(57)【要約】【課題】頭部伝達関数の測定時間を短縮して、被験者の負担を軽減する。【解決手段】半球殻１１の内側に並べた複数のスピーカＳ０〜Ｓ１８を設ける。測定用信号生成部２１は、周波数配置データ２０を入力して、これらのスピーカにそれぞれ別々のＴＳＰ信号を、それぞれ時間を隔てて並行して測定用信号２２を出力する。このＴＳＰ信号それぞれは特定の周波数帯域を掃引するように設定する。発音制御部２３は、音声出力を制御して、スピーカに出力する。そして、被験者１００のマイク１２から取得した音声を記録部２４で記録し、発音体分離部３１が周波数解析してインパルス応答再構成部３２が頭部伝達関数を求める。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
４分円周上に並べられ、前記４分円周の中心へ向けて音声を出力する複数のスピーカと、
所定の周波数帯域を掃引するよう測定時間の経過と共に周波数を変化させた複数の測定用信号を、前記スピーカのうち２つ以上のスピーカに対して並行に、互いに周波数または時間をずらせた状態で出力する測定用信号発生手段と、を備えた頭部伝達関数測定装置。
【請求項２】
前記測定用信号発生手段は、前記測定用信号の周波数が前記測定時間の経過と共に前記周波数帯域の一端である周波数帯域の上限または周波数帯域の下限に到達したときに、前記測定用信号の出力周波数を他方の一端である前記周波数帯域の周波数帯域の下限または周波数帯域の上限に不連続に変化させる請求項１に記載の頭部伝達関数測定装置。
【請求項３】
前記測定用信号発生手段は、前記測定用信号を複数の周波数帯域に分割し、分割された周波数帯域毎に並行して、この分割した測定用信号を前記スピーカ間で周波数または時間をずらせた状態で発生させ、同一のスピーカに出力する請求項１〜２に記載の頭部伝達関数測定装置。
【請求項４】
前記スピーカは、水平から天頂までの４分円周上の位置に並べられ、
さらに、前記天頂を中心として前記スピーカを水平方向に回転させる回転手段を備える、請求項１〜３に記載の頭部伝達関数測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
各方向から両耳まで伝搬する音声の伝搬特性を模擬した頭部伝達関数を測定する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、所定の地点から耳までの空間伝搬を模擬した頭部伝達関数を用いて、音像定位させることが行なわれており、頭部伝達関数の測定装置および測定方法が提案されている（特許文献１〜２参照。）。このような装置では、耳の内部にマイクを装着した被験者やダミー人形の頭の周囲に、スピーカが並べられた半球の殻が設けられている。そして、このスピーカからテスト音声を出力し、このマイクでテスト音声を収音する旨記載されている（特許文献１の図１６等。）。
【０００３】
特許文献１では、すばやく測定を行うために、残響音が入力部に到達する前にデータ入力を終了し、データ記憶部に測定データの記憶を行う音像測定装置が示されている。この特許文献ではインパルス音を収音する旨記載されている。
【０００４】
また、特許文献２では、リスニングルームの音場を含めた再生系の応答特性を補正するため、測定用信号としてＴＳＰ（TimeSteretched Pulse：時間引き伸ばしパルス）信号を用いた音響特性補正装置が開示されている。このＴＳＰを用いて、応答特性の測定を行う場合に、測定の際の逆フィルタ特性による時間圧縮と補正特性の付与に共通の畳み込み演算器を用いる旨の記載がある。
【特許文献１】特開平８−３０７９８８号公報
【特許文献２】特開平７−９５６８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の頭部伝達関数を求める方法は、スピーカ１つずつから音声を出力して反応を得るものであり、多大な時間を要し、被験者の負担が大きい問題があった。例えば、５度刻みで測定する場合で、頭部伝達関数を左右対称の特性とみなすならば、水平方向から垂直まで１９点で、前方から水平方向に周囲３７点これらの掛け算分の個数の音声データを逐一取得する必要があった。この全データの取得に６時間程度要する場合もあった。たとえ、特許文献１の方法で行なっても、複数の方向から音声を同時に出力するものではないから、測定時間を短縮するにも限界があり、抜本的に測定時間を短縮できない問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、頭部伝達関数の測定時間を短縮して、被験者の負担を軽減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。
【０００８】
（１）本発明は、
４分円周上に並べられ、前記４分円周の中心へ向けて音声を出力する複数のスピーカと、
所定の周波数帯域を掃引するよう測定時間の経過と共に周波数を変化させた複数の測定用信号を、前記スピーカのうち２つ以上のスピーカに対して並行に、互いに周波数または時間をずらせた状態で出力する測定用信号発生手段と、を備えた。
【０００９】
この構成では、４分円周の内側に並べた複数のスピーカそれぞれから、測定用信号を同時に出力しているが、前記スピーカのうち少なくとも２つに対して、測定用信号をそれぞれ周波数をずらせた状態で出力する。
【００１０】
この構成では、複数の周波数帯域毎に分割した測定用信号を同一のスピーカに出力する。分割した周波数帯域を合わせると前記所定の周波数帯域全体を掃引することができる。また、前記スピーカ間で周波数または時間をずらせた状態で発生させているから、それぞれの測定用信号の応答を解析したときに分離することができる。このように測定用信号の応答を分離できることを前提として測定用信号を並行して出力するから、測定時間を短縮できる。
【００１１】
なお、前記「所定の」周波数帯域は本装置の利用者が予め決定した値であり、この装置を用いて得られた頭部伝達関数を利用して信号処理を行うのに十分な周波数帯域とする。
【００１２】
また、本発明の「並行に」とは測定用信号の出力する時間の一部または全部を重ねて出力する意味である。
【００１３】
（２）本発明では、
前記測定用信号発生手段は、前記測定用信号の周波数が前記測定時間の経過と共に前記周波数帯域の一端である周波数帯域の上限または周波数帯域の下限に到達したときに、前記測定用信号の出力周波数を他方の一端である前記周波数帯域の周波数帯域の下限または周波数帯域の上限に不連続に変化させる。
【００１４】
それぞれの測定用信号は、周波数または時間をずらせた状態で出力するためには、測定用信号の時間対周波数の配置が互いに交差しないようにする必要がある。測定時間の開始時から複数の測定用信号を同時に出力すると、測定用信号のうちのいずれかは、周波数帯域の上限または周波数帯域の下限に到達してしまうので、そのまま連続して周波数を上昇または効果させても、目的の周波数帯域をすべて掃引できない。
【００１５】
この構成では、周波数帯域の上限または周波数帯域の下限に到達した場合には、前記測定用信号の出力周波数を他方の一端である前記周波数帯域の周波数帯域の下限または周波数帯域の上限に不連続に変化させる。したがって、測定時間の開始時から複数の測定用信号を同時に出力しても、測定用信号の時間対周波数の配置が互いに交差しないようにすることができるから、それぞれの測定用信号の応答を解析したときに分離することができる。このように測定用信号の応答を分離できることを前提として測定用信号を並行して出力するから、測定時間を短縮できる。
【００１６】
（３）本発明では、
前記測定用信号発生手段は、前記測定用信号を複数の周波数帯域に分割し、分割された周波数帯域毎に並行して、この分割した測定用信号を前記スピーカ間で周波数または時間をずらせた状態で発生させ、同一のスピーカに出力する。
【００１７】
この構成では、複数の周波数帯域に分割した測定用信号を同一のスピーカに出力する。分割した周波数帯域を合わせると前記所定の周波数帯域全体を掃引することができる。また、それぞれの周波数帯域では、（１）の構成と同様、並行して出力することができるので、測定時間を短縮できる。さらに、分割した周波数帯域間では周波数が異なるから、それぞれの測定用信号の応答を解析したときに分離することができる。このように測定用信号の応答を分離できることを前提として測定用信号を並行して出力するから、測定時間を短縮できる。したがって、この構成では、（１）、（２）に対し、測定時間をより一層短縮できる。
【００１８】
（４）本発明では、
前記スピーカは、水平から天頂までの４分円周上の位置に並べられ、
さらに、前記天頂を中心として前記スピーカを水平方向に回転させる回転手段を備える。
【００１９】
このように構成すれば、前記スピーカは水平から天頂までの４分円周上に等間隔に並べられており、また回転手段は、４分円周を天頂と半球の中心を通る軸を中心として回転させるので、４分円周を等間隔に区切ったすべての点から音声を出力できる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、頭部伝達関数を測定する上で、複数のスピーカから測定用信号を並行して出力するから短期間で測定を終えることができ、被験者の負担を軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
＜本実施形態の概要説明＞
図１を用い、本実施形態の頭部伝達関数測定装置の概要について説明する。ここでの頭部伝達関数は、特定方向から出力された音声が人間の耳まで空間伝搬する特性をモデル化したものである。図１は、頭部伝達関数測定装置１の構成を示す構成図である。図１に示すように頭部伝達関数測定装置１の構成は、機械部１０とデータ取得部２と後処理部３に大別される。機械部１０は、半球殻１１の内側に垂直方向に５度刻みで複数取り付けたスピーカＳ０〜Ｓ１８から、同時に測定用信号を出力する。この測定用信号２２はこれを出力するスピーカ毎に互いに周波数をずらせた状態で出力されるから、それぞれの測定用信号の応答を解析したときに分離することができる。これにより、１８個の方向からの測定データを１回で取得できるから、測定時間を短縮できる。
【００２２】
図１に示す被験者１００（またはダミーヘッド）の耳に取り付けた１対のマイク１２は、この測定用信号の応答を取得する。さらに、半球殻１１は、中心軸１０１を中心として５度刻みで水平方向に回転するようになっており、この回転に伴いスピーカＳ０〜Ｓ１８が回転する。半球殻１１を回転しつつデータを取得すれば、被験者１００の周囲の全方向から出力された被験者の頭部における応答を５度刻みで取得できる。
【００２３】
図１のデータ取得部２は、測定用信号Ｐ０〜Ｐ１８をこれらスピーカＳ０〜Ｓ１８に出力すると共に、マイク１２の応答を取得する。後処理部３は、発音体分離部３１等を備え、同時に出力した測定用信号がどのスピーカから出力されたのかを周波数解析等により解析して、各方向からの頭部伝達関数を得る。前述のとおり、測定用信号２２は全スピーカから同時に出力されるが、スピーカ毎に互いに周波数を隔てて出力されているから、周波数に基づいてその音声の到来方向（スピーカ）を分離することができる。そして、各スピーカおよび各周波数に対する応答を調べることで、全角度、全周波数帯域に渡る頭部伝達関数を得ることができる。
【００２４】
＜本実施形態の装置の構成の説明＞
図１、図２を用いて本実施形態の頭部伝達関数測定装置の構成について説明する。前述のとおり、図１は、頭部伝達関数測定装置１の構成を示す構成図である。また、図２は、これらデータ取得部２と後処理部３を動作させるための汎用コンピュータの内部構成およびアンプを表す図である。以下、それぞれの構成について説明する。
【００２５】
図１に示すように、頭部伝達関数測定装置１の構成は、機械部１０とデータ取得部２と後処理部３に大別される。機械部１０は、被験者１００の周囲に設置する半球殻１１とこれの内側に複数設けたスピーカＳ０〜Ｓ１８と被験者１００またはダミーヘッドの両耳に挿入する１対のマイクとを備えている。
スピーカＳ０〜Ｓ１８は、ダイナミックスピーカで構成されている。発音制御部２３の制御の下、各スピーカＳ０〜Ｓ１８は、独立して別々の測定用信号を同時に出力することができる。
【００２６】
半球殻１１は、プラスチック、アクリル等で構成した半球殻状のスピーカ固定用部材である。内側にはスピーカＳ０〜Ｓ１８が５度刻みで水平から垂直方向まで取り付けられている。半球殻１１は、中心軸１０１を中心として５度刻みで水平方向に回転するようになっている。
【００２７】
なお、天頂にあるＳ１８は、半球殻１１の回転に伴って毎回測定する必要はなく、１度測定すれば足りるから、別途測定する。以下の説明では、必要がない限りＳ０〜Ｓ１７、その測定用信号Ｐ０〜Ｐ１７について説明する。
【００２８】
マイク１２は、外耳道に挿入することができる小型のマイクで構成する。マイク１２は、被験者の両耳に装着される。マイク１２は、スピーカＳ０〜Ｓ１８から出力された音声を収音する。
【００２９】
図１で示すデータ取得部２は、測定用信号生成部２１と発音制御部２３と記録部２４とを備える。測定用信号生成部２１はＣＰＵ、メモリ等を備え、メモリに格納された周波数配置データ２０に基づいて、測定用信号２２を生成する。測定用信号生成部２１は、スピーカＳ０〜Ｓ１７毎に出力する各測定用信号を同時に生成する。各測定用信号の周波数は一定間隔に配置されている。
【００３０】
発音制御部２３は、各測定用信号のスピーカに出力するタイミング、音量、周波数特性を調整する。発音制御部２３は、１回の測定で、（垂直方向に縦１列に配置された）スピーカＳ０〜Ｓ１７に対して測定用信号Ｐ０〜Ｐ１７を並行して出力する。
【００３１】
記録部２４は２チャンネルのＡ／Ｄ変換器、固定記憶装置を備え、マイク１２で取得した入力信号をＡ／Ｄ変換して固定記憶装置に格納する。記録部２４は、１回の測定で、水平方向が所定の１方向の角度で、縦方向が０〜８５度（５度刻み）の方向から到来する測定用信号を収音した応答信号のデータを取得する。また、前述のとおり水平方向に５度刻み３７回分で２チャンネルの測定を行うので、７４個のデータを格納する。
【００３２】
図１で示す後処理部３は、発音体分離部３１とインパルス応答再構成部３２を備える。発音体分離部３１は記録部２４に記録されている収音信号から各スピーカに対応した収音信号成分を分離する。
【００３３】
インパルス応答再構成部３２は、発音体分離部３１で得た、各スピーカに対応した収音信号成分から、インパルス応答（頭部伝達関数）を計算する。
【００３４】
次に図２を用いて、図１で示したデータ取得部２、後処理部３の内部構成について説明する。図２はその構成を示している。図１中ではデータ取得部２、後処理部３を機能ブロックで表していたが、実際には、図２に示すような汎用コンピュータ４に１８ｃｈのアンプを備えた音声出力装置４５を接続して構成する。そして、これらの機能ブロックの動作は、これらの装置にこれらの機能ブロックを動作させるプログラムをインストールすることにより行う。
【００３５】
汎用コンピュータ４は、ＣＰＵ４０と表示器４１と操作部４２と外部記憶装置４３とメモリ４４と音声を出力する音声出力装置４５と音声入力装置４６とを備える。また、頭部伝達関数測定装置１は、アンプ４５３を備え、アンプ４５３は汎用コンピュータ４に接続されている。以下、その構成を説明する。
【００３６】
図２のＣＰＵ４０は、メモリ４４に格納されたプログラムを動作させ、各種の計算を実行する。表示器４１は、操作部４２のＧＵＩを示すと共にメモリ４４のプログラムの動作結果等を表示する。操作部４２は、ＣＰＵ４０に指示を送る。
【００３７】
図２の外部記憶装置４３は、各種のデータを記録するものであり、ハードディスクや光磁気ディスクで構成する。メモリ４４は、外部記憶装置４３から読み込んだデータを記録しＣＰＵ４０で計算したデータを一時的に格納する。
外部記憶装置４３、メモリ４４には、それぞれ周波数配置データ２０と測定用信号生成プログラム２１０と測定用信号２２と発音制御プログラム２３０と記録データ２４０と発音体分離プログラム３１０とインパルス応答再構成プログラム３２０を格納している。このプログラムの詳細は後述する。
【００３８】
音声出力装置４５は、ＤＳＰ４５１と、１８ｃｈのＤ／Ａ変換器４５２とを備えている。また、音声出力装置４５は、メモリ４４に格納された測定用信号２２を入力して、スピーカＳ０〜Ｓ１８に出力するためのアナログ信号を生成する。
【００３９】
ＤＳＰ４５１は、１８ｃｈの信号処理ができ、１８ｃｈのスピーカＳ０〜Ｓ１７それぞれに出力するディジタル音声データを生成する。Ｄ／Ａ変換器４５２は、このディジタル音声データをアナログ信号に変換する。
【００４０】
また、音声出力装置４５は、前述のとおり外部に１８ｃｈのアンプ４５３を接続している。アンプ４５３は、Ｄ／Ａ変換器４５２で変換されたアナログ信号を機械部１０のスピーカＳ０〜Ｓ１７に接続する。
【００４１】
音声入力装置４６は、前述のとおり汎用コンピュータに接続する２ｃｈのアンプ４６１と２ｃｈのＡ／Ｄ変換器４６２とを備え、マイク１２からの２ｃｈの音声信号をディジタルデータに変換する。
【００４２】
なお、データ取得部２と後処理部３は、図２の構成を備えた頭部伝達関数測定のための専用装置で構成してもよい。
【００４３】
図２で示した構成を参照しつつ、再度図１に戻り、データ取得部２、後処理部３の機能ブロックについて更に詳細に説明する。前述のとおり、データ取得部２は、測定用信号を出力するための測定用信号生成部２１、発音制御部２３と、測定データを取得する記録部２４を備える。
【００４４】
図１の測定用信号生成部２１は、図２に示す外部記憶装置４３またはメモリ４４に格納された測定用信号生成プログラム２１０をＣＰＵ４０が処理することにより動作する。周波数配置データ２０を基にして、測定用信号２２のディジタルデータを各スピーカ毎に生成し、出力する。ここで周波数配置データ２０は、どの時間にどのスピーカからどの周波数で測定用信号を出力するべきかを表したデータである。測定用信号生成プログラム２１０は、周波数配置データ２０に沿って、測定用信号２２を生成する。例えば、後述図３以降で示すようなＴＳＰ信号（TimeSteretched Pulse：時間引き伸ばしパルス）等の測定用信号を生成する。
【００４５】
図１の発音制御部２３は、図２に示す外部記憶装置４３またはメモリ４４に格納された発音制御プログラム２３０をＣＰＵ４０が処理することにより動作する。発音制御プログラム２３０は、ＤＳＰ４５１に各ｃｈのスピーカに音声を出力するタイミングを制御する。ＤＳＰ４５１は、発音制御プログラム２３０の指示を受けて、測定用信号２２を入力して、音声出力用の所定のクロックで１８ｃｈのＤ／Ａ変換器４５２に送る。例えばこのクロックは９６ｋＨｚ×データビット数２４ｂｉｔ×２ｃｈ分のワードクロックとすることができる。またアンプ４５３は、１８ｃｈ同時に出力できるアンプで構成する。
【００４６】
図１の記録部２４は、図２に示す音声入力装置４６、メモリ４４、外部記憶装置４３で構成できる。アンプ４６１は、Ａ／Ｄ変換器４６２に入力可能な信号レベルにまで増幅する。Ａ／Ｄ変換器４６２は、この増幅した音声をディジタルの記録データ２４０（図２参照。）に変換し、メモリ４４、外部記憶装置４３に格納する。記録部２４は、１回の測定で、１つの水平方向の角度について、垂直方向１列に並んだスピーカＳ０〜Ｓ１７からの音声のデータを取得できる。水平方向に５度刻みに測定すれば、記録データ２４０で記録すべきデータ数は、水平方向に１＋１８０／５＝３７個分のデータ／片耳であり、両耳では７４個のデータとなる。
【００４７】
以上で説明した機械部１０、データ取得部２の構成により、頭部伝達関数を計算するための応答データを取得できる。
【００４８】
次に、図１の後処理部３について説明する。後処理部３は、データ取得部２で取得した応答データから、頭部伝達関数を取得する後処理を行う。後処理部３は、発音体分離部３１とインパルス応答再構成部３２を備えている。
発音体分離部３１は、図２に示す外部記憶装置４３またはメモリ４４に格納された発音体分離プログラム３１０をＣＰＵ４０が処理することにより動作する。発音体分離プログラム３１０は、マイク１２から得られた記録データ２４０と、スピーカＳ０〜Ｓ１７から並行して出力される各ＴＳＰ信号の周波数変化を示す周波数配置データ２０とを入力している（例えば、後述、図３参照。）。発音体分離プログラム３１０は、周波数配置データ２０と記録データ２４０と周波数解析した結果との対比に基づいて、各スピーカから出力された音声の周波数応答を分離する。この周波数応答の分離をするためには、例えば、周波数配置データ２０に基づいて、特定のスピーカから出力された測定用信号の周波数応答を抽出するようなバンドパスフィルタやノッチフィルタをかける方法がある。
【００４９】
インパルス応答再構成部３２は、図２の外部記憶装置４３とメモリ４４に格納されたインパルス応答再構成プログラム３２０をＣＰＵ４０が処理することにより動作する。インパルス応答再構成部３２は、発音体分離部３１で計算した各スピーカの収音信号成分の周波数応答を基にインパルス応答を計算する。例えば、特許文献２に記載の方法を用いることができる。
【００５０】
＜測定用信号の実施例＞
次に図３〜図７を用いて、発音制御部２３で出力する測定用信号の実施例について説明する。図３〜図７は、本実施形態の装置の発音制御部２３で用いる測定用信号の実施例１〜４の時間対周波数の配置を示している。なお、これらいずれの実施例でも、測定用信号Ｐ０〜Ｐ１７は、スピーカＳ０〜Ｓ１７にそれぞれ出力する測定用信号を表している。また、前述した図１の周波数配置データ２０には以下の図３〜図７で示すような各測定用信号の周波数の時間計画が特定のデータ形式で格納されている。
【００５１】
《測定用信号の実施例１》
図３を用いて、測定用信号の実施例１について説明する。図３に示すようにスピーカＳ０に出力する測定用信号Ｐ０は、測定開始時刻ＴＢから、周波数が最小周波数ＦＬから最大周波数ＦＨまで時間と共に直線的に変化するＴＳＰ信号である。周波数が最小周波数ＦＬから最大周波数ＦＨまで掃引しているからこの帯域の頭部伝達関数を求めることができる。同様に測定用信号Ｐ１〜Ｐ１７も図３に示すようにＰ０と並行して出力する。
【００５２】
図３に示すように、同時に測定用信号Ｐ０〜Ｐ１７が出力される時刻（例えば断面１０３）では、互いに周波数を隔てた音が同時に出力される。例えば、測定開始時刻ＴＢから測定用信号Ｐ０が出力された後、時間間隔を置いてＳ１から測定用信号Ｐ１が出力され、Ｐ０、Ｐ１が同時に出力される状態となる。このように測定用信号が同時に出力される時刻では、測定用信号Ｐ０〜Ｐ１７は周波数を隔てて出力されるので、このように同時に出力してもそれぞれの測定用信号の応答を解析したときに分離することができる。このように分離できることを前提として、測定用信号Ｐ０〜Ｐ１７を並行して出力しているので、頭部伝達関数の測定時間を短縮できる。
【００５３】
《測定用信号の実施例１の補足説明》
なお、図３で示した実施例は、例えば、周波数帯域ＦＬ〜ＦＨを５０〜２０，０００Ｈｚとすることができる（以下の実施例も同じ。）。
【００５４】
また、別のスピーカから出力された同一周波数の音声の応答が同時に観測されないようにするため、図３に示すＴＳＰ信号は、時間間隔１０２を隔てて出力される。例えば、１秒程度ずつ間隔を隔てる。以下の実施例でも、同様な間隔になるよう調整する。
【００５５】
また、図３に示す断面１０３は、図８で説明する。
【００５６】
《測定用信号の実施例２》
次に図４を用いて、測定用信号の実施例２について説明する。この実施例２では、測定開始時刻ＴＢから同時に複数の周波数帯域で測定用信号Ｐ０〜Ｐ１７を出力する点が異なる。このように測定用信号Ｐ０〜Ｐ１７は、測定開始時刻ＴＢから同時に出力されるので、図３の実施例１よりも同時に出力されている周波数帯域、時間帯が増え、測定時間の短縮に寄与する。
【００５７】
まず図４（Ａ）を用いて、測定用信号Ｐ０〜Ｐ１７のうちの１つであるＰ１の周波数の変化について説明する。測定用信号Ｐ１は、周波数帯域ＦＬ〜ＦＨの途中の周波数Ｆ１から始めて、この帯域の上限である最大周波数ＦＨに到達した時刻Ｔ１に最小周波数ＦＬへ、点線９０１の矢印に沿って不連続に周波数を変化させる。図４（Ａ）に示すように、周波数帯域ＦＬ〜ＦＨの途中の周波数Ｆ１から始めたとしても、周波数帯域ＦＬ〜ＦＨをすべて掃引することができる。さらに、図４（Ａ）で示したＰ１と同様に、他の測定用信号Ｐ０、Ｐ２〜Ｐ１７も周波数を不連続に移動させて周波数帯域ＦＬ〜ＦＨをすべて掃引するようにする。測定用信号Ｐ０〜Ｐ１７の周波数配置が重ならないようにすると、図４（Ｂ）のようになる。
【００５８】
図４（Ｂ）に示すように実施例２の測定用信号Ｐ０〜Ｐ１７を配置すれば、図４（Ａ）で示したような周波数配置データ２０には測定用信号を初めから各スピーカＳ０〜Ｓ１７に同時に出力されるようにすることができる。図４（Ｂ）に示す測定用信号Ｐ１は点線９０１の部分で周波数を不連続に変化させている。測定用信号Ｐ０、Ｐ２〜Ｐ１７で示した点線も同様である。なお、図示の見易さのため図４（Ａ）で示した矢印は省略しているが、図４（Ｂ）で示した点線の部分（９０１を含む）では、図４（Ａ）と同様に、周波数帯域の上限ＦＨから下限ＦＬに不連続に変化させる。このような測定用信号Ｐ０〜Ｐ１７の周波数の配置で測定用信号を出力すれば、いずれの測定用信号Ｐ０〜Ｐ１７も周波数帯域ＦＬ〜ＦＨを掃引することができると共に、互いに周波数の間隔を隔てることができる。そして、実施例２では図３で示した実施例１と比べて同時に出力する周波数が多いから、周波数を変化させる傾きを同一として比較すると、頭部伝達関数の測定時間をさらに短縮することができる。
【００５９】
《測定用信号の実施例２の補足説明》
なお、図４の測定用信号を用いれば１回の測定時間は以下のようになる。時間間隔１０２を約１秒とすれば、１回の測定時間は、１秒×１８ｃｈ＝１８秒程度で終了する。さらに、中心軸１０１の周りにスピーカＳ０〜Ｓ１７を５度刻みで回転させながら、この測定を３７回行う。そうすると、天頂Ｓ１８について１回測定する時間や、中心軸１０１の周りに回転する時間を考慮しても、全体で３０分程度で測定を終了できるから、大幅な時間短縮を図ることができる。
【００６０】
また、図４で示した測定用信号を使用する際には、図４（Ａ）で示した周波数が不連続に変化させる部分では必ずしも測定が正確でない場合があるから、周波数帯域ＦＬ〜ＦＨは、必要帯域よりも若干広めに取ることも有効である。
《測定用信号の実施例３》
次に図５を用いて、測定用信号の実施例３について説明する。この実施例３では、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、図４で示した周波数帯域ＦＬ〜ＦＨを２つに分けて、低周波数帯域ＦＬ〜ＦＭ、高周波数帯域ＦＭ〜ＦＨとしている。この２つの周波数帯域について図４の実施例の測定用信号のように周波数を不連続に周波数を変化させながら、それぞれＦＬ〜ＦＭ、ＦＭ〜ＦＨの周波数を掃引して、これらの測定用信号の成分（「測定用信号成分」ということにする。）をスピーカ毎に合成する。例えば、スピーカＳ１からは、図５（Ａ）のＰ１に示す測定用信号成分と図５（Ｂ）のＰ１に示す測定用信号成分を合成して出力する。なお、測定用信号は図４と同様、縦の点線で周波数を不連続に変化させる部分を図示している。
【００６１】
これらの周波数帯域ＦＬ〜ＦＭ、ＦＭ〜ＦＨは、互いに周波数が異なり、またそれぞれの周波数帯域では、どの測定用信号も互いに周波数の間隔を隔てることができるから、それぞれの測定用信号の応答を解析したときに分離することができる。このように測定用信号の応答を分離できることを前提としているから、図５（Ａ）、（Ｂ）の音声を同時に出力することができる。よって、周波数を変化させる傾きを同一とすれば、図４の実施例に対して、頭部伝達関数の測定時間を半分程度に短縮することが可能である。
【００６２】
《測定用信号の実施例４》
次に、図６を用いて、測定用信号の実施例４について説明する。この実施例４は、図５の（Ａ）、（Ｂ）をつき合わせたものとなっている。実施例４では、それぞれの測定用信号Ｐ０〜Ｐ１７は、２つの異なる周波数の測定用信号成分を合成したものであり、発音制御部２３はこの合成した測定用信号Ｐ０〜Ｐ１７を、これに対応するスピーカＳ０〜Ｓ１７に同時に出力する。これらの測定用信号のうち斜めの実線は、測定開始時刻ＴＢにおいて下半分の周波数から変化させる測定用信号成分を表しており、図４（Ａ）で示したような周波数の不連続な変化はない。測定用信号のうち破線で示した測定用信号成分は、図４（Ａ）で示したものと同様、ＦＬ、ＦＨで不連続に周波数を変化させるようにする。
【００６３】
例えば測定用信号Ｐ１７であれば、周波数Ｆ２から変化させる実線で示す測定用信号成分と、周波数Ｆ３から変化させる破線で示す測定用信号成分を合成してスピーカＳ０に出力する。２つの測定用信号Ｐ１７のうち破線で示す方は途中で周波数ＦＨに到達し、点線に沿って周波数ＦＬに不連続に変化する。ただし、Ｐ０については、周波数の不連続な変化をしない。
【００６４】
それぞれの測定用信号Ｐ０〜Ｐ１７は、いずれについても周波数の上下２つの測定用信号成分を合わせると、周波数帯域ＦＬ〜ＦＨを過不足なく掃引することができる。また、どの測定用信号も互いに周波数の間隔を隔てることができる。このように測定用信号の応答を分離できることを前提として測定用信号Ｐ０〜Ｐ１７を並行して出力するから、測定時間を短縮できる。
【００６５】
《測定用信号の実施例５》
次に、図７を用いて、測定用信号の実施例５について説明する。この実施例５は図６の実施例４の応用であり、周波数軸と平行な点線は図４〜図６と同様、周波数を不連続に移動させる測定用信号成分を表している。この実施例では、同一のスピーカから４つの測定用信号成分が合成されて出力される。図７に示すように、この４つの測定用信号は、周波数帯域ＦＬ〜ＦＨを４つに分割して出力するものであり、これらをすべて合わせると周波数帯域ＦＬ〜ＦＨを過不足なく掃引することができる。
【００６６】
図７の斜めの実線は、測定開始時刻ＴＢから周波数帯域ＦＬ〜ＦＨの下３／４の周波数から掃引する３つの周波数帯域の測定用信号成分を表している。これらの測定用信号成分には、周波数の不連続な移動はない。斜めの破線は、測定開始時刻ＴＢにおいて上１／４の周波数から変化させる１つ３つの周波数帯域の測定用信号成分を表している。これらの測定用信号成分では、図７に示す縦の点線の部分で図４（Ａ）で示したように周波数を不連続に移動させる。
【００６７】
図７の実施例５で測定用信号を構成しても、それぞれの測定用信号Ｐ０〜Ｐ１７は、いずれについても４つの周波数帯域の測定用信号成分を合わせると、周波数帯域ＦＬ〜ＦＨを過不足なく掃引することができる。また、どの測定用信号成分も互いに周波数の間隔を隔てることができる。したがって、周波数を変化させるピッチを同一とすれば、理論上、図４の実施例に対して、頭部伝達関数の測定時間を１／４程度に短縮することが可能である。ただし、図１で示した発音体分離部３１が周波数を分離できる分解能の限界があり、この制約を受ける。
【００６８】
＜測定用信号の実施例１〜５の説明の補足＞
なお、図３〜図７では、時間の経過と共に周波数を上昇するようにしたが、周波数を降下させるようにＴＳＰ信号を生成しても良い。
また、必ずしも直線的に周波数を変動するようにしなくてもよく、例えば時間ＴＢ〜ＴＥに対して対数スケールの周波数で変動させても良い。
また、図３では、各測定用信号Ｐ０〜Ｐ１７は周波数の時間変化を同一としたが、必ずしも同一である必要はない。ただし、周波数帯域ＦＬ〜ＦＨまでを掃引することと、同一時刻に周波数が一致する部分がないようにすることが必要である。
また、図３のそれぞれのＴＳＰ信号の測定時間を増やして、ＴＳＰ信号の周波数の上昇速度を下げるとＳＮ比が向上するが、測定に時間がかかるというトレードオフとなる。
【００６９】
図５の実施例では周波数帯域ＦＬ〜ＦＨを２つに分けて、低周波数帯域ＦＬ〜ＦＭ、高周波数帯域ＦＭ〜ＦＨにしたが、３つ以上に分断することも可能である。さらに、測定時間を半分程度に短縮することが理論上可能である。ただし、図１で示した発音体分離部３１が周波数を分離できる分解能の限界があるという制限がある。
【００７０】
また、図５の実施例では、図４（Ｂ）の実施例を応用したが、図３の実施例をこのように周波数帯域ＦＬ〜ＦＨを２つに分けて、低周波数帯域ＦＬ〜ＦＭ、高周波数帯域ＦＭ〜ＦＨにすることも可能である。
【００７１】
図７で示した実施例では、周波数の上下４つの測定用信号を同時に出力したが、４つに限らず、整数Ｎずつ同時に出力することも理論上可能である。ただし、図１で示した発音体分離部３１が周波数を分離できる分解能の限界があるという制限を受ける。
また、以上の実施例では、説明の容易のため、Ｓ１とＳ２といった隣り合うスピーカから所定の時間間隔で測定用信号Ｐ１、Ｐ２を出力している。しかし、近接する方向からの頭部伝達関数は類似する関係にあること、および残響による悪影響を考えると、近接するスピーカからは、なるべく遠ざけた時間間隔で測定用信号Ｐ０〜Ｐ１７が出力されるように、スピーカＳ０〜Ｓ１７と測定用信号Ｐ０〜Ｐ１７とを対応させるのが望ましい。
【００７２】
また、以上の実施例では、スピーカＳ０〜Ｓ１７を垂直方向に並べ、図１に示すように、半球殻１１を回転させたが、水平方向も含めて同時に出力できるよう、半球殻１１に格子状に並べたスピーカを設けて、図２の音声入力装置４６がこれら１８×３７ｃｈのスピーカに出力するような構成も考えられる。この場合には半球殻１１を回転する必要はなく、図３で示した実施例を応用して、これら全スピーカの測定用信号を、時間間隔を置いて重ねて出力する実施例も考えることができる。また、この実施例について、図４のように周波数を不連続に移動させる部分を設けるようにしたり、図５、図６の実施例のようにスピーカ１つ当たり複数の測定用信号を出力したりするよう応用することは、以上の説明を準用すれば容易に可能となる。
【００７３】
ここで、天頂の測定について補足する。前述のとおり天頂はＳ１８の１点のみなので１回測定すればよい。図２の音声入力装置４を１８ｃｈではなく１９ｃｈ入力可能とすれば、図３〜図７で示した１８個の測定用信号による測定を１回として、天頂の測定はいずれかの測定のときに並行して測定できる。この天頂の測定のときには、図３〜図７で示した１８個の測定用信号を１９個に拡張した測定用信号を用意して測定する。なお、図３〜図７で示した１８個の測定用信号を１９個に拡張することは、図３の時間間隔１０２を狭める等により容易に可能である。
【００７４】
＜収音信号の分離方法＞
次に、図８、図９を用いて、発音体分離部３１による収音信号の分離方法、発音体分離プログラム３１０の構成について説明する。
まず、図８は、図３で示した測定用信号Ｐ０〜Ｐ１７に対する応答である収音信号を記録した記録データ２４０の周波数分布を、時間を横軸、周波数を縦軸、ゲインを垂直軸にとって表した概念図である。図８中に示す断面１０３は、フレーム番号ｋ＝ｘのときのマイク１２で収音した信号の周波数分布を表しており、図３の断面１０３の時刻での周波数分布を示している。この周波数分布をフレーム番号ｋ＝ｘ、ｘ＋１・・・について取得すると、図８に示すように、ピークＲ０〜Ｒ１７が連なっている周波数分布を得ることができる（Ｒ０〜Ｒ１２は図示省略。）。これらのピークＲ０〜Ｒ１７は、測定用信号Ｐ０〜Ｐ１７に対応するから、測定用信号２２をどの時間にどのスピーカからどの周波数で出力したかを表す周波数配置データ２０を参照することにより、スピーカＳ０〜Ｓ１７のうちどのスピーカから出力されたのかを判断できる。また、このピークのそれぞれの値は測定用信号Ｐ０〜Ｐ１７の各周波数の音声に対するゲインであり、頭部伝達関数の各周波数のゲインを表している。したがって、これらを周波数の高低の順に並べ替えると、測定用信号Ｐ０〜Ｐ１７毎の頭部伝達関数を得ることができる。
【００７５】
以下、図９を用いて、収音信号の分離方法の実施例を挙げて説明する。図９は、この分離方法のフロー図の実施例であり、発音体分離プログラム３１０により実行する。なお、２ｃｈのマイク１２はいずれの音声入力も同じ処理を行うので、以下、１ｃｈについてのみ説明し、他方のｃｈは、この説明を準用する。
【００７６】
図９を用いて収音信号の分離方法の実施例について説明する。
図９のＳＴ１、ＳＴ２について説明する。ＳＴ１で記録データ２４０から所定フレーム長でＦＦＴを取得し、ＳＴ２でこれを格納する。ＳＴ１〜ＳＴ２を繰り返し、周波数応答を算出する。
図９のＳＴ３について説明する。求めた周波数応答データのそれぞれのフレームについて、（ピークのゲイン、周波数、経過時間（フレーム番号））の対を１セットとしてデータベース化する。ピークのゲインの取得方法は、周波数応答レベルの所定帯域での極大値を算出することにより行う。
【００７７】
図９のＳＴ４について説明する。図３で示したような周波数配置データ２０とＳＴ３で求めたピークのゲイン／周波数の対を対比する。これらは、互いに対応しているから、ＳＴ３で求めた値のうち（周波数、フレーム番号ｋ）と周波数配置データ２０を対比すれば、これらのピークの応答を測定信号Ｐ０〜Ｐ１７に対応させて分離することができる。そして、発音体分離部３１は、これらのデータを測定信号Ｐ０〜Ｐ１７毎に整理して、それぞれ周波数の高さの順に整理する。これによりそれぞれのスピーカＳ０〜Ｓ１７に出力された測定用信号に対する頭部伝達関数を得る。この頭部伝達関数は、このスピーカＳ０〜Ｓ１７が配置された方向から耳までの空間伝搬を模擬した伝達関数である。例えば図１のスピーカＳ２については、仰角が１０度、水平角度が、測定時の中心軸１０１から回転した角度の方向からの頭部伝達関数を得る。このようにして、スピーカＳ０〜Ｓ１７に出力された測定用信号に対する頭部伝達関数を得ることができる。即ち、１つの水平角度に関して、仰角０〜８５度まで５度刻みの方向からの頭部伝達関数を得ることができる。
【００７８】
さらに、図９のＳＴ１〜４を各水平方向のデータについて水平角度０〜１８０度を５度刻みで、３７回分のデータについて繰り返し行う。
【００７９】
なお、図９では図示していないが、天頂に設けたスピーカＳ１８からも別個に測定用信号を出力して測定する。後述する図９（Ｂ）についても同様である。音声入力装置４６を前述のとおり１９ｃｈとすれば、垂直方向１列のいずれかの測定に合わせて同時に行なってもよい。その場合には、図３〜図７で示した１８ｃｈ分の測定用信号Ｐ０〜Ｐ１７は、１９ｃｈに拡張する。
【００８０】
各スピーカに対応する頭部伝達関数を算出する際、測定用信号として用いたＴＳＰに対応する逆フィルタを用いてもよい。上記実施例1と同様の手法で各収音信号成分を分離した後、分離した収音信号成分に対し、測定用信号として用いたＴＳＰに対応する逆フィルタを畳み込むことで、頭部伝達関数を求めることができる。（特許文献２参照）
また、以上の図８、図９の説明では説明の容易のため図３を用いてきたが、以上の説明は図４以降の測定用信号の実施例についても容易に準用できる。ただし、図４（Ａ）で示した周波数を不連続に移動させる部分（点線９０１で図示）については、周波数が前後するため、ＳＴ４で格納するフィルタの中心周波数とこの周波数応答のセットは、周波数が低いものから順番に並ぶよう並び替えるようにする。
【００８１】
なお、以上で示した数値、構成は、本発明を限定するものではない。
【００８２】
＜別構成の発明＞
また、以下の構成の発明も考えられる。
【００８３】
（Ａ）本発明は、
互いに周波数の間隔を隔てて並行して出力した複数の測定用信号が収音された時系列音声データを用いて、該時系列音声データの所定時刻毎の周波数応答を解析する周波数応答解析部と、
前記測定用信号の時間対周波数についての配置関係を表した周波数配置データを用い、前記周波数配置データと前記周波数応答の解析結果のゲインの起伏とを対比して、前記測定用信号それぞれの応答を分離、取得する発音体分離部と、
周波数配置データと前記周波数応答とを対比して、頭部伝達関数を取得する頭部伝達関数取得部と、
を備える頭部伝達関数測定装置である。
【００８４】
本発明によれば、周波数応答解析部は、互いに周波数の間隔を隔てた複数の測定用信号が収音された音声データを用いて、該時系列音声データの所定時刻毎の周波数応答を解析する。発音体分離部は、前記測定用信号の時間対周波数についての配置関係を表した周波数配置データを用い、該データと前記周波数応答の解析結果のゲインの起伏とを対比して、前記測定用信号それぞれの応答を分離、取得する。配置関係を表した周波数配置データは、予め分かっているので、このデータを参照すれば、前記周波数応答の解析結果に観測される周波数の起伏がどの測定用信号から出力されたのか照合でき、各測定用信号の応答を分離することが可能となる。例えば、前記周波数応答のピークの（ゲイン、周波数、測定時刻）の対を１セットとしてデータベース化して、前記周波数配置データに基づいて分類して、周波数の高さの順に並べ替えて、頭部伝達関数を得ることができる。このようにして、複数の方向から同時に測定用信号が出力されても、応答を抽出分離できるから、したがって、短期間で測定を終えることができ、被験者の負担を軽減することができる。
【００８５】
なお、本発明は、単に周波数応答の解析からデータを分離しているのではない。本発明は、頭部伝達関数の測定用信号として、互いに周波数の間隔を隔てた音声を用いることにより、各測定用信号の応答を分離、取得することができる。この分離が可能であるから、頭部伝達関数用のデータを複数同時に測定できることができる。
【００８６】
（Ｂ）本発明は、
互いに周波数の間隔を隔てた複数の測定用信号が収音された時系列音声データと、前記測定用信号の時間対周波数についての配置関係のデータを表した周波数配置データとを用いて
前記周波数配置データのうち、選択した測定用信号に対応する周波数配置データが表す時間対周波数の変化に合わせて中心周波数が移動するバンドパスフィルタを、前記時系列音声データに畳み込み演算をする発音体分離部と、
前記畳み込み演算したデータについて周波数解析して周波数応答を求める周波数応答解析部と、
周波数配置データと前記周波数応答とを対比して、頭部伝達関数を取得する頭部伝達関数取得部と、
を備える頭部伝達関数測定装置である。
【００８７】
本発明は、互いに周波数の間隔を隔てた複数の測定用信号が収音された時系列音声データを用いている。そして、発音体分離部は、前記周波数配置データのうち、特定の測定用信号に対応する周波数配置データが表す時間対周波数の変化に合わせて中心周波数が移動するバンドパスフィルタを、前記時系列音声データに畳み込み演算をする。これにより、前記特定の測定用信号の周波数応答のみを抽出できる。周波数応答解析部は、前記畳み込み演算したデータについて周波数解析して周波数応答を求めるので、この周波数応答のピークは、周波数の並びに沿って並んでいると考えられる。これを取得することで、選択した測定用信号に対応する頭部伝達関数を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本実施形態に係る頭部伝達関数測定装置の構成図
【図２】本実施形態に係る頭部伝達関数測定装置の内部構成図
【図３】本実施形態に係る頭部伝達関数測定装置の測定用信号の実施例１
【図４】本実施形態に係る頭部伝達関数測定装置の測定用信号の実施例２
【図５】本実施形態に係る頭部伝達関数測定装置の測定用信号の実施例３
【図６】本実施形態に係る頭部伝達関数測定装置の測定用信号の実施例４
【図７】本実施形態に係る頭部伝達関数測定装置の測定用信号の実施例５
【図８】図３の測定用信号のマイク１２から入力したディジタルデータの周波数分布を、時間を横軸、周波数を縦軸、ゲインを垂直軸にとって表した概念図
【図９】本実施形態に係る頭部伝達関数測定装置の測定用信号の分離方法の実施例のフロー図
【符号の説明】
【００８９】
１−頭部伝達関数測定装置、  １０−機械部、  １１−半球殻、  １２−マイク
Ｓ０〜Ｓ１８−スピーカ
２−データ取得部、  ２０−周波数配置データ、
２１−測定用信号生成部、  ２１０−測定用信号生成プログラム
２２−測定用信号データ
２３−発音制御部、  ２３０−発音制御プログラム
２４−記録部、  ２４０−記録データ
３−後処理部、  ３１−発音体分離部、  ３１０−発音体分離プログラム
３２−インパルス応答再構成部、  ３２０−インパルス応答再構成プログラム
４−汎用コンピュータ、  ４０−ＣＰＵ、  ４１−表示器、  ４２−操作部
４３−外部記憶装置、  ４４−メモリ、  ４５−音声出力装置
４５１−ＤＳＰ、  ４５２−Ｄ／Ａ変換器、  ４５３−アンプ、  ４６−音声入力装置
４６１−アンプ、  ４６２−Ａ／Ｄ変換器
ＴＥ−測定終了時刻、  ＴＢ−測定開始時刻、
Ｆ１−周波数、  Ｆ２−周波数、  Ｆ３−周波数、Ｆ４−周波数
ＦＬ−最小周波数、  ＦＨ−最大周波数、  ＦＭ−中間周波数
Ｐ０〜Ｐ１７−測定用信号、  Ｒ０〜Ｒ１７−ピーク、
１００−被験者、  １０１−中心軸、  １０２−時間間隔、  １０３−断面
【図１】
2007251248.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】
2007251248.tif 000009
【図８】
2007251248.tif 000010
【図９】
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