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頭部伝達関数計測に用いる動電型スピーカの放射特性*☆今井悠貴，森川大輔，平原達也（富山県立大学 工学部）
電圧を、ヘッドホンアンプ（audio-technica，AT-HA20）で電力増幅したものである。スピ相反法による頭部伝達関数（Head-relatedーカユニットの放射音圧は、0.2 m の距離にTransfer Function: HRTF）の計測には外耳道に置いたマイクロホン（Brüel & Kjær，4189）と挿入できる超小型スピーカが必要である[1]。
オーディオ・アナライザで計測した。測定室
しかし、外耳道に挿入できるスピーカは少なの A 特性暗騒音レベルは 16 dB である。
く、これまでの計測システムでは電磁型の超インピーダンス特性は、スピーカユニット小型スピーカユニットが使用されてきた[1,2]。
へ印加される電圧と電流を計測して求めた。
この電磁型の超小型スピーカは、開いた空間周波数特性は、100 Hz から 20 kHz まで正に音を放射するときには、低域での出力音圧弦波を 1/12 oct. ステップで出力し、それらのが低く、高域で指向性が強く出る、などの問出力音圧を計測して求めた。スピーカユニッ
題点があった。
トへの入力電圧は 5.1 dBV（1.8 V）とした。
本報告では、動電型の超小型スピーカの物
高調波歪み特性は、スピーカユニットへの理特性を明らかにし、それらが相反法による入力電圧を変えて 1 kHz 正弦波の放射音のス
HRTF 計測で使用できるかどうかを検証する。
ペクトルを計測し、基本波と 2～5 次高調波の音圧レベルを算出して求めた。
2 超小型動電型スピーカユニット
挿入型イヤホンの多くは電磁型（Balanced
水平面指向性は、スピーカユニットを中心Armature 型）のスピーカユニットを使用してとする半径 0.2 m の円周上の 12 点(30 度間隔)
い る が 、 HA-FXC51 （ Victor ） や HS-930i
で周波数特性を計測することによって求めた。
（CREATIVE）などには超小型の動電型スピ
4 結果ーカユニットが用いられている。Fig. 1 にそ4.1 インピーダンス特性
れらの外観を示すが、いずれのスピーカユニいずれのスピーカユニットもインピーダンットも外耳道に挿入できるサイズである。
スは平坦で、1 kHz では約 15 Ωであった。
そこで、この二つのイヤホンに用いられて4.2 周波数特性いる動電型の超小型スピーカユニット（それスピーカユニット A と S の周波数特性をぞれを A と S と呼ぶ）をラウドスピーカとしFig. 2 に示す。同図に示されるように、スピて使用したときのインピーダンス特性、周波Speaker unit A
80数特性、高調波歪み特性、水平面放射特性を計測した。

はじめに

Speaker unit A

Speaker unit S
Φ 6.0

Φ 5.8
4.4

5.5

Fig. 1 二種の超小型スピーカユニットの外観

3

Sound pressure level [dB]

1計測システム60

Speaker unit S4020r = 0.2 m

0Noise floor

0.1

スピーカユニットの駆動信号は、オーディオ・アナライザ（Brüel & Kjær，3560）の出力

0.5 1510 20
frequency [kHz]Fig. 2 二種の超小型スピーカユニットの周波数特性*

Physical characteristics of ultra-small dynamic speaker units for reciprocal head-related transfer
function measurement, by IMAI Yuki, MORIKAWA Daisuke and HIRAHARA Tatsuya (ToyamaPrefectural University).

日本音響学会講演論文集- 701 -2011年9月

ーカユニット A の最低共振周波数 F0 は 3.8
kHz で音圧レベルは 76 dB、スピーカユニッ
ト S の F0 は 2.5 kHz で音圧レベルは 67 dB であった。同図の灰色部分は、HRTF 計測系のノイズフロアレベルを音圧レベルに換算したもので、両スピーカユニットともに 160 Hz以上の帯域で S/N が 0 dB 以上となる。
4.3 歪み特性
Fig. 3 に両スピーカユニットの 1 kHz における入力電圧対出力音圧レベル（青）及び 2次（緑）、3 次（赤）、4 次（橙）、5 次（紫）の高調波歪み音圧レベルを示す。
スピーカユニット A は 5.1 dBV（1.8 V）の入力電圧で基本波成分の音圧レベルは 46.5dB となり、高調波成分の音圧レベルはそれよりも 7.9 dB 低かった。スピーカユニット S は
5.1 dBV の入力電圧で基本波成分の音圧レベ
ルは 49.3 dB となり、高調波成分の音圧レベルはそれよりも 17.7 dB 低かった。
Sound pressure level [dB]

Speaker unit A

Speaker unit S50
基本波403020

2次103次
5次
4次0510 -10-505Input voltage level [dB (0 dB = 1 V)]

0-10-510Fig. 3 入力電圧 対 出力音圧レベル/高調波歪特性

4.4 指向特性
Fig. 4 に両スピーカユニットの水平面指向性を示す。なお、スピーカユニット A の入力電圧は-6 dBV（0.5 V）、スピーカユニット Sの入力電圧は 0 dBV（1.0 V）とした。同図に示されるように、両スピーカユニットともほぼ無指向性であった。
Speaker unit A
0°

270°

1 kHz

Speaker unit S
0°90°270°

90°

40 dB

40 dB

80 dB

80 dB

180°
2 kHz

4 kHz

180°
8 kHz 16 kHz

Fig. 4 水平面放射特性

日本音響学会講演論文集

5考察

動電型の超小型スピーカユニット A と S は、電磁型の超小型スピーカユニットよりも、出力音圧が高く、S/N が 0 dB 以上となる帯域も広く、高調波歪みレベルも低い。さらに、電磁型の超小型スピーカのような方位によって変化する高域のディップ周波数も無く、水平面指向性も無指向性である。
したがって、これらの動電型の超小型スピーカユニットを相反法による HRTF 計測シス
テムの耳栓スピーカとして使用すれば、160
Hz から 20 kHz の帯域で 0.2 m の近接場でのHRTF を測ることができる。
また、スピーカとマイクロホン間距離が 1.0m のとき、受音点の出力音圧レベルは 0.2 mよりも 14 dB 下がる。
距離 1.0 m で S/N が 0 dB以上になる周波数範囲を Fig. 2 から推定すると、数 100 Hz から 20 kHz となる。500 Hz 以
下での HRTF の振幅スペクトルはほぼ 0 dB であることを考慮すると、これらの動電型の超小型スピーカユニットは、相反法によるHRTF 計測システムの耳栓スピーカとして十分に利用できる。
この動電型の超小型スピーカユニットを耳栓スピーカとして用いた場合に、外耳道の奥でどの程度の音圧が生じているかを確認し、TSP 信号の入力電圧を決定することは、今後の課題である。

6

結論

二種類の動電型の超小型スピーカユニットの周波数特性、高調波歪み特性、指向性を計測した結果、それらは、電磁型の超小型スピーカよりも広い周波数帯域で、HRTF 計測用の耳栓スピーカとして利用できることが分かった。
参考文献[1] D. N. Zotkin, et al., “Fast head-relatedtransfer function measurement via
reciprocity,” J. Acoust. Soc. Am. 120(4),2202-2215, 2006.
[2] 松永悟行, 平原達也, “HRTF 計測用耳栓スピーカの放射特性,” 電気関係学会北陸支部連合大会講演論文集, G-11, 2009.
[3] 松永悟行, 平原達也, “相反法による頭部伝達関数に用いる耳栓スピーカの音響特性,” 音響学会誌, 67(8), 1-8, 2011.

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2011年9月