JPH02238800A - 頭外定位ヘッドセット通話システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、聴覚機構や神経等の疲労を軽減する頭外定位
ヘッドセット通話システムに関するものである。

［従来の技術］ 従来より、通話回線を用いて通話を行う際に通話者が使
用するものとして、片耳レシーバまたはヘッドホン形の
両耳レシーバとマイクロホンとを一組にし、通話者の頭
部に載せるヘッドセット通話システムが知られている。

このヘッドセット通話システムは、その利用者が両手を
自由に使えるため非常に便利であり、電話会議など広く
利用されている。

［発明が解決しようとする課題コ しかしながら、上記従来の技術におけるヘッドセット通
話システムでは、長時間の通話において聴覚機構や神経
等に疲労を生じる問題点があった。

即ち、片耳レシーバを使用する場合は、常にレシーバが
耳に押し当てられているため、長時間の通話では耳介の
疲労に加え、中耳より内部の聴覚機構や神経等にら疲労
が生ずる。この疲労は、ヘッドホン形の両耳レシーバを
使用することで、ある程度は解消するが、単に両耳に同
一信号を与えるだけなので、頭内中央郎分に音像定位が
生ずるのみであり、聴覚機構や神経等の疲労軽減にはあ
まり役立たなかった。

ヘッドホン形レシーバを使って頭外部に音像を定位させ
ようとする技術に、フィルタによって受聴周波数特性を
、音声が音場中で頭部や耳介等で回折することにより生
ずる特性に近似させるものがある。しかし、アナログフ
ィルタを用いて、周波数応答特性を近似したり、遅延成
分を付加したものでは十分な頭外感を得ることはできな
かった。

また、最近のディノタル信号処理技術を用いた技術に、
無響室で測定した頭部伝達関数とレシーバ逆特性を原信
号に畳み込む方法がある。これは、旧来のアナログ方式
に較べ著しく定位性が良いが、正面付近の方向では頭外
距離感が十分とは言えず、また、主に７　ｋＨｚ以上の
周波数レスポンスの特徴にたよって前後の方向感覚を確
保するため、電話帯域の音声ンステムであるヘッドセッ
ト通話ンステムには適用しにくいものであった。この畳
み込みの方法は、聴覚心理的な実験を目的とした楕成で
あったため、レシーバ逆特性を用いることにより望まし
い周波数レスポンスを得ており、レシーバ自体の構造や
特性には考慮か払われておらず、しかも、自然な会話環
境を再現する目的には、受話時のみならず送話を行う時
に自己の発声が鼓膜に達する特性．また、送話中の顎の
運動．レノーバの耳当ての摩擦等により二次的に生じる
外耳道内音圧をも考慮する必要があり、ヘッドセット通
話システムにそのまま適用することはできなかった。

さらに、従来のヘッドセット通話システムで電話会議の
ように多数の対地と対話を行う場合では、上記疲労に加
えて一般のハンドセット電話と同様に、発声者が誰であ
るか判明せず混乱する問題点がある。上記のように、単
にヘッドホン形の両耳受聴としても、頭内中央郎分に音
像定位が生じるのみなので、対地別（発言者別）の方向
感付与には役立たない。仮に、電話回線を２本以上使っ
て、ステレオ通信とするなら、この問題はかなり解決さ
れるが、一般にコスト的にひきあわない。

本発明は、上記問題点を解決するために創案されたもの
で、通話回線の容量を増加することなく、受聴時の疲労
を軽減する自然な対話環境を与えるとともに、頭外方向
感を与えることができるようにした頭外定位ヘッドセッ
ト通話システムを提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するための本発明の頭外定位ヘッドセ
ット通話システムの構成は、 振動膜と通話者の外耳道の間に開空間または損失材料を
持つ解放型の両耳レンーバと、実音場中に所定の方向と
距離で配置した音源による頭部インパルスレスポンスを
近似するディジタルフィルタと、 上記レシーバ受聴時の特性を音声帯域内で空間受聴時と
同一に補正する逆フィルタと、上記通話者の口付近に設
置するマイクロホンと、上記マイクロホンと両耳レシー
バによる相手との通話を接続する通話回線とを備えるこ
とを特徴とする。

［作用］ 本発明は、実音場中の所定方向および所定距離に測定用
の音源を配置してそのときの頭部インパルスレスポンス
をディジタルフィルタで近似する一方、レシーバ受聴時
の特性を逆フィルタで空間受聴時と同一に補正すること
により、通話者の頭外の所定方向に音像定位させる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第１図は本発明の第■の実施例のシステム構成を示すブ
ロック図である。本実施例は、通話回線として広帯域デ
ィジタル電話網６　４　ｋ　ｂ　／　ｓの通信回線（図
示せず）を使用する。この通信回線からの受信信号は、
ＣＣ　Ｉ　ＴＴ勧告Ｇ７２２に準拠するＡＤＰＣＭ（適
応差分パルスコードモジュレーション）により入力信号
レベルに適応させたステップ幅で量子化され、かつ予測
符号化により帯域圧縮されている。図中、目よ上記ＡＤ
ＰＣＭの受信信号を１６ＫＨＺサンプリングによる通常
のりニアＰＣＭ信号に変換するＡＤＰＣＭ／リニアＰＣ
Ｍ変換器、２および３は頭部回折によるインパルスレス
ポンスとレシーバ対外耳道入り口レスポンスの逆特性を
後記測定および計算により予め畳み込んだ左耳用（ｈ＆
）と右耳用（ｈ『）のインパルスレスポンス畳み込みフ
ィルタ（以下、ディジタルフィルタと記す）である。デ
ィジタルフィルタ２．３は、極めて優れた利得一位相特
性を持たせることのできるトランスバーサル形構成のＦ
ＩＲ（ファイナイト　インパルス　レスポンス）形のデ
ィジタルフィルタが好適である。この各ディジタルフィ
ルタ２．３において、各タップを縦属に分けて、頭部回
折によるインパルスレスポンスを畳み込む部分と、レシ
ーバ対外耳道入りロスレスポンスの逆特性を畳み込む部
分とを構成する。

もちろん、別々のディジタルフィルタを縦属に接続して
本発明の上記各フィルタ部分を構成してし良い。リニア
ＰＣＭ信号は分岐されて各デイジタルフィルタ２．３に
人力され、所定のインパルスレスポンス特性により補正
されて送出される。４はその補正されて送出された右耳
用および左耳用のＰＣＭ信号をそれぞれアナログ信号に
変換するＤ／Ａ変換器、５および６はＤ／Ａ変換された
各左耳用および右耳用のアナログ信号の高周波成分を除
いて補間を行う低域ろ波器、７および８は各低域ろ波器
５．６の出力を増幅する受話増幅器、９はヘッドセット
である。ヘッドセット９は、両耳レシーバ９ａ，９ｂと
マイクロホン９Ｃを有し、受話増幅器７の出力は左耳レ
シーバ９ａに接続し、受話増幅器８の出力は右耳レシー
バ９ｂに接続する。一方、マイクロホン９ｃは、送話増
幅器ｌＯを介してＣＣＩＴＴ勧告Ｇ７２２に準拠する符
号化器１１を通し、前記のＡＤＰＣＭによる広帯域音声
符号化を行い６　４　ｋ　ｂ　／　ｓの送信信号として
通信回線へ送出する。マイクロホン９ｃとしては、送話
において不要な反射音を加えないために、接話式マイク
ロホンが好適である。

ディジタルフィルタ２．３に畳み込む頭部インパルスレ
スポンスｈｌ２（左耳用）　，　ｈ　ｒ　（右耳用）は
、以下の条件（１）〜（３）を満たす防音室を実音場と
して測定する。

（１）被験者（被測定者）の後方．同側方の壁は、強い
反射をせず、高音は吸収する布様の材質をもつか、また
は無響でも良い。

（２）同前方及び床面は、反射性の材質からなる。

（３）天井は、吸音性であり、少なくとも高音は吸収す
る。

以上の条件の室内で、ラウドスピーカから広帯域雑音を
放射する。被験者の左右外耳道入り口に、ブローブチュ
ーブマイクロホンまたは、Ｌ／８”（インチ）程度の小
径マイクロホンをセットし、この３点の信号を同時にＡ
／Ｄ変換する。これから、例えばクロススペクトル法を
もって、インパルスレスポンスを算出する。Ｍ系列雑音
を用いたインパルスレスポンス測定法など周知の技術を
用いれば、いずれも結果は同様である。ここで、雑音の
レベルは約９４　ｄＢ程度、接続時間は２〜敗秒とする
ことで、実用上十分なＳ／Ｎをとることかでき、また、
被験者に苦痛や傷害を与えない。

スピーカと被験者の距離は、ｌ〜２ｍが適当であり、よ
り短い場合は頭外感が不足し、より長い場合はインパル
スレスポンスの長さが長くなり、実用的でなく、また、
頭外感がさほど伸びない割に、音声明瞭度を損なうこと
になる。周波数帯域は、４　ｋＨｚ以下の従来電話帯域
でも効果があり、さらに、ＣＣＩＴＴ勧告Ｇ７２２が適
用される７ｋＨｚ帯域音声では、最も効率良く本方式の
効果をあげることができる。このような条件を満たすイ
ンパルスレスポンスの例を、パワスペクトラムとして第
２図に、また時間波形として第３図にそれぞれ示す。本
測定は、システム構成のとき一人一度だけ必要である。

次に、レシーバ受聴時の特性を補正するレシーバ対外耳
道入り口レスポンスの逆特性のディジタルフィルタ２．
３の設定について述べる。自然な頭外受聴感覚は、室内
空間で習得したパワスペクトラムの記憶によるところが
大きいため、レシーバ受聴時の鼓膜に達するパワスペク
トラムを空間受聴時と同一になるよう補正する必要があ
る。本実施例では、これを逆フィルタリングによって行
う。ただし、８　ｋ　Ｈ　ｚ以上の、レシーバ９と外耳
道間の閉空間に生じる定在波の補正は逆フィルタリング
では困難なため、振動板前に多孔質スポンジ．ファイバ
などの損失材料を用いたレシーバや、外耳道との間に隙
間のあるレシーバを用いるのが望ましい。この事は、送
話時に顎の動きから発生する二次的な外耳道内音圧を抑
制することにも役立つ。始めに、レシーバ電気入力対外
耳道音圧を測定する。広帯域雑音を、レシーバの電気人
力とし、レシーバを被験者の外耳に装着する。レンーバ
の耳当てパッドに穴を開け、ブａ−ブチューブまたは１
／８”マイクロホンを挿入し外耳道入り口の音圧波形を
取り出す。電気入力、外耳道音圧は、同時にＡ／Ｄ変換
される。このＡ／Ｄ変換信号から逆フィルタを得る方法
は、時間領域の最小二乗誤差による逆フィルタ構成方法
として周知である。ここで、補正帯域として、２００Ｈ
ｚ以下を含めない方が良い。なぜなら、この帯域まで十
分に補正するとディジタルフィルタ長か数十タップ以上
となり、また、出力振幅が大きくなり過ぎるからである
。また、８ｋＨｚ以上の補正は位置ずれから正確にはで
きない。

以上のように構成した第１の実施例の作用を述べる。通
信回線からの受信信号は、ＡＤＰＣＭ（適応差分ＰＣＭ
）／リニアＰＣＭ変換され、１６ｋＨ　ｚサンプリング
のリニアＰＣＭ信号となる。これをＡ／Ｄ変換したアナ
ログ信号に頭部回折によるインパルスレスポンスと、レ
シーバ対外耳道入り口レスポンスの逆特性を予め畳み込
んだインパルスレスポンスｈｔ（左耳用）、ｈ，（右耳
用）を畳み込み、両耳レシーバの人力とする。この方式
では、通話者の受聴する音声には予め計算された実空間
のインパルスレスポンスが畳み込まれているため、通話
者は全く実空間で受聴するのと同一の音声波形を受聴す
ることとなり、眼前１〜２ｍを隔てて、音像定位され、
そこにいる相手と通話する感覚を得ることができる。そ
こで、人間の聴覚心理的反応として、あたかもその実空
間にいるように感じ、自然な通話環境にいると感じられ
る。

本実施例によって得られる頭外感覚は、その自然な感覚
の重要な一郎である。

次に本発明の第２の実施例を述べる。第４図はその第２
の実施例のシステム構成を示すブロック図である。本実
施例は第１の実施例を多対地会議電話システムに適用し
た例である。従って、第４図において第１図と同等の部
材には同一符号付して説明する。本実施例では、第ｌの
実施例におけるディジタルフィルタ２．３をそれぞれ複
数ｎ組用意し、その複数ｎ組のディジタルフィルタ２−
１．？１，・・・．２−ｎおよびｌ．，ｌ．，・・・，
３、の対となっている１組（例えばｌ．，３．）を入力
側切り換え回路２Ｎ！，２１ｒと出力側切り換え回路２
２＆，２２ｒとで連動して切り換え可能とする。切り換
え回路２１１２．２２１２は、左耳側用のディジタルフ
ィルタ２−．．ｌ，，・・・，２−。を切り換え、切り
換え回路２１ｒ，２２ｒは右耳側のディジタルフィルタ
３■，ｌ．，・・・，３−ｒ１を切り換える機能を有す
る。ディジタルフィルタの各組（２．，ｌ．），（１，
，ｌ，），・・・，（２−．，３−，）には、第１の実
施例と同様にして、予め室内の異なる方向の所定距離の
音源による測定により求めた頭部インパルスレスポンス
およびレシーバ逆特性のインパルスレスポンス（ｈ，１
２，．ｈ．ｒ），　　（ｈｚ（１．ｈｅｒ）　．・・・
，（ｈｎＬ　ｈｎｒ）を方向別に畳み込んでおく。各デ
ィジタルフィルタの切り換えの制御は、図示しない通信
回線からの受信信号に含まれる音声信号と制御信号のう
ち制御信号で行う。図中、２３は受信信号を音声信号と
制御信号に分離する信号分離回路、２４は分離した制御
信号で対地別を判別することにより、切り換え回路２１
Ｌ２１ｒに対し予め対応づけたディジタルフィルタの一
つの組に、ＡＤＰＣＭ／リニアＰｃＭ変換器１からの入
力の切り換え接続を指示し、同時に切り換え回路２２１
２，２２ｒに対し、Ｄ／Ａ変換器４への切り換え接続を
指示する切換制御回路である。Ｄ／Ａ変換器４．低域ろ
波器５．６．受話増幅器７，８．両耳レシーバ９．送話
増幅器１０，符号化器２については第ｌ図に同一符号で
示す第１の実施例の部材と同様の構成であり、同一の機
能を有する。ただし、第ｌの実施例と異なる点は、送話
増幅器１０と符号化器ＩＩの間にボイススイッチ２５を
挿入することである。このボイススイッチ２５は、会議
中の発言権を確保するためのもので、手入力や音声人力
により起動され、音声信号に発言権を示す制御信号を付
加して全対地に送出する。この制御信号の伝送には、電
話帯域内の多周波信号を用いたり、会議通話サービスを
行う局内で、帯域外信号とする方法かある。

また、ディジタル統合網に於ける会議電話では、そこで
用いられる制御信号の一郎を利用することにより本実施
例の制御信号を容易に伝送できる。

以上のように構成した第２の実施例において、受信者側
では受信信号の制御信号により、対地に対応したインパ
ルスレスポンスを複数組のディジタルフィルタの切り換
えにより選択し、音声に畳み込む。予め複数組のディジ
タルフィルタに畳み込まれている頭部インパルスレスポ
ンスとレシーバの送フィルタ特性は、対地別に異なる頭
外方向に音像定位を生じさせる。従って本第２の実施例
は第１の実施例と同様に通話の自然性か得られるととも
に、発言者を明確に識別することができる。

上記において畳み込みにより、音声には遅延が生じるが
、左右のインパルスレスポンスに共通な遅延時間をｌ　
ｍ　ｓ程度とすることができる。

なお、以上の実施例では広帯域ディジタル電話網を想定
しているが、アナログ方式の電話網についても同様に適
用可能である。このように、本発明はその主旨に沿って
種々に応用され、種々の実施態様を得るものである。

［発明の効果］ 以上の説明で明らかなように、本発明の頭外定位ヘッド
セット通話システムによれば、通話者は、あたから眼前
から所定距離を隔てて相手と通話する感覚を得ることが
できる。このため、ヘッドセット通話につきものの圧迫
感や聴覚的、心理的疲労感を覚える事なく快適に長時間
の通話を楽しむ事ができ、かつ、そのために何等回線容
量の増加を必要としない。本発明を電話会議システムに
応用した場合、通話者は、対地に対応した方向感が与え
られるため、発話者を明確に識別できる。かつ、上記の
効果をそのまま享受できるため、長時間の会議通話であ
っても快適さを損なわない。また、通話回線数を増やす
ことなく、ステレオ通話に優る自然性が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示すブロック図、第２
図は頭部インパルスレスポンスの例を示すパワスペクト
ラム図、第３図は頭部インパルスレスポンスの例を示す
時間波形図、第４図は本発明の第２の実施例を示すブロ
ック図である。 ２．３・・・ディジタルフィルタ、７，８・・・受話増
幅器、９・・・ヘッドセット、９ａ・・・左耳レシーバ
９ｂ・・・右耳レシーバ、９ｃ・・・マイクロホン、１
０・・・送話増幅器、２１１２．２１ｒ，２２１２，２
２ｒ切り換え回路、２３・・・信号分離回路、２４・・
・切換制御回路、２５・・・ボイススイッチ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）振動膜と通話者の外耳道の間に開空間または損失
   材料を持つ解放型の両耳レシーバと、実音場中に所定の
   方向と距離で配置した音源による頭部インパルスレスポ
   ンスを近似するディジタルフィルタと、 上記レシーバ受聴時の特性を音声帯域内で空間受聴時と
   同一に補正する逆フィルタと、 上記通話者の口付近に設置するマイクロホンと、上記マ
   イクロホンと両耳レシーバによる相手との通話を接続す
   る通話回線とを備えることを特徴とする頭外定位ヘッド
   セット通話システム。
2. （２）請求項１記載の頭外定位ヘッドセット通話システ
   ムにおいて、 実音場の複数方向のそれぞれの音源に対応して頭部イン
   パルスレスポンスを近似するディジタルフィルタとレシ
   ーバ受聴時の特性を音声帯域内で空間受聴時と同一に補
   正する逆フィルタの組とを複数組備え、 多対地会議通話における通話回線からの受信信号に含ま
   れる対地別を示す制御信号により上記ディジタルフィル
   タと逆フィルタの複数組の一つを対地別に切り換える切
   り換え手段を備えることを特徴とする頭外定位ヘッドセ
   ット通話システム。