JPS5832839B2 - 信号変換回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、スピーカ再生用のステレオ信号をヘッドホン
再生用のステレオ信号に変換するための信号変換回路を
、簡単な構成のものとして提供することを目的としてな
されたものである。

一般に、ステレオソースはそれが空間に配置された複数
個のスピーカに与えられることによって形成される再生
音場内の受聴者が、制作者の意図した立体音感や音質を
有する音として受聴できるように、スピーカ再生用のス
テレオ信号として作られているから、受聴者がこのスピ
ーカ再生用のステレオ信号をそのままヘッドホンを用い
て受聴した場合には、スピーカ再生用のステレオ信号を
スピーカで再生して受聴した時とは全く異なった立体音
感や音質を有する音としてしか受聴することができない
のが普通である。

この点を具体的に説明すると次のとおりである。

スピーカ再生用のステレオ信号の各チャンネル信号５Ｐ
ｒｓ 、５ＰＩｓを２個のスピーカＳＰ ｒ 、ＳＰ
１に個別に与えて立体再生音場を形成させ、その再生音
場内で受聴者Ｍがステレオ信号を受聴する場合には、受
聴者Ｍは２個のスピーカと受聴者Ｍの両耳との間の伝達
特性に応じてそれぞれ異った状態の音を受聴することに
なる。

ところで、２個のスピーカによる再生音場内における受
聴者の受聴位置の代表的なものは、第１図に示すように
２個のスピーカＳＰ ｒ 、ＳＰ ｌから等距離の位置
であり、受聴者Ｍは前、記した位置において２個のスピ
ーカＳＰｒ 、ＳＰＩの中間部分を向き２個のスピーカ
から放射された音を受聴するのである。

このような受聴状態を例にとると、２個のスピーカＳＰ
ｒ ） ＳＰ ｌと受聴者Ｍの両耳の鼓膜前面との間
の伝達特性は、右スピーカＳＰｒから右耳鼓膜までの伝
達特性と、左スピーカＳＰｌから左耳鼓膜までの伝達特
性とは互いに等しく（今、この伝達特性なＡとする）、
また、右スピニカＳＰｒから左耳鼓膜までの伝達特性と
、左スピーカＳＰＩ から右耳鼓膜までの伝達特性とは
互に等しく（今、この伝達特性なりとする）なる。

今、右スピーカＳＰｒ に供給される右スピーカ信号
を５Ｐｒｓ、左スピーカＳＰＩ に供給される左スピ
ーカ信号を５ＰＩｓとし、また、右耳の鼓膜前面の音圧
（音圧変化の信号）をＥｒ、左耳の鼓膜前面の音圧（音
圧変化の信号）をＥｌとして、左右のスピーカから放射
される左右のスピーカ信号５ＰＩｓ 、５Ｐｒｓと、受
聴者Ｍの左右の耳の鼓膜前面の音圧Ｅｌ、Ｅｒ との間
の関係を数式で示すと次の（１）式となる。

スピーカ再生用のステレオ信号において、受聴者Ｍの正
面に定位させるべき音像と対応する各チャンネル信号は
、一般に、同相同レベルの信号となされているから、こ
の場合の左右のスピーカ信号なＣ１すなわち、 上記の（２）式のように定め、（１）式に上記の（２）
式を代入して、受聴者Ｍが正面に音像が存在するものと
して受聴している際の受聴者Ｍの左右の耳の鼓膜前面の
音圧Ｅｒ 、 Ｅｌ を求めてみると、次の（３）式
で示されるものとなる。

このように、２個のスピーカＳＰ ｒ ｔ ＳＰ １に
同相同レベルの信号Ｃが与えられていて、再生音場内の
受聴者Ｍが正面に音像が存在するものとして受聴してい
る際には、受聴者ＭはスピーカＳＰｒ。

ＳＰＩ から放射されたＣの音ではなく、再生音場にお
けるスピーカと受聴者の両耳との伝達特性Ａ。

Ｂの和とＣとの積の形の音、すなわち、前記の（３）式
で示されるような（Ａ＋Ｂ）Ｃの音を聴いていることに
なる。

第２図は、前記した（Ａ＋Ｂ）特性の１例を示す特性曲
線図である。

したがって、受聴者がスピーカによる再生時に受聴者の
正面に音像が定位するような信号内容を有するスピーカ
再生用のステレオ信号をヘッドホンを用いて受聴した時
に、そのスピーカ再生用のステレオ信号を２個のスピー
カで再生した時と同様な状態で良い音質の音として受聴
することができるようにするためには、使用するヘッド
ホンとして、それの入力と受聴者の耳の鼓膜前面までの
伝達特性が（Ａ＋Ｂ）特性を示すようなものを使用すれ
ば良いのであり、実際に使用されているヘッドホンにお
いても、一般にそのような特性のものとして作られてい
ることが多い。

すなわち、既述したように、一般にステレオソースはス
ピーカを用いた再生音場内の受聴者に、制作者の意図し
た立体音感や音質を有する音として受聴させることがで
きるようなスピーカ再生用信号として作られており、一
方、前記のように作られたスピーカ再生用信号は、ヘッ
ドホンによって受聴されることもあるが、受聴者は前記
したスピーカ再生用信号をヘッドホンによって受聴した
ときにも、スピーカを用いた再生音場内で受聴したとき
と同様な立体音感や音質が得られるようなヘッドホンを
特性の良いヘッドホンであると評価するのが常であるた
め、ヘッドホンのメーカでも前記のような特性（伝達特
性が（Ａ＋Ｂ）特性）を有するヘッドホンを製作販売し
て来ているのであり、市販のヘッドホンが一般に前記の
ような（Ａ＋Ｂ ）特性を示すものであることは、本出
願人会社で行なった市販の多くのヘッドホンについての
測定結果においても裏付けられている。

（Ａ＋Ｂ）特性の１例が第２図の特性曲線図によって示
されていることは既述のとおりであるが、（Ａ十Ｂ）特
性は個々の人の頭や耳の形の相違に応じて細かな凹凸に
は違いがあっても、一般に４ＫＨｚ〜５ＫＨｚ付近に１
０ｄＢ程度のピークが存在しているような傾向を有する
ものである。

ところが、周知のようにヘッドホンは受聴者の両耳に個
別に装着された状態で使用されるものであってその使用
時には第１図示の２個のスピーカによる再生音場内で生
じているようなりロストークは存在しながら、ヘッドホ
ンによって、スピーカ再生用のステレオ信号を受聴した
場合には、スピーカ再生の場合の音像の定位の状態とは
全く異なった定位の状態を示す音像しか得られないこと
は明らかである。

このため、従来、スピーカー再生用のステレオ信号に、
２個のスピーカによる再生音場内で生じるべきクロスト
ーク分を付加したような信号を作り、これをヘッドホン
再生用のステレオ信号として用いるようにすることが提
案された。

第３図は上記した既提案の信号変換回路の代表的なもの
の構成例を示すブロック図であって、この第３図におい
て１はスピーカ再生用のステレオ信号の右チャンネルＩ
ｒ （以下、入力信号Ｉｒと記載されることもある）の
入力端子、２はスピーカ再生用のステレオ信号の左チャ
ンネル信号■ｌ（以下、人力信号ＩＩと記載されること
もある）の入力端子、３はヘッドホン再生用のステレオ
信号の右チャンネル信号Ｏｒ （以下、出力信号Ｏｒ
と記載されることもある）の出力端子、４はヘッドホン
再生用のステレオ信号の左チャンネル信号０１ （以
下、出力信号０１と記載されることもある）の出力端子
、Ｄは遅延回路（または移相回路）、Ｆは高域を減衰さ
せるフィルタ、ＡＤＤｌ、ＡＤＤ２は加算器であって前
記した遅延回路りとフィルタＦとは縦続接続され、その
両者によって第１図示の再生音場内の受聴者の両耳と再
生音源との間の伝達特性の比−１すなわち、第１図示の
再生音場内のクロストーク特性−に近似した特性を得て
いる。

上記した第３図示の信号変換回路は、次の（４）式に示
すような伝達特性を示すものとなされているから、この
信号変換回路の出力信号Ｏｒ、０１ を、特性がＡで
あるようなヘッドホンに供給すれば、（４）式は（１）
式と等しくなり、したがって、第３図示の信号変換回路
によってスピーカ用のステレオ信号をヘッドホン再生用
のステレオ信号に信号変換した信号を、特性がＡである
ようなヘッドホンを用いて受聴すれば、受聴者Ｍは第１
図中の受聴者Ｍと同様な音像定位を示す音を受聴するこ
とができる。

しかしながら、一般のヘッドホンは既述のように（Ａ＋
Ｂ）のような特性のものとして作られているから、この
第３図示のような構成の信号変換回路によって信号変換
して得た信号をヘッドホン再生用のステレオ信号として
一般のヘッドホンに与えても、受聴者は音像の定位の仕
方は正しくても低域の強調された悪い音質の音しか受聴
することができないことになる。

このように、第３図示のような構成の信号変換回路にお
いては、ヘッドホンによってもスピーカ再生時と同様な
定位の仕方を有する音像を受聴することができても、音
質的に満足の行くような再生音を得ることができなかっ
た。

上記した第３図示のような構成の信号変換回路において
不満足であった再生音の音質の悪るさの問題は、例えば
特開昭５ｌ−２９１Ｏ１号公報で提案された第４図示の
ような信号変換回路によれば解消されるが、この第４図
示の信号変換回路は、既述した第３図示の信号変換回路
への各チャンネル信号の入力信号に音質調整回路ＥＱに
よって音質調整を施こすようにしたものであるために、
音質調整回路ＥＱを付加することが必要とされるが、前
記のように付加されるべき音質調整回路ＥＱとしては極
めて複雑な構成のものとなるのでその実現が容易でない
という欠点があった。

すなわち、第４図示の信号変換回路において使用される
べき音質調整回路ＥＱで必要とされる特性ＥＱは、 上記の（５）式で示されるようなものでなげればならず
、このような特性ＥＱを有する回路は構成が複雑なもの
となるからである。

なお、上記した音質調整回路ＥＱが備えるべき（５）式
で示される特性ＥＱは次のようにして導出されるのであ
る。

既述したように、一般のヘッドホンは（Ａ＋Ｂ）特性を
有するから、ヘッドホンへの入力信号Ｏｒ 。

０１ （これは信号変換回路からの出力信号Ｏｒ。

Ｏｌである）と受聴者の鼓膜との間の特性は次の（ａ）
式で示される。

また、第４図示の信号変換回路の伝達特性は次の（ｂ）
式で示される。

したがって、信号変換回路の入力側から受聴者の鼓膜ま
での伝達特性は、上記の（ａ）、（ｂ）式より、次の（
ｅ）式のように示されるものとなる。

ＥＱが、第４図示の信号変換回路中の音質調整回路ＥＱ
で必要とされる特性ＥＱであるから、（１）式−（ｅ）
式とおいて次の（ｄ）式を得て、次に（ｄ）式を整理す
ると、（ｅ）式となる。

（ｅ）式は前記した（５）式となることは明らかである
。

本発明は、スピーカ再生用のステレオ信号をヘッドホン
再生用のステレオ信号に信号変換するために用いられる
信号変換回路として一般のヘッドホンによって良好な音
質の音を受聴者に受聴させることができるような音質補
正機能をも備えた簡単な構成の信号変換回路を提供して
前記した従来の諸問題点を良好に解決したものであり、
以下、添付図面を参照しながらその具体的な内容を詳細
に説明する。

第５図及び第６−（゛まそれぞれ本発明の信号変換回路
のそれぞれ異なる実施態様のもののブロック図であって
、この第５図及び第６図において、１゜２はスピーカ再
生用のステレオ信号における右、左チャンネル信号Ｉｒ
、 ＩＩ の入力端子、３，４はヘッドホン再生用
のステレオ信号における右、左チャンネル信号Ｏｒ ｔ
０１ の出力端子、５ｒ。

５’、？ｒ＞７１はそれぞれ符号付加算器、６ｒ。

６１はそれぞれ再生音場のクロストーク特性Ｂ／Ａに略
々等しい特性、すなわち、略々Ｂ／Ａの特性を有する回
路であって、この回路６ ｒ 。

６１は遅延回路（または移相回路）とフィルタとの組合
わせによって構成される。

また第６図における８ ｒ 、８１は可変減渡器である
。

第５図示の信号変換回路において、端子１に供給された
スピーカ再生用のステレオ信号における右チャンネル信
号Ｉｒは、符号付加算器５１の非反転入力端子と符号付
加算器７ｒの非反転入力端子とに与えられ、また、端子
２に供給されたスピーカ再生用のステレオ信号における
左チャンネル信号ＩＩは、符号付加算器５ｒの非反転入
力端子と符号付加算器７１の非反転入力端子とに与えら
れる。

また、符号付加算器５ｒの反転入力端子には符号付加算
器７ｒの出力信号が加えられ、さらに、符号付加算器５
１の反転入力端子には、符号付加算器７１の出力信号が
与えられる。

前記の符号付加算器５ｒの出力信号は、−特性を有する
回路６ｒを介して符号付加算器７ｒの非反転入力端子に
供給され、また、前記の符号付加算器５１の出力信号は
、−の特性を有する回路６１を介して符号付加算器７１
の非反転入力端子に給供される。

したがって、上記した第５図示の信号変換回路は、その
入力端子１，２に加えられる入力信号Ｉｒ、ＩＩ と
出力端子３，４から出力される出力信号Ｏｒ、Ｏ１との
間の特性が次の（６）式によって示されるものとなる。

以下、上記の（６ｂ）式を順次に変形すると最終的に（
６ｅ）式が得られる。

上記の（６ｅ）式は、第５図示の信号変換回路の出力端
子３，４に対して、一般に使用されているヘッドホン、
すなわち、既述したように（Ａ＋Ｂ ）特性を示すよう
に作られているヘッドホンを接続すれば、入力からその
ヘッドホンを用いて受聴する受聴者の両耳の鼓膜までの
伝達特性が、第１図示のような２個のスピーカによる再
生音場内の受聴者について示した（１）式の伝達特性と
等しくなることを示しており、したがって、本発明の信
号変換回路を用いれば、受聴者は（Ａ＋Ｂ）特性を有す
るように作られている一般的なヘッドホンにより良好な
音質のヘッドホン再生を行なうことができるのである。

このように、第５図示の信号変換回路によれば、受聴の
ために使用されるヘッドホンの周波数特性の問題をも含
めて、スピーカ再生用のステレオ信号を、ヘッドホン再
生用のステレオ信号へ良好に信号変換することができる
のであるが、その構成は既述したように音質補正機能ま
でも備えた従来の第４図示のような信号変換回路に比べ
て著るしく簡単化されているのである。

すなわち、本発明の信号変換回路においては、第４図示
の従来例のもののように音質調整回路ＥＱを別に設ける
というようなことはしないで、スピーカ再生用のステレ
オ信号からヘッドホン再生用のステレオ信号への信号変
換に際して必要とされる再生音場のクロストーク特性Ｂ
／Ａを有する回路が、音質調整（音質補正）回路中で使
用されるべき再生音場のクロストーク特性Ｂ／Ａを有す
る回路としても結果的に兼用されたような状態の回路と
なるように、第３図示のような音質補正機能を備えては
いない従来の信号変換回路に少数個の符号付加算器を追
加しただけの簡単な回路構成のものとして全体が構成さ
れているからである。

なお、この点は第６図示の本発明の実施態様のものにつ
いても基本的には同様である。

これまでの説明は、一般的に使用されているヘッドホン
が（Ａ＋Ｂ）特性を有しているものとし、このような特
性を備えているヘッドホンを用いてステレオ信号を受聴
した時に、受聴者がスピーカ再生の際と同じ状態の音を
受聴できるようにするための信号交換回路についてのも
のであったが、実際に使われるヘッドホンは（Ａ＋Ｂ）
特性のものだけに限られず、例えばＡ特性に近いものと
か、あるいは、Ａ特性と（Ａ＋１３ ）特性との中間の
特性を有するものとか、種々雑多である。

第６図示の本発明の信号変換回路は、前記した第５図示
の信号変換回路に可変減衰器８ｒ、８１を設け、この可
変減衰器８ｒ 、８１を調整することによって、個々に
各別の特性を有するヘッドホンについてもそれぞれに適
合した信号変換特性に従って信号変換された状態のヘッ
ドホン再生用のステレオ信号を供給できるようにしたも
のである。

第６図示の信号変換回路における可変減衰器８ ｒ 、
８１の利得をＫとして、この信号変換回路の人、出力端
子間の伝達特性を示すと次の（７）式になる。

したがって、入力信号Ｉｒ 、 ＩＩ と出力信号Ｏ
ｒ 、 ０１ との間の関係は次の（７Ａ）式のよう
に示される。

（（７）式から（７Ａ）式を導出する仕方は既述した（
６）式から（６ｅ）式を導出する場合と同様である）。

上記の（７Ａ）式においてに＝Ｏとすれば、（７Ａ）式
は次のようになり、 この場合は特性がＡであるようなヘッドホン用のヘッド
ホン再生用ステレオ信号が信号変換回路から出力される
ことになり、また、（７Ａ）式においてに＝１とすれば
、（７Ａ）式は既述した（６ｅ）式となり、この場合は
特性（Ａ＋Ｂ）であるようなヘッドホン用のヘッドホン
再生用ステレオ信号が信号変換回路から出力されること
になる。

このように、第６図示の信号変換回路においては、可変
減衰器８ｒ、８１の可変調節により上記した（７Ａ）式
中のＫを変えることによって、符号付加算器７ｒから符
号付加算器５ｒヘフイードバツクされる符号付加算器７
ｒの出力信号◇帰還量と、符号付加算器７１から符号付
加算器５１ヘフイードバツクされる符号付加算器７１の
出力信号の帰還量とを変え、それにより信号変換回路の
信号変換特性を、特性がＡであるようなヘッドホン、特
性が（Ａ＋Ｂ）であるようなヘッドホン、特性がＡと（
Ａ＋Ｂ）の間の特性であるようなヘッドホンのそれぞれ
の場合に適するようなものに変えることができる。

したがって、この第６図示の信号変換回路によれば、使
用される個々のヘッドホンの特性にばらつきがあっても
、常に使用の対象とされたヘッドホンに適合するヘッド
ホン再生用のステレオ信号をヘッドホンに供給すること
ができるのである。

なお、第６図示の実施例の場合には、可変減衰器８ ｒ
５８１として連続可変型のものを使用しているが、可
変減衰器８ｒ、８１として切換えスイッチと抵抗素子と
の組合わせにより、Ｋが段階的に切換わるようなものと
なされてもよいのである。

また、使用の対象とされるヘッドホンがきめられている
場合には、そのヘッドホンに適合したヘッドホン再生用
のステレオ信号が信号変換回路からヘッドホンに供給さ
れうるような信号変換特性となるように、第６図中の可
変減衰器８ｒ、８１の接続位置に、適当な抵抗値を有す
る固定抵抗器が接続された構成形態の信号変換回路とし
て本発明が実施されてもよいのである。

以上、詳細に説明したところから明らかなように、本発
明の信号変換回路によれば、スピーカ再生用ステレオ信
号をヘッドホン再生用ステレオ信号へ信号変換するよう
になされた既述の従来の信号変換回路における問題点が
すべて良好に解決され、本発明によって、受聴者に対し
て良好な音質のヘッドホン再生用のステレオ信号を受聴
させうるような、特性の優れた信号変換回路を安価に提
供することができ、また、本発明を信号変換特性の可変
な信号変換回路として実施すれば、再生に使用されるヘ
ッドホンの特性にばらつきがあっても常に使用の対象と
されたヘッドホンに適合するヘッドホン再生用のステレ
オ信号をヘッドホンに供給することができるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は２個のスピーカを用いた再生音場におけるスピ
ーカと受聴者の鼓膜との間の伝達特性の説明図、第２図
は（Ａ＋Ｂ）特性の特性曲線図、第３図及び第４図は信
号変換回路の従来例のものの説明用ブロック図、第５図
及び第６図は本発明の信号変換回路の容具なる実施態様
のもののブロック図である。 １．２・・・・・・スピーカ再生用ステレオ信号の入力
端子、３，４・・・・・−ヘッドホン再生用ステレオ信
号の出力端子、Ｄ・・・・・・遅延回路、Ｆ・・・・・
・フィルタ、ＡＤＤ、、ＡＤＤ２−−−−・−加算器、
５ｒ、５１，７ｒ。 ７１・・・・・・符号付加算器、６ ｒ 、６１・・・
・・・−特性を有する回路、８ ｒ 、８１・・・・・
・可変減衰器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ スピーカ再生用のステレオ信号を用いてスピーカに
   よる再生を行なう時に受聴者に与えられる音像定位と近
   似した音像定位が、所定の特性を有するヘッドホンを用
   いた受聴者に与えられるようなヘッドホン再生用ステレ
   オ信号を、前記したスピーカ再生用のステレオ信号から
   作り出すようにした信号変換回路において、スピーカ再
   生用のステレオ信号の各チャンネル信号を入力信号とし
   て与え、また、前記の所定の特性を有するヘッドホンへ
   個別に与えられるべきヘッドホン再生用のステレオ信号
   における各チャンネル信号の一部または全部を、再生音
   場内の受聴者の両耳と再生音源との間の伝達特性の比で
   示される再生音場におけるクロストーク特性に略々等し
   て特性を有する回路を介して逆相で同じチャンネルの入
   力信号へ混入させると共に、前記した各チャンネルの入
   力信号を前記した再生音場におけるクロストーク特性に
   略々等しい特性を有する回路を介して互に他方のチャン
   ネルの入力信号へ同相で混入させるようにした信号変換
   回路。 ２ スピーカ再生用のステレオ信号を用いてスピーカに
   よる再生を行なう時に受聴者に与えられる音像定位と近
   似した音像定位が、所定の特定を有するヘッドホンを用
   いた受聴者に与えられるようなヘッドホン再生用のステ
   レオ信号を、前記したスピーカ再生用のステレオ信号か
   ら作り出すように、スピーカ再生用のステレオ信号の各
   チャンネル信号を入力信号として与え、また、前記の所
   定の特性を有するヘッドホンへ個別に与えられるべきヘ
   ッドホン再生用のステレオ信号における各チャンネル信
   号の一部または全部を、再生音場内の受聴者の両耳と再
   生音源との間の伝達特性の比で示される再生音場におけ
   るクロストーク特性に略々等しい特性を有する回路を介
   して同じチャンネルへ逆相にフィードバックさせると共
   に、前記した各チャンネルの入力信号を前記した再生音
   場におけるクロストーク特性比略々等しい特性を有する
   回路を介して互に他方のチャンネルの入力信号へ同相で
   混合させるようにした信号変換回路において、前記した
   同じチャンネルへ逆相にフィードバックさせる信号のフ
   ィードバック量を可変とした信号変換回路。