JP4357218B2 - ヘッドホン再生方法及び装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は音響分野におけるディジタル信号処理を使用したヘッドホン再生方法及び装置に係り、特に必要最小限の遅延処理やフィルタ処理等で人間の聴感特性や部屋の響きを再現し、イコライザを搭載することで原音の音質を損なわずに音像の頭外定位感を生ぜしめ得るようにしたヘッドホン再生方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のヘッドホン装置は、仮想的な空間に置いたスピーカから聴取者の右耳、左耳へ伝わる直接音と反射音とを合成生成することで、スピーカによる音像の定位をヘッドホンで擬似的に再生している。スピーカから直接もしくは部屋の壁や天井の反射を経て左右耳に届く音は、左右に個別の伝達特性を持つため、ＤＳＰ等による信号処理では、これらの伝達特性を左右個別の伝達関数として入力信号を処理し、音像の定位を擬似的に再生している。
【０００３】
図６は、小規模なハードウェアにより、音源の方向感（伝達関数）を生成し、音像を頭外に定位させるヘッドホン再生装置のブロック図である。この技術は、単チャンネルの入力音響信号を左チャンネル信号、右チャンネル信号に分岐し、両信号それぞれに遅延処理（遅延器）と伝達関数補正処理（ローパスフィルタ）と音量補正処理（乗算器）を施すことで、仮想音源から受聴者の左耳、右耳へ伝わる音響信号を生成するものである。伝達関数補正処理は、音の到来方向に応じて異なる周波数的要素を合成するためのフィルタを畳み込む処理である（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図６において、３３，３４は遅延器、４３，４４はローパスフィルタ、５３，５４は乗算器を示し、入力端子３１に入力する入力音響信号に対して、これらによる処理を施すことで、左右耳への直接音を模擬している。反射音は、遅延器３２で複数の反射音を生成した後、各反射音の到来方向に応じて一本一本に異なる遅延処理（遅延器３５〜４２）、伝達関数補正処理（ローパスフィルタ４５〜５２）、音量補正処理（乗算器５５〜６２）を施し、前記乗算器５３，５４の出力信号に対し、加算器６３〜７０により左右個別に加算合成している。このように、左耳、右耳のそれぞれの直接音と反射音を加算器６３〜７０で加算し、ヘッドホンの左チャンネルと右チャンネルに送ることでスピーカによる音像の定位をヘッドホンで擬似的に再生するものである。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−２３７７９０号公報。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のような従来技術では、反射音のみならず直接音にも方向感を生成する伝達関数が付与されているため、原音との音質差が大きくなるという問題点があった。また、反射音一本一本に対して方向感を生成する遅延処理と伝達関数補正処理と音量補正処理を個別に施すため、反射音の本数の増加に従い信号処理量が多くなるという問題点を持ち、さらに、反射音の本数を減らしてＤＳＰでの信号処理量の低減を図ると、受聴部屋の壁による反射の周波数特性が十分に再現されないという問題があった。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、少ない反射音の本数で受聴部屋の響きの再現性を高め得、少ない信号処理量で音像を頭外に定位させることができるようにし、さらには原音の音質を損なわないようにしたヘッドホン再生方法及び装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１にかかる発明は、左右の入力音響信号を加工しスピーカによる音像の定位をステレオヘッドホンで擬似的に実現するヘッドホン再生方法において、左の入力音響信号のレベルを調整した信号と、左の入力音響信号に壁による反射の周波数特性を付与し遅延処理及びレベル調整を施した第１の左反射音信号と、右の入力音響信号を遅延してレベルを調整した信号及び右の入力音響信号に壁による反射の周波数特性を付与し遅延処理及びレベル調整を施した第２の左反射音信号を加算した上で両耳間の差を示す周波数特性を付与した左用信号と、を加算した信号をヘッドホンへの左の出力信号とし、右の入力音響信号のレベルを調整した信号と、右の入力音響信号に壁による反射の周波数特性を付与し遅延処理及びレベル調整を施した第１の右反射音信号と、左の入力音響信号を遅延してレベルを調整した信号及び左の入力音響信号に壁による反射の周波数特性を付与し遅延処理及びレベル調整を施した第２の右反射音信号を加算した上で両耳間の差を示す周波数特性を付与した右用信号と、を加算した信号をヘッドホンへの右の出力信号とする、ことを特徴とするヘッドホン再生方法とした。
【０００９】
請求項２にかかる発明は、請求項１に記載のヘッドホン再生方法において、前記左の入力音響信号のレベルを調整した信号と、前記第１の左反射音信号と、前記周波数特性を付与した左用信号とを加算した上にイコライザ処理を施した信号を前記ヘッドホンの左の出力信号とし、前記右の入力音響信号のレベルを調整した信号と、前記第１の右反射音信号と、前記周波数特性を付与した右用信号とを加算した上にイコライザ処理を施した信号を前記ヘッドホンの右の出力信号とした、ことを特徴とするヘッドホン再生方法とした。
【００１０】
請求項３にかかる発明は、左右の入力音響信号を加工しスピーカによる音像の定位をステレオヘッドホンで擬似的に実現するヘッドホン再生方法において、左の入力音響信号のレベルを調整した信号と、左の入力音響信号に壁による反射の周波数特性を付与し遅延処理及びレベル調整を施した第１の左反射音信号と、右の入力音響信号のレベルを遅延してレベルを調整した信号及び右の入力音響信号に壁による反射の周波数特性を付与し遅延処理及びレベル調整を施した第２の左反射音信号及び左の入力音響信号に壁による反射の周波数特性を付与し遅延処理及びレベル調整を施した第３の左反射音信号を加算した上で両耳間の差を示す周波数特性を付与した左用信号と、右の入力音響信号に壁による反射の周波数特性を付与し遅延処理及びレベル調整を施した第４の左反射音信号と、を加算した信号をヘッドホンへの左の出力信号とし、右の入力音響信号のレベルを調整した信号と、右の入力音響信号に壁による反射の周波数特性を付与し遅延処理及びレベル調整を施した第１の右反射音信号と、左の入力音響信号のレベルを遅延してレベルを調整した信号及び左の入力音響信号に壁による反射の周波数特性を付与し遅延処理及びレベル調整を施した第２の右反射音信号及び右の入力音響信号に壁による反射の周波数特性を付与し遅延処理及びレベル調整を施した第３の右反射音信号を加算した上で両耳間の差を示す周波数特性を付与した右用信号と、左の入力音響信号に壁による反射の周波数特性を付与し遅延処理及びレベル調整を施した第４の右反射音信号と、を加算した信号をヘッドホンへの右の出力信号とする、ことを特徴とするヘッドホン再生方法とした。
【００１１】
請求項４にかかる発明は、請求項３に記載のヘッドホン再生方法において、前記左の入力音響信号のレベルを調整した信号と、前記第１の左反射音信号と、前記周波数特性を付与した左用信号と、前記第４の左反射音信号とを加算した上にイコライザ処理を施した信号を前記ヘッドホンの左の出力信号とし、前記右の入力音響信号のレベルを調整した信号と、前記第１の右反射音信号と、前記周波数特性を付与した右用信号と、前記第４の右反射音信号とを加算した上にイコライザ処理を施した信号を前記ヘッドホンの右の出力信号とした、ことを特徴とするヘッドホン再生方法とした。
【００１２】
請求項５にかかる発明は、左右の入力音響信号を加工しスピーカによる音像の定位をステレオヘッドホンで擬似的に実現するヘッドホン再生装置において、左右の入力音響信号のレベルをそれぞれ調整する第１及び第２の音圧調整手段と、左右の入力音響信号をそれぞれ遅延させてレベルを調整する第１及び第２の遅延乗算手段と、左右の入力音響信号にそれぞれ壁による反射のフィルタ処理を施す第１及び第２の周波数特性生成フィルタと、前記第１の周波数特性生成フィルタの出力信号を入力して遅延処理及びレベル調整を行い第１の左反射音信号及び第２の右反射音信号を生成する第１の反射音生成手段と、前記第２の周波数特性生成フィルタの出力信号を入力して遅延処理及びレベル調整を行い第１の右反射音信号及び第２の左反射音信号を生成する第２の反射音生成手段と、前記第２の遅延乗算手段の出力信号及び前記第２の左反射音信号を加算する第１の加算手段と、前記第１の遅延乗算手段の出力信号及び前記第２の右反射音信号を加算する第２の加算手段と、前記第１の加算手段の出力信号に両耳間の差を示す周波数特性を付与する第１のローパスフィルタと、前記第２の加算手段の出力信号に両耳間の差を示す周波数特性を付与する第２のローパスフィルタと、前記第１の音圧調整手段の出力信号、前記第１の左反射音信号、及び前記第１のローパスフィルタの出力信号を加算する第３の加算手段と、前記第２の音圧調整手段の出力信号、前記第１の右反射音信号、及び前記第２のローパスフィルタの出力信号を加算する第４の加算手段と、を具備し、前記第３及び第４の加算手段の出力信号をそれぞれヘッドホンへの左及び右の出力信号としたことを特徴とするヘッドホン再生装置とした。
【００１３】
請求項６にかかる発明は、請求項５に記載のヘッドホン再生装置において、前記第１の反射音生成手段は、さらに前記第１の周波数特性生成フィルタの出力信号を入力して遅延処理及びレベル調整を行うことにより第３の左反射音信号と第４の右反射音信号を生成し、前記第２の反射音生成手段は、さらに前記第２の周波数特性生成フィルタの出力信号を入力して遅延処理及びレベル調整を行うことにより第３の右反射音信号と第４の左反射音信号を生成し、前記第１の加算手段は、さらに前記第３の左反射音信号を加算し、前記第２の加算手段は、さらに前記第３の右反射音信号を加算し、前記第３の加算手段は、さらに前記第４の左反射音信号を加算し、前記第４の加算手段は、さらに前記第４の右反射音信号を加算する、ことを特徴とするヘッドホン再生装置とした。
【００１４】
請求項７にかかる発明は、請求項５又は６に記載のヘッドホン再生装置において、前記第３の加算手段の出力信号を入力して音質補正を施す第１のイコライザフィルタと、前記第４の加算手段の出力信号を入力して音質補正を施す第２のイコライザフィルタとを具備し、前記第１及び第２のイコライザフィルタ手段の出力信号をそれぞれヘッドホンへの左及び右の出力信号としたことを特徴とするヘッドホン再生装置とした。
【００１５】
請求項８にかかる発明は、請求項５、６又は７に記載のヘッドホン再生装置において、前記第１及び第２の周波数特性生成フィルタ並びに前記第１及び第２のローパスフィルタ並びに前記第１及び第２のイコライザフィルタはＩＩＲ型フィルタからなることを特徴とするヘッドホン再生装置とした。
【００１６】
請求項９にかかる発明は、請求項８に記載のヘッドホン再生装置において、前記第１及び第２の周波数特性生成フィルタ並びに前記第１及び第２のローパスフィルタは、１次ＩＩＲ型ローパスフィルタからなり、前記第１及び第２のイコライザフィルタは、シェルビングタイプの１次ＩＩＲ型ハイパスフィルタからなることを特徴とするヘッドホン再生装置とした。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明では、左右耳へ到達する一方の音に両耳間の差を示す伝達関数（周波数特性）を付与する（一方の到達音の伝達関数を１とし、他方の到達音の伝達関数を両到達音の各々の伝達関数の違い分を示す両耳間の差の伝達関数とする）構成にすることで、ローパスフィルタでの処理を減らし、信号処理量を低減させる。このフィルタ処理における両耳間の差を示す伝達関数は左右両耳への各々の到達音の伝達関数を合成したときと同等であり、音像の頭外定位の効果を下げることはない。
【００１８】
また、これにより音源に近い側の耳の直接音は、周波数特性が変化しないので原音との音質差が最小限に抑えられる。また、両耳間の差を示す伝達関数は音の到来方向（前方あるいは後方等）によって個別に用意せず共通とし、更に複数の信号を加算して一つの信号としてから両耳間の差を示す伝達関数を付与する構成とすることで、信号処理量が低減する。
【００１９】
また、入力音響信号に周波数特性生成フィルタ処理をかけてから異なった遅延処理を施して複数の反射音を生成することにより、反射音一つ一つに壁に反射した時の周波数特性を持たせることで、少ない反射音の本数で受聴部屋の広がり感や響きなどの再現性を高める。
【００２０】
また、仮想的な部屋の壁を受聴に適した多孔質の吸音材と想定し、第１及び第２の周波数特性生成フィルタを高域がゆるやかに減衰する１次のＩＩＲ型ローパスフィルタで模擬することで、信号処理量を低減させる。さらに、両耳間の差を示す伝達関数を生成する第１及び第２のローパスフィルタを１次のＩＩＲ型ローパスフィルタで模擬することで信号処理量を低減させる。
【００２１】
さらに、ヘッドホンの左右用出力信号に対し音質補正用イコライザ処理を施すことにより原音との不快な音質差がなくなり、その音質補正用イコライザ処理をシェルビングタイプの１次ＩＩＲハイパスフィルタとすることで、ここでのフィルタ処理も大幅に減らし信号処理量を低減させる。
【００２２】
［第１の実施形態］
図１に本発明の第１の実施形態のヘッドホン再生装置のブロック図を示す。図１において、１，１４は左右のステレオ音響信号の入力端子、２，１５は入力信号のレベル（音圧）を調整する乗算器（第１，第２の音圧調整手段）、３，１６は入力信号に対し壁による反射音の周波数特性を付与するフィルタ回路（第１，第２の周波数特性生成フィルタ）、４，１７は入力信号を複数に分岐し、分岐信号をそれぞれに異なった時間だけ遅らせ且つある値を乗じてレベル調整を施した複数の反射音を生成する反射音生成回路（第１，第２の反射音生成手段）、５，６，７，８，１８，１９，２０，２１は反射音生成回路４，１７で生成された反射音をそれぞれ重複することなく複数個ずつ組み合わせた反射音信号群、９，２２は遅延器と乗算器で構成される遅延乗算回路（第１，第２の遅延乗算手段）、１０，２３，１２，２５は加算器（第１乃至第４の加算手段）、１１，２４は信号に対し両耳間の差を示す伝達関数を付与するローパスフィルタ回路（第１，第２のローパスフィルタ）、１３，２６は左右のステレオ音響信号の出力端子である。
【００２３】
ステレオ音響信号は、入力端子１，１４に入力される。入力端子１にはステレオ信号の左チャンネル信号（以下、Ｌｃｈとする）が入力され、入力端子１４にはステレオ信号の右チャンネル信号（以下Ｒｃｈとする）が入力される。Ｌｃｈの入力信号は、乗算器２と遅延乗算回路９に入力され、乗算器２からは仮想的な部屋に置いた左スピーカから左耳に到達する直接音が生成され、遅延乗算回路９からは左耳に到達する直接音に対して音圧差と時間差をもつ右耳に到達する直接音が生成される。Ｒｃｈの入力信号についても同様に、乗算器１５と遅延乗算回路２２に入力され、乗算器１５からは仮想的な部屋に置いた右スピーカから右耳に到達する直接音が生成され、遅延乗算回路２２からは右耳に到達する直接音に対して音圧差と時間差をもつ左耳に到達する直接音が生成される。
【００２４】
図２は、右スピーカからの直接音の左右耳への到達時間差の説明図である。ｔ１は右スピーカＳＲからその右スピーカＳＲに近い側の右耳に到達する直接音（到達時間ｔ１）を示し、ｔ２は右スピーカＳＲから遠い側の左耳に到達する直接音（到達時間ｔ２）を示す。左右耳の到達時間差Δｔは、「Δｔ＝ｔ２−ｔ１」で与えられる。前記した遅延乗算回路２２の遅延処理部分は、到達時間差Δｔに相当する時間だけＲｃｈの直接音の信号を遅延させ且つレベル調整する。遅延乗算回路９の遅延処理部分は、到達時間差Δｔに相当する時間だけＬｃｈの直接音の信号を遅延させ且つレベル調整する。
【００２５】
また、入力信号はフィルタ回路３，１６に入力され、音が壁に当たって反射する際に生じる周波数特性を付与される。フィルタ回路３，１６の周波数特性を可変することで受聴部屋の壁の材質に応じた反射音の周波数特性を模擬できる。部屋の空間的な広がり感や音の印象は、直接音のあとに短い時間間隔で届く反射音が影響するといわれており、これらの反射音に対し壁の材質に応じた周波数特性を付与することは、特に反射音の数を少なくした場合に部屋の広がり感などの再現性を高めることに寄与する。
【００２６】
ここで、仮想的な部屋の壁が受聴に適した多孔質の吸音材であると想定すれば、高域を吸収するために高域がゆるやかに減衰する特性を、フィルタ回路３，１６に１次のＩＩＲ型ローパスフィルタを使用することで模擬することでき、信号処理量が低減できる。このようにフィルタ回路３，１６を１次のＩＩＲ型ディジタルフィルタで実現すれば規模を小さくできる。フィルタ回路３，１６のそれぞれの出力は、反射音生成回路４，１７に入力され、ここで遅延量とレベルを制御された複数の反射音がそれぞれ生成される。
【００２７】
図３は、音を反射する壁を備えた仮想的な部屋で生じる反射音の説明図である。ｔ１は右スピーカＳＲから右耳に到達する右直接音（到達時間ｔ１）、ｔ２は右スピーカＳＲから遠い側の左耳に到達する左直接音（到達時間ｔ２）である。Ｒ１は右スピーカＳＲの音が受聴者の右側方向から到来し右耳に前方から到達する前方右反射音、Ｒ２は右スピーカＳＲの音が受聴者の左側方向から到来し右耳に後方から到達する後方右反射音、Ｒ３は右スピーカＳＲの音が受聴者の左側方向から到来し左耳に後方から到達する後方左反射音、Ｒ４は右スピーカＳＲの音が受聴者の右側方向から到来し左耳に前方から到達する前方左反射音である。複数の反射音は上述のような状態をシミュレーションして求めることが出来る。その際、反射音生成回路４，１７で生成する各反射音の遅延時間は、音源から音源に近い側の耳に到達する直接音の遅延時間を基点（ゼロ秒）として求める。
【００２８】
例えば、反射音Ｒ１，Ｒ２の遅延時間は、それぞれの遅延時間からｔ１の遅延時間を引いた値、反射音Ｒ３，Ｒ４の遅延時間は、それぞれの遅延時間からｔ２の遅延時間を引いた値となる。これらにより、反射音一本一本に対し左右各耳へ到達する時間を正確に模擬できる。
【００２９】
反射音生成回路１７は、複数個分岐生成したＲｃｈの反射音信号を右スピーカの位置と反射音の到来方向と到達する耳に関して、各々４つの反射音信号群（Ｒ１〜Ｒ４に相当）１８〜２１に分けて出力する。１８，１９は右耳に到達する右反射音信号群（それぞれ第１の右反射音信号群、第３の右反射音信号群）、２０，２１は左耳に到達する左反射音信号群（それぞれ第４の左反射音信号群、第２の左反射音信号群）である。
【００３０】
一方、反射音生成回路４は、複数個分岐生成したＬｃｈの反射音信号を左スピーカの位置と反射音の到来方向と到達する耳に関して、各々４つの反射音信号群５〜８に分けて出力する。５，６は左耳に到達する左反射音信号群（それぞれ第１の左反射音信号群、第３の左反射音信号群）、７，８は右耳に到達する右反射音信号群（それぞれ第４の右反射音信号群、第２の右反射音信号群）である。
【００３１】
以上のように、図３の直接音と反射音に関しては、図１の回路において、直接音ｔ１は乗算器１５を介した信号、直接音ｔ２は遅延乗算回路２２を介した信号、反射音Ｒ１は右反射音信号群１８、反射音Ｒ２は右反射音信号群１９、反射音Ｒ３は左反射音信号群２０、反射音Ｒ４は左反射音信号群２１に相当する。
【００３２】
左反射音信号群６と遅延乗算回路２２を介したＲｃｈ信号と左反射音信号群２１は加算器１０により加算され、また、右反射音信号群１９と遅延乗算回路９を介したＬｃｈ信号と右反射音信号群８は加算器２３により加算され、それぞれ両耳間の差を示す伝達関数を付与するローパスフィルタ回路１１，２４に入力される。
【００３３】
ローパスフィルタ１１，２４の両耳間の差を示す伝達関数の特性は、音源から遠い側の耳の伝達関数に対し音源に近い側の耳の伝達関数の逆特性を畳み込んだ特性を模擬した特性である。すなわち、例えば、直接音のみの場合の図２においては、短い到達時間ｔ１の右直接音ｔ１の伝達関数をＨ１、長い到達時間ｔ２の左直接音ｔ２の伝達関数をＨ２とするとき、右直接音ｔ１については伝達関数を１（周波数特性はフラット）とし、左直接音ｔ２についてのみ、両伝達関数の違い分である「Ｈ２×１／Ｈ１」の特性の伝達関数（ｔ１，ｔ２の両耳間の差を示す伝達関数）を付与すればよい。図３の場合では、同様のことから、短い到達時間の反射音Ｒ３については伝達関数を１とし、長い到達時間の反射音Ｒ２についてＲ２，Ｒ３の両耳間の差を示す伝達関数を付与すればよい。また、短い到達時間の反射音Ｒ１については伝達関数を１とし、長い到達時間の反射音Ｒ４についてＲ１，Ｒ４の両耳間の差を示す伝達関数を付与すればよい。
【００３４】
図４は両耳間の差を示す伝達関数の周波数特性（ローパスフィルタ１１，２４の周波数特性）の例である（前述の「Ｈ２×１／Ｈ１」）。音源から耳に到達する伝達特性は個人差が大きいため、ある特定の人間もしくはモデル化されたダミーヘッドの伝達関数の特性を厳密に模擬しても、個人個人で音像定位効果にばらつきが生じる。そこで、ここでは厳密な特性を模擬せずに、両耳間の差を示す伝達関数を簡易なローパスフィルタで模擬することで、信号処理を低減している。ローパスフィルタ１１，２４を一次のＩＩＲ型ディジタルフィルタで実現すると、規模が小さくなる。伝達関数を簡易なローパスフィルタで模擬した時点で、微妙な音源の到来方向の手がかりは既にあいまいとなっており、音の到来方向の信号別にフィルタを用意することは意味が薄れるので、音の各到来方向の信号にフィルタを共有して同じ特性のフィルタをかけることができる。
【００３５】
よって、本実施形態では到達音に周波数特性を持たせる手法として、前記したように、直接音信号は乗算器２，１５を経由してそのまま、左反射音信号群５、左反射音信号群２０、右反射音信号群１８、及び右反射音信号群７もそのまま出力させ、それ以外については、左に１つのローパスフィルタ回路１１を使用し、右に１つのローパスフィルタ回路２４を使用している。
【００３６】
ローパスフィルタ１１の出力信号は、加算器１２において乗算器２を経由した左直接音信号と前方左反射音信号群５と後方左反射音信号群２０と加算され、出力端子１３へ送られる。ローパスフィルタ２４の出力信号は、加算器２５において乗算器１５を経由した右直接音信号と前方右反射音信号群１８と後方右反射音信号群７と加算され、出力端子２６へ送られる。
【００３７】
以上から第１の実施形態では、音源の頭外定位の効果を低下せずに、信号処理全体の処理量を低減し、小規模なＤＳＰでも実現可能なヘッドホン再生装置を提供できる。
【００３８】
［第２の実施形態］
図５は第２の実施形態のヘッドホン再生装置のブロック図を示す。図１に示したものと同じものには同じ符号を付けてその部分に関する詳しい説明は省略する。本実施形態では、Ｌｃｈ側において加算器１２と出力端子１３との間に音質補正用のハイパスフィルタ回路２７（第１のイコライザフィルタ）を挿入し、Ｒｃｈ側において加算器２５と出力端子２６との間に音質補正用のハイパスフィルタ回路２８（第２のイコライザフィルタ）を挿入している。
【００３９】
前記した第１の実施形態では、ローパスフィルタ回路１１，２４を含んでいるため聴感上で若干こもって聞こえ、これを不快に感じる場合がある。そこで、この第２の実施形態では上記したハイパスフィルタ回路２７，２８を挿入することによって、この音質を補正し、原音の音質を保持する。ここで、ハイパスフィルタ回路２７，２８として、シェルビングタイプの１次ＩＩＲ型のハイパスフィルタ回路を使用することで、信号処理量が低減できる。
【００４０】
以上から第２の実施形態では、音源の頭外定位の効果を低下せずに、音源の音質を損なわずに、信号処理全体の処理量を低減し、小規模なＤＳＰでも実現可能なヘッドホン再生装置を提供できる。
【００４１】
［その他の実施形態］
なお、以上説明した実施形態では、後方から到来する反射音信号群６，７，１９，２０も生成したが、簡易化するときにはこれらは省略することができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、入力信号に壁での反射の周波数特性を付与してから複数の反射音信号を生成するので、反射音一つ一つに壁に反射した時の周波数特性を持たせることができ、少ない反射音の本数で受聴部屋の広がり感や響きなどの再現性を高めることができ、ヘッドホンでの受聴時に音像の頭外定位の高い効果が得られる。
【００４３】
また、音源から左右耳への伝達関数を模擬する際に、左右両耳への各々の伝達関数を模擬するのではなく、両耳間の差を示す伝達関数を模擬するので、原音との音質差を最小限に抑えることができると共に、信号処理全体の処理量低減に寄与し、特にその伝達関数として音の到来方向に関係なく同じ伝達関数を使用しているため、その効果は非常に大きい。
【００４４】
また、出力信号に音質補正用のイコライザ処理を施す場合には、さらに効果的に原音の音質を保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の実施形態のヘッドホン再生装置のブロック図である。
【図２】 右スピーカからの直接音の左右耳への到達の説明図である。
【図３】 右スピーカからの直接音及び反射音の左右耳への到達の説明図である。
【図４】 両耳間の差を示す伝達関数の周波数特性図である。
【図５】 第２の実施形態のヘッドホン再生装置のブロック図である。
【図６】 従来のヘッドホン再生装置のブロック図である。
【符号の説明】
１，１４：ステレオ音響信号の入力端子
２，１５：乗算器
３，１６：フィルタ回路
４，１７：反射音生成回路
５：左耳に到達する左反射音信号群
６：左耳に到達する左反射音信号群
７：右耳に到達する右反射音信号群
８：右耳に到達する右反射音信号群
９：２２：遅延乗算回路
１０，１２，２３，２５：加算器
１１，２４：ローパスフィルタ回路
１３，２６：ヘッドホンへの出力端子
１８：右耳に到達する右反射音信号群
１９：右耳に到達する右反射音信号群
２０：左耳に到達する左反射音信号群
２１：左耳に到達する左反射音信号群
２７，２８：ハイパスフィルタ回路
【発明の属する技術分野】
本発明は音響分野におけるディジタル信号処理を使用したヘッドホン再生方法及び装置に係り、特に必要最小限の遅延処理やフィルタ処理等で人間の聴感特性や部屋の響きを再現し、イコライザを搭載することで原音の音質を損なわずに音像の頭外定位感を生ぜしめ得るようにしたヘッドホン再生方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のヘッドホン装置は、仮想的な空間に置いたスピーカから聴取者の右耳、左耳へ伝わる直接音と反射音とを合成生成することで、スピーカによる音像の定位をヘッドホンで擬似的に再生している。スピーカから直接もしくは部屋の壁や天井の反射を経て左右耳に届く音は、左右に個別の伝達特性を持つため、ＤＳＰ等による信号処理では、これらの伝達特性を左右個別の伝達関数として入力信号を処理し、音像の定位を擬似的に再生している。
【０００３】
図６は、小規模なハードウェアにより、音源の方向感（伝達関数）を生成し、音像を頭外に定位させるヘッドホン再生装置のブロック図である。この技術は、単チャンネルの入力音響信号を左チャンネル信号、右チャンネル信号に分岐し、両信号それぞれに遅延処理（遅延器）と伝達関数補正処理（ローパスフィルタ）と音量補正処理（乗算器）を施すことで、仮想音源から受聴者の左耳、右耳へ伝わる音響信号を生成するものである。伝達関数補正処理は、音の到来方向に応じて異なる周波数的要素を合成するためのフィルタを畳み込む処理である（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図６において、３３，３４は遅延器、４３，４４はローパスフィルタ、５３，５４は乗算器を示し、入力端子３１に入力する入力音響信号に対して、これらによる処理を施すことで、左右耳への直接音を模擬している。反射音は、遅延器３２で複数の反射音を生成した後、各反射音の到来方向に応じて一本一本に異なる遅延処理（遅延器３５〜４２）、伝達関数補正処理（ローパスフィルタ４５〜５２）、音量補正処理（乗算器５５〜６２）を施し、前記乗算器５３，５４の出力信号に対し、加算器６３〜７０により左右個別に加算合成している。このように、左耳、右耳のそれぞれの直接音と反射音を加算器６３〜７０で加算し、ヘッドホンの左チャンネルと右チャンネルに送ることでスピーカによる音像の定位をヘッドホンで擬似的に再生するものである。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−２３７７９０号公報。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のような従来技術では、反射音のみならず直接音にも方向感を生成する伝達関数が付与されているため、原音との音質差が大きくなるという問題点があった。また、反射音一本一本に対して方向感を生成する遅延処理と伝達関数補正処理と音量補正処理を個別に施すため、反射音の本数の増加に従い信号処理量が多くなるという問題点を持ち、さらに、反射音の本数を減らしてＤＳＰでの信号処理量の低減を図ると、受聴部屋の壁による反射の周波数特性が十分に再現されないという問題があった。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、少ない反射音の本数で受聴部屋の響きの再現性を高め得、少ない信号処理量で音像を頭外に定位させることができるようにし、さらには原音の音質を損なわないようにしたヘッドホン再生方法及び装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１にかかる発明は、左右の入力音響信号を加工しスピーカによる音像の定位をステレオヘッドホンで擬似的に実現するヘッドホン再生方法において、左の入力音響信号のレベルを調整した信号と、左の入力音響信号に壁による反射の周波数特性を付与し遅延処理及びレベル調整を施した第１の左反射音信号と、右の入力音響信号を遅延してレベルを調整した信号及び右の入力音響信号に壁による反射の周波数特性を付与し遅延処理及びレベル調整を施した第２の左反射音信号を加算した上で両耳間の差を示す周波数特性を付与した左用信号と、を加算した信号をヘッドホンへの左の出力信号とし、右の入力音響信号のレベルを調整した信号と、右の入力音響信号に壁による反射の周波数特性を付与し遅延処理及びレベル調整を施した第１の右反射音信号と、左の入力音響信号を遅延してレベルを調整した信号及び左の入力音響信号に壁による反射の周波数特性を付与し遅延処理及びレベル調整を施した第２の右反射音信号を加算した上で両耳間の差を示す周波数特性を付与した右用信号と、を加算した信号をヘッドホンへの右の出力信号とする、ことを特徴とするヘッドホン再生方法とした。
【０００９】
請求項２にかかる発明は、請求項１に記載のヘッドホン再生方法において、前記左の入力音響信号のレベルを調整した信号と、前記第１の左反射音信号と、前記周波数特性を付与した左用信号とを加算した上にイコライザ処理を施した信号を前記ヘッドホンの左の出力信号とし、前記右の入力音響信号のレベルを調整した信号と、前記第１の右反射音信号と、前記周波数特性を付与した右用信号とを加算した上にイコライザ処理を施した信号を前記ヘッドホンの右の出力信号とした、ことを特徴とするヘッドホン再生方法とした。
【００１０】
請求項３にかかる発明は、左右の入力音響信号を加工しスピーカによる音像の定位をステレオヘッドホンで擬似的に実現するヘッドホン再生方法において、左の入力音響信号のレベルを調整した信号と、左の入力音響信号に壁による反射の周波数特性を付与し遅延処理及びレベル調整を施した第１の左反射音信号と、右の入力音響信号のレベルを遅延してレベルを調整した信号及び右の入力音響信号に壁による反射の周波数特性を付与し遅延処理及びレベル調整を施した第２の左反射音信号及び左の入力音響信号に壁による反射の周波数特性を付与し遅延処理及びレベル調整を施した第３の左反射音信号を加算した上で両耳間の差を示す周波数特性を付与した左用信号と、右の入力音響信号に壁による反射の周波数特性を付与し遅延処理及びレベル調整を施した第４の左反射音信号と、を加算した信号をヘッドホンへの左の出力信号とし、右の入力音響信号のレベルを調整した信号と、右の入力音響信号に壁による反射の周波数特性を付与し遅延処理及びレベル調整を施した第１の右反射音信号と、左の入力音響信号のレベルを遅延してレベルを調整した信号及び左の入力音響信号に壁による反射の周波数特性を付与し遅延処理及びレベル調整を施した第２の右反射音信号及び右の入力音響信号に壁による反射の周波数特性を付与し遅延処理及びレベル調整を施した第３の右反射音信号を加算した上で両耳間の差を示す周波数特性を付与した右用信号と、左の入力音響信号に壁による反射の周波数特性を付与し遅延処理及びレベル調整を施した第４の右反射音信号と、を加算した信号をヘッドホンへの右の出力信号とする、ことを特徴とするヘッドホン再生方法とした。
【００１１】
請求項４にかかる発明は、請求項３に記載のヘッドホン再生方法において、前記左の入力音響信号のレベルを調整した信号と、前記第１の左反射音信号と、前記周波数特性を付与した左用信号と、前記第４の左反射音信号とを加算した上にイコライザ処理を施した信号を前記ヘッドホンの左の出力信号とし、前記右の入力音響信号のレベルを調整した信号と、前記第１の右反射音信号と、前記周波数特性を付与した右用信号と、前記第４の右反射音信号とを加算した上にイコライザ処理を施した信号を前記ヘッドホンの右の出力信号とした、ことを特徴とするヘッドホン再生方法とした。
【００１２】
請求項５にかかる発明は、左右の入力音響信号を加工しスピーカによる音像の定位をステレオヘッドホンで擬似的に実現するヘッドホン再生装置において、左右の入力音響信号のレベルをそれぞれ調整する第１及び第２の音圧調整手段と、左右の入力音響信号をそれぞれ遅延させてレベルを調整する第１及び第２の遅延乗算手段と、左右の入力音響信号にそれぞれ壁による反射のフィルタ処理を施す第１及び第２の周波数特性生成フィルタと、前記第１の周波数特性生成フィルタの出力信号を入力して遅延処理及びレベル調整を行い第１の左反射音信号及び第２の右反射音信号を生成する第１の反射音生成手段と、前記第２の周波数特性生成フィルタの出力信号を入力して遅延処理及びレベル調整を行い第１の右反射音信号及び第２の左反射音信号を生成する第２の反射音生成手段と、前記第２の遅延乗算手段の出力信号及び前記第２の左反射音信号を加算する第１の加算手段と、前記第１の遅延乗算手段の出力信号及び前記第２の右反射音信号を加算する第２の加算手段と、前記第１の加算手段の出力信号に両耳間の差を示す周波数特性を付与する第１のローパスフィルタと、前記第２の加算手段の出力信号に両耳間の差を示す周波数特性を付与する第２のローパスフィルタと、前記第１の音圧調整手段の出力信号、前記第１の左反射音信号、及び前記第１のローパスフィルタの出力信号を加算する第３の加算手段と、前記第２の音圧調整手段の出力信号、前記第１の右反射音信号、及び前記第２のローパスフィルタの出力信号を加算する第４の加算手段と、を具備し、前記第３及び第４の加算手段の出力信号をそれぞれヘッドホンへの左及び右の出力信号としたことを特徴とするヘッドホン再生装置とした。
【００１３】
請求項６にかかる発明は、請求項５に記載のヘッドホン再生装置において、前記第１の反射音生成手段は、さらに前記第１の周波数特性生成フィルタの出力信号を入力して遅延処理及びレベル調整を行うことにより第３の左反射音信号と第４の右反射音信号を生成し、前記第２の反射音生成手段は、さらに前記第２の周波数特性生成フィルタの出力信号を入力して遅延処理及びレベル調整を行うことにより第３の右反射音信号と第４の左反射音信号を生成し、前記第１の加算手段は、さらに前記第３の左反射音信号を加算し、前記第２の加算手段は、さらに前記第３の右反射音信号を加算し、前記第３の加算手段は、さらに前記第４の左反射音信号を加算し、前記第４の加算手段は、さらに前記第４の右反射音信号を加算する、ことを特徴とするヘッドホン再生装置とした。
【００１４】
請求項７にかかる発明は、請求項５又は６に記載のヘッドホン再生装置において、前記第３の加算手段の出力信号を入力して音質補正を施す第１のイコライザフィルタと、前記第４の加算手段の出力信号を入力して音質補正を施す第２のイコライザフィルタとを具備し、前記第１及び第２のイコライザフィルタ手段の出力信号をそれぞれヘッドホンへの左及び右の出力信号としたことを特徴とするヘッドホン再生装置とした。
【００１５】
請求項８にかかる発明は、請求項５、６又は７に記載のヘッドホン再生装置において、前記第１及び第２の周波数特性生成フィルタ並びに前記第１及び第２のローパスフィルタ並びに前記第１及び第２のイコライザフィルタはＩＩＲ型フィルタからなることを特徴とするヘッドホン再生装置とした。
【００１６】
請求項９にかかる発明は、請求項８に記載のヘッドホン再生装置において、前記第１及び第２の周波数特性生成フィルタ並びに前記第１及び第２のローパスフィルタは、１次ＩＩＲ型ローパスフィルタからなり、前記第１及び第２のイコライザフィルタは、シェルビングタイプの１次ＩＩＲ型ハイパスフィルタからなることを特徴とするヘッドホン再生装置とした。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明では、左右耳へ到達する一方の音に両耳間の差を示す伝達関数（周波数特性）を付与する（一方の到達音の伝達関数を１とし、他方の到達音の伝達関数を両到達音の各々の伝達関数の違い分を示す両耳間の差の伝達関数とする）構成にすることで、ローパスフィルタでの処理を減らし、信号処理量を低減させる。このフィルタ処理における両耳間の差を示す伝達関数は左右両耳への各々の到達音の伝達関数を合成したときと同等であり、音像の頭外定位の効果を下げることはない。
【００１８】
また、これにより音源に近い側の耳の直接音は、周波数特性が変化しないので原音との音質差が最小限に抑えられる。また、両耳間の差を示す伝達関数は音の到来方向（前方あるいは後方等）によって個別に用意せず共通とし、更に複数の信号を加算して一つの信号としてから両耳間の差を示す伝達関数を付与する構成とすることで、信号処理量が低減する。
【００１９】
また、入力音響信号に周波数特性生成フィルタ処理をかけてから異なった遅延処理を施して複数の反射音を生成することにより、反射音一つ一つに壁に反射した時の周波数特性を持たせることで、少ない反射音の本数で受聴部屋の広がり感や響きなどの再現性を高める。
【００２０】
また、仮想的な部屋の壁を受聴に適した多孔質の吸音材と想定し、第１及び第２の周波数特性生成フィルタを高域がゆるやかに減衰する１次のＩＩＲ型ローパスフィルタで模擬することで、信号処理量を低減させる。さらに、両耳間の差を示す伝達関数を生成する第１及び第２のローパスフィルタを１次のＩＩＲ型ローパスフィルタで模擬することで信号処理量を低減させる。
【００２１】
さらに、ヘッドホンの左右用出力信号に対し音質補正用イコライザ処理を施すことにより原音との不快な音質差がなくなり、その音質補正用イコライザ処理をシェルビングタイプの１次ＩＩＲハイパスフィルタとすることで、ここでのフィルタ処理も大幅に減らし信号処理量を低減させる。
【００２２】
［第１の実施形態］
図１に本発明の第１の実施形態のヘッドホン再生装置のブロック図を示す。図１において、１，１４は左右のステレオ音響信号の入力端子、２，１５は入力信号のレベル（音圧）を調整する乗算器（第１，第２の音圧調整手段）、３，１６は入力信号に対し壁による反射音の周波数特性を付与するフィルタ回路（第１，第２の周波数特性生成フィルタ）、４，１７は入力信号を複数に分岐し、分岐信号をそれぞれに異なった時間だけ遅らせ且つある値を乗じてレベル調整を施した複数の反射音を生成する反射音生成回路（第１，第２の反射音生成手段）、５，６，７，８，１８，１９，２０，２１は反射音生成回路４，１７で生成された反射音をそれぞれ重複することなく複数個ずつ組み合わせた反射音信号群、９，２２は遅延器と乗算器で構成される遅延乗算回路（第１，第２の遅延乗算手段）、１０，２３，１２，２５は加算器（第１乃至第４の加算手段）、１１，２４は信号に対し両耳間の差を示す伝達関数を付与するローパスフィルタ回路（第１，第２のローパスフィルタ）、１３，２６は左右のステレオ音響信号の出力端子である。
【００２３】
ステレオ音響信号は、入力端子１，１４に入力される。入力端子１にはステレオ信号の左チャンネル信号（以下、Ｌｃｈとする）が入力され、入力端子１４にはステレオ信号の右チャンネル信号（以下Ｒｃｈとする）が入力される。Ｌｃｈの入力信号は、乗算器２と遅延乗算回路９に入力され、乗算器２からは仮想的な部屋に置いた左スピーカから左耳に到達する直接音が生成され、遅延乗算回路９からは左耳に到達する直接音に対して音圧差と時間差をもつ右耳に到達する直接音が生成される。Ｒｃｈの入力信号についても同様に、乗算器１５と遅延乗算回路２２に入力され、乗算器１５からは仮想的な部屋に置いた右スピーカから右耳に到達する直接音が生成され、遅延乗算回路２２からは右耳に到達する直接音に対して音圧差と時間差をもつ左耳に到達する直接音が生成される。
【００２４】
図２は、右スピーカからの直接音の左右耳への到達時間差の説明図である。ｔ１は右スピーカＳＲからその右スピーカＳＲに近い側の右耳に到達する直接音（到達時間ｔ１）を示し、ｔ２は右スピーカＳＲから遠い側の左耳に到達する直接音（到達時間ｔ２）を示す。左右耳の到達時間差Δｔは、「Δｔ＝ｔ２−ｔ１」で与えられる。前記した遅延乗算回路２２の遅延処理部分は、到達時間差Δｔに相当する時間だけＲｃｈの直接音の信号を遅延させ且つレベル調整する。遅延乗算回路９の遅延処理部分は、到達時間差Δｔに相当する時間だけＬｃｈの直接音の信号を遅延させ且つレベル調整する。
【００２５】
また、入力信号はフィルタ回路３，１６に入力され、音が壁に当たって反射する際に生じる周波数特性を付与される。フィルタ回路３，１６の周波数特性を可変することで受聴部屋の壁の材質に応じた反射音の周波数特性を模擬できる。部屋の空間的な広がり感や音の印象は、直接音のあとに短い時間間隔で届く反射音が影響するといわれており、これらの反射音に対し壁の材質に応じた周波数特性を付与することは、特に反射音の数を少なくした場合に部屋の広がり感などの再現性を高めることに寄与する。
【００２６】
ここで、仮想的な部屋の壁が受聴に適した多孔質の吸音材であると想定すれば、高域を吸収するために高域がゆるやかに減衰する特性を、フィルタ回路３，１６に１次のＩＩＲ型ローパスフィルタを使用することで模擬することでき、信号処理量が低減できる。このようにフィルタ回路３，１６を１次のＩＩＲ型ディジタルフィルタで実現すれば規模を小さくできる。フィルタ回路３，１６のそれぞれの出力は、反射音生成回路４，１７に入力され、ここで遅延量とレベルを制御された複数の反射音がそれぞれ生成される。
【００２７】
図３は、音を反射する壁を備えた仮想的な部屋で生じる反射音の説明図である。ｔ１は右スピーカＳＲから右耳に到達する右直接音（到達時間ｔ１）、ｔ２は右スピーカＳＲから遠い側の左耳に到達する左直接音（到達時間ｔ２）である。Ｒ１は右スピーカＳＲの音が受聴者の右側方向から到来し右耳に前方から到達する前方右反射音、Ｒ２は右スピーカＳＲの音が受聴者の左側方向から到来し右耳に後方から到達する後方右反射音、Ｒ３は右スピーカＳＲの音が受聴者の左側方向から到来し左耳に後方から到達する後方左反射音、Ｒ４は右スピーカＳＲの音が受聴者の右側方向から到来し左耳に前方から到達する前方左反射音である。複数の反射音は上述のような状態をシミュレーションして求めることが出来る。その際、反射音生成回路４，１７で生成する各反射音の遅延時間は、音源から音源に近い側の耳に到達する直接音の遅延時間を基点（ゼロ秒）として求める。
【００２８】
例えば、反射音Ｒ１，Ｒ２の遅延時間は、それぞれの遅延時間からｔ１の遅延時間を引いた値、反射音Ｒ３，Ｒ４の遅延時間は、それぞれの遅延時間からｔ２の遅延時間を引いた値となる。これらにより、反射音一本一本に対し左右各耳へ到達する時間を正確に模擬できる。
【００２９】
反射音生成回路１７は、複数個分岐生成したＲｃｈの反射音信号を右スピーカの位置と反射音の到来方向と到達する耳に関して、各々４つの反射音信号群（Ｒ１〜Ｒ４に相当）１８〜２１に分けて出力する。１８，１９は右耳に到達する右反射音信号群（それぞれ第１の右反射音信号群、第３の右反射音信号群）、２０，２１は左耳に到達する左反射音信号群（それぞれ第４の左反射音信号群、第２の左反射音信号群）である。
【００３０】
一方、反射音生成回路４は、複数個分岐生成したＬｃｈの反射音信号を左スピーカの位置と反射音の到来方向と到達する耳に関して、各々４つの反射音信号群５〜８に分けて出力する。５，６は左耳に到達する左反射音信号群（それぞれ第１の左反射音信号群、第３の左反射音信号群）、７，８は右耳に到達する右反射音信号群（それぞれ第４の右反射音信号群、第２の右反射音信号群）である。
【００３１】
以上のように、図３の直接音と反射音に関しては、図１の回路において、直接音ｔ１は乗算器１５を介した信号、直接音ｔ２は遅延乗算回路２２を介した信号、反射音Ｒ１は右反射音信号群１８、反射音Ｒ２は右反射音信号群１９、反射音Ｒ３は左反射音信号群２０、反射音Ｒ４は左反射音信号群２１に相当する。
【００３２】
左反射音信号群６と遅延乗算回路２２を介したＲｃｈ信号と左反射音信号群２１は加算器１０により加算され、また、右反射音信号群１９と遅延乗算回路９を介したＬｃｈ信号と右反射音信号群８は加算器２３により加算され、それぞれ両耳間の差を示す伝達関数を付与するローパスフィルタ回路１１，２４に入力される。
【００３３】
ローパスフィルタ１１，２４の両耳間の差を示す伝達関数の特性は、音源から遠い側の耳の伝達関数に対し音源に近い側の耳の伝達関数の逆特性を畳み込んだ特性を模擬した特性である。すなわち、例えば、直接音のみの場合の図２においては、短い到達時間ｔ１の右直接音ｔ１の伝達関数をＨ１、長い到達時間ｔ２の左直接音ｔ２の伝達関数をＨ２とするとき、右直接音ｔ１については伝達関数を１（周波数特性はフラット）とし、左直接音ｔ２についてのみ、両伝達関数の違い分である「Ｈ２×１／Ｈ１」の特性の伝達関数（ｔ１，ｔ２の両耳間の差を示す伝達関数）を付与すればよい。図３の場合では、同様のことから、短い到達時間の反射音Ｒ３については伝達関数を１とし、長い到達時間の反射音Ｒ２についてＲ２，Ｒ３の両耳間の差を示す伝達関数を付与すればよい。また、短い到達時間の反射音Ｒ１については伝達関数を１とし、長い到達時間の反射音Ｒ４についてＲ１，Ｒ４の両耳間の差を示す伝達関数を付与すればよい。
【００３４】
図４は両耳間の差を示す伝達関数の周波数特性（ローパスフィルタ１１，２４の周波数特性）の例である（前述の「Ｈ２×１／Ｈ１」）。音源から耳に到達する伝達特性は個人差が大きいため、ある特定の人間もしくはモデル化されたダミーヘッドの伝達関数の特性を厳密に模擬しても、個人個人で音像定位効果にばらつきが生じる。そこで、ここでは厳密な特性を模擬せずに、両耳間の差を示す伝達関数を簡易なローパスフィルタで模擬することで、信号処理を低減している。ローパスフィルタ１１，２４を一次のＩＩＲ型ディジタルフィルタで実現すると、規模が小さくなる。伝達関数を簡易なローパスフィルタで模擬した時点で、微妙な音源の到来方向の手がかりは既にあいまいとなっており、音の到来方向の信号別にフィルタを用意することは意味が薄れるので、音の各到来方向の信号にフィルタを共有して同じ特性のフィルタをかけることができる。
【００３５】
よって、本実施形態では到達音に周波数特性を持たせる手法として、前記したように、直接音信号は乗算器２，１５を経由してそのまま、左反射音信号群５、左反射音信号群２０、右反射音信号群１８、及び右反射音信号群７もそのまま出力させ、それ以外については、左に１つのローパスフィルタ回路１１を使用し、右に１つのローパスフィルタ回路２４を使用している。
【００３６】
ローパスフィルタ１１の出力信号は、加算器１２において乗算器２を経由した左直接音信号と前方左反射音信号群５と後方左反射音信号群２０と加算され、出力端子１３へ送られる。ローパスフィルタ２４の出力信号は、加算器２５において乗算器１５を経由した右直接音信号と前方右反射音信号群１８と後方右反射音信号群７と加算され、出力端子２６へ送られる。
【００３７】
以上から第１の実施形態では、音源の頭外定位の効果を低下せずに、信号処理全体の処理量を低減し、小規模なＤＳＰでも実現可能なヘッドホン再生装置を提供できる。
【００３８】
［第２の実施形態］
図５は第２の実施形態のヘッドホン再生装置のブロック図を示す。図１に示したものと同じものには同じ符号を付けてその部分に関する詳しい説明は省略する。本実施形態では、Ｌｃｈ側において加算器１２と出力端子１３との間に音質補正用のハイパスフィルタ回路２７（第１のイコライザフィルタ）を挿入し、Ｒｃｈ側において加算器２５と出力端子２６との間に音質補正用のハイパスフィルタ回路２８（第２のイコライザフィルタ）を挿入している。
【００３９】
前記した第１の実施形態では、ローパスフィルタ回路１１，２４を含んでいるため聴感上で若干こもって聞こえ、これを不快に感じる場合がある。そこで、この第２の実施形態では上記したハイパスフィルタ回路２７，２８を挿入することによって、この音質を補正し、原音の音質を保持する。ここで、ハイパスフィルタ回路２７，２８として、シェルビングタイプの１次ＩＩＲ型のハイパスフィルタ回路を使用することで、信号処理量が低減できる。
【００４０】
以上から第２の実施形態では、音源の頭外定位の効果を低下せずに、音源の音質を損なわずに、信号処理全体の処理量を低減し、小規模なＤＳＰでも実現可能なヘッドホン再生装置を提供できる。
【００４１】
［その他の実施形態］
なお、以上説明した実施形態では、後方から到来する反射音信号群６，７，１９，２０も生成したが、簡易化するときにはこれらは省略することができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、入力信号に壁での反射の周波数特性を付与してから複数の反射音信号を生成するので、反射音一つ一つに壁に反射した時の周波数特性を持たせることができ、少ない反射音の本数で受聴部屋の広がり感や響きなどの再現性を高めることができ、ヘッドホンでの受聴時に音像の頭外定位の高い効果が得られる。
【００４３】
また、音源から左右耳への伝達関数を模擬する際に、左右両耳への各々の伝達関数を模擬するのではなく、両耳間の差を示す伝達関数を模擬するので、原音との音質差を最小限に抑えることができると共に、信号処理全体の処理量低減に寄与し、特にその伝達関数として音の到来方向に関係なく同じ伝達関数を使用しているため、その効果は非常に大きい。
【００４４】
また、出力信号に音質補正用のイコライザ処理を施す場合には、さらに効果的に原音の音質を保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の実施形態のヘッドホン再生装置のブロック図である。
【図２】 右スピーカからの直接音の左右耳への到達の説明図である。
【図３】 右スピーカからの直接音及び反射音の左右耳への到達の説明図である。
【図４】 両耳間の差を示す伝達関数の周波数特性図である。
【図５】 第２の実施形態のヘッドホン再生装置のブロック図である。
【図６】 従来のヘッドホン再生装置のブロック図である。
【符号の説明】
１，１４：ステレオ音響信号の入力端子
２，１５：乗算器
３，１６：フィルタ回路
４，１７：反射音生成回路
５：左耳に到達する左反射音信号群
６：左耳に到達する左反射音信号群
７：右耳に到達する右反射音信号群
８：右耳に到達する右反射音信号群
９：２２：遅延乗算回路
１０，１２，２３，２５：加算器
１１，２４：ローパスフィルタ回路
１３，２６：ヘッドホンへの出力端子
１８：右耳に到達する右反射音信号群
１９：右耳に到達する右反射音信号群
２０：左耳に到達する左反射音信号群
２１：左耳に到達する左反射音信号群
２７，２８：ハイパスフィルタ回路
Claims (9)
- 左右の入力音響信号を加工しスピーカによる音像の定位をステレオヘッドホンで擬似的に実現するヘッドホン再生方法において、
左の入力音響信号のレベルを調整した信号と、左の入力音響信号に壁による反射の周波数特性を付与し遅延処理及びレベル調整を施した第１の左反射音信号と、右の入力音響信号を遅延してレベルを調整した信号及び右の入力音響信号に壁による反射の周波数特性を付与し遅延処理及びレベル調整を施した第２の左反射音信号を加算した上で両耳間の差を示す周波数特性を付与した左用信号と、を加算した信号をヘッドホンへの左の出力信号とし、
右の入力音響信号のレベルを調整した信号と、右の入力音響信号に壁による反射の周波数特性を付与し遅延処理及びレベル調整を施した第１の右反射音信号と、左の入力音響信号を遅延してレベルを調整した信号及び左の入力音響信号に壁による反射の周波数特性を付与し遅延処理及びレベル調整を施した第２の右反射音信号を加算した上で両耳間の差を示す周波数特性を付与した右用信号と、を加算した信号をヘッドホンへの右の出力信号とする、
ことを特徴とするヘッドホン再生方法。 - 請求項１に記載のヘッドホン再生方法において、
前記左の入力音響信号のレベルを調整した信号と、前記第１の左反射音信号と、前記周波数特性を付与した左用信号とを加算した上にイコライザ処理を施した信号を前記ヘッドホンの左の出力信号とし、
前記右の入力音響信号のレベルを調整した信号と、前記第１の右反射音信号と、前記周波数特性を付与した右用信号とを加算した上にイコライザ処理を施した信号を前記ヘッドホンの右の出力信号とした、
ことを特徴とするヘッドホン再生方法。 - 左右の入力音響信号を加工しスピーカによる音像の定位をステレオヘッドホンで擬似的に実現するヘッドホン再生方法において、
左の入力音響信号のレベルを調整した信号と、左の入力音響信号に壁による反射の周波数特性を付与し遅延処理及びレベル調整を施した第１の左反射音信号と、右の入力音響信号のレベルを遅延してレベルを調整した信号及び右の入力音響信号に壁による反射の周波数特性を付与し遅延処理及びレベル調整を施した第２の左反射音信号及び左の入力音響信号に壁による反射の周波数特性を付与し遅延処理及びレベル調整を施した第３の左反射音信号を加算した上で両耳間の差を示す周波数特性を付与した左用信号と、右の入力音響信号に壁による反射の周波数特性を付与し遅延処理及びレベル調整を施した第４の左反射音信号と、を加算した信号をヘッドホンへの左の出力信号とし、
右の入力音響信号のレベルを調整した信号と、右の入力音響信号に壁による反射の周波数特性を付与し遅延処理及びレベル調整を施した第１の右反射音信号と、左の入力音響信号のレベルを遅延してレベルを調整した信号及び左の入力音響信号に壁による反射の周波数特性を付与し遅延処理及びレベル調整を施した第２の右反射音信号及び右の入力音響信号に壁による反射の周波数特性を付与し遅延処理及びレベル調整を施した第３の右反射音信号を加算した上で両耳間の差を示す周波数特性を付与した右用信号と、左の入力音響信号に壁による反射の周波数特性を付与し遅延処理及びレベル調整を施した第４の右反射音信号と、を加算した信号をヘッドホンへの右の出力信号とする、
ことを特徴とするヘッドホン再生方法。 - 請求項３に記載のヘッドホン再生方法において、
前記左の入力音響信号のレベルを調整した信号と、前記第１の左反射音信号と、前記周波数特性を付与した左用信号と、前記第４の左反射音信号とを加算した上にイコライザ処理を施した信号を前記ヘッドホンの左の出力信号とし、
前記右の入力音響信号のレベルを調整した信号と、前記第１の右反射音信号と、前記周波数特性を付与した右用信号と、前記第４の右反射音信号とを加算した上にイコライザ処理を施した信号を前記ヘッドホンの右の出力信号とした、
ことを特徴とするヘッドホン再生方法。 - 左右の入力音響信号を加工しスピーカによる音像の定位をステレオヘッドホンで擬似的に実現するヘッドホン再生装置において、
左右の入力音響信号のレベルをそれぞれ調整する第１及び第２の音圧調整手段と、
左右の入力音響信号をそれぞれ遅延させてレベルを調整する第１及び第２の遅延乗算手段と、
左右の入力音響信号にそれぞれ壁による反射のフィルタ処理を施す第１及び第２の周波数特性生成フィルタと、
前記第１の周波数特性生成フィルタの出力信号を入力して遅延処理及びレベル調整を行い第１の左反射音信号及び第２の右反射音信号を生成する第１の反射音生成手段と、
前記第２の周波数特性生成フィルタの出力信号を入力して遅延処理及びレベル調整を行い第１の右反射音信号及び第２の左反射音信号を生成する第２の反射音生成手段と、
前記第２の遅延乗算手段の出力信号及び前記第２の左反射音信号を加算する第１の加算手段と、
前記第１の遅延乗算手段の出力信号及び前記第２の右反射音信号を加算する第２の加算手段と、
前記第１の加算手段の出力信号に両耳間の差を示す周波数特性を付与する第１のローパスフィルタと、
前記第２の加算手段の出力信号に両耳間の差を示す周波数特性を付与する第２のローパスフィルタと、
前記第１の音圧調整手段の出力信号、前記第１の左反射音信号、及び前記第１のローパスフィルタの出力信号を加算する第３の加算手段と、
前記第２の音圧調整手段の出力信号、前記第１の右反射音信号、及び前記第２のローパスフィルタの出力信号を加算する第４の加算手段と、
を具備し、
前記第３及び第４の加算手段の出力信号をそれぞれヘッドホンへの左及び右の出力信号としたことを特徴とするヘッドホン再生装置。 - 請求項５に記載のヘッドホン再生装置において、
前記第１の反射音生成手段は、さらに前記第１の周波数特性生成フィルタの出力信号を入力して遅延処理及びレベル調整を行うことにより第３の左反射音信号と第４の右反射音信号を生成し、
前記第２の反射音生成手段は、さらに前記第２の周波数特性生成フィルタの出力信号を入力して遅延処理及びレベル調整を行うことにより第３の右反射音信号と第４の左反射音信号を生成し、
前記第１の加算手段は、さらに前記第３の左反射音信号を加算し、
前記第２の加算手段は、さらに前記第３の右反射音信号を加算し、
前記第３の加算手段は、さらに前記第４の左反射音信号を加算し、
前記第４の加算手段は、さらに前記第４の右反射音信号を加算する、
ことを特徴とするヘッドホン再生装置。 - 請求項５又は６に記載のヘッドホン再生装置において、
前記第３の加算手段の出力信号を入力して音質補正を施す第１のイコライザフィルタと、
前記第４の加算手段の出力信号を入力して音質補正を施す第２のイコライザフィルタとを具備し、
前記第１及び第２のイコライザフィルタ手段の出力信号をそれぞれヘッドホンへの左及び右の出力信号としたことを特徴とするヘッドホン再生装置。 - 請求項５、６又は７に記載のヘッドホン再生装置において、
前記第１及び第２の周波数特性生成フィルタ並びに前記第１及び第２のローパスフィルタ並びに前記第１及び第２のイコライザフィルタはＩＩＲ型フィルタからなることを特徴とするヘッドホン再生装置。 - 請求項８に記載のヘッドホン再生装置において、
前記第１及び第２の周波数特性生成フィルタ並びに前記第１及び第２のローパスフィルタは、１次ＩＩＲ型ローパスフィルタからなり、
前記第１及び第２のイコライザフィルタは、シェルビングタイプの１次ＩＩＲ型ハイパスフィルタからなることを特徴とするヘッドホン再生装置。
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