JPH08336198A - ヘッドホン再生システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 定位感を損なわずに音質の改善が可能となる
ヘッドホン再生システムを提供する。 【構成】 平坦な振幅特性でありかつ左右チャンネルに
レベル差及び頭部伝達関数（ＨＲＴＦ）の位相特性をも
たせたコンボルバ係数を形成するコンボルバを用いて、
音質の劣化が生じることなしに音像定位を行うヘッドホ
ン再生システム１であって、ＨＲＴＦの振幅特性からヘ
ッドホン１０自体の振幅特性を除去した振幅情報と、Ｈ
ＲＴＦの位相特性からヘッドホン１０自体の位相特性を
除去した位相情報とを出力する手段１３０と、振幅情報
の平均値を用いてインパルスをスケーリングする手段１
５０と、スケーリングした振幅情報と位相情報とを逆Ｆ
ＦＴ変換処理する手段１７０とにより、コンボルバ係数
を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、音質の劣化が生じるこ
となしに音の頭外定位可能なヘッドホン再生システムに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、音の頭外定位感が充分に得ら
れて、自然な音のイメージが再現されるヘッドホン再生
システムがある。その方法のねらいとするところは、ス
ピーカシステムから聴取者の両耳位置までの頭部伝達関
数を電気的にシュミレートして、へッドホン聴取時に両
耳に供給される音圧や位相をスピーカシステム受聴時と
同等なものにすることにある。この具体例として、特開
平２−２３８８００号が挙げられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに処理された音はスピーカから聴取者の耳位置までの
頭部伝達関数（ＨＲＴＦ）が含まれているため、従来か
らのヘッドホン聴取に慣れた人には音質が違う、中域が
耳につくなどの不満が感じられる。また、ダミーヘッド
等で測定されているＨＲＴＦは、聴取者の耳位置までは
測定できても、聴取者がその音をどう感じるかという部
分（心理伝達関数）までは測定できない。従って、聴取
者の耳位置までは完全に電気的シミュレートができてい
る定位音も、心理的要素により音質が変わって聞こえる
可能性もある。

【０００４】そこで本発明は、ＦＩＲフィルタ等で構成
されるコンボルバのコンボルバ係数を決定するに際し、
ＨＲＴＦにおける位相情報は従来からの方法で得られた
測定値をそのまま用いる処理を行い、一方、音質に影響
する振幅は、ＨＲＴＦにおける振幅情報の平均値情報を
用いてインパルス（ＨＲＴＦのＩＲ）応答をスケーリン
グしてフラットな振幅とするか、あるいは、ＨＲＴＦに
おける振幅情報の平均値情報を用いてラウドネス比較で
得られた比較情報をスケーリングした振幅を用いて逆Ｆ
ＦＴ変換処理を行うことにより得られたコンボルバ係数
を用いることにより、定位感を損なわずに音質の改善が
可能となるヘッドホン再生システムを提供することを目
的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は下記する（１），（２）の構成になるヘッ
ドホン再生システムを提供する。

【０００６】（１） 図１，図３，図５〜図９に示すよ
うに、平坦な振幅特性（図８（Ａ）に図示）でありかつ
左右チャンネルにレベル差及び頭部伝達関数（ＨＲＴ
Ｆ）の位相特性（図８（Ｂ）に図示）をもたせた（図９
に図示の逆ＦＦＴ変換波形を）コンボルバ係数を形成す
るコンボルバを用いて、音質の劣化が生じることなしに
音像定位を行うヘッドホン再生システム１であって、頭
部伝達関数の振幅特性（図５（Ａ）に図示）からヘッド
ホン１０自体の振幅特性（図６（Ａ）に図示）を除去し
た振幅情報（図７（Ａ）に図示）と、頭部伝達関数の位
相特性（図５（Ｂ）に図示）からヘッドホン１０自体の
位相特性（図６（Ｂ）に図示）を除去した位相情報（図
７（Ｂ）に図示）とを出力する手段（トータルレベル算
出・位相情報抽出手段）１２０と、前記振幅情報の平均
値情報（図８（Ａ）に図示）を用いてインパルスをスケ
ーリングするスケーリング手段１５０と、（スケーリン
グ手段１５０で）スケーリングし（振幅情報抽出手段１
６０で抽出し）た振幅情報と前記位相情報（図７（Ｂ）
に図示）とを逆ＦＦＴ変換処理する手段（逆ＦＦＴ変換
手段）１７０とにより、コンボルバ係数を得ることを特
徴とするヘッドホン再生システム。

【０００７】（２） 図１，図４，図５〜図８，図１
０，図１１に示すように、前記スケーリング手段１５０
は、前記振幅情報の平均値情報（図８（Ａ）に図示）を
用いて、ラウドネス比較により得られた比較情報（図１
０（Ａ）に図示）をスケーリングすることを特徴とする
上記（１）記載のヘッドホン再生システム。

【０００８】

【作用】上記のヘッドホン再生システム１によれば、音
質に影響する振幅は、ＨＲＴＦにおける振幅情報の平均
値情報を用いてインパルスをスケーリングしてフラット
な振幅とするか、あるいは、ＨＲＴＦにおける振幅情報
の平均値情報を用いてラウドネス比較で得られた比較情
報をスケーリングした振幅を用いて逆ＦＦＴ変換処理を
行うことにより得られたコンボルバ係数を形成するコン
ボルバを用いて、定位感を損なわずに音質の改善が可能
になる。

【０００９】

【実施例】本発明になるヘッドホン再生システムについ
て、以下図面と共に説明する。図１は本発明になるヘッ
ドホン再生システムのブロック図、図２はヘッドホンを
用いた音像定位の原理を説明する図、図３，図４は本発
明システムに用いるコンボルバ係数を得るためのブロッ
ク図、図５〜図１１はコンボルバ係数を得るための過程
を説明するための波形図である。

【００１０】最初に、音像定位の原理について説明す
る。この原理は互いに離間して配設された一対のトラン
スジューサ（以下、スピーカを例として説明する）を使
用し、空間の任意の位置に音像を定位させる技術であ
る。

【００１１】即ち、図２に示すように、ＳＰ１，ＳＰ２
は聴取者１１の前方左右に配置されるスピーカである。
スピーカＳＰ１から聴取者１０の左耳までの頭部伝達特
性（即ち、後述する図３に示すインパルス）をＨＬｌ、
右耳までの頭部伝達特性をＨＬｒ、スピーカＳＰ２から
左右耳までの頭部伝達特性をＨＲｌ，ＨＲｒとする。こ
こで各伝達特性は音響空間にスピーカと、聴取者１１に
代わるダミーヘッドの左右耳位置にマイクロホンを配置
して実際に測定したものに、適切な波形処理などを施し
たものである。

【００１２】こうして得られた頭部伝達特性ＨＬｌ，Ｈ
Ｌｒ，ＨＲｌ，ＨＲｒにヘッドホン特性のキャンセル処
理を施したものが定位係数（ｃｆＬｌ，ｃｆＬｒ，ｃｆ
Ｒｌ，ｃｆＲｒ）となる（即ち、頭部伝達関数をＨＬ
ｌ，ＨＬｒ，ＨＲｌ，ＨＲｒとして、これらをヘッドホ
ン特性の逆特性で処理したものが、ｃｆＬｌ，ｃｆＬ
ｒ，ｃｆＲｌ，ｃｆＲｒとなる）。これらの定位係数
を、図１に示すコンボルバ４〜７のコンボルバ係数とし
て用いる。即ち、畳み込み演算に先立って、各コンボル
バ係数値をあらかじめワークステーション等の計算機上
で作成しておき、この値を直接コンボルバ４〜７に格納
しておく。この結果、図示せぬ音源からのＬ，Ｒチャン
ネルの音声信号をコンボルバ４〜７でコンボルバ係数ｃ
ｆＬｌ，ｃｆＬｒ，ｃｆＲｌ，ｃｆＲｒを用いて畳み込
み演算処理して、聴取者１１に装着されたヘッドホン１
０に供給することにより、聴取者１１はあたかも前方左
右に配置されるスピーカＳＰ１，ＳＰ２から再生される
音を定位良く聴取することができる。

【００１３】詳しくは、図１，図２に示すように、スピ
ーカＳＰ１に供給する音源からのＬチャンネルの音声信
号は入力端子２に供給された後、コンボルバ４，６に供
給される。コンボルバ４，６はコンボルバ係数ｃｆＬ
ｌ，ｃｆＬｒが格納されており、入力端子２からのＬチ
ャンネルの音声信号をここでコンボルバ係数ｃｆＬｌ，
ｃｆＬｒとの畳み込み演算した信号を出力する。一方、
スピーカＳＰ２に供給する音源からのＲチャンネルの音
声信号は入力端子３に供給された後、コンボルバ５，７
に供給される。コンボルバ５，７はコンボルバ係数ｃｆ
Ｒｌ，ｃｆＲｒが格納されており、入力端子３からのＲ
チャンネルの音声信号をここで係数ｃｆＲｌ，ｃｆＲｒ
との畳み込み演算した信号を出力する。

【００１４】コンボルバ４，５から出力する信号は加算
器８で加算された後、ヘッドホン１０のＬチャンネル側
のヘッドホン部１０Ｌに供給される。一方、コンボルバ
６，７から出力する信号は加算器９で加算された後、ヘ
ッドホン１０のＲチャンネル側のヘッドホン部１０Ｒに
供給される。こうして、ヘッドホン１０を装着した聴取
者１１はあたかも前方左右に配置されるスピーカＳＰ
１，ＳＰ２から再生される音としてこれを定位良く聴取
できる。

【００１５】ところで、上記したコンボルバ係数ｃｆＬ
ｌ，ｃｆＬｒ，ｃｆＲｌ，ｃｆＲｒの振幅周波数特性が
平坦でない場合、図１に示す構成のブロックにより処理
された音は、図２に示したスピーカＳＰ１，ＳＰ２から
聴取者１１の耳位置までの頭部伝達関数（ＨＲＴＦ）が
含まれているため、従来からのヘッドホン聴取に慣れた
人には音質が違う、中域が耳につくなどの不満が感じら
れる。

【００１６】また、ダミーヘッド等で測定されているこ
のＨＲＴＦは、聴取者１１の耳位置までは測定できて
も、聴取者がその音をどう感じるかという部分（心理伝
達関数）までは測定できない。従って、聴取者１１の耳
位置までは完全に電気的シュミレートができている定位
音も、心理的要素により音質が変わって聞こえる可能性
もある。

【００１７】そこで本発明は、ＦＩＲフィルタ等で構成
されるコンボルバ４〜７のコンボルバ係数を決定するに
際し、ＨＲＴＦにおける位相情報は従来からの方法で得
られた測定値をそのまま用いる処理を行い、一方、音質
に影響する振幅は、ＨＲＴＦにおける振幅情報の平均値
情報を用いてインパルスをスケーリングしてフラットな
振幅とするか、あるいは、ＨＲＴＦにおける振幅情報の
平均値情報を用いてラウドネス比較で得られた比較情報
をスケーリングした振幅を用いて逆ＦＦＴ変換処理を行
うことにより得られたコンボルバ係数を用いることによ
り、定位感を損なわずに音質の改善が可能となるヘッド
ホン再生システムを提供する。以下具体的に説明する。

【００１８】即ち、図３に示す次の手段の作用により、
定位感を損なわずに音質の改善を可能にするコンボルバ
係数を得ることができる。ＨＲＴＦ測定手段１００は、
図２に示した従来の手法で頭部伝達関数（ＨＲＴＦ）の
振幅及び位相特性（図５（Ａ）に示す振幅特性、同図
（Ｂ）に示す位相特性）を測定する。ヘッドホン特性測
定手段１１０は、ヘッドホン１０自体の振幅及び位相特
性（図６（Ａ）に示す振幅特性、同図（Ｂ）に示す位相
特性）を測定する。ヘッドホン特性キャンセル処理手段
１２０は、ＨＲＴＦ測定手段１００で得られたＨＲＴＦ
の振幅特性から、ヘッドホン特性測定手段１１０で得ら
れたヘッドホン１０自体の振幅特性を除去した振幅情報
（図７（Ａ）に示す振幅特性）を算出すると共に、ＨＲ
ＴＦ測定手段１００で得られたＨＲＴＦの位相特性から
ヘッドホン特性測定手段１１０で得られたヘッドホン１
０自体の位相特性を除去した位相情報（図７（Ｂ）に示
す位相特性）を算出する。トータルレベル算出・位相情
報抽出手段１３０は、前記したヘッドホン特性キャンセ
ル処理手段１２０から出力する振幅情報（振幅特性）か
ら平均レベルを算出する（こうして得た平均レベルは例
えば図７（Ａ）に破線で示すように、８．５ｄＢ）と共
に、前記した位相情報を検出出力する。

【００１９】スケーリング手段１５０は、トータルレベ
ル算出・位相情報抽出手段１３０から出力する振幅情報
（平均レベル）が供給される。スケーリング手段１５０
にはインパルスが供給され、このインパルスをスケーリ
ングする（こうして平均レベル８．５ｄＢをスケーリン
グしたインパルスの振幅特性は図８（Ａ）に図示）。振
幅情報抽出手段１６０は、スケーリング手段１５０から
出力する平均レベルの振幅情報（振幅特性）を検出し、
検出した振幅情報（振幅特性）を逆ＦＦＴ変換手段１７
０へ出力する。逆ＦＦＴ変換手段１７０は、振幅情報
（図８（Ａ）に図示）と位相情報（図８（Ｂ）に図示）
とを逆ＦＦＴ変換して処理する。コンボルバ係数手段１
８０は、逆ＦＦＴ変換手段１７０から出力する逆ＦＦＴ
変換した信号の値（図９に図示）をコンボルバ係数とし
て出力する。

【００２０】このようにして、定位感を損なわずに音質
の改善を可能にするコンボルバ係数を得ることができ
る。

【００２１】さて、上述した図３に示した構成のものは
スケーリング手段１５０にインパルスが供給されるもの
であるが、次に説明する図４に示す構成のものはスケー
リング手段１５０に、インパルスの代わりに、ラウドネ
ス比較による伝達関数の測定により得たラウドネス比較
信号が供給されるものである。これ以外の構成は前述し
たものと同様なものであるから、同一構成部分には同一
符号を付しその説明を省略する。

【００２２】ここで、ラウドネス比較とは、同一の音源
から出力する音声信号がスピーカＳＰ１（ＳＰ２）で再
生する再生音の振幅レベル（ラウドネス）と、ヘッドホ
ン１０のヘッドホン部１０Ｌ（ヘッドホン部１０Ｒ）で
再生する再生音の振幅レベル（ラウドネス）とを比較
し、両者の振幅レベル（ラウドネス）が等しくなるよう
に、ヘッドホン部１０Ｌ（ヘッドホン部１０Ｒ）に供給
する音声信号のレベルを調整する測定のことである。

【００２３】例えば、聴取者１１の左耳のラウドネス比
較を行う場合は、図２に示す構成において、聴取者１１
の左耳のみでＬチャンネルのスピーカＳＰ１からの再生
音を聴取する（このとき聴取者１１の右耳を耳栓で塞い
でおき、また、ＲチャンネルのスピーカＳＰ２は発音し
ない）。この状態で、次に、聴取者１１の左耳にヘッド
ホン１０のヘッドホン部１０Ｌを装着し、ヘッドホン部
１０Ｌから再生する再生音のラウドネス（音量）がスピ
ーカＳＰ１から再生する再生音のラウドネス（音量）と
等しくなるように、ヘッドホン部１０Ｌに供給される音
声信号のレベルを調整する。このレベル調整の結果、ス
ピーカＳＰ１から再生する再生音のラウドネス（音量）
と等しくなる音声信号をヘッドホン部１０Ｌから再生す
ることができる。聴取者１１の左耳のラウドネス比較を
行う場合にも、同様に行うことができる。

【００２４】スケーリング手段１５０は、こうしたラウ
ドネス比較により得られたレベルの音声信号（ラウドネ
ス比較信号）が供給され、この比較信号をスケーリング
する（こうして平均レベル８．５ｄＢをスケーリングし
たラウドネス比較信号の振幅特性は図１０（Ａ）に図
示）。振幅情報抽出手段１６０はスケーリング手段１５
０から出力する平均レベルの振幅情報を検出し、検出し
た振幅情報を逆ＦＦＴ変換手段１７０へ出力する。逆Ｆ
ＦＴ変換手段１７０は振幅情報（図１０（Ａ）に図示）
と位相情報（図１０（Ｂ）に図示）とを逆ＦＦＴ変換し
て処理する。コンボルバ係数手段１８０は逆ＦＦＴ変換
手段１７０から出力する逆ＦＦＴ変換した信号（図１１
に図示）の値をコンボルバ係数として出力する。

【００２５】これにより、図４に示す構成のものは図３
に示した構成のものよりもさらに定位感を損なわずに音
質の改善が可能になるヘッドホン再生システムを提供す
ることができる。

【００２６】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
ＦＩＲフィルタ等で構成されるコンボルバのコンボルバ
係数を決定するに際し、ＨＲＴＦにおける位相情報は従
来からの方法で得られた測定値をそのまま用いる処理を
行い、一方、音質に影響する振幅は、ＨＲＴＦにおける
振幅情報の平均値情報を用いてインパルス（ＨＲＴＦの
ＩＲ）応答をスケーリングしてフラットな振幅とする
か、あるいは、ＨＲＴＦにおける振幅情報の平均値情報
を用いてラウドネス比較で得られた比較情報をスケーリ
ングした振幅を用いて逆ＦＦＴ変換処理を行うことによ
り得られたコンボルバ係数を用いることにより、音量感
が変化なくかつ定位感を損なわずに音質の改善を行うこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になるヘッドホン再生システムのブロッ
ク図である。

【図２】ヘッドホンを用いた音像定位の原理を説明する
図である。

【図３】本発明システムに用いるコンボルバ係数を得る
ためのブロック図である。

【図４】本発明システムに用いるコンボルバ係数を得る
ためのブロック図である。

【図５】コンボルバ係数を得るための過程を説明するた
めの波形図である。

【図６】コンボルバ係数を得るための過程を説明するた
めの波形図である。

【図７】コンボルバ係数を得るための過程を説明するた
めの波形図である。

【図８】コンボルバ係数を得るための過程を説明するた
めの波形図である。

【図９】コンボルバ係数を得るための過程を説明するた
めの波形図である。

【図１０】コンボルバ係数を得るための過程を説明する
ための波形図である。

【図１１】コンボルバ係数を得るための過程を説明する
ための波形図である。

【符号の説明】

１ ヘッドホン再生システム ４〜７ コンボルバ １０ ヘッドホン １３０ トータルレベル算出・位相情報抽出手段 １５０ スケーリング手段 １６０ 振幅情報抽出手段 １７０ 逆ＦＦＴ変換手段 ｃｆＬｌ，ｃｆＬｒ，ｃｆＲｌ，ｃｆＲｒ コンボルバ
係数 ＨＬｌ，ＨＬｒ，ＨＲｌ，ＨＲｒ，ＨＲＴＦ 頭部伝達
関数

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】平坦な振幅特性でありかつ左右チャンネル
   にレベル差及び頭部伝達関数の位相特性をもたせたコン
   ボルバ係数を形成するコンボルバを用いて、音質の劣化
   が生じることなしに音像定位を行うヘッドホン再生シス
   テムであって、 頭部伝達関数の振幅特性からヘッドホン自体の振幅特性
   を除去した振幅情報と、頭部伝達関数の位相特性からヘ
   ッドホン自体の位相特性を除去した位相情報とを出力す
   る手段と、 前記振幅情報の平均値情報を用いてインパルスをスケー
   リングするスケーリング手段と、 スケーリングした振幅情報と前記位相情報とを逆ＦＦＴ
   変換処理する手段とにより、コンボルバ係数を得ること
   を特徴とするヘッドホン再生システム。
2. 【請求項２】前記スケーリング手段は、前記振幅情報の
   平均値情報を用いて、ラウドネス比較により得られた比
   較情報をスケーリングすることを特徴とする請求項１記
   載のヘッドホン再生システム。