WO2024252550A1 - ヘッドホン装置、音響信号出力方法 - Google Patents

ヘッドホン装置、音響信号出力方法 Download PDF

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acoustic signal
signal output
sound
output device
sound hole
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健司 清原
大将 千葉
達也 加古
彰 中山
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NTT Inc
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/175—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; ELECTRIC HEARING AIDS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R1/10—Earpieces; Attachments therefor ; Earphones; Monophonic headphones
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; ELECTRIC HEARING AIDS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R1/20—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics
    • H04R1/32—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only
    • H04R1/40—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only by combining a number of identical transducers

Definitions

  • the present invention relates to a headphone device that is configured using multiple audio signal output devices.
  • Non-Patent Document 1 When trying to control a sound field, a speaker array consisting of multiple speakers is often used.
  • multiple speakers are placed to surround a closed space in which the sound field is to be reproduced, and the sound field is controlled. More specifically, the sound pressure and particle velocity (sound pressure gradient) at the boundary of the closed space are controlled, and the sound field of the closed space is controlled according to the Kirchhoff-Helmholtz integral equation.
  • Non-Patent Document 1 does not guarantee any control of the sound field in spaces other than the closed space, i.e., in spaces outside the closed space, so sound pressure may increase and sound leakage may occur. This is the same even when the method described in Non-Patent Document 1 is applied to headphones, in which case sounds reproduced through headphones equipped with multiple audio signal output devices equivalent to speakers will be heard by people other than the listener.
  • the present invention aims to provide a headphone device that uses multiple audio signal output devices to reproduce sounds that cannot be heard by anyone other than the listener.
  • One aspect of the present invention includes an acoustic signal output device array configured to reproduce a sound field based on the Rayleigh integral of the second kind in the vicinity of the pinna.
  • One aspect of the present invention includes an acoustic signal output device array that includes multiple acoustic signal output devices arranged to surround the auricle, the acoustic signal output devices providing localized reproduction based on dipole sound sources.
  • the present invention makes it possible to reproduce sound so that it cannot be heard by anyone other than the listener, thereby reducing sound leakage.
  • FIG. 1 is a see-through perspective view illustrating the configuration of an acoustic signal output device 10.
  • Fig. 2A is a transparent plan view illustrating the configuration of the acoustic signal output device 10.
  • Fig. 2B is a transparent front view illustrating the configuration of the acoustic signal output device 10.
  • Fig. 2C is a bottom view illustrating the configuration of the acoustic signal output device 10.
  • Figure 3A is an end view of 2BA-2BA of Figure 2B
  • Figure 3B is an end view of 2A-2A of Figure 2A
  • Figure 3C is an end view of 2BC-2BC of Figure 2B.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating the arrangement of sound holes.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating the arrangement of sound holes.
  • FIG. 5 is a front view illustrating the configuration of the headphone device 20.
  • FIG. 6 is a side view illustrating the configuration of the headphone device 20.
  • FIG. 7 is a top view illustrating the configuration of the headphone device 20.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a frame of the acoustic signal output device array 211.
  • FIG. Fig. 9A is a diagram showing how acoustic signals emitted from the auricle-side sound holes of a plurality of acoustic signal output devices 212 included in the acoustic signal output device array 211 form focal points.
  • FIG. 9B is a diagram showing how the auricle-side sound holes are eccentric on the first end face of the acoustic signal output device 212.
  • Fig. 9C is a diagram showing how the sound holes on the opposite side to the auricle side are eccentric on the second end face of the acoustic signal output device 212.
  • an audio signal output device that realizes local reproduction based on a dipole sound source.
  • local reproduction based on a dipole sound source refers to reproduction that utilizes the characteristics of a dipole sound source, in which the sound pressure is high only in the vicinity of the sound source and the sound pressure drops rapidly when moving away from the sound source.
  • the reproduction method using a plurality of such audio signal output devices is theoretically equivalent to reproduction of a sound field based on the second kind of Rayleigh integral derived from the Kirchhoff-Helmholtz integral equation (see Reference Non-Patent Document 1).
  • this reproduction method since the sound pressure is high only in the vicinity of each audio signal output device, the sounds leaking from each audio signal output device do not interfere with each other, and it is possible to prevent the amplification of sound leakage due to interference. Therefore, this reproduction method has the characteristic of less sound leakage to the surroundings.
  • a dipole sound source is a sound source in which a positive phase sound source and a negative phase sound source are arranged adjacent to each other.
  • a dipole sound source is described as an infinitesimal positive and negative dual sound source, the sound from the positive phase sound source and the sound from the negative phase sound source cancel each other out regardless of frequency, resulting in a directional characteristic of a figure of eight (see Reference Non-Patent Document 2).
  • the size of the sound source is actually finite, the cancellation area becomes wider as the frequency of the sound that is easily diffracted (i.e., the wavelength is long).
  • a single speaker driver unit can also be considered as a positive and negative dual sound source, so an acoustic signal output device that realizes local reproduction based on a dipole sound source can be configured using one speaker driver unit. An example of such a configuration will be described later.
  • the Rayleigh integral of the second kind is an integral of the product of sound pressure and a dipole function on the plane S1, but in practice, the Rayleigh integral of the second kind can be regarded as the sum of the products of sound pressure and dipole function when dipole sound sources are discretely arranged. Therefore, a reproduction method using a plurality of sound signal output devices that realizes local reproduction based on a dipole sound source can be said to correspond to reproduction of a sound field based on the Rayleigh integral of the second kind.
  • the acoustic signal output device 10 is an acoustic signal output device that outputs an acoustic signal from a dipole sound source, and can be used, for example, in open-ear headphones, which are acoustic listening devices worn without sealing the ear canal of a listener. As illustrated in Fig. 1, Fig. 2A, Fig. 2B, Fig. 2C, Fig. 3A, Fig. 3B, and Fig.
  • the acoustic signal output device 10 has a driver unit 11 that converts an output signal (electrical signal representing an acoustic signal) output from a playback device into an acoustic signal and outputs it, and a housing 12 that houses the driver unit 11 inside.
  • the driver unit (speaker driver unit) 11 is a device (device having a speaker function) that emits (emits sound) an acoustic signal AC1 (first acoustic signal) based on an input output signal to one side (D1 direction side) and emits an acoustic signal AC2 (second acoustic signal) that is an inverse phase signal (phase inversion signal) of the acoustic signal AC1 or an approximation signal of the inverse phase signal to the other side (D2 direction side).
  • the acoustic signal emitted from the driver unit 11 to one side is called the acoustic signal AC1 (first acoustic signal)
  • the acoustic signal emitted from the driver unit 11 to the other side is called the acoustic signal AC2 (second acoustic signal).
  • the driver unit 11 includes a diaphragm 113 that emits the acoustic signal AC1 from one surface 113a in the D1 direction by vibration and emits the acoustic signal AC2 from the other surface 113b in the D2 direction by this vibration (see FIG. 2B).
  • the driver unit 11 emits the acoustic signal AC1 from the surface 111 on one side in the D1 direction by vibrating the diaphragm 113 based on the input output signal, and emits the acoustic signal AC2, which is an inverse phase signal of the acoustic signal AC1 or an approximation of the inverse phase signal, from the other side 112 in the D2 direction. That is, the acoustic signal AC2 is emitted secondarily with the emission of the acoustic signal AC1.
  • the D2 direction (the other side) is, for example, the opposite direction to the D1 direction (one side), but the D2 direction does not need to be strictly the opposite direction to the D1 direction, as long as the D2 direction is different from the D1 direction.
  • the relationship between the one side (D1 direction) and the other side (D2 direction) depends on the type and shape of the driver unit 11.
  • the acoustic signal AC2 may be strictly an inverse phase signal of the acoustic signal AC1, or the acoustic signal AC2 may be an approximation of the inverse phase signal of the acoustic signal AC1.
  • the approximation signal of the opposite phase signal of the acoustic signal AC1 may be (1) a signal obtained by shifting the phase of the opposite phase signal of the acoustic signal AC1, (2) a signal obtained by changing (amplifying or attenuating) the amplitude of the opposite phase signal of the acoustic signal AC1, or (3) a signal obtained by shifting the phase of the opposite phase signal of the acoustic signal AC1 and further changing the amplitude.
  • the phase difference between the opposite phase signal of the acoustic signal AC1 and its approximation signal is desirably ⁇ 1 % or less of one period of the opposite phase signal of the acoustic signal AC1.
  • ⁇ 1 % are 1%, 3%, 5%, 10%, 20%, etc.
  • the difference between the amplitude of the opposite phase signal of the acoustic signal AC1 and the amplitude of its approximation signal is desirably ⁇ 2 % or less of the amplitude of the opposite phase signal of the acoustic signal AC1.
  • Examples of ⁇ 2 % are 1%, 3%, 5%, 10%, 20%, etc.
  • examples of the type of the driver unit 11 include a dynamic type, a balanced armature chair type, a hybrid type of a dynamic type and a balanced armature type, and a condenser type.
  • the shape of the driver unit 11 and the diaphragm 113 there is no limitation on the shape of the driver unit 11 and the diaphragm 113.
  • the outer shape of the driver unit 11 is a substantially cylindrical shape with both end faces, and the diaphragm 113 is a substantially disc shape, but this does not limit the acoustic signal output device 10.
  • the outer shape of the driver unit 11 may be a rectangular parallelepiped shape, and the diaphragm 113 may be a dome shape.
  • examples of the acoustic signal are sounds such as music, voice, sound effects, and environmental sounds.
  • acoustic signal AC1 and acoustic signal AC2 are acoustic signals from a positive-phase sound source and a negative-phase sound source, respectively.
  • the housing 12 is a hollow member having a wall on the outside, and houses the driver unit 11 inside.
  • the driver unit 11 is fixed to the end of the housing 12 on the D1 direction side.
  • this does not limit the acoustic signal output device 10.
  • the shape of the housing 12 is rotationally symmetric (line symmetric) or approximately rotationally symmetric about the axis A1 extending along the D1 direction. This makes it easy to provide a sound hole 123a (described in detail later) so that the variation in the energy of the sound emitted from the housing 12 for each direction is reduced. As a result, it becomes easy to reduce sound leakage uniformly in each direction.
  • the housing 12 has a first end face which is a wall portion 121 arranged on one side (D1 direction side) of the driver unit 11, a second end face which is a wall portion 122 arranged on the other side (D2 direction side) of the driver unit 11, and a side face which is a wall portion 123 which surrounds the space between the first end face and the second end face and is centered on an axis line A1 passing through the first end face and the second end face (see FIG. 2B and FIG. 3B).
  • the housing 12 has a substantially cylindrical shape with both end faces.
  • the distance between the wall portion 121 and the wall portion 122 is 10 mm, and the walls 121 and 122 are circular with a radius of 10 mm.
  • the housing 12 may be a substantially dome-shaped shape with walls at the ends, a hollow substantially cubic shape, or any other three-dimensional shape.
  • the housing 12 may be made of a rigid body such as synthetic resin or metal, or may be made of an elastic body such as rubber.
  • the wall of the housing 12 is provided with a sound hole 121a (first sound hole) for guiding the acoustic signal AC1 (first acoustic signal) emitted from the driver unit 11 to the outside, and a sound hole 121b (second sound hole) for guiding the acoustic signal AC2 (first acoustic signal) emitted from the driver unit 11 to the outside.
  • the sound hole 121a and the sound hole 123a are, for example, through holes that penetrate the wall of the housing 12. However, this does not limit the acoustic signal output device 10. As long as the acoustic signals AC1 and AC2 can be output to the outside, the sound holes 121a and 123a do not have to be through holes. .
  • the acoustic signal AC1 emitted from the sound hole 121a reaches the ear canal of the listener and is heard by the listener.
  • an acoustic signal AC2 which is an inverse phase signal of the acoustic signal AC1 or an approximation of the inverse phase signal, is emitted from the sound hole 123a.
  • a part of this acoustic signal AC2 cancels out a part of the acoustic signal AC1 emitted from the sound hole 121a (sound leakage component).
  • the attenuation rate ⁇ 11 of the acoustic signal AC1 (first acoustic signal) at the position P2 (second point) based on the position P1 (first point) can be set to a predetermined value ⁇ th or less
  • the attenuation amount ⁇ 12 of the acoustic signal AC1 (first acoustic signal) at the position P2 (second point) based on the position P1 (first point) can be set to a predetermined value ⁇ th or more.
  • the position P1 (first point) is a predetermined point where the acoustic signal AC1 (first acoustic signal) emitted from the sound hole 121a (first sound hole) arrives.
  • the position P2 (second point) is a predetermined point that is farther away from the acoustic signal output device 10 than the position P1 (first point).
  • the predetermined value ⁇ th is a value smaller (lower) than the attenuation rate ⁇ 21 of an arbitrary or specific acoustic signal (sound) due to air propagation at a position P2 (second position) based on the position P1 (first position).
  • the predetermined value ⁇ th is a value larger than the attenuation amount ⁇ 22 of an arbitrary or specific acoustic signal (sound) due to air propagation at a position P2 (second position) based on the position P1 (first position). That is, the acoustic signal output device 10 is designed so that the attenuation rate ⁇ 11 is equal to or smaller than a predetermined value ⁇ th smaller than the attenuation rate ⁇ 21 , or the attenuation amount ⁇ 12 is equal to or larger than a predetermined value ⁇ th larger than the attenuation amount ⁇ 22.
  • the acoustic signal AC1 is propagated through the air from the position P1 to the position P2, and is attenuated due to this air propagation and the acoustic signal AC2.
  • the attenuation rate ⁇ 11 is the ratio (AMP2 (AC1)/AMP1(AC1)) of the magnitude AMP2 (AC1) of the acoustic signal AC1 at position P2 attenuated due to air propagation and acoustic signal AC2 to the magnitude AMP1 (AC1) of the acoustic signal AC1 at position P1.
  • the attenuation amount ⁇ 12 is the difference (
  • any or a specific acoustic signal ACar propagated through the air from position P1 to position P2 is attenuated due to air propagation, not due to the acoustic signal AC2.
  • the attenuation rate ⁇ 21 is the ratio ( AMP2(ACar)/AMP1 ( ACar )) of the magnitude AMP2 ( ACar ) of the acoustic signal ACar at position P2 attenuated due to air propagation (attenuation without being due to the acoustic signal AC2) to the magnitude AMP1( ACar ) of the acoustic signal ACar at position P1.
  • the attenuation amount ⁇ 22 is the difference (
  • the magnitude of the acoustic signal include the sound pressure of the acoustic signal or the energy of the acoustic signal.
  • the "sound leakage component" means, for example, a component of the acoustic signal AC1 emitted from the sound hole 121a that is likely to reach an area other than that of the listener wearing the acoustic signal output device 10 (for example, a person other than the listener wearing the acoustic signal output device 10).
  • the "sound leakage component” means a component of the acoustic signal AC1 that propagates in a direction other than the D1 direction.
  • the direct wave of the acoustic signal AC1 is mainly emitted from the sound hole 121a
  • the direct wave of the second acoustic signal is mainly emitted from the second sound hole.
  • a part of the direct wave of the acoustic signal AC1 emitted from the sound hole 121a (sound leakage component) is offset by interference with at least a part of the direct wave of the acoustic signal AC2 emitted from the sound hole 123a.
  • this does not limit the acoustic signal output device 10, and this offsetting can occur with other than direct waves.
  • the sound leakage component which is at least one of the direct wave and the reflected wave of the acoustic signal AC1 emitted from the sound hole 121a, may be cancelled out by at least one of the direct wave and the reflected wave of the acoustic signal AC2 emitted from the sound hole 123a. This makes it possible to suppress sound leakage.
  • the following shows an example of the arrangement of sound holes 121a and 123a.
  • Sound hole 121a (first sound hole) is provided in area AR1 (first area) of wall 121 arranged on one side of driver unit 11 (the D1 direction side where acoustic signal AC1 is emitted) (see Figures 1, 2A, 2B, and 3B). That is, sound hole 121a opens facing the D1 direction (first direction) along axis A1. Also, sound hole 123a (second sound hole) is provided in area AR3 of wall 123 adjacent to area AR between area AR1 (first area) of wall 121 of housing 12 and area AR2 (second area) of wall 122 arranged on the D2 direction side of driver unit 11 (the other side where acoustic signal AC2 is emitted).
  • the sound hole 121a first sound hole
  • the sound hole 123a second sound hole
  • the housing 12 has a first end face which is a wall portion 121 arranged on one side (D1 direction side) of the driver unit 11, a second end face which is a wall portion 122 arranged on the other side (D2 direction side) of the driver unit 11, and a side face which is a wall portion 123 which surrounds the space between the first end face and the second end face and is centered on an axis A1 along the emission direction (D1 direction) of the acoustic signal AC1 passing through the first end face and the second end face (see FIG. 2B and FIG. 3B), the sound hole 121a (first sound hole) is provided on the first end face, and the sound hole 123a (second sound hole) is provided on the side face.
  • no sound hole is provided on the wall portion 122 side of the housing 12. If a sound hole is provided on the wall portion 122 side of the housing 12, the sound pressure level of the acoustic signal AC2 emitted from the housing 12 exceeds the level required to offset the sound leakage component of the acoustic signal AC1, and the excess is perceived as sound leakage.
  • the sound hole 121a is disposed on or near the axis A1 along the emission direction (D1 direction) of the acoustic signal AC1.
  • the axis A1 passes through the center or near the center of the area AR1 (first area) of the wall 121 disposed on one side (D1 direction side) of the driver unit 11 of the housing 12.
  • the axis A1 is an axis extending in the D1 direction through the central area of the housing 12. That is, the sound hole 121a is provided at the central position of the area AR1 of the wall 121 of the housing 12.
  • the edge shape of the open end of the sound hole 121a is a circle (the open end is circular).
  • the radius of such a sound hole 121a is, for example, 3.5 mm.
  • this does not limit the acoustic signal output device 10.
  • the edge shape of the open end of the sound hole 121a may be other shapes such as an ellipse, a rectangle, a triangle, etc.
  • the open end of the sound hole 121a may be in a mesh pattern. In other words, the open end of the sound hole 121a may be composed of multiple holes.
  • one sound hole 121a is provided in the area AR1 (first area) of the wall 121 of the housing 12.
  • this does not limit the acoustic signal output device 10.
  • two or more sound holes 121a may be provided in the area AR1 (first area) of the wall 121 of the housing 12.
  • the sound hole 123a (second sound hole) be positioned taking into consideration the following points, for example:
  • Sound hole 123a is positioned so that the propagation path of the sound leakage component of sound signal AC1 to be cancelled overlaps with the propagation path of sound signal AC2 emitted from sound hole 123a.
  • the propagation area of the acoustic signal AC2 emitted from the sound hole 123a and the frequency characteristics of the housing 12 vary depending on the opening area of the sound hole 123a. Furthermore, the frequency characteristics of the housing 12 affect the frequency characteristics of the acoustic signal AC2 emitted from the sound hole 123a, i.e., the amplitude at each frequency. Taking into consideration the propagation area and frequency characteristics of the acoustic signal AC2 emitted from the sound hole 123a, the opening area of the sound hole 123a is determined so that in the area where the sound leakage components are to be cancelled out, the sound leakage components are cancelled out by the acoustic signal AC2 emitted from the sound hole 123a.
  • the sound hole 123a (second sound hole) be configured as follows, for example.
  • the sound holes 123a are provided along a circumference (circle) C1 centered on the axis A1 along the emission direction of the acoustic signal AC1 (first acoustic signal).
  • the acoustic signal AC2 is emitted radially (radially centered on the axis A1) from the sound holes 123a to the outside.
  • the sound leakage component of the acoustic signal AC1 is also emitted radially (radially centered on the axis A1) from the sound hole 121a to the outside.
  • the sound leakage component of the acoustic signal AC1 can be appropriately canceled by the acoustic signal AC2.
  • an example is shown in which multiple sound holes 123a are provided on the circumference C1.
  • the multiple sound holes 123a are provided along the circumference C1, and it is not necessary that all of the sound holes 123a are positioned strictly on the circumference C1.
  • the sum of the opening areas of the sound holes 123a (second sound holes) provided along a first arc region, which is any of the unit arc regions, is the same or approximately the same as the sum of the opening areas of the sound holes 123a (second sound holes) provided along a second arc region, which is any of the unit arc regions excluding the first arc region.
  • the sum of the opening areas of the sound holes 123a (second sound holes) provided along a first arc region which is any of the unit arc regions
  • the sum of the opening areas of the sound holes 123a (second sound holes) provided along a second arc region which is any of the unit arc regions excluding the first arc region.
  • the sum of the opening areas of the sound holes 123a (second sound holes) provided along a first arc region (for example, unit arc region C1-1) that is one of the unit arc regions C1-1, ..., C1-4 is the same or approximately the same as the sum of the opening areas of the sound holes 123a (second sound holes) provided along a second arc region (for example, unit arc region C1-2) that is one of the unit arc regions excluding the first arc region.
  • the sound pressure distribution of the acoustic signal AC2 emitted from the sound hole 123a provided along the first arc region and the sound pressure distribution of the acoustic signal AC2 emitted from the sound hole 123a provided along the second arc region are point symmetric or approximately point symmetric with respect to the axis A1.
  • the sums of the opening areas of the sound holes 123a (second sound holes) provided along each unit arc region are all the same or approximately the same.
  • the sound pressure distribution of the acoustic signal AC2 emitted from the sound hole 123a is point symmetric or approximately point symmetric with respect to the axis A1.
  • the sound leakage component of the acoustic signal AC1 can be more appropriately canceled out by the acoustic signal AC2.
  • the multiple sound holes 123a are arranged along the circumference C1 with the same shape, size, and spacing.
  • multiple sound holes 123a with a width of 4 mm and a height of 3.5 mm are arranged along the circumference C1 with the same shape, size, and spacing.
  • the sound leakage components of the acoustic signal AC1 can be more appropriately cancelled out by the acoustic signal AC2.
  • sound hole 123a (second sound hole) is provided in a wall portion adjacent to area AR located on the other side (D2 direction side) of driver unit 11 (see FIG. 3B). This allows the direct wave of acoustic signal AC2 emitted from the other side of driver unit 11 to be efficiently guided to the outside from sound hole 123a. As a result, the sound leakage component of acoustic signal AC1 can be more appropriately cancelled out by acoustic signal AC2.
  • the edge of the open end of the sound hole 123a is rectangular (the open end is square), but this does not limit the acoustic signal output device 10.
  • the edge of the open end of the sound hole 123a may be circular, elliptical, triangular, or other shapes.
  • the open end of the sound hole 123a may also be mesh-like.
  • the open end of the sound hole 123a may be composed of multiple holes.
  • There is also no limit to the number of sound holes 123a and a single sound hole 123a may be provided in the area AR3 of the wall 123 of the housing 12, or multiple sound holes 123a may be provided.
  • the ratio S2 / S1 of the sum S2 of the opening areas of the sound holes 123a (second sound holes) to the sum S1 of the opening areas of the sound holes 121a (first sound holes) satisfies 2/3 ⁇ S2 / S1 ⁇ 4. This allows the sound leakage component of the acoustic signal AC1 to be appropriately cancelled out by the acoustic signal AC2.
  • the sound leakage suppression performance may also depend on the ratio between the area of the wall 123 in which the sound hole 123a is provided and the opening area of the sound hole 123a.
  • the housing 12 has a first end face which is the wall 121 arranged on one side (D1 direction side) of the driver unit 11, a second end face which is the wall 122 arranged on the other side (D2 direction side) of the driver unit 11, and a side face which is the wall 123 surrounding the space between the first end face and the second end face around the axis A1 along the emission direction (D1 direction) of the acoustic signal AC1 passing through the first end face and the second end face, and the sound hole 121a (first sound hole) is provided on the first end face, and the sound hole 123a (second sound hole) is provided on the side face (see FIG.
  • the ratio S2 / S3 of the sum S2 of the opening areas of the sound holes 123a to the total area S3 of the side surfaces is 1/20 ⁇ S2 / S3 ⁇ 1/5. This allows the sound leakage component of the acoustic signal AC1 to be appropriately cancelled by the acoustic signal AC2. However, this does not limit the acoustic signal output device 10.
  • Fig. 5 to Fig. 7 are all diagrams showing the configuration of the headphone device 20, with Fig. 5 being a front view of the headphone device 20 seen from the front, Fig. 6 being a side view of the headphone device 20 seen from the left side, and Fig. 7 being a top view of the headphone device 20 seen from above.
  • the headphone device 20 includes a right headphone 21R, a left headphone 21L, and a headband 22.
  • the headphone device 20 is configured such that the right headphone 21R and the left headphone 21L are connected to the left and right ends of the headband 22.
  • Both the right headphone 21R and the left headphone 21L have an acoustic signal output device array 211.
  • the acoustic signal output device array 211 includes a plurality of acoustic signal output devices 212 arranged to surround the pinna of the listener (see Fig. 6).
  • the acoustic signal output device 212 is an acoustic signal output device that realizes local reproduction based on a dipole sound source, and is, for example, the acoustic signal output device 10 described in ⁇ Technical Background>. Therefore, the acoustic signal output device array 211 is configured to reproduce a sound field based on the Rayleigh integral of the second kind in the vicinity of the pinna.
  • the acoustic signal output device array 211 is configured as a frame-like structure surrounding the auricle, which serves as the framework of the headphone device 20, and multiple acoustic signal output devices 212 may be provided on the frame so as to surround the auricle (see FIG. 8).
  • the headphone device 20 becomes an open-type headphone, which allows the headphone device 20 to take in sounds around the listener without blocking them, and allows the listener to easily hear sounds that warn of danger, such as horns, warning sounds, and alarms, even when the headphone device 20 is used outdoors.
  • the input signal of the acoustic signal output device 212 included in the acoustic signal output device array 211 may be a signal picked up by a sound pressure type microphone arranged at a position corresponding to the position of the acoustic signal output device 212, out of signals picked up using a microphone array including a plurality of sound pressure type microphones arranged at positions corresponding to the positions of the acoustic signal output devices 212 included in the acoustic signal output device array 211.
  • the input signal of the acoustic signal output device 212 included in the acoustic signal output device array 211 may be a sound pressure signal at a position corresponding to the position of the acoustic signal output device 212 included in the acoustic signal output device array 211, calculated using the boundary element method.
  • FIG. 6 illustrates an acoustic signal output device array 211 in which multiple acoustic signal output devices 212 are arranged in a circle
  • the arrangement shape does not necessarily have to be circular, and may be elliptical, rectangular, or even other shapes. In other words, it is sufficient that the multiple acoustic signal output devices 212 are arranged so as to surround the auricle.
  • an acoustic signal output device 212 that has a substantially cylindrical housing with both end faces (hereinafter, the end face on the auricle side is referred to as the first end face, and the end face opposite the auricle side is referred to as the second end face) like the acoustic signal output device 10 in Fig.
  • the auricle side sound hole for emitting a desired acoustic signal (hereinafter, referred to as the first acoustic signal) on the first end face
  • a sound hole for emitting an acoustic signal of substantially opposite phase to the acoustic signal (an opposite phase acoustic signal or an approximate signal thereof, hereinafter, referred to as the second acoustic signal) on the second end face.
  • each acoustic signal output device 212 included in the acoustic signal output device array 211 is arranged so that the first acoustic signal arrives with a focus on either a point near the entrance of the ear canal, a point on the eardrum, or a point between the entrance of the ear canal and the eardrum (see Fig. 9A), thereby making it possible to reduce the sound emitted from each acoustic signal output device 212 included in the acoustic signal output device array 211 and to further suppress sound leakage.
  • the first end face on which the sound hole on the pinna side is provided may be arranged to face the entrance of the ear canal, and the sound hole on the pinna side may be arranged so as to be eccentric on the first end face (see FIG. 9B). Also, when the sound hole on the side opposite the pinna side is provided on the second end face, the sound hole may be arranged so as to be eccentric on the second end face (see FIG. 9C).
  • the present invention it is possible to reproduce sound so that it cannot be heard by anyone other than the listener, thereby suppressing sound leakage.
  • multiple acoustic signal output devices that realize localized reproduction based on a dipole sound source, it is possible to localize the sound field at any position.

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Abstract

受聴者以外の者には聞こえないように音を再生する、複数の音響信号出力装置を用いたヘッドホン装置を提供することを目的とする。耳介の近傍に第二種レイリー積分に基づく音場を再現するように構成された音響信号出力装置アレーを含むヘッドホン装置であって、音響信号出力装置アレーは耳介を取り囲むように配置された複数の、ダイポール音源に基づく局所再生を実現する音響信号出力装置を含む。

Description

ヘッドホン装置、音響信号出力方法
　本発明は、複数の音響信号出力装置を用いて構成されるヘッドホン装置に関する。
　音場を制御しようとするとき、複数のスピーカから構成されるスピーカアレイがしばしば用いられる。例えば非特許文献１では、音場を再現したい閉空間を取り囲むように複数のスピーカを設置し音場を制御する。より詳しくは、当該閉空間の境界における音圧と粒子速度（音圧勾配）を制御し、キルヒホッフ－ヘルムホルツ(Kirchhoff-Helmholtz)積分方程式に従って当該閉空間の音場を制御する。
伊勢史郎，"キルヒホッフ－ヘルムホルツ積分方程式と逆システム理論に基づく音場制御の原理，" 日本音響学会誌，Vol.53, No.9, pp.706-713, 1997.
　しかし、非特許文献１に記載の方法では、閉空間以外の空間すなわち閉空間の外側の空間における音場の制御に関しては何ら保証がないため、音圧が上昇し、音漏れが発生することがある。このことは、非特許文献１に記載の方法をヘッドホンに適用した場合であっても同じであり、この場合、スピーカに相当する音響信号出力装置を複数備えるヘッドホンで再生される音が受聴者以外の者にも聞こえてしまうことになる。
　そこで本発明では、受聴者以外の者には聞こえないように音を再生する、複数の音響信号出力装置を用いたヘッドホン装置を提供することを目的とする。
　本発明の一態様は、耳介の近傍に第二種レイリー積分に基づく音場を再現するように構成された音響信号出力装置アレーを含む。
　本発明の一態様は、耳介を取り囲むように配置された複数の、ダイポール音源に基づく局所再生を実現する音響信号出力装置を含む音響信号出力装置アレーを含む。
　本発明によれば、受聴者以外の者には聞こえないように音を再生することが可能となり、音漏れが抑制される。
図１は音響信号出力装置１０の構成を例示した透過斜視図である。 図２Ａは音響信号出力装置１０の構成を例示した透過平面図である。図２Ｂは音響信号出力装置１０の構成を例示した透過正面図である。図２Ｃは音響信号出力装置１０の構成を例示した底面図である。 図３Ａは図２Ｂの２ＢＡ－２ＢＡ端面図である。図３Ｂは図２Ａの２Ａ－２Ａ端面図である。図３Ｃは図２Ｂの２ＢＣ－２ＢＣ端面図である。 図４は音孔の配置を例示するための概念図である。 図５はヘッドホン装置２０の構成を例示した正面図である。 図６はヘッドホン装置２０の構成を例示した側面図である。 図７はヘッドホン装置２０の構成を例示した上面図である。 図８は音響信号出力装置アレー２１１のフレームを例示した図である。 図９Ａは音響信号出力装置アレー２１１に含まれる複数の音響信号出力装置２１２の耳介側の音孔から放出された音響信号が焦点を形成する様子を示した図である。図９Ｂは音響信号出力装置２１２の第１端面において耳介側の音孔が偏心している様子を示す図である。図９Ｃは音響信号出力装置２１２の第２端面において耳介側と反対側の音孔が偏心している様子を示す図である。
　以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、同じ機能を有する構成部には同じ番号を付し、重複説明を省略する。
＜技術的背景＞
　本発明の実施形態では、ダイポール音源に基づく局所再生を実現する音響信号出力装置を用いる。ここで、ダイポール音源に基づく局所再生とは、音源の近傍のみ音圧が高く、当該音源から離れると音圧が急激に低くなるというダイポール音源の特徴を利用した再生のことである。当該音響信号出力装置を複数用いた再生方法は、理論的にはキルヒホッフ－ヘルムホルツ積分方程式から導出される第二種レイリー(Rayleigh)積分に基づく音場の再現に相当するものである（参考非特許文献１参照）。また、当該再生方法では、各音響信号出力装置の近傍のみ音圧が高いため、各音響信号出力装置から漏れる音が干渉することがなく、干渉による音漏れの増幅を防ぐことができる。そのため、当該再生方法は、周囲への音漏れが少ないという特徴がある。
（参考非特許文献１：安藤彰男，“物理音響モデルに基づく音響システムの研究動向，”NHK技研R&D 2011年3月号 解説02，2011.）
　以下では、ダイポール音源に基づく局所再生と、ダイポール音源に基づく局所再生を実現する音響信号出力装置を複数用いた再生方法が第二種レイリー積分に基づく音場の再現に相当することについて説明する。
　まず、ダイポール音源に基づく局所再生について説明する。ダイポール音源は、正相の音源と逆相の音源とが隣接して配置されたものである。ダイポール音源が無限小の正負二重音源として記述される場合、周波数によらず正相の音源からの音と逆相の音源からの音とが相殺し、８の字の指向特性が得られる（参考非特許文献２参照）。しかし、実際には音源のサイズは有限であるため、回折し易い周波数が低い(つまり、波長が長い)音ほど相殺する領域は広くなる。ただし、正相の音源の近傍では、逆相の音源からの音の回折の過程で生じる距離減衰と位相差のため、正相の音源からの音と逆相の音源からの音との完全な相殺には至らない。このため、ダイポール音源を用いると局所再生が可能となる。なお、スピーカードライバーユニット単体も正負二重音源とみなすことができるため、１つのスピーカードライバーユニットを用いてダイポール音源に基づく局所再生を実現する音響信号出力装置を構成することができる。このような構成例については後述する。
（参考非特許文献２：西巻正郎，“改版電気音響振動学，” コロナ社，pp.58-59, 1980.）
　次に、ダイポール音源に基づく局所再生を実現する音響信号出力装置を複数用いた再生方法が第二種レイリー積分に基づく音場の再現に相当することについて説明する。参考非特許文献１によると、キルヒホッフ－ヘルムホルツ積分方程式は第一種レイリー積分と第二種レイリー積分に変形できる（参考非特許文献１の式(4)，(5)参照）。ここで音圧を速度ポテンシャルとして扱うこととすると、音圧の空間微分は粒子速度に相当する。境界となる平面S1が剛体である場合、平面S1上の粒子速度はゼロとなるため、第一種レイリー積分は消失する。また、参考非特許文献１の式(5)からわかるように、第二種レイリー積分は平面S1上で音圧とダイポール関数との積を積分するものであるが、実用上、第二種レイリー積分はダイポール音源を離散的に配置した場合における音圧とダイポール関数との積を加算したものとみなすことができる。したがって、ダイポール音源に基づく局所再生を実現する音響信号出力装置を複数用いた再生方法は、第二種レイリー積分に基づく音場の再現に相当するといえる。
＜＜ダイポール音源に基づく局所再生を実現する音響信号出力装置の構成例＞＞
［構成］
　音響信号出力装置１０は、ダイポール音源からの音響信号を出力する音響信号出力装置であり、例えば、受聴者の外耳道を密閉せずに装着される音響聴取用装置である開放型（オープンイヤー型）ヘッドホンに用いることができる。図１、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃに例示するように、音響信号出力装置１０は、再生装置から出力された出力信号（音響信号を表す電気信号）を音響信号に変換して出力するドライバーユニット１１と、ドライバーユニット１１を内部に収容している筐体１２とを有する。
［ドライバーユニット１１］
　ドライバーユニット（スピーカードライバーユニット）１１は、入力された出力信号に基づく音響信号ＡＣ１（第１音響信号）を一方側（Ｄ１方向側）へ放出（放音）し、音響信号ＡＣ１の逆位相信号（位相反転信号）または逆位相信号の近似信号である音響信号ＡＣ２（第２音響信号）を他方側（Ｄ２方向側）に放出する装置（スピーカー機能を持つ装置）である。すなわち、ドライバーユニット１１から一方側（Ｄ１方向側）へ放出される音響信号を音響信号ＡＣ１（第１音響信号）と呼び、ドライバーユニット１１から他方側（Ｄ２方向側）に放出される音響信号を音響信号ＡＣ２（第２音響信号）と呼ぶことにする。例えば、ドライバーユニット１１は、振動によって一方の面１１３ａから音響信号ＡＣ１をＤ１方向側に放出し、この振動によって他方の面１１３ｂから音響信号ＡＣ２をＤ２方向側に放出する振動板１１３を含む（図２Ｂ参照）。この例のドライバーユニット１１は、入力された出力信号に基づいて振動板１１３が振動することで、音響信号ＡＣ１を一方側の面１１１からＤ１方向側へ放出し、音響信号ＡＣ１の逆位相信号または逆位相信号の近似信号である音響信号ＡＣ２を他方側の側１１２からＤ２方向側へ放出する。すなわち、音響信号ＡＣ２は、音響信号ＡＣ１の放出に伴って副次的に放出されるものである。なお、Ｄ２方向（他方側）は、例えばＤ１方向（一方側）の逆方向であるが、Ｄ２方向が厳密にＤ１方向の逆方向である必要はなく、Ｄ２方向がＤ１方向と異なっていればよい。一方側（Ｄ１方向）と他方側（Ｄ２方向）との関係は、ドライバーユニット１１の方式や形状に依存する。また、ドライバーユニット１１の方式や形状によって、音響信号ＡＣ２が厳密に音響信号ＡＣ１の逆位相信号となる場合もあれば、音響信号ＡＣ２が音響信号ＡＣ１の逆位相信号の近似信号となる場合がある。例えば、音響信号ＡＣ１の逆位相信号の近似信号は、(1)音響信号ＡＣ１の逆位相信号の位相をシフトして得られる信号であってもよいし、(2)音響信号ＡＣ１の逆位相信号の振幅を変化（増幅または減衰）させて得られる信号であってもよいし、(3)音響信号ＡＣ１の逆位相信号の位相をシフトし、さらに振幅を変化させて得られる信号であってもよい。音響信号ＡＣ１の逆位相信号とその近似信号との位相差は、音響信号ＡＣ１の逆位相信号の一周期のδ１％以下であることが望ましい。δ１％の例は１％，３％，５％，１０％，２０％などである。また、音響信号ＡＣ１の逆位相信号の振幅とその近似信号の振幅との差分は、音響信号ＡＣ１の逆位相信号の振幅のδ2％以下であることが望ましい。δ2％の例は１％，３％，５％，１０％，２０％などである。なお、ドライバーユニット１１の方式としては、ダイナミック型、バランスドアーマチェア型、ダイナミック型とバランスドアーマチュア型のハイブリッド型、コンデンサー型などを例示できる。また、ドライバーユニット１１や振動板１１３の形状に限定はない。ここでは、説明の簡略化のため、ドライバーユニット１１の外形が両端面を持つ略円筒形状であり、振動板１１３が略円盤形状である例を示すが、これは音響信号出力装置１０を限定するものではない。例えば、ドライバーユニット１１の外形が直方体形状などであってもよいし、振動板１１３がドーム形状などであってもよい。また、音響信号の例は、音楽、音声、効果音、環境音などの音である。
　ここで、音響信号ＡＣ１、音響信号ＡＣ２がそれぞれ正相の音源からの音響信号、逆相の音源からの音響信号であることに留意する。
［筐体１２］
　筐体１２は、外側に壁部を持つ中空の部材であり、内部にドライバーユニット１１を収納している。例えば、ドライバーユニット１１は、筐体１２内部のＤ１方向側の端部に固定されている。しかし、これは音響信号出力装置１０を限定するものではない。筐体１２の形状にも限定はないが、例えば、筐体１２の形状が、Ｄ１方向に沿って伸びる軸線Ａ１を中心とした回転対称（線対称）または略回転対称であることが望ましい。これにより、筐体１２から放出される音のエネルギーの方向ごとのばらつきが小さくなるように音孔１２３ａ（詳細は後述）を設けることが容易となる。その結果、各方向に均一に音漏れを軽減することが容易になる。例えば、筐体１２は、ドライバーユニット１１の一方側（Ｄ１方向側）に配置された壁部１２１である第１端面と、ドライバーユニット１１の他方側（Ｄ２方向側）に配置された壁部１２２である第２端面と、第１端面と第２端面とで挟まれた空間を、第１端面と第２端面とを通る軸線Ａ１を中心に取り囲む壁部１２３である側面とを有する（図２Ｂ及び図３Ｂ参照）。ここでは、説明の簡略化のため、筐体１２が両端面を持つ略円筒形状である例を示す。例えば、壁部１２１と壁部１２２との間隔が１０ｍｍであり、壁部１２１，１２２が半径１０ｍｍの円形である。しかし、これらは一例であって音響信号出力装置１０を限定するものではない。例えば、筐体１２が、端部に壁部を持つ略ドーム型形状であってもよいし、中空の略立方体形状であってもよいし、その他の立体形状であってもよい。また、筐体１２を構成する材質にも限定はない。筐体１２が合成樹脂や金属などの剛体によって構成されていてもよいし、ゴムなどの弾性体によって構成されていてもよい。
［音孔１２１ａ，１２３ａ］
　筐体１２の壁部には、ドライバーユニット１１から放出された音響信号ＡＣ１（第１音響信号）を外部に導出する音孔１２１ａ（第１音孔）と、ドライバーユニット１１から放出された音響信号ＡＣ２（第２音響信号）を外部に導出する音孔１２３ａ（第２音孔）とが設けられている。音孔１２１ａおよび音孔１２３ａは、例えば、筐体１２の壁部を貫通する貫通孔であるが、これは音響信号出力装置１０を限定するものではない。音響信号ＡＣ１および音響信号ＡＣ２をそれぞれ外部に導出できるのであれば、音孔１２１ａおよび音孔１２３ａが貫通孔でなくてもよい。
　音孔１２１ａから放出された音響信号ＡＣ１は受聴者の外耳道に届き、受聴者に聴取される。一方、音孔１２３ａからは、音響信号ＡＣ１の逆位相信号または逆位相信号の近似信号である音響信号ＡＣ２が放出される。この音響信号ＡＣ２の一部は、音孔１２１ａから放出された音響信号ＡＣ１の一部（音漏れ成分）を相殺する。すなわち、音孔１２１ａ（第１音孔）から音響信号ＡＣ１（第１音響信号）が放出され、音孔１２３ａ（第２音孔）から音響信号ＡＣ２（第２音響信号）が放出されることで、位置Ｐ１（第１地点）を基準とした位置Ｐ２（第２地点）での音響信号ＡＣ１（第１音響信号）の減衰率η１１を予め定めた値ηｔｈ以下とすることができたり、位置Ｐ１（第１地点）を基準とした位置Ｐ２（第２地点）での音響信号ＡＣ１（第１音響信号）の減衰量η１２を予め定めた値ωｔｈ以上とできたりする。ここで、位置Ｐ１（第１地点）は、音孔１２１ａ（第１音孔）から放出された音響信号ＡＣ１（第１音響信号）が到達する予め定められた地点である。一方、位置Ｐ２（第２地点）は、音響信号出力装置１０からの距離が位置Ｐ１（第１地点）よりも遠い予め定められた地点である。予め定めた値ηｔｈは、位置Ｐ１（第１地点）を基準とした位置Ｐ２（第２地点）での任意または特定の音響信号（音）の空気伝搬による減衰率η２１よりも小さい値（低い値）である。また、予め定めた値ωｔｈは、位置Ｐ１（第１地点）を基準とした位置Ｐ２（第２地点）での任意または特定の音響信号（音）の空気伝搬による減衰量η２２よりも大きい値である。すなわち、音響信号出力装置１０は、減衰率η１１が、減衰率η２１よりも小さい予め定めた値ηｔｈ以下となるように設計されているか、または、減衰量η１２が、減衰量η２２よりも大きい予め定めた値ωｔｈ以上となるように設計されている。なお、音響信号ＡＣ１は位置Ｐ１から位置Ｐ２まで空気伝搬され、この空気伝搬と音響信号ＡＣ２とに起因して減衰する。減衰率η１１は、位置Ｐ１での音響信号ＡＣ１の大きさＡＭＰ１（ＡＣ１）に対する、空気伝搬と音響信号ＡＣ２とに起因して減衰した位置Ｐ２での音響信号ＡＣ１の大きさＡＭＰ２（ＡＣ１）の比率（ＡＭＰ２（ＡＣ１）／ＡＭＰ１（ＡＣ１））である。また、減衰量η１２は、大きさＡＭＰ１（ＡＣ１）と大きさＡＭＰ２（ＡＣ１）との差分（｜ＡＭＰ１（ＡＣ１）－ＡＭＰ２（ＡＣ１）｜）である。一方、音響信号ＡＣ２を想定しない場合、位置Ｐ１から位置Ｐ２まで空気伝搬される任意または特定の音響信号ＡＣａｒは、音響信号ＡＣ２に起因することなく、空気伝搬に起因して減衰する。減衰率η２１は、位置Ｐ１での音響信号ＡＣａｒの大きさＡＭＰ１（ＡＣａｒ）に対する、空気伝搬に起因して減衰（音響信号ＡＣ２に起因することなく減衰）した位置Ｐ２での音響信号ＡＣａｒの大きさＡＭＰ２（ＡＣａｒ）の比率（ＡＭＰ２（ＡＣａｒ）／ＡＭＰ１（ＡＣａｒ））である。また、減衰量η２２は、大きさＡＭＰ１（ＡＣａｒ）と大きさＡＭＰ２（ＡＣａｒ）との差分（｜ＡＭＰ１（ＡＣａｒ）－ＡＭＰ２（ＡＣａｒ）｜）である。なお、音響信号の大きさの例は、音響信号の音圧または音響信号のエネルギーなどである。また「音漏れ成分」とは、例えば、音孔１２１ａから放出された音響信号ＡＣ１のうち、音響信号出力装置１０を装着した受聴者以外の領域（例えば、音響信号出力装置１０を装着した受聴者以外のヒト）に到来する可能性が高い成分を意味する。例えば、「音漏れ成分」は、音響信号ＡＣ１のうち、Ｄ１方向以外の方向に伝搬する成分を意味する。例えば、音孔１２１ａからは主に音響信号ＡＣ１の直接波が放出され、第２音孔からは主に第２音響信号の直接波が放出される。音孔１２１ａから放出された音響信号ＡＣ１の直接波の一部（音漏れ成分）は、音孔１２３ａから放出された音響信号ＡＣ２の直接波の少なくとも一部と干渉することで相殺される。ただし、これは音響信号出力装置１０を限定するものではなく、この相殺は直接波以外でも生じ得る。すなわち、音孔１２１ａから放出された音響信号ＡＣ１の直接波および反射波の少なくとも一方である音漏れ成分が、音孔１２３ａから放出された音響信号ＡＣ２の直接波および反射波の少なくとも一方によって相殺されることがある。これにより、音漏れを抑制できる。
　音孔１２１ａ，１２３ａの配置構成を例示する。
　音孔１２１ａ（第１音孔）は、ドライバーユニット１１の一方側（音響信号ＡＣ１が放出される側であるＤ１方向側）に配置された壁部１２１の領域ＡＲ１（第１領域）に設けられている（図１、図２Ａ、図２Ｂ、図３Ｂ参照）。すなわち、音孔１２１ａは軸線Ａ１に沿ったＤ１方向（第１方向）を向いて開口している。また、音孔１２３ａ（第２音孔）は、筐体１２の壁部１２１の領域ＡＲ１（第１領域）とドライバーユニット１１のＤ２方向側（音響信号ＡＣ２が放出される側である他方側）に配置された壁部１２２の領域ＡＲ２（第２領域）との間の領域ＡＲに接する壁部１２３の領域ＡＲ３に設けられている。すなわち、筐体１２の中央を基準とし、Ｄ１方向（第１方向）とＤ１方向の逆方向との間の方向をＤ１２方向（第２方向）とすると（図３Ｂ参照）、音孔１２１ａ（第１音孔）は、筐体１２のＤ１方向側（第１方向側）に設けられており、音孔１２３ａ（第２音孔）は、筐体１２のＤ１２方向側（第２方向側）に設けられている。例えば、筐体１２が、ドライバーユニット１１の一方側（Ｄ１方向側）に配置された壁部１２１である第１端面と、ドライバーユニット１１の他方側（Ｄ２方向側）に配置された壁部１２２である第２端面と、第１端面と第２端面とで挟まれた空間を、第１端面と第２端面とを通る音響信号ＡＣ１の放出方向（Ｄ１方向）に沿った軸線Ａ１を中心に取り囲む壁部１２３である側面とを有する場合（図２Ｂ、図３Ｂ参照）、音孔１２１ａ（第１音孔）は第１端面に設けられており、音孔１２３ａ（第２音孔）は側面に設けられている。また、筐体１２の壁部１２２側には音孔を設けない。筐体１２の壁部１２２側に音孔を設けると、筐体１２から放出される音響信号ＡＣ２の音圧レベルが音響信号ＡＣ１の音漏れ成分を相殺するために必要なレベルを超えてしまい、その過剰分が音漏れとして知覚されてしまうからである。
　図２Ａ等に例示するように、音孔１２１ａは、音響信号ＡＣ１の放出方向（Ｄ１方向）に沿った軸線Ａ１上またはその近傍に配置されている。軸線Ａ１は、筐体１２のドライバーユニット１１の一方側（Ｄ１方向側）に配置された壁部１２１の領域ＡＲ１（第１領域）の中央または当該中央の近傍を通る。例えば、軸線Ａ１は、筐体１２の中央領域を通ってＤ１方向に延びる軸線である。すなわち、音孔１２１ａは、筐体１２の壁部１２１の領域ＡＲ１の中央位置に設けられている。ここでは、説明の簡略化のため、音孔１２１ａの開放端の縁部の形状が円である（開放端が円形である）例を示す。このような音孔１２１ａの半径は、例えば３．５ｍｍである。しかし、これは音響信号出力装置１０を限定しない。例えば、音孔１２１ａの開放端の縁部の形状が楕円、四角形、三角形などその他の形状であってもよい。また、音孔１２１ａの開放端が網目状になっていてもよい。言い換えると、音孔１２１ａの開放端が複数の孔によって構成されていてもよい。また、ここでは、説明の簡略化のため、筐体１２の壁部１２１の領域ＡＲ１（第１領域）に１個の音孔１２１ａが設けられている例を示す。しかし、これは音響信号出力装置１０を限定しない。例えば、筐体１２の壁部１２１の領域ＡＲ１（第１領域）に２個以上の音孔１２１ａが設けられていてもよい。
　音孔１２３ａ（第２音孔）は、例えば、以下の観点を考慮した配置であることが望ましい。
(1)位置の観点：相殺しようとする音響信号ＡＣ１の音漏れ成分の伝搬経路に、音孔１２３ａから放出された音響信号ＡＣ２の伝搬経路が重なるように音孔１２３ａを配置する。
(2)面積の観点：音孔１２３ａの開口面積に応じ、音孔１２３ａから放出される音響信号ＡＣ２の伝搬領域および筐体１２の周波数特性が異なる。また、筐体１２の周波数特性は音孔１２３ａから放出される音響信号ＡＣ２の周波数特性、すなわち各周波数での振幅に影響を与える。このような音孔１２３ａから放出される音響信号ＡＣ２の伝搬領域および周波数特性を考慮し、音漏れ成分を相殺しようとする領域において、音漏れ成分が音孔１２３ａから放出される音響信号ＡＣ２によって相殺されるように、音孔１２３ａの開口面積を決定する。
　以上の観点から、例えば、音孔１２３ａ（第２音孔）は、以下のように構成されることが望ましい。
　例えば、図２Ｂ、図３Ａ、図３Ｃに例示するように、音孔１２３ａ（第２音孔）は、音響信号ＡＣ１（第１音響信号）の放出方向に沿った軸線Ａ１を中心とした円周（円）Ｃ１に沿って複数設けられていることが望ましい。複数の音孔１２３ａを円周Ｃ１に沿って設けた場合、音響信号ＡＣ２は音孔１２３ａから外部に放射状（軸線Ａ１を中心とした放射状）に放出される。ここで、音響信号ＡＣ１の音漏れ成分も音孔１２１ａから外部に放射状（軸線Ａ１を中心とした放射状）に放出される。そのため、複数の音孔１２３ａを円周Ｃ１に沿って設けることで、音響信号ＡＣ２によって音響信号ＡＣ１の音漏れ成分を適切に相殺できる。ここでは、説明の簡略化のため、複数の音孔１２３ａが円周Ｃ１上に設けられている例を示す。しかし、複数の音孔１２３ａは円周Ｃ１に沿って設けられていればよく、必ずしも、すべての音孔１２３ａが厳密に円周Ｃ１上に配置されていなくてもよい。
　また好ましくは、円周Ｃ１が複数の単位円弧領域に等分された場合に、単位円弧領域の何れかである第１円弧領域に沿って設けられている音孔１２３ａ（第２音孔）の開口面積の総和は、第１円弧領域を除く単位円弧領域の何れかである第２円弧領域に沿って設けられている音孔１２３ａ（第２音孔）の開口面積の総和と同一または略同一である。例えば、図４に例示するように、円周Ｃ１が４個の単位円弧領域Ｃ１－１，…，Ｃ１－４に等分された場合、単位円弧領域Ｃ１－１，…，Ｃ１－４の何れかである第１円弧領域（例えば、単位円弧領域Ｃ１－１）に沿って設けられている音孔１２３ａ（第２音孔）の開口面積の総和は、第１円弧領域を除く単位円弧領域の何れかである第２円弧領域（例えば、単位円弧領域Ｃ１－２）に沿って設けられている音孔１２３ａ（第２音孔）の開口面積の総和と同一または略同一である。なお、ここでは説明の簡略化のために、円周Ｃ１が４個の単位円弧領域Ｃ１－１，…，Ｃ１－４に等分された例を示したが、これは音響信号出力装置１０を限定するものではない。また、「α１とα２とが略同一」とは、α１とα２との差分がα１のβ％以下であることを意味する。β％の例は３％，５％，１０％などである。これにより、第１円弧領域に沿って設けられている音孔１２３ａから放出される音響信号ＡＣ２の音圧分布と、第２円弧領域に沿って設けられている音孔１２３ａから放出される音響信号ＡＣ２の音圧分布とが、軸線Ａ１に対して点対称または略点対称となる。好ましくは、各単位円弧領域に沿って設けられている音孔１２３ａ（第２音孔）の開口面積の単位円弧領域ごとの総和は、全て同一または略同一である。これにより、音孔１２３ａから放出される音響信号ＡＣ２の音圧分布が軸線Ａ１に対して点対称または略点対称となる。これにより、音響信号ＡＣ２によって音響信号ＡＣ１の音漏れ成分をより適切に相殺できる。
　より好ましくは、複数の音孔１２３ａは、同一形状、同一サイズ、同一間隔で円周Ｃ１に沿って設けられていることが望ましい。例えば、横幅４ｍｍ、高さ３．５ｍｍの複数の音孔１２３ａの同一形状、同一サイズ、同一間隔で円周Ｃ１に沿って設けられている。複数の音孔１２３ａが、同一形状、同一サイズ、同一間隔で円周Ｃ１に沿って設けられている場合、音響信号ＡＣ２によって音響信号ＡＣ１の音漏れ成分をより適切に相殺できる。しかし、これは音響信号出力装置１０を限定するものではない。
　また好ましくは、音孔１２３ａ（第２音孔）は、ドライバーユニット１１の他方側（Ｄ２方向側）に位置する領域ＡＲに接する壁部に設けられている（図３Ｂ参照）。これにより、ドライバーユニット１１の他方側から放出される音響信号ＡＣ２の直接波が効率よく音孔１２３ａから外部へ導出される。その結果、音響信号ＡＣ２によって音響信号ＡＣ１の音漏れ成分をより適切に相殺できる。
　ここでは、説明の簡略化のため、音孔１２３ａの開放端の縁部の形状が四角形である場合（開放端が方形である場合）を例示するが、これは音響信号出力装置１０を限定しない。例えば、音孔１２３ａの開放端の縁部の形状が円、楕円、三角形などその他の形状であってもよい。また、音孔１２３ａの開放端が網目状になっていてもよい。言い換えると、音孔１２３ａの開放端が複数の孔によって構成されていてもよい。また、音孔１２３ａの個数にも限定はなく、筐体１２の壁部１２３の領域ＡＲ３に単数の音孔１２３ａが設けられていてもよいし、複数の音孔１２３ａが設けられていてもよい。
　音孔１２１ａ（第１音孔）の開口面積の総和Ｓ１に対する音孔１２３ａ（第２音孔）の開口面積の総和Ｓ２比率Ｓ２／Ｓ１は、２／３≦Ｓ２／Ｓ１≦４を満たすことが望ましい。これにより、音響信号ＡＣ１の音漏れ成分を音響信号ＡＣ２によって適切に相殺できる。
　音漏れ抑制性能は、音孔１２３ａが設けられている壁部１２３の面積と音孔１２３ａの開口面積との比率にも依存する場合がある。例えば、筐体１２が、ドライバーユニット１１の一方側（Ｄ１方向側）に配置された壁部１２１である第１端面と、ドライバーユニット１１の他方側（Ｄ２方向側）に配置された壁部１２２である第２端面と、第１端面と第２端面とで挟まれた空間を、第１端面と第２端面とを通る音響信号ＡＣ１の放出方向（Ｄ１方向）に沿った軸線Ａ１を中心に取り囲む壁部１２３である側面とを有し、音孔１２１ａ（第１音孔）が第１端面に設けられており、音孔１２３ａ（第２音孔）が側面に設けられている場合を想定する（図２Ｂ、図３Ｂ参照）。このような場合、側面の総面積Ｓ３に対する音孔１２３ａの開口面積の総和Ｓ２の比率Ｓ２／Ｓ３は、１／２０≦Ｓ２／Ｓ３≦１／５であることが望ましい。これにより、音響信号ＡＣ１の音漏れ成分を音響信号ＡＣ２によって適切に相殺できる。しかし、これは音響信号出力装置１０を限定するものではない。
＜第１実施形態＞
　以下、図５～図７を参照してヘッドホン装置２０を説明する。図５～図７はいずれもヘッドホン装置２０の構成を示す図であり、図５はヘッドホン装置２０を正面から見た正面図、図６はヘッドホン装置２０を左側面から見た側面図、図７はヘッドホン装置２０を上から見た上面図である。図５に示すようにヘッドホン装置２０は、右ヘッドホン２１Ｒと、左ヘッドホン２１Ｌと、ヘッドバンド２２を含む。ヘッドホン装置２０は、ヘッドバンド２２の左右の先端部に右ヘッドホン２１Ｒと左ヘッドホン２１Ｌが連結された構成となっている。右ヘッドホン２１Ｒ、左ヘッドホン２１Ｌは、いずれも音響信号出力装置アレー２１１を有している。音響信号出力装置アレー２１１は、受聴者の耳介を取り囲むように配置された複数の音響信号出力装置２１２を含む（図６参照）。音響信号出力装置２１２は、ダイポール音源に基づく局所再生を実現する音響信号出力装置であり、例えば＜技術的背景＞で説明した音響信号出力装置１０である。したがって、音響信号出力装置アレー２１１は、耳介の近傍に第二種レイリー積分に基づく音場を再現するように構成されている。
　音響信号出力装置アレー２１１は、ヘッドホン装置２０の骨組みとなる、耳介を取り囲む枠状の構造物（フレームという）として構成され、複数の音響信号出力装置２１２が耳介を取り囲むようにフレームに設けられてもよい（図８参照）。このように構成すると、ヘッドホン装置２０は開放型ヘッドホンとなり、ヘッドホン装置２０は受聴者の周囲の音を遮断せず取り込むことが可能となり、屋外で使用している場合であってもクラクションの音、警報音、アラームなどの危険を知らせる音を受聴者が容易に聞き取ることができるようになる。
　音響信号出力装置アレー２１１に含まれる音響信号出力装置２１２の入力信号は、音響信号出力装置アレー２１１に含まれる音響信号出力装置２１２の位置と対応する位置に配置された複数の音圧型マイクを含むマイクアレーを用いて収音された信号のうち、当該音響信号出力装置２１２の位置と対応する位置に配置された音圧型マイクで収音された信号であってもよい。また、音響信号出力装置アレー２１１に含まれる音響信号出力装置２１２の入力信号は、境界要素法を用いて計算される、音響信号出力装置アレー２１１に含まれる音響信号出力装置２１２の位置と対応する位置における音圧の信号であってもよい。
　なお、図６では、複数の音響信号出力装置２１２が円形に配置された音響信号出力装置アレー２１１を図示したが、配置形状は必ずしも円形でなくてもよく、楕円形、方形、さらにはその他の配置形状であってもよい。つまり、複数の音響信号出力装置２１２は耳介を取り囲むように配置されていればよい。
　図１の音響信号出力装置１０と同じく、両端面（以下、耳介側の端面を第１端面、耳介側と反対側の端面を第２端面という）を持つ略円筒形状である筐体を有し、第１端面に所望の音響信号（以下、第１音響信号という）を放出するための音孔（以下、耳介側の音孔という）、第２端面に当該音響信号と略逆位相の音響信号（逆位相の音響信号またはその近似信号であり、以下、第２音響信号という）を放出するための音孔（以下、耳介側と反対側の音孔という）を設けた音響信号出力装置２１２を考える。ここで、音響信号出力装置アレー２１１に含まれる各音響信号出力装置２１２が、第１音響信号が外耳道入口付近の点、鼓膜上の点、外耳道入口と鼓膜との間の点のいずれかを焦点とする形で到達するように、配置されることにより（図９Ａ参照）、音響信号出力装置アレー２１１に含まれる各音響信号出力装置２１２から放出される音を小さくすることができ、音漏れをより抑制することが可能となる。その際、耳介側の音孔が設けられている第１端面が外耳道入口の方を向くように配置され、耳介側の音孔が第１端面において偏心するように設けられてもよい（図９Ｂ参照）。また、耳介側と反対側の音孔が第２端面に設けられる場合、当該音孔は第２端面において偏心するように設けられてもよい（図９Ｃ参照）。耳介側と反対側の音孔が第２端面において偏心するように設けられ、音響信号出力装置アレー２１１に含まれる複数の耳介側と反対側の音孔の配置に規則性がない場合は、音漏れを強め合うことを防ぐことができる。
　本発明の実施形態によれば、受聴者以外の者には聞こえないように音を再生することが可能となり、音漏れが抑制される。また、ダイポール音源に基づく局所再生を実現する音響信号出力装置を複数用いることで、任意の位置に音場を定位させることが可能となる。
＜補記＞
　上述の本発明の実施形態の記載は、例証と記載の目的で提示されたものである。網羅的であるという意思はなく、開示された厳密な形式に発明を限定する意思もない。変形やバリエーションは上述の教示から可能である。実施形態は、本発明の原理の最も良い例証を提供するために、そして、この分野の当業者が、熟考された実際の使用に適するように本発明を色々な実施形態で、また、色々な変形を付加して利用できるようにするために、選ばれて表現されたものである。すべてのそのような変形やバリエーションは、公正に合法的に公平に与えられる幅にしたがって解釈された添付の請求項によって定められた本発明のスコープ内である。

Claims (6)

  1. 　耳介の近傍に第二種レイリー積分に基づく音場を再現するように構成された音響信号出力装置アレーを含むヘッドホン装置。
  2. 　耳介を取り囲むように配置された複数の、ダイポール音源に基づく局所再生を実現する音響信号出力装置を含む音響信号出力装置アレーを含むヘッドホン装置。
  3. 　請求項２に記載のヘッドホン装置であって、
    　前記音響信号出力装置アレーは、当該ヘッドホン装置の骨組みとなる、耳介を取り囲む枠状の構造物として構成される
    　ことを特徴とするヘッドホン装置。
  4. 　請求項２に記載のヘッドホン装置であって、
    　前記音響信号出力装置アレーに含まれる音響信号出力装置の入力信号は、
    　当該音響信号出力装置アレーに含まれる音響信号出力装置の位置と対応する位置に配置された複数の音圧型マイクを含むマイクアレーを用いて収音された信号のうち、当該音響信号出力装置の位置と対応する位置に配置された音圧型マイクで収音された信号である
    　ことを特徴とするヘッドホン装置。
  5. 　請求項２に記載のヘッドホン装置であって、
    　前記音響信号出力装置アレーに含まれる音響信号出力装置の入力信号は、
    　境界要素法を用いて計算される、当該音響信号出力装置アレーに含まれる音響信号出力装置の位置と対応する位置における音圧の信号である
    　ことを特徴とするヘッドホン装置。
  6. 　音響信号出力装置アレーを含むヘッドホン装置が、耳介の近傍に第二種レイリー積分に基づく音場を再現するように音響信号を出力する音響信号出力方法。
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