テクノ雑学

第47回　真夜中でもここは大音響のスタジアム！　−サラウンドヘッドホンの技術−

サラウンドヘッドホンの技術

サラウンドヘッドホンの技術

真夜中でもここは大音響のスタジアム！　−サラウンドヘッドホンの技術−

　いよいよ4年に1回のサッカーの祭典、ワールドカップがはじまりました！日本代表を生放送で応援したいサポーターの皆さんには、寝不足の日が続きますね。

　ワールドカップ中継は臨場感あふれる5.1CHサラウンド音声での放送がされていますが、時差の関係で夜中に大きな音では楽しめないという人も多いと思います。そんな人の強い味方が、ヘッドホンでも立体音響が楽しめるサラウンドヘッドホン。今回のテクの雑学では、サラウンドヘッドホンの仕組みをみてみましょう。

■ なぜ音が聞こえる方向がわかるの？

　サラウンドの仕組みを見ていく前に、音が聞こえる仕組みについておさらいをしておきましょう。音は「音波」という言い方があるとおり、空気の振動（波）です。音波による空気の振動が耳の中にある「鼓膜」を振動させ、その振動が「耳骨」（じこつ）を伝わることで増幅されます。増幅された振動は、耳の奥にある「蝸牛」（かぎゅう）に満たされたリンパ液を振動させ、その振動を神経細胞が感知して、脳が音を感じるのです。

　人間は、左右の耳で音を聞いています。つまり、1つの音源から発せられた音は、右耳からと左耳からそれぞれ聞こえることになります。このとき、右耳と左耳で、音源からの距離がほんのわずかですが違いますので、鼓膜に音波が到達するまでの時間もわずかにずれることになります。つまり、右耳から聞こえる音と左耳から聞こえる音では、わずかにずれて聞こえるのです。この時間差を感じ取ることで、音源の方向を知ることができるのです。

■ 5.1chの仕組み

　この仕組みを利用して、立体的な音響を感じられるようにしたのが、5.1chサラウンドシステムです。前後・左右から音を出すことで、立体的な音響を感じ取ることができるのです。

　なお、5.1の「.1」は、低音用の「サブウーファー」をさしています。これは、人間の聴覚が、150Hz以下の超低音に対しては方向を認識できないという特徴を利用して、低音成分だけを1つのスピーカに分離したものです。低音再生に最適な設計のスピーカを1台追加することで、各方向に配置されたそれぞれのスピーカは、中・高音域の再生に適した設計にすることができるので、音質が向上します。

5.1chの仕組み

■ 2つのスピーカで5.1ch？

　では、2つのスピーカで立体的な音響を実現するには、どうすればいいでしょうか？その鍵は、「スピーカが5.1chでも、聞く側の人間の耳は2つ」だということです。つまり、スピーカの数はいくつであっても結局は「右耳から聞こえる音は右耳だけ、左耳から聞こえる音は左耳だけ」に聞こえるようにすれば、自然に音を聞いているのと同じように、立体的に聞こえるようになるはずなのです。逆の言い方をすれば、本来、左耳から聞こえているはずの音が、右耳に入らないようにすればよいということになります。とはいっても、スピーカから出る音の中で、特定の成分だけを消すことはできるのでしょうか。

　実は、音が波であるという性質を利用し、消したい音とまったく逆の位相の信号を同時に加えることで、相互に打ち消しあって音は聞こえなくなります。この技術を「クロストーク・キャンセル技術」といいます。

　上図のように、左のスピーカから、右のスピーカの音に若干遅延をかけて位相を反転させた音（1）を出すと、右のスピーカから出て左耳に到達した音（2）と完全に打ち消しあうため、右耳に到達した音（3）だけが残ります。

　2つのスピーカで立体音響が再現できれば、ヘッドホンでも再現できますね。

■ 究極のサラウンドを実現する？　バイノーラル録音

　ここまでは、現在一般的な5.1chサラウンド放送を楽しめるヘッドホンの仕組みを見てきましたが、録音そのものの方式を変えてしまう、「バイノーラル録音」という方式も研究されています。

　これは、マネキンの耳の中にマイクを仕掛けることで、人間の耳の位置での音をそのまま録音し、再生するというものです。人間の耳に実際に聞こえる音は、鼓膜から耳骨を伝わってくるだけでなく、頭蓋骨の中で反射したりなどさまざまな成分が加わっています。このような成分までそのまま録音・再生することで、よりリアルなサラウンドサウンドの再生を可能にする試みです。

　実際には、耳たぶや耳骨の形や頭蓋骨の形などに個人差があり、録音時に使用するマネキンが自分にあっていないと完全な再現はできないので、そのままの実用化は難しいです。でも、将来的には、この技術を応用して、自分専用サラウンドヘッドホンを作れる時代が来るかもしれませんね。

著者プロフィール：板垣　朝子（イタガキアサコ）
1966年大阪府出身。京都大学理学部卒業。独立系SIベンダーに6年間勤務の後、フリーランス。インターネットを中心としたIT系を専門分野として、執筆・Webプロデュース・コンサルティングなどを手がける
著書/共著書
「WindowsとMacintoshを一緒に使う本」　「HTMLレイアウトスタイル辞典」（ともに秀和システム）
「誰でも成功するインターネット導入法—今から始める企業のためのITソリューション20事例」（リックテレコム）など