(57)【要約】  本開示に係る音響出力装置は、一端が聴取者の外耳道入口付近に配置される中空構造の音導部の他端に出力するための音響を取得する音響取得部と、前記音導部に取り込まれる音響の頭部伝達関数を調整する頭部伝達関数調整部と、を備える。頭部伝達関数調整部により音導部に取り込まれる音響の頭部伝達関数を調整することで、音響出力装置の装着状態においても、周囲音とともに音響出力装置から提示される音を違和感なく聴取することができる。【選択図】図８
2017061218.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端が聴取者の外耳道入口付近に配置される中空構造の音導部の他端に出力するための音響を取得する音響取得部と、
前記音導部に取り込まれる音響の頭部伝達関数を調整する頭部伝達関数調整部と、
を備える、音響出力装置。
【請求項２】
前記音導部に取り込まれる音響の音響環境を調整する音響環境調整部を更に備える、請求項する、請求項１に記載の音響出力装置。
【請求項３】
前記頭部伝達関数調整部は、前記音響の音像位置が聴取者の耳に直接入る周囲音とは異なる場所に位置するように前記頭部伝達関数を変化させる、請求項１に記載の音響出力装置。
【請求項４】
前記頭部伝達関数調整部は、前記音響の音像位置が前記聴取者の頭の上方又は前記聴取者の足元に位置するように前記頭部伝達関数を変化させる、請求項１に記載の音響出力装置。
【請求項５】
前記頭部伝達関数調整部は、聴取者の操作に基づいて前記頭部伝達関数を調整する、請求項１に記載の音響出力装置。
【請求項６】
前記音響環境調整部は、聴取者の操作に基づいて前記音響環境を調整する、請求項２に記載の音響出力装置。
【請求項７】
前記音響環境調整部は、前記聴取者の周辺環境の音声情報に基づいて前記音響環境を調整する、請求項２に記載の音響出力装置。
【請求項８】
前記音響環境調整部は、前記周辺環境の前記音声情報を人の声とそれ以外の環境音に分離した結果に基づいて前記音響環境を調整する、請求項７に記載の音響出力装置。
【請求項９】
前記音響環境調整部は、前記聴取者の周辺環境の音声情報の分析結果を他装置から取得して前記音響環境を調整する、請求項２に記載の音響出力装置。
【請求項１０】
前記音響環境調整部は、聴取者の位置情報に基づいて前記音響環境を調整する、請求項２に記載の音響出力装置。
【請求項１１】
前記頭部伝達関数調整部は、聴取者の頭の向きに基づいて前記頭部伝達関数を調整する、請求項１に記載の音響出力装置。
【請求項１２】
前記頭部伝達関数調整部は、聴取者の頭の向きに関わらず音像位置が一定の位置となるように頭部伝達関数を調整する、請求項２に記載の音響出力装置。
【請求項１３】
前記音導部を介さずに前記聴取者の耳に伝える音響を出力する音響出力部を備える、請求項１に記載の音響出力装置。
【請求項１４】
前記音導部に出力する音響と前記音導部を介さずに前記聴取者の耳に伝える音響の一方を遅延させる、請求項１３に記載の音響出力装置。
【請求項１５】
前記音導部を介さずに前記聴取者の耳に伝える音響を前記音導部に出力する音響に対して遅延させる遅延部を備える、請求項１３に記載の音響出力装置。
【請求項１６】
聴取者の位置情報を取得する位置情報取得部を備え、
前記音響取得部は、前記位置情報に基づくナビゲーション情報を取得する、請求項１に記載の音響出力装置。
【請求項１７】
前記音響取得部は、前記聴取者の発声又は前記聴取者の動作を指示するための音声を取得する、請求項１に記載の音響出力装置。
【請求項１８】
前記音響取得部は、前記聴取者が視認する任意の事象を解説するためのガイダンス情報であって、複数の言語のうち聴取者によって指定された言語の前記ガイダンス情報を取得する、請求項１に記載の音響出力装置。
【請求項１９】
一端が聴取者の外耳道入口付近に配置される中空構造の音導部の他端に出力するための音響を取得することと、
前記音導部に取り込まれる音響の頭部伝達関数を調整することと、
を備える、音響生成方法。
【請求項２０】
一端が聴取者の外耳道入口付近に配置される中空構造の音導部の他端に出力するための音響を取得する手段、
前記音導部に取り込まれる音響の頭部伝達関数を調整する手段、
としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、音響出力装置、音響生成方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、再生装置等から出力された電気信号をスピーカで音響信号に変換する小型のイヤホンが広く普及している。このようなイヤホンは、着用した聴取者本人だけに聴こえるように音響を発するため、様々な環境で利用されている。【０００３】
これらのイヤホンは、聴取者の耳に差し込む形状をしており、例えばカナル型イヤホンは、耳の穴（外耳道：ｅａｒ  ｃａｎａｌ）に深く差し込んで使用する形状であり、構造上密閉型が多く、遮音性能が比較的良好であることから、騒音のやや大きい場所でも音楽等を楽しめるといったメリットがある。【０００４】
カナル型イヤホンは、一般的に、電気信号を音響信号に変換するスピーカー・ユニットと、音響管を兼ねたほぼ円筒状のハウジング（筐体）を基本構成要素として、スピーカー・ユニットはハウジングの一端（外耳道の外側）に取り付けられる。ハウジングには、スピーカー・ユニットで発生した空気振動を外耳道に放射して鼓膜に伝える放射出口が設けられている。また、ハウジングの他端（外耳道の挿入部分）には、通常、聴取者が装着した際に外耳道に合致した形状となるイヤピース（着脱式部品）が取り付けられている。例えば特許文献１には、ハウジングの中心から外れた位置から斜めに音響管を配置することにより、耳甲介にハウジングを収めた上で、外耳道入口まで音響管を配置することができる、カナル型のイヤホン装置についての提案がなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４７０９０１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
聴取者がイヤホンを装着して、提示される音を聴取している間であっても、例えば周囲の人々が話しかけたときなどに、周囲音も同時に聴取する必要がある。しかしながら、カナル型など従来のイヤホンの殆どは、装着状態において、聴取者が周囲音を聴き取ることは極めて困難である。これは、再生音質の向上や再生音の外部への漏れ防止などの観点から、耳穴をほぼ完全に塞ぐ構造となっているためである。例えば、ウォーキング、ジョギング、サイクリング、登山、スキー、スノーボードを始めとする野外並びに室内でスポーツを行う際や、運転若しくはナビゲーションの際において、周囲音を聴き取ることができないと不便であり、危険な状況にもなりかねない。また、コミュニケーション、プレゼンテーションの際に周囲音を聴き取ることができないと、利便性が低下してしまう。更には、従来のイヤホンは、周囲の人にも、装着状態の聴取者は耳穴を塞いでいるように見えるため、イヤホンの装着者に話し掛けづらい印象を与えることになり、人と人とのコミュニケーションを阻害することにもなる。【０００７】
上記事情に鑑みれば、音響出力装置の装着状態においても、周囲音とともに音響出力装置から提示された音を違和感なく聴取できるようにすることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示によれば、一端が聴取者の外耳道入口付近に配置される中空構造の音導部の他端に出力するための音響を取得する音響取得部と、前記音導部に取り込まれる音響の頭部伝達関数を調整する頭部伝達関数調整部と、を備える、音響出力装置が提供される。【０００９】
前記音導部に取り込まれる音響の音響環境を調整する音響環境調整部を更に備えるものであっても良い。【００１０】
また、前記頭部伝達関数調整部は、前記音響の音像位置が聴取者の耳に直接入る周囲音とは異なる場所に位置するように前記頭部伝達関数を変化させるものであっても良い。【００１１】
また、前記頭部伝達関数調整部は、前記音響の音像位置が前記聴取者の頭の上方又は前記聴取者の足元に位置するように前記頭部伝達関数を変化させるものであっても良い。【００１２】
また、前記頭部伝達関数調整部は、聴取者の操作に基づいて前記頭部伝達関数を調整するものであっても良い。【００１３】
また、前記音響環境調整部は、聴取者の操作に基づいて前記音響環境を調整するものであっても良い。【００１４】
また、前記音響環境調整部は、前記聴取者の周辺環境の音声情報に基づいて前記音響環境を調整するものであっても良い。【００１５】
また、前記音響環境調整部は、前記周辺環境の前記音声情報を人の声とそれ以外の環境音に分離した結果に基づいて前記音響環境を調整するものであっても良い。【００１６】
また、前記音響環境調整部は、前記聴取者の周辺環境の音声情報の分析結果を他装置から取得して前記音響環境を調整するものであっても良い。【００１７】
また、前記音響環境調整部は、聴取者の位置情報に基づいて前記音響環境を調整するものであっても良い。【００１８】
また、前記頭部伝達関数調整部は、聴取者の頭の向きに基づいて前記頭部伝達関数を調整するものであっても良い。【００１９】
また、前記頭部伝達関数調整部は、聴取者の頭の向きに関わらず音像位置が一定の位置となるように頭部伝達関数を調整するものであっても良い。【００２０】
また、前記音導部を介さずに前記聴取者の耳に伝える音響を出力する音響出力部を備えるものであっても良い。【００２１】
また、前記音導部に出力する音響と前記音導部を介さずに前記聴取者の耳に伝える音響の一方を遅延させるものであっても良い。【００２２】
また、前記音導部を介さずに前記聴取者の耳に伝える音響を前記音導部に出力する音響に対して遅延させる遅延部を備えるものであっても良い。【００２３】
また、聴取者の位置情報を取得する位置情報取得部を備え、前記音響取得部は、前記位置情報に基づくナビゲーション情報を取得するものであっても良い。【００２４】
また、前記音響取得部は、前記聴取者の発声又は前記聴取者の動作を指示するための音声を取得するものであっても良い。【００２５】
また、前記音響取得部は、前記聴取者が視認する任意の事象を解説するためのガイダンス情報であって、複数の言語のうち聴取者によって指定された言語の前記ガイダンス情報を取得するものであっても良い。【００２６】
また、本開示によれば、一端が聴取者の外耳道入口付近に配置される中空構造の音導部の他端に出力するための音響を取得することと、前記音導部に取り込まれる音響の頭部伝達関数を調整することと、を備える、音響生成方法が提供される。【００２７】
また、本開示によれば、一端が聴取者の外耳道入口付近に配置される中空構造の音導部の他端に出力するための音響を取得する手段、前記音導部に取り込まれる音響の頭部伝達関数を調整する手段、としてコンピュータを機能させるためのプログラムが提供される。
【発明の効果】
【００２８】
以上説明したように本開示によれば、音響出力装置の装着状態においても、周囲音とともに音響出力装置から提示された音を違和感なく聴取できる。
なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、または本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本開示の一実施形態に係る音響出力装置の構成を示す模式図である。
【図２】本開示の一実施形態に係る音響出力装置の構成を示す模式図である。
【図３】耳穴開放型の音響出力装置が聴取者の耳に音波を出力する様子を示す模式図である。
【図４】本実施形態の原理を示す模式図であって、ヘッドホン(イヤホン)を用いたバーチャル音像定位の手法を示す模式図である。
【図５】本実施形態の原理を示す模式図であって、ヘッドホン(イヤホン)を用いたバーチャル音像定位の手法を示す模式図である。
【図６】図４及び図５に相当する音像定位を得るため、信号処理を用いた基本構成を示す模式図である。
【図７】図６に加えて、加速度センサ、ジャイロセンサ等のセンサをイヤホンに設置し、頭部に対してセンサの位置を固定とすることで、頭の水平、垂直回転に対応してＨＲＴＦのフィルタの処理を都度変更させるようにしたシステムを示す模式図である。
【図８】本実施形態に係る音響出力装置を図６のシステムに適用した例を示す模式図である。
【図９】再生時の周囲環境に対して音源を音像としてなじませるため、音響環境伝達関数Ｌ,Ｒをフィルタによって畳み込む構成を示す模式図である。
【図１０】図９のシステムの実際の応用例を示す模式図である。
【図１１】加速度センサ、ジャイロセンサ等のセンサで検出した頭の動きと連動して音像位置が実空間に対して固定されるような処理を加えた構成を示す模式図である。
【図１２】音源の音をBluetooth（登録商標）やWi-Fiのような無線システムから供給する例を示す模式図である。
【図１３】スポーツ中にコーチからのアドバイスを行うシステムを示す模式図である。
【図１４】講演中などに外部から講演者に指示を与えるシステム示す模式図である。
【図１５】音響出力装置にマイクを設置した例を示す模式図である。
【図１６】図１５に示す構成において、具体的な音響環境認識制御部の構成例を示す模式図である。
【図１７】自己相関算出部により反射音、残響を推定する手法を示す模式図である。
【図１８】スマートフォンなどの演算リソースが豊富な電子機器と音響出力装置を通信可能とし、音響環境認識制御部と周囲音響環境データベースを電子機器側に設けた例を示す模式図である。
【図１９】音響出力装置が備えるＧＰＳにより場所の判定を直接的に行い、判定結果に基づいてクラウドやスマートフォンで地図情報を解釈し、音響出力装置のユーザが位置する建物や場所に応じた代表的な音響環境を取得する例を示す模式図である。
【図２０】クルマや自転車を運転中に、ユーザが周囲の音を聞きながらナビゲーション情報を視聴する例を示す模式図である。
【図２１】クルマや自転車を運転中に、ユーザが周囲の音を聞きながらナビゲーション情報を視聴する例を示す模式図である。
【図２２】歩行中に、ユーザが周囲の音を聞きながらナビゲーション情報を視聴する例を示す模式図である。
【図２３】歩行中に、ユーザが周囲の音を聞きながらナビゲーション情報を視聴する例を示す模式図である。
【図２４】ＧＰＳで取得した情報に基づいてナビゲーションを行う構成の一例を示す模式図である。
【図２５】歌舞伎を複数の受聴者が見る場合を示す模式図である。
【図２６】オペラを複数の受聴者が見る場合を示す模式図である。
【図２７】ブロードキャスト的な音声配信機器の無線通信部により各ユーザの音響出力装置に観劇の解説などの音声情報を配信する例を示す模式図である。
【図２８】図２７の構成において、観劇の解説の音声情報を言語別にするとともに、音像定位位置や、ＨＲＴＦの個人差（相性）に応じてＨＲＴＦのフィルタタイプを切り換え可能に構成した例を示す模式図である。
【図２９】博物館での複数個の仮想音源を提示するシステムにも適用した例を示す模式図である。
【図３０】無線通信部を使って複数のユーザが同時に仮想スピーカで音楽を楽しむことができるシステムを示す模式図である。
【図３１】５．１ｃｈマルチチャンネルコンテンツのスピーカ配置例を示す模式図である。
【図３２】前方の音に対しては実際のテレビのスピーカを利用し、後方のサラウンド音に関しては、音響出力装置を使用する例を示す模式図である。
【図３３】図３２に示すシステムの構成を示す模式図である。
【図３４】図３２に示すシステムの構成を示す模式図である。
【図３５】図３３のシステムを想定して、ＨＲＴＦや音響環境フィルタリングに掛かるプロセッシング時間をＴｐｒ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等によるワイヤレス伝送に要する時間をＴｗｌ、スピーカからユーザ耳元に届く音響伝搬時間をＴａｃとした説明図である。
【図３６】測定信号Ａ、Ｂを同時に２つの再生ルートで同時に再生し、ディレイ値を測定する場合を示す模式図である。
【図３７】同時に再生される測定信号Ａ、Ｂの例として、異なる周波数成分を持つ波形を示す模式図である。
【図３８】映画館における適用例を示す模式図である。
【図３９】音響出力装置で再生される対象となるチャンネルやオブジェクトがコンテンツに含まれている場合に、これを実スピーカで再生するチャンネルやオブジェクトと分離する例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００３１】
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．音響出力装置の構成例
【００３２】
１．音響出力装置の構成例
まず、図１を参照して、本開示の一実施形態に係る音響出力装置の概略構成について説明する。図１及び図２は、本開示の一実施形態に係る音響出力装置１００の構成を示す模式図である。ここで、図１は音響出力装置１００の正面図であり、図２は音響出力装置１００を左側から見た斜視図である。図１及び図２に示す音響出力装置１００は、左耳に装着するように構成されているが、右耳装着用の音響出力装置（不図示）はこれとは左右対称に構成されている。
【００３３】
図１及び図２に示す音響出力装置１００は、音響を発生する音響発生部１１０と、音響発生部１１０から発生される音響を一端１２１から取り込む音導部１２０と、音導部１２０を他端１２２付近で保持する保持部１３０を備えている。音導部１２０は、内径が１〜５ｍｍの中空の管材からなり、その両端はともに開放端である。音導部１２０の一端１２１は、音響発生部１１０からの発生音の音響入力孔であり、他端１２２はその音響出力孔になっている。従って、一端１２１が音響発生部１１０に取り付けられることで、音導部１２０は片側開放状態となっている。
【００３４】
後述するように、保持部１３０は、外耳道の入り口付近（例えば、珠間切痕）と係合して、音導部１２０の他端１２２の音響出力孔が外耳道の奥側を向くように、音導部１２０をその他端１２２付近で支持する。音導部１２の少なくとも他端１２２付近の外径は、耳穴の内径よりもはるかに小さくなるように形成されている。従って、音導部１２０の他端１２２が保持部１３０によって外耳道の入り口付近で保持されている状態でも、聴取者の耳穴を塞ぐことはない。すなわち、耳穴は開放されている。音響出力装置１００は、従来のイヤホンとは異なり、「耳穴開放型」ということができる。
【００３５】
また、保持部１３０は、音導部１２０を保持した状態でも、外耳道入口（耳穴）を外界に開放する開放部１３１を備えている。図１及び図２に示す例では、保持部１３０は、リング状の構造体であり、棒状の支持部材１３２でのみ音導部１２０の他端１２２付近と連結しているので、リング状構造体のそれ以外の部分は全て開口部１３１となる。なお、後述するように、保持部１３０は、リング状構造に限定されるものではなく、中空構造を備えていれば、音導部１２０の他端１２２を支持できる任意の形状で良い。
【００３６】
管状の音導部１２０は、音響発生部１１０から発生される音響をその一端１２１から管内に取り込むと、その空気振動を伝搬して、保持部１３０によって外耳道の入り口付近に保持された他端１２２から外耳道に向けて放射して、鼓膜に伝える。
【００３７】
上述したように、音導部１２０の他端１２２付近を保持する保持部１３０は、外耳道の入り口（耳穴）を外界に開放する開口部１３１を備えている。従って、音響出力装置１００を装着している状態でも、聴取者の耳穴を塞ぐことはない。聴取者は、音響出力装置１００を装着して音響発生部１１０から出力される音響を聴取している間も、開口部１３１を介して周囲音を十分に聴取することができる。
【００３８】
また、本実施形態に係る音響出力装置１００は、耳穴を開放しているが、音響発生部１００からの発生音（再生音）の外部への漏れを抑制することができる。音導部１２０の他端１２２が外耳道の入り口付近で奥を向くように取り付けられ、発生音の空気振動を鼓膜の近くで放射することから、音響出力部１００の出力を小さくしても十分な音質を得ることができるからである。
【００３９】
また、音導部１２０の他端１２２から放射される空気振動の指向性も、音漏れの防止に寄与する。図３には、耳穴開放型の音響出力装置１００が聴取者の耳に音波を出力する様子を示している。音導部１２０の他端１２２から外耳道の内部に向けて空気振動が放射される。外耳道３００は、外耳道入り口３０１から始まり鼓膜３０２の内側で終了する穴であり、一般的におよそ２５〜３０ｍｍの長さがある。外耳道３００は筒状をした閉空間である。このため、音響部１２０の他端１２２から外耳道３００の奥に向かって放射された空気振動は、参照符号３１１で示すように、指向性を以って鼓膜３０２まで伝搬する。また、空気振動は外耳道３００内では音圧が上がることから、とりわけ低域の感度（ゲイン）が向上する。他方、外耳道３００の外側すなわち外界は開空間である。このため、音導部１２０の他端１２２から外耳道３００の外に放射された空気振動は、参照符号３１２で示すように、外界では指向性がなく、急激に減衰する。
【００４０】
再び図１及び図２を参照しながら説明する。管状の音導部１２０は、中間部分に、耳穴の背面側から正面側に折り返す屈曲形状を有している。この屈曲部分は、開閉構造を有するピンチ部１２３となっており、ピンチ力を発生して耳垂を挟持することができるが、詳細については後述する。
【００４１】
また、音導部１２０は、外耳道の入り口付近に配設される他端１２２と、屈曲するピンチ部１２３の間に、変形部１２４をさらに有している。変形部１２４は、過度な外力が作用すると変形して、音導部１２０の他端１２２が必要以上に外耳道の奥に入り込まないようにする。
【００４２】
以上のように構成された音響出力装置１００によれば、聴取者は、音響出力装置１００を装着している最中にも、周囲音を自然に聴くことができる。従って、空間把握、危険察知、会話並びに会話時の微妙なニュアンスの把握といった、聴覚特性に依存した人間の機能を正常に利用することができる。
【００４３】
以上のように、音響出力装置１００は、再生のための構造物で耳穴近傍を塞がないことで周囲の音は音響的に透過と見なすことができ、通常のイヤホンを装着していない環境と同様、周囲の音はそのまま聞こえており、それに対してパイプやダクト形状を通じて目的とする音声情報や音楽も同時に再生することで、双方の音を聴取することができるものである。
【００４４】
現在一般に普及しているカナル型と言われるイヤホンデバイスの場合、基本的には外耳道を塞ぐ密閉構造となっているため、自分の発生する音声や自らの咀嚼音は、外耳道の開放時と比べて異なるように聴こえるため、違和感があり、ユーザの不快感の原因となることが多い。これは、自発声音や咀嚼音が骨や肉を通じて、密閉された外耳道に放射されるため、低域が増強された状態で、その音が鼓膜に通じるためと考えられている。音響出力装置１００ではこのような現象が起こらないため、目的とする音声情報を聞きながらでも、通常通りの会話を楽しむことが可能である。
【００４５】
一方、実際の周囲環境の音と、音響出力装置１００から再生されている必要な音声情報（例えば音楽や、ラジオやネットからの情報音声）は、ユーザが同時に聴取できるものの、相互的に邪魔になることが考えられる。また、周囲環境音は当然ながら「通常の聞こえ」と同じため、音源の定位は適切な距離感をもっているが、再生される音声情報や音楽が、一般的なイヤホン同様外耳道近くで再生されると、音像の距離感が近くなり頭内定位を起こす。同様に、再生される音声情報や音楽をステレオ状態で聞く場合にも音像の距離感が近くなり、頭内定位を起こす。このように、周囲環境音と再生される音声情報等との距離感と「聞こえ方」が異なると、同時に両者の音を聞く場合は、「聞き疲れ」を起こしたり、音声の内容を認識するのに時間が要することになる。例えば、音楽を聴いている最中に、周囲環境音の中にアラームが鳴っている場合などに、聴覚的に注力(フォーカス)すべきターゲットに移行する時間が遅れをとったりすることになる。
【００４６】
このため、本実施形態では、一般的に「カクテルパーティ効果」として知られている現象を、システムとして作り出すことで、これらの課題を解決する。カクテルパーティ効果の原理に関しては諸説あるが、３次元空間での音像位置情報を脳の中で空間認識できるため、その分別ができることもその１つである。たとえば、モノラルマイクで録音された会議録音コンテンツを再生すると人の会話の分離・分別は困難であるが、バイノーラル録音された会議録音コンテンツであれば、後からヘッドホンで再生すると会話の分離・分別が容易になることがからも、これがうかがえる。
【００４７】
つまり、音響出力装置１００から再生される音声情報、音楽などは、そのまま耳の外耳道近くで再生されるが、信号処理を用いて人為的な位置に音像定位させる。周囲音環境に馴染むように音源を提供することで、または、あたかも自然空間に音源があるかのような聞こえ方を提供することで、ユーザの聞き疲れを減らすことができる。また、周囲環境音と再生音声情報の両方を、ユーザが(脳内で)把握する音像マップを頼りに、移行時間や聞き疲れの意識が少なく、選択的に聴取することが可能になる。
【００４８】
このような音像定位は、一般的に映像分野で知られるＡＲ(Augmented  Reality：拡張現実)として知られるものの音響版として、「音響ＡＲ」と称することができる。また、周囲音に対して再生音声情報をオーバーレイする、とも考えることができる。本実施形態は、上記課題解決をベースとしたシステムおよび、さらに新しいUXについても、言及するものである。
【００４９】
図４〜図５は、本実施形態の原理を示す模式図であって、ヘッドホン(イヤホン)を用いたバーチャル音像定位の手法を示している。図４では、アンプ４０２、スピーカ４０４を介して人間４００へ音源４０６の音が提示される様子を示している。この際、両耳までの頭部伝達関数(以下、ＨＲＴＦと称する：Head-Related Transfer Function)を介して、両耳に配置したマイク４０８により音源の音を聴取する。マイク４０８で聴取した音は、両耳での受聴音に対応する。人間は、この両耳での受聴音を頼りに、主に過去の経験から音源の位置を推定している。
【００５０】
図５に示すように、図４と同様に、マイク４０８を有するダミーヘッド４１０を介して音源４０６の音を収音し、収音した音をアンプ４１２で再生した場合、人間４００は図４と同様の音を両耳に装着したイヤホン４１４で受聴することができる。この音は、前述したバイノーラル録音により録音した音の再生に相当する。頭部伝達関数は、音源４０６の位置から聴取者の耳までの伝達特性に相当する。なお、バイノーラル録音、再生では、厳密にはマイクとヘッドホンの特性分を補正する必要がある。
【００５１】
図６は、図４及び図５に相当する音像定位を得るため、信号処理を用いた基本構成を示している。音源４０６(モノラルのドライソース)に対して、目的とする音像位置用の各耳のＨＲＴＦを時間軸上でＭＰＵやＤＳＰで畳み込むことで、任意の場所への音像定位を実現させることができる。
【００５２】
図７は、図６に加えて、加速度センサ、ジャイロセンサ等のセンサ４１６をイヤホン４１４に設置し、頭部に対してセンサ４１６の位置を固定とすることで、頭の水平、垂直回転に対応してＨＲＴＦのフィルタ４１５の処理を都度変更させるようにしたシステムである。これにより、聴取者が頭を回転したとしても、頭の回転に合わせてＨＲＴＦのフィルタ処理を調整することで、空間における音像定位の認識位置が変わらないようにすることができる。従って、聴取者は音源４０６の音像定位をより現実的に感じることができる。
【００５３】
図８は、本実施形態に係る音響出力装置１００を図６のシステムに適用した例を示す模式図である。つまり、図８では、イヤホン４１４の代わりに音響出力装置１００を用い、音導部１２０を受聴者（人間４００）の耳穴に挿入する。本実施形態では、図８に示すように、「耳穴開放デバイス」に対して、図６のシステムを適用することを基本構成とする。この場合、周囲の音はそのまま受聴者（人間４００）に聞こえつつ、ＨＲＴＦを畳み込んで音源４０６の音源情報を仮想的な空間に配置することができ、あたかも現実と同空間にその音源情報が存在するように音源４０６を空間配置することができる。また、ＨＲＴＦを畳み込んで音源４０６の音声情報を仮想的な空間に配置することできるため、音源４０６が仮想的なスピーカから再生されているかのように聞こえさせることができる。図８に示す音源４０６、フィルタ４１５、アンプ４１２等の各構成要素は、音響出力装置１００の音響発生部１１０に設けることができる。また、図８に示す各構成要素は、回路（ハードウェア）、又はＣＰＵなどの中央演算処理装置とこれを機能させるためのプログラム（ソフトウェア）から構成されることができる。
【００５４】
図８に示した構成例のように、本開示に係る音響出力装置１００は、一端が聴取者の外耳道入口付近に配置される中空構造の音導部の他端に出力するための音響を取得する音響取得部と、音導部に取り込まれる音響の頭部伝達関数を調整する頭部伝達関数調整部と、を備えることを基本的な構成とする。図８に示す構成においては、本開示に係る「音響取得部」はフィルタ４１５に相当する。また、本開示に係る「頭部伝達関数調整部」は、フィルタ４１５と音像位置制御部４２４に相当する。
【００５５】
図６と同様に、図８の構成例において、ＨＲＴＦの畳み込みはフィルタ４１５によって行われる。公知の手法でフィルタ４１５によって音源４０６の位置から聴取者の耳までの伝達特性を畳み込むことで、任意の場所への音像定位を実現させることができる。ここで、音源４０６から聴取者の左耳に至る経路の頭部伝達関数をＨＲＴＦＬ、音源４０６から聴取者の右耳に至る経路の頭部伝達関数をＨＲＴＦＲとする。音響出力装置１００から提示された音は、ＨＲＴＦを畳み込まない場合は頭内で聴こえるが、ＨＲＴＦを畳み込むことによって頭外で聴こえる。従って、音響出力装置１００から提示された音と周囲音は共に頭外の音として聴こえ、ユーザは、違和感なく周囲音と音響出力装置１００から提示された音を聴くことができる。なお、ＨＲＴＦのフィルタ４１５は、ＦＩＲフィルタにより実現することができ、また、周波数軸上の演算や、ＩＩＲの組み合わせで近似したフィルタでも実現が可能である。
【００５６】
ＨＲＴＦは、通常無響室や、残響の少ない部屋で測定されたものが多く、フィルタ４１５により音源４０６の音へ畳み込みを行うことで、人間４００は、音源４０６の方向感と音源４０６までのある程度の距離は認識でき、音像定位ができる。これに加えて、本実施形態では、図９に示すように、再生時の周囲環境に対して音源４０６を音像としてなじませるため、音響環境伝達関数Ｌ,Ｒをフィルタ４１８によって畳み込む。音響環境伝達関数Ｌ,Ｒには、主に反射音、残響の情報が含まれており、理想的には、実際の再生環境を想定して、または実際の再生環境に近い環境を想定して、適切な２点間(例えば仮想スピーカの位置と耳の位置との２点間)の伝達関数(インパルス応答)などを使うことが望ましい。なお、音響環境伝達関数Ｌ,ＲのＬとＲは、同じ環境といえども、異なる２点間同士のものを使うなど、異なる関数とすることで、より音響環境のリアリティが増すものとなる。
【００５７】
図９のシステムの実際の応用としては、図１０に示すように、音像定位の位置や音響環境の種類について、複数のフィルタが納められたデータベース４２０，４２１から、ユーザがＵＩ（User Interface）４２２にて選択する。ＵＩ４２２として、音響出力装置１００に設けられたスイッチや、音響出力装置１００と無線で連携するスマートフォン等の画面（タッチパネル）等が挙げられる。
【００５８】
音像位置制御部４２４は、ＵＩ４２２の操作に応じて音源４０６の音像位置を制御する。この際、ＵＩ４２２の操作に応じて最適なフィルタをデータベース４２０から選択する。また、音響環境制御部４２６は、ＵＩ４２２の操作に応じて音源４０６による音の音響を制御する。この際、ＵＩ４２２の操作に応じて、所望の音響環境に応じた最適なフィルタをデータベース４２１から選択する。
【００５９】
例えば、個人の聴取感覚の差に応じて、あるいは使用する状況毎に応じて、音源４０６の音像定位をさせたい位置が異なることがあり、ユーザがＵＩ４２２にて音像定位の位置を操作して選択できるようにする。これにより、受聴者（ユーザ）にとって利便性の高いシステムを構築できる。また、ＨＲＴＦについては個人の耳の形状により個人差があることが知られている。このため、複数の耳形状に対応するＨＲＴＦを、音像位置別にデータベース４２０に入れておき、ユーザに選択させることで、個人差に応じた最適なＨＲＴＦを選択することもできる。
【００６０】
音響環境についても、ユーザがＵＩ４２２を用いて最適な音響環境を選択することで、音源４０６の音を所望の音響環境に設定することができる。例えば、コンサート会場、映画館などの音響環境で音源４０６の音を聴くことも可能である。
【００６１】
図１１は、図７で説明した、加速度センサ、ジャイロセンサ等のセンサ４１６で検出した頭の動きと連動して音像位置が実空間に対して固定されるような処理を加えたものである。センサ４１６は、音響出力装置１００と一体に設けることができる。図１１では、頭の動きをセンサ４１６が検出し、音像位置制御部４２４が、頭の動きに応じて自動的にデータベース４２０から最適なフィルタを選択してフィルタ４１５を更新する場合を示している。なお、この場合、図１０で説明したように、ユーザがＵＩ４２２を用いて音源４０６の音に対して音像定位をさせたい位置を指定した後に、図１１のような頭の動きに追従させて音像定位の位置を変化させることが好ましい。これにより、例えば頭の向きが変化した場合であっても、音像位置は空間上で一定となるように頭部伝達関数を制御することができる。
【００６２】
図１２は、音源４０６の音をBluetooth（登録商標）やWi-Fiのような無線システムから供給する例を示している。ここでは、音源４０６の音として、指示者（インストラクター）４２５の声をマイク４２４で収音して得られた音声、または、自動コンテンツ読み上げ部４２６で読み上げた音声を利用する。これらの音声は、選択部４２８による切り換えでいずれかが選択され、無線通信部４３０から音響出力装置１００の無線通信部４３２へ送られる。無線通信部４３２が受信した音声は、図１１と同様にフィルタ４１５へ送られる。自動コンテンツ読み上げ部４２６は、コンテンツデータベース４３４に格納されている自動音声を読み上げる。この際、時間制御部４３６により時間制御が行われ、自動音声の読み上げが行われる。なお、図１２に示す構成においては、無線通信部４３２が本開示に係る「音響取得部」に相当する。
【００６３】
図１２に示す構成によれば、例えば図１３に示すような、スポーツ中にコーチからのアドバイスを行うシステムや、図１４に示すような、講演中などに外部から講演者に指示を与えるシステムに適用することができる。図１３の場合、テニスのプレーヤーが音響出力装置１００を耳に装着し、テニスのコーチが指示者４２５として音声で指示を出す。マイク４２４で収音された音声は、無線通信部４３２が受信し、フィルタ４１５及びフィルタ４１８による処理が行われ、プレーヤーの耳に到達する。例えば、フィルタ４１５の音像定位処理により、プレーヤーの頭の右後方位置あたりからコーチのアドバイスが聞こえる仮想的なスピーカ９００を設定する。この場合、プレーヤーは周囲の音も十分聞こえるため、安全面も含めてスポーツを楽しむことができ、その上でコーチのアドバイスをプレー中に聴くことができる。
【００６４】
図１４の場合、講演者が音響出力装置１００を耳に装着し、自動コンテンツ読み上げ部４２６が読み上げた音声を無線通信部４３２が受信し、フィルタ４１５及びフィルタ４１８による処理が行われ、講演者の耳に到達する。この場合も、例えば、フィルタ４１５の音像定位処理により、講演者の頭の左右後方位置あたりから読み上げた音声が聞こえるように仮想的なスピーカ９００を設定する。これにより、講演会でのスピーチ中においても、講演者は、会場でのフィードバックを聞きながら音声指示を受けることができ、講演者に対して背後に指示者が存在するような体験をもたらすことができる。
【００６５】
前述のように、ユーザが聴く周囲環境音と、音響出力装置１００からの指示音声とについて、音像の距離感や聞こえ方について違いが少ないため、特定の音に耳が集中してしまうことによる「意識の分散」を防ぐことができ、音像位置に対する意識を合わせることができる。これにより、周囲環境音から指示音声へユーザの意識が移行する移行時間についても、指示音声を従来のように頭内定位させた場合と比較して短縮することができる。
【００６６】
図１３、図１４の場合においても、図１０と同様に、フィルタ４１５を操作することでユーザのＨＲＴＦの嗜好(個人差)を考慮して音像定位させる場所を指定したり、フィルタ４１８を操作することで再生環境を指定することで、より音響ＡＲ体験をリアリティのあるものにすることができる。音響環境として、例えば図１３の場合は屋外とし、図１４の場合はコンサートホール等にすることができる。更に、図１１で説明したように、加速度センサ、ジャイロセンサ等のセンサ４１６により検出した頭の動きと連動した処理を行うことで、音響出力装置１００から提示される音声情報が実空間の特定の位置に配置されているように感じられる。従って、音響出力装置１００から提示される音声情報のリアリティを増すことができ、前述のカクテルパーティ効果により、情報認知をより早く行うことができるメリットが得られる。
【００６７】
なお、図１３、図１４のような使用方法の場合、音響出力装置１００に通話用目的のマイクを設置することもできる。図１５は、音響出力装置１００にマイク４４０を設置した例を示す模式図である。例えば、図１３の構成の場合、マイク４４０で収音した音声を無線通信部４３２から指示者の端末（スマートフォン等）に送ることで、スポーツ中にコーチとのコミュニケーションを行うことができる。また、図１４に示す音声プロンプタを使用する場合は、マイク４４０で収音した音声を指示者の端末に送ることで、音声指示者に対して明瞭に、講演発話者のセリフを聞かせるなどができる。また、例えば、図１５に示す構成では、音響出力装置１００に設置されたマイク４４０を利用することで、マイク４４０で収音した音声信号に基づいて、音響環境認識制御部４４２が周囲音響環境データベース４４３を参照して周囲の音響環境を認識し、音響環境認識制御部４４２により音響環境を調整するフィルタ４１８を最適に調整することもできる。
【００６８】
図１６は、図１５に示す構成において、具体的な音響環境認識制御部４４２の構成例を示す模式図である。マイク４４０で収音した音声信号は、ＶＡＤ(Voice Activity Detection)４４２ａに送られる。ＶＡＤ４４２ａは、現在マイク４４０で収音されている音の主成分が、音声（人の声）か、それ以外(周囲の環境音)かを判定し、解析アルゴリズムを切り替える。ＶＡＤ４４２ａによる判定方法としては、スペクトルエントロピーや、スペクトル間余弦値を組み合わせたものなど、一般的な方法を用いることができる。ＶＡＤ４４２ａにより音声信号ストリームが音声(Ｖｏｉｃｅ)と判定された場合、この信号は音声帯域フィルタ４４２ｂでフィルタリングされたのち、バッファ４４２ｃでバッファリングされ、自己相関算出部４４２ｄで自己相関が計算される。
【００６９】
図１７は、自己相関算出部４４２ｄにより反射音、残響を推定する手法を示す模式図である。図１７において、時刻０にて音声が発生するものとする。マイク４４０は音響出力装置１００に装着されているため、耳の近くに配置されており、時刻０にてマイク４４０で収音された音声信号のＳ／Ｎは高いものとなる。一方、発せられた音声は、部屋等などの周囲環境で反射を受けて、時刻０以降に初期反射音、残響成分が発生する。従って、時刻０におけるユーザの音声そのものを発音源として自己相関を求めることで、初期反射音のレベルや時間、残響等を推定することができる。
【００７０】
一方、ＶＡＤ４４２ａにより音声信号ストリームが非音声（Ｎｏｎ−Ｖｏｉｃｅ）と判定された場合は、収音されているのは周囲環境音そのものであると判定し、この周囲環境音の特徴を解析するため、帯域別のＢＰＦ（Ｂａｎｄ  Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ）４４２ｅで分類し、各帯域でエネルギー算出し、これを時系列の変化(変動)も含めてバッファ４４２ｆに記憶しておく。この結果を、予め準備してある周囲音響環境データベース４４２ｇと照らし合わせてパターンマッチング部４４２ｈにてマッチングをとり、一番近いとされる最適音響環境のスペクトル特性を選択する。最適音響フィルタ生成部４４２ｉは、この非音声から求められた特性と、前述の音声（Ｖｏｉｃｅ）と判定した時の特性を総合して、周囲の音響環境を模擬したフィルタを生成する。
【００７１】
また、図１６中に破線の矢印で示したように、音声（Ｖｏｉｃｅ）と判定した時の初期反射音、残響の挙動情報(レベル・時間)と、周囲環境音のスペクトル及び時間変化の情報を、パターンマッチング部４４２ｈに直接入力することによって、周囲音環境データベース４４２ｇから総合的に一番特性が近いと考えらえる特性を選択してフィルタ生成を行っても良い。この場合、初期反射音や残響の情報などを考慮した上で、総合的に最も特性が近いと考えらえるフィルタを生成することができる。
【００７２】
図１８は、スマートフォンなどの演算リソースが豊富な電子機器５００と音響出力装置１００を通信可能とし、音響環境認識制御部４４２と周囲音響環境データベース４４３を電子機器５００側に設けた例を示す模式図である。図１８に示す構成では、音響出力装置１００のマイク４４０で収音した音声情報が無線通信部４３２から電子機器５００の無線通信部４３０へ送られる。電子機器５００の音響環境認識制御部４４２は、音声情報に基づいて、周囲音響環境データベース４４３を参照して周囲の音響環境を認識する。音響環境認識制御部４４２が認識した音響環境に関する情報は、電子機器５００の無線通信部４３０から音響出力装置１００の無線通信部４３２へ送られる。音響出力装置１００のフィルタ４１８は、電子機器５００から受信した音響環境に関する情報に基づいて制御される。
【００７３】
なお、図１８中に破線で示したように、音響環境認識制御部４４２と周囲音響環境データベース４４３は電子機器５００の外部に設けられていても良い。例えば、音響環境認識制御部４４２と周囲音響環境データベース４４３は、電子機器５００と通信可能な他の機器、またはクラウド上に設けられていても良い。このような場合においても、マイク４４０で収音した音声情報を他の機器またはクラウド上のサーバに送ることで、音響環境を認識することができる。
【００７４】
また、上述した例では、マイク４４０から収音した情報に基づいて音響環境情報の認識、判定、及び最適なフィルタ４１８の設定を行う例を示したが、例えば図１９に示すように、音響出力装置１００が備えるＧＰＳ４４６により場所の判定を直接的に行い、判定結果に基づいてクラウドやスマートフォンで地図情報を解釈し、音響出力装置１００のユーザが位置する建物や場所に応じた代表的な音響環境を取得することもできる。図１９に示す構成において、ＧＰＳ４４６が取得した場所情報は、クラウド上のサーバの音響環境認識部６００へ送られる。音響環境認識部６００は、場所情報に基づいて、地図情報を参照することによりユーザが存在する建物、場所等に応じた音響環境を取得し、音響出力装置１００の音響環境制御部４４２へ送る。音響環境制御部４４２は、場所情報から得られる音響環境に基づいてフィルタ４１８を制御する。
【００７５】
なお、図１９では、音源４０６がクラウド上に設けられた例を示している。音源４０６の音声情報は、エンコーダによってエンコードされて無線通信により音響出力装置１００に送られ、音響出力装置１００側で音声情報のデコードが行われる。
【００７６】
また、音響出力装置１００がＧＰＳ４４６を備えることにより、ＧＰＳ４４６で取得した情報に基づいてナビゲーションを行うことができる。これにより、例えば、図２０、図２１に示すように、クルマや自転車を運転しながら、または図２２、図２３のように歩行している場合でも、ユーザは周囲の音を聞きながらナビゲーション情報を音響出力装置１００から視聴することができる。一例として、ナビゲーションの音声はユーザの頭の上方、または足元に位置するようにフィルタ４１５による音像定位が行われる。通常の周囲音の発生源とは異なる位置に音像を定位させることで、ユーザは、周囲音からナビゲーションの音声を明確に聴き分けることができ、運転中においても周囲音を聴きながら安全にナビゲーションの音声を聴くことができる。
【００７７】
図２４は、ＧＰＳ４４６で取得した情報に基づいてナビゲーションを行う構成の一例を示す模式図である。図２４の構成は、音響出力装置１００とスマートフォン又はクラウド上のサーバ等のシステム７００とから構成されている。図２４において、ＧＰＳ４４６が取得した位置情報は、無線通信部４３２，無線通信部７１０を介してからスマートフォン又はクラウド上のシステム７００に送られる。
【００７８】
システム７００の無線通信部７１０は、位置情報をナビゲーションシステム７０２へ送る。ナビゲーションシステム７０２では、位置情報に基づいてナビゲーションの音声情報を音源４０６へ送る。
【００７９】
また、センサ４１６、マイク４４０が取得した情報も無線通信部４３２からスマートフォン又はクラウド上のシステム７００に送られる。スマートフォン又はクラウド上のシステム７００に設けられた音像位置制御部４２４は、センサ４１６の情報に基づいてフィルタ４１５を制御し、音像位置を制御する。また、スマートフォン又はクラウド上のシステム７００に設けられた音響環境認識制御部４４２は、マイク４４０の情報に基づいて音響環境を認識し、フィルタ４１８を制御する。
【００８０】
図２４に示す構成は、音源４０６はステレオ音源として構成されており、右側のチャンネル（Ｒｃｈ）の音源４０６ａと左側のチャンネル（Ｌｃｈ）の音源４０６ｂを備えている。また、音響環境を設定するフィルタ４１８として、右側のチャンネル（Ｒｃｈ）のフィルタ４１８ａと左側のチャンネル（Ｌｃｈ）のフィルタ４１８ｂが設けられている。更に、音像位置を設定するフィルタ４１５として、右側のチャンネル（Ｒｃｈ）のフィルタ４１５ａ―１，４１５ａ―２と左側のチャンネル（Ｌｃｈ）のフィルタ４１５ｂ−１，４１５ｂ−２が設けられている。従って、音響環境認識制御部４４２は左右のフィルタ４１８ａ，４１８ｂを個別に制御することができ、音像位置制御部４２４は左右のフィルタ４１５ａ―１，４１５ａ―２，４１５ｂ−１，４１５ｂ−２を個別に制御することができる。
【００８１】
音源４０６からナビゲーションの音声情報をユーザに提供する場合、例えば、左側、右側に目的地や目標物、今後の進行方向がある場合などは、その方向に音像があるように音を提示することが望ましい。例えば、目的地や進行方向が左側のときは、ナビゲーションの音声情報の音像位置を左側に設定する。これにより、ユーザによる方向認識がより早く、より容易に可能になり、ユーザはより安全な行動ができることになる。
【００８２】
このため、例えば目的地や進行方向が左側のときは、音像位置制御部４２４はナビゲーション情報に基づいて左右のフィルタ４１５ａ―１，４１５ａ―２，４１５ｂ−１，４１５ｂ−２を制御し、ナビゲーションの音声情報をユーザの左側に定位させ、ユーザの左側からナビゲーションの音声情報が聴こえるようにする。
【００８３】
加算部７０４ａは、フィルタ４１５ａ―１とフィルタ４１５ｂ−１の出力を加算して無線通信部７１０へ送る。加算部７０４ｂは、フィルタ４１５ａ―２とフィルタ４１５ｂ−２の出力を加算して無線通信部７１０へ送る。無線通信部７１０は、加算部７０４ａ，７０４ｂから得られた音声情報を音響出力装置１００の無線通信部４３２へ送る。音響出力装置１００は、システム７００から送られた音声情報をアンプで増幅し、ユーザに提供する。
【００８４】
このような構成によれば、音像位置制御部４２４により音像位置を自在に設定することができ、例えば図２０、図２１に示すように、音像定位により空間に音像として配置された仮想的なスピーカ９００を設定し、この仮想的なスピーカ９００の位置を自由に設定して音声をユーザに提供することができる。従って、目的地や進行方向が左側のときは、ユーザの左側からナビゲーションの音声情報が聴こえるようにすることができる。
【００８５】
なお、図２４に示す構成において、ナビゲーションが必要ない時は、ステレオの音楽を再生しても良く、この場合においても、例えば図２０、図２１に示すように、音像定位により空間に音像として配置された仮想的なスピーカ９００を設定し、この仮想的なスピーカ９００から再生することが望ましい。この場合においても、図２４に示すように、右側のチャンネル（Ｒｃｈ）と左側のチャンネル（Ｌｃｈ）とで個別にフィルタリングを行うことで、仮想的なスピーカ９００の位置を自由に設定することができる。
【００８６】
これにより、ユーザは、周辺環境音と音響環境装置１００から提供される音とを明確に区別することができる。例えば、ナビゲーションの音声情報やステレオの音楽をユーザの真上、真下に定位させると、周辺環境音との区別が更に容易になる。これにより、ユーザは、周辺環境音に人の声や音楽が含まれていたとしても、音響出力装置１００から提供されるナビゲーションの音声情報やステレオの音楽を周辺環境音と明確に区別することができる。従って、図２０、図２１のようにクルマや自転車を運転しながら、または図２２、図２３のように歩行しながら音響出力装置１００を使用した場合であっても、周辺環境音と音響出力装置１００から提供される音を明確に区別できるため、安全性を確実に担保することができる。
【００８７】
次に、複数の受聴者が同じコンテンツを楽しむ場合について説明する。図２５は歌舞伎を複数の受聴者が見る場合を示しており、図２６はオペラを複数の受聴者が見る場合を示している。このような観劇をユーザが観る場合、音響出力装置１００を装着することで、観劇に関するサブ情報を取得することができる。
【００８８】
一般的に、歌舞伎やオペラのサブ情報となる音声を提示するデバイスは、イヤホンで音声を提示するタイプが多い。ここで、サブ情報の音声としては、多言語に対応する内容の解説などが含まれる。しかしながら、イヤホンタイプの場合は耳が塞がれてしまうため、目の前で楽しんでいる演劇、芝居、歌、演奏の音を直接耳で楽しむことができない。このためにサブ情報をあえて視聴しない観覧者も多い。本実施形態に係る音響出力装置１００によれば、オペラや歌舞伎等の直接音は周囲環境音として阻害されることなく耳に到達し、ユーザは仮想的なスピーカ９００からの直接音を周囲環境音として直に聞くことができる。また、音響出力装置１００によりサブ情報の音声を発することで、例えば受聴者の左後方にサブ音声情報を音像定位させて、ささやきかけるように解説を聴かせることができる。従って、ユーザは、観劇などの生の音を聴くことで会場の雰囲気を楽しむことができ、且つ、解説の情報を得ることができる。
【００８９】
図２７は、ブロードキャスト的な音声配信機器７５０の無線通信部７５２により各ユーザの音響出力装置１００に観劇の解説などの音声情報を配信する例を示している。無線通信部７５２は、一例としてＦＭなどにより音声情報を配信する。チャンネルの概念を使えばユーザの手元で言語などを切り替えることが可能である。
【００９０】
図２７の構成例においても、図２４と同様に音源４０６はステレオ音源として構成されており、右側のチャンネル（Ｒｃｈ）の音源４０６ａと左側のチャンネル（Ｌｃｈ）の音源４０６ｂを備えている。また、図２４と同様に、フィルタ４１５，４１８、音像位置制御部４２４、音響環境制御部４２６は、音声配信機器７５０側に設けられ、ユーザはＵＩの操作により音像位置、音響環境を設定することができる。特に、図２５、図２６の例では、観劇などの主催者が会場に応じて音像位置制御部４２４、音響環境制御部４２６を制御することで、音像位置、音響環境を最適な状態に設定することができる。
【００９１】
図２８は、図２７の構成において、観劇の解説の音声情報を言語別にするとともに、音像定位位置や、ＨＲＴＦの個人差（相性）に応じてＨＲＴＦのフィルタ４１５タイプを切り換え可能に構成した例を示している。図２８に示すように、無線通信部７５２でチャンネル毎に異なるサブ情報コンテンツを送信すれば、これを受信するユーザは受信チャンネルをＵＩ４２２で切り替えることで、ユーザの好みに応じて最適なサブ情報コンテンツを受けることが可能となる。ＵＩ４２２でユーザが選択したチャンネル切り換えの情報は、音響出力装置１００の無線通信部４３２から解説の音声情報の供給側の無線通信部７５２へ送られ、チャンネル切り換えが行われる。
【００９２】
これまでは指示者やナビゲーション音声、解説用のサブ音声など１つのドライソース音源として対象としていたが、これを「１つのオブジェクト」として扱うと、本システムは複数個のオブジェクトを音源として同時再生するように拡張応用することもできる。例えば、図２９に示すように、博物館での複数個の仮想音源を提示するシステムにも適用可能である。この場合、展示部屋の中で、受聴者のいる位置や、頭の方向などの情報をセンサ４１６、ＧＰＳ４４６が検出し、これを別システム（クラウド上のシステムを含む）により解析し、その結果に応じた音声を音響出力装置１００に送ることで、仮想音源（仮想的なスピーカ９００）による展示物案内システムを構築することが可能となる。図２９の例では、例えば音響出力装置１００を装着したユーザが正面の石造の前に立つと、ＧＰＳ４４６により位置情報が音声配信機器７５０に送られ、位置に対応した音声（ここでは、石造が何かをしゃべるものとする）が音響出力装置１００に送られてユーザに提供される。同様に、図２９に示すように、音響出力装置１００を装着したユーザが特定の位置に立つと、「砂漠の風の音」、「ファラオの叫ぶ声」、「ラクダが歩いて横切る音」、「ナレータによる順路案内」等の音声をユーザに提供することができる。
【００９３】
例えば複数のユーザが展示会場にいる場合などに、全員にこのシステムを適用すれば、会話をしながらユーザ全員が同じ仮想音像位置に音源（仮想的なスピーカ９００）の存在を体感することになり、複数人数で仮想的な音像の存在を共有し、実世界と仮想音源との融合を楽しむことが可能となる。もちろん、音は各個人にしか聞こえないため、個人に合わせた各言語での再生が可能であり、スピーカの場合と異なり、言語の異なる複数のユーザでも楽しめることは言うまでもない。
【００９４】
なお、演者によってリアルタイムに演目(演奏・歌・芝居等)が行われる一方で、解説音声などはあらかじめ録音したものを用意しておくことが好適である。通常は、平均的な演目進行時間に基づいて解説コンテンツを作成しておき、オペレータが現場にて実際の進行度合いを考慮しながら早め又は遅めにシーケンスの速度を変えることで、解説音声を最適に調整することができる。
【００９５】
次に、音響出力装置１００による音声の提供と、ステレオ音源等による音声の提供を組み合わせたシステムについて説明する。例えば音楽などのステレオ音源を対象として、ヘッドホンを使って仮想スピーカを表現することができる。この場合、仮想音像位置に仮想的なスピーカ９００があるかのように音像を定位させることができる。
【００９６】
例えば、図３０のようなシステムを組むことで、無線通信部８００を使って複数のユーザが同時に仮想スピーカで音楽を楽しむことができる。このシステムは、Ｂｌｕ−ＲａｙやＤＶＤ等に収録されているマルチチャンネルコンテンツにも応用が可能である。例えば、５．１ｃｈマルチチャンネルコンテンツは、図３１に示すようなスピーカ配置を前提として構成されているが、これもステレオ音源と同様、各スピーカ位置相当の仮想スピーカを作ることで、ヘッドホンで楽しむことができる。なお、実際に、この原理を利用して、ヘッドホンを使用したバーチャルサラウンド製品は、全スピーカチャンネル分をヘッドホン内で信号処理して再生するホームシアター関連製品として、既に多く製品化されている。
【００９７】
これに対して本実施形態では、図３２に示すように、前方の音に対しては実際のテレビのスピーカを利用し、後方のサラウンド音に関しては、音響出力装置１００で音像定位した仮想的なスピーカ９００を使用する。この場合、前方の大きなスピーカで低音を鳴らすことができ、かつ後方のサラウンドスピーカを音響出力装置１００で代用することで、サラウンドスピーカの設置が不要になる。これにより、サラウンドスピーカの配置が困難な狭い部屋であってもサラウンド効果を発揮させることができる。
【００９８】
図３３、図３４は、図３２に示すシステムの構成を示す模式図である。図３３、図３４において、マルチチャンネル音声データを有するマルチチャンネル音声コンテンツ(クラウド、パッケージ)は、音源４０６（バーチャルサラウンド装置）により５．１ｃｈの各チャンネルソースに分解され、後方のサラウンドチャンネルであるＳＬ,ＳＲ以外は、アンプ８０２を通して実スピーカ８０４から出力される。なお、スピーカ８０４は、本開示に係る「音響出力部」に相当する。
【００９９】
図３３では、無線で音響出力装置１００へ送信する前にすべてフィルタ４１５ａ−１，４１５ａ−２，４１５ｂ−１，４１５ｂ−２によるＨＲＴＦフィルタリング処理を行っている。このため、図２７と同様に受信側の音響出力装置１００はフィルタ処理機構を有しておらずシンプルな構成で実現できる。例えば、音響出力装置１００は一般的なＢｌｕｅｔｏｏｔｈヘッドセット等でも実現可能である。
【０１００】
一方、図３４に示すシステムでは、仮想音像定位させたい音源（ＳＬ,ＳＲ）をそのまま音響出力装置１００へ送信し、ＨＲＴＦをベースとするフィルタ４１５によるフィルタ処理は、音響出力装置１００側で行う。この場合は、図３３と比較すると、各ユーザ個人に合わせたＨＲＴＦによるフィルタ４１５の処理を行うことができる。また、ジャイロなどのセンサ４１６と組み合わせることで、図１１と同様に、頭の動きに合わせて動的に音像位置を制御することができ、より高機能な応用が可能となる。
【０１０１】
なお、図３３、図３４においては、ＳＬ,ＳＲ側と、それ以外の音源のルート双方にディレイ部（遅延部）８６０，８６２が組まれている。図３３、図３４において、音源４０６とアンプ８０２の間にはディレイ部８６０が設けられている。また、図３３においては、無線通信部４３２とアンプ４１２との間にディレイ部８６２が設けられている。
【０１０２】
遅延部８６０，８６２は、実スピーカ８０４からの音と、音響出力装置１００からの音との間で、マルチチャンネル間で再生時の同期をとるために設けられている。図３５は、音源４０６から実スピーカ８０４を介して音がユーザに到達する時間Ｔａｃと、音源４０６から音響出力装置１００を介して音がユーザに到達する時間とを示す模式図である。
【０１０３】
図３５では、図３３のシステムを想定して、ＨＲＴＦや音響環境フィルタリングに掛かるプロセッシング時間をＴｐｒ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等によるワイヤレス伝送に要する時間をＴｗｌ、スピーカ８０４からユーザ耳元に直接届く音響伝搬時間をＴａｃとしている。ここで、以下の式が成立するようにＴｄ１,Ｔｄ２が調整されることで、実スピーカ８０４からの音と音響出力装置１００からの音との間で同期をとることができ、システムとして望ましい。
Ｔｄ１＋Ｔａｃ＝Ｔｄ２＋Ｔｐｒ＋Ｔｗｌ
【０１０４】
通常は実スピーカ８０４からの音声とともに映像も同時に再生されるため、上式の右辺と左辺の値は最小限に抑えることが望ましい。例えば、図３３のシステムの無線通信としてＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）を用い、ユーザの聴取距離（実スピーカ８０４からユーザまでの距離）を１ｍと仮定すると、ＴｗｌはＡ２ＤＰで約２５０ｍｓとなり、Ｔａｃは約３ｍｓ（音速３４０ｍ／ｓ）となり、Ｔｐｒをゼロとすると、Ｔｄ１＝２４７ｍｓ、Ｔｄ２＝０［ｓ］となる。通常は無線系の遅延の方が大きいため、音響出力装置１００側のディレイ部８６２は不要となる。
【０１０５】
以上の数値は、ユーザの使用環境を想定しておき、あらかじめ機器・デバイスに設定したり、ユーザが手動で設定しても良い。一方で、ディレイ値を自動的に計測設定することもできる。図３６は、測定信号Ａ、Ｂを同時に２つの再生ルート(実スピーカ８０４からの再生と、音響出力装置１００からの再生)で同時に再生し、ディレイ値を測定する場合を示している。図３６において、音響出力装置１００にはマイク４４０が設置されており、測定信号の応答の波形と周波数の処理解析を行うことで遅延量の算出が可能となっている。具体的には、測定信号Ａ、測定信号Ｂの応答信号をマイク４４０と無線通信部４３２の双方から取得してバッファリングし、波形を周波数解析し、遅延差を計算する。この遅延差の数値を無線通信部４３２から無線通信部７５２を介して音源４０６側に送り返すことで、遅延部８６０による遅延量の設定を行うことができる。
【０１０６】
同時に再生される測定信号Ａ、測定信号Ｂの例としては、例えば図３７に示すような異なる周波数成分を持つ波形であれば、ＦＦＴを用いることで独立な解析ができ、例えばこの周波数応答を、測定開始から時間経過を含めて観察しておくことにより、測定信号Ａ及び測定信号Ｂのルートの違いに応じた時間差を算出することが可能である。この時、ユーザが測定信号に対して不快を感じないように、信号音を音階にまとめメロディ(楽曲)として再生することも可能である。
【０１０７】
なお、図３６では音響出力装置１００内で遅延量を算出しているが、測定応答信号そのもの、または、測定応答信号から導かれる情報を圧縮して、音源４０６側のシステム又は他のシステムに送信して、十分に演算リソースのある場所にて遅延時間の算出を行うこともできる。なお、不図示ではあるが、映像と音声との同期（リップシンク）を考慮して、あまりに音声側の遅延が大きい場合には、映像側にも映像の遅延装置（フレームバッファ）を設けることで、映像と音声の同期を図ることもできる。
【０１０８】
また、本実施形態の手法は、図３８に描写したように、映画館においても有効な手段であり、例えば、前方音や低音に関してはリッチな映画館の再生システムを使いながら、コンテンツ上の効果的な演出として、各ユーザの周囲での音声再生や、耳元でのささやき声などは、音響出力装置１００から提供することで、非常に大きな音響効果を提供することが可能である。一例として、映像中でヘリコプターが頭上で旋回する場合の音声は、映画館のスピーカよりも音響出力装置１００から提供することで、各視聴者が自身の頭上でヘリコプターが旋回しているかのような聴取感覚を得ることがきる。図３８では、仮想スピーカからの再生というよりは、映画コンテンツに含まれているオブジェクト音源の個別再生ということを示すため独立した４つのオブジェクト音源（Obj1〜4）として示している。この場合、４つのオブジェクト音源は受聴者のすぐ後ろに定位している。これにより、映画館の座席位置にかかわらず、各人が同時に、自分の後ろの位置にオブジェクト音源の定位を感じることが可能となり、新しい演出効果をもたらすものことができる。チャンネルとオブジェクトの違いであるが、チャンネルは「初期位置から移動しない音源」、オブジェクトは「時々刻々と位置が変わることができる音源」と解釈することができ、通常オブジェクトは、位置や移動する際の情報(速度、加速度)などが別途、オブジェクトに紐付けられたメタ情報として存在するのが普通である。最近の映画などの音声フォーマットでは、各再生用スピーカに対応したチャンネル別コンテンツに付加して、再生環境に応じて最適にレンダリングされるような、オブジェクト音源(ドライソース)と、そのメタ情報の両方が収録されているようなものもある。通常の処理としては、オブジェクト音源を再生環境に応じてレンダリングされた後、チャンネル情報と加算されて各スピーカから再生される。
【０１０９】
また、図２８と同様に多言語対応もできるため、映画やＴＶコンテンツのうちダイアログ(セリフ)部分を音響出力装置１００に送信するオブジェクトとして扱えば、同じ映画館の中でも、各人が母国語を選ぶことが可能となる。図３９に示すように、音響出力装置１００で再生される対象となるチャンネルやオブジェクトがコンテンツに含まれていれば、これを実スピーカ８０４で再生するチャンネルやオブジェクトと分離する。音響出力装置１００での再生が望まれる音源は、チャンネルであれば前述のように、固定位置の仮想スピーカとして配置されるような処理を加え、オブジェクトであればそのオブジェクトの定位位置の記述にしたがって適切に仮想音像定位（レンダリング）したうえで、両者を２チャンネルにミクスして無線で送信することで、本システムが構築できる。図３９に示すように、図２８と同様にして、個人差や相性に対応させるため、複数のＨＲＴＦ種をもってユーザが選択するようにしてもかまわない。なお、コンテンツは１つでも、上述のように実スピーカ８０４からの再生と音響出力装置１００からの再生とで音声の同期をとるため、実空間側にはディレイ部８１０を設けて適切な時間量のディレイ処理を挟むことで、同期再生が実現できる。
【０１１０】
なお、遅延時間を測定する際に、図３７では、周波数の異なる複数正弦波を用いている。これはＴＳＰ(時間引き伸ばしパルス)を使った手法であり、音響出力装置１００に設置されたマイク４４０までのディレイを測定してから調整しても良いし、無線経由での音響出力装置１００への再生信号については、必ずしもマイク４４０を経由する必要はなく、電気信号として測定しても良い。必要なのは無線伝搬や無線関連のシステムにおける遅延であるため、この時に必ずしも再生する必要はなく、電気信号であれば音響出力装置１００側のアンプはミュートしていても構わない。
【０１１１】
なお、実スピーカ８０４から音響出力装置１００のマイク４４０までの遅延測定に関しては、マルチチャンネルスピーカのための自動音場補正技術で知られた技術として特許第４２８５４５７号公報、特許第４２１０８５９号公報、特許第４４０７５４１号公報、特許第４４６６４５３号公報に記載されて技術が知られている。例えば、音響出力装置１００にこれらの技術を適用すると、音響出力装置１００の両耳相当部分にそれぞれマイク４４０を設置しておき、それぞれ複数スピーカ（ＳＰ−Ｌ,Ｃ,Ｒの３つ）からの距離を測定することができる。測定自体は、ＴＳＰを用いて順次シーケンシャルに行ってもよいし図３７と同様に各独立な正弦波を用いて各スピーカ同時に測定を行っても良い。これにより、実スピーカ８０４を有するスピーカシステムとの距離と、ユーザが相対している角度が判る。通常、実スピーカ８０４を有するスピーカシステムと音響出力装置１００との角度は不明であるため、音響出力装置１００を用いた後方左右の仮想スピーカ位置は、ユーザの頭自身の後方左右となることが想定される。マイク４４０を用いることでスピーカシステムとの距離と、ユーザが相対している角度が判るため、スピーカとユーザ位置・角度に応じた場所に仮想スピーカを作りだすこともできる。この場合においても、音響出力装置１００にジャイロ等のセンサ４１６を装着することにより、頭が回転した場合においても。後方の仮想スピーカの位置も前方の実スピーカと同様に部屋の中の特定の位置を固定化することができる。
【０１１２】
更に、ユーザに向けた演出の１つとして、これら遅延を測定可能な成分を含めたサウンドを、「機器の起動音」とすることができる。また、映画館の場合、「コンテンツが始まる前の注意喚起広告」や映画宣伝の時に、測定信号を混ぜておくことで、ユーザが測定と認知することなく、各ユーザへの遅延時間を測定できる。
【０１１３】
以上説明したように本実施形態によれば、図１に示した音響出力装置１００により音響を聴取者に提供する場合に、頭部伝達関数を調整することで、音像を所望の位置に定位させることができる。これにより、聴取者の耳に直接入る音が遮られることがなく、且つ、聴取者は耳の直接入る音と音響出力装置１００から提供される音とを違和感なく明確に区別することができる。従って、耳に入る直接音を遮ることなく、音響出力装置１００からナビゲーション情報などの各種情報を聴取者に対して提供することも可能となる。
【０１１４】
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１１５】
また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
【０１１６】
なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）  一端が聴取者の外耳道入口付近に配置される中空構造の音導部の他端に出力するための音響を取得する音響取得部と、
前記音導部に取り込まれる音響の頭部伝達関数を調整する頭部伝達関数調整部と、
を備える、音響出力装置。
（２）  前記音導部に取り込まれる音響の音響環境を調整する音響環境調整部を更に備える、前記（１）に記載の音響出力装置。
（３）  前記頭部伝達関数調整部は、前記音響の音像位置が聴取者の耳に直接入る周囲音とは異なる場所に位置するように前記頭部伝達関数を変化させる、前記（１）に記載の音響出力装置。
（４）  前記頭部伝達関数調整部は、前記音響の音像位置が前記聴取者の頭の上方又は前記聴取者の足元に位置するように前記頭部伝達関数を変化させる、前記（１）に記載の音響出力装置。
（５）  前記頭部伝達関数調整部は、聴取者の操作に基づいて前記頭部伝達関数を調整する、前記（１）に記載の音響出力装置。
（６）  前記音響環境調整部は、聴取者の操作に基づいて前記音響環境を調整する、前記（２）に記載の音響出力装置。
（７）  前記音響環境調整部は、前記聴取者の周辺環境の音声情報に基づいて前記音響環境を調整する、前記（２）に記載の音響出力装置。
（８）  前記音響環境調整部は、前記周辺環境の前記音声情報を人の声とそれ以外の環境音に分離した結果に基づいて前記音響環境を調整する、前記（７）に記載の音響出力装置。
（９）  前記音響環境調整部は、前記聴取者の周辺環境の音声情報の分析結果を他装置から取得して前記音響環境を調整する、前記（２）に記載の音響出力装置。
（１０）  前記音響環境調整部は、聴取者の位置情報に基づいて前記音響環境を調整する、前記（２）に記載の音響出力装置。
（１１）  前記頭部伝達関数調整部は、聴取者の頭の向きに基づいて前記頭部伝達関数を調整する、前記（１）に記載の音響出力装置。
（１２）  前記頭部伝達関数調整部は、聴取者の頭の向きに関わらず音像位置が一定の位置となるように頭部伝達関数を調整する、前記（２）に記載の音響出力装置。
（１３）  前記音導部を介さずに前記聴取者の耳に伝える音響を出力する音響出力部を備える、前記（１）に記載の音響出力装置。
（１４）  前記音導部に出力する音響と前記音導部を介さずに前記聴取者の耳に伝える音響の一方を遅延させる、前記（１３）に記載の音響出力装置。
（１５）  前記音導部を介さずに前記聴取者の耳に伝える音響を前記音導部に出力する音響に対して遅延させる遅延部を備える、前記（１３）に記載の音響出力装置。
（１６）  聴取者の位置情報を取得する位置情報取得部を備え、
前記音響取得部は、前記位置情報に基づくナビゲーション情報を取得する、前記（１）に記載の音響出力装置。
（１７）  前記音響取得部は、前記聴取者の発声又は前記聴取者の動作を指示するための音声を取得する、前記（１）に記載の音響出力装置。
（１８）  前記音響取得部は、前記聴取者が視認する任意の事象を解説するためのガイダンス情報であって、複数の言語のうち聴取者によって指定された言語の前記ガイダンス情報を取得する、前記（１）に記載の音響出力装置。
（１９）  一端が聴取者の外耳道入口付近に配置される中空構造の音導部の他端に出力するための音響を取得することと、
前記音導部に取り込まれる音響の頭部伝達関数を調整することと、
を備える、音響生成方法。
（２０）  一端が聴取者の外耳道入口付近に配置される中空構造の音導部の他端に出力するための音響を取得する手段、
前記音導部に取り込まれる音響の頭部伝達関数を調整する手段、
としてコンピュータを機能させるためのプログラム。（１）・・・・装置。
【符号の説明】
【０１１７】
１００    音響出力装置
４１５，４１８    フィルタ
４１６    センサ（加速度センサ、ジャイロセンサ）
４２２    ＵＩ
４２４    音像位置制御部
４２６    音響環境制御部
４４０    マイク
４４２    音響環境認識制御部
４４６    ＧＰＳ
８０４  スピーカ
８６０    遅延部
【図１】
2017061218.tif 000003
【図２】
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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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【国際調査報告】
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