2-1-5
超小型動電型スピーカを用いた相反法による頭部伝達関数計測*☆今井悠貴，森川大輔，平原達也（富山県立大学 工学部）1

はじめに頭部伝達関数（HRTF: Head-related TransferFunction）は、相反法によって高速に計測できるが、計測には外耳道に挿入できる超小型スピーカが必要である[1,2]。これまでの計測シ
ステムでは電磁型の超小型スピーカユニットが使用されてきたが、それらは低域の出力音圧が低く、高域の指向性が強い、などの問題点があった[2]。我々は、一部の挿入型イヤホンに使用されている動電型の超小型スピーカユニットが、従来の電磁型の超小型スピーカユニットより広い帯域で HRTF の計測に利用可能であることを明らかにした[3]。
本報告では、動電型の超小型スピーカユニットを用いて、相反法により HRTF を計測した結果について述べる。

2方法（Vifa, MG10SD-0908）を頭部中心から 1 m 離して設置し、被測定頭を 10 度毎に回転させて計測するもので、使用機器は相反法による計測システムと同じである。
これらの音響計測は、暗騒音レベルが 16.5dB の防音室（3240 ×3.580 ×2.300 mm）内で行った。OATSP 信号は、サンプリング周波数 48 kHz、信号長 65,536 点のもので、20 回の加算平均を行い、各マイクロホンの受音信号を得、インパルス応答を算出した。
また、プローブマイクを用いて耳栓スピーカから OATSP 信号を放射した際の、鼓膜付近の音圧レベルも測定した。
2.2 信号処理方法
算出したインパルス応答には、室内の反射波が重畳している。これを除去するために、各インパルス応答波形から立下り部分を余弦関数とした 140 点（約 3 ms）の矩形窓で切り出した信号波形を、インパルス応答とした。

2.1 HRTF 計測システム
相反法による HRTF 計測システムを Fig.1に示す。外耳道に装着した耳栓スピーカから放射した OATSP 信号を、被測定頭の周囲に設置したマイクロホンアレイで同時収録するものである。
耳栓スピーカは、挿入型イヤホン（Creative,HS-930i）に用いられている超小型動電型スピーカユニット[3]を、シリコン印象材に埋め込
Primo,EM-133
ADC1んだものである。耳栓スピーカの OATSP 信
ADC2Unit S
HUB
号の入力電圧は、5.3 dBV（1.85 V）とした。
ADC3マイクロホンアレイは、半径 1 m の円周上
PC
COMEX,に 10 度間隔で 36 個のマイク（Primo, EM-133）
MA-BOX
DAC1を高さ 1.1 m に並べたもので、4 mmφの円状アルミフレームにソケットを用いて設置した。
audio-technica,
COMEX,
Soundproof room
AT-HA20
DASmini-E2000
A/D 変換器と D/A 変換器は DASmini-E2000（COMEX）を、耳栓スピーカ用の電力増幅
Fig. 1: 相反法による HRTF 計測システム
器は AT-HA20（audio- technica）を、マイクプ
3 結果
リアンプは MA-BOX（COMEX）を用いた。
実頭に耳栓スピーカを装着し、5.3 dBV の直接法による HRTF 計測システムは、耳栓
OATSP 信号を印加したときの鼓膜付近の音
スピーカの代りに耳栓マイクロホンを挿入し、圧レベルは最大 90 dB であった。
マイクアレイに代えて一個のラウドスピーカ*

Head-related transfer function measurements with reciprocal method using an ultra-small dynamic
speaker, by IMAI, Yuki, MORIKAWA, Daisuke and HIRAHARA, Tatsuya (Toyama Prefectural Univ.).

日本音響学会講演論文集- 737 -2012年3月

420

まとめ-20
相反法
直接法

0.5

15
Frequency [kHz]1020Fig. 2: 直接法と相反法で測定したダミーヘッドの真正面の HRTF 振幅スペクトルの比較

Fig. 3: 相反法で測定した実頭左耳の HRTF
謝辞
本研究の一部は科研費(22300061)の助成を受けた。
参考文献[1] Zotkin D.N. et al, Fast head-related transfer function
measurement via reciprocity, J.Acoust. Soc. Am.,
120(4), 2202-2215, 2006.
[2] 松永, 平原, “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,”音響誌, 67(8), 331-338,2011.
[3]

今井, 森川, 平原, “相反法による頭部伝達関数計測に用いる超小型動電型スピーカユニットの物理特性,” 信学技報, EA2011-79, pp.67-72, 2011.

[4]

松永, 平原, “相反法による HRTF 計測の問題点,”
信学技報, EA2009-74, 107-112, 2009.

[5]

落合, 金田, “全帯域でＳＮ比を一定とするインパルス応答測定信号（CSN-TSP）の実環境における有効性の検討,” 音講論, 621-622, 2010.09.

[6]超小型動電型スピーカユニットを耳栓スピ

日本音響学会講演論文集

0-40考察相反法による計測時の外耳道内音圧レベル
は、イヤホンで音楽を大音量で聴く場合に比べて低く、持続時間も短く、問題は無い。
電磁型の超小型スピーカユニットを耳栓ス
ピーカとして用いると、計測した HRTF の 16
kHz にカラーレーションが生じたり、14 kHz以上の帯域で差異が見られるなどの問題があった[4]。一方、動電型の超小型スピーカユニットを用いると、そのような問題はなく、0.5~20 kHz の HRTF が特段の問題なく計測できた。これは、動電型の超小型スピーカユニッ
トが、全体域で指向性が無く、出力音圧レベルも高く、低歪みだからである[3]。
しかし、0.5 kHz 以下の低域では、測定系のノイズフロアーに対する受音した OATSP 信号の SN 比が 20 dB 以下となり、正しいインパルス応答を得られなかった。これに対しては、金田らが提案する全帯域で SN 比を一定とするインパルス応答測定法[5]を利用することによって解決できる可能性がある。また、
HRTF は原理的に、波長が長い低域ではその振幅スペクトルは 0 dB であり、数百 Hz 以下の帯域は正確に計測できなくても支障がない。
HRTF を高速計測するもう一つの手法として、多方向から同時に放射した信号から信号処理によって HRTF を同時推定する方法がある[6]。この方法は直接法と同様に、被測定頭の周囲にラウドスピーカを並べる必要がある
ため近接場の HRTF は計測が困難である。これに対し相反法は、遠距離場は計測が困難であるが、近距離場ほど測定条件が有利になる。

5ーカとして用い、相反法によりダミーヘッド及び実頭の水平面の HRTF を計測した。その結果、実頭の水平面 10 度間隔の HRTF を約30 秒で計測することができた。

Level ［dB］

Fig.2 は、直接法と相反法で計測した真正面（0°）の音源位置に対するダミーヘッド左耳の HRTF の振幅スペクトルである。直接法と相反法で測った HRTF の振幅スペクトルはほぼ一致しており、その平均スペクトル距離は3.6 dB であった。水平面全周の平均スペクト
ル距離も 3.6 dB であった。
Fig.3 は相反法で測った実頭左耳の HRTF のコンター図である。電磁型超小型スピーカユ
ニットを用いた場合のような高域での HRTF
振幅スペクトルの乱れはなく、問題なくHRTF の計測ができた。

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徳住 他, “予測誤差法による頭部伝達関数の多方向同時推定,” 信学技報, EA2011-59, 55-60, 2011.

2012年3月