信号処理回路４は、
図２に示した第１の一対のレベル差付加回路２４L及び
２４Rの代わりに第１の一対の周波数特性制御回路２８L
及び２８Rを第１の一対の時間差付加回路２２L及び２２
Rの出力側に、第２の一対のレベル差付加回路２５L及び
２５Rの代わりに第２の一対の周波数特性制御回路２９L
及び２９Rを第２の一対の時間差付加回路２３L及び２３
Rの出力側に接続してなる。
【００３４】ここで、第１の一対の周波数特性制御回路
２８L及び２８Rと、第２の一対の周波数特性制御回路２
９L及び２９Rは、図７に示すような周波数特性をヘッド
ホン７装着者の頭部の回転角度に応じて上記入力信号に
与えて、周波数特性を制御するものである。頭部を正面
前方に固定したまま（０゜と図示する。）であれば実線
で示すように周波数ｆが高くなってもレスポンスは一定
であるが、例えば右側に９０゜回転した場合と左側に９
０゜回転した場合では、周波数ｆが高くなるに従いレポ
ンス差が生じる。頭部を右側に９０゜回転した場合（＋
９０゜と図示する。）、一点鎖線で示すように、周波数
ｆが高くなるほどレスポンスは上昇する。これに対し
て、頭部を左側に９０゜回転した場合（−９０゜と図示
する。）、破線で示すように、周波数ｆが高くなるほど
レスポンスは減少する。両者は頭部を正面方向に固定し
た際の実線で示すレスポンス特性を軸にして上下対称と
なっている。さらにこの周波数特性は、音源が前方１８
０゜の範囲内に置かれた場合と、後方１８０゜の範囲内
に置かれた場合とで逆になる。
【００３５】したがって、図６に示したディジタル信号
処理回路４を用いたヘッドホン装置１によれば、前方２
チャンネルと後方２チャンネルの計４個の音源からの入
力信号に、第１の一対の時間差付加回路２２L及び２
２R、第２の一対の時間差付加回路２３L及び２３Rで頭
部回転角度に応じて付加する時間差の増減方向を逆にし
て与え、第１の一対の周波数特性制御回路２８L及び２
８R、第２の一対の周波数特性制御回路２９L及び２９R
で頭部回転角度に応じて制御する周波数特性の変化方向
を逆にするので、前方音声信号に対しても、後方音声信
号に対しても実際の音源を音を頭を動かしながら聞くの
と同等の両耳間の時間差、及び周波数特性を実現できる
ので、あらゆる方向に良好な頭外音像定位を実現でき
る。
【００３６】次に、図８に示すディジタル信号処理回路
４は、図２に示した第１の一対の時間差付加回路２２L
及び２２Rの代わりに第１の一対の位相差付加回路３０L
及び３０Rを第１の一対のレベル差付加回路２４L及び２
４Rの入力側に、第２の一対の時間差付加回路２３L及び
２３Rの代わりに第２の一対の位相差付加回路３１L及び
３１Rを第２の一対のレベル差付加回路２５L及び２５R
の入力側に接続してなる。ここで、第１の一対の位相差
付加回路３０L及び３０Rと、第２の一対の位相差付加回
路３１L及び３１Rは、図９に示すような位相変化特性に
応じた位相差をヘッドホン７装着者の頭部の回転角度に
応じて上記入力信号に与える。頭部を正面前方に固定し
たままで（０゜と図示する。）であれば実線で示すよう
な位相差θとなるが、例えば頭部が右側に９０゜回転し
た場合と左側に９０゜回転した場合では、位相差が左右
にシフトする。頭部を右側に９０゜回転した場合（＋９
０゜と図示する。）、一点鎖線で示すように位相は進
む。これに対して、頭部を左側に９０゜回転した場合
（−９０゜と図示する。）、破線で示すように位相は遅
れる。両者は頭部を正面方向に固定した際の実線で示す
レスポンス特性を軸にして左右対称となっている。さら
にこの特性は、音源が前方１８０゜の範囲内に置かれた
場合と、後方１８０゜の範囲内に置かれた場合とで逆に
なる。
【００３７】したがって、図８に示したディジタル信号
処理回路４を用いたヘッドホン装置１によれば、前方２
チャンネルと後方２チャンネルの計４個の音源からの入
力信号に、第１の一対の位相差付加回路３０L及び３
０R、第２の一対の位相差付加回路３１L及び３１Rで頭
部回転角度に応じて付加する位相差の増減方向を逆にし
て与え、第１の一対のレベル差付加回路２４L及び２
４R、第２の一対のレベル差付加回路２５L及び２５Rで
頭部回転角度に応じて付加する位相差の増減方向を逆に
して与えるので、前方音声信号に対しても、後方音声信
号に対しても実際の音源を音を頭を動かしながら聞くの
と同等の両耳間の位相差特性、及びレベル差特性を再現
できるので、あらゆる方向に良好な頭外音像定位を実現
できる。
【００３８】さらに次に、図１０に示すディジタル信号
処理回路４は、図６に示した第１の一対の時間差付加回
路２２L及び２２Rの代わりに第１の一対の位相差付加回
路３０L及び３０Rを第１の一対の周波数特性制御回路２
８L及び２８Rの入力側に、第２の一対の時間差付加回路
２３L及び２３Rの代わりに第２の一対の位相差付加回路
３１L及び３１Rを第２の一対の周波数特性制御回路２９
L及び２９Rの入力側に接続してなる。
【００３９】ここで、第１の一対の位相差付加回路３０
L及び３０Rと、第２の一対の位相差付加回路３１L及び
３１Rは、図９に示すような位相変化特性に応じた位相
差をヘッドホン７装着者の頭部の回転角度に応じて上記
入力信号に与える。また、第１の一対の周波数特性制御
回路２８L及び２８Rと、第２の一対の周波数特性制御回
路２９L及び２９Rは、図７に示すような周波数特性をヘ
ッドホン７装着者の頭部の回転角度に応じて上記入力信
号に与えて、周波数特性を制御するものである。
【００４０】したがって、図１０に示したディジタル信
号処理回路４を用いたヘッドホン装置１によれば、前方
２チャンネルと後方２チャンネルの計４個の音源からの
入力信号に、第１の一対の位相差付加回路３０L及び３
０R、第２の一対の位相差付加回路３１L及び３１Rで頭
部回転角度に応じて付加する位相差の増減方向を逆にし
て与え、第１の一対の周波数特性制御回路２８L及び２
８R、第２の一対の周波数特性制御回路２９L及び２９R
で頭部回転角度に応じて制御する周波数特性の変化方向
を逆にするので、前方音声信号に対しても、後方音声信
号に対しても実際の音源を音を頭を動かしながら聞くの
と同等の両耳間の位相差、及び周波数特性を実現できる
ので、あらゆる方向に良好な頭外音像定位を実現でき
る。
【００４１】ここで、図１に示した回転角速度センサ８
について説明しておく。回転角速度センサ８は、上述し
たようにヘッドホン７を装着している装着者の頭部の回
転角速度を検出する。特に、この実施の形態となるヘッ
ドホン装置１では、回転角速度センサ８として図１１に
示すような圧電振動ジャイロ装置３２を用いている。こ
の圧電振動ジャイロ装置３２は、運動体の揺動運動を圧
電素子により検出する装置である。図１１において、正
方形断面の振動用四角柱からなる振動用圧電素子３３は
種々の振動体から構成される。この振動用圧電素子３３
の対向する２面には、検出用圧電素子３４及び３５、駆
動用圧電素子３６及び３７が取り付けられている。
【００４２】駆動用圧電素子３６及び３７には駆動用信
号源３８が接続され、交番信号を供給するように構成さ
れている。検出用圧電素子３４及び３５の出力は、差動
増幅器３９に供給される。この差動増幅器３９の差動出
力と駆動用信号源３８の出力とが乗算器又は位相検波器
４０に供給され、乗算又は位相検波される。乗算器又は
位相検波器４０の出力は、図１に示す帯域制限フィルタ
９に供給されて搬送波成分が除去された後に、Ａ／Ｄ変
換器１０に供給されて符号化される。
【００４３】このように構成された圧電ジャイロ装置３
２は、以下のように動作する。先ず、駆動用圧電素子３
６及び３７に振動用圧電素子３３の固有振動周波数の交
番信号を印加すると、振動用圧電素子３３は図示の振動
波形に基づいて強制振動される。この振動は一定のモー
ドで共振を発生させるものである。
【００４４】この場合、外力が加わらない状態では、検
出用圧電素子３４及び３５の出力はないが、振動用圧電
素子３３に対して軸方向に角速度ωの回転力が加わる
と、コリオリの力により、搬送波としての強制振動用の
交番信号が振幅変調され、検出信号となって検出され
る。この場合の振幅の大きさは、軸に及ぼされる回転の
角速度ωに比例し、回転方向は駆動用信号に対する検出
信号の位相ずれ方向に対応する。
【００４５】従って、振幅変調された検出信号と、駆動
用信号との積をとり、その信号を低域フィルタとしての
帯域制限フィルタ９で搬送波成分を除去し、検出信号と
することが行われている。また、回転角速度センサ８
は、図１２に示すようなアナログ角度検出器４１でもよ
い。このアナログ角度検出器４１は、ヘッドホン７のヘ
ッドバンド７ａに設けられ、頭部の動きを検出する。ア
ナログ角度検出器４１では、ヘッドバンド７ａの中央部
にＣＤＳやフォトダイオード等の光の強さにより抵抗値
が変化する受光素子からなる受光器４２を取り付けてい
る。この受光器４２と対向して電球や発光ダイオード等
の発光器４４が設けられていて、この発光器４４により
一定の強さの光を受光器４２に向けて照射するようにな
っている。
【００４６】その際、この発光器４４の投射光の通路間
に回転角度のより投射光の透過度が変化するような可動
シャッター４３が設けられており、この可動シャッター
４３は磁針４５と共に回転するようになっている。従っ
て、受光器４２に一定の電流を流すとき、受光器４２の
受光素子両端の電圧は磁針４５の示す南北方向を基準と
して、ヘッドホン装着者の方向を含む頭の動きを示すア
ナログ出力が取り出される。
【００４７】また、回転角速度センサ８は、図１３に示
すようなディジタル角度検出器５０でもよい。このディ
ジタル角度検出器５０は、ヘッドホン７のヘッドバンド
７ａに設けられ、頭部の動きを検出する。このディジタ
ル角度検出器５０では、ヘッドバンド７ａの中央部にロ
ータリーエンコーダ５１が、その入力軸が垂直となるよ
うに設けられていると共に、その入力軸に、磁針５２が
設けられている。従って、ロータリーエンコーダ５１か
らは、磁針５２の示す南北方向を基準として、ヘッドホ
ン装着者の方向を含む頭の動きを示す出力が取り出され
る。この場合、出力は既にディジタル信号となっている
ので、図１の帯域制限フィルタ９、Ａ／Ｄ変換器１０を
省略できる。
【００４８】また、回転角速度センサ８は、前方或いは
周囲に置かれた発光器と上記ヘッドホンのヘッドバンド
に設けられた少なくとも２個の光強度センサの出力比に
より回転角を算出するようにしてもよい。また、この回
転角速度センサ８は、ヘッドホン７上の離れた２カ所に
取り付けられたマイクロホンで、前方或いは周囲に置か
れた超音波発振器とから断続的に発生されるバースト信
号を、読み取りそれぞれの受信信号の時間差から回転角
度を算出するようにしてもよい。
【００４９】なお、上記回転角速度センサ８を含め、帯
域制限フィルタ９、Ａ／Ｄ変換器１０、マイクロプロセ
ッサ１１、ディジタル信号処理回路４、Ｄ／Ａ変換器５
L、５R、電力増幅器６L、６Rは、ヘッドホン７上に設け
られていてもよい。この場合、Ａ／Ｄ変換器３1・・・
３4からディジタル信号処理回路４には、ワイヤレスで
音声入力信号が供給されてもよい。
【００５０】もちろん、上記回転角速度センサ８を除
く、他の各部はヘッドホン７上ではなく別に設けられて
もよい。この場合、電力増幅器６L及び６Rからヘッドホ
ン７の発音体７L及び７Rへはワイヤレスで出力信号が供
給されてもよい。次に、本発明に係るヘッドホン装置の
第２の実施の形態について説明する。この第２の実施の
形態は、図１４に示すように、例えばｎチャンネルの音
声入力信号を発生するｎ個の音源６１1・・・６１nから
の該音声入力信号をｎ個のＡ／Ｄ変換器６２1・・・６
２nを介してディジタル信号として受け取り、該ｎチャ
ンネルの音声入力ディジタル信号を例えば４入力づつま
とめて入力信号群とし、該入力信号群にディジタル信号
処理を施すディジタル信号処理回路６３と、このディジ
タル信号処理回路６３でディジタル信号処理が施された
音声ディジタル信号をステレオ信号としてＬ、Ｒの２系
統に分けた後、Ｄ／Ａ変換器６４L、６４Rを介してアナ
ログ信号として受け取り、電力増幅する電力増幅器６５
L、６５Rと、この電力増幅器６５L、６５Rにより駆動さ
れる発音体６６L、６６Rを備えたヘッドホン６６と、こ
のヘッドホン６６のヘッドバンド６６ａに取り付けられ
てこのヘッドホン６６を装着している装着者の頭部の回
転角速度を検出する回転角速度センサ６７と、この回転
角速度センサ６７の検出出力を帯域制限フィルタ６８で
帯域制限しＡ／Ｄ変換器６９でディジタル信号に変換し
てから取り込みヘッドホン６６の装着者の正面方向から
の回転運動角度を計算する回転運動角度計算機能を持つ
マイクロプロセッサ７０とを備え、上記マイクロプロセ
ッサ７０で得られた回転運動角度に応じて上記ディジタ
ル信号処理回路６３における信号処理内容を更新して音
像を上記ヘッドホン６６装着者の頭外の一定方向に定位
させるようにしたヘッドホン装置６０である。
【００５１】ヘッドホン６６が回転運動を持つとヘッド
バンド６６ａに取り付けられた回転角速度センサ６７
は、その角速度に比例した電圧を出力する。この出力信
号は、帯域制限フィルタ６８でフィルタリングされた
後、Ａ／Ｄ変換器６９で符号化され、マイクロプロセッ
サ７０に入力される。マイクロプロセッサ７０に入力さ
れたＡ／Ｄ変換器６９の出力信号は、一定時間間隔でサ
ンプリングされた後積分され、角度データに変換され
る。この角度データから実際に音像を定位させるための
回転角度が算出されて対応する信号処理データをディジ
タル信号処理回路６３に転送する。
【００５２】一方、ｎ個の音源６１1・・・６１nから入
力されたｎチャンネルの音声信号は、ｎ個のＡ／Ｄ変換
器６２1・・・６２nで符号化されてディジタル信号処理
回路６３に入力される。ディジタル信号処理回路６３で
は、マイクロプロセッサ７０で算出された角度データに
対応して必要となる音声信号を頭外に定位させるための
ディジタル信号処理を施し、その結果をステレオのＬ、
Ｒの２系統に対応させた２個のＤ／Ａ変換器６４L、６
４Rに出力する。２個のＤ／Ａ変換器６４L、６４Rによ
り再びアナログ信号に戻された音声信号は、電力増幅器
６５L、６５Rを介して、ヘッドホン６６の発音体６
６L、６６Rに供給され、これを聴取する聴取者に最適の
頭外定位信号を与える。
【００５３】ここで、ディジタル信号処理回路６３は、
図１５に示すように、ヘッドホン装着者が正面方向を向
いている場合を基準状態としてこの時に定位させるべき
方向によって複数のブロックに分類された各ブロック毎
の音声入力信号に上記信号処理を施す信号処理ブロック
６３1、６３2・・・６３n/4に分割されている。
【００５４】例えば、信号処理ブロック６３1は、定位
方向が近い音源６１1・・・６１4からの４つの入力信号
を図１６に示すように入力端子７１1、７１2・７１4を
介して受け取る。入力端子７１1、７１2・７１4を介し
て受け取った上記４つの入力信号は、上記４個の音源６
１1・・・６１4からヘッドホン装着者の両耳に至る頭部
伝達関数を時間領域に変換したインパルスレスポンスと
して計８個のディジタルフィルタ７４L、７４R、７
５L、７５R・・７７L及び７７Rで畳み込まれる。ディジ
タルフィルタ７４L、７４R、７５L、７５R・・７７L及
び７７Rからのフィルタ出力は、ＬとＲのチャンネル毎
に一対の加算器７８L、７８Rで加算され、それぞれ時間
差付加回路７９L、７９Rに供給される。
【００５５】時間差付加回路７９L、７９Rの出力は、レ
ベル差付加回路８０L、８０Rを介して、出力端子８
１L、８１Rから、図１５の一対の加算器７２L、７２Rに
供給される。一対の加算器７２L、７２Rには、信号処理
ブロック６３2・・・６３n/4においてそれぞれ８個のデ
ィジタルフィルタでフィルタリングされ、Ｌ，Ｒ毎に時
間差及びレベル差が付加された信号が供給される。
【００５６】ある一つの信号処理ブロックに入力される
信号は、定位方向が近いものが集められ、従って基準方
向を向いている状態（０゜）に対して頭が回転したとき
に付加する時間差及びレベル差は同一の特性とすること
が可能となる。各信号処理ブロックのＬ，Ｒチャンネル
用出力信号は、加算器７２L、７２Rで加算され、ヘッド
ホン６６への出力信号として出力端子７３L、７３Rから
出力される。
【００５７】したがって、この第２の実施の形態のヘッ
ドホン装置６０は、複数の信号処理ブロック内で独立し
た時間差付加及びレベル差付加が行われ、ヘッドホン再
生を行う場合に、任意の方向への音像定位を可能とす
る。なお、このヘッドホン装置６０でも、時間差付加回
路の代わりに、位相差付加回路を用いてもよい。また、
レベル差付加回路の代わりに周波数特性制御回路を用い
てもよい。
【００５８】また、このヘッドホン装置６０に用いられ
る回転各速度センサ６７には、上記図１１、図１２、図
１３に示した圧電ジャイロ装置３２、アナログ角度検出
器４１、ディジタル角度検出器５０を用いてもよい。次
に、本発明に係るヘッドホン装置の第３の実施の形態に
ついて説明する。この第３の実施の形態は、図１７に示
すように、例えば３系統の音声信号を図１８に示すよう
に前方１８０゜の範囲内に配置した音源８６1、８６2、
８６3で再生する場合を想定している。このような場
合、一般的に音源８６2が再生する音声信号による音像
は、その音声信号のレベルを減衰した後、音源８６1及
び音源８６3に分配して再生することによってもほぼ同
等の音像を再現できる。従って、多チャンネルの音声信
号入力がある場合、定位方向の近い信号は他のチャンネ
ルに分配して加算することにより、伝送チャンネル数を
減らすことができる。
【００５９】すなわち、このヘッドホン装置８５は、図
１７に示すように、例えば３チャンネルの音声入力信号
を定位させる位置に置かれた３個の音源８６1、８６2、
８６ 3からの該音声入力信号を３個のＡ／Ｄ変換器８
７1、８７2、８７3を介してディジタル信号として受け
取り、該３チャンネルの音声入力ディジタル信号に上述
したようなディジタル信号処理を施すディジタル信号処
理回路８８と、このディジタル信号処理回路８８でディ
ジタル処理が施された音声ディジタル信号をステレオ信
号としてＬ、Ｒの２系統に分けた後、Ｄ／Ａ変換器８９
L、８９Rを介してアナログ信号として受け取り、電力増
幅する電力増幅器９０L、９０Rと、この電力増幅器９０
L、９０Rにより駆動される発音体９１L、９１Rを備えた
ヘッドホン９１と、このヘッドホン９１のヘッドバンド
９１aに取り付けられてこのヘッドホン９１を装着して
いる装着者の頭部の回転角速度を検出する回転角速度セ
ンサ９２と、この回転角速度センサ９２の検出出力を帯
域制限フィルタ９３で帯域制限しＡ／Ｄ変換器９４でデ
ィジタル信号に変換してから取り込みヘッドホン９１の
装着者の正面方向からの回転運動角度を計算する回転運
動角度計算機能を持つマイクロプロセッサ９５とを備
え、上記マイクロプロセッサ９５で得られた回転運動角
度に応じて上記ディジタル信号処理回路８８における信
号処理内容を更新して音像を上記ヘッドホン９１装着者
の頭外の一定方向に定位させるようにしたヘッドホン装
置８５である。
【００６０】ヘッドホン９１が回転運動を持つとヘッド
バンド９１ａに取り付けられた回転角速度センサ９２
は、その角速度に比例した電圧を出力する。この出力信
号は、帯域制限フィルタ９３でフィルタリングされた
後、Ａ／Ｄ変換器９４で符号化され、マイクロプロセッ
サ９５に入力される。マイクロプロセッサ９５に入力さ
れたＡ／Ｄ変換器９４の出力信号は、一定時間間隔でサ
ンプリングされた後積分され、角度データに変換され
る。この角度データから実際に音像を定位させるための
回転角度が算出され対応する信号処理データをディジタ
ル信号処理回路８８に転送する。
【００６１】一方、３個の音源８６1、８６2、８６3か
ら入力された３チャンネルの音声信号は、３個のＡ／Ｄ
変換器８７1、８７2、８７3で符号化されディジタル信
号処理回路８８に入力される。ディジタル信号処理回路
８８では、マイクロプロセッサ９５で算出された角度デ
ータに対応して必要となる音声信号を頭外に定位させる
ためのディジタル信号処理を施し、その結果をステレオ
のＬ、Ｒの２系統に対応させた２個のＤ／Ａ変換器８９
L、８９Rに出力する。２個のＤ／Ａ変換器８９ L、８９R
により再びアナログ信号に戻された音声信号は、電力増
幅器９０L、９０Rを介して、ヘッドホン９１の発音体９
１L、９１Rに供給され、これを聴取する聴取者に最適の
頭外定位信号を与える。
【００６２】ここで、ディジタル信号処理回路８８は、
図１９に示すように、入力端子９６ 1から供給された入
力信号Ｓ1による音像と、入力端子９６3から供給された
入力信号Ｓ3による音像の間にある入力端子９６2から供
給された入力信号Ｓ2のレベルを減衰器９７により減衰
し、減衰信号Ｓ2’を加算器９８a、加算器９８bにより
入力信号Ｓ1、入力信号Ｓ3に加算している。そして、加
算器９８aの加算出力Ｓ1＋Ｓ2’をディジタルフィルタ
９９L及び９９Rに供給し、加算器９８bの加算出力Ｓ3＋
Ｓ2’をディジタルフィルタ１００L及び１００Rに供給
している。その後、ヘッドホン９１に出力するＬ，Ｒチ
ャンネル毎に加算器１０１L、加算器１０１Rでディジタ
ルフィルタ出力を加算し、時間差付加回路１０２L、時
間差付加回路１０２Rで頭が回転した場合の時間差を付
加し、レベル差付加回路１０３L、レベル差付加回路１
０３Rでレベル差を付加することにより、入力信号Ｓ2の
ためのディジタルフィルタを省略して全ての入力信号に
対する音像定位を実現できる。なお、レベル差付加回路
１０３Lの出力信号は、出力端子１０４Lを介してＤ／Ａ
変換器８９Lに供給される。また、レベル差付加回路１
０３Rの出力信号は、出力端子１０４Rを介してＤ／Ａ変
換器８９Rに供給される。
【００６３】なお、このヘッドホン装置８５でも、時間
差付加回路の代わりに、位相差付加回路を用いてもよ
い。また、レベル差付加回路の代わりに周波数特性制御
回路を用いてもよい。また、このヘッドホン装置８５に
用いられる回転角速度センサ９２には、上記図１１、図
１２、図１３に示した圧電ジャイロ装置３２、アナログ
角度検出器４１、ディジタル角度検出器５０を用いても
よい。
【００６４】次に、本発明に係るヘッドホン装置の第４
の実施の形態について図２０を参照しながら説明する。
入力端子１０６1、入力端子１０６2には、多チャンネル
の信号を例えば２チャンネルにエンコードした信号が入
力される。この信号は、デコーダ１０７によってデコー
ドされそれぞれ、ディジタル信号処理回路１０８1、１
０８2・・・１０８nに供給される。ディジタル信号処理
回路１０８1、１０８2・・・１０８nは、図２、図６、
図８、図１０、図１６に示したようなディジタル信号処
理回路とすることができる。
【００６５】したがって、この第４の実施の形態は、２
チャンネル分の音声入力端子を有するのみで多チャンネ
ルの頭外音像定位をヘッドホン受聴において実現でき
る。
【００６６】
【発明の効果】本発明に係るヘッドホン装置は、Ｎ個の
音源からのＮチャンネルの入力信号に対して２Ｎ個のデ
ィジタルフィルタ手段を用い、上記Ｎチャンネルのうち
のＭ（Ｍ≦Ｎ）チャンネルに対応する２Ｍ個のディジタ
ルフィルタ手段のＬ，Ｒ極性の同じ出力同士を第１の一
対の加算手段で加算し、上記ＮチャンネルのうちのＮ−
Ｍチャンネルに対応する２（Ｎ−Ｍ）個のディジタルフ
ィルタ手段のＬ，Ｒ極性の同じ出力同士を第２の一対の
加算手段で加算し、上記第１の一対の加算手段のＬ側及
びＲ側の出力を第１の一対の時間差付加手段又は第２の
一対の位相差付加手段に供給し、上記第２の一対の加算
手段のＬ側及びＲ側の出力を第２の一対の時間差付加手
段又は第２の一対の位相差付加手段に供給し、上記第１
の一対の時間差付加手段又は上記第１の一対の位相差付
加手段と上記第２の一対の時間差付加手段又は上記第２
の一対の位相差付加手段のそれぞれのＬ側及びＲ側二系
統の出力を同じ極性同士で第３の一対の加算手段で加算
する。ここで、上記回転運動角度計算手段で検出した回
転運動角度に応じて上記第１の一対の時間差付加手段又
は第１の一対の位相差付加手段と上記第２の一対の時間
差付加手段又は第２の一対の位相差付加手段とで付加す
る時間差又は位相差の増減方向を逆にして、上記信号処
理手段における信号処理内容を更新する。このため、前
方音声信号に対しても、後方音声信号に対しても実際の
音源の音を頭を動かしながら聞くのと同等の両耳間遅延
時間差又は位相差を再現できるのであらゆる方向に良好
な頭外音像定位を実現することができる。
【００６７】ここで、上記第１の一対の時間差付加手段
又は第１の一対の位相差付加手段の入力側又は出力側に
第１の一対のレベル差付加手段と、上記第２の一対の時
間差付加手段又は第２の一対の時間差付加手段の入力側
又は出力側に第２の一対のレベル差付加手段とを備え、
上記回転運動角度計算手段で検出した回転運動角度に応
じて上記第１の一対のレベル差付加手段と上記第２の一
対のレベル差付加手段とで付加するレベル差の増減方向
を逆にすれば、前方音声信号に対しても、後方音声信号
に対しても実際の音源の音を頭を動かしながら聞くのと
同様の両耳間レベル差特性も再現できる。
【００６８】また、上記第１の一対の時間差付加手段又
は上記第１の一対の位相差付加手段の入力側又は出力側
に第１の一対の周波数特性制御手段と、上記第２の一対
の時間差付加手段又は第２の一対の位相差付加手段の入
力側又は出力側に第２の一対の周波数特性制御手段とを
備え、上記回転運動角度計算手段で検出した回転運動角
度に応じて上記第１の一対の周波数特性制御手段と上記
第２の一対の周波数特性制御手段とで制御する周波数特
性の変化方向を逆にすれば、前方音声信号に対しても、
後方音声信号に対しても実際の音源の音を頭を動かしな
がら聞くのと同等の両耳間の周波数特性変化も再現でき
る。
【００６９】また、本発明に係るヘッドホン装置は、Ｎ
個の音源からのＮチャンネルの入力信号に対して２Ｎ個
のディジタルフィルタ手段を用い、ヘッドホンの装着者
が正面方向を向いている状態を基準状態としてこの時に
定位させるべき方向によって該Ｎチャンネルの音声信号
を複数のブロックに分類し、この分類された各ブロック
毎に、そのブロックに含まれる各チャンネルのそれぞれ
のディジタルフィルタの出力のＬ，Ｒ極性の同じもの同
士を一対の加算手段で加算し、上記一対の加算手段のＬ
側及びＲ側の出力を一対の時間差付加手段又は一対の位
相差付加手段に供給し、上記一対の時間差付加手段又は
一対の位相差付加手段のＬ側及びＲ側の出力を同じ極性
同士で加算手段で加算する。ここで、上記回転運動角度
計算手段で検出した回転運動角度に応じて上記一対の時
間差付加手段又は一対の位相差付加手段で付加する時間
差又は位相差の量を上記各ブロック毎に独立に変化させ
て、上記信号処理手段における信号処理内容を更新す
る。このため、頭部全周のあらゆる方向の音声信号に対
し実際に頭を動かしながら音を聞くのに極めて近似した
両耳間差特性を実現できるのであらゆる方向に良好な頭
外音像定位を実現できる。
【００７０】さらに、本発明に係るヘッドホン装置は、
Ｎチャンネルの音声入力信号の一部のチャンネルを複数
系統に分け音像を定位させる位置に応じてそれぞれにレ
ベル差あるいは位相差を付加して残りの複数のチャンネ
ルに加算することによりチャンネル数をＭ（Ｍ＜Ｎ）チ
ャンネルに減じた後、各チャンネルにディジタル処理を
施す信号処理手段を備えるので、全てのチャンネルにお
いてディジタル信号処理を行う必要がなく、比較的少な
い信号処理量で多チャンネルの音声信号の良好な頭外音
像定位を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るヘッドホン装置の第１の実施の形
態のブロック図である。
【図２】上記第１の実施の形態に用いられるディジタル
信号処理回路のブロック図である。
【図３】上記第１の実施の形態が想定している状態を示
す模式図である。
【図４】上記第１の実施の形態に用いられるディジタル
信号処理回路内の時間差付加回路で付加される遅延時間
の特性図である。
【図５】上記第１の実施の形態に用いられるディジタル
信号処理回路内のレベル差付加回路で付加されるレベル
差の特性図である。
【図６】上記第１の実施の形態に用いられるディジタル
信号処理回路で時間差付加回路と周波数特性制御回路を
用いた場合のブロック図である。
【図７】上記周波数特性制御回路で行われる周波数制御
の特性図である。
【図８】上記第１の実施の形態に用いられるディジタル
信号処理回路で位相差付加回路とレベル差付加回路を用
いた場合のブロック図である。
【図９】上記位相差付加回路で付加される位相差の変化
特性図である。
【図１０】上記第１の実施の形態に用いられるディジタ
ル信号処理回路で位相差付加回路と周波数特性制御回路
を用いた場合のブロック図である。
【図１１】上記第１の実施の形態に用いられる回転角速
度センサに適用できる圧電振動ジャイロ装置の概略構成
図である。
【図１２】上記第１の実施の形態に用いられる回転角速
度センサに適用できるアナログ角度検出器の概略構成図
である。
【図１３】上記第１の実施の形態に用いられる回転角速
度センサに適用できるディジタル角度検出器の概略構成
図である。
【図１４】本発明に係るヘッドホン装置の第２の実施の
形態のブロック図である。
【図１５】上記第２の実施の形態のディジタル信号処理
回路のブロック図である。
【図１６】上記第２の実施の形態の信号処理ブロックの
ブロック図である。
【図１７】本発明に係るヘッドホン装置の第３の実施の
形態のブロック図である。
【図１８】上記第３の実施の形態が想定している状態を
示す模式図である。
【図１９】上記第３の実施の形態に用いられるディジタ
ル信号処理回路のブロック図である。
【図２０】本発明に係るヘッドホン装置の第４の実施の
形態のブロック図である。
【符号の説明】 １ ヘッドホン装置 ２1〜２4 音源 ４ ディジタル信号処理回路 ６L、６R 電力増幅器 ７ ヘッドホン ８ 回転角速度センサ １１ マイクロプロセッサ １６L、１６R、１７L、１７R、１８L、１８R、１９L、
１９R ディジタルフィルタ ２０L、２０R 第１の一対の加算器 ２１L、２１R 第２の一対の加算器 ２２L、２２R 第１の一対の時間差付加回路 ２３L、２３R 第２の一対の時間差付加回路 ２４L、２４R 第１の一対のレベル差付加回路 ２５L、２５R 第２の一対のレベル差付加回路 ２６L、２６R 第３の一対の加算器

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 Ｎチャンネルの音声入力信号に信号処理
    を施す信号処理手段と、この信号処理手段で処理された
    音声信号を電力増幅する電力増幅手段と、この電力増幅
    手段により駆動されるヘッドホンと、このヘッドホンに
    取り付けられる回転角検出手段と、この回転角検出手段
    の検出出力を取り込みヘッドホン装着者の正面方向から
    の回転運動角度を計算する回転運動角度計算手段とを備
    え、該回転運動角度計算手段で得られた回転運動角度に
    応じて上記信号処理手段における信号処理内容を更新し
    て音像を上記ヘッドホン装着者の頭外の一定方向に定位
    させるヘッドホン装置であって、 上記信号処理手段は、 上記Ｎチャンネルの音声入力信号を定位させる位置に置
    かれたＮ個の音源から両耳に至る頭部伝達関数を時間領
    域に変換したインパルスレスポンスを畳み込む２Ｎ個の
    ディジタルフィルタ手段と、 上記ＮチャンネルのうちのＭ（Ｍ≦Ｎ）チャンネルに対
    応する２Ｍ個のディジタルフィルタ手段のＬ，Ｒ極性の
    同じ出力同士を加算する第１の一対の加算手段と、 上記ＮチャンネルのうちのＮ−Ｍチャンネルに対応する
    ２（Ｎ−Ｍ）個のディジタルフィルタ手段のＬ，Ｒ極性
    の同じ出力同士を加算する第２の一対の加算手段と、 上記第１の一対の加算手段のＬ側及びＲ側の出力に接続
    される第１の一対の時間差付加手段と、 上記第２の一対の加算手段のＬ側及びＲ側の出力に接続
    される第２の一対の時間差付加手段と、 上記第１の一対の時間差付加手段と上記第２の一対の時
    間差付加手段のそれぞれのＬ側及びＲ側二系統の出力を
    同じ極性同士で加算する第３の一対の加算手段とを備
    え、 上記回転運動角度計算手段で検出した回転運動角度に応
    じて上記第１の一対の時間差付加手段と上記第２の一対
    の時間差付加手段とで付加する時間差の増減方向を逆に
    することを特徴とするヘッドホン装置。
  2. 【請求項２】 上記信号処理手段は、 上記第１の一対の時間差付加手段の入力側又は出力側に
    第１の一対のレベル差付加手段と、 上記第２の一対の時間差付加手段の入力側又は出力側に
    第２の一対のレベル差付加手段とを備え、 上記回転運動角度計算手段で検出した回転運動角度に応
    じて上記第１の一対のレベル差付加手段と上記第２の一
    対のレベル差付加手段とで付加するレベル差の増減方向
    を逆にすることを特徴とする請求項１記載のヘッドホン
    装置。
  3. 【請求項３】 上記信号処理手段は、 上記第１の一対の時間差付加手段の入力側又は出力側に
    第１の一対の周波数特性制御手段と、 上記第２の一対の時間差付加手段の入力側又は出力側に
    第２の一対の周波数特性制御手段とを備え、 上記回転運動角度計算手段で検出した回転運動角度に応
    じて上記第１の一対の周波数特性制御手段と上記第２の
    一対の周波数特性制御手段とで制御する周波数特性の変
    化方向を逆にすることを特徴とする請求項１記載のヘッ
    ドホン装置。
  4. 【請求項４】 上記信号処理手段は、 上記Ｎチャンネルの音声入力信号を定位させる位置に置
    かれたＮ個の音源から両耳に至る頭部伝達関数を時間領
    域に変換したインパルスレスポンスを畳み込む２Ｎ個の
    ディジタルフィルタ手段と、 上記ＮチャンネルのうちのＭ（Ｍ≦Ｎ）チャンネルに対
    応する２Ｍ個のディジタルフィルタ手段のＬ，Ｒ極性の
    同じ出力同士を加算する第１の一対の加算手段と、 上記ＮチャンネルのうちのＮ−Ｍチャンネルに対応する
    ２（Ｎ−Ｍ）個のディジタルフィルタ手段のＬ，Ｒ極性
    の同じ出力同士を加算する第２の一対の加算手段と、 上記第１の一対の加算手段のＬ側及びＲ側の出力に接続
    される第１の一対の位相差付加手段と、 上記第２の一対の加算手段のＬ側及びＲ側の出力に接続
    される第２の一対の位相差付加手段と、 上記第１の一対の位相差付加手段と上記第２の一対の位
    相差付加手段のそれぞれのＬ側及びＲ側二系統の出力を
    同じ極性同士で加算する第３の一対の加算手段とを備
    え、 上記回転運動角度計算手段で検出した回転運動角度に応
    じて上記第１の一対の位相差付加手段と上記第２の一対
    の位相差付加手段とで付加する位相差の増減方向を逆に
    することを特徴とする請求項１記載のヘッドホン装置。
  5. 【請求項５】 上記信号処理手段は、 上記第１の一対の位相差付加手段の入力側又は出力側に
    第１の一対のレベル差付加手段と、 上記第２の一対の位相差付加手段の入力側又は出力側に
    第２の一対のレベル差付加手段とを備え、 上記回転運動角度計算手段で検出した回転運動角度に応
    じて上記第１の一対のレベル差付加手段と上記第２の一
    対のレベル差付加手段とで付加するレベル差の増減方向
    を逆にすることを特徴とする請求項４記載のヘッドホン
    装置。
  6. 【請求項６】 上記信号処理手段は、 上記第１の一対の位相差付加手段の入力側又は出力側に
    第１の一対の周波数特性制御手段と、 上記第２の一対の位相差付加手段の入力側又は出力側に
    第２の一対の周波数特性制御手段とを備え、 上記回転運動角度計算手段で検出した回転運動角度に応
    じて上記第１の一対の周波数特性制御手段と上記第２の
    一対の周波数特性制御手段とで制御する周波数特性の変
    化方向を逆にすることを特徴とする請求項４記載のヘッ
    ドホン装置。
  7. 【請求項７】 上記音声入力信号には多チャンネルの信
    号を２チャンネル化した信号を用い、該信号処理手段の
    前段に２チャンネル音声信号を多チャンネル音声信号に
    変換する復調手段を備えることを特徴とする請求項１記
    載のヘッドホン装置。
  8. 【請求項８】 上記回転角検出手段には角速度センサで
    ある圧電振動ジャイロを用いることを特徴とする請求項
    １記載のヘッドホン装置。
  9. 【請求項９】 上記回転角検出手段には地磁気方位セン
    サを用いることを特徴とする請求項１記載のヘッドホン
    装置。
  10. 【請求項１０】 上記回転角検出手段は、前方或いは周
    囲に置かれた発光手段と上記ヘッドホンに設けられた少
    なくとも２個の光強度センサの出力比により回転角を算
    出するようにしたことを特徴とする請求項１記載のヘッ
    ドホン装置。
  11. 【請求項１１】 上記回転角検出手段は、ヘッドホン上
    の離れた２カ所に取り付けられたマイクロホンと前方或
    いは周囲に置かれた超音波発振器とからなり、上記発振
    器からは断続的なバースト信号を発生して、それをマイ
    クロホンで読み取りそれぞれの受信信号の時間差から回
    転角度を算出するようにしたことを特徴とする請求項１
    記載のヘッドホン装置。
  12. 【請求項１２】 上記回転角検出手段及び上記信号処理
    手段は、ヘッドホン上に同時に装着できるようにしたこ
    とを特徴とする請求項１記載のヘッドホン装置。
  13. 【請求項１３】 上記音声入力信号は、ワイヤレスで上
    記ヘッドホンに供給できるようにしたことを特徴とする
    請求項１記載のヘッドホン装置。
  14. 【請求項１４】 Ｎチャンネルの音声入力信号に信号処
    理を施す信号処理手段と、この信号処理手段で処理され
    た音声信号を電力増幅する電力増幅手段と、この電力増
    幅手段により駆動されるヘッドホンと、このヘッドホン
    に取り付けられる回転角検出手段と、この回転角検出手
    段の検出出力を取り込みヘッドホン装着者の正面方向か
    らの回転運動角度を計算する回転運動角度計算手段とを
    備え、該回転運動角度計算手段で得られた回転運動角度
    に応じて上記信号処理手段における信号処理内容を更新
    して音像を上記ヘッドホン装着者の頭外の一定方向に定
    位させるヘッドホン装置であって、 上記信号処理手段は、 上記Ｎチャンネルの音声入力信号を定位させる位置に置
    かれたＮ個の音源から両耳に至る頭部伝達関数を時間領
    域に変換したインパルスレスポンスを畳み込む２Ｎ個の
    ディジタルフィルタ手段と、 上記ヘッドホンの装着者が正面方向を向いている状態を
    基準状態としてこの時に定位させるべき方向によって該
    Ｎチャンネルの音声信号を複数のブロックに分類し、こ
    の分類された各ブロック毎に、そのブロックに含まれる
    各チャンネルのそれぞれのディジタルフィルタの出力の
    Ｌ，Ｒ極性の同じもの同士を加算する一対の加算手段
    と、 上記一対の加算手段のＬ側及びＲ側の出力に接続される
    一対の時間差付加手段と、 上記一対の時間差付加手段のＬ側及びＲ側の出力を同じ
    極性同士で加算する加算手段とを備え、 上記回転運動角度計算手段で検出した回転運動角度に応
    じて上記一対の時間差付加手段で付加する時間差の量を
    上記各ブロック毎に独立に変化させることを特徴とする
    ヘッドホン装置。
  15. 【請求項１５】 上記信号処理手段は、 上記一対の時間差付加手段の入力側又は出力側に一対の
    レベル差付加手段を備え、 上記回転運動角度計算手段で検出した回転運動角度に応
    じて上記一対のレベル差付加手段で付加するレベル差を
    独立に変化させることを特徴とする請求項１４記載のヘ
    ッドホン装置。
  16. 【請求項１６】 上記信号処理手段は、 上記一対の時間差付加手段の入力側又は出力側に一対の
    周波数特性制御手段を備え、 上記回転運動角度計算手段で検出した回転運動角度に応
    じて上記一対の周波数特性制御手段で制御する周波数特
    性を独立に変化させることを特徴とする請求項１４記載
    のヘッドホン装置。
  17. 【請求項１７】 上記信号処理手段は、 上記Ｎチャンネルの音声入力信号を定位させる位置に置
    かれたＮ個の音源から両耳に至る頭部伝達関数を時間領
    域に変換したインパルスレスポンスを畳み込む２Ｎ個の
    ディジタルフィルタ手段と、 上記ヘッドホンの装着者が正面方向を向いている場合を
    基準状態としてこの時に定位させるべき方向によって該
    Ｎチャンネルの音声信号を複数のブロックに分類するブ
    ロック分類手段と、 このブロック分類手段で分類された各ブロック毎に、そ
    のブロックに含まれる各チャンネルのディジタルフィル
    タの出力のＬ，Ｒ極性の同じもの同士を加算する一対の
    加算手段と、 上記一対の加算手段のＬ側及びＲ側の出力に接続される
    一対の位相差付加手段と、 上記一対の位相差付加手段のＬ側及びＲ側の出力を同じ
    極性同士で加算する加算手段とを備え、 上記回転運動角度計算手段で検出した回転運動角度に応
    じて上記一対の位相差付加手段で付加する位相差の量を
    上記各ブロック毎に独立に変化させることを特徴とする
    請求項１４記載のヘッドホン装置。
  18. 【請求項１８】 上記信号処理手段は、 上記一対の位相差付加手段の入力側又は出力側に一対の
    レベル差付加手段を備え、 上記回転運動角度計算手段で検出した回転運動角度に応
    じて上記一対のレベル差付加手段で付加するレベル差を
    独立に変化させることを特徴とする請求項１７記載のヘ
    ッドホン装置。
  19. 【請求項１９】 上記信号処理手段は、 上記一対の位相差付加手段の入力側又は出力側に一対の
    周波数特性制御手段を備え、 上記回転運動角度計算手段で検出した回転運動角度に応
    じて上記一対の周波数特性制御手段で制御する周波数特
    性を独立に変化させることを特徴とする請求項１７記載
    のヘッドホン装置。
  20. 【請求項２０】 Ｎチャンネルの音声入力信号に信号処
    理を施す信号処理手段と、上記信号処理手段で処理され
    た音声信号を電力増幅する電力増幅手段と、上記電力増
    幅手段により駆動されるヘッドホンと、上記ヘッドホン
    に取り付けられる回転角検出手段と、上記回転角検出手
    段の検出出力を取り込みヘッドホン装着者の正面方向か
    らの回転運動角度を計算する回転運動角度計算手段とを
    備え、上記回転運動角度計算手段で得られた回転運動角
    度に応じて上記信号処理手段における信号処理内容を更
    新して音像を上記ヘッドホン装着者の頭外の一定方向に
    定位させるヘッドホン装置であって、 上記信号処理手段は、上記Ｎチャンネルの音声入力信号
    の一部のチャンネルを複数系統に分け音像を定位させる
    位置に応じてそれぞれにレベル差あるいは位相差を付加
    して残りの複数のチャンネルに加算することによりチャ
    ンネル数をＭ（Ｍ＜Ｎ）チャンネルに減じた後、各チャ
    ンネルにディジタル処理を施すことを特徴とするヘッド
    ホン装置。
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