JPS6029280B2 - ヘツドホ−ン用信号処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はヘッドホーンによる立体再生を行うための信
号処理装置に関し、特に前方定立感が得られるようにす
るものである。

従来のヘッドホーンによる音響再生においては、スピー
カ用のステレオ信号をそのままヘッドホーンの左右の再
生装置に供給するのが一般的であるが、このようなスピ
ーカ用の信号をそのまま再生した場合の受聴感は、音像
が耳の近傍や両耳間に生じ音像が頭から離れず実音場に
おける受聴感に比べて不自然であり、聞き疲れがする欠
点があった。

また上述のような欠点を少しでも無くす目的で、スピ−
力による再生の場合に聴取者が各々の耳に受ける各々の
耳側の再生音以外の音すなわち頭部を回折して来た音や
室壁等による反射音等をクロストーク信号あるいは遅延
信号としてそれぞれのチャンネルに加える装置が先に提
案されている。

しかしながら、これらの装置を用いても頭外に音像が定
位し、左右の拡がり感が比較的自然になるものの、音像
は頭上に生じ前方に拡る感じは全く得られず、いわゆる
スピーカによる再生の場合のような最も自然な定立感に
はならなかった。そこで、この発明においては上述した
ような頭外定立感に加えて前方定立感が得られるような
ヘッドホーンによる立体音再生装置を得ることを目的と
するものである。以下、図に示す実施例に基づいてこの
発明を説明する。

一般に人間は音の入射方向を３次元的（左右、上下、前
後）に把握しており、このうちの左右の方向感は音波が
頭部に達する際両耳に生じる時間差及びレベル差によっ
て表わされる両耳間差によって知覚されるものであるこ
とが良く知られている。一方上下、前後間に関する方向
知覚については耳殻による波形歪（位相を含めたスペク
トル変化）がその主たる物理的要因である。

この波形歪について詳述すると、第１図に示すように正
中面内前方×からそれぞれ音波が頭部に入射した時の外
耳道入口における音圧しスポンス周波数振幅特性は第２
図に示すようになる。

ここで第２図ａは右耳の特性であり第２図ｂは左耳の特
性である。この第２図ａ及びｂによれば３〜靴ＨＺ付近
の音圧の上昇及び８〜１０ＫＨ２付近に特徴的なディッ
プが生じていることがわかるが、このうち知覚において
入射覚を規定するものは主として後者のディップの周波
数位置であると考えられる。このディップは耳殻の反射
に基く位相干渉によって生じるものと考えられ、その様
体は近似的には第３図のようにモデル化され、外耳道１
に直接入射する音ｄと耳殻２によって反射される音ｅに
よって示される。

そしてこれを等価回路で示すと第４図のようになる。第
４図において、入力線路３に入射した音は直接加算部分
７に加える直接音に相当する線路と遅延回路５を通る反
射音に相当する線路とに分岐され、遅延回路５を通った
信号は耳殻による吸収分に相当する抵抗６を通して加算
部分７で加算され、耳の入力４として聴取されるもので
ある。以上のようなことからヘッドホーンによってスピ
ーカ用のステレオ信号を聴取する場合、一般音場と同様
な前方定立感を得るためには、実験的に得た第２図の特
性に相当するようなディップ特性が得られるようにスピ
ーカ用のステレオ信号を処理してヘッドホーンに加えれ
ば良いことがわかる。

そしてその具体的な信号処理については第４図の等価回
路から原信号に適当な遅延時間を有する信号を付加する
ことにより近似的に成し得るものであることがわかる。
しかしながら第２図に示すディップ特性は耳殻の構造に
よって異なるものであるから個人差が有り、同一人であ
っても両耳間では異なるものであるから、信号を処理す
る回路を構成する場合には各個人の特性に合わせるため
に左右両チャンネルに独立して設け、任意に可変調整し
得るものでなければならない。

ここで上記ディツプの周波数位置を可変する範囲は７〜
１狐日２程度有れば良く、ディップの深さ１０〜２ぴ旧
程度有ればほとんどの人に適応させることが実験的に判
明している。次にスピーカ用の信号を上述のような実験
結果に基づいてヘッドホーン用に処理する手段を具体的
に説明する。第５図は第４図の等価回路を元にして構成
した第２図に示すようなディップ特性に近似的な特性を
得るためのディップ回路の一実施例である。図中８は入
力線路であり、入力線路８に加えられた信号は２つに分
岐され、一方は遅延量△ｔ成る遅延回路９を通して減衰
化ｋ成る減衰器１０１こ加えられ適当なしベルに減衰さ
れた後加算部分１１で他方の線路を通って来た直接信号
と加えられ、出力として線路１２に取り出されるもので
ある。ここで、このディップ回路の伝達関数Ｔ（ｊの）
とするとＴ（ｊの）ニ１十Ｋｅ−ｊの△ｔ となり、振幅項−Ｔ（ｊｗ）ｌは タ ｌＴ（ｊの）ｌニノＫ２十２Ｋ仰山△ｔ＋１
｛１｝となる。

したがってこの式に適当な遅延時間△ｔを与えると宏〔
ＨＺ〕のところもこデイップを有する周波数特性が得ら
れる。第６図は第５図の回路０の遅延時間△ｔを５０仏
ｓｅｃ、減衰比ｋを０．７（一Ｘ旧）に選んだ時の周波
数特性図で、ｉＯＫＨＺの位置に深さ１母Ｂのディップ
が生じている。以上のようなことから第５図の回路を用
いて遅延回路９の遅延時間△ｔを可変することにより容
易にディタップの位置を可変し得るものであり、減衰器
１０の減衰比ｋを可変することによりディップの深さを
調整し得るものであるから、個人の耳のディッブ特性に
合わせて信号を処理することが可能である。０ 第７図
はこの発明の実施例を示すブロック図で、より具体的な
立体効果を得るために、この発明のデイツプフイルタ回
路のほかにクロストーク回路１４及び間接音付加回路１
６とともに図示してある。

図において、１５，１５′は前記したディップ回路で、
耳の耳殻の反射に基づく位相干渉によって生じる伝達周
波数特性上のディップに相当する第６図に示すような特
性をもたせたもので、（１ー式に示すような条件を満足
する第５図に示すような回路を周知の手段によって構成
するものであり、ディップの周波数位置が７〜１氷ＨＺ
の間に設定してあって、各チャンネルごとに任意に可変
できるように構成されている。２つの入力線路１３，１
３′に加えられたスピーカ用の信号はクロストーク回路
１４によって頭部の回折音に相当するクロストークを与
えられ、各々の線路に設けられた第５図に示すようなデ
ィップ回路１５，１５′によって前方定位のためのディ
ップを与える処理をされて、直接音に相当する出力とし
てヘッドホーン１７のそれぞれの再生ユニットに加えら
れる一方、入力線路１３，１３′から分岐された上記直
接音を与える回路と並列に設けられた間接音付加回路に
より、反射音や残響成分に相当する信号がヘッドホーン
１７に与えられるように構成されている。

ここで、両耳間差について説明すると、第８図に例示し
たように、聴取者１８の正中面１９に対してＱの角度を
有する前方にあるスピーカ２０から音が放射された場合
、スピーカに近い側の耳１８ａに入射する音をＰ（山）
とすると、他方の耳１８ｂにはしベル差関数ｋ（山）と
時間差△ｔを持った信号ｋ（の）ｅ「の△ｔ・Ｐ（山）
が与えられるものであるから、この両時間差に相当する
信号処理は第９図に示すように、互いに他のチャンネル
に伝達関数ｋ（山）を有するフィル夕２１，２１′と△
ｔの遅延時間を有する遅延回路２２，２２′を通して信
号を加えれば良い。

次に間接音について説明すると、間接音は単反射音と残
響成分とに分けることができ、反射音は直接音と方向的
に分離され、遅延時間を有し、レベルの減衰（減衰度は
周波数の関数）されたものと考えることができ、第１０
図に示す反射音付加回路を用いて得ることができるもの
である。

第９図において、２３，２３′は直接音とのスペクトル
比に相当するフィル夕であり、カットオフ周波数ＩＫＨ
２、スロープ６ＷＢ／ＯＣＴのローパスフィルターが適
している。２４ａ，２４ｂは反射音の直接音に対する遅
れ時間に相当する遅延回路で、１０〜３仇ｈｓｅｃの範
囲の遅延を与えるのが最も良く、２つのチャンネル間の
遅延時間すなわち２４ａと２４ｂの遅延時間は異ならせ
る必要がある。

２５，２５′は反射音が入射したときの両耳に生じるレ
ベル差関数のフィル夕であり、２６，２６′は反射音が
入射したときの両耳間の時間差に相当する遅延回路で、
この反射音付加回路においては遅延回路２４ａ，２４ｂ
の後段から互いに他のチャンネルの最終段に直接信号を
加える線路２７，２７′を設けたものである。

第１１図は残響成分付加回路を示すブロック図で有り、
帰還をかけることによって反射音系列を得て、それを付
加するものである。

図中３１，３１′は各反射音間の時間間隔△Ｔを与える
遅延回路で有り、２８，２８′は各反射音間のレベル比
を与えるレベル減衰器である。２９，２９′は直接音と
のスペクトル差に相当するフィル夕であり、３０は両チ
ャンネル間で互いに逆相になるようにする位相反転回路
である。

したがって、この発明においては上述のように構成した
ことにより次のような効果が有る。

｛１ー 周波数特性の７〜１巡ＨＺの間に急峻な１０〜
２比旧程度のディップを有するディツプフィルタ回路を
ヘッドホーン用の信号処理装置に設けたことにより、ヘ
ッドホーンによって聴取した場合の音像が、聴取者の前
方に定位する受聴感が得られ、スピーカによる受聴のよ
うなより自然な受聴感が得られます。｛２ー 上述のデ
ィップフィルタ回路を、信号処理装置におけるヘッドホ
ーンの２つの再生ユニットに信号を供給する各線路にそ
れぞれ挿入し、各々独立してディツプの周波数位置を可
変し得るようにしたことにより、ヘツドホ−ン用の信号
処理装置を用いる個々の聴取者にそれぞれ適する特性を
選択することができ、′すべての人に前方定位感を起こ
させることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は聴取者に対する正中面内の音の到達方向を示す
図である。 第２図は第１図状態において外耳道入口で測定した実際
の音圧周波数特性図であり、同図ａは右耳、ｂは左耳の
ものを示す。第３図は耳殻による反射効果のモデルであ
る。第４図は第３図の等価回路である。第５図は第４図
を元にして作った第２図のようなディップ特性を与える
ディップ回路である。第６図は第５図の回路によって得
られるディッブ特性図である。第７図はこの発明の実施
例を示すブロック図である。第８図は両耳間差を説明す
るための図である。第９図はクロストーク回路のブロッ
ク図である。第１０図は単反射音付加回路を示すブロッ
ク図である。第１１図は残響成分付加回路を示すブロッ
ク図である。９・・・・・・遅延回路、１０・・・・・
・減衰器、１４・・・・・・クロストーク回路、１５，
１５′……デイツプ回路、１６・・・・・・間接音付加
回路。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図 第９図 第１０図 第１１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ スピーカに供給することによつて音として再生でき
   るようなスピーカ信号をヘツドホーンに加える２チヤン
   ネル信号線路において、耳殻の反射に基づく位相干渉に
   よつて生じる伝達周波数特性上のデイツプに相当する特
   性を有し、７〜１３ＫＨｚの間に急峻なデイツプを持つ
   デイツプフイルタ回路を前記信号線路に設けたことを特
   徴とするヘツドホーン用信号処理装置。 ２ スピーカに供給することによつて音として再生でき
   るようなスピーカ信号をヘツドホーンに加える２チヤン
   ネル信号線路において、耳殻の反射に基づく位相干渉に
   よつて生じる伝達周波数特性上のデイツプに相当する特
   性を有し、７〜１３ＫＨｚの間に急峻なデイツプを持つ
   デイツプフイルタ回路を前記２チヤンネル信号線路にそ
   れぞれ設け、前記それぞれのデイツプフイルタ回路に設
   けられた特性可変手段によつてデイツプの周波数位置を
   ７〜１３ＫＨｚの間で各々独立して可変し得るようにし
   たことを特徴とするヘツドホーン用信号処理装置。 ３ デイツプフイルタ回路のデイツプの深さを−１０ｄ
   ｂ以下になるようにしたことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載のヘツドホーン用信号処理装置。 ４ デイツプフイルタ回路のデイツプの深さを−１０ｄ
   ｂ以下になるようにしたことを特徴とする特許請求の範
   囲第２項に記載のヘツドホーン用信号処理装置。