JP2019041382A - 音響デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】音声信号の音源方向（ＤＯＡ）、音の深度、ならびに３次元空間中の聴覚対象の適切なサイズを認識することができる音響デバイスを提供する。【解決手段】音響デバイス２Ａ，２Ｂは、スープラオーラル型の耳カップ４と、スープラオーラル型の耳カップによって少なくとも部分的に取り囲まれ、内側表面が、外部音声が耳介レプリカにより受け取られるように外を向いている、耳介レプリカ６と、当該外部音声を収集するように構成され、収集された外部音声についての情報を含む第１の電気信号を発信するマイクロホンユニット１０と、を備える。【選択図】図２

Description

本開示は主に、空間中の音声発生物体の位置を確認する能力を向上させる音響デバイスに関する。

従来技術で公知であるように、聴覚能力は、音響音声信号の検出、識別および把握のみでなく、空間中の音声発生物体の位置を確認する能力も必要とする。

本文脈中、用語「位置を確認する」とは、音響音声信号の音源方向（ＤＯＡ）ならびに音声発生物体までの距離を決定する能力を含む。周知であるように、耳が塞がれたとき、例えば、聴力保護用イヤーマフまたはヘッドホンが利用されるとき、１５００Ｈｚを超える周波数で存在して聴覚信号深度の知覚のために使用される高周波数スペクトルキューが失われる。高周波数スペクトルキューまたは耳介ベースのスペクトルキューは、両耳間強度差（ＩＩＤ）および両耳間レベル差（ＩＬＤ）などの他の重要なキューとともに、音声の空間位置確認ならびに音声の客観化の改善に寄与する。これらの耳介に基づくスペクトルキューは、時に指向性伝達関数（ＤＴＦ）と呼ばれることさえある。ＤＴＦは、耳がどのように空間中のある地点から音声を受け取るかを表す周知のモデルである頭部関連伝達関数（ＨＲＴＦ）の一部を成す。

耳介（耳殻、外耳）の目的は、入ってくる音響音声信号を誘導し復元することである。耳介の誘導／復元機能が損なわれた場合、耳介により行われるこの自然なフィルタリングを復元するための信号処理の使用が提案されてきた。しかし、これらの試みは不十分であると証明された。具体的には、聴者の周りに存在する静的および動的両方のありとあらゆる音声をリアルタイムで識別し、聴者の個別のＨＲＴＦ特性に基づいて各音声をフィルタリングすることは現在では実現可能ではない。

上記背景をもとに、当該技術に関連する欠点を少なくとも軽減するためにさらなる試みがなされてきた。

ヒトの耳介の形状は、音声方向を決定する能力に重要であるという事実の一般的認識は、国際公開第９１／０７１５３号で見出すことができる。加えて、国際公開第９１／０７１５３号は、ヒトの耳介の主な形状を非常に大まかに模倣するために耳を覆う部材の外側表面を成形することを提案している。さらに、国際公開第９１／０７１５３号は、外側の模倣された耳介は自然な耳介よりも大きくすべきであることを教示している。このような模倣された耳介は、音響音声信号と関係する音声方向を決定する聴者の能力を向上させる。しかし、提案された教示はかなりの欠点がある。例としてさまざまな聴覚パラメータを決定する際の精度は、その近似設計により本質的に制限されている。さらに、用いられる用語「音声方向」はやや普遍的なものであるため、空間中の音声発生物体の位置を十分正確に決定するのに有用なパラメータはその開示では考慮すらされない。

上記背景をもとにして、目下の目的は、現状の技術に属するデバイスをさらに改善することである。

上記の目的は、主に、独立請求項による音響デバイスにより、また従属請求項による実施形態によって達成される。

より具体的には、本開示は、スープラオーラル型の耳カップと、スープラオーラル型の耳カップによって少なくとも部分的に取り囲まれる耳介レプリカであって、耳介レプリカの内側表面は外部音声が耳介レプリカにより受け取られ得るように外を向いている、耳介レプリカと、当該外部音声を収集するように構成されたマイクロホンユニットであって、収集された外部音声についての情報を含む第１の電気信号を発信するように構成された、マイクロホンユニットとを備える音響デバイスを提供する。

以下、本発明の実施形態の好ましい効果および利点が第１の態様を参照して提示される。

目下の解決策は、耳介に基づくスペクトルキュー、すなわち、聴者の耳介により生成される個別の情報を維持する。これによって、聴者の空間認識が実質的に復元され、すなわち、まるで耳が塞がれていないときと同レベルである。より具体的には、高周波数領域内のキューを維持する本発明の解決策ゆえに、聴者は、とりわけ、音声信号の音源方向（ＤＯＡ）、音の深度、ならびに３次元空間中の聴覚対象の適切なサイズを認識することができる。

したがって、音声の個々のＨＲＴＦフィルタリングは耳介レプリカにより行われる。フィルタリングされた音声は、マイクロホンユニットによって収集され、最後に聴者の聴覚系へと送達される。ここで、個々のＨＲＴＦフィルタリングに関する計算が処理ユニットによって実行される場合、これらの計算は実質的にリアルタイムでなされる必要があるため追加でかなりの計算負荷が処理ユニットに課される。

提案される実施形態は、個人用の耳介に基づくスペクトルキューを復元する簡単で完全な機械的解決策を提供する。その結果、このような解決策は、対応するソフトウェアに基づく解決策よりもはるかに製造が簡単である。同文脈において、本明細書に記載される１つ以上の実施形態のメリットは、基本的に、さらなる信号処理源を使用することなく得られる。明らかに、このことは相当な利益をもたらす。関連する文脈においては、提案される解決策は大部分が現実の技術を見習っているため、どのソフトウェアに基づく解決策よりも明らかに正確かつ聴覚的に自然である。

本願全体を通して、用語「耳介レプリカ」は、聴者の耳介の現実的な３次元の再現として解釈されるものとする。

音響デバイスは、スープラオーラル型の耳カップと、スープラオーラル型の耳カップによって少なくとも部分的に取り囲まれる耳介レプリカであって、耳介レプリカの内側表面は外部音声が耳介レプリカにより受け取られ得るように外を向いている、耳介レプリカと、当該外部音声を収集するように構成されたマイクロホンユニットであって、収集された外部音声についての情報を含む第１の電気信号を発信するように構成された、マイクロホンユニットとを備える。

所望により、マイクロホンユニットは、耳介レプリカの耳甲介部分に、またはその近傍に配置される。

所望により、上記実施形態のいずれかにおいて、耳介レプリカの少なくとも内側表面は音響透過性材料によって覆われる。

所望により、上記実施形態のいずれかにおいて、耳介レプリカは３Ｄスキャンおよび／または３Ｄプリントを使用して製造される。

上記実施形態のいずれかに記載の音響デバイスを備えたヘッドホンがさらに開示される。

所望により、ヘッドホンは、第１の電気信号を処理する処理ユニット、および／または所望により第１の電気信号に基づいて音声を生成するように構成されたスピーカユニットをさらに備える。

所望により、スピーカユニットによって生成された音声は、聴者の外耳道に対して密閉されるカプラーに提示される。

所望により、上記実施形態のいずれかにおいて、ヘッドホンは、聴力保護に適しており、聴力保護用ヘッドホンは周囲聴音機能を備える。

所望により、上記実施形態のいずれかにおいて、第１の電気信号は耳介レプリカの位置を補償するためにさらに処理される。

所望により、上記実施形態のいずれかにおいて、第１の電気信号はスピーカユニットの位置を補償するためにさらに処理される。

音響デバイスは、スープラオーラル型の耳カップと、スープラオーラル型の耳カップによって少なくとも部分的に取り囲まれる耳介レプリカであって、耳介レプリカの内側表面は外部音声が耳介レプリカにより受け取られるように外を向いている、耳介レプリカと、当該外部音声を収集するように構成されたマイクロホンユニットであって、収集された外部音声についての情報を含む第１の電気信号を発信するように構成された、マイクロホンユニットとを備える。

所望により、マイクロホンユニットは、耳介レプリカの耳甲介部分に、またはその近傍に配置される。

所望により、耳介レプリカの少なくとも内側表面は音響透過性材料によって覆われる。

所望により、耳介レプリカは３Ｄスキャンおよび／または３Ｄプリントを使用して製造される。

ヘッドホンは、上記実施形態のいずれかに記載の音響デバイスを備える。

所望により、ヘッドホンは、第１の電気信号を処理する処理ユニットと、第１の電気信号に基づいて音声を生成するように構成されたスピーカユニットとをさらに備える。

所望により、ヘッドホンが使用者に使用されているとき、使用者の外耳道に対して密閉されるカプラーをさらに備える。

所望により、ヘッドホンは聴力保護用ヘッドホンである。

所望により、聴力保護用ヘッドホンは、周囲聴音機能を備える。

所望により、処理ユニットは、耳介レプリカの位置を補償するために第１の電気信号を処理するようにさらに構成される。

所望により、処理ユニットは、ヘッドホンのスピーカユニットの位置を補償するために第１の電気信号を処理するようにさらに構成される。

実施形態のさらなる利点および特徴は、図面と併せて以下の発明を実施するための形態を読むことによって明らかになるであろう。

図１は、一実施形態に係る聴者の耳に配置されたときの、音響デバイスの概略斜視図である。 図２は、聴者の耳に配置されたときの、図１に示す一対の同じ音響デバイスの正面断面図である。 図３は、本発明の実施形態に係る音響デバイスを備えたヘッドホンの分解図である。

実施形態は、例示的実施形態が示されている添付の図面を参照してより完全に記載される。類似の構造または機能の要素は図面全体にわたって同じ参照番号により表されるという点に留意すべきである。したがって、同じ要素または構成部品は、各図面に関して必ずしも詳細には説明しない。また、図面は実施形態の説明を容易にすることを意図するものに過ぎないことに留意すべきである。図面は、特許請求の範囲に記載された発明の包括的な説明としても、または特許請求の範囲に記載された発明の範囲に対する制限としても意図されていない。加えて、図示した実施形態は、示されるすべての態様または利点を有する必要はない。特定の実施形態とともに記載される態様または利点は必ずしも、その実施形態に限定されず、そのように示されていなくても任意の他の実施形態で実施可能である。

図１は、一実施形態に係る聴者１の耳に配置されたときの、音響デバイス２の概略斜視図である。スープラオーラル型の耳カップ４を備えた音響デバイスが示されている。明確に見てとれるように、耳介レプリカ６は、スープラオーラル型の耳カップによって少なくとも部分的に取り囲まれている。耳介レプリカの内側表面８は外を向いている。耳介レプリカは、外部音声を受け取るように構成されている。マイクロホンユニット（図１には図示せず）は、当該外部音声を収集し、収集した外部音声についての情報を含む第１の電気信号を発信する。

図２は、聴者１の耳に配置されたときの、図１に示す一対の同じ音響デバイス２Ａ、２Ｂの正面断面図である。ここでも、耳カップ４および耳介レプリカ６が図示されている。さらにマイクロホン１０が見える。審美的理由のため、耳介レプリカは外から見えないことが望ましい。これは、耳介レプリカ６の内側表面８を少なくとも覆う音響透過性材料１２、典型的には、メッシュを利用することにより達成される。この解決策によって与えられるさらなる利点は風切り音の減少である。

１つまたは複数の例示的な音響デバイスでは、マイクロホンユニットを耳介レプリカの耳甲介部分に、またはその近傍（例えば、１インチ以内、より好ましくは０．５インチ以内、より好ましくは０．３インチ以内、より好ましくは０．２インチ以内、より好ましくは０．１インチ以内）に配置することが好ましい場合がある。このようにして、音声は、外耳道の入口で、すなわち、耳介による自然のフィルタリングが完了してから取り込まれる。

１つまたは複数の例示的な音響デバイスでは、マイクロホンユニットを耳介レプリカの耳甲介部分に、またはその近傍（例えば、２．５ｃｍ以内、より好ましくは１．２５ｃｍ以内、より好ましくは０．７５ｃｍ以内、より好ましくは０．５ｃｍ以内、より好ましくは０．２５ｃｍ以内）に配置することが好ましい場合がある。このようにして、音声は、外耳道の入口で、すなわち、耳介による自然のフィルタリングが完了してから取り込まれる。

１つ以上の実施形態において、耳介レプリカは３Ｄスキャンおよび／または３Ｄプリントを使用して製造される。

図３は、一実施形態に係る音響デバイスを備えたヘッドホン２０の分解図である。図示されている音響デバイスは、使用中に聴者の頭にもたせ掛ける、ふわふわのスープラオーラル型の耳カップ４と、ここではベースプレート７に固定されている耳介レプリカ６と、耳介レプリカ６によって集められる外部音声を収集するマイクロホン１０とを備える。

スピーカユニット１４は、耳カップの隣に配置される。マイクロホンユニットを備える台座を備えたカプラーフレーム１６が、スピーカユニット１４の隣にある。前述の耳介レプリカ６を備えたベースプレート７はカプラーフレーム１６の隣に配置される。図示されている実施形態では、耳介レプリカ６は前述の音響透過性メッシュ１２により覆われる。さらに、外端部には機械的安定性を提供するリング状フレーム１８が配置されている。

スピーカユニット１４はヘッドホン分野の当業者に周知の従来の方法で設置されてもよいことを理解すべきである。あるいは、一般的な外耳道カプラーは、スピーカユニット１４がカプラーに収容され、カプラーがしっかりとした配置のためにヘッドホン２０に取り付けられるように製造されてもよい。

さらに図３を参照すると、音響デバイス２のマイクロホンユニットによって収集された音声信号は、典型的には、デジタル信号に変換され、後に処理ユニット（図示せず、通常ヘッドホンの一部である）によって適切な方法で処理され、最後にアナログ信号に再変換される。次に、スピーカユニット１４（通常はヘッドホンの一部である）は、このアナログ信号に基づいて音声信号を生成する。

目下の解決策は、耳介に基づくスペクトルキュー、すなわち、聴者の耳介により生成される個別の情報を維持する。これによって、聴者の空間認識が実質的に復元され、すなわち、まるで耳が塞がれておらず、耳介が耳カップにより変形されていないときと同レベルである。より具体的には、高周波数領域内のキューを維持する本発明の解決策ゆえに、聴者は、とりわけ、音声信号の音源方向（ＤＯＡ）、音の深度、ならびに３次元空間中の聴覚対象の適切なサイズを認識することができる。

したがって、提案される実施形態は、個人の耳介に基づくスペクトルキューを維持する簡単で完全な機械的解決策を提供する。その結果、このような解決策は、対応するソフトウェアに基づく解決策よりもはるかに製造が簡単である。関連する文脈においては、提案される解決策は大部分が現実の技術を見習っているため、どのソフトウェアに基づく解決策よりも明らかに正確かつ聴覚的に自然である。

前述のように、音響デバイスは、利用可能な電気信号を適切に処理する処理ユニットを備える。本文脈中、前述のように、本実施形態により、音声の個々の頭部伝達関数（ＨＲＴＦ）フィルタリングは耳介レプリカにより行われる。フィルタリングされた音声は、マイクロホンユニットによって収集され、最後に聴者の聴覚系へと送達される。ここで、個々のＨＲＴＦフィルタリングに関する計算が当該処理ユニットによって実行される場合、これらの計算は実質的にリアルタイムでなされる必要があるため追加でかなりの計算負荷が処理ユニットに課される。

処理ユニットの文脈に留まると、一実施形態では、第１の電気信号は耳介レプリカの位置を補償するためにさらに処理される。換言すると、第１の電気信号は、耳介により行われるフィルタリングが空間中の塞がれていない耳に対して別の位置で行われるということを補償するためにさらなる処置／処理を経ることができる。関連する実施形態では、第１の電気信号は、スピーカユニットの位置を補償するためにさらに信号処置／処理を経ることができる。

１つ以上の実施形態によるヘッドホンは聴力保護に適している。ここで、このような聴力保護用ヘッドホンは、周囲聴音機能（聴力保護用ヘッドホンを通して聞き取る）を備えることができる。

図面および明細書において、典型的な好ましい実施形態が開示され、特定の用語が用いられるが、それらの用語は、一般的かつ説明的に使用されるに過ぎず、限定することを目的としておらず、本発明の範囲は以下の特許請求の範囲に記載される。

以下の項目は、本出願時の特許請求の範囲に記載の要素である。
［項目１］
スープラオーラル型の耳カップと、
前記スープラオーラル型の耳カップによって少なくとも部分的に取り囲まれる耳介レプリカであって、前記耳介レプリカの内側表面は外部音声が前記耳介レプリカにより受け取られ得るように外を向いている、耳介レプリカと、
前記外部音声を受け取るように構成されたマイクロホンユニットであって、前記受け取った外部音声についての情報を含む第１の電気信号を発信するように構成された、マイクロホンユニットと
を備えた音響デバイス。
［項目２］
前記マイクロホンユニットは、前記耳介レプリカの耳甲介部分に、またはその近傍に配置される、項目１に記載の音響デバイス。
［項目３］
前記耳介レプリカの少なくとも前記内側表面は音響透過性材料によって覆われる、項目１または２に記載の音響デバイス。
［項目４］
前記耳介レプリカは、３Ｄスキャンおよび／または３Ｄプリントを使用して製造される、項目１〜３のいずれか一項に記載の音響デバイス。
［項目５］
項目１〜４のいずれか一項に記載の音響デバイスを備えたヘッドホン。
［項目６］
前記第１の電気信号を処理する処理ユニットと、前記第１の電気信号に基づいて音声を生成するように構成されたスピーカユニットとをさらに備える、項目５に記載のヘッドホン。
［項目７］
前記ヘッドホンが使用者に使用されているとき、前記使用者の外耳道に対して密閉されるカプラーをさらに備える、項目５または６に記載のヘッドホン
［項目８］
前記ヘッドホンは聴力保護用ヘッドホンである、項目５〜７のいずれか一項に記載のヘッドホン。
［項目９］
前記聴力保護用ヘッドホンは、周囲聴音機能を備える、項目８に記載のヘッドホン。
［項目１０］
前記処理ユニットは、前記耳介レプリカの位置を補償するために前記第１の電気信号を処理するようにさらに構成される、項目５〜９のいずれか一項に記載のヘッドホン。
［項目１１］
前記処理ユニットは、前記ヘッドホンのスピーカユニットの位置を補償するために前記第１の電気信号を処理するようにさらに構成される、項目５〜１０のいずれか一項に記載のヘッドホン。

１ 聴者
２、２Ａ、２Ｂ 音響デバイス
４ スープラオーラル型の耳カップ４
６ 耳介レプリカ
７ ベースプレート
８ 耳介レプリカの内側表面
１０ マイクロホンユニット
１２ 音響透過性材料
１４ スピーカユニット
１６ カプラーフレーム
１８ リング状フレーム
２０ ヘッドホン

Claims (11)

1. スープラオーラル型の耳カップと、
   前記スープラオーラル型の耳カップによって少なくとも部分的に取り囲まれる耳介レプリカであって、前記耳介レプリカの内側表面は外部音声が前記耳介レプリカにより受け取られ得るように外を向いている、耳介レプリカと、
   前記外部音声を受け取るように構成されたマイクロホンユニットであって、前記受け取った外部音声についての情報を含む第１の電気信号を発信するように構成された、マイクロホンユニットと
   を備えた音響デバイス。
2. 前記マイクロホンユニットは、前記耳介レプリカの耳甲介部分に、またはその近傍に配置される、請求項１に記載の音響デバイス。
3. 前記耳介レプリカの少なくとも前記内側表面は音響透過性材料によって覆われる、請求項１または２に記載の音響デバイス。
4. 前記耳介レプリカは、３Ｄスキャンおよび／または３Ｄプリントを使用して製造される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の音響デバイス。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の音響デバイスを備えたヘッドホン。
6. 前記第１の電気信号を処理する処理ユニットと、前記第１の電気信号に基づいて音声を生成するように構成されたスピーカユニットとをさらに備える、請求項５に記載のヘッドホン。
7. 前記ヘッドホンが使用者に使用されているとき、前記使用者の外耳道に対して密閉されるカプラーをさらに備える、請求項５または６に記載のヘッドホン
8. 前記ヘッドホンは聴力保護用ヘッドホンである、請求項５〜７のいずれか一項に記載のヘッドホン。
9. 前記聴力保護用ヘッドホンは、周囲聴音機能を備える、請求項８に記載のヘッドホン。
10. 前記処理ユニットは、前記耳介レプリカの位置を補償するために前記第１の電気信号を処理するようにさらに構成される、請求項５〜９のいずれか一項に記載のヘッドホン。
11. 前記処理ユニットは、前記ヘッドホンのスピーカユニットの位置を補償するために前記第１の電気信号を処理するようにさらに構成される、請求項５〜１０のいずれか一項に記載のヘッドホン。