JPH1084599A - ヘッドホン装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リスナの頭部の時計は反時計方向への回動角
度θ゜の変化に対する伝達関数や遅延時間の変化量を手
動のスイッチで変更出来る様に成したヘッドホン装置を
得る。 【解決手段】 メモリ７７に書き込まれた複数の伝達関
数や遅延時間の変化量をメモリ７７を制御するアドレス
制御回路７５に設けたスイッチ７６を手動切換させて、
リスナから音像までの距離感をその場に合せて変更して
選択する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はバイノーラル再生に
用いて好適なヘッドホン装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ヘッドホンによるバイノーラル再生は、
音像の方向感、定位感及び臨場感などに優れた方法であ
る。

【０００３】しかし、スピーカによるステレオ再生の場
合には、リスナが頭（顔）の向きを変えても、音像の絶
対的な方向及び位置は変化せず、リスナの感じる音像の
相対的な方向及び位置が変化するのに対し、ヘッドホン
によるバイノーラル再生の場合には、リスナが頭の向き
を変えても、リスナの感じる音像の相対的な方向及び位
置は変化しない。このため、ヘッドホンによるバイノー
ラル再生では、音像はリスナの頭の中に形成されてしま
い、音像をリスナの前方に定位させることが難しく、し
かも、音像が上昇しがちであった。

【０００４】そこで、「特公昭４２−２２７号公報」に
よれば、次のようなヘッドホンによるバイノーラル再生
方法が考えられている。

【０００５】すなわち、音像の方向感及び定位感は、左
耳及び右耳の聴取する音の音量差、時間差、位相差など
により決定されるので、上記公報のシステムにおいて
は、左及び右チャンネルのオーディオ信号ラインに、レ
ベル制御回路及び可変遅延回路をそれぞれ設けるととも
に、リスナの頭の向きを検出し、その検出信号により各
チャンネルのオーディオ信号のレベル制御回路及び可変
遅延回路を制御してスピーカによるステレオ再生に匹敵
するステレオ音場感を得るようにしたものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記公報の
システムにおいては、リスナの頭の向きの検出信号その
ものによりモータを駆動し、このモータによりレベル制
御回路及び可変遅延回路の可変抵抗器及び可変コンデン
サを機械的に制御しているので、リスナが頭の向きを変
えてからヘッドホンに供給される各チャンネルのオーデ
ィオ信号の音量差及び時間差を変化させるまでに時間の
遅れを生じてしまい、実用性がない。

【０００７】また、音量差及び時間差を変化させると
き、その変化特性は、音源とリスナとの相対的な位置関
係、リスナの頭部の形状及び耳介の形状などに基づいて
決定しなければならない。すなわち、ある１つの変化特
性にした場合には、音源とリスナとの位置関係が固定さ
れてしまい、距離感を変化させることができず、また、
リスナにより頭部及び耳介の形状が異なるので、効果の
程度がばらついてしまう。

【０００８】したがって、上記公報のシステムは、商品
化という点からは、実現が極めて困難であった。本発明
は、このような問題点を解決しようとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このため、本発明におい
ては、リスナのヘッドホンに供給されるステレオオーデ
ィオ信号の伝達関数及び遅延時間を、リスナの頭の動き
にしたがって制御することにより、上記ヘッドホンによ
りステレオ再生をする様にしたヘッドホン装置におい
て、ステレオオーディオ信号のうち、左チャンネルのオ
ーディオ信号の信号ラインに設けられた伝達関数の第１
の変更回路及び可変遅延回路と、ステレオオーディオ信
号のうち、右チャンネルのオーディオ信号の信号ライン
に設けられた伝達関数の第２の変更回路及び可変遅延回
路と、任意の基準方向に対するリスナの頭の動きの方向
及び該リスナの頭の動き角度毎の大きさを検出する検出
手段と、リスナの頭の動きの方向及び頭の変化角度毎の
大きさに対する、第１及び第２の変更回路及び可変遅延
回路の制御データがテーブルとして書き込まれているメ
モリとを有し、検出手段の検出出力をメモリのテーブル
により制御データに変換した制御データを第１及び第２
の変更回路及び可変遅延回路にその制御信号として供給
してヘッドホンに供給されるステレオオーディオ信号の
伝達関数及び遅延時間を、リスナの頭の動きの方向及び
頭の角度出力毎の大きさに対応して変更させると共にリ
スナの頭の動きの方向及び頭の変化角度毎に対する制御
データ値を変更する手動調整手段を設けたヘッドホン装
置としたものである。

【００１０】上述のヘッドホン装置によれば、ヘッドホ
ンに供給される各チャンネルのオーディオ信号の音量差
及び時間差が、リスナの頭の動きに対して実時間で変更
されるとともに、その変化特性が手動切換手段で個々の
リスナに適したものとすることが可能となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図１乃至図４によ
って説明する。図１において、１はステレオ信号源を示
し、この信号源１からステレオの左及び右チャンネルの
オーディオ信号Ｌ，Ｒが取り出される。

【００１２】そして、これら信号Ｌ，Ｒが、可変遅延回
路１１，４１→レベル制御回路１２，４２→加算回路１
３，４３→音量調整用の可変抵抗器１４，４４→出力ア
ンプ１５，４５の各信号ラインを通じてヘッドホン１６
の左及び右の発音ユニット（電気−音響変換素子）６
Ｌ，６Ｒにそれぞれメインのオーディオ信号として供給
される。

【００１３】この場合、可変遅延回路１１，４１及びレ
ベル制御回路１２，４２は、いずれも制御信号に対して
純電子的に遅延時間及び利得（レベル）が変化する構成
とされる。

【００１４】また、レベル制御回路１２，４２は、例え
ば、オーディオ帯域を５分割し、その各分割された帯域
ごとにその利得を任意に制御できるグラフィックイコラ
イザにより構成される。

【００１５】さらに、ヘッドホン６は、その発音ユニッ
ト６Ｌ，６Ｒが逆Ｕ字状のバンド６Ｂにより結合され、
リスナの頭にセットできるようにされている。

【００１６】また、スピーカによるステレオ再生の場合
には、左チャンネルのスピーカの再生音が、リスナの右
耳にも到達するというように、左右のチャンネル感に、
音響的なクロストークを生じている。

【００１７】そこで、これをシミュレートするため、信
号源１からの信号Ｌ，Ｒが、可変遅延回路２１，３１→
レベル制御回路２２，３２→加算回路４３，１３の各信
号ラインを通じて反対チャンネルの発音ユニット６Ｒ，
６Ｌにそれぞれクロストーク成分として供給される。

【００１８】なお、回路２１，３１及び２２，３２も回
路１１，４１及び１２，４２と同様に構成される。

【００１９】さらに、リスニングルームやコンサートホ
ールなどにおけるような音場の広がり感あるいは臨場感
を拡大するため、信号源１からの信号Ｌ，Ｒが、残響回
路２５，５５に供給されて残響信号が形成され、これら
信号が加算回路１３，４３を通じて発音ユニット６Ｌ，
６Ｒに供給される。

【００２０】さらに、ヘッドホン６のバンド６Ｂには、
リスナの水平内面における頭の向きを検出する検出手段
７１が設けられる。

【００２１】図２は、その検出手段７１として、地磁気
の水平分力を利用する場合の一例を示す。すなわち、ヘ
ッドホンバンド６Ｂの中央頂点に、ロータリーエンコー
ダ７Ｒが、その回動軸が垂直方向となるように設けられ
るとともに、その回動軸に、磁針７Ｍが設けられる。

【００２２】したがって、ロータリーエンコーダ７Ｒか
らは、磁針７Ｍの示す南北の方向を基準とし、リスナの
頭の向きを示す出力が取り出される。

【００２３】そして、このエンコーダ７１の出力が検出
回路７２，７３に供給され、検出回路７２からは、リス
ナが頭を時計方向にまわしたときと、反時計方向にまわ
したときとで、“０”または“１”に変化する方向信号
Ｓｄが取り出され、検出回路７３からは、リスナが頭の
向きを変えたとき、その変えた角度に比例した数のパル
スＰａ、例えば２°変えるごとに１つのパルスＰａが取
り出される。

【００２４】そして、信号Ｓｄが、アップダウンカウン
タ７４のカウント方向入力Ｕ／Ｄに供給されるととも
に、パルスＰａがカウンタ７４のクロック入力（カウン
ト入力）ＣＫに供給され、そのカウント出力が、アドレ
ス制御回路７５を通じてメモリ７７にアドレス信号とし
て供給されてメモリ７７内のテーブルの該当するアドレ
スから制御データが読み出され、このデータが回路１
１，１２，２１，２２，４１，４２，３１，３２にそれ
ぞれ制御信号として供給される。

【００２５】図３は、メモリ７７内のテーブルのデータ
の一例を示す。ただし、このテーブルにおいては、簡単
のため、そのデータを、回路１１，１２，２１，２２，
４１，４２，３１，３２における伝達特性に変換して示
す。

【００２６】すなわち、今、図４に示すように、リスナ
８の前方に左及び右チャンネルのスピーカ９Ｌ，９Ｒが
配置されている場合、スピーカ９Ｌ，９Ｒとリスナ８と
の間における伝達特性として、Ｈ（ω，θ）ｍｎ＝Ａ
（ω，θ）ｍｎ・ｅｘｐ｛ｊφ（ω，θ）ｍｎ｝とスピ
ーカ９ｍ（９Ｌ又は９Ｒ）からリスナ８の一方の耳８ｎ
（８Ｌ又は８Ｒ）に至る遅延時間：τ（θ）ｍｎを考え
る。

【００２７】尚上式で、 Ｈ（ω，θ）ｍｎ：スピーカ９ｍから耳８ｎに至る伝達
関数 Ａ（ω，θ）ｍｎ：同じくその振幅周波数特性 φ（ω，θ）ｍｎ：同じくその位相周波数特性 ω ：オーディオ信号の角周波数 θ ：リスナ８の正面に対して左右スピーカ９ｎ，９ｍ
のなす角度 ｍ，ｎ：それぞれＬまたはＲである。

【００２８】上式で角度θを単位角度ずつ、例えば２°
ずつ変化させたときの伝達関数Ｈ（ω，θ）ｍｎ及び遅
延時間τ（ω，θ）ｍｎの値（１つの角度につき８個の
値）がテーブルの１番地ごとに書き込まれている。

【００２９】また、このテーブルは、メモリ７７に対し
て例えば３組設けられるとともに、その組ごとに、リス
ナの頭部及び耳介の形状に対応してデータの値が異なっ
ている。そして、その３組のテーブルのうちの１つが、
制御回路７５のスイッチ７６の切り換えにしたがって選
択される。

【００３０】なお、図１において、７９はリセットスイ
ッチであり、これを「オン」したとき、カウンタ７４の
カウント値は“オール０”にリセットされ、メモリ７７
のテーブルはθ＝０のアドレスが選択される。

【００３１】このような構成によれば、信号源１からの
オーディオ信号Ｌ，Ｒが、回路１１〜１５，４１〜４５
を通じてヘッドホン６にメインのオーディオ信号として
供給されるとともに、回路２１，２２，３１，３２を通
じてヘッドホン６にクロストーク成分として供給され
る。

【００３２】そして、この場合、リスナが頭を動かす
と、その向きにしたがって信号Ｓｄ，Ｐａが得られ、こ
れによりカウンタ７４のカウント値はリスナの頭の向き
にしたがった値となり、このカウント値が制御回路７５
を通じてメモリ７７にアドレス信号として供給されてい
るので、メモリ７７からは、図３のテーブルに対応した
データのうち、リスナの頭の向きに対応したデータが取
り出され、このデータが回路１１，１２，２１，２２，
４１，４２，３１，３２に供給される。

【００３３】したがって、ヘッドホン６に供給されるオ
ーディオ信号Ｌ，Ｒは、リスナの頭の向きにしたがって
伝達関数Ｈ（ω，θ）ｍｎ及び遅延時間τ（θ）ｍｎを
有するメインのオーディオ信号及びクロストーク成分と
なるので、スピーカによるステレオ再生に匹敵するステ
レオ音場感を得ることができる。

【００３４】なお、このとき、残響回路２５，５５によ
る残響信号もヘッドホン６に供給されてリスニングルー
ムやコンサートホールにおける広がり感が付加される。

【００３５】こうして、本発明によれば、ヘッドホン６
によるステレオ再生時に、スピーカによるステレオ再生
に匹敵するステレオ音場感を得ることができるが、この
場合、特に本発明によれば、リスナの頭の向きにしたが
ってヘッドホン６に供給されるオーディオ信号の特性を
変更するとき、これをメモリ７７のテーブルを使用して
行っているので、リスナの頭の向きに対してきめ細かく
変更でき、最適な特性とすることができる。

【００３６】しかも、クロストーク成分を付加するとと
もに、そのクロストーク成分の特性も制御しているの
で、より優れたステレオ音場感を得ることができる。

【００３７】また、メモリ７７のテーブルにしたがって
回路１１，１２，２１，２２，４１，４２，３１，３２
の特性を純電子的に制御しているので、リスナの頭の動
きに対するオーディオ信号の特性の変化に遅れを生じる
ことがなく、従来のシステムにおけるような不自然さを
生じることがない。

【００３８】さらに、メモリ７７には複数のテーブルを
用意しておき、これをリスナがスイッチ７６により任意
に選択できるようにしているので、リスナの頭部や耳介
の形状などが違っていても、最適な特性を得ることがで
きる。

【００３９】また、スイッチ７６の選択により角度θの
変化に対する伝達関数及び遅延時間の変化量を、テーブ
ルによって標準値よりも大きく、あるいは小さくなるよ
うにしておくことにより、リスナの頭の動きに対する音
像の位置の変化量が異なるので、これによりリスナから
音像までの距離感などを変更することができる。

【００４０】また、残響回路２５，５５により残響信号
を付加しているとともに、この残響信号はホールの壁な
どによる反射音や残響音のように聴こえるので、あたか
も有名なコンサートホールで音楽を聴いているかのよう
な臨場感を得ることができる。

【００４１】さらに、図３のデータは、次のようにして
得ることができる。すなわち、反射の比較的少ない部
屋、例えば無響室に、左及び右チャンネルのスピーカ
と、ダミーヘッドとを配置するとともに、ダミーヘッド
の両耳の外耳道の入口付近に小型のマイクロホンを設け
る。そして、その左及び右チャンネルのスピーカから測
定信号を再生し、これをダミーヘッドのマイクロホンに
より収音して伝達関数及び遅延時間を測定するととも
に、この測定をダミーヘッドの所定の角度θごとに行え
ばよい。

【００４２】さらに、上述においては、リスナの頭の水
平面内における向きについてのみ考慮したが垂直内面に
おける向きについても同様に処理することもできる。ま
た、メモリ７７におけるテーブルは１組とし、制御回路
７５においてそのテーブルに対するアドレスの指定を変
更して複数組のテーブルがある場合と同様に制御データ
を得ることもできる。

【００４３】さらに、テーブルのデータは、リスナの一
般的な頭の向きの範囲に限ってもよく、また、角度θ
は、例えば、θ＝０°付近では０．５゜おき、｜θ｜≧
４５°では３°おきのように、向きによって角度θの間
隔を異ならせてもよい。

【００４４】

【発明の効果】この発明によれば、リスナの頭の向きに
したがってヘッドホン６に供給されるオーディオ信号の
特性を変更するとき、これをメモリ７７のテーブルを使
用して行っているので、リスナの頭の向きに対してきめ
細かく変更でき、最適な特性とすることができる。

【００４５】しかも、クロストーク成分を付加するとと
もに、そのクロストーク成分の特性も制御しているの
で、より優れたステレオ音場感を得ることができる。ま
た、メモリ７７のテーブルにしたがって回路１１，１
２，２１，２２，４１，４２，３１，３２の特性を純電
子的に制御しているので、リスナの頭の動きに対するオ
ーディオ信号の特性の変化に遅れを生じることがなく、
従来のシステムにおけるような不自然さを生じることが
ない。

【００４６】さらに、メモリ７７には複数のテーブルを
用意しておき、これをリスナがスイッチ７６により任意
に選択できるようにしているので、リスナの頭部や耳介
の形状などが違っていても、最適な特性を得ることがで
きる。

【００４７】さらに、スイッチ７６の選択で角度θの変
化に対する伝達関数及び遅延時間の変化量を、テーブル
によって標準値よりも大きく、あるいは小さくなるよう
にしておくことにより、リスナの頭の向きに対する音像
の位置の変化量が異なるので、これによりリスナから音
像までの距離感などを変更することができる。

【００４８】また、残響回路２５，５５により残響信号
を付加しているとともに、この残響信号はホールの壁な
どによる反射音や残響音のように聴こえるので、あたか
も有名なコンサートホールで音楽を聴いているかのよう
な臨場感を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のヘッドホン装置の全体の回路図であ
る。

【図２】本発明のヘッドホン装置に用いる検出手段の斜
視図である。

【図３】本発明のヘッドホン装置に用いるメモリ内のデ
ータテーブルである。

【図４】本発明のヘッドホン装置の伝達特性を説明する
為の平面図である。

【符号の説明】

１‥‥ステレオ信号源、１１，２１，４１，３１‥‥可
変遅延回路、１２，２２，４２，３２‥‥レベル制御回
路、６‥‥ヘッドホン、７２，７３‥‥検出手段、７７
‥‥メモリ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リスナのヘッドホンに供給されるステレ
   オオーディオ信号の伝達関数及び遅延時間を、該リスナ
   の頭の動きにしたがって制御することにより、該ヘッド
   ホンによりステレオ信号を再生する様にしたヘッドホン
   装置に於いて、 上記ステレオオーディオ信号のうち、左チャンネルのオ
   ーディオ信号の信号ラインに設けられた伝達関数の第１
   の変更回路及び可変遅延回路と、 上記ステレオオーディオ信号のうち、右チャンネルのオ
   ーディオ信号の信号ラインに設けられた伝達関数の第２
   の変更回路及び可変遅延回路と、 任意の基準方向に対する上記リスナの頭の動きの方向及
   び該リスナの頭の動き角度毎の大きさを検出する検出手
   段と、 上記リスナの頭の動きの方向及び頭の変化角度毎の大き
   さに対する、上記第１及び第２の変更回路及び可変遅延
   回路の制御データがテーブルとして書き込まれているメ
   モリとを有し、 上記検出手段の検出出力を上記メモリのテーブルにより
   上記制御データに変換した制御データを上記第１及び第
   ２の変更回路及び可変遅延回路にその制御信号として供
   給して上記ヘッドホンに供給されるステレオオーディオ
   信号の伝達関数及び遅延時間を、上記リスナの頭の動き
   の方向及び頭の角度出力毎の大きさに対応して変更させ
   ると共に、上記リスナの頭の動きの方向及び頭の変化角
   度毎に対する制御データの値を変更する手動調整手段を
   設けたヘッドホン装置。