(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
挿耳型イヤホンを用いて音響を再生する音響再生装置であって、
測定用信号を発生する測定用信号発生部と、
前記挿耳型イヤホンを聴取者の耳に装着した状態及び装着しない状態の双方において、前記挿耳型イヤホンのスピーカ機能により前記挿耳型イヤホンから前記測定用信号を聴取者の外耳道へ出力し、前記挿耳型イヤホンのマイクロホン機能により前記挿耳型イヤホンで聴取者の鼓膜で反射する信号を測定する信号処理部と、
前記信号処理部で測定された２つの状態の信号を解析し、外耳道補正フィルタを求める解析部と、
音源信号から音響を再生する際に、前記解析部が求めた外耳道補正フィルタを当該音源信号に畳み込む外耳道補正フィルタ処理部とを備える、音響再生装置。
【請求項２】
挿耳型イヤホンを用いて音響を再生する音響再生装置であって、
測定用信号を発生する測定用信号発生部と、
前記挿耳型イヤホンを聴取者の耳に装着した状態において、前記挿耳型イヤホンのスピーカ機能により前記挿耳型イヤホンから前記測定用信号を聴取者の外耳道へ出力し、前記挿耳型イヤホンのマイクロホン機能により前記挿耳型イヤホンで聴取者の鼓膜で反射する信号を測定しかつ、前記挿耳型イヤホンを外耳道の特性を模擬した外耳道シミュレータに装着した状態で、前記挿耳型イヤホンのスピーカ機能により前記挿耳型イヤホンから前記測定用信号を出力し、前記挿耳型イヤホンのマイクロホン機能により前記挿耳型イヤホンで信号を測定することにより、前記挿耳型イヤホンを聴取者の耳に装着しない状態の特性を測定する信号処理部と、
前記信号処理部で測定された２つの状態の信号を解析し、外耳道補正フィルタを求める解析部と、
音源信号から音響を再生する際に、前記解析部が求めた外耳道補正フィルタを当該音源信号に畳み込む外耳道補正フィルタ処理部とを備える、音響再生装置。
【請求項３】
挿耳型イヤホンを用いて音響を再生する音響再生装置であって、
測定用信号を発生する測定用信号発生部と、
前記挿耳型イヤホンを聴取者の耳に装着した状態において、前記挿耳型イヤホンのスピーカ機能により前記挿耳型イヤホンから前記測定用信号を聴取者の外耳道へ出力し、前記挿耳型イヤホンのマイクロホン機能により前記挿耳型イヤホンで聴取者の鼓膜で反射する信号を測定する信号処理部と、
前記信号処理部で測定された信号をリサンプリング処理することによって、前記挿耳型イヤホンを聴取者の耳に装着しない状態の模擬信号を算出し、前記信号処理部で測定された信号と前記模擬信号を解析し、外耳道補正フィルタを求める解析部と、
音源信号から音響を再生する際に、前記解析部が求めた外耳道補正フィルタを当該音源信号に畳み込む外耳道補正フィルタ処理部とを備える、音響再生装置。
【請求項４】
前記外耳道補正フィルタ処理部の前段に設けられ、前記音源信号に所定の頭部伝達関数を畳み込むＨＲＴＦ処理部をさらに備える、請求項１から３のいずれか１項に記載の音響再生装置。
【請求項５】
前記外耳道補正フィルタ処理部の後段に設けられ、前記外耳道補正フィルタが畳み込まれた音源信号に所定の頭部伝達関数を畳み込むＨＲＴＦ処理部をさらに備える、請求項１から３のいずれか１項に記載の音響再生装置。
【請求項６】
前記解析部は、所定の頭部伝達関数を保持しており、当該頭部伝達関数が畳み込まれた外耳道補正フィルタを求める、請求項１から３のいずれか１項に記載の音響再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、挿耳型イヤホンを用いて音響を再生する音響再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
挿耳型イヤホンを用いた音響再生装置は、コンパクトで携帯性がよく便利である。しかしその反面、耳にイヤホンを装着することによって外耳道が塞がるため、音が籠もり気味で開放感のある音を得にくいという問題がある。
【０００３】
例えば、耳の外耳道が簡単な円筒モデルであると仮定する。耳にイヤホンを装着しない場合は、この円筒は鼓膜部分で閉じており、かつ耳の入り口で開いている一端開一端閉の状態となる（図１６の（ａ））。この場合の１次共振周波数は、この円筒の長さを人間の外耳道の長さの平均値である２５ｍｍとすると、約３４００Ｈｚとなる。一方、耳にイヤホン１１０を装着した場合は、鼓膜側も耳の入り口側も閉じた状態になるため両端閉となる（図１６の（ｂ））。この場合の１次共振周波数は、イヤホンを装着していない状態の倍である約６８００Ｈｚとなる。
【０００４】
この問題を解決するための技術として、外耳道の共振周波数特性を補正して音響再生することにより、実際には耳にイヤホンを装着した状態であっても未装着である（外耳道が塞がれていない）場合と同等の受聴状態を実現する、従来の音響再生装置があった（例えば、特許文献１を参照）。
【０００５】
図１７は、この特許文献１に記載された従来の音響再生装置１７００の構成を示す図である。図１７に示す従来の音響再生装置１７００では、補正情報記憶部１７０３が外耳道インパルス応答変化の補正情報を記憶しており、畳み込み演算部１７０４が補正情報を音源信号に畳み込むことにより、外耳道が塞がれていない場合と同等の受聴状態を実現している。
【０００６】
また、耳内型マイクロホンイアホン兼用変換器を用いて、聴取者の頭部伝達特性を自動的に測定し、その測定した聴取者の頭部伝達特性を入力信号に畳み込み、その畳み込まれた信号を聴取者が耳内型マイクロホンイアホン兼用変換器で聴取する、従来の音場再生装置がある（例えば、特許文献２を参照）。この従来の音場再生装置は、上記処理によって不特定の聴取者が全方向に分布する多数の音源に対応する良好な定位感が得られる効果を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２０９３００号公報
【特許文献２】特開平５−１９９５９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１に記載された従来の音響再生装置では、外耳道補正の特性に擬似頭の特性を用いるという課題を有していた。
【０００９】
また、上記特許文献２に記載された従来の音響再生装置では、スピーカの入力と耳内型マイクロホンイヤホン兼用変換器の出力とから、スピーカと聴取者の両耳との間の頭部伝達特性が測定される。そして、この測定した点と音響を再生する点とが同じであることから、最適な頭部伝達特性が測定できると開示されている。ところが、通常のイヤホンの場合、再生をするスピーカは耳の内側を向いているためマイクロホン本体が障害物となり、正しい頭部伝達特性は測定できないという課題を有していた。
【００１０】
それ故に、本発明の目的は、聴取に使用するイヤホンを用いて個人の外耳道の特性を補正するフィルタを求め、このフィルタを音源信号に畳み込むことにより、聴取に使用するイヤホンに最適で、イヤホンを装着しているにもかかわらず外耳道が塞がれていない場合と同等の受聴状態を実現することが可能な音響再生装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、挿耳型イヤホンを用いて音響を再生する音響再生装置に向けられている。そして、上記目的を達成するために、本発明の音響再生装置の一態様は、測定用信号発生部、信号処理部、解析部、及び外耳道補正フィルタ処理部を備えている。
【００１２】
測定用信号発生部は、測定用信号を発生する。信号処理部は、挿耳型イヤホンを聴取者の耳に装着した状態及び装着しない状態の双方において、スピーカ機能により挿耳型イヤホンから測定用信号を聴取者の外耳道へ出力し、マイクロホン機能により挿耳型イヤホンで聴取者の鼓膜で反射する信号を測定する。解析部は、信号処理部で測定された２つの状態の信号を解析し、外耳道補正フィルタを求める。外耳道補正フィルタ処理部は、音源信号から音響を再生する際に、解析部が求めた外耳道補正フィルタを当該音源信号に畳み込む。
【００１３】
信号処理部は、挿耳型イヤホンを聴取者の耳に装着しない状態に代えて、外耳道の特性を模擬した外耳道シミュレータに装着した状態で信号を測定してもよい。また、解析部は、外耳道の特性を模擬した外耳道シミュレータを用いて予め測定した標準外耳道補正フィルタを保持していれば、挿耳型イヤホンを聴取者の耳に装着した状態で測定した信号に基づいて、標準外耳道補正フィルタを修正して外耳道補正フィルタを求めることもできる。
【００１４】
標準外耳道補正フィルタは、ＩＩＲフィルタのパラメータとして保持されていることが好ましい。また、解析部は、測定によって得られた特性のうち、外耳道の特性が変化する周波数帯域のみを処理すればよい。この外耳道の特性が変化する周波数帯域は、例えば２ｋＨｚ〜１０ｋＨｚである。
【００１５】
また、外耳道補正フィルタ処理部の前段に、音源信号に所定の頭部伝達関数を畳み込むＨＲＴＦ処理部をさらに備えてもよい。又は、外耳道補正フィルタ処理部の後段に、外耳道補正フィルタが畳み込まれた音源信号に所定の頭部伝達関数を畳み込むＨＲＴＦ処理部をさらに備えてもよい。又は、解析部に、所定の頭部伝達関数を保持しておき、頭部伝達関数が畳み込まれた外耳道補正フィルタを求めさせてもよい。あるいは、解析部が、挿耳型イヤホンを聴取者の耳に装着した状態で信号処理部において測定された信号をリサンプリング処理をすることによって、挿耳型イヤホンを聴取者の耳に装着しない状態の模擬信号を算出してもよい。なお、典型的な測定用信号は、インパルス信号である。
【発明の効果】
【００１６】
上記本発明によれば、聴取に使用するイヤホンを用いて、個人の外耳道の特性を測定して最適な外耳道補正フィルタを求めることができる。これにより、聴取に使用するイヤホンに最適で、イヤホンを装着しているにもかかわらず外耳道が塞がれていない場合と同等の受聴状態を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る音響再生装置１００の構成を示す図
【図２Ａ】測定用信号発生部１０１が発生する測定用信号の一例を示す図
【図２Ｂ】測定用信号発生部１０１が発生する測定用信号の他の一例を示す図
【図３】耳へのイヤホン１１０の装着状態と未装着状態とを説明する図
【図４】外耳道シミュレータ１２１の一例を説明する図
【図５】解析部１０８の詳細な構成例を示す図
【図６】本発明の第２の実施形態に係る音響再生装置２００の構成を示す図
【図７】本発明の第３の実施形態に係る音響再生装置３００の構成を示す図
【図８】解析部３０８の詳細な構成例を示す図
【図９】本発明の第４の実施形態に係る音響再生装置４００の構成を示す図
【図１０】解析部４０８の詳細な構成例を示す図
【図１１】係数算出部４１６が行うフィルタの修正例を説明する図
【図１２】本発明の第５の実施形態に係る音響再生装置５００の構成を示す図
【図１３】解析部５０８の詳細な構成例を示す図
【図１４】リサンプリング処理部５１８が行うリサンプリング処理を説明する図
【図１５】本発明の第１〜第５の実施形態の典型的な実施例を示す図
【図１６】外耳道の開閉状態と共振周波数との関係を説明する図
【図１７】従来の音響再生装置１７００の構成例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る音響再生装置１００の構成を示す図である。図１に示す音響再生装置１００は、測定用信号発生部１０１、信号切替部１０２、Ｄ／Ａ変換部１０３、アンプ部１０４、分配部１０５、マイクアンプ部１０６、Ａ／Ｄ変換部１０７、解析部１０８、外耳道補正フィルタ処理部１０９、及びイヤホン１１０を備える。信号切替部１０２、Ｄ／Ａ変換部１０３、アンプ部１０４、分配部１０５、マイクアンプ部１０６、及びＡ／Ｄ変換部１０７は、信号処理部１１１を構成する。
【００１９】
まず、第１の実施形態に係る音響再生装置１００の各構成の概要を説明する。
測定用信号発生部１０１は、測定用信号を発生する。信号切替部１０２は、測定信号発生部１０１で発生した測定用信号と、外耳道補正フィルタ処理部１０９を介した音源信号とを入力し、後述する再生モード又は測定モードに応じていずれかの信号を切り替えて出力する。Ｄ／Ａ変換部１０３は、信号切替部１０２が出力する信号を、デジタル形式からアナログ形式へ変換する。アンプ部１０４は、Ｄ／Ａ変換部１０３が出力するアナログ形式の信号を増幅する。分配部１０５は、アンプ部１０４が出力する増幅された信号をイヤホン１１０へ供給し、またイヤホン１１０をマイクロホンとして動作させた場合に測定される信号をマイクアンプ部１０６へ供給する。イヤホン１１０は、聴取者の両耳に装着される一対の挿耳型イヤホンである。マイクアンプ部１０６は、分配部１０５が出力する測定された信号を増幅する。Ａ／Ｄ変換部１０７は、マイクアンプ部１０６が出力する増幅信号をアナログ形式からデジタル形式に変換する。解析部１０８は、形式が変換された増幅信号を解析して、外耳道補正フィルタを求める。外耳道補正フィルタ処理部１０９は、解析部１０８が求めた外耳道補正フィルタを用いて、音源信号に畳み込み処理を行う。
【００２０】
次に、第１の実施形態に係る音響再生装置１００の動作を説明する。
この音響再生装置１００では、音源信号に基づいた音響再生を行う再生モードを実行する前に、測定用信号を用いて外耳道補正フィルタ処理部１０９に与える外耳道補正フィルタを算出する測定モードを実行する。
【００２１】
１．測定モード
まず、聴取者によって、音響再生装置１００が測定モードに設定される。測定モードが設定されると、信号切替部１０２は、測定用信号発生部１０１とＤ／Ａ変換部１０３とを接続した状態に、信号経路を切り換える。次に、聴取者が、両耳に一対のイヤホン１１０を装着する（図３の（ａ）の状態）。この際、イヤホン１１０の装着を聴取者に催促する内容を、音響再生装置１００が有するディスプレイ（図示せず）等に表示してもよい。両耳に一対のイヤホン１１０が装着された後、例えば聴取者による測定開始ボタンの押下等が行われることで、測定が開始される。
【００２２】
測定が開始されると、測定用信号発生部１０１は、所定の測定用信号を発生する。測定用信号には、様々な信号が使用可能であるが、典型的には図２Ａに例示するインパルス信号である。この測定用信号は、信号切替部１０２、Ｄ／Ａ変換部１０３、アンプ部１０４、及び分配部１０５を介して、聴取者の両耳に装着される一対のイヤホン１１０から出力される。このイヤホン１１０から出力された測定用信号は、外耳道を通り鼓膜に到達すると共に、鼓膜で反射してイヤホン１１０へ戻ってくる。イヤホン１１０は、構造上マイクロホンとして用いることも可能であり、この鼓膜で反射して戻ってくる測定用信号を測定する。イヤホン１１０で測定された信号（以下、装着状態信号という）は、分配部１０５、マイクアンプ部１０６、及びＡ／Ｄ変換部１０７を介して解析部１０８に出力され記憶される。
【００２３】
次に、聴取者が、両耳から一対のイヤホン１１０を外す。この際、イヤホン１１０を外すことを聴取者に催促する内容を、音響再生装置１００が有するディスプレイ（図示せず）等に表示してもよい。両耳から一対のイヤホン１１０が外された後、例えば聴取者による測定開始ボタンの押下等が行われることで、測定が開始される。なお、イヤホン１１０が装着されていない状態における聴取者の両耳と一対のイヤホン１１０との位置関係は、耳とイヤホン１１０とが接触せず、かつ、イヤホン１１０から出力される測定用信号が外耳道内へ導かれ得る関係にある（図３の（ｂ）の状態）。
【００２４】
上記状態において、測定用信号は、一対のイヤホン１１０から出力され、外耳道を通り鼓膜で反射して、再びイヤホン１１０へ戻ってくる。イヤホン１１０は、この戻ってくる測定用信号を測定する。イヤホン１１０で測定された信号（以下、未装着状態信号という）は、分配部１０５、マイクアンプ部１０６、及びＡ／Ｄ変換部１０７を介して解析部１０８に出力され記憶される。
【００２５】
一方、未装着状態信号を測定する方法として、外耳道を模した外耳道シミュレータを用いた方法もある。この外耳道シミュレータ１２１とは、長さ約２５ｍｍ及び直径約７ｍｍの円筒形状の測定器具である（図４）。外耳道シミュレータ１２１としては、一方端が開放かつ他方端が塞がれた構造のもの（図４の（ｂ））と、両方端が開放された構造のもの（図４の（ａ））とが考えられる。一方端が開放かつ他方端が塞がれた構造の外耳道シミュレータ１２１を用いる場合は、外耳道シミュレータ１２１と聴取に使用するイヤホン１１０とが接触せず、かつ、イヤホン１１０から出力される測定用信号が外耳道シミュレータ１２１へ導かれ得る関係にある状態で測定を行う。また、両方端が開放された構造の外耳道シミュレータ１２１を用いる場合は、聴取に使用するイヤホン１１０を外耳道シミュレータ１２１の一方端に装着して測定を行う。このようにすると、イヤホン１１０を装着した側が閉塞端となり、反対側が開放端となるため、図４の（ａ）と同様の一端閉の状態における特性を測定することができる。この外耳道シミュレータ１２１を使用した場合、標準的な外耳道の長さ（２５ｍｍ）及び幅（７ｍｍ）に基づいた未装着状態信号を測定することができる。
【００２６】
なお、上述した装着状態信号の測定と未装着状態信号の測定とは、順番が前後しても構わない。
【００２７】
図５は、解析部１０８の詳細な構成例を示す図である。図５において、解析部１０８は、ＦＦＴ処理部１１４、メモリ部１１５、係数算出部１１６、及びＩＦＦＴ処理部１１７を備える。
【００２８】
ＦＦＴ処理部１１４は、Ａ／Ｄ変換部１０７から出力される装着状態信号及び未装着状態信号をそれぞれ高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理し、周波数領域の装着状態信号及び未装着状態信号へ変換する。メモリ部１１５は、ＦＦＴ処理された２つの周波数領域の信号を蓄積する。係数算出部１１６は、メモリ部１１５に蓄積された２つの信号を読み出して、装着状態信号から未装着状態信号を減算した差分を係数として求める。この係数は、イヤホン１１０を装着した状態からイヤホン１１０を装着していない（未装着の）状態へと変換することを意味する。
【００２９】
係数算出部１１６が求める係数は、周波数領域のデータである。このため、ＩＦＦＴ処理部１１７は、係数算出部１１６で求められた周波数領域の係数を逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）処理し、時間領域の係数へ変換する。このＩＦＦＴ処理部１１７で変換された時間領域の係数は、外耳道補正フィルタとして外耳道補正フィルタ処理部１０９に与えられる。
【００３０】
なお、外耳道補正フィルタ処理部１０９が周波数領域での畳み込み処理を行う場合は、ＩＦＦＴ処理部１１７によるＩＦＦＴ処理を行わずに、係数算出部１１６が求めた周波数領域の係数を外耳道補正フィルタ処理部１０９へ直接与えてもよい。但し、この場合、ＦＦＴ処理部１１４のＦＦＴ長は、外耳道補正フィルタ処理部１０９で使用するＦＦＴ長と同じにする必要がある。
【００３１】
また、ＦＦＴ処理部１１４は、測定の開始（測定用信号の発生）から直ちにＦＦＴ処理をしてもよいが、図２Ｂに示すように測定用信号の最初の部分を除外（遅延）してＦＦＴ処理を行ってもよい。
【００３２】
２．再生モード
上述した測定モードの実行によって、外耳道補正フィルタが外耳道補正フィルタ処理部１０９に与えられた後、音源信号が以下のように再生される。
【００３３】
聴取者によって、音響再生装置１００が再生モードに設定される。再生モードが設定されると、信号切替部１０２は、外耳道補正フィルタ処理部１０９とＤ／Ａ変換部１０３とを接続した状態に、信号経路を切り換える。そして、聴取者が、両耳に一対のイヤホン１１０を装着し、例えば聴取者による再生開始ボタンの押下等が行われることで、音源信号の再生が開始される。
【００３４】
音源信号の再生が開始されると、外耳道補正フィルタ処理部１０９は、音源信号を入力し、解析部１０８から付与された外耳道補正フィルタを音源信号に畳み込む処理を行う。この畳み込み処理によって、イヤホン１１０を装着した状態であってもイヤホン１１０を装着していない（外耳道が塞がれていない）場合と同等の音響特性を得ることができる。畳み込み処理された音源信号は、信号切替部１０２、Ｄ／Ａ変換部１０３、アンプ部１０４、及び分配部１０５を介して、聴取者の両耳に装着される一対のイヤホン１１０から出力される。
【００３５】
以上のように、本発明の第１の実施形態に係る音響再生装置１００によれば、聴取に使用するイヤホン１１０を用いて、個人の外耳道の特性を測定して最適な外耳道補正フィルタを求めることができる。これにより、聴取に使用するイヤホン１１０に最適で、耳にイヤホン１１０を装着していても未装着の場合と同等の受聴状態を実現することが可能となる。
【００３６】
なお、上記第１の実施形態では、マイクアンプ部１０６及びＡ／Ｄ変換部１０７の構成を使用しているが、ＡＮＣ（アクティブ・ノイズ・キャンセラ）機能が付加された装置である場合には、マイクアンプ部１０６とＡ／Ｄ変換部１０７とを共用することも可能である。
【００３７】
＜第２の実施形態＞
図６は、本発明の第２の実施形態に係る音響再生装置２００の構成を示す図である。図６に示す音響再生装置２００は、測定用信号発生部１０１、信号処理部１１１、解析部１０８、外耳道補正フィルタ処理部１０９、イヤホン１１０、及びＨＲＴＦ処理部２１２を備える。
【００３８】
図６に示す第２の実施形態に係る音響再生装置２００は、上記第１の実施形態に係る音響再生装置１００とＨＲＴＦ処理部２１２の構成が異なる。以下、音響再生装置２００については、異なる構成であるＨＲＴＦ処理部２１２を中心に説明し、音響再生装置１００と同じ構成要素については同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【００３９】
再生モードにおいて音源信号の再生が開始されると、音源信号がＨＲＴＦ処理部２１２に入力される。ＨＲＴＦ処理部２１２は、予め設定された頭部伝達関数（ＨＲＴＦ）を音源信号に畳み込む。この頭部伝達関数を使用することにより、イヤホン１１０を用いた場合であってもスピーカで聴いているような音像を聴取できるようになる。外耳道補正フィルタ処理部１０９は、ＨＲＴＦ処理部２１２から頭部伝達関数が畳み込まれた音源信号を入力し、解析部１０８から付与された外耳道補正フィルタを音源信号に畳み込む処理を行う。
【００４０】
以上のように、本発明の第２の実施形態に係る音響再生装置２００によれば、上記第１の実施形態による効果に加えて、三次元音場再生についての制御精度を向上させ、より自然な状態の頭外音像定位を実現することが可能になる。
なお、外耳道補正フィルタ処理部１０９及びＨＲＴＦ処理部２１２の配置は、前後しても構わない。
【００４１】
＜第３の実施形態＞
図７は、本発明の第３の実施形態に係る音響再生装置３００の構成を示す図である。図７に示す音響再生装置３００は、測定用信号発生部１０１、信号処理部１１１、解析部３０８、外耳道補正フィルタ処理部１０９、及びイヤホン１１０を備える。図８は、解析部３０８の詳細な構成例を示す図である。図８において、解析部３０８は、ＦＦＴ処理部１１４、メモリ部１１５、係数算出部１１６、ＩＦＦＴ処理部１１７、畳み込み処理部３１８、及びＨＲＴＦ記憶部３１９を備える。
【００４２】
図７及び図８に示す第３の実施形態に係る音響再生装置３００は、上記第１の実施形態に係る音響再生装置１００と畳み込み処理部３１８及びＨＲＴＦ記憶部３１９の構成が異なる。以下、音響再生装置３００については、異なる構成である畳み込み処理部３１８及びＨＲＴＦ記憶部３１９を中心に説明し、音響再生装置１００と同じ構成要素については同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【００４３】
ＩＦＦＴ処理部１１７から出力される時間領域のフィルタは、畳み込み処理部３１８に入力される。ＨＲＴＦ記憶部３１９は、予め定位させたい方位の頭部伝達関数のフィルタ係数を記憶する。畳み込み処理部３１８は、ＩＦＦＴ処理部１１７から入力する外耳道補正フィルタとＨＲＴＦ記憶部３１９に記憶された頭部伝達関数のフィルタ係数とを畳み込む。この畳み込み処理部３１８で畳み込まれたフィルタは、頭部伝達関数特性を含んだ外耳道補正フィルタとして外耳道補正フィルタ処理部１０９に与えられる。
【００４４】
なお、外耳道補正フィルタ処理部１０９が周波数領域での畳み込み処理を行う場合は、ＩＦＦＴ処理部１１７によるＩＦＦＴ処理を行わずに、係数算出部１１６が求めた周波数領域の係数とＨＲＴＦ記憶部３１９に記憶された頭部伝達関数のフィルタ係数とを畳み込めばよい。但し、この場合、ＦＦＴ処理部１１４のＦＦＴ長は、外耳道補正フィルタ処理部１０９で使用するＦＦＴ長と同じにする必要がある。
【００４５】
以上のように、本発明の第３の実施形態に係る音響再生装置３００によれば、上記第１の実施形態による効果に加えて、三次元音場再生についての制御精度を向上させ、より自然な状態の頭外音像定位を実現することが可能になる。
また、第３の実施形態に係る音響再生装置３００では、頭部伝達関数を用いた音像定位処理を解析部３０８内で処理しているため、上記第２の実施形態に係る音響再生装置２００と比べて、再生モード時に音源信号に対して行う演算量を軽減することができる。
【００４６】
＜第４の実施形態＞
図９は、本発明の第４の実施形態に係る音響再生装置４００の構成を示す図である。図９に示す音響再生装置４００は、測定用信号発生部１０１、信号処理部１１１、解析部４０８、外耳道補正フィルタ処理部１０９、及びイヤホン１１０を備える。
【００４７】
図９に示す第４の実施形態に係る音響再生装置４００は、上記第１の実施形態に係る音響再生装置１００と解析部４０８の構成が異なる。以下、音響再生装置４００については、異なる構成である解析部４０８を中心に説明し、音響再生装置１００と同じ構成要素については同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【００４８】
この第４の実施形態に係る音響再生装置４００では、測定モードにおいて装着状態信号だけが測定される。そして、解析部４０８では、この装着状態信号に基づいて以下の手順で外耳道補正フィルタを求める。
【００４９】
図１０は、解析部４０８の詳細な構成例を示す図である。図１０において、解析部４０８は、ＦＦＴ処理部４１４、メモリ部４１５、係数算出部４１６、及び標準外耳道補正フィルタ記憶部４２０を備える。
【００５０】
ＦＦＴ処理部４１４は、Ａ／Ｄ変換部１０７から出力される装着状態信号を高速フーリエ変換処理し、周波数領域の装着状態信号へ変換する。メモリ部４１５は、ＦＦＴ処理された周波数領域の装着状態信号を蓄積する。係数算出部４１６は、メモリ部４１５に蓄積された装着状態信号を読み出して、装着状態信号の周波数成分を解析してピーク及びディップとなる周波数を求める。
【００５１】
このピーク及びディップとなる周波数は、外耳道による共振周波数であり、耳にイヤホン１１０を装着して測定した装着状態信号から共振周波数を特定することが可能である。なお、共振周波数のうち、外耳道補正が必要な高い共振が起こる周波数帯域は、外耳道の長さを考慮すると２ｋＨｚ〜１０ｋＨｚとなる。よって、ピーク及びディップの算出には、上記周波数帯域のみを求めることで演算量を少なくすることが可能である。
【００５２】
標準外耳道補正フィルタ記憶部４２０は、標準的な人の外耳道を模した外耳道シミュレータに特定のイヤホンを装着して測定された標準外耳道フィルタ及び標準外耳道補正フィルタのパラメータがそれぞれ記憶されている。標準外耳道フィルタ及び標準外耳道補正フィルタは、ＩＩＲフィルタで構成されているものとする。ＩＩＲフィルタは、中心周波数Ｆ、ゲインＧ、及び遷移幅Ｑのパラメータで構成される。係数算出部４１６は、測定を行った周波数特性のピーク及びディップの周波数を算出した後、標準外耳道補正フィルタ記憶部４２０から標準外耳道フィルタのパラメータを読み出す。係数算出部４１６は、この中心周波数Ｆを該当するピーク及びディップの周波数に修正する。
【００５３】
図１１に、係数算出部４１６が行うフィルタの修正（中心周波数Ｆの修正）例を示す。図１１の（ａ）は、装着状態信号の周波数特性を示し、図１１の（ｂ）は、標準外耳道フィルタの周波数特性を示す。装着状態信号の周波数特性に注目すると、１番目のピーク周波数Ｆ１’は標準外耳道フィルタの中心周波数Ｆ１に相当し、１番目のディップ周波数Ｆ２’は標準外耳道フィルタの中心周波数Ｆ２に相当することがわかる。そこで、係数算出部４１６は、標準外耳道フィルタの中心周波数Ｆ１及びＦ２を、それぞれ周波数Ｆ１’及びＦ２’に修正する差分Ｆ１diff（＝Ｆ１−Ｆ１’）及び差分Ｆ２diff（＝Ｆ２−Ｆ２’）を算出する（図１１の（ｃ）を参照）。次に、係数算出部４１６は、標準外耳道補正フィルタ記憶部４２０から標準外耳道補正フィルタを読み出す。標準外耳道フィルタの中心周波数Ｆ１が標準外耳道補正フィルタの中心周波数Ｆ３に対応し、標準外耳道フィルタの中心周波数Ｆ２が標準外耳道補正フィルタの中心周波数Ｆ４に対応する場合（図１１の（ｄ））、係数算出部４１６は、標準外耳道補正フィルタの中心周波数Ｆ３を差分Ｆ１diffで補正した周波数Ｆ３’を算出し、また中心周波数Ｆ４を差分Ｆ２diffで補正した周波数Ｆ４’を算出する（図１１の（ｅ））。この処理により、外耳道補正フィルタの修正が完了する。
【００５４】
標準外耳道補正フィルタの修正が完了した後、係数算出部４１６は、ＩＩＲフィルタをＦＩＲフィルタへ変換し、外耳道補正フィルタ処理部１０９へ付与する。なお、外耳道補正フィルタがＩＩＲフィルタで構成されている場合はＩＩＲフィルタのパラメータからＩＩＲフィルタ係数を算出し、外耳道補正フィルタ処理部１０９へ与えればよい。
【００５５】
以上のように、本発明の第４の実施形態に係る音響再生装置４００によれば、標準外耳道補正フィルタが持つピーク及びディップ周波数を測定した装着状態信号に基づいて修正する。これにより、上記第１の実施形態による効果を、少ない測定回数で実現することが可能となる。この第４の実施形態による修正方法は、上記第２及び第３の実施形態にも同様に適用することが可能である。
【００５６】
＜第５の実施形態＞
図１２は、本発明の第５の実施形態に係る音響再生装置５００の構成を示す図である。図１２に示す音響再生装置５００は、測定用信号発生部１０１、信号処理部１１１、解析部４０８、外耳道補正フィルタ処理部１０９、及びイヤホン１１０を備える。図１３は、解析部５０８の詳細な構成例を示す図である。図１３において、解析部５０８は、リサンプリング処理部５１８、ＦＦＴ処理部５１４、メモリ部１１５、係数算出部１１６、ＩＦＦＴ処理部１１７を備える。
【００５７】
図１２及び図１３に示す第５の実施形態に係る音響再生装置５００は、上記第１の実施形態に係る音響再生装置１００とリサンプリング処理部５１８及びＦＦＴ処理部５１４の構成が異なる。以下、音響再生装置５００については、異なる構成であるリサンプリング処理部５１８及びＦＦＴ処理部５１４を中心に説明し、音響再生装置１００と同じ構成要素については同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【００５８】
この第５の実施形態に係る音響再生装置５００では、測定モードにおいて装着状態信号だけが測定される。そして、解析部５０８では、この装着状態信号に基づいて以下の手順で外耳道補正フィルタを求める。
【００５９】
リサンプリング処理部５１８は、Ａ／Ｄ変換部１０７から出力される装着状態信号に対してリサンプリング処理を行う。例えば、装着状態信号のサンプリング周波数が４８ｋＨｚの場合には、２４ｋＨｚへ変換することと同様の処理を行う。この処理は、両方端が閉じた共鳴特性に対して一方端が閉じた共鳴特性では、その共鳴する周波数が１／２になることから、両方端を閉じた状態で測定した周波数特性を１／２に変換することで一方端が閉じた周波数特性を模擬的に算出することを意味する。
【００６０】
図１４に、リサンプリング処理部５１８が行うリサンプリング処理の簡易的な手法について説明する。図１４の（ａ）は、Ａ／Ｄ変換部１０７から出力される装着状態信号の一例である。図１４の（ｂ）では、装着状態信号の各値と同じ値で１回補間する手法によって、周波数特性を１／２に変換している。また、図１４の（ｃ）では、装着状態信号の互いに隣接する値の中央値を直線補間する手法によって、周波数特性を１／２に変換している。この他にも、スプライン補間等の補間方式を用いてもよい。また他のリサンプリング方法を用いてもよい。
【００６１】
ＦＦＴ処理部５１４は、Ａ／Ｄ変換部１０７から出力される装着状態信号及びリサンプリング処理部５１８においてリサンプリング処理された未装着状態模擬信号をそれぞれ高速フーリエ変換処理し、周波数領域の装着状態信号及び未装着状態模擬信号へ変換する。メモリ部１１５は、ＦＦＴ処理された２つの周波数領域の信号を蓄積する。係数算出部１１６は、メモリ部１１５に蓄積された２つの信号を読み出して、装着状態信号から未装着状態模擬信号を減算した差分を係数として求める。この係数は、イヤホン１１０を装着した状態からイヤホン１１０を装着していない（未装着の）状態へと変換することを意味する。
【００６２】
以上のように、本発明の第５の実施形態に係る音響再生装置５００によれば、装着状態信号に対してリサンプリング処理を行って未装着状態模擬信号を求める。これにより、上記第１の実施形態による効果を、少ない測定回数で実現することが可能となる。この第５の実施形態による修正方法は、上記第２及び第３の実施形態にも同様に適用することが可能である。
【００６３】
なお、上記第１〜第５の実施形態で説明した測定モードで実行される各処理は、典型的には図１５に示されるようにパソコン（ＰＣ）５０１を介して実施される。ＰＣ５０１上には、測定モードで実行される各処理を行うソフトウェアが搭載されている。このソフトウェアを実行することで所定の処理が順次実行され、結果として得られる外耳道補正フィルタがＰＣ５０１に搭載されているメモリや無線等を通して音響再生装置１００〜５００へ転送される。
【００６４】
このように、ＰＣ５０１を用いて測定モードの各処理を実行できれば、音響再生装置１００〜５００側に測定モードの各処理の実行機能を求めなくてもよくなる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明の音響再生装置は、挿耳型イヤホンを用いて音響再生を行う音響再生装置等に利用可能であり、特に耳にイヤホンを装着した場合であっても外耳道が塞がれていない場合と同等の受聴状態を実現したい場合等に有用である。
【符号の説明】
【００６６】
１００、２００、３００、４００  音響再生装置
１０１  測定用信号発生部
１０２  信号切替部
１０３  Ｄ／Ａ変換部
１０４  アンプ部
１０５  分配部
１０６  マイクアンプ部
１０７  Ａ／Ｄ変換部
１０８、３０８、４０８、５０８  解析部
１０９  外耳道補正フィルタ処理部
１１０  イヤホン
１１１  信号処理部
１１４、４１４、５１４  ＦＦＴ処理部
１１５、４１５  メモリ部
１１６、４１６  係数算出部
１１７  ＩＦＦＴ処理部
１２１  外耳道シミュレータ
２１２  ＨＲＴＦ処理部
３１８  畳み込み処理部
３１９  ＨＲＴＦ記憶部
４２０  標準外耳道補正フィルタ記憶部
５０１  ＰＣ
５１８  リサンプリング処理部
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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