CN107925835B - 头外定位处理装置以及头外定位处理方法 - Google Patents

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Abstract

本实施方式涉及的头外定位处理装置包括：头戴耳机(43)；左右的麦克风(2L、2R)；测量部(35)，分别测量左右的头戴耳机传递特性；逆滤波器计算部(32)，分别计算头戴耳机传递特性的逆滤波器；修正部(33)，在频域中修正逆滤波器并计算修正滤波器；以及输入部(31)，接受用户输入。修正部(33)在第一频带中，使用预先设定的修正函数修正逆滤波器。在第二频带中，依据根据用户输入选择的修正模式来修正逆滤波器。

Description

头外定位处理装置以及头外定位处理方法
技术领域
本发明涉及头外定位处理装置以及头外定位处理方法。
背景技术
作为声场再现技术之一，存在一边通过头戴耳机再现一边生成犹如通过扬声器再现那样的声场的“头外定位头戴耳机技术”。在头外定位头戴耳机技术中，例如使用收听者的头部传递特性(从配置在前面的2ch的虚拟扬声器到左右各个耳朵的空间传递特性)以及外耳道传递特性(从头戴耳机的左右的振动板到各自的外耳道内的传递特性)。
在头外定位再现中，通过设置于收听者本人的耳朵的麦克风对从2通道(以下，记载为ch)的扬声器发出的测量信号(脉冲声音等)进行录音。并且，根据脉冲响应计算头部传递特性，并制作滤波器。通过在2ch的音乐信号上卷积所制作的滤波器，能够实现头外定位再现。
通过在收听者的耳朵(优选外耳道入口)上设置麦克风，能够准确地测量特性。但是，在收听者的外耳道入口设置麦克风的基础上的测量是复杂的。因此，在专利文献1中公开了通过内置了麦克风的头戴耳机来测量传递特性的方法。
在专利文献1中，使用自适应信号处理来逐次进行系数更新，使得安装在头戴耳机的内侧的麦克风信号成为希望的特性。通过如此，能够得到希望的目标特性。此外，目标特性例如是在用户的前方设置中心声源时的两耳边的传递特性。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002-135898号公报。
发明内容
为了专利文献1的0059段落所记载的式(6)成立，安装于头戴耳机的麦克风的设置位置是重要的。具体地，左右的麦克风需要处于与安装于收听者或者假想了收听者的仿真人头(Dummy head)的耳边的麦克风相同的位置。但是，无法将呈现各种各样的形状的收听者的头部设为与仿真人头相同的形状，麦克风的错位不可避免。难以使安装于头戴耳机的麦克风可靠地位于耳边，会根据收听者而产生错位。
收听者实际听到的声音通过鼓膜进行声音接收，当将沿外耳道传播的声音的振动设为1次振动时，认为在外耳道入口的声音接收信号更准确。因此，由于专利文献1所记载的目标特性是能被安装在头戴耳机的麦克风位置的声音接收信号，因此准确性欠佳。另外，自适应控制的处理成本高，因此期待能够以更便宜的价格、更简单的结构实现。
本实施方式是鉴于上述的点而完成的，其目的在于提供一种头外定位处理装置以及头外定位处理方法，其即使在使用了安装于头戴耳机的麦克风的情况下，也能够适当地进行头外定位处理。
本实施方式的一个方式涉及一种头外定位处理装置，包括：头戴耳机，具有左右的输出单元；左右的麦克风，分别安装在所述左右的输出单元；测量部，通过由左右的所述麦克风分别拾取从左右的所述输出单元输出的声音来分别测量左右的头戴耳机传递特性；逆滤波器计算部，在频域中分别计算左右的所述头戴耳机传递特性的逆滤波器；修正部，在频域中修正所述逆滤波器并计算修正滤波器；卷积运算部，使用空间声学传递特性对再现信号进行卷积处理；滤波器部，对由所述卷积运算部进行卷积处理后的所述再现信号，使用所述修正滤波器进行卷积处理；以及输入部，接受用户输入，该用户输入用于从多个修正模式之中选择最佳的修正模式，其中，所述头戴耳机输出卷积了所述修正滤波器后的所述再现信号，所述修正部在第一频带中，使用预先设定的修正函数修正所述逆滤波器，所述修正部在比所述第一频带高的第二频带中，依据根据所述用户输入选择的修正模式来修正所述逆滤波器，所述修正部在比所述第二频带高的第三频带中，将所述修正滤波器修正为预定值。
本实施方式涉及一种头外定位处理方法，使用头外定位处理装置，所述头外定位处理装置包括：头戴耳机，具有左右的输出单元；左右的麦克风，分别安装于所述左右的输出单元；以及输入部，接受用户输入，该用户输入用于从多个修正模式之中选择最佳的修正模式，其中，所述头外定位方法包括以下步骤：通过由左右的所述麦克风分别拾取从左右的所述输出单元输出的声音来分别测量左右的头戴耳机传递特性；在频域中，分别计算左右的所述头戴耳机传递特性的逆滤波器；在频域中，通过多个修正模式修正所述逆滤波器，生成与所述多个修正模式对应的多个修正滤波器；根据所述用户输入，从所述多个修正模式之中选择最佳的修正模式；卷积步骤，使用空间声学传递特性对再现信号进行卷积处理；对卷积了空间声学传递特性后的所述再现信号，使用所述修正滤波器进行卷积处理；以及从所述头戴耳机输出卷积了所述修正滤波器后的所述再现信号，在生成所述修正滤波器的步骤中，在第一频带中，使用预先设定的修正函数修正所述逆滤波器，在比所述第一频带高的第二频带中，依据根据所述用户输入选择的修正模式来修正所述逆滤波器，在比所述第二频带高的第三频带中，将所述修正滤波器修正为预定值。
根据本实施方式，能够提供一种头外定位处理装置以及头外定位处理方法，其即使在使用了安装于头戴耳机的麦克风的情况下，也能适当地进行头外定位处理。
附图说明
图1是示出本实施方式涉及的头外定位处理装置的框图；
图2是示出用于测量头戴耳机传递特性的构成的图；
图3是示出左耳的耳边麦克风特性的测量结果的图；
图4是示出右耳的耳边麦克风特性的测量结果的图；
图5是示出左耳的内置麦克风特性的测量结果的图；
图6是示出右耳的内置麦克风特性的测量结果的图；
图7是示出第二频带的幅频特性的模式(1)的图；
图8是示出第二频带的幅频特性的模式(4)的图；
图9是示出第二频带的幅频特性的模式(3)的图；
图10是示出左耳的乘法运算滤波器的幅频特性的图；
图11是示出右耳的乘法运算滤波器的幅频特性的图；
图12是示出头外定位处理方法的流程图；
图13是示出修正滤波器的生成步骤的细节的流程图；
图14是示出修正模式的选择步骤的细节的流程图；
图15是示出左右的相关系数高时的幅频特性的图；
图16是示出左右的相关系数低时的幅频特性的图；
图17是示出修正部的一个例子的框图。
具体实施方式
(概要)
对本实施方式涉及的头外定位处理的概要进行说明。
本实施方式涉及的头外定位处理是使用空间声学传递特性(也称为空间音响传递函数)以及外耳道传递特性(也称为外耳道传递函数)进行头外定位处理的处理。在本实施方式中，使用从扬声器到收听者的耳朵的空间声学传递特性、以及在佩戴头戴耳机的状态下的外耳道传递特性，从而实现头外定位处理。
作为空间声学传递特性，优选使用在收听者本人的外耳道入口测量到的声音接收信号。但是，在收听者本人的外耳道入口设置了麦克风(以下，设为麦克风)的基础上的测量是复杂的。因此，在本实施方式中，从预设的特性中，收听者选择适于收听者本人的特性。空间声学传递特性包含从立体声扬声器到两耳的传递特性。
具体地，空间声学传递特性包含：从左扬声器到左耳外耳道入口的传递特性Ls、从左扬声器到右耳外耳道入口的传递特性Lo、从右扬声器到左耳外耳道入口的传递特性Ro、以及从右扬声器到右耳外耳道入口的传递特性Rs。并且，预先在多个收听者或者仿真人头(Dummy Head)的外耳道入口测量传递特性，通过统计分析等分类为多组。在空间声学传递特性的各组中包含四个传递特性Ls、Lo、Ro、Rs。准备多组空间声学传递特性，收听者通过选择这些中适当的空间声学传递特性来设定空间声学传递特性。并且，头外定位处理装置使用四个传递特性而进行卷积处理。
外耳道传递特性本来优选使用由设置于外耳道入口的麦克风测量的头戴耳机传递特性(以下，设为耳边麦克风特性)。但是，在收听者本人的外耳道入口设置了麦克风的基础上进行的测量是复杂的。因此，在本实施方式中，不使用由在收听者本人的外耳道入口设置的麦克风所测量的耳边麦克风特性，而是使用由内置于头戴耳机的麦克风测量的头戴耳机传递特性(以下，设为内置麦克风特性)。
在本实施方式中，对由头戴耳机内置麦克风测量的内置麦克风特性的逆滤波器进行修正。并且，使用对内置麦克风特性的逆滤波器进行了修正的修正滤波器而执行卷积处理。
例如，将耳边麦克风特性设为A，将内置麦克风特性设为B。在头外定位处理中需要的特性是耳边麦克风特性A的逆滤波器(1/A)。但是，无法在外耳道入口不设置麦克风时测量耳边麦克风特性A。因此，在本实施方式中，通过内置于头戴耳机内置的麦克风来测量内置麦克风特性B。
这里，针对头戴耳机，如果预先知道A与B之间的关系，则能够求出逆滤波器(1/A)。例如，能够通过在所测量的内置麦克风特性B的逆滤波器(1/B)上乘以(B/A)来得到逆滤波器(1/A)。这里，(B/A)是头戴耳机固有的滤波器。将(B/A)设为乘法运算滤波器。在本实施方式中，对逆滤波器(1/B)进行修正，以使内置麦克风特性B的逆滤波器(1/B)接近耳边麦克风特性A的逆滤波器(1/A)。
在某频带上，乘法运算滤波器(B/A)不依赖于人而成为同样的，在其他的频带上存在个人差别。因此，划分为多个频带，按照每个频带改变逆滤波器(1/B)的修正方法。
在本实施方式中，在根据逆滤波器(1/B)求修正滤波器的情况下，按照每个频带对各频率的振幅值(以下，记载为频率振幅值)进行操作。通过对逆滤波器(1/B)的频率振幅值进行放大或者衰减来生成修正滤波器。
并且，在本实施方式中，用户进行听感实验。并且，根据听感实验的结果，用户从多个修正模式中选择最佳的修正模式。使用与被选择的最佳的修正模式对应的修正滤波器。
另外，根据用户的内置麦克风特性B的左右相关，决定左右的修正模式。具体地，求出内置麦克风特性B的幅频特性的相关系数。在相关系数是阈值以上的情况下，在左右的逆滤波器中以相同的修正模式进行修正。在相关系数比阈值小的情况下，在左右的逆滤波器中选择不同的修正模式。
本实施方式涉及的头外定位处理装置具有个人计算机等信息处理装置，具体地，包括处理器等处理单元；存储器、硬盘等存储单元；液晶显示器等显示单元；触摸面板、按钮、键盘、鼠标等输入单元；具有头戴耳机(headphone)或者耳机(earphone)的输出单元。或者，头外定位处理装置可以是智能手机或平板电脑(Tablet PC)。
(头外定位处理装置)
使用图1～图2，对本实施方式涉及的头外定位处理装置及其处理方法进行说明。图1是示出头外定位处理装置的构成的框图。图2是示出用于测量内置麦克风特性B的构成的图。
头外定位处理装置针对佩戴头戴耳机43的用户U再现声场。因此，头外定位处理装置针对左通道(以下，记载为Lch)和右通道(以下，记载为Rch)的立体声输入信号XL、XR进行头外定位处理。Lch和Rch的立体声输入信号XL、XR是从CD(Compact Disc，压缩盘)播放器等输出的音乐再现信号。此外，头外定位处理装置在物理上不限于单一的装置，一部分的处理可以以不同的装置进行。例如，可以是一部分的处理通过计算机等进行，剩余的处理通过内置于头戴耳机43的DSP(Digital Signal Processor，数字信号处理器)等进行。
如图1所示，头外定位处理装置包括头外定位处理部10、输入部31、逆滤波器计算部32、修正部33、显示部34、测量部35、滤波器部41、滤波器部42以及头戴耳机43。
头外定位处理部10包括卷积运算部11、12、21、22。卷积运算部11、12、21、22进行使用了空间声学传递特性的卷积处理。头外定位处理部10中被输入来自CD播放器等的立体声输入信号XL、XR。在头外定位处理部10中设定有空间声学传递特性。头外定位处理部10针对各通道的立体声输入信号XL、XR卷积空间声学传递特性。
例如，用户U从预设的多个空间声学传递特性中选择最佳的空间声学传递特性。空间声学传递特性包含从左扬声器到左耳外耳道入口的传递特性Ls、从左扬声器到右耳外耳道入口的传递特性Lo、从右扬声器到左耳外耳道入口的传递特性Ro以及从右扬声器到右耳外耳道入口的传递特性Rs。即，空间声学传递特性具有四个传递特性Ls、Lo、Ro、Rs。
并且，卷积运算部11针对Lch的立体声输入信号XL卷积传递特性Ls。卷积运算部11将卷积运算数据输出到加法运算器24。卷积运算部21针对Rch的立体声输入信号XR卷积传递特性Ro。卷积运算部21将卷积运算数据输出到加法运算器24。加法运算器24对两个卷积运算数据进行加法运算，并输出到滤波器部41。
卷积运算部12针对Lch的立体声输入信号XL卷积传递特性Lo。卷积运算部12将卷积运算数据输出到加法运算器25。卷积运算部22对Rch的立体声输入信号XR卷积传递特性Rs。卷积运算部22将卷积运算数据输出到加法运算器25。加法运算器25对两个卷积运算数据进行加法运算，并输出到滤波器部42。
在滤波器部41、42中设定有修正滤波器。如后面叙述，修正滤波器由修正部33生成。即，滤波器部41、42存储由修正部33生成的修正滤波器。
滤波器部41、42针对头外定位处理部10中受处理的再现信号卷积修正滤波器。滤波器部41针对来自加法运算器24的Lch信号卷积修正滤波器。由滤波器部41卷积了修正滤波器后的Lch信号被输出到头戴耳机43的左侧的输出单元43L。同样地，滤波器部42针对来自加法运算器25的Rch信号卷积修正滤波器。由滤波器部42卷积了修正滤波器后的Rch信号被输出到头戴耳机43的右侧的输出单元43R。
头戴耳机43的左侧的输出单元43L将卷积了修正滤波器后的Lch信号向用户U的左耳输出。头戴耳机43的右侧的输出单元43R将卷积了修正滤波器后的Rch信号向用户U的右耳输出。在佩戴了头戴耳机43的情况下，修正滤波器消除每个用户的外耳道入口与头戴耳机的扬声器单元之间的传递特性。通过如此，头戴耳机43的头戴耳机传递特性被修正(消除)。由此，用户U收听的声音的声像被定位在用户U的头外。
显示部34具备液晶显示器等显示设备。显示部34显示用于设定修正滤波器的设定画面等。
输入部31具有触摸面板、按钮、键盘、鼠标等输入设备，接受来自用户U的输入。具体地，输入部31为了设定修正滤波器而接受在设定画面上的输入。
在本实施方式中，修正滤波器基于使用了头戴耳机43后的测量结果而生成。以下，对用于生成修正滤波器的测量进行说明。
如图2所示，头戴耳机43具备左右的输出单元43L、43R。输出单元43L、43R分别具有扬声器单元。并且，在左右的输出单元43L、43R分别安装有拾取用的麦克风2L、2R。具体地，输出单元43L、43R分别具有扬声器，麦克风2L、2R被设置在比扬声器中央稍微靠下的位置。头戴耳机43的输出单元43L、43R的头戴耳机端子与立体声音频输出端子连接。麦克风2L、2R与立体声麦克风输入端子连接。麦克风2L拾取从输出单元43L输出的声音。麦克风2R拾取从输出单元43R输出的声音。
如此，左右的麦克风2L、2R分别拾取从左右的输出单元43L、43R输出的声音。这里，使用左右的输出单元43L、43R与麦克风2L、2R进行脉冲响应测量。由麦克风2L、2R拾取的拾取信号被输出到测量部35。测量部35基于由麦克风2L、2R拾取的拾取信号分别对左右的内置麦克风特性B进行测量。如图1所示，测量部35将所测量的内置麦克风特性B输出到逆滤波器计算部32。
逆滤波器计算部32将由测量部35测量出的内置麦克风特性B的逆特性作为逆滤波器(1/B)而计算出。逆滤波器计算部32基于由麦克风2L拾取的拾取信号计算左侧的逆滤波器。逆滤波器计算部32基于由麦克风2R拾取的拾取信号计算右侧的逆滤波器。如此，逆滤波器计算部32计算左右的逆滤波器。
如上所述，为了消除外耳道入口与头戴耳机的扬声器单元之间的传递特性，优选将麦克风2L、2R设置于外耳道入口。但是，在使用了内置于头戴耳机43的麦克风2L、2R的情况下，难以在外耳道入口设置麦克风2L、2R。因此，在本实施方式中，对内置麦克风特性的逆滤波器进行修正，以使基于内置麦克风特性的测量结果求出耳边麦克风特性的逆滤波器。
修正滤波器的作用为在外耳道入口上将幅频特性设为平坦。即，抵消头戴耳机传递特性，给出目标特性(具体地，头部传递函数HRTF、自由空间传递函数)。
(幅频特性)
关于内置麦克风特性B的逆滤波器(1/B)的修正，以下使用数据进行说明。
图3、图4分别示出由设置于左右的耳边的麦克风测量出的耳边麦克风特性A。另外，图5、图6示出由内置于头戴耳机43的麦克风2L、2R测量出的内置麦克风特性B。图3～图6是在佩戴相同的头戴耳机43的状态下测量出的幅频特性。并且，图3、图4的测量结果与图5、图6的测量结果仅是麦克风的设置位置不同而已。此外，图3、图5是左耳侧的幅频特性，图4、图6是右耳侧的幅频特性。这里，图3～图6示出相同8位收听者的测量结果。
在图3～图6的测量结果中，到5kHz为止，不依赖于人而示出同样的幅频特性(参照图3～图6中的频带D)。即，到5kHz为止的左耳的内置麦克风特性B不依赖于人而为同样的，到5kHz为止的右耳的内置麦克风特性B不依赖于人而为同样的。同样地，到5kHz为止的左耳的耳边麦克风特性A不依赖于人而为同样的，到5kHz为止的右耳的耳边麦克风特性A不依赖于人而为同样的。此外，由于麦克风的设置位置不同，内置麦克风特性B与耳边麦克风特性A不是相同的。在测量中使用的头戴耳机43中，到5kHz为止为同样的特性，但内置麦克风特性B、耳边麦克风特性A都为同样的特性的频率范围根据头戴耳机43的形状而发生变化。即，成为同样的特性的频率范围为按照每个头戴耳机43的形状而确定的范围。
另一方面，在5kHz以上，内置麦克风特性B以及耳边麦克风特性A也存在个人差异。即，5kHz以上的内置麦克风特性B根据人而成为不同的特性。同样地，5kHz以上的耳边麦克风特性A根据人而成为不同的特性。
这里，在对约5kHz～约12kHz的耳边麦克风特性的逆滤波器与内置麦克风特性的逆滤波器进行比较时，具有以下列举的模式的特点。
(1)幅频特性的形状、水平相似。
(2)幅频特性的形状相似，但内置麦克风特性的逆滤波器比耳边麦克风特性的逆滤波器低10dB左右。
(3)内置麦克风特性的逆滤波器与耳边麦克风特性的逆滤波器基本成为相反特性的关系。
(4)幅频特性的形状不相似，耳边麦克风特性的逆滤波器基本平坦。
图7示出在模式(1)中的幅频特性的一个例子。图8示出在模式(4)中的幅频特性的一个例子。图9示出在模式(3)中的幅频特性的一个例子。
根据图7～图9可知，在12kHz～14kHz中，耳边麦克风特性的逆滤波器高约10dB。
测量部35使用内置于头戴耳机43的麦克风2L、2R测量针对用户U的内置麦克风特性B。并且，修正部33通过在内置麦克风特性B的逆滤波器(1/B)上乘以头戴耳机固有的乘法运算滤波器(B/A)，能够求出耳边麦克风特性A的逆滤波器(1/A)。
图10、图11示出乘法运算滤波器(B/A)。图10是针对左耳的乘法运算滤波器(B/A)，图11是针对右耳的乘法运算滤波器(B/A)。图10、图11是基于图3～图6所示的测量结果而计算出的。
实际上，由于使用麦克风内置头戴耳机难以在耳边设置麦克风，因此无法测量乘法运算滤波器A。因此，修正部33通过对逆滤波器(1/B)的振幅进行操作，来修正逆滤波器(1/B)以使成为(1/A)。即，修正部33通过使内置麦克风特性B的逆滤波器(1/B)的频率振幅值放大或者衰减，来计算修正滤波器。如此，之所以按照每个频带改变修正方法，是因为能看出在每个频带上的乘法运算滤波器(B/A)的特性不同。关于逆滤波器(1/B)的修正方法在后面叙述。
(头外定位处理方法)
接着，使用图12对使用了修正滤波器的头外定位处理方法进行说明。图12是示出使用了修正滤波器的头外定位处理方法的流程图。
首先，测量部35对内置麦克风特性B进行测量(S11)。测量部35通过脉冲响应测量来测量用户U的内置麦克风特性B。具体地，从头戴耳机43的左右的输出单元43L、43R输出脉冲声音，麦克风2L、2R拾取脉冲声音。此外，在头戴耳机43是封闭式的情况下，通过同时产生左右的脉冲声音，得到用户U的内置麦克风特性B。在头戴耳机43是开放式的情况下，存在来自左侧的输出单元43L的声音漏出而通过右侧的麦克风2R接收声音的情况。将这些设为头戴耳机43的串扰传递特性。串扰传递特性如果比内置麦克风特性B小30dB以上，则能够忽略串扰传递特性。
这里，测量部35对时域的内置麦克风特性B进行离散傅里叶变换(DFT：DiscreteFourier Transform)，并计算出频域的内置麦克风特性B。由此，能够求出频域中的振幅特性(振幅谱)和相位特性(相位谱)。此外，本发明中的频域与时域的各变换处理不限于DFT，也可以采用FFT(fast fourier transform，快速傅立叶变换)、DCT(discrete cosinetransform，离散余弦变换)等各种变换处理。
逆滤波器计算部32计算内置麦克风特性B的逆滤波器(1/B)(S12)。具体地，逆滤波器计算部32将内置麦克风特性B的振幅特性的相反特性作为逆滤波器(1/B)而计算。
接着，修正部33通过对逆滤波器(1/B)进行修正来生成修正滤波器(S13)。这里，在修正部33中设定有多个修正模式。并且，修正部33按照多个修正模式的每个来生成修正滤波器。修正部33生成左右各自的修正滤波器。例如，在存在第一～第三修正模式的情况下，修正部33在左右分别生成三个修正滤波器，即生成合计六个修正滤波器。
具体地，修正部33不改变逆滤波器(1/B)的相位而对振幅进行操作。并且，修正部33对相位特性、以及对振幅进行了操作后的振幅特性进行逆离散傅里叶变换(IDFT)，由此计算修正滤波器。此外，后面叙述修正滤波器的生成方法的细节。
并且，用户U进行听感实验从而选择最佳的修正模式(S14)。例如，分别收听卷积了第一～第三修正模式的修正滤波器后的听感实验用信号。具体地，滤波器部41、42对白噪声卷积在第一～第三修正模式下的修正滤波器。并且，用户U使用头戴耳机43来收听卷积了修正滤波器后的白噪声。
用户U基于白噪声的音质选择最佳的修正模式。根据进行针对用户的听感实验时的用户输入，选择最佳的修正模式。此外，修正滤波器的作用为在麦克风位置中将幅频特性设为平坦。即，修正滤波器的作用是抵消头戴耳机传递特性，提供目标特性(具体地，头部传递函数HRTF或者自由空间传递函数)。实际上人的耳朵按照等响曲线而能听到，但优选在音质上没有倾向(预定的频率不突出)的修正模式。此外，后面叙述修正模式的选择方法的细节。
并且，使用与用户选择的修正模式相应的修正滤波器来执行卷积处理(S15)。具体地，卷积运算部21使用空间声学传递特性(Ls、Lo、Ro、Rs)进行卷积，并且滤波器部41、42使用修正滤波器进行卷积处理。由此，由于对再现信号卷积了空间声学传递特性与修正滤波器，因此能够适当地进行头外定位处理。
由于不需要在外耳道入口设置麦克风，因此能够简便地计算修正滤波器。即，能够利用由内置于头戴耳机43的麦克风2L、2R测量出的内置麦克风特性B而生成逆滤波器以及修正滤波器。因此，即使在使用了安装于头戴耳机43的麦克风2L、2R的情况下，也能适当地进行头外定位处理。换而言之，由于不需要在外耳道入口设置麦克风，因此能够简便地生成修正滤波器。另外，由于不需要如专利文献1那样进行自适应控制，因此能够实现低成本化。
(修正滤波器和修正模式)
如上所述，耳边麦克风特性A与内置麦克风特性B的差别按照每个频带而不同。因此，按照每个频带来改变内置麦克风特性B的修正方法。例如，到5kHz为止的频带(以下为第一频带)通过所有的用户通用的修正函数来修正内置麦克风特性B的频率振幅值。在个人差别大、5kHz～12kHz的频带(以下，设为第二频带)中划分模式来修正。例如，用户根据听感实验选择最佳的修正模式。在12kHz～14kHz的频带(以下，设为第三频带)中，设为固定的值(例如10dB)。此外，该固定的值是按照每个头戴耳机而确定的值。另外，在14kHz以上的频带(以下，设为第四频带)，将频率振幅值固定设为0dB。
在第二频带中，按照模式划分为多个修正模式。以下，对修正模式进行说明。这里，以划分为第一～第三修正模式为例进行说明。
第一修正模式是将内置麦克风特性B的逆滤波器(1/B)直接作为修正滤波器而使用的模式。第一修正模式与上述的模式(1)对应。即，在模式(1)中，由于幅频特性的形状、水平相似，因此能够将内置麦克风特性B的逆滤波器(1/B)直接作为修正滤波器而利用。
如后面叙述的具体的一个例子所示，第二修正模式是将修正滤波器的频率振幅值设为固定的值的模式。这里，将第二频带中的频率振幅值设为0dB。此外，频率振幅值不限于0dB，可以是任意的值。
第三修正模式是使逆滤波器(1/B)的频率振幅值放大或者衰减的模式。即，修正部33使逆滤波器(1/B)的频率振幅值水平移位(Level shift)以使各频带的频率振幅值连续。例如，增加或者减少固定的值的、第二频带中的逆滤波器(1/B)的频率振幅值，并设为修正滤波器的频率振幅值。
如上所述，用户U进行听感实验，并从第一～第三修正模式中选择最佳的修正模式。并且，与被选择的修正模式对应的修正滤波器被卷积到再现信号上。
以下，对于修正滤波器的生成方法的具体的一个例子进行说明。在以下的说明中，示出选择了第二修正模式时的生成方法。在以下的说明中，将i设为DFT的频率索引，将freq[i]设为频率索引i中的频率(Hz)，将tmp_dB[i]设为频率索引i中的修正滤波器的频率中声压级(dB)，将amp_dB[i]设为所测量的内置麦克风特性的逆滤波器(1/B)的频率中的声压级(dB)。另外，以下的修正例所示的数值、修正函数是在测量中使用的头戴耳机中的一个例子，本发明并不限于以下的具体的数值、修正函数。
(I)内置麦克风特性的低频域的相位在左右上是正负相反的情况下，使左右相位值一致。在本实施方式中，根据能够由DFT分析的最低频率下的左右相位，使左右相位值一致。
第一频带(最低频率～5kHz)
(II)在最低频率～1kHz为止，将修正滤波器的频率振幅值tmp_dB[i]设定为固定值amp1k_dB。此外，固定值amp1k_dB是1kHz下的内置麦克风特性的逆滤波器(1/B)的频率振幅值。另外，最低频率例如是10Hz。
(III)在1kHz～2kHz的范围中，将频率振幅值设定为以下的修正式(1)所示的值。
tmp_dB[i]＝amp_dB[i]+freq[i]*(-0.0035)+3.5…(1)
(IV)在2kHz～4kHz的范围中，将频率振幅值设定为以下的修正式(2)所示的值。
tmp_dB[i]＝amp_dB[i]+freq[i]*(-0.002)+0.5…(2)
(V)在4kHz～5kHz的范围中，将频率振幅值设定为以下的修正式(3)所示的值。
tmp_dB[i]＝amp_dB[i]+freq[i]*(-3.5/800)+10…(3)
第二频带(5kHz～12kHz)
(VI)在第二频带中，将tmp_dB[i]设定为固定值。在第二频带中，设为tmp_dB[i]＝0dB。
第三频带(12kHz～14kHz)
(VII)在第三频带中，将tmp_dB[i]设定为固定值。在第三频带中，设为tmp_dB[i]＝10dB。
第四频带(14kHz～最高频率)
(VIII)在第四频带中，将tmp_dB[i]设定为固定值。在第四频带中，设为tmp_dB[i]＝0dB。
如上所述，修正部33基于逆滤波器(1/B)生成修正滤波器。在第一频带中，使用修正函数，并通过修正函数对内置麦克风特性的频率振幅值进行修正。修正函数是头戴耳机固有的，设为所有用户中通用。因此，如果是相同类型(形状)的头戴耳机，则设定相同的修正函数。在第二频带中，进行与修正模式相应的修正。在第三频带、第四频带中，修正滤波器的频率振幅值分别被设定为固定值。
接着，使用图13，对生成修正滤波器的步骤(S13)进行详细说明。图13是示出修正滤波器的生成步骤的细节的流程图。
首先，对逆滤波器(1/B)进行DFT处理，计算频域的振幅特性和相位特性(S21)。接着，进行第一频带(最低频率～5kHz)中的振幅操作(S22)。最低频率例如是10Hz。在第一频带中，如上所述，根据对所有用户中通用的修正函数，对频率振幅值进行放大或者衰减。此外，修正函数按照头戴耳机而不同。即，在不同类型(形状)的头戴耳机中使用不同的修正函数，在相同类型(形状)的头戴耳机中使用相同的修正函数。因此，只要按照头戴耳机的类型设定修正函数即可。此外，修正函数只要从图10所示的频率特性中使用直线或者任意的曲线而计算出近似式即可。
接着，根据第一～第三修正模式，对第二频带(5kHz～12kHz)的振幅进行操作(S23～S25)。在第一修正模式中，将5kHz～12kHz的修正滤波器的频率振幅值置换为5～12kHz的内置麦克风特性B的逆滤波器(1/B)(S23)。即，内置麦克风特性B的逆滤波器(1/B)的频率振幅值直接作为修正滤波器的频率振幅值而被使用。
在第二修正模式中，5kHz～12kHz的频率振幅值被设定为0dB(S24)。在第三修正模式中，使5kHz～12kHz的逆滤波器(1/B)的频率振幅值水平移位以使各频带的频率振幅值连续(S25)。例如，放大或衰减固定值的、逆滤波器(1/B)的频率振幅值，并设为修正滤波器的频率振幅值。
接着，将第三频带(12kHz～14kHz)的频率振幅值设定为10dB(S26)。将第四频带(14kHz～最高频率)的频率振幅值设定为0dB(S27)。并且，进行逆离散傅里叶变换(IDFT：Inverse Discrete Fourier Transform)(S28)。由此，能够按照各修正模式求出修正滤波器。此外，被用于逆离散傅里叶变换的频率相位特性能够直接使用逆滤波器(1/B)的频率相位特性。
通过针对左右各个执行图13所示的处理，生成左右的修正滤波器。具体地，由于在左右各个上存在三个修正模式，因此修正部33生成合计六个修正滤波器。这里，将与第一修正模式对应的修正滤波器设为第一修正滤波器。将与第二修正模式对应的修正滤波器设为第二修正滤波器，将与第三修正模式对应的修正滤波器设为第三修正滤波器。
(修正模式的选择)
接着，使用图14～图16，对修正模式的选择步骤的细节进行说明。图14是示出修正模式的选择步骤的细节的流程图。图15、图16是示出左右的内置麦克风特性B的图。图15是示出左右的内置麦克风特性B的相关系数高时的幅频特性的图。图16是示出左右的内置麦克风特性B的相关系数低时的幅频特性的图。具体地，在图15中，相关系数是0.91，在图16中，相关系数为0.41。相关系数为将(左右的内置麦克风特性的协方差)用(左右的内置麦克风特性的标准偏差的积)除而得的值。此外，左右的内置麦克风特性B的相关系数只要仅在第二频带(图15、图16的C2的范围)中计算即可。
在本实施方式中，根据左右的内置麦克风特性B的相关系数改变左右的修正模式的选择方法。具体地，修正部33求出第二频带中的内置麦克风特性B的左右的相关系数。并且，将相关系数与预定的阈值进行比较。此外，阈值设为0.75。并且，如果相关系数是阈值以上，则选择左右相同的修正模式，如果小于阈值，则选择左右不同的修正模式。
首先，修正部33求出相关系数，判断是否为阈值以上(S31)。此外，相关系数的计算可以在任一时刻进行。例如，在图12的步骤S11～S13的任何一个中进行。另外，显示部34可以显示相关系数。
在相关系数是阈值以上的情况下(S31的是)，左右交替地输入白噪声(S32)。并且，滤波器部41、42依次切换第一～第三修正模式的修正滤波器来进行卷积处理(S33)。例如，滤波器部41、42在白噪声上卷积修正滤波器。并且，头戴耳机43输出卷积了修正滤波器后的白噪声。这里，用户U进行三次听感实验。
在第一次的听感实验中，左右的滤波器部41、42卷积第一修正滤波器。并且，头戴耳机43左右交替地输出卷积了第一修正滤波器后的白噪声。在第二次的听感实验中，左右的滤波器部41、42卷积第二修正滤波器。并且，头戴耳机43左右交替地输出卷积了第二修正滤波器后的白噪声。在第三次的听感实验中，左右的滤波器部41、42卷积第三修正滤波器。并且，头戴耳机43左右交替地输出卷积了第三修正滤波器后的白噪声。
当然，卷积第一～第三修正滤波器的顺序并不被特别限定。此外，修正模式可以自动地切换，也可以手动地切换。在进行手动切换的情况下，例如用户U只要按下输入部31的切换按钮即可。在进行自动切换的情况下，只要按照固定的时间切换在各修正模式下的听感实验即可。
接着，用户选择在音质上没有倾向的修正模式(S34)。选择三次听感实验中的、在音质上最没有倾向的能听到时的修正模式。具体地，通过用户U按下输入部31的按钮，来输入最佳的修正模式。输入部31接受用户U的输入，并输出到修正部33。由此，选择最佳的修正模式。此外，用户输入不限于按钮，可以是触摸面板输入、声音输入等。
另一方面，在相关系数小于阈值的情况下(S31的否)，仅单通道输入白噪声(S35)。这里，首先仅Lch输入白噪声。并且，滤波器部41依次切换第一～第三修正模式的修正滤波器来进行卷积处理(S36)。例如，滤波器部41在白噪声上卷积修正滤波器。并且，头戴耳机43输出卷积了修正滤波器后的白噪声。这里，用户U进行三次听感实验。
在第一次的听感实验中，左侧的滤波器部41卷积第一修正滤波器。并且，头戴耳机43的左侧的输出单元43L输出卷积了第一修正滤波器后的白噪声。在第二次的听感实验中，左侧的滤波器部41卷积第二修正滤波器。并且，头戴耳机43的左侧的输出单元43L输出卷积了第二修正滤波器后的白噪声。在第三次的听感实验中，左侧的滤波器部41卷积第三修正滤波器。并且，头戴耳机43的左侧的输出单元43L输出卷积了第三修正滤波器后的白噪声。当然，卷积第一～第三修正滤波器的顺序并不被特别限定。
接着，用户选择在音质上没有倾向的修正模式(S37)。即，选择三次听感实验中的、在音质上最没用倾向的能听到时的修正模式。具体地，用户U通过按下输入部31的按钮，来输入最佳的修正模式。输入部31接受用户U的输入，并输出到修正部33。由此，针对Lch选择最佳的修正模式。此外，用户输入不限于按钮，可以是触摸面板输入、声音输入等。
接着，判断左右的选择是否结束了(S38)。这里，由于右侧的选择没有结束(S38的否)，因此仅Rch输入白噪声。并且，与Lch同样的，针对Rch，滤波器部42也以第一～第三修正滤波器为顺序依次进行卷积处理(S36)。由此，即使针对右耳也进行三次听感实验。并且，用户U操作输入部31，选择在音质上没有倾向的修正模式(S37)。当左右都选择结束时(S38的是)，结束选择。
此外，在上述的说明中，在左右的内置麦克风特性B的相关系数是阈值以上的情况下，设为选择左右相同的修正模式，但也可以使用逆滤波器(1/B)的相关系数。即，在内置麦克风特性B或者逆滤波器(1/B)的左右的相关系数是阈值以上的情况下，可以设为选择左右相同的修正模式。
另外，相关系数的阈值的值并不限定于0.75。只要根据头戴耳机43而设定适当的阈值即可。另外，在相关系数比阈值低的情况下，在上述的说明中进行了左侧的听感实验后进行右侧的听感实验，但可以在进行右侧的听感实验后进行左侧的听感实验。
(修正部33)
接着，为了生成修正滤波器，使用图17，对修正逆滤波器的修正部33的构成进行说明。图17是示出修正部33的一个例子的框图。修正部33具有相关系数计算部51、DFT部52、振幅操作部53以及IDFT部54。
从逆滤波器计算部32向相关系数计算部51输入左右的逆滤波器(1/B)。相关系数计算部51计算左右的逆滤波器(1/B)的相关系数。相关系数计算部51计算第二频带中的左右的相关系数。相关系数计算部51将所计算出的相关系数输出到显示部34。显示部34显示相关系数。当然，可以不计算逆滤波器(1/B)的相关系数，而计算内置麦克风特性B的相关系数。
DFT部52中被输入逆滤波器(1/B)。DFT部52对时域的逆滤波器(1/B)进行离散傅里叶变换。由此，计算幅频特性与频率相位特性。振幅操作部53对逆滤波器(1/B)的振幅进行操作。如上所述，根据频带改变振幅。
IDFT部54针对改变了振幅后的幅频特性与相位特性进行逆离散傅里叶变换。由此，生成时域的修正滤波器。修正滤波器被输出到滤波器部41、滤波器部42。并且，该修正滤波器如上所述被卷积到再现信号。
此外，在上述的说明中，计算内置麦克风特性B、逆滤波器(1/B)、修正滤波器的振幅频谱，但也可以求出功率谱。并且，通过操作逆滤波器(1/B)的功率谱的功率值，可以求出修正滤波器。即，通过操作逆滤波器(振幅值或者功率值)，可以计算修正滤波器。
另外，修正部33中的具体的修正处理能够按照每个头戴耳机43而改变。即，能够在相同类型的头戴耳机43中使用相同的修正函数或固定值而操作振幅。当然，在不同类型的头戴耳机43中，只要分别设定最佳的修正函数或固定值即可。具体地，在某类型的头戴耳机43中，制造者测量耳边麦克风特性(A)和内置麦克风特性(B)。并且，通过对耳边麦克风特性(A)与内置麦克风特性(B)的测量结果进行分析，来决定修正模式、各频带的上限频率与下限频率、各频带的振幅的设定值、修正函数等。向购入麦克风内置头戴耳机的用户提供执行修正和以及头外定位处理的计算机程序。并且，通过用户执行计算机程序，来执行逆滤波器的修正处理以及头外定位处理。
上述信号处理中的一部分或者全部可以通过计算机程序来执行。上述的程序使用各种各样类型的非临时的计算机可读介质(non-transitory computer readable medium)而被保存，并能够提供给计算机。非临时的计算机可读介质包含各种各样类型的实体的某记录介质(tangible storage medium)。非临时的计算机可读介质的例子包含磁记录介质(例如，软盘、磁带、硬盘驱动器)、光磁记录介质(例如，光磁盘)、CD-ROM(Read OnlyMemory，只读存储器)、CD-R(Compact Disk-Recordable，可录式光盘)、CD-R/W(rewritablecompact disk，可复写式光盘机)、半导体存储器(例如，掩模ROM、PROM(Programmable ROM，可编程只读存储器)、EPROM(Erasable PROM，可擦写可编程只读存储器)、闪存ROM、RAM(Random Access Memory，随机存取存储器))。另外，程序可以通过各种各样类型的临时的计算机可读介质(transitory computer readable medium)提供给计算机。临时的计算机可读介质的例子包含电信号、光信号以及电磁波。临时的计算机可读介质能够经由电线以及光纤等有线通信路径或者无线通信路径而将程序提供给计算机。
以上，基于实施方式，对由本发明人完成的发明具体地进行了说明，但本发明并不限于上述实施方式，当然能够在不脱离其主旨的范围内能够进行各种改变。
本申请主张以2015年9月17日申请的日本申请特愿2015-184223为基础的优先权，其公开的全部内容并入到这里。
产业上的可用性
本发明能够应用于使用了头戴耳机的头外定位处理中。
符号说明
U…用户；
2L…左麦克风；
2R…右麦克风；
3L…左耳；
3R…右耳；
10…头外定位处理部；
11…卷积运算部；
12…卷积运算部；
21…卷积运算部；
22…卷积运算部；
24…加法运算器；
25…加法运算器；
31…输入部；
32…逆滤波器计算部；
33…修正部；
34…显示部；
35…测量部；
41…滤波器部；
42…滤波器部；
43…头戴耳机；
51…相关系数计算部；
52…DFT部；
53…振幅操作部；
54…IDFT部。

Claims (6)

1.一种头外定位处理装置，包括：
头戴耳机，具有左右的输出单元；
左右的麦克风，分别安装在左右的所述输出单元；
测量部，通过由左右的所述麦克风分别拾取从左右的所述输出单元输出的声音来分别测量左右的头戴耳机传递特性；
逆滤波器计算部，在频域中分别计算左右的所述头戴耳机传递特性的逆滤波器；
修正部，在频域中修正所述逆滤波器并计算修正滤波器；
卷积运算部，使用空间声学传递特性对再现信号进行卷积处理；
滤波器部，对由所述卷积运算部进行卷积处理后的所述再现信号，使用所述修正滤波器进行卷积处理；以及
输入部，接受用户输入，该用户输入用于从多个修正模式之中选择最佳的修正模式，
其中，所述头戴耳机输出卷积了所述修正滤波器后的所述再现信号，
所述修正部在第一频带中，使用预先设定的修正函数修正所述逆滤波器，
所述修正部在比所述第一频带高的第二频带中，依据根据所述用户输入选择的修正模式来修正所述逆滤波器，
所述修正部在比所述第二频带高的第三频带中，将所述修正滤波器修正为预定值。
2.根据权利要求1所述的头外定位处理装置，其中，
当在所述第二频带中所述头戴耳机传递特性或者所述逆滤波器的左右的相关系数是预定阈值以上时，所述修正部选择左右相同的修正模式。
3.根据权利要求1或2所述的头外定位处理装置，其中，所述多个修正模式包含：
第一修正模式，所述第一修正模式在所述第二频带中，将所述逆滤波器设为所述修正滤波器；
第二修正模式，所述第二修正模式在所述第二频带中，将所述修正滤波器设定为固定值；以及
第三修正模式，所述第三修正模式在所述第二频带中，将所述逆滤波器放大或衰减来设定为所述修正滤波器。
4.一种头外定位处理方法，使用头外定位处理装置，所述头外定位处理装置包括：头戴耳机，具有左右的输出单元；左右的麦克风，分别安装于左右的所述输出单元；以及输入部，接受用户输入，该用户输入用于从多个修正模式之中选择最佳的修正模式，
其中，所述头外定位处理方法包括以下步骤：
通过由左右的所述麦克风分别拾取从左右的所述输出单元输出的声音来分别测量左右的头戴耳机传递特性；
在频域中，分别计算左右的所述头戴耳机传递特性的逆滤波器；
在频域中，通过多个修正模式修正所述逆滤波器，生成与所述多个修正模式对应的多个修正滤波器；
根据所述用户输入，从所述多个修正模式之中选择最佳的修正模式；
卷积步骤，使用空间声学传递特性对再现信号进行卷积处理；
对卷积了空间声学传递特性后的所述再现信号，使用所述修正滤波器进行卷积处理；以及
从所述头戴耳机输出卷积了所述修正滤波器后的所述再现信号，
在生成所述修正滤波器的步骤中，
在第一频带中，使用预先设定的修正函数修正所述逆滤波器，
在比所述第一频带高的第二频带中，依据根据所述用户输入选择的修正模式来修正所述逆滤波器，
在比所述第二频带高的第三频带中，将所述修正滤波器修正为预定值。
5.根据权利要求4所述的头外定位处理方法，其中，
当在所述第二频带中所述头戴耳机传递特性或者所述逆滤波器的左右的相关系数是预定阈值以上时，选择左右相同的修正模式。
6.根据权利要求4或5所述的头外定位处理方法，其中，所述多个修正模式包含：
第一修正模式，所述第一修正模式在所述第二频带中，将所述逆滤波器设为所述修正滤波器；
第二修正模式，所述第二修正模式在所述第二频带中，将所述修正滤波器设定为固定值；以及
第三修正模式，所述第三修正模式在所述第二频带中，将所述逆滤波器放大或者衰减来设定为所述修正滤波器。
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