JP6995777B2 - アクティブモニタリングヘッドホンとそれのバイノーラル方法 - Google Patents
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Description
ここにおいて、
本発明の第16の態様に従えば、バイノーラルフィルタとしてHbinEQまたはHphEQが使用される方法が提供される。
請求される発明は、耳のすぐ近くの物理的な音再生における最小限の変動によって、第1の聴取環境(ラウドスピーカー)から第2の聴取環境(ヘッドホン)への変換器(ドライバ)についての音をどのように等化するかの技術的影響に関する。
換言すれば、本発明は、ラウドスピーカーに関して生成された音情報を、聴取者の耳での最小限の変動で、ヘッドホンドライバに対してどのように等化するかの技術的解決策を生成する。
a.ピンクノイズ、換言すれば、信号のパワースペクトル密度(エネルギまたはパワー/Hz)が信号の周波数に反比例する。ピンクノイズでは、各オクターブ(周波数の半分/倍音)が同量のノイズパワーを搬送する。
b.あるいは、テスト信号は、典型的には、基本的にサブバンドの周波数範囲をカバーするスペクトル的に広い周波数領域にわたって周波数成分を含む音楽的な信号の擬似シーケンスであり得る。
c.擬似シーケンスが繰り返され、調整のためのサンプル基準を生成し、繰り返し前の持続時間は典型的に1乃至10秒である。
・測定フリー較正により、ユーザは、ラウドスピーカーシステムの音と同様の色(同じ音属性)になるように音を較正することが可能となる、
・プロセスは、例えば、ソフトウェアが生成する音に基づく、
・較正プロセスは次のように進行する
- コンピュータは、各サブバンドの音サンプル(これはwavファイルであることができる)を再生する
- このサンプルは、モニタまたはアクティブヘッドホンのいずれかで、ソフトウェア制御下で再生される
- ソフトウェアは、ユーザがモニタシステム出力でヘッドホンにおいてレベルを同様にするように調整する、グラフィカルユーザインターフェースを提示する
- これは、左右の(または周囲の)システムに対してまとめて行われる
- ソフトウェアは、あるサブバンドから次のサブバンドへと、すべてがカバーされるまで進む
- ユーザは結果を評価し、アクティブヘッドホン増幅器2のメモリに較正を保存する
・較正は、アクティブヘッドホン1の音を、ユーザが以前に測定されたラウドスピーカーモニタリングシステムの音と同様であるように設定する。
-較正プロセスは次のとおりである。
-ユーザは、適切なソフトウェア(GLMのような)を作動させているコンピュータ51に接続されたアクティブヘッドホン増幅器2を有する。
-ユーザが既存のシステム較正を選択する
-ソフトウェアが左右のモニタ応答を選択する
-ソフトウェアがアクティブヘッドホンの音をモニタラウドスピーカーの音と同様にするために、フィルタ設定を計算する
-早期反射、サブバンド減衰、音色、及び外在化フィルタ設定を含む
-ユーザは、等化結果を聞き取り、これらの設定をアクティブヘッドホン増幅器のメモリに永続的に保存することができる
・すべてがディム(dim)、プリセットなどを関連付けるボリューム制御
・(中央の音像を設定するための)パーソナルバランス制御
・音特性プロファイル調整
・スタートアップボリュームセット機能
・ISS制御機能(スリープするまでどのくらいの時間がかかるか)
・最大SPLリミット機能(聴覚保護)オン/オフ、リミット調整
・EAI(エンハンストLFアイソレーション)オン/オフ機能、並びに、アイソレーションレベル(フィードバック)の量の低/中/高制御
・これらの設定をアクティブヘッドホン増幅器に永続的に保存する機能
は、測定された応答がノッチを有する周波数において大きなピークを含む。ヘッドホン伝達関数測定で見られるピーク及びノッチは個人によって異なり、また、同じ被験者に対してもヘッドホンを外して再び着用するときに変化し得る。被験者が自身にヘッドホンを取り付ける場合に、ヘッドホンの再配置によるヘッドホン伝達関数の変動性は減じられるが、ヘッドホン伝達関数の直接反転を使用してヘッドホンを等化するプロセスは、音の着色をもたらし得る。さらに、深いノッチの正確な反転を適用することによって生成される大きなピークは、ヘッドホンの再配置によるノッチ周波数偏移、及びイコライザブーストが実際の応答におけるノッチの周波数及びゲインと一致しなくなるとき、共振リンギングアーチファクト(resonant ringing artifact)として知覚され得る。この影響は図8に示されており、再配置後に測定されたヘッドホンの2つのマグニチュード応答が、再配置前に測定された応答の直接反転(direct inversion)を使用して補償されている。図8に示される応答で見られる狭帯域共鳴(narrow band resonance)は、反転のために使用される応答におけるノッチ周波数とヘッドホンの再配置後に測定される応答におけるノッチ周波数とのミスマッチの結果である。このようなミスマッチの可聴性は、測定された応答におけるノッチを反転させることによってもたらされるピークのゲインを制限することによって最小限に抑えられることができる。
ここにおいて、*は複素共役(complex conjugate)を表す。|・|は絶対値演算子であり、D(ω)は因果的反転(causal inverse)
的に受け入れやすい。従って、B(ω)は先験的に選択することができるが、βは、反転されるべき応答、H(ω)及び正則化フィルタB(ω)に依存して調整されるべきである。
として定義される。パラメータα(ω)は、反転の帯域幅を決定する、これは、α(ω)がゼロに近いかゼロに等しい周波数範囲として定義される。新しい正則化係数σ(ω)は、α(ω)によって定義される帯域幅内の反転の影響を制御する。
として定義されることができる。W(ω)のフラットな通過帯域は、再生のヘッドホン帯域幅、典型的には高品質のヘッドホンの場合には20Hz乃至20kHzに相当する。
として定義されることができる。応答において近接周波数ビン間の強い変動を防ぐために、雑音包絡線の推定N(ω)、例えば平滑化スペクトルが使用されるべきである。
として決定されることができる。
となるように、単位エネルギーの事前の反転に正規化される。これにより、図9及び図11に見られるように、反転を0dBのレベルの中心に位置することを可能にし、反転される応答のマグニチュードが非常に小さい場合に、反転の帯域幅外の周波数で反転される応答における不連続性を防ぐ。反転後、元の信号ゲインを復元するために、応答がこのスケール係数に対して補償されることができる。さらに、この正規化によって、反転の帯域幅内でB(w)=1である場合、正則化を動的制限として定義することができる(例えば、β=0.01=-20dB)。従って、正規化された応答の反転は、図9に見られるように|β|-6dBより大きい増幅を生成せず、ここにおいてβ=0.01=-20dBの従来の正則化された反転は、14dBより大きくは増幅されない。
とアンラッピングされた位相
とを、別個に平滑化する。平滑化された応答は、
として得られ、反転
として計算されるマグニチュード応答を有する線形フィルタとして設計されることができる。Hd_とHx_はルームの影響を含み得るので、|Hd_+Hx|の平滑化されたバージョン、|HSM|が反転に望ましくあり得る。この作業では、1オクターブ幅の平滑化ウィンドウ(one octave wide smoothing window)を使用した。ヘッドホン音質を保持するためのバイノーラルステレオ再生ネットワークが、図24に示されている。
ここにおいて、
として、両耳のバイノーラルネットワークを用いて得られた。ここで、
モノラルキューを除去するためのバイノーラルフィルタに対する更なる変更もまた、行われた。オールパスバージョンのHbin_が、バイノーラルフィルタの位相情報のみを保持することによって生成された。これが、フィルタにおいて一時的な情報を保持するが、ILDとモノラルのキューとを削除する。そして、直接パスとクロストークパスとの間のレベル差、HLDは、直接パスとクロストークパスとの平滑化された応答間のマグニチュード比から得られた結果としてのマグニチュードを平均することによって推定され、HLDは、直接パスとクロストークパスとの平滑化された応答間のマグニチュード比から得られた結果としてのマグニチュードを平均することによって推定され、
ここにおいて、^はフィルタマグニチュード応答の1オクターブ平滑化を示す。この後、直接フィルタとクロストークフィルタのマグニチュード
として設計された。
ここにおいて、arg{・}はフィルタの引数(位相)を示す。この後、等化フィルタが、式16及び式14を用いて設計された。結果としてのフィルタは、等化されたバイノーラルフィルタHphEQを得るために、Hph_でコンボリュージョンされた。
1.
ヘッドホンの音質を保持するためのステレオヘッドホンのためのバイノーラルフィルタを形成する方法であって、ラウドスピーカーから各耳への直接パスとクロストークパスとの和がフラットなマグニチュード応答を有することを特徴とする、方法。
2.
位相式のみが作られる、段落1に記載の方法。
段落3.
バイノーラルフィルタは、所定の残響時間、有利には340msを有するリスニングルーム内のステレオラウドスピーカーセットアップについて、ダミーヘッドのバイノーラル時間応答hij(t)が測定されるように形成され、測定された応答を使用して、バイノーラルフィルタのセットH bin が、応答の第1の所定の時間、例えば42msをウィンドウ化することによって設計され、
段落4.
バイノーラルフィルタとしてH binEQ が使用される、先のいずれかの段落に記載の方法。
段落5.
バイノーラルフィルタとしてHphEQが使用される、先のいずれかの段落に記載の方法。
段落6.
メモリおよび信号処理特性を有する増幅器を含む、先のいずれかの段落に記載のステレオヘッドホンを較正する方法であって、ヘッドホンの各ドライバまたはイヤーカップを、設定された基準イヤーカップまたはドライバに対して較正し、増幅器のメモリに較正設定を記憶するステップを備える、方法。
段落7.
ヘッドホンについての所望の音属性は、測定によって、またはヘッドホンのユーザから受信された入力情報に基づいて、所望の音属性を得るために、増幅器における信号処理パラメータを設定することによって決定される、段落1に記載の方法。
段落8.
少なくともマグニチュード応答、典型的には周波数応答(位相応答を含む)を較正するステップ(工場較正)を含む、先のいずれかの段落に記載の方法。
段落9.
音属性は、「周波数応答」、「時間応答」、「位相応答」または「感度」の特徴のうちの少なくとも1つを含む、先のいずれかの段落またはその組み合わせに記載の方法。
段落10.
周波数応答のような所望の音属性は、特定のルームのためのラウドスピーカーシステムの較正パラメータに基づいて決定される、先のいずれかの段落またはその組み合わせに記載の方法。
段落11.
外在化機能が、ヘッドホンのユーザのためのルーム表現を生成するために、信号処理パラメータについて実施される、先のいずれかの段落に記載の方法。
段落12.
外在化機能は、それがオールパスフィルタであるように、バイノーラルフィルタの支援によって実施される、段落11に記載の方法。
段落13.
バイノーラルフィルタは、一定のマグニチュード応答(マグニチュード/振幅は周波数の関数として変化しない)を有するが、バイノーラルフィルタの位相応答のみがインプリメントされる、段落11に記載の方法。
段落14.
バイノーラルフィルタは、FIRフィルタである、段落11に記載の方法。
段落15. a.テスト信号は、第1のサブバンド(B1)を通じてラウドスピーカーによって再生され、a.テスト信号は、第1のサブバンド(B1)を通じてヘッドホンによって再生され、b.第1のサブバンド(B1)を通じてラウドスピーカーによって再生されたテスト信号で、第1のサブバンド(B1)を通じてヘッドホンによって再生されたテスト信号の音レベルのような音属性を評価し、サブバンドB1のラウドスピーカーと本質的に同じであるようにヘッドホンの音レベルのような音属性を設定して記憶し、c.複数のサブバンドB1乃至Bnを通じてテスト信号で上記の手順を繰り返す、先の段落のいずれかに記載の方法。
段落16.
テスト信号は、ピンクノイズである、段落15に記載の方法。
段落17.
テスト信号は、広域スペクトルコンテンツを有するオーディオ信号を含む音楽的なオーディオファイルである、段落15または16に記載の方法。
段落18.
テスト信号の持続時間が1乃至10秒である、段落15乃至17のいずれかに記載の方法。
段落19.
テスト信号が連続的に繰り返される、段落15乃至18のいずれかに記載の方法。
段落20.
各イヤーカップのための少なくとも1つのドライバを有するヘッドホンと、ケーブルによってヘッドホンに接続された増幅器とを含むアクティブステレオ/バイノーラルヘッドホンシステムであって、b.イヤーカップ、c.増幅器における信号処理手段、d.ヘッドホンのドライバまたはイヤーカップの各々は、イヤーカップまたはドライバのような設定基準に対して工場較正され、増幅器のメモリに記憶される、e.増幅器に少なくとも2つの所定の等化設定値を記憶するための手段、および、f.200Hzより下の周波数でのノイズキャンセリングのための手段、を備える、システム。
段落21.
イヤーカップが耳を完全に、例えばサーカムオーラルの方法で、覆っている、段落20に記載のシステム。
段落22.
基準は、測定によって、若しくは、基準ドライバまたはイヤーカップから得られた所定の周波数応答である、段落20または21に記載のシステム。
段落23.
ヘッドホンおよびヘッドホン増幅器は、ケーブルによって互いに接続された別個の独立したユニットである、先のいずれかの段落に記載のアクティブヘッドホンシステム。
段落24.
ヘッドホンの各ドライバまたはイヤーカップは、設定された基準イヤーカップまたはドライバに対して工場較正され、増幅器のメモリにおいて記憶され、それにより、工場較正は、設定された基準イヤーカップまたはドライバに基づいて、ヘッドホンシステムのすべてのイヤーカップを、音響的に本質的に同じ、例えば、同じ応答、同じラウドネスにする、先の段落のいずれかに記載のアクティブヘッドホンシステム。
段落25.
ヘッドホン増幅器とヘッドホンとが、工場較正に基づいて固有のペアを構成する、先のいずれかの段落に記載のアクティブヘッドホンシステム。
段落26.
アクティブヘッドホンシステムは、ヘッドホンのユーザのためのルームの表現を生成するために、信号処理パラメータを使用してオーディオを外在化するための手段を含む、先のいずれかの段落に記載のアクティブヘッドホンシステム。
段落27.
外在化機能がバイノーラルフィルタの支援によって実施される、先のいずれかの段落に記載のアクティブヘッドホンシステム。
段落28.
バイノーラルフィルタが、g.オールパスフィルタまたはh.位相応答およびマグニチュード応答を有するフィルタ、である、先のいずれかの段落に記載のアクティブヘッドホンシステム。
段落29.
ラウドスピーカーの伝達関数がヘッドホンシステムにインポートされる、先のいずれかの段落に記載のアクティブヘッドホンシステム。
段落30.
ヘッドホンシステムの伝達関数がラウドスピーカーシステムにエクスポートされる、先のいずれかの段落に記載のアクティブヘッドホンシステム。
段落31.
ボリューム制御は、ラウドスピーカーおよびホンについて同じである、先のいずれかの段落に記載のアクティブヘッドホンシステム。
段落32.
先の方法段落の少なくとも1つに記載の方法を実施させるように構成されたコンピュータプログラム。
段落33.
ヘッドホンの音質を保持しながら、ヘッドホン上でルームでのラウドスピーカーステレオ再生の聴覚印象を模倣する、またはヘッドホン再生におけるステレオ空間特性を強化するバイノーラルフィルタを形成する方法であって、ラウドスピーカーから各耳までの直接パスおよびクロストークパスは、それらの和の振幅が本質的に周波数の関数として変化しないように形成されることを特徴とする、方法。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
〔1〕
ヘッドホンの音質を保持するためにステレオヘッドホンのためのバイノーラルフィルタを形成する方法であって、オールパスシステムとも呼ばれ、ラウドスピーカーから各耳への直接パスとクロストークパスとの和が、振幅が本質的には周波数の関数として変化しないように形成されることを特徴とする、方法。
〔2〕
前記ヘッドホンのアプリケーションについての一定の振幅値からの偏差が、好ましくは+/-3dBより下、好ましくは+/-0.1dBより下である、〔1〕に記載の方法。
〔3〕
位相式のみが作られる、〔1〕または〔2〕に記載の方法。
〔4〕
前記バイノーラルフィルタは、所定の残響時間、有利には340msを有するリスニングルーム内のステレオラウドスピーカーセットアップについて、ダミーヘッドのバイノーラル時間応答h ij (t)が測定されるように形成され、測定された応答を使用して、バイノーラルフィルタのセットH bin が、前記応答の第1の所定の時間、例えば42msをウィンドウ化することによって設計され、
〔5〕
バイノーラルフィルタとしてH binEQ が使用される、先の〔1〕-〔4〕のいずれか一項に記載の方法。
〔6〕
バイノーラルフィルタとしてHphEQが使用される、先の〔1〕-〔5〕のいずれか一項に記載の方法。
〔7〕
メモリおよび信号処理特性を有する増幅器を含む、先の〔1〕-〔6〕のいずれか一項に記載のステレオヘッドホンを較正する方法であって、前記ヘッドホンの各ドライバまたはイヤーカップを、設定された基準イヤーカップまたはドライバに対して較正し、前記増幅器の前記メモリに前記較正設定を記憶するステップを備える、方法。
〔8〕
前記ヘッドホンについての所望の音属性は、測定によって、または前記ヘッドホンのユーザから受信された入力情報に基づいて、前記所望の音属性を得るために、前記増幅器における信号処理パラメータを設定することによって決定される、〔1〕に記載の方法。
〔9〕
少なくともマグニチュード応答、典型的には周波数応答(位相応答を含む)を較正するステップ(工場較正)を含む、先の〔1〕-〔8〕のいずれか一項に記載の方法。
〔10〕
前記音属性は、以下の特徴:「周波数応答」、「時間応答」、「位相応答」、または「感度」のうちの少なくとも1つを含む、先の〔1〕-〔9〕のいずれか一項またはその組み合わせに記載の方法。
〔11〕
周波数応答のような前記所望の音属性は、特定のルームのラウドスピーカーシステムの較正パラメータに基づいて決定される、先の〔1〕-〔10〕のいずれか一項またはその組み合わせに記載の方法。
〔12〕
先の方法〔1〕-〔11〕の少なくとも1つに記載の方法を実施させるように構成されたコンピュータプログラム。
IIR 無限インパルス応答
FIR 有限インパルス応答
IR インパルス応答
ARM 適応マルチレートオーディオデータ圧縮方式
GLM ジェネレックラウドスピーカー管理
SPL 音圧レベル
ISS スリープ制御
EAI エンハンスト低周波アイソレーション
非特許文献
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1 両耳用ドライバを含むステレオヘッドホン
2 ヘッドホン増幅器
3 ヘッドホンケーブル
30 バッテリー
31 充電サブシステム
32 SMPS電源及びバッテリー管理
33 USB入力
34 ローカルユーザインターフェース
35 アナログ入力
36 アナログ・デジタル変換(ADC)
37 適応マルチレート(AMR)とデジタル信号処理(DSP)
38 デジタルアナログ変換(DAC)
39 パワー増幅器
40 パワー増幅器
41 自動較正モジュール
42 耳較正モジュール
43 工場イコライザー/較正
45 ボリューム制御
46 ダイナミクスプロセッサ
47 USBインターフェース機能
48 ソフトウェアインターフェース
49 メモリ管理
50 電源及びバッテリー管理
51 ソフトウェアを作動させるコンピュータ
52 ユーザインターフェース用コネクタケーブル
54 ヘッドホン増幅器の制御ノブ
55 電源ケーブル
56 携帯端末
60 ヘッドホン改善要素
61 モニタリング改善要素
B1-Bn オーディオサブバンド
Δf サブバンドの帯域幅、通常は1オクターブ
Claims (9)
- ヘッドホンの音質を保持するためにステレオヘッドホンのためのバイノーラルフィルタを形成する方法であって、ラウドスピーカーから各耳への直接パスとクロストークパスが、前記直接パスと前記クロストークパスの和の音響信号の振幅が周波数の関数として変化しないように、形成されることを特徴とし、
バイノーラルフィルタとして、以下のステップ:
-ダミーヘッドのバイノーラル時間応答が、所定の残響時間を有するリスニングルーム内のステレオラウドスピーカーセットアップについて測定され、前記測定により測定された応答が得られ、前記測定された応答を使用して、バイノーラルフィルタのセットが、前記応答の第1の所定時間をウィンドウ化することによって設計され、
-両耳のバイノーラルネットワークを用いて、平均フィルタH SM_ を取得し、
フィルタH EQ_ のマグニチュードは、周波数50Hz乃至20kHzの|H SM |の反転として得られ、そして、前記バイノーラルフィルタH bin は、等化されたバイノーラルフィルタH binEQ を得るために、H EQ_ とコンボリュージョンされ、
により形成されるバイノーラルフィルタH binEQ が使用される、
方法。 - 前記ヘッドホンのアプリケーションについての一定の振幅値からの、前記音響信号の振幅の偏差が、+/-3dBより下である、請求項1に記載の方法。
- バイノーラルフィルタとしてHphEQが使用され、前記フィルタは、以下のステップ:
-レベル差HLDを取得するために、直接パスとクロストークパスとの平滑化された応答間のマグニチュード比から得られた結果としてのマグニチュードを平均することと、
-直接フィルタ
-対応する
―HphEQを得るために、フィルタHEQ_をHphでコンボリュージョンする、
により形成される、請求項1に記載の方法。 - メモリおよび信号処理特性を有する増幅器を含み、請求項1~3のいずれか一項に記載の方法により形成されたバイノーラルフィルタを備える、ステレオヘッドホンを較正する方法であって、前記ヘッドホンの各ドライバまたはイヤーカップを、設定された基準イヤーカップまたはドライバに対して較正し、前記増幅器の前記メモリに前記較正設定を記憶するステップを備える、方法。
- 前記ヘッドホンについての所望の音属性は、測定によって、または前記ヘッドホンのユーザから受信された入力情報に基づいて、前記所望の音属性を得るために、前記増幅器における信号処理パラメータを設定することによって決定される、請求項4に記載の方法。
- 少なくとも周波数応答(位相応答)を含むマグニチュード応答を較正するステップを含む、請求項4に記載の方法。
- 前記音属性は、以下の特徴:「周波数応答」、「時間応答」、「位相応答」、または「感度」のうちの少なくとも1つを含む、請求項5に記載の方法。
- 周波数応答のような前記所望の音属性は、特定のルームのラウドスピーカーシステムの較正パラメータに基づいて決定される、請求項5に記載の方法。
- 請求項1-8のいずれか一項に記載の方法をコンピュータに実行させるように構成されたコンピュータプログラム。
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