JP2751166B2 - ヘッドホン装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はヘッドホン装置に関する。 〔発明の概要〕 この発明は、ヘッドホン（イヤホンを含む）によりバ
イノーラル再生を行うときに、リスナの頭の向きにした
がって左及び右チャンネルのオーディオ信号の特性を変
更する場合において、その特性を変更するためのデータ
をメモリに用意しておくことにより、優れた再生特性が
得られるようにしたものである。 〔従来の技術〕 ヘッドホンによるバイノーラル再生は、音像の方向
感、定位感及び臨場感などに優れた方法である。 しかし、スピーカによるステレオ再生の場合には、リ
スナが頭（顔）の向きを変えても、音像の絶対的な方向
及び位置は変化せず、リスナの感じる音像の相対的な方
向及び位置が変化するのに対し、ヘッドホンによるバイ
ノーラル再生の場合には、リスナが頭の向きを変えて
も、リスナの感じる音像の相対的な方向及び位置は変化
しない。このため、ヘッドホンによるバイノーラル再生
では、音場はリスナの頭の中に形成されてしまい、音像
をリスナの前方に定位させることが難しく、しかも、音
像が上昇しがちであった。 そこで、「特公昭42−227号公報」によれば、次のよ
うなヘッドホンによるバイノーラル再生方法が考えられ
ている。 すなわち、音像の方向感及び定位感は、左耳及び右耳
の聴取する音の音量差、時間差、位相差などにより決定
されるので、上記公報のシステムにおいては、左及び右
チャンネルのオーディオ信号ラインに、レベル制御回路
及び可変遅延回路をそれぞれ設けるとともに、リスナの
頭の向きを検出し、その検出信号により各チャンネルの
オーディオ信号のレベル制御回路及び可変遅延回路を制
御してスピーカによるステレオ再生に匹敵するステレオ
音場感を得るようにしたものである。 〔発明が解決しようとする問題点〕 ところが、上記公報のシステムにおいては、リスナの
頭の向きの検出信号そのものによりモータを駆動し、こ
のモータによりレベル制御回路及び可変遅延回路の可変
抵抗器及び可変コンデンサを機械的に制御しているの
で、リスナが頭の向きを変えてからヘッドホンに供給さ
れる各チャンネルのオーディオ信号の音量差及び時間差
を変化させるまでに時間の遅れを生じてしまい、実用性
がない。 また、音量差及び時間差を変化させるとき、その変化
特性は、音源とリスナとの相対的な位置関係、リスナの
頭部の形状及び耳介の形状などに基づいて決定しなけれ
ばならない。すなわち、ある１つの変化特性にした場合
には、音源とリスナとの位置関係が固定されてしまい、
距離感を変化させることができず、また、リスナにより
頭部及び耳介の形状が異なるので、効果の程度がばらつ
いてしまう。 したがって、上記公報のシステムは、商品化という点
からは、実現が極めて困難であった。 この発明は、このような問題点を解決しようとするも
のである。 〔問題点を解決するための手段〕 このため、この発明においては、リスナのヘッドホン
（６）に供給されるステレオオーディオ信号の伝達関数
及び遅延時間を、リスナの頭の動きにしたがって制御す
ることにより、ヘッドホン（６）によりステレオ信号を
再生する様にしたヘッドホン装置に於いて、ステレオオ
ーディオ信号のうち、左チャンネルのオーディオ信号の
信号ラインに設けられた伝達関数の第１の変更回路（1
2）及び可変遅延回路（11）と、ステレオオーディオ信
号のうち、右チャンネルのオーディオ信号の信号ライン
に設けられた伝達関数の第２の変更回路（42）及び可変
遅延回路（41）と、任意の基準方向に対するリスナの頭
の動きの方向及び該リスナの頭の動き角度毎の大きさを
検出する検出手段（71）と、リスナの頭の動きの方向及
び頭の変化角度毎の大きさに対する、第１及び第２の変
更回路（12）（42）及び可変遅延回路（11）（41）の制
御データがテーブルとして書き込まれているメモリ（7
7）とを有し、検出手段（71）の検出出力をメモリ（7
7）のテーブルにより制御データに変換した制御データ
を第１及び第２の変更回路（12）（42）及び可変遅延回
路（11）（41）にその制御信号として供給してヘッドホ
ン（６）に供給されるステレオオーディオ信号の伝達関
数及び遅延時間を、リスナの頭の動きの方向及び頭の角
度出力毎の大きさに対応して変更するようにしたヘッド
ホン装置としたものである。 〔作用〕 ヘッドホンに供給される各チャンネルのオーディオ信
号の音量差及び時間差が、リスナの頭の動きに対して実
時間で変更されるとともに、その変化特性が個々のリス
ナに適したものとなる。 〔実施例〕 第１図において、（１）はステレオ信号源を示し、こ
の信号源（１）からステレオの左及び右チャンネルのオ
ーディオ信号L,Rが取り出される。 そして、これら信号L,Rが、可変遅延回路（11），（4
1）→レベル制御回路（12），（42）→加算回路（1
3），（43）→音量調整用の可変抵抗器（14），（44）
→出力アンプ（15），（45）の各信号ラインを通じてヘ
ッドホン（16）の左及び右の発音ユニット（電気−音響
変換素子）（6L），（6R）にそれぞれメインのオーディ
オ信号として供給される。 この場合、可変遅延回路（11），（41）及びレベル制
御回路（12），（42）は、いずれも制御信号に対して純
電子的に遅延時間及び利得（レベル）が変化する構成と
される。また、レベル制御回路（12），（42）は、例え
ば、オーディオ帯域を５分割し、その各分割された帯域
ごとにその利得を任意に制御できるグラフィックイコラ
イザにより構成される。 さらに、ヘッドホン（６）は、その発音ユニット（6
L），（6R）が逆Ｕ字状のバンド（6B）により結合さ
れ、リスナの頭にセットできるようにされている。 また、スピーカによるステレオ再生の場合には、左チ
ャンネルのスピーカの再生音が、リスナの右耳にも到達
するというように、左右のチャンネル間に、音響的なク
ロストークを生じている。そこで、これをシミュレート
するため、信号源（１）からの信号L,Rが、可変遅延回
路（21），（31）→レベル制御回路（22），（32）→加
算回路（43），（13）の各信号ラインを通じて反対チャ
ンネルの発音ユニット（6L），（6R）にそれぞれクロス
トーク成分として供給される。なお、回路（21），（3
1）及び（22），（32）も回路（11），（41）及び（1
2），（42）と同様に構成される。 さらに、リスニングルームやコンサートホールなどに
おけるような音場の広がり感あるは臨場感を拡大するた
め、信号源（１）からの信号L,Rが、残響回路（25），
（55）に供給されて残響信号が形成され、これら信号が
加算回路（13），（43）を通じて発音ユニット（6L），
（6R）に供給される。 さらに、ヘッドホン（６）のバンド（6B）には、リス
ナの水平面内における頭の向きを検出する検出手段（7
1）が設けられる。 第２図は、その検出手段（71）として、地磁気の水平
分力を利用する場合の一例を示す。すなわち、ヘッドホ
ンバンド（6B）の中央頂点に、ロータリーエンコーダ
（7R）が、その回転軸が垂直方向となるように設けられ
るとともに、その回転軸に、磁針（7M）が設けられる。
したがって、ロータリーエンコーダ（7R）からは、磁針
（7M）の示す南北の方向を基準とし、リスナの頭の向き
を示す出力が取り出される。 そして、このエンコーダ（71）の出力が検出回路（7
2），（73）に供給され、検出回路（72）からは、リス
ナが頭を時計方向にまわしたときと、反時計方向にまわ
したときとで、“0"または“1"に変化する方向信号Sdが
取り出され、検出回路（73）からは、リスナが頭の向き
を変えたとき、その変えた角度に比例した数のパルスP
a、例えば２゜変えるごとに１つのパルスPaが取り出さ
れる。 そして、信号Sdが、アップダウンカウンタ（74）のカ
ウント方向入力/Dに供給されると共に、パルスPaがカ
ウンタ（74）のクロック入力（カウント入力）CKに供給
され、そのカウント出力が、アドレス制御回路（75）を
通じてメモリ（77）にアドレス信号として供給されてメ
モリ（77）内のテーブルの該当するアドレスから制御デ
ータが読み出され、このデータが回路（11），（12），
（21），（22），（41），（42），（31），（32）にそ
れぞれ制御信号として供給される。 第３図は、メモリ（77）内のテーブルのデータの一例
を示す。ただし、このテーブルにおいては、簡単のた
め、そのデータを、回路（11），（12），（21），（2
2），（41），（42），（31），（32）における伝達特
性に変換して示す。 すなわち、今、第４図に示すように、リスナ（８）の
前方に左及び右チャンネルのスピーカ（9L），（9R）が
配置されている場合、スピーカ（9L），（9R）とリスナ
（８）との間における伝達特性として、 Ｈ（ω，θ）mn＝Ａ（ω，θ）mn・exp｛ｊφ（ω，θ）mn｝ τ（θ）mn:スピーカ（9m）からリスナ（８）の一方の
耳（8n）に至る遅延時間 を考えたとき、角度θを単位角度ずつ、例えば２゜ずつ
変化させたときの伝達関数Ｈ（ω，θ）mn及び遅延時間
τ（ω，θ）mnの値（１つの角度につき８個の値）が、
テーブルの１番地ごとに書き込まれている。 また、このテーブルは、メモリ（77）に対して例えば
３組設けられるとともに、その組ごとに、リスナの頭部
及び耳介の形状に対応してデータの値が異ならされてい
る。そして、その３組のテーブルのうちの１つが、制御
回路（75）のスイッチ（76）の切り換えにしたがって選
択される。 なお、第１図において、（79）はリセットスイッチで
あり、これをオンしたとき、カウンタ（74）のカウント
値は“オール0"にリセットされ、メモリ（77）のテーブ
ルはθ＝０のアドレスが選択される。 このような構成によれば、信号源（１）からのオーデ
ィオ信号L,Rが、回路（11）〜（15），（41）〜（45）
を通じてヘッドホン（６）にメインのオーディオ信号と
して供給されるとともに、回路（21），（22），（3
1），（32）を通じてヘッドホン（６）にクロストーク
成分として供給される。 そして、この場合、リスナが頭を動かすと、その向き
にしたがった信号Sd,Paが得られ、これによりカウンタ
（74）のカウント値はリスナの頭の向きにしたがった値
となり、このカウント値が制御回路（75）を通じてメモ
リ（77）にアドレス信号として供給されているので、メ
モリ（77）からは、第３図のテーブルに対応したデータ
のうち、リスナの頭の向きに対応したデータが取り出さ
れ、このデータが回路（11），（12），（21），（2
2），（41），（42），（31），（32）に供給される。 したがって、ヘッドホン（６）に供給されるオーディ
オ信号L,Rは、リスナの頭の向きにしたがった伝達関数
Ｈ（ω，θ）mn及び遅延時間τ（θ）mnを有するメイン
のオーディオ信号及びクロストーク成分となるので、ス
ピーカによるステレオ再生に匹敵するステレオ音場感を
得ることができる。 なお、このとき、残響回路（25），（55）による残響
信号もヘッドホン（６）に供給されてリスニングルーム
やコンサートホールにおける広がり感が付加される。 こうして、この発明によれば、ヘッドホン（６）によ
るステレオ再生時に、スピーカによるステレオ再生に匹
敵するステレオ音場感を得ることができるが、この場
合、特にこの発明によれば、リスナの頭の向きにしたが
ってヘッドホン（６）に供給されるオーディオ信号の特
性を変更するとき、これをメモリ（77）のテーブルを使
用して行っているので、リスナの頭の向きに対してきめ
細かく変更でき、最適な特性とすることができる。 しかも、クロストーク成分を付加するとともに、その
クロストーク成分の特性も制御しているので、より優れ
たステレオ音場感を得ることができる。 また、メモリ（77）のテーブルにしたがって回路（1
1），（12），（21），（22），（41），（42），（3
1），（32）の特性を純電子的に制御しているので、リ
スナの頭の動きに対するオーディオ信号の特性の変化に
遅れを生じることなく、従来のシステムにおけるような
不自然さを生じることがない。 さらに、メモリ（77）には複数のテーブルを用意して
おき、これをリスナがスイッチ（76）により任意に選択
できるようにしているので、リスナの頭部や耳介の形状
などが違っていても、最適な特性を得ることができる。 さらにスイッチ（76）の選択で、角度θの変化に対す
る伝達関数及び遅延時間の変化量を、テーブルによって
標準値よりも大きく、あるいは小さくなるようにしてお
くことにより、リスナの頭の向きに対する音像の位置の
変化量が異なるので、これによりリスナから音像までの
距離感などを変更することができる。 また、残響回路（25），（55）により残響信号を付加
しているとともに、この残響信号はホールの壁などによ
る反射音や残響音のように聴こえるので、あたかも有名
なコンサートホールで音楽を聴いているかのような臨場
感を得ることができる。 さらに、第３図のデータは、次のようにして得ること
ができる。すなわち、反射の比較的少ない部屋、例えば
無響室に、左及び右チャンネルのスピーカと、ダミーヘ
ッドとを配置するとともに、ダミーヘッドの両耳の外耳
道の入口付近に小型のマイクロホンを設ける。そして、
その左及び右チャンネルのスピーカから測定信号を再生
し、これをダミーヘッドのマイクロホンにより収音して
伝達関数及び遅延時間を測定するとともに、この測定を
ダミーヘッドの所定の角度θごとに行えばよい。 さらに、上述においては、リスナの頭の水平面内にお
ける向きについてのみ考慮したが垂直面内における向き
についても同様に処理することもできる。また、メモリ
（77）におけるテーブルは１組とし、制御回路（75）に
おいてそのテーブルに対するアドレスの指定を変更して
複数組のテーブルがある場合と同様に制御データを得る
こともできる。 さらに、テーブルのデータは、リスナの一般的な頭の
向きの範囲に限ってもよく、また、角度θは、例えば、
θ＝０゜付近では0.5゜おき、｜θ｜≧45゜では３゜お
きのように、向きによって角度θの間隔を異なせてもよ
い。 〔発明の効果〕 この発明によれば、リスナの頭の向きにしたがってヘ
ッドホン（６）に供給されるオーディオ信号の特性を変
更するとき、これをメモリ（77）のテーブルを使用して
行っているので、リスナの頭の向きに対してきめ細かく
変更でき、最適な特性とすることができる。 しかも、クロストーク成分を付加するとともに、その
クロストーク成分の特性も制御しているので、より優れ
たステレオ音場感を得ることができる。 また、メモリ（77）のテーブルにしたがって回路（1
1），（12），（21），（22），（41），（42），（3
1），（32）の特性を純電子的に制御しているので、リ
スナの頭の動きに対するオーディオ信号の特性の変化に
遅れを生じることがなく、従来のシステムにおけるよう
な不自然さを生じることがない。 さらに、メモリ（77）には複数のテーブルを用意して
おき、これをリスナがスイッチ（76）により任意に選択
できるようにしているので、リスナの頭部や耳介の形状
などが違っていても、最適な特性を得ることができる。 さらにスイッチ（76）の選択で、角度θの変化に対す
る伝達関数及び遅延時間の変化量を、テーブルによって
標準値よりも大きく、あるいは小さくなるようにしてお
くことにより、リスナの頭の向きに対する音像の位置の
変化量が異なるので、これによりリスナから音像までの
距離感などを変更することができる。 また、残響回路（25），（55）により残響信号を付加
しているとともに、この残響信号はホールの壁などによ
る反射音や残響音のように聴こえるので、あたかも有名
なコンサートホールで音楽を聴いているかのような臨場
感を得ることができる。

【図面の簡単な説明】 第１図はこの発明の一例の統計図、第２図〜第４図はそ
の説明のための図である。 （１）はステレオ信号源、（11），（21），（41），
（31）は可変遅延回路、（12），（22），（42），（3
2）はレベル制御回路、（６）はヘッドホン、（72）（7
3）は検出手段、（77）はメモリである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−50696（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−204200（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−218099（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−44197（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．リスナのヘッドホンに供給されるステレオオーディ
   オ信号の伝達関数及び遅延時間を、該リスナの頭の動き
   にしたがって制御することにより、該ヘッドホンにより
   ステレオ信号を再生する様にしたヘッドホン装置に於い
   て、 上記ステレオオーディオ信号のうち、左チャンネルのオ
   ーディオ信号の信号ラインに設けられた伝達関数の第１
   の変更回路及び可変遅延回路と、 上記ステレオオーディオ信号のうち、右チャンネルのオ
   ーディオ信号の信号ラインに設けられた伝達関数の第２
   の変更回路及び可変遅延回路と、 任意の基準方向に対する上記リスナの頭の動きの方向及
   び該リスナの頭の動き角度毎の大きさを検出する検出手
   段と、 上記リスナの頭の動きの方向及び頭の変化角度毎の大き
   さに対する、上記第１及び第２の変更回路及び可変遅延
   回路の制御データがテーブルとして書き込まれているメ
   モリとを有し、 上記検出手段の検出出力を上記メモリのテーブルにより
   上記制御データに変換した制御データを上記第１及び第
   ２の変更回路及び可変遅延回路にその制御信号として供
   給して上記ヘッドホンに供給されるステレオオーディオ
   信号の伝達関数及び遅延時間を、上記リスナの頭の動き
   の方向及び頭の角度出力毎の大きさに対応して変更する
   ようにしたヘッドホン装置。