JP2893779B2

JP2893779B2 - ヘッドホン装置

Info

Publication number: JP2893779B2
Application number: JP2008518A
Authority: JP
Inventors: 潔文稲永; 博行寒川; 康博飯田; 進矢部
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1990-01-19
Filing date: 1990-01-19
Publication date: 1999-05-24
Anticipated expiration: 2014-05-24
Also published as: JPH03214899A

Description

【発明の詳細な説明】Ａ産業上の利用分野本発明は、音響信号のバイノーラル再生を行う音響シ
ステムに用いられるヘッドホン装置に関する。

Ｂ発明の概要本発明は、音響信号のバイノーラル再生を行う音響シ
ステムに用いられるヘッドホン装置において、ヘッドホ
ン本体を聴取者の頭部に装着した状態で音源に対する聴
取者の頭部の回転角度情報検出用の信号を感受する一対
の信号検出器を上記ヘッドホン本体に支持手段を介して
取り付け、上記一対の信号検出器を上記ヘッドホン本体
から離隔した位置に支持する構成とすることにより、聴
取者の頭部の回転角度情報検出用の信号を上記一対の信
号検出器が常に良好に感受して、上記聴取者の頭部の回
転角度情報の検出を安定に行うことができるようにした
ものである。

Ｃ従来の技術従来、音響信号をヘッドホンユニットにより再生する
ヘッドホン装置のように、聴取者の頭部に装着されるこ
とにより両耳介近傍の対応して支持される一対のヘッド
ホンユニットを用いて音響信号の再生を行う場合に、音
像の方向感や頭外定位感等を良好なものとする方法とし
て、バイノーラル方式が知られている。

このバイノーラル方式を採用した音響再生システム
は、例えば、特公昭53−283号公報に記載されているよ
うに、ヘッドホン装置により再生される音響信号に対し
て、予め所定の信号処理を施すものである。

ここで、音像の方向感や頭外定位感等は、左耳及び右
耳の聴取する音の音量差や時間差、位相差等により決定
される。

上記信号処理とは、例えば聴取者や離間させて配置さ
れたスピーカ装置により音響再生を行う場合に、音源す
なわちスピーカ装置から聴取者の左右の耳までの距離を
差異及び聴取者の頭部近傍での反射や回折等により生ず
る音響効果と等化な音響効果が、ヘッドホン装置により
再生される音響出力において生ずるようにする信号処理
である。このような信号処理は、例えば、左耳用及び右
耳用の音響信号をそれぞれレベル調整回路及び遅延回路
等を介してヘッドホン装置に供給することにより行うこ
とができる。

ところで、聴取者から離間させて配置されたスピーカ
装置により音響再生を行う場合には、聴取者が移動した
り頭部の方向を回転させても音像の絶対的な位置は変化
しないので、聴取者の感じる音像の相対的な方向及び位
置が変化する。これに対し、ヘッドホン装置を用いてバ
イノーラル方式により音響再生を行う場合には、聴取者
が頭部の方向を回転させるとヘッドホン装置も該頭部と
ともに回転させられるので、聴取者の感じる音像の相対
的な方向及び位置は変化しない。

このようにヘッドホン装置を用いてバイノーラル再生
を行う場合には、聴取者の頭部の方向変化に対する音像
の変位状態の差異によって、音場が聴取者の頭部内に形
成されてしまい、音像を聴取者の前方に定位させること
が困難であり、しかも、その前方の音像は上昇してしま
う傾向がある。

そこで、従来、特開昭42−227号公報や特公昭54−192
42号公報に記載されているように、聴取者の頭部の方向
変化を検出し、この検出結果に基づいて上記信号処理の
状態を変化させることにより、ヘッドホン装置において
良好な前方定位感が得られるようにした音響信号再生シ
ステムが提案されている。このような音響信号再生シス
テムにおいては、聴取者の頭部に所謂ジャイロコンパス
や磁針等の方向検出装置が配設されている。そして、上
記方向検出装置による検出結果に基づき、音響信号を処
理する上記レベル調整回路や遅延回路等を制御するよう
にして、聴取者から離間されて配置されたスピーカ装置
による音響再生と同様の音場感を得ようとするものであ
る。

Ｄ発明が解決しようとする課題ところで、上述の如きジャイロコンパス等による方向
検出装置をヘッドホン装置に設けた従来のバイノーラル
再生システムは、聴取者の頭部の方向変化に応じて音響
信号に施す信号処理の内容を制御することにより、原理
的に良好な音像定位感を得ることができるのであるが、
上記聴取者の頭部の方向変化を検出するための方向検出
装置が大型で重量も大きな機構となるために、聴取位置
を固定した据え置き型の構成を採用せざるを得ないでい
た。

すなわち、上記ジャイロコンパス等による方向検出装
置は、自由に動き回る聴取者の頭部にヘッドホン装置と
ともに装着して使用するには大型で重量も大き過ぎると
いう問題点があり、携帯型のヘッドホン装置には実用に
適しない。

そこで、本発明は、上述の如きバイノーラル再生シス
テムにおける実情に鑑み、自由に動き回る聴取者の頭部
に装着して使用されるヘッドホン装置により安定したバ
イノーラル再生を行うことができるようにすることを目
的とし、聴取者の頭部の方向変化を迅速、高精度、且つ
安定して検出することのできる頭部回転角度検出機能を
備えるヘッドホン装置を提供するものである。

Ｅ課題を解決するための手段本発明に係るヘッドホン装置は、上述の目的を達成す
るために、音響信号供給源からの音響信号が供給される
一対のヘッドホンユニットと、上記一対のヘッドホンユ
ニットを連結するヘッドバンドを備えるヘッドホン本体
と、音源に対する聴取者の頭部の回転角度情報検出用の
信号を感受する一対の信号検出器と、上記ヘッドホン本
体のヘッドバンド上に位置調整自在に設けられ、上記ヘ
ッドホン本体を聴取者の頭部に装着した状態で、該ヘッ
ドホン本体から離隔した位置に上記一対の信号検出器が
位置するようにそれぞれ支持する一対の支持手段とを備
え、上記一対の信号検出器を上記支持手段を介して上記
ヘッドホン本体に位置調整自在に取り付けてなることを
特徴とするものである。

Ｆ作用本発明に係るヘッドホン装置において、支持手段は、
ヘッドホン本体を聴取者の頭部に装着した状態で、該ヘ
ッドホン本体から離隔した位置に一対の信号検出器を位
置調整自在に支持する。上記一対の信号検出器は、聴取
者の頭部に装着されるヘッドホン本体から離隔した位置
に上記支持手段により位置調整自在に支持された状態
で、音源に対する聴取者の頭部の回転角度情報検出用の
信号を感受する。

Ｇ実施例以下、バイノーラル再生を行う音響信号再生装置に本
発明を適用したヘッドホン装置の一実施例について、図
面に従い詳細に説明する。

この音響信号再生装置は、第１図に示すように、ヘッ
ドバンド（１）により聴取者の頭部（Ｍ）に装着され該
聴取者の左右両耳介の近傍に対応して一対のヘッドホン
ユニット（2L），（2R）を支持するようにしたヘッドホ
ン装着（10）を備える。

このヘッドホン装着（10）の上記ヘッドバンド（１）
には、支持アーム（3L），（3R）を突出形成した２個の
スライダ（4L），（4R）が摺動自在に装着されており、
基準信号源（11）から送出される位置検出用の基準信号
を感受する一対の信号検出器（5L），（5R）が上記支持
アーム（3L），（3R）の先端部分に設けられている。す
なわち、上記一対の信号検出器（5L），（5R）は、上記
ヘッドバンド（１）に摺動自在に装着されたスライダ
（4L），（4R）に突出形成された支持アーム（3L），
（3R）の先端部分に設けられることにより、上記ヘッド
バンド（１）及び一対のヘッドホンユニット（2L），
（2R）すなわちヘッドホン本体から離隔した位置に上記
支持アーム（3L），（3R）により支持されている。

この実施例において、上記基準信号源（11）は、超音
波信号源（12）と、この超音波信号源（12）からの超音
波信号を基準信号として送出する超音波スピーカ（13）
とから構成されている。そして、上記基準信号を感受す
る一対の信号検出器（5L），（5R）には、それぞれ超音
波マイクロホンが用いられる。

上記超音波スピーカ（13）から送出される超音波すな
わち上記位置検出用の基準信号は、第２図のＡに示すよ
うに、所定の時間毎に所定レベルの超音波が間歇的に送
出されるバースト波や、あるいは、所定周期でレベルが
所定の変動をするようになされた所謂レベル変調波等の
ように、位相検出が可能になされた超音波である。

上記ヘッドホン装置（10）に設けられた上記一対の信
号検出器（5L），（5R）は上記超音波スピーカ（13）か
ら送出される超音波を用いた位置検出用の基準信号を感
受して、聴取者と上記超音波スピーカ（13）との相対位
置関係に応じた時間遅れを有する第２図のＢ及びＣに示
すような各検出信号を出力する。

上記一対の信号検出器（5L），（5R）は、上記ヘッド
バンド（１）に摺動自在に装着されたスライダ（4L），
（4R）に突出形成された支持アーム（3L），（3R）の先
端部分に設けられ、上記ヘッドバンド（１）及び一対の
ヘッドホンユニット（2L），（2R）すなわちヘッドホン
本体を聴取者の頭部に装着した状態で、ヘッドホン本体
から離隔した位置に上記支持アーム（3L），（3R）によ
り支持されるので、聴取者が移動したり、頭部を回転さ
せた場合にも、聴取者の頭部の陰になることなく、上記
超音波スピーカ（13）から送出される超音波を極めて良
好に感受して、上記位置検出用の基準信号を安定に且つ
正確に検出することができる。また、上記一対の信号検
出器（5L），（5R）は、上記ヘッドバンド（１）に沿っ
て上記スライダ（4L），（4R）を摺動させて、上記位置
検出用の基準信号の検出に最適な位置に調整することが
できる。例えば、上記ヘッドバンド（１）により聴取者
の頭部（Ｍ）に装着され該聴取者の左右両耳介の近傍に
対応して支持される上記ヘッドホンユニット（2L），
（2R）の位置は、聴取者の頭部（Ｍ）の形状や大きさに
依存し、個人差があるので、上記ヘッドホンユニット
（2L），（2R）の位置に対応するように上記一対の信号
検出器（5L），（5R）の位置を調整する。

なお、この実施例では、上記一対の信号検出器（5
L），（5R）をヘッドホン本体の上記ヘッドバンド
（１）に摺動自在に装着されたスライダ（4L），（4R）
に突出形成された支持アーム（3L），（3R）の先端部分
に設けるようにしたが、一対の信号検出器（5L），（5
R）は、一対のヘッドホンユニット（2L），（2R）のハ
ウジングに支持部材を介して取り付けて、ヘッドホン本
体を聴取者の頭部に装着した状態で、ヘッドホン本体か
ら離隔した位置に支持させるようにすることもできる。
また、上記一対の信号検出器（5L），（5R）は、上記ス
ライダ（4L），（4R）の摺動により位置調整する以外
に、例えば上記支持アーム（3L），（3R）をその基端部
分を支点として第１図中の矢印Ｘ方向に枢動可能に支持
しておくことにより、位置調整することもでき、さら
に、軸受け機構を利用する等により上記信号検出器（5
L），（5R）自体あるいは上記支持アーム（3L），（3
R）を第１図中の矢印Ｙ方向に回転可能に支持する構造
として、上記信号検出器（5L），（5R）や上記超音波ス
ピーカ（13）の指向性に対応する角度調整を行うことが
できる。

これらの信号検出器（5L），（5R）により得られる各
検出信号は、演算装置（14）に供給される。

上記演算装置（14）は、上記位置検出用の基準信号の
上記各信号検出器（5L），（5R）による各検出信号が供
給される第１及び第２のエッジ検出回路（15），（16）
と上記超音波信号源（12）からの超音波信号すなわち上
記位置検出用の基準信号が供給される第３のエッジ検出
回路（17）を備える。

上記第１及び第２のエッジ検出回路（15），（16）
は、上記各信号検出器（5L），（5R）による各検出信号
の各立ち上がりエッジを検出して、上記立ち上がりエッ
ジに対応する第２図のＤ及びＥに示すような各パルス信
号を出力する。上記第１及び第２のエッジ検出回路（1
5），（16）により得られる各パルス信号は、距離算出
回路（18）及び両耳時間差検出回路（19）に供給され
る。また、上記第３のエッジ検出回路（17）は、上記超
音波信号源（12）からの超音波信号の立ち上がりエッジ
を検出して、上記立ち上がりエッジに対応する第２図の
Ｆに示すようなパルス信号を出力する。上記第３のエッ
ジ検出回路（17）により得られるパルス信号は、上記距
離算出回路（18）に供給される。

上記距離算出回路（18）は、第２図中のΔT₁で示す上
記第３のエッジ検出回路（17）により得られパルス信号
と上記第１のエッジ検出回路（15）により得られパルス
信号における対応するパルス間の時間差t₁と、第２図中
にΔT₂で示す上記第３のエッジ検出回路（17）により得
られパルス信号と上記第２のエッジ検出回路（16）によ
り得られパルス信号における対応するパルス間の時間差
t₂とを検出する。そして、これら各時間差t₁，t₂と音速
Ｖとに基づき、第３図中に矢印l₀で示す、上記超音波ス
ピーカ（13）と上記聴取者の頭部（Ｍ）の中心との距離
l₀を算出する。

なお、上記音速Ｖは、予めこの距離算出回路（18）に
定数として設定しておいてもよく、また、気温、湿度、
気圧等の変動に伴って変更されるようにしておいてもよ
い。また、上記距離ｌの算出に際しては、上記各信号検
出器（5L），（5R）と上記頭部（Ｍ）の中心との位置関
係や、上記頭部（Ｍ）の形状や大きさに基づく補正を行
うようにしてもよい。

上記距離l₀及び上記各時間差t₁，t₂を示す信号は、伝
達特性算出回路（20）に送られる。

上記両耳時間差検出回路（19）は、第２図中にΔT₃で
示す上記第１のエッジ検出回路（15）のパルス信号と上
記第２のエッジ検出回路（16）のパルス信号における対
応するパルス間の時間差t₃を検出する。この時間差t₃を
示す信号は、上記伝達特性算出回路（20）に送られる。

上記伝達特性算出回路（20）では、上記各時間差t₁，
t₂，t₃、上記距離l₀、上記音速Ｖ及び上記頭部（Ｍ）の
半径ｒとを用いて、第３図中に矢印θ₀で示す。上記頭
部（Ｍ）の方向を示す角度θ₀を算出する。上記角度θ₀
は、例えば、 θ₀≒sin^-1｛V²（t₁＋t₂）t₃/4rl｝……‥（第１式）により求めることができる。そして、上記超音波スピー
カ（13）の位置を仮想音源の基準位置として、この基準
位置と聴取者の頭部（Ｍ）との相対位置関係を示す上記
角度θ₀及び距離l₀の情報から、所望の仮想音源位置に
対する頭部（Ｍ）の上記頭部の回転角度θ位置及び仮想
音源からの相対距離ｌを算出して、上記所望の仮想音源
の指向性等を考慮した伝達特性を求める。

この伝達特性算出回路（20）により得られる仮想音源
の指向性等を考慮した伝達特性情報は、音響信号処理回
路（21）に供給される。

そして、上記ヘッドホンユニット（2L），（2R）に
は、音響信号供給源（22）から出力される左チャンネル
及び右チャンネル音響信号S_L，S_Rが、上記音響信号処理
回路（21）から一対の増幅器（23L），（23R）を介して
供給される。

上記音響信号供給源（22）は、所定の左チャンネル及
び右チャンネル音響信号S_L，S_Rを出力する装置であっ
て、例えば、各種の記録ディスク再生装置、記録テープ
再生装置、又は、電波受信装置等である。

上記音響信号処理回路（21）は、上記音響信号供給源
（22）から送られる上記左チャンネル及び右チャンネル
音響信号S_L，S_Rに所定の信号処理を行う回路であり、こ
の伝達特性算出回路（20）により得られる仮想音源の指
向性等を考慮した伝達特性情報が供給される第１乃至第
４の信号処理部（24a），（24b），（24c），（24d）を
備えてなる。これら各信号処理部（24a）（24b），（24
c），（24d）では、上記伝達特性情報に基づいて、聴取
者に対向して離間されて設置された左チャンネル用及び
右チャンネル用の一対のスピーカ装置を仮想音源として
左チャンネル及び右チャンネル音響信号S_L，S_Rを再生す
る場合の該聴取者の各耳に対する伝達特性を表現するイ
ンパルスレスポンスが設定される。

すなわち、上記第１の信号処理部（24a）は、右チャ
ンネル音響信号S_Rが再生された音響の右耳に対する伝達
特性を表現するインパルスレスポンス｛h_RR（t,θ）｝
を設定する。上記第２の信号処理部（24b）は、右チャ
ンネル音響信号S_Rが再生された音響の左耳に対する伝達
特性を表現するインパルスレスポンス｛h_RL（t,θ）｝
を設定する。上記第３の信号処理部（24c）は、左チャ
ンネル音響信号S_Lが再生された音響の右耳に対する伝達
特性を表現するインパルスレスポンス｛h_LR（t,θ）｝
を設定する。上記第４の信号処理部（24d）は、左チャ
ンネル音響信号S_Lが再生された音響の左耳に対する伝達
特性を表現するインパルスレスポンス｛h_LL（t,θ）｝
を設定する。

なお、これら各インパルスレスポンスは、予め仮想音
源の指向性等を考慮した伝達特性に対応させて設定し、
メモリ装置（ROM）等に記憶させておき、上記距離ｌと
角度θにより読出しアドレスを決定して読出すようにし
てもよい。

この信号処理回路（21）において、上記右チャンネル
音響信号S_Rは、上記第１及び第２の信号処理部（24
a），（24b）に送られる。上記第１の信号処理部（24
a）では、上記インパルスレスポンス｛h_RR（t,θ）｝の
畳み込み積分よる信号処理を上記右チャンネル音響信号
S_Rに施す。また、上記第２の信号処理部（24b）では、
上記インパルスレスポンス｛h_RL（t,θ）｝の畳み込み
積分よる信号処理を上記右チャンネル音響信号S_Rに施
す。

さらに、上記左チャンネル音響信号S_Lは、上記第３及
び第４の信号処理部（24c），（24d）に送られる。上記
第３の信号処理部（24c）では、上記インパルスレスポ
ンス｛h_LR（t,θ）｝の畳み込み積分よる信号処理を上
記左チャンネル音響信号S_Lに施す。また、上記第２の信
号処理部（24d）では、上記インパルスレスポンス｛h_LL
（t,θ）｝の畳み込み積分よる信号処理を上記左チャン
ネル音響信号S_Lに施す。

そして、上記第１の信号処理部（24a）及び第３信号
処理部（24c）の出力信号は、右側用加算器（25R）によ
り互いに加算される。この右側用加算器（25R）の出力
信号は、上記右側増幅器（23R）を介して右耳用音響信
号E_Rとして上記右側ヘッドホンユニット（2R）に送られ
て再生される。

また、上記第２の信号処理部（24b）及び第４の信号
処理部（24d）の出力信号は、左側用加算器（25L）によ
り互いに加算される。この左側用加算器（25L）の出力
信号は、上記左側増幅器（23L）を介して右耳用音響信
号E_Lとして上記左側ヘッドホンユニット（2L）に送られ
て再生される。

上述のように構成されてなる音響信号再生装置におい
ては、上記超音波スピーカ（13）の位置を仮想音源の基
準位置として、この基準位置と聴取者の頭部（Ｍ）との
相対位置関係を示す上記角度θ₀及び距離l₀の情報か
ら、所望の仮想音源位置に対する頭部（Ｍ）の上記頭部
の回転角度θ位置及び仮想音源からの相対距離ｌを算出
して、上記所望の仮想音源の指向性等を考慮した伝達特
性を求め、この伝達特性を示す情報に基づいて左チャン
ネル及び右チャンネルの各音響信号S_L，S_Rが実時間で処
理される。したがって、この音響信号再生装置では、聴
取者の移動及び頭部（Ｍ）の回転に伴う伝達特性の変化
に実時間で対応させた信号処理を行うことにより、例え
ば、第４図のA,B,Cに仮想音源と聴取者との相対位置関
係を示すように、聴取者（Ｐ）に対向するように離間し
て前方に設置された一対のスピーカ装置（SL），（SR）
により音響信号を再生する場合と同様に仮想音源が移動
することのない良好な頭外定位感及び前方定位感が得ら
れる。

ここで、第４図には、聴取者（Ｐ）が一対のスピーカ
装置（SL），（SR）すなわち仮想音源に対してＡに示す
ように位置している状態から仮想音源に近づいた状態を
Ｂに示し、さらに、聴取者（Ｐ）が頭部（Ｍ）を右スピ
ーカ装置（SR）側に回転した状態をＣに示してある。こ
の音響信号再生装置では、上述のように聴取者の移動及
び頭部（Ｍ）の回転に伴う伝達特性の変化に実時間で対
応させた信号処理を行うことにより、仮想音源が移動す
ることのない良好な頭外定位感及び前方定位感が得ら
れ、上記第４図のA,B,Cのいずれの状態にも対応するバ
イノーラル再生を行うことができる。

Ｈ発明の効果上述のように、本発明に係るヘッドホン装置では、聴
取者の頭部に装着されるヘッドホン本体から離隔した位
置に支持手段によりそれぞれ位置調整自在に支持された
一対の信号検出器を備え、該一対の信号検出器が音源に
対する聴取者の頭部の回転角度情報検出用の信号を感受
するので、上記一対の信号検出器により上記聴取者の頭
部の回転角度情報の検出を迅速、高精度、且つ安定して
行うことができる。上記一対の信号検出器により検出出
力は、音響信号のバイノーラル再生の処理に必要な聴取
者の頭部の回転角度情報として用いることができる。

従って、本発明によれば、自由に動き回る聴取者の頭
部に装着して、安定したバイノーラル再生を行うヘッド
ホン装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るヘッドホン装置を用いてバイノー
ラル再生を行う音響信号再生装置の構成を模式的に示す
ブロック図、第２図は上記音響信号再生装置の演算装置
に供給される信号の状態を概略的に示すタイムチャー
ト、第３図は上記音響信号再生装置の演算装置により算
出される距離及び角度を示す模式図、第４図は上記音響
信号再生装置によるバイノーラル再生の動作を説明する
ための仮想音源と聴取者との相対位置関係を示す平面図
である。（2L），（2R）……ヘッドホンユニット（3L），（3R）……支持アーム（5L），（5R）……信号検出器（10）……ヘッドホン装置（11）……基準信号源（14）……演算装置（21）……音響信号処理回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者矢部進東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (56)参考文献特開昭58−116900（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−204200（ＪＰ，Ａ) 実開昭59−11591（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H04R 5/033

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】音響信号供給源からの音響信号が供給され
る一対のヘッドホンユニットと、上記一対のヘッドホン
ユニットを連結するヘッドバンドを備えるヘッドホン本
体と、音源に対する聴取者の頭部の回転角度情報検出用の信号
を感受する一対の信号検出器と、上記ヘッドホン本体のヘッドバンド上に位置調整自在に
設けられ、上記ヘッドホン本体を聴取者の頭部に装着し
た状態で、該ヘッドホン本体から離隔した位置に上記一
対の信号検出器が位置するようにそれぞれ支持する一対
の支持手段とを備え、上記一対の信号検出器を上記支持手段を介して上記ヘッ
ドホン本体に位置調整自在に取り付けてなることを特徴
とするヘッドホン装置。