JP2021158399A - ヘッドホン - Google Patents

Abstract

【課題】音響特性の向上を目的とする。【解決手段】ヘッドホンは、第１孔３８を有するハウジング１０と、ハウジング１０に設けられる第１ドライバーユニット１２と、ハウジング１０の内部空間を、第１孔３８で外部空間に連通して第１ドライバーユニット１２を含む第１空間３０と、第２空間３２に分割する隔壁２２と、隔壁２２に設けられる第２ドライバーユニット２６と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、ヘッドホンに関する。

近年、ヘッドホンの低域再生能力が重要な要素になっている（特許文献１）。低域の能率向上のために、ドライバーユニットは大型化する傾向にある。あるいは、ドライバーユニットのストロークを大きくすることで、低域の再現性を向上させることもある。

国際公開第２０１５／０７６００６号

ドライバーユニットの大型化は、高域で分割振動を発生させ、高域の音響特性を悪くする。あるいは、ドライバーユニットの大きなストロークは、歪が増大するなど、低域の音質悪化につながる。また、聴感印象上、低域と高域の分離感を向上させるために、周波数特性上、中域（例えば３００Ｈｚ〜１０００Ｈｚ付近）の音圧レベルを相対的に低下させる要求がある。

ここでは、音響特性の向上が目的である。

ヘッドホンは、第１孔を有するハウジングと、前記ハウジングに設けられる第１ドライバーユニットと、前記ハウジングの内部空間を、前記第１孔で外部空間に連通して前記第１ドライバーユニットを含む第１空間と、第２空間に分割する隔壁と、前記隔壁に設けられる第２ドライバーユニットと、を有する。

ヘッドホンの一部概略図である。 ヘッドホンの全体図である。 ハウジングの平面図である。 図３に示すハウジングのIII−III線断面の斜視図である。 音響調整回路の回路図である。 比較例１の構造を示す概略図である。 比較例２の構造を示す概略図である。 比較例１及び２の周波数特性をシミュレーションした結果を示す図である。 比較例３の構造を示す概略図である。 比較例４の構造を示す概略図である。 実施形態並びに比較例３及び４の周波数特性をシミュレーションした結果を示す図である。 変形例に係るハウジングの断面斜視図である。 変形例及び実施形態の周波数特性をシミュレーションした結果を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。但し、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲において様々な態様で実施することができ、以下に例示する実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。

図１は、ヘッドホンの一部概略図である。ヘッドホン１は、第１孔３８を有するハウジング１０と、ハウジング１０に設けられる第１ドライバーユニット１２と、ハウジング１０の内部空間を、第１孔３８で外部空間に連通して第１ドライバーユニット１２を含む第１空間３０と、第２空間３２に分割する隔壁２２と、隔壁２２に設けられる第２ドライバーユニット２６と、を有する。第１ドライバーユニット１２の第１振動板１４と、第２ドライバーユニット２６の第２振動板２８は、振動方向に対して非対称な形状であり、例えば、表側に凸のドーム形状、略円錐台形状（コーン形状）などである。

図２は、ヘッドホンの全体図である。ヘッドホン１は、図示しない音響機器（音楽プレーヤ、音響ミキサ又はスマートフォンなど）と有線又は無線で接続される。ヘッドホン１は、ヘッドバンド２と、一対のハウジング１０を有する。ヘッドホン１は、ノイズキャンセリング機能を備えていてもよい。なお、イヤホンは、ヘッドホン１の一種であるものとする。

図３は、ハウジング１０の平面図である。図４は、図３に示すハウジング１０のIII−III線断面の斜視図である。ハウジング１０には、第１ドライバーユニット１２が取り付けられている。第１ドライバーユニット１２は、音楽などの原音の電気信号から音を再生するようになっている。ダイナミック型であれば、電気信号に基づいてコイルに電流を流し、磁力で第１振動板１４（ダイアフラム）を振動させることで音が再生される。第１振動板１４は、表側に凸のドーム形状になっている。つまり、表面で凸になる部分は、裏面では凹になっている。このような振動方向に対する形状の非対称性に起因して、第１ドライバーユニット１２で再生される音には、歪（２次歪）が生じる。

ハウジング１０は、ユーザの耳に対向するように配置される出力面１６に、第１開口１８を有する。第１ドライバーユニット１２の第１振動板１４が、第１開口１８を塞ぐように、出力面１６に取り付けられている。出力面１６には、第１開口１８及び第１ドライバーユニット１２を囲んで、イヤカップ２０が取り付けられている。

ハウジング１０には、隔壁２２が取り付けられている。隔壁２２は、第２開口２４を有する。第２ドライバーユニット２６の第２振動板２８が、第２開口２４を塞ぐように、隔壁２２に取り付けられている。第２ドライバーユニット２６は、第１ドライバーユニット１２と同じ構造（例えばダイナミック型）である。第２振動板２８は、表側に凸のドーム形状になっている。

隔壁２２によって、ハウジング１０の内部空間が、第１ドライバーユニット１２がある第１空間３０と、第２空間３２に分割される。第１ドライバーユニット１２は、第１空間３０と外部空間に面している。第１振動板１４の裏面が第１空間３０を向いている。第２ドライバーユニット２６は、第１空間３０と第２空間３２の双方に面している。第２振動板２８の裏面が第１空間３０を向いている。第１ドライバーユニット１２及び第２ドライバーユニット２６は、対向するように配置されている。

第１空間３０は、第１開口１８及び第２開口２４がそれぞれ第１振動板１４及び第２振動板２８で塞がれているので、閉空間になっている。第１振動板１４の裏面に第１空間３０があるため、第１空間３０の空気圧によって、第１ドライバーユニット１２の音質が決まる。一方で、第２振動板２８の裏面に第１空間３０があるため、第２振動板２８による空気の振動によって、第１空間３０の空気圧を変えることができる。ハウジング１０には、電装盤３４が配置されている。第２ドライバーユニット２６の駆動のための音響調整回路３６は、電装盤３４に含まれる。

図５は、音響調整回路３６の回路図である。第１ドライバーユニット１２には第１信号Ｓ１が入力されるようになっている。音響調整回路３６は、第１信号Ｓ１に基づいて、第２信号Ｓ２を生成する。第２信号Ｓ２は、第２ドライバーユニット２６に入力される。第２ドライバーユニット２６によって第１空間３０の体積変化率を変えることが可能になる。

例えば、音響調整回路３６は、任意に設定可能な第１帯域において第１信号Ｓ１とは逆位相になるように、第２信号Ｓ２を生成する。逆位相にするのは、第１振動板１４及び第２振動板２８の表面が相互に反対を向くからである（図４参照）。第１帯域は、一部の周波数帯域としても、全ての周波数帯域としてもよい。第２信号Ｓ２を第１帯域において第１信号Ｓ１と逆位相にすることで、第１振動板１４及び第２振動板２８は、同じタイミングにおいて同じ方向に振動するので、閉空間（第１空間３０）の体積変化率が小さくなる。これにより、空気ばねの影響が緩和されて、低域の音圧感が上昇する。また、振動方向に対する振動板形状の非対称性に起因する歪（２次歪）が低減する。

図４に示すように、ハウジング１０は第１孔３８を有する。第１孔３８がある面は、第１ドライバーユニット１２が設けられる面（出力面１６）とは異なる。第１空間３０は、第１孔３８を通して外部空間に連通するが、第２空間３２は外部空間に連通しない。詳しくは、隔壁２２が開口４０を有し、パイプ４２の両端がそれぞれ開口４０及び第１孔３８に接続されている。第１空間３０では、開口４０の付近で空気の振動が生じ、ヘルムホルツ共鳴が励起される。これにより、共振周波数帯域では第１振動板１４はほとんど振動しなくなり、第１振動板１４の表面の音響放射が激減し、周波数特性にディップが生じる。

例えば、３００Ｈｚ以上１０００Ｈｚ以下の帯域（中域）で、周波数特性にディップを発生させることで、中域の音圧を落とし、相対的に低域と高域の音圧を高くして、分離感が良い音を形成することが可能となる。なお、共振周波数より低い帯域では、第２ドライバーユニット２６（第２振動板２８）によって、第１空間３０の空気を、第１振動板１４と同位相で振動させることができる。そのため、第１振動板１４の裏面の空気ばねの影響を極力排除することができ、その結果、低域の音圧レベルを上昇させることができる。

本実施形態によれば、同じ筐体サイズでも低域の音圧を従来構造に比べて確保しつつ、低域と高域の分離感が良い高音質の音を再生することができる。

図６は、比較例１の構造を示す概略図である。比較例１では、ハウジング１１０が密閉構造であり、第１ドライバーユニット１１２が使用されるが、隔壁及び第２ドライバーユニットがない点で実施形態と異なる。図７は、比較例２の構造を示す概略図である。比較例２では、ハウジング２１０が密閉構造であり、第１空間２３０に第１ドライバーユニット２１２及び第２ドライバーユニット２２６を有するが、第１孔がない点で実施形態と異なる。

図８は、比較例１及び２の周波数特性をシミュレーションした結果を示す図である。比較例１よりも比較例２の方が音圧レベルにおいて高い。つまり、本実施形態と同様に、ハウジング２１０の内部空間を隔壁２２２によって第１空間２３０と第２空間２３２に分割して、第１空間２３０で空気ばねの影響を低下させる構造の優位性が示されている。

図９は、比較例３の構造を示す概略図である。比較例３は、ハウジング３１０に孔３３８が形成される点で比較例１と異なる。図１０は、比較例４の構造を示す概略図である。比較例４は、第２空間４３２に連通する孔４３８がハウジング４１０に形成される点で比較例２と異なる。

図１１は、実施形態並びに比較例３及び４の周波数特性をシミュレーションした結果を示す図である。比較例３よりも比較例４の方が音圧レベルにおいて高い。やはり、本実施形態と同様に、ハウジング４１０の内部空間を隔壁４２２によって第１空間４３０と第２空間４３２に分割して、第１空間４３０で空気ばねの影響を低下させる構造の優位性が示されている。さらに、図４に示すように第１空間３０が第１孔３８で外部空間に連通する実施形態は、比較例３及び４よりも音圧レベル（特に低域）において高いことが示されている。

図１２は、変形例に係るハウジングの断面斜視図である。ハウジング１０Ｂは、第２孔３８Ｂを有する。第２孔３８Ｂを通して、第２空間３２Ｂが外部空間に連通する。その他の構造は、実施形態の構造と同じである。

図１３は、変形例及び実施形態の周波数特性をシミュレーションした結果を示す図である。変形例の方が実施形態よりも音圧レベルにおいて高いことが示されている。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、実施形態で説明した構成は、実質的に同一の構成、同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成で置き換えることができる。

１ ヘッドホン、２ ヘッドバンド、１０ ハウジング、１０Ｂ ハウジング、１２ 第１ドライバーユニット、１４ 第１振動板、１６ 出力面、１８ 第１開口、２０ イヤカップ、２２ 隔壁、２４ 第２開口、２６ 第２ドライバーユニット、２８ 第２振動板、３０ 第１空間、３２ 第２空間、３２Ｂ 第２空間、３４ 電装盤、３６ 音響調整回路、３８ 第１孔、３８Ｂ 第２孔、４０ 開口、４２ パイプ、１１０ ハウジング、１１２ 第１ドライバーユニット、２１０ ハウジング、２１２ 第１ドライバーユニット、２２２ 隔壁、２２６ 第２ドライバーユニット、２３０ 第１空間、２３２ 第２空間、３１０ ハウジング、３３８ 孔、４１０ ハウジング、４２２ 隔壁、４３０ 第１空間、４３２ 第２空間、４３８ 孔、Ｓ１ 第１信号、Ｓ２ 第２信号。

Claims (10)

1. 第１孔を有するハウジングと、
   前記ハウジングに設けられる第１ドライバーユニットと、
   前記ハウジングの内部空間を、前記第１孔で外部空間に連通して前記第１ドライバーユニットを含む第１空間と、第２空間に分割する隔壁と、
   前記隔壁に設けられる第２ドライバーユニットと、
   を有するヘッドホン。
2. 請求項１に記載されたヘッドホンにおいて、
   前記第２ドライバーユニットによって前記第１空間の体積変化率を変えることが可能になるように、前記第１ドライバーユニットに入力される第１信号に基づいて、前記第２ドライバーユニットに入力するための第２信号を生成する音響調整回路をさらに有するヘッドホン。
3. 請求項２に記載されたヘッドホンにおいて、
   前記音響調整回路は、第１帯域において前記第１信号とは逆位相になるように、前記第２信号を生成するヘッドホン。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載されたヘッドホンにおいて、
   前記第１孔がある面は、前記第１ドライバーユニットが設けられる面とは異なるヘッドホン。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載されたヘッドホンにおいて、
   前記第１ドライバーユニットは、第１振動板を有し、
   前記第２ドライバーユニットは、第２振動板を有し、
   前記第１振動板の裏面が前記第１空間を向いており、
   前記第２振動板の裏面が前記第１空間を向いているヘッドホン。
6. 請求項５に記載されたヘッドホンにおいて、
   前記第１振動板及び前記第２振動板のそれぞれは、表面側に凸のドーム形状であるヘッドホン。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載されたヘッドホンにおいて、
   前記第１ドライバーユニット及び前記第２ドライバーユニットは、対向するように配置されているヘッドホン。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載されたヘッドホンにおいて、
   前記ハウジングは、前記第２空間が前記外部空間に連通するように、第２孔を有するヘッドホン。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載されたヘッドホンにおいて、
   前記第１ドライバーユニット及び前記第２ドライバーユニットは、同一構造になっているヘッドホン。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載されたヘッドホンにおいて、
    前記第１孔は、ヘルムホルツ共鳴を励起して、３００Ｈｚ以上１０００Ｈｚ以下の帯域で、周波数特性にディップを生じさせる形状であるヘッドホン。

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