JPH10257599A - 頭外音像定位方法 - Google Patents
頭外音像定位方法Info
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- JPH10257599A JPH10257599A JP9052735A JP5273597A JPH10257599A JP H10257599 A JPH10257599 A JP H10257599A JP 9052735 A JP9052735 A JP 9052735A JP 5273597 A JP5273597 A JP 5273597A JP H10257599 A JPH10257599 A JP H10257599A
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- Stereophonic Arrangements (AREA)
- Stereophonic System (AREA)
- Filters That Use Time-Delay Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来よりも、帯域内の誤差が少く高精度の頭
外音像定位伝達関数が得られると共に、演算処理時間の
短縮が可能な頭外音像定位方法。 【解決手段】 最初に、目標伝達関数を帯域フィルタの
インパルス応答としたスピーカ伝達関数の逆伝達関数の
インパルス応答を第一のインパルス応答として求め（Ｓ
１）、次に、前記目標伝達関数を帯域フィルタのインパ
ルス応答として外耳道伝達関数の逆伝達関数のインパル
ス応答を第二のインパルス応答として求め（Ｓ２）、最
後に、頭部音響伝達関数のインパルス応答を第三のイン
パルス応答とし、前記第一、第二および第三の各インパ
ルス応答の畳み込み演算を行って頭外音像定位伝達関数
のインパルス応答を求める方法（Ｓ３）。
外音像定位伝達関数が得られると共に、演算処理時間の
短縮が可能な頭外音像定位方法。 【解決手段】 最初に、目標伝達関数を帯域フィルタの
インパルス応答としたスピーカ伝達関数の逆伝達関数の
インパルス応答を第一のインパルス応答として求め（Ｓ
１）、次に、前記目標伝達関数を帯域フィルタのインパ
ルス応答として外耳道伝達関数の逆伝達関数のインパル
ス応答を第二のインパルス応答として求め（Ｓ２）、最
後に、頭部音響伝達関数のインパルス応答を第三のイン
パルス応答とし、前記第一、第二および第三の各インパ
ルス応答の畳み込み演算を行って頭外音像定位伝達関数
のインパルス応答を求める方法（Ｓ３）。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ステレオヘッドホ
ンや両耳イヤホンを用いて、音源として知覚する位置
（音像）を頭の外から受聴出来るシステムのように実現
するための頭外音像定位方法に関するものである。
ンや両耳イヤホンを用いて、音源として知覚する位置
（音像）を頭の外から受聴出来るシステムのように実現
するための頭外音像定位方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】頭外音像定位方法についての公知文献と
しては、例えば下記の参考文献１および２がある。 参考文献１：電子情報通信学会、技術研究報告、ＥＡ９
２−１１、１９９２年５月２８日、島田正治、林伸二、
“両耳イヤホンを用いた頭外音像定位ステレオ方式”、
ｐ．２１−２６ 参考文献２：イエンス・ブラウエルト、森本政之、後藤
敏之、“空間音響”１９８６年７月、鹿島出版、ｐ．２
０−２９
しては、例えば下記の参考文献１および２がある。 参考文献１：電子情報通信学会、技術研究報告、ＥＡ９
２−１１、１９９２年５月２８日、島田正治、林伸二、
“両耳イヤホンを用いた頭外音像定位ステレオ方式”、
ｐ．２１−２６ 参考文献２：イエンス・ブラウエルト、森本政之、後藤
敏之、“空間音響”１９８６年７月、鹿島出版、ｐ．２
０−２９
【０００３】上記２つの文献のうち、本発明にもっとも
近いものは参考文献１であるので、この文献により本発
明に係る従来技術を説明する。図９は頭外音像定位を実
現する原理を示す図であり、図の（ａ）はスピーカ受
聴、（ｂ）はイヤホン受聴の場合を示している。図９に
おいて、１は音源信号、２はスピーカ、３は受聴者、４
−１，４−２は左右の超小型マイク、５−１，５−２は
左右の頭部音響伝達関数（HRTF:Head Related Transfer
Function ）、６−１，６−２は左右のイヤホン、７−
１，７−２は左右の外耳道伝達関数(ECTF:Ear Canal Tr
ansfer Function ）、８−１，８−２は左右のＦＩＲ
（有限インパルス応答）フィルタである。なお上記で最
初の数字の次のハイフォンに続く１，２はそれぞれ左
側、右側を表す。
近いものは参考文献１であるので、この文献により本発
明に係る従来技術を説明する。図９は頭外音像定位を実
現する原理を示す図であり、図の（ａ）はスピーカ受
聴、（ｂ）はイヤホン受聴の場合を示している。図９に
おいて、１は音源信号、２はスピーカ、３は受聴者、４
−１，４−２は左右の超小型マイク、５−１，５−２は
左右の頭部音響伝達関数（HRTF:Head Related Transfer
Function ）、６−１，６−２は左右のイヤホン、７−
１，７−２は左右の外耳道伝達関数(ECTF:Ear Canal Tr
ansfer Function ）、８−１，８−２は左右のＦＩＲ
（有限インパルス応答）フィルタである。なお上記で最
初の数字の次のハイフォンに続く１，２はそれぞれ左
側、右側を表す。
【０００４】図９により頭外音像定位を説明する。頭外
音像定位の原理は、空間にある音源から鼓膜までの伝達
関数と同じ伝達関数を電気的に作成することである。す
なわち、具体的に言えば、図９で音源信号１から鼓膜ま
での伝達関数を厳密に測定することは出来ない。それは
鼓膜上の音波により振動信号を生体から電気的に捉える
ことは出来ないからである。そこで図９の（ａ）のよう
に、超小型マイク４−１，４−２を両耳の外耳道に装着
し、スピーカ２の入力に供給される音源信号１から超小
型マイク４−１，４−２の出力までの伝達関数、ＨＲＴ
Ｆ５−１，５−２を測定する。この測定方法はよく知ら
れているようにインパルス応答測定である。しかしなが
ら、前記参考文献１でも指摘されているよう、スピーカ
２は周波数特性を有しているので、スピーカ２の入力か
ら超小型マイク４−１，４−２の出力までの真の伝達関
数Ａは、ＨＲＴＦ／ＳＰＴＦである。なおここでＳＰＴ
Ｆはスピーカ伝達関数を表す。
音像定位の原理は、空間にある音源から鼓膜までの伝達
関数と同じ伝達関数を電気的に作成することである。す
なわち、具体的に言えば、図９で音源信号１から鼓膜ま
での伝達関数を厳密に測定することは出来ない。それは
鼓膜上の音波により振動信号を生体から電気的に捉える
ことは出来ないからである。そこで図９の（ａ）のよう
に、超小型マイク４−１，４−２を両耳の外耳道に装着
し、スピーカ２の入力に供給される音源信号１から超小
型マイク４−１，４−２の出力までの伝達関数、ＨＲＴ
Ｆ５−１，５−２を測定する。この測定方法はよく知ら
れているようにインパルス応答測定である。しかしなが
ら、前記参考文献１でも指摘されているよう、スピーカ
２は周波数特性を有しているので、スピーカ２の入力か
ら超小型マイク４−１，４−２の出力までの真の伝達関
数Ａは、ＨＲＴＦ／ＳＰＴＦである。なおここでＳＰＴ
Ｆはスピーカ伝達関数を表す。
【０００５】一方、図９の（ｂ）のように、両耳イヤホ
ンを用いて、これと等価な伝達関数を作成するにはイヤ
ホン６−１，６−２の入力から外耳道に装着された超小
型マイク４−１，４−２の出力までの伝達関数、ＥＣＴ
Ｆ７−１，７−２を測定し、このＥＣＴＦ７−１，７−
２とＦＩＲフィルタ８−１，８−２の伝達関数の畳み込
み演算結果の伝達関数Ｂが、伝達関数ＡであるＨＲＴＦ
／ＳＰＴＦと合致すれば、外耳道に設置した超小型マイ
ク４−１，４−２の場所に同じ受聴信号を再生できるは
ずである。
ンを用いて、これと等価な伝達関数を作成するにはイヤ
ホン６−１，６−２の入力から外耳道に装着された超小
型マイク４−１，４−２の出力までの伝達関数、ＥＣＴ
Ｆ７−１，７−２を測定し、このＥＣＴＦ７−１，７−
２とＦＩＲフィルタ８−１，８−２の伝達関数の畳み込
み演算結果の伝達関数Ｂが、伝達関数ＡであるＨＲＴＦ
／ＳＰＴＦと合致すれば、外耳道に設置した超小型マイ
ク４−１，４−２の場所に同じ受聴信号を再生できるは
ずである。
【０００６】ここで、前記参考文献２のＰ．２０−２９
の第２．４節の外耳道内の音波伝搬にも書かれているよ
うに、外耳道内の音波は、１次元モデルで表されること
が可能であり、超小型マイク４−１，４−２の設置位置
を固定していれば、鼓膜上での音波信号は図９の（ａ）
と（ｂ）で等価になることは自明である。
の第２．４節の外耳道内の音波伝搬にも書かれているよ
うに、外耳道内の音波は、１次元モデルで表されること
が可能であり、超小型マイク４−１，４−２の設置位置
を固定していれば、鼓膜上での音波信号は図９の（ａ）
と（ｂ）で等価になることは自明である。
【０００７】以上説明したように、ＦＩＲフィルタ８−
１，８−２の伝達関数は計算機によって求めることが出
来る。すなわちこの伝達関数（頭外音像定位伝達関数）
をＳＬＴＦ（Sound-image Localization Transfer Func
tion）とすると次式（１）となり、式（１）の右辺の各
項はすべて測定によって求められ、あとは数学的な演算
を実施すればＳＬＴＦを求めることが出来る。
１，８−２の伝達関数は計算機によって求めることが出
来る。すなわちこの伝達関数（頭外音像定位伝達関数）
をＳＬＴＦ（Sound-image Localization Transfer Func
tion）とすると次式（１）となり、式（１）の右辺の各
項はすべて測定によって求められ、あとは数学的な演算
を実施すればＳＬＴＦを求めることが出来る。
【０００８】
【数１】
【０００９】ところで、式（１）の演算は簡単に解ける
ように考えられるが、ＥＣＴＦ・ＳＰＴＦの伝達関数は
空間伝搬の音波成分を有しているから、その直流成分は
存在しない。さらに式（１）をディジタル信号処理演算
で行うために帯域外の成分を除去するから、帯域外の高
域成分は減衰量が大きくなる。このために式（１）を演
算実行しようとすると、ＥＣＴＦ・ＳＰＴＦの逆伝達関
数が演算されることになり、その結果、低域・高域の帯
域外で大きな利得を生じ、良好な頭外音像定位受聴がで
きるＳＬＴＦは求められない。そこで、前記参考文献で
は以下に述べる演算を実行していた。
ように考えられるが、ＥＣＴＦ・ＳＰＴＦの伝達関数は
空間伝搬の音波成分を有しているから、その直流成分は
存在しない。さらに式（１）をディジタル信号処理演算
で行うために帯域外の成分を除去するから、帯域外の高
域成分は減衰量が大きくなる。このために式（１）を演
算実行しようとすると、ＥＣＴＦ・ＳＰＴＦの逆伝達関
数が演算されることになり、その結果、低域・高域の帯
域外で大きな利得を生じ、良好な頭外音像定位受聴がで
きるＳＬＴＦは求められない。そこで、前記参考文献で
は以下に述べる演算を実行していた。
【００１０】（１）ＥＣＴＦとＳＰＴＦのインパルス応
答を畳み込み演算した後に、フーリエ変換により周波数
領域に変換し、高域（または低域）カットオフ周波数で
の実数部と虚数部を求め、この値をナイキスト周波数
（または直流に近い低域周波数）まで同じ値に変換す
る。次に、周波数振幅特性を偶関数に、位相特性を奇関
数になるようにし、逆フーリエ変換し、帯域外補償イン
パルス応答を得る。 （２）式（１）を演算するために、目標関数をＨＲＴＦ
とし、帯域外補償インパルスを逆行列とするレビンソン
アルゴリズムにより、逆インパルス応答であるＳＬＴＦ
を導出している。
答を畳み込み演算した後に、フーリエ変換により周波数
領域に変換し、高域（または低域）カットオフ周波数で
の実数部と虚数部を求め、この値をナイキスト周波数
（または直流に近い低域周波数）まで同じ値に変換す
る。次に、周波数振幅特性を偶関数に、位相特性を奇関
数になるようにし、逆フーリエ変換し、帯域外補償イン
パルス応答を得る。 （２）式（１）を演算するために、目標関数をＨＲＴＦ
とし、帯域外補償インパルスを逆行列とするレビンソン
アルゴリズムにより、逆インパルス応答であるＳＬＴＦ
を導出している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記参考
文献による従来の頭外音像定位方法では、次のような問
題があった。 （１）逆インパルス応答の解法においては帯域外の特性
によって帯域内に誤差が生じるので、高精度なＳＬＴＦ
が得られない。 （２）ＨＲＴＦは方向ごとの情報があるため、角度を変
えるごとに式（１）の演算を実行する必要があること、
またＨＲＴＦのインパルス長は約１００ｍｓｅｃ（サン
プリング周波数３２ｋＨｚでは約３０００サンプル）以
上となり、式（１）のレビンソンアルゴリズムの解法で
は目標関数となるべきインパルス応答のサンプリング数
が少なければ少ないほど演算時間Ｔが少なくなるので
［Ｔは｛ｎ2＋ｎ（ｌｏｇ2 ｎ−１）｝に比例するもの
であるから］、多くの時間を要することになる。なお、
本発明の方法、帯域外補償を実施しない方法、および前
記参考文献による従来方法との差については、実施の形
態において詳細に説明する。
文献による従来の頭外音像定位方法では、次のような問
題があった。 （１）逆インパルス応答の解法においては帯域外の特性
によって帯域内に誤差が生じるので、高精度なＳＬＴＦ
が得られない。 （２）ＨＲＴＦは方向ごとの情報があるため、角度を変
えるごとに式（１）の演算を実行する必要があること、
またＨＲＴＦのインパルス長は約１００ｍｓｅｃ（サン
プリング周波数３２ｋＨｚでは約３０００サンプル）以
上となり、式（１）のレビンソンアルゴリズムの解法で
は目標関数となるべきインパルス応答のサンプリング数
が少なければ少ないほど演算時間Ｔが少なくなるので
［Ｔは｛ｎ2＋ｎ（ｌｏｇ2 ｎ−１）｝に比例するもの
であるから］、多くの時間を要することになる。なお、
本発明の方法、帯域外補償を実施しない方法、および前
記参考文献による従来方法との差については、実施の形
態において詳細に説明する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明に係る頭外音像定
位方法は、ステレオヘッドホンや両耳イヤホンを用い
て、音源として知覚する位置を頭の外から受聴できるシ
ステムのように実現するための頭外音像定位方法におい
て、最初に、目標伝達関数を帯域フィルタのインパルス
応答としたスピーカ伝達関数の逆伝達関数のインパルス
応答を第一のインパルス応答として求め、次に、前記目
標伝達関数を帯域フィルタのインパルス応答として外耳
道伝達関数の逆伝達関数のインパルス応答を第二のイン
パルス応答として求め、最後に、頭部音響伝達関数のイ
ンパルス応答を第三のインパス応答とし、前記第一、第
二および第三の各インパルス応答の畳み込み演算を行っ
て頭外音像定位伝達関数のインパルス応答を求めるもの
である。その結果、従来よりも、帯域内の誤差が少く高
精度の頭外音像定位伝達関数が得られると共に、演算処
理時間の短縮が可能である。
位方法は、ステレオヘッドホンや両耳イヤホンを用い
て、音源として知覚する位置を頭の外から受聴できるシ
ステムのように実現するための頭外音像定位方法におい
て、最初に、目標伝達関数を帯域フィルタのインパルス
応答としたスピーカ伝達関数の逆伝達関数のインパルス
応答を第一のインパルス応答として求め、次に、前記目
標伝達関数を帯域フィルタのインパルス応答として外耳
道伝達関数の逆伝達関数のインパルス応答を第二のイン
パルス応答として求め、最後に、頭部音響伝達関数のイ
ンパルス応答を第三のインパス応答とし、前記第一、第
二および第三の各インパルス応答の畳み込み演算を行っ
て頭外音像定位伝達関数のインパルス応答を求めるもの
である。その結果、従来よりも、帯域内の誤差が少く高
精度の頭外音像定位伝達関数が得られると共に、演算処
理時間の短縮が可能である。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態について説明す
る前に、逆伝達関数を求める方式について述べる。ある
伝達関数Ｈ（ω）のインパルス応答ｈ（ｎ）とその逆イ
ンパルス応答ｈ-1（ｎ）の関係は逆応答の時間長をＭと
したとき、目標伝達関数のインパルス応答ｂ（ｎ）を用
いて次式（２）のように表することができる。
る前に、逆伝達関数を求める方式について述べる。ある
伝達関数Ｈ（ω）のインパルス応答ｈ（ｎ）とその逆イ
ンパルス応答ｈ-1（ｎ）の関係は逆応答の時間長をＭと
したとき、目標伝達関数のインパルス応答ｂ（ｎ）を用
いて次式（２）のように表することができる。
【００１４】
【数２】
【００１５】これは、ある目標伝達関数のインパルス応
答ｂ（ｎ）を定めたとき、伝達関数のインパルス応答ｈ
（ｎ）とその逆インパルス応答ｈ-1（ｎ）との畳み込み
によって、ｂ（ｎ）を表すことができることを示してい
る。通常、逆インパルス応答ｈ-1（ｎ）を求める場合は
目標伝達関数のインパルス応答ｂ（ｎ）として単位イン
パルスδ（ｎ）を使う例が多い。
答ｂ（ｎ）を定めたとき、伝達関数のインパルス応答ｈ
（ｎ）とその逆インパルス応答ｈ-1（ｎ）との畳み込み
によって、ｂ（ｎ）を表すことができることを示してい
る。通常、逆インパルス応答ｈ-1（ｎ）を求める場合は
目標伝達関数のインパルス応答ｂ（ｎ）として単位イン
パルスδ（ｎ）を使う例が多い。
【００１６】しかしながら、一般にスピーカや外耳道伝
達関数などのような伝達関数は最小位相系ではないため
に、単位インパルスに遅延時間を付加した形で求め、因
果性を持った逆インパルス応答を求めることが多い。ま
た、この方法では帯域外に急峻な利得が発生し、頭外に
音像を定位させることができない。そこで、逆インパル
ス応答ｈ-1（ｎ）を作成したい伝達関数Ｈ（ω）と同様
な帯域外特性を持つ帯域フィルタの伝達関数のインパル
ス応答を目標伝達関数のインパルス応答とすることによ
り、頭外音像定位に適した逆伝達関数のインパルス応答
が得られる。
達関数などのような伝達関数は最小位相系ではないため
に、単位インパルスに遅延時間を付加した形で求め、因
果性を持った逆インパルス応答を求めることが多い。ま
た、この方法では帯域外に急峻な利得が発生し、頭外に
音像を定位させることができない。そこで、逆インパル
ス応答ｈ-1（ｎ）を作成したい伝達関数Ｈ（ω）と同様
な帯域外特性を持つ帯域フィルタの伝達関数のインパル
ス応答を目標伝達関数のインパルス応答とすることによ
り、頭外音像定位に適した逆伝達関数のインパルス応答
が得られる。
【００１７】図２は本発明に係る頭外音像定位方法の基
本的な考え方を示す図である。まず、目標伝達関数Ｂ
（ω）のインパルス応答ｂ（ｎ）を単位インパルス応答
δ（ｎ）、またはδ関数とした場合、帯域が無限大の平
坦な周波数振幅特性となる。このため、図２の上部欄に
示すように目標伝達関数Ｂ（ω）の逆インパルス応答ｈ
-1（ｎ）に相当する逆伝達関数Ｈ-1（ω）は、周波数特
性も逆特性が得られ、帯域外では利得を生じることにな
る。
本的な考え方を示す図である。まず、目標伝達関数Ｂ
（ω）のインパルス応答ｂ（ｎ）を単位インパルス応答
δ（ｎ）、またはδ関数とした場合、帯域が無限大の平
坦な周波数振幅特性となる。このため、図２の上部欄に
示すように目標伝達関数Ｂ（ω）の逆インパルス応答ｈ
-1（ｎ）に相当する逆伝達関数Ｈ-1（ω）は、周波数特
性も逆特性が得られ、帯域外では利得を生じることにな
る。
【００１８】目標伝達関数Ｂ（ω）のインパルス応答ｂ
（ｎ）を帯域フィルタＦBPF （ω）のインパルス応答ｆ
BPF （ｎ）とすると、帯域外の特性の違いによって、得
られる逆インパルス応答ｈ-1（ｎ）の逆伝達関数Ｈ
-1（ω）は異なる。ここで、高域（低域）遮断周波数ｆ
c における減衰量と遮断周波数の２倍（１／２倍）の周
波数２ｆc における減衰量との差をｆc で割った値、い
わゆる帯域外での減衰傾斜特性［減衰量（ｄＢ）／オク
ターブ（ｏｃｔ）］を定義し、目標伝達関数である帯域
フィルタＦBPF （ω）の減衰傾斜量をαF （ｄＢ／ｏｃ
ｔ）、伝達関数Ｈ（ω）の減衰傾斜量をβH （ｄＢ／ｏ
ｃｔ）とする。
（ｎ）を帯域フィルタＦBPF （ω）のインパルス応答ｆ
BPF （ｎ）とすると、帯域外の特性の違いによって、得
られる逆インパルス応答ｈ-1（ｎ）の逆伝達関数Ｈ
-1（ω）は異なる。ここで、高域（低域）遮断周波数ｆ
c における減衰量と遮断周波数の２倍（１／２倍）の周
波数２ｆc における減衰量との差をｆc で割った値、い
わゆる帯域外での減衰傾斜特性［減衰量（ｄＢ）／オク
ターブ（ｏｃｔ）］を定義し、目標伝達関数である帯域
フィルタＦBPF （ω）の減衰傾斜量をαF （ｄＢ／ｏｃ
ｔ）、伝達関数Ｈ（ω）の減衰傾斜量をβH （ｄＢ／ｏ
ｃｔ）とする。
【００１９】逆伝達関数Ｈ-1（ω）は、次の（１），
（２）により異なる。 （１）減衰傾斜特性が同じ（αF ＝βH ）で、帯域幅が
異なる場合（ｆB ≠ｆH）、図２に示すように帯域幅が
ｆB ＞ｆH のときは、帯域内に逆特性となる帯域幅付近
で利得を生じてしまう。いずれにしても、逆伝達関数の
周波数特性は目標伝達関数の帯域幅で制限されてしま
う。図２で説明したように帯域外で利得特性を生じない
逆伝達関数の周波数特性上の条件は、目標伝達関数を帯
域フィルタとし、その帯域幅の条件としてｆB ≦ｆH が
必要十分条件であることが判る。
（２）により異なる。 （１）減衰傾斜特性が同じ（αF ＝βH ）で、帯域幅が
異なる場合（ｆB ≠ｆH）、図２に示すように帯域幅が
ｆB ＞ｆH のときは、帯域内に逆特性となる帯域幅付近
で利得を生じてしまう。いずれにしても、逆伝達関数の
周波数特性は目標伝達関数の帯域幅で制限されてしま
う。図２で説明したように帯域外で利得特性を生じない
逆伝達関数の周波数特性上の条件は、目標伝達関数を帯
域フィルタとし、その帯域幅の条件としてｆB ≦ｆH が
必要十分条件であることが判る。
【００２０】（２）減衰傾斜量が異なり（αF ≠βH ）
で、帯域幅が同じ場合（ｆB ＝ｆH ）、図２に示したよ
うに、αF ＞βH のときは、帯域フィルタ内に逆伝達特
性Ｈ-1（ω）の利得分を持つものの、帯域外では減衰量
を有する特性を持つので、安定な解が求まる。しかしな
がら、αF ≦βH のときは、帯域外に利得を持ち、頭外
に音像を定位させることができない。
で、帯域幅が同じ場合（ｆB ＝ｆH ）、図２に示したよ
うに、αF ＞βH のときは、帯域フィルタ内に逆伝達特
性Ｈ-1（ω）の利得分を持つものの、帯域外では減衰量
を有する特性を持つので、安定な解が求まる。しかしな
がら、αF ≦βH のときは、帯域外に利得を持ち、頭外
に音像を定位させることができない。
【００２１】以上まとめると、伝達関数Ｈ（ω）と帯域
フィルタＦBPF （ω）の減衰傾斜量が同じで、帯域幅が
異なる場合はｆB ≦ｆH であることが必要十分条件であ
り、また帯域幅が同じで減衰傾斜量が異なる場合はαF
＞βH であることが必要十分条件であることがわかる。
なお、ここで伝達関数Ｈ（ω）の帯域特性は周知のよう
にディジタル信号処理技術を用いることを前提に考慮す
れば、エリアジングフィルタ特性によって決定できるこ
とは言うまでもない。
フィルタＦBPF （ω）の減衰傾斜量が同じで、帯域幅が
異なる場合はｆB ≦ｆH であることが必要十分条件であ
り、また帯域幅が同じで減衰傾斜量が異なる場合はαF
＞βH であることが必要十分条件であることがわかる。
なお、ここで伝達関数Ｈ（ω）の帯域特性は周知のよう
にディジタル信号処理技術を用いることを前提に考慮す
れば、エリアジングフィルタ特性によって決定できるこ
とは言うまでもない。
【００２２】本発明による頭外音像定位方法と、その他
の２つの方法を比較して説明する。図１は本発明に係る
頭外音像定位方法の処理を示す流れ図であり、図のＳに
続く数値はステップ番号を示す。Ｓ１では、目標伝達関
数を帯域フィルタのインパルス応答としたスピーカ伝達
関数（ＳＰＴＦ）の逆伝達関数（ＳＰＴＦ）-1のインパ
ルス応答（これを第１のインパルス応答という）を求め
る。
の２つの方法を比較して説明する。図１は本発明に係る
頭外音像定位方法の処理を示す流れ図であり、図のＳに
続く数値はステップ番号を示す。Ｓ１では、目標伝達関
数を帯域フィルタのインパルス応答としたスピーカ伝達
関数（ＳＰＴＦ）の逆伝達関数（ＳＰＴＦ）-1のインパ
ルス応答（これを第１のインパルス応答という）を求め
る。
【００２３】Ｓ２では、前記目標伝達関数を帯域フィル
タのインパルス応答として外耳道伝達関数（ＥＣＴＦ）
の逆伝達関数（ＥＣＴＦ）-1のインパルス応答（これを
第２のインパルス応答という）を求める。Ｓ３では、頭
部音響伝達関数（ＨＲＴＦ）のインパルス応答を第３の
インパルス応答とし、前記第１、第２及び第３の各イン
パルス応答の畳み込み演算を行って頭外音像定位伝達関
数（ＳＬＴＦ）のインパルス応答を求める。
タのインパルス応答として外耳道伝達関数（ＥＣＴＦ）
の逆伝達関数（ＥＣＴＦ）-1のインパルス応答（これを
第２のインパルス応答という）を求める。Ｓ３では、頭
部音響伝達関数（ＨＲＴＦ）のインパルス応答を第３の
インパルス応答とし、前記第１、第２及び第３の各イン
パルス応答の畳み込み演算を行って頭外音像定位伝達関
数（ＳＬＴＦ）のインパルス応答を求める。
【００２４】即ち本発明の方法（これをＡ方法と呼ぶ）
は、目標伝達関数を帯域フィルタのインパルス応答と
し、ＳＰＴＦ、およびＥＣＴＦの逆伝達関数（ＳＰＴ
Ｆ）-1、（ＥＣＴＦ）-1のインパルス応答をそれぞれ独
立に求めた後に、（ＳＰＴＦ）-1，（ＥＣＴＦ）-1，Ｈ
ＲＴＦの各インパルス応答の畳み込み演算を実行して、
次（３）式のようにＳＬＴＦを求めるものである。 （ＳＰＴＦ）-1・（ＥＣＴＦ）-1・ＨＲＴＦ＝ＳＬＴＦ …（３）
は、目標伝達関数を帯域フィルタのインパルス応答と
し、ＳＰＴＦ、およびＥＣＴＦの逆伝達関数（ＳＰＴ
Ｆ）-1、（ＥＣＴＦ）-1のインパルス応答をそれぞれ独
立に求めた後に、（ＳＰＴＦ）-1，（ＥＣＴＦ）-1，Ｈ
ＲＴＦの各インパルス応答の畳み込み演算を実行して、
次（３）式のようにＳＬＴＦを求めるものである。 （ＳＰＴＦ）-1・（ＥＣＴＦ）-1・ＨＲＴＦ＝ＳＬＴＦ …（３）
【００２５】次に無処理方法（帯域外補償を実施しない
方法で、これをＢ方法と呼ぶ）を説明する。無処理方法
では、目標伝達関数を頭部音響伝達関数（ＨＲＴＦ）の
インパルス応答とし、スピーカ伝達関数（ＳＰＴＦ）と
外耳道伝達関数（ＥＣＴＦ）を畳み込んだインパルス応
答の逆伝達関数を演算するものであり、式（３）の配列
に対応して、次（４）式で示される。 （ＳＰＴＦ・ＥＣＴＦ）・ＳＬＴＦ＝ＨＲＴＦ …（４）
方法で、これをＢ方法と呼ぶ）を説明する。無処理方法
では、目標伝達関数を頭部音響伝達関数（ＨＲＴＦ）の
インパルス応答とし、スピーカ伝達関数（ＳＰＴＦ）と
外耳道伝達関数（ＥＣＴＦ）を畳み込んだインパルス応
答の逆伝達関数を演算するものであり、式（３）の配列
に対応して、次（４）式で示される。 （ＳＰＴＦ・ＥＣＴＦ）・ＳＬＴＦ＝ＨＲＴＦ …（４）
【００２６】次に従来の方法（参考文献による方法で、
これをＣ方法と呼ぶ）を説明する。従来方法では、ま
ず、スピーカ伝達関数（ＳＰＴＦ）と外耳道伝達関数
（ＥＣＴＦ）を畳み込んだインパルス応答をフーリエ変
換によって、周波数領域に一旦変換し、高域（低域）カ
ットオフ周波数での実数部と虚数部を求め、この値をナ
イキスト周波数（直流に近い低域周波数）まで同じ値に
変換する。次に、周波数振幅特性を偶関数に、位相特性
を奇関数になるようにし、逆フーリエ変換し、帯域外補
償インパルス応答を得る。
これをＣ方法と呼ぶ）を説明する。従来方法では、ま
ず、スピーカ伝達関数（ＳＰＴＦ）と外耳道伝達関数
（ＥＣＴＦ）を畳み込んだインパルス応答をフーリエ変
換によって、周波数領域に一旦変換し、高域（低域）カ
ットオフ周波数での実数部と虚数部を求め、この値をナ
イキスト周波数（直流に近い低域周波数）まで同じ値に
変換する。次に、周波数振幅特性を偶関数に、位相特性
を奇関数になるようにし、逆フーリエ変換し、帯域外補
償インパルス応答を得る。
【００２７】次に、目標伝達関数をＨＲＴＦのインパル
ス応答とし、逆インパルス応答に対応する帯域外補償イ
ンパルス応答の逆伝達関数を演算するものであり、次
（５）式で示される。 （ＳＰＴＦ・ＥＣＴＦ）′・ＳＬＴＦ＝ＨＲＴＦ …（５） ここで（ ）′は帯域外補償演算処理をしたことを示
す。
ス応答とし、逆インパルス応答に対応する帯域外補償イ
ンパルス応答の逆伝達関数を演算するものであり、次
（５）式で示される。 （ＳＰＴＦ・ＥＣＴＦ）′・ＳＬＴＦ＝ＨＲＴＦ …（５） ここで（ ）′は帯域外補償演算処理をしたことを示
す。
【００２８】まず、前記各方法の比較評価について説明
する前に図９で示した原理図に従って、実際に測定した
各伝達関数のインパルス応答を図３、図４及び図５に示
す。図３はスピーカ伝達関数（ＳＰＴＦ）のインパルス
応答と周波数振幅特性を示す図、図４は外耳道伝達関数
（ＥＣＴＦ）のインパルス応答と周波数振幅特性を示す
図、図５は頭部音響伝達関数（ＨＲＴＦ）のインパルス
応答と周波数振幅特性を示す図である。また図６は帯域
フィルタのインパルス応答と周波数振幅特性を示す図で
あり、この帯域フィルタの低域カットオフ周波数は１７
０Ｈｚ、高域カットオフ周波数は１４．５ｋＨｚであ
る。またディジタル信号処理におけるサンプリング周波
数はいずれも３２ｋＨｚである。
する前に図９で示した原理図に従って、実際に測定した
各伝達関数のインパルス応答を図３、図４及び図５に示
す。図３はスピーカ伝達関数（ＳＰＴＦ）のインパルス
応答と周波数振幅特性を示す図、図４は外耳道伝達関数
（ＥＣＴＦ）のインパルス応答と周波数振幅特性を示す
図、図５は頭部音響伝達関数（ＨＲＴＦ）のインパルス
応答と周波数振幅特性を示す図である。また図６は帯域
フィルタのインパルス応答と周波数振幅特性を示す図で
あり、この帯域フィルタの低域カットオフ周波数は１７
０Ｈｚ、高域カットオフ周波数は１４．５ｋＨｚであ
る。またディジタル信号処理におけるサンプリング周波
数はいずれも３２ｋＨｚである。
【００２９】図７は各方式に従って演算処理した頭外音
像定位伝達関数（ＳＬＴＦ）の周波数振幅特性を示す図
である。図７においては、Ａ方法（本発明の方法）およ
びＣ方法（従来方法）は、共に帯域外で利得を持たない
最適な頭外音像定位伝達関数を得ている。しかしなが
ら、Ｂ方法（無処理方法）は帯域外に利得を生じ、受聴
すると低域成分と高域成分が強調され頭外音像定位感は
ない。
像定位伝達関数（ＳＬＴＦ）の周波数振幅特性を示す図
である。図７においては、Ａ方法（本発明の方法）およ
びＣ方法（従来方法）は、共に帯域外で利得を持たない
最適な頭外音像定位伝達関数を得ている。しかしなが
ら、Ｂ方法（無処理方法）は帯域外に利得を生じ、受聴
すると低域成分と高域成分が強調され頭外音像定位感は
ない。
【００３０】図８は各方法における演算誤差特性を示す
図である。図８は、求められたＳＬＴＦのインパルス応
答と、測定して得られたＳＰＴＦのインパルス応答と、
ＥＣＴＦのインパルス応答との畳み込み演算を実行し、
その結果得られたインパルス応答の伝達関数ＨＲＴＦ′
の周波数特性と、測定して得られたＨＲＴＦの周波数特
性とのｄＢ誤差（Ｅｒｒｏｒ）を周波数特性で表したも
のである。すなわち、図８の誤差は次式（６）で示され
る。
図である。図８は、求められたＳＬＴＦのインパルス応
答と、測定して得られたＳＰＴＦのインパルス応答と、
ＥＣＴＦのインパルス応答との畳み込み演算を実行し、
その結果得られたインパルス応答の伝達関数ＨＲＴＦ′
の周波数特性と、測定して得られたＨＲＴＦの周波数特
性とのｄＢ誤差（Ｅｒｒｏｒ）を周波数特性で表したも
のである。すなわち、図８の誤差は次式（６）で示され
る。
【００３１】
【数３】
【００３２】従って、もし帯域内１７０Ｈｚ〜１４．５
ｋＨｚでの誤差（Ｅｒｒｏｒ）が少なければ、理想的な
ＳＬＴＦが演算できたことになる。図８により明らかな
ように、Ｂ方法は帯域内で誤差が小さくなるものの、前
述したようにＳＬＴＦの帯域外で利得を有するために頭
外音像定位感はない。Ｃ方法は帯域内で誤差を生じ、頭
外音像定位感はあるもののＡ方法と比べれば誤差が大き
い。
ｋＨｚでの誤差（Ｅｒｒｏｒ）が少なければ、理想的な
ＳＬＴＦが演算できたことになる。図８により明らかな
ように、Ｂ方法は帯域内で誤差が小さくなるものの、前
述したようにＳＬＴＦの帯域外で利得を有するために頭
外音像定位感はない。Ｃ方法は帯域内で誤差を生じ、頭
外音像定位感はあるもののＡ方法と比べれば誤差が大き
い。
【００３３】図３、図４、図５及び図６からＳＰＴＦの
インパルス応答長は約４ｍｓｅｃ、ＥＣＴＦのインパル
ス応答長は約４ｍｓｅｃ、ＨＲＴＦのインパルス応答長
は約１００ｍｓｅｃ、帯域フィルタのインパル応答長は
約１０ｍｓｅｃである。
インパルス応答長は約４ｍｓｅｃ、ＥＣＴＦのインパル
ス応答長は約４ｍｓｅｃ、ＨＲＴＦのインパルス応答長
は約１００ｍｓｅｃ、帯域フィルタのインパル応答長は
約１０ｍｓｅｃである。
【００３４】演算方式に係わる計算時間においては、Ａ
方法（本発明の方法）は、次の特徴を有する。まず、Ｓ
ＰＴＦの逆インパルス応答を求め、次に受聴者ごとのＥ
ＣＴＦの逆インパルス応答を求める。前記のＳＰＴＦに
関しては一度、逆インパルス応答の計算をして、その結
果を一時、記憶させて、受聴者が異なってもそのデータ
を利用できる。ＥＣＴＦのインパルス応答長はＨＲＴＦ
のそれと比べ短いので、Ａ方法はＢ方法又はＣ方法と比
較して短時間で演算処理可能である。さらに各々のＳＰ
ＴＦ、ＥＣＴＦの逆フィルタを求めてから、受聴者ごと
の方向別にＨＲＴＦとの畳み込み演算を実行することか
ら、Ｃ方法における、各受聴者ごとに、また各方向別ご
とに、式（５）の計算を直接、実行するよりはるかに短
い時間で演算できることは明らかである。
方法（本発明の方法）は、次の特徴を有する。まず、Ｓ
ＰＴＦの逆インパルス応答を求め、次に受聴者ごとのＥ
ＣＴＦの逆インパルス応答を求める。前記のＳＰＴＦに
関しては一度、逆インパルス応答の計算をして、その結
果を一時、記憶させて、受聴者が異なってもそのデータ
を利用できる。ＥＣＴＦのインパルス応答長はＨＲＴＦ
のそれと比べ短いので、Ａ方法はＢ方法又はＣ方法と比
較して短時間で演算処理可能である。さらに各々のＳＰ
ＴＦ、ＥＣＴＦの逆フィルタを求めてから、受聴者ごと
の方向別にＨＲＴＦとの畳み込み演算を実行することか
ら、Ｃ方法における、各受聴者ごとに、また各方向別ご
とに、式（５）の計算を直接、実行するよりはるかに短
い時間で演算できることは明らかである。
【００３５】上記説明のようにＡ方法によれば、従来方
法よりも帯域内の誤差が少く高精度の頭外音像定位置伝
達関数が得られると共に、従来方法よりも短時間で演算
処理が可能である。
法よりも帯域内の誤差が少く高精度の頭外音像定位置伝
達関数が得られると共に、従来方法よりも短時間で演算
処理が可能である。
【００３６】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、ステレオ
ヘッドホンや両耳イヤホンを用いて、音源として知覚す
る位置を頭の外から受聴できるシステムのように実現す
るための頭外音像定位方法において、最初に、目標伝達
関数を帯域フィルタのインパルス応答としたスピーカ伝
達関数の逆伝達関数のインパルス応答を第一のインパル
ス応答として求め、次に、前記目標伝達関数を帯域フィ
ルタのインパルス応答として外耳道伝達関数の逆伝達関
数のインパルス応答を第二のインパルス応答として求
め、最後に、頭部音響伝達関数のインパルス応答を第三
のインパス応答とし、前記第一、第二および第三の各イ
ンパルス応答の畳み込み演算を行って頭外音像定位伝達
関数のインパルス応答を求めるようにしたので、従来よ
りも、帯域内の誤差が少く高精度の頭外音像定位伝達関
数が得られると共に、演算処理時間の短縮が可能であ
る。
ヘッドホンや両耳イヤホンを用いて、音源として知覚す
る位置を頭の外から受聴できるシステムのように実現す
るための頭外音像定位方法において、最初に、目標伝達
関数を帯域フィルタのインパルス応答としたスピーカ伝
達関数の逆伝達関数のインパルス応答を第一のインパル
ス応答として求め、次に、前記目標伝達関数を帯域フィ
ルタのインパルス応答として外耳道伝達関数の逆伝達関
数のインパルス応答を第二のインパルス応答として求
め、最後に、頭部音響伝達関数のインパルス応答を第三
のインパス応答とし、前記第一、第二および第三の各イ
ンパルス応答の畳み込み演算を行って頭外音像定位伝達
関数のインパルス応答を求めるようにしたので、従来よ
りも、帯域内の誤差が少く高精度の頭外音像定位伝達関
数が得られると共に、演算処理時間の短縮が可能であ
る。
【図１】本発明に係る頭外音像定位方法の処理を示す流
れ図である。
れ図である。
【図２】本発明に係る頭外音像定位方法の基本的な考え
方を示す図である。
方を示す図である。
【図３】スピーカ伝達関数（ＳＰＴＦ）のインパルス応
答と周波数振幅特性を示す図である。
答と周波数振幅特性を示す図である。
【図４】外耳道伝達関数（ＥＣＴＦ）のインパルス応答
と周波数振幅特性を示す図である。
と周波数振幅特性を示す図である。
【図５】頭部音響伝達関数（ＨＲＴＦ）のインパルス応
答と周波数振幅特性を示す図である。
答と周波数振幅特性を示す図である。
【図６】帯域フィルタのインパルス応答と周波数振幅特
性を示す図である。
性を示す図である。
【図７】各方法における頭外音像定位伝達関数（ＳＬＴ
Ｆ）の周波数振幅特性を示す図である。
Ｆ）の周波数振幅特性を示す図である。
【図８】各方法における演算誤差特性を示す図である。
【図９】頭外音像定位を実現する原理を示す図である。
【符号の説明】 １ 音源信号 ２ スピーカ ３ 受聴者 ４−１，４−２ 超小型マイク ５−１，５−２ 頭部音響伝達関数（ＨＲＴＦ） ６−１，６−２ イヤホン ７−１，７−２ 外耳道伝達関数（ＥＣＴＦ） ８−１，８−２ ＦＩＲフィルタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 597032206 穂刈 治英 新潟県長岡市上富岡町1603−１ 長岡技術 科学大学内 (71)出願人 597032228 入澤 英毅 新潟県長岡市上富岡町1603−１ 長岡技術 科学大学内 (72)発明者 小林 則夫 愛知県名古屋市中区丸ノ内３丁目22番21号 株式会社沖テック内 (72)発明者 川田 眞一 東京都港区虎ノ門１丁目７番12号 沖電気 工業株式会社内 (72)発明者 青柳 康夫 東京都港区虎ノ門１丁目７番12号 沖電気 工業株式会社内 (72)発明者 島田 正治 新潟県長岡市上富岡町1603−１ 長岡技術 科学大学内 (72)発明者 穂刈 治英 新潟県長岡市上富岡町1603−１ 長岡技術 科学大学内 (72)発明者 入澤 英毅 新潟県長岡市上富岡町1603−１ 長岡技術 科学大学内
Claims (3)
- 【請求項１】 ステレオヘッドホンや両耳イヤホンを用
いて、音源として知覚する位置を頭の外から受聴できる
システムのように実現するための頭外音像定位方法にお
いて、 最初に、目標伝達関数を帯域フィルタのインパルス応答
としたスピーカ伝達関数の逆伝達関数のインパルス応答
を第一のインパルス応答として求め、 次に、前記目標伝達関数を帯域フィルタのインパルス応
答として外耳道伝達関数の逆伝達関数のインパルス応答
を第二のインパルス応答として求め、 最後に、頭部音響伝達関数のインパルス応答を第三のイ
ンパス応答とし、前記第一、第二および第三の各インパ
ルス応答の畳み込み演算を行って頭外音像定位伝達関数
のインパルス応答を求めることを特徴とする頭外音像定
位方法。 - 【請求項２】 前記目標伝達関数の帯域外減衰傾斜特性
と、逆伝達関数を得るためのもとの伝達関数の帯域外減
衰特性とが一致している場合は、 前記目標伝達関数の帯域フィルタの帯域幅を、前記逆伝
達関数を得るためのもとの伝達関数の帯域幅と等しく、
又は狭くするように設定することを特徴とする請求項１
記載の頭外音像定位方法。 - 【請求項３】 前記目標伝達関数の帯域幅と、逆伝達関
数を得るためのもとの伝達関数の帯域幅とが一致してい
る場合は、 前記目標伝達関数の帯域外減衰傾斜量を、前記逆伝達関
数を得るためのもとの伝達関数の帯域外減衰傾斜量と等
しく、又は大きく設定することを特徴とする請求項１記
載の頭外音像定位方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05273597A JP3874039B2 (ja) | 1997-03-07 | 1997-03-07 | 頭外音像定位方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05273597A JP3874039B2 (ja) | 1997-03-07 | 1997-03-07 | 頭外音像定位方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10257599A true JPH10257599A (ja) | 1998-09-25 |
| JP3874039B2 JP3874039B2 (ja) | 2007-01-31 |
Family
ID=12923197
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05273597A Expired - Fee Related JP3874039B2 (ja) | 1997-03-07 | 1997-03-07 | 頭外音像定位方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3874039B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008154082A (ja) * | 2006-12-19 | 2008-07-03 | Yamaha Corp | 音場再生装置 |
-
1997
- 1997-03-07 JP JP05273597A patent/JP3874039B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008154082A (ja) * | 2006-12-19 | 2008-07-03 | Yamaha Corp | 音場再生装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3874039B2 (ja) | 2007-01-31 |
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