JP5849296B1 - 連通部付き密閉イヤホン - Google Patents

Abstract

【課題】イヤホンを使用するとき、外部の騒音を削減してイヤホンからの音を聞き取り易くし、また他人に不快感を与える音漏れを減少しつつ、広い帯域にわたってバランスのとれた周波数特性を実現すること。【解決手段】音導管にイヤチップを取付けるかもしくは耳穴の形に合わせた音導管を使用して密閉度を高め、電気音響変換器を収納するハウジングの内部空間と外部空間は音響的に連通しておらず、ハウジングの内部空間は、電気音響変換器と中間ハウジングによってフロントスペースとインナースペースとバックスペースの３つに区分されており、フロントスペースとインナースペースの間、およびインナースペースとバックスペースの間は、それぞれ連比較的小さな管状スペースをなす連通部によって連通している。【選択図】図２

Description

本発明は、放音部を外耳道入口に挿入して用いる密閉イヤホンに関する。とくに遮音性能が高いことを特徴とする密閉イヤホンに関する。

密閉イヤホンは、発音部分の背面が密閉されており、外耳道に挿入される部分であるイヤーパッドは、弾性を有する軟質プラスチックまたはゴム等により形成されており、外耳道の内面に隙間無く密着して、全体として耳栓構造をなしている。密閉イヤホンは、イヤーパッドを外耳道に挿入して装着することができるので、外耳の入り口に確実に装着して遮音することができる。また、イヤーパッドは柔軟性を有する材料により、外耳道の形状に合わせて容易に弾性変形させることができるので、良好な装着感を得ることもできる。

また、最近ではカスタムＩＥＭ（ＩＮ ＥＡＲ ＭＯＮＩＴＯＲ）と言って耳型（インプレッション）を採取して、それをベースに使用者の耳穴の形状に合わせて音導管の外部形状を作成することにより、さらに密着度や装着感が良好なイヤホンとすることもできる。

外耳道入口に挿入して用いる密閉イヤホンは、密閉性が良く、遮音性能が高くて外部の雑音が聞こえにくいので、高い音圧感度が得られ、騒音の大きい場所でも微弱な音を聴くことが可能である。また外耳道入口に挿入して使用できるので小型軽量化が容易という利点もある。

一般のインナーイヤー型イヤホンを音漏れに無いように密閉状態にすると、等価回路は図５（ａ）に示したようになり、周波数特性は図７のグラフに一点鎖線で示すように、低音領域は平坦で、高音域は急激に減少してしまい、高音のない低・中音だけになってしまう。そこで、この問題を解決するために特許文献１の技術では、電気音響変換器を装着したバイパスリングと（電気音響変換器の）ユニットケースの間に形成されるリング状のスリットを利用して音響通路を作り、振動板の前面と背面が音響的に結合された状態としている。（特許文献１）

このようにしたインナーイヤー型イヤホンの等価回路は図５（ｂ）に示したようになる。図５（ｂ）は、振動板等価質量ｍ１／振動板等価スティフネスＳ１／振動板等価音響抵抗ｒ１とボイスコイル駆動力Ｖ、耳孔の容積による外耳孔等価スティフネスＳｃ、イヤホンの背面のバックスペース等価スティフネスＳ０よりなる直列共振回路を、第１の連通路等価質量ｍｐと第１の連通路等価音響抵抗ｒｐよりなる音響通路でバイパスしたものであることを示している。

この場合の周波数特性は、図７に破線で示すようになる。全体に比較的平坦となり高音部が十分高い特性となるのであるが、２００Ｈｚ以下の低音部の減衰が大きいという課題が残る。

この課題を解決する密閉イヤホンの提案がある。例えば、放音空間における音のコモリの発生を防止するために、ドライバーユニットの外周縁に設けたスリットによって、ヘッドホンの耳孔への装着時に密閉状態となるハウジング内の放音空間を外部と通じる背面空間を通じて外部空間に連通させるものがあった。（特許文献２）

これにより、音のコモリの発生を防止し、低音域での向上のみでなく高音域を含めた全域での周波数特性の向上を達成したと述べている。しかし、外部空間と通じる開口があり、そのために遮音性能が高いとは言えず、その場合囲の騒音により、イヤホンからの音が聞き取りにくい、あるいはイヤホンの使用者のそばに他人が近づくとシャカシャカという音が聞こえて迷惑をかけるという問題が有った。

特許公開平１−１０１７９５号 特許公開２００５−１９１６６３号

密閉型インナーイヤー型イヤホンにおいて、低音、中音、高音のバランスが取れた周波数特性を持たせ、同時に音漏れを極力小さくすることが課題である。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、
イヤーパッドを外耳道入口に挿入して用いるにおいて、
電気音響変換器を収納しているハウジングの内部は、該電気音響変換器ならびに中間ハウジングの壁によって、フロントスペースとインナースペースとバックスペースの３つの独立した空間に分離されており、
該フロントスペースと該インナースペースの間を第１の、該インナースペースと該バックスペースの間を第２の比較的小さな管状スペースによってのみ、それぞれ連通していることを特徴とする密閉イヤホンである。

本発明の密閉イヤホンにおいては、等価回路は図５（ｃ）に示したようになる。すなわち、電気音響変換器に並列に、フロントスペースとインナースペースを連通する管状スペースが有る。これはすなわち、電気音響変換器の等価回路に並列の、第１の連通路等価音響抵抗ｒｐと第１の連通路等価質量ｍｐからなるバイパス回路である。インナースペースとバックスペースを連通する管状スペースが有る。これはすなわち、電気音響変換器の等価回路に直列の、第２の連通路等価音響抵抗ｒ２と第２の連通路等価質量ｍ２からなる直列インピーダンスである。

これらの回路要素を適宜変更することで密閉イヤホンの周波数特性を調整できる。回路要素の数が増えたため周波数特性の調整がやり易くなる。

また、外部空間のスティフネスに並列のバイパス回路は、ブッシングとワイヤーの間の隙間からの漏れを示す。このバイパス回路をなす通路の音響抵抗ｒｌが大きいので、実際の音漏れは少ない

インナースペースからより容積の大きいバックスペースに接続されたので、主として低音域の特性が改善される。

イヤーパッドは内耳の内面に隙間なく接触し、イヤーパッド先端から放出される音は外部の空間に出て行かない。また、電気音響変換器を収納しているハウジングには外部空間への開口が無いので基本的に音は外部の空間に出て行かない。結果として音漏れが少ない密閉イヤホンを実現できる。

密閉イヤホンの外形見取り図 密閉イヤホンの側面断面図 密閉イヤホンの背面図 連通部と音響抵抗材の実装の方法を説明する側面断面図 密閉イヤホンの音響等価回路 音漏れ特性 密閉イヤホンの音圧−周波数特性

以下、本発明による密閉イヤホンについて実施例をあげて説明する。

図１は、本発明による密閉イヤホン１の外形見取り図である。図２は、側面から見て奥行方向の中央の位置における密閉イヤホン１の側面断面図である。密閉イヤホン１の主要部は、電気音響変換器１１、前部ハウジング１３、中間ハウジング１７、後部ハウジング１４、イヤーパッド１５で構成されており、３つが密に嵌合している。（前部ハウジング１３、中間ハウジング１７、後部ハウジング１４を併せてハウジングという）図３は、中間ハウジング１７、後部ハウジング１４を取り外して、図２にＡ−Ａ’で示した紙面に垂直の断面の位置から図の左方向を見た背面図である。

前部ハウジング１３の内部に電気音響変換器１１が収納されている。図３で見て取れるように、電気音響変換器１１は前部ハウジング１３の内側に形成された区画壁１３４に隙間なく嵌り込んでいる。したがって、前部ハウジング１３と中間ハウジング１７の間は、のちに述べる連通部の管状スペースによってのみ音響的に連通しており、それ以外に音響の通路は無い。前部ハウジング１３の前方（図で左方向）は導音管１３１をなしており、その先端部には柔軟で伸縮性のある材料で作られているイヤーパッド１５が嵌め込まれている。図２に示すように、前部ハウジング１３の後部（図で右側）と中間ハウジング１７の前部、また中間ハウジング１７の後部が嵌合して、３つのハウジングの内外面はスムーズにつながっていて、接続部分は密閉されている。

イヤーパッド１５は、正面方向（図で左側）から見たとき、断面が円形であり、いずれの使用者でも使えるようになっているものである。しかし、特定の使用者個人の耳穴の型をとって、耳穴に挿入する音導管をそれに合わせた外部形状としたカスタムＩＥＭによるものであっても良い。密閉イヤホン１は、イヤーパッド１５を外耳孔に挿入して使用するが、このときイヤーパッド１５の周囲は隙間なく外耳孔の皮膚に密着しており、電気音響変換器１１の前面の空間と外耳孔の内部の空間は一体として外耳孔スペースを形成する。このとき、密閉イヤホン１の電気音響変換器１１の前面（図で左側）から導音管１３１を通って発生する音声は外部空間に漏れ出さない。

前部ハウジング１３の導音管１３１と電気音響変換器１１の間の位置には、螺旋管１３０が収納されている。螺旋管１３２は、発明者の別の発明であるところの、音波の経路を２つに分けて、その２つの経路の長さの差を、外耳孔の閉空間共振を発生する周波数の波長の半分の長さに等しくするための部材である。本発明とは直接には関係無い。

図２および図３に示したように、区画壁１３４の一部と前部ハウジング１３の上部の膨らんだ部分との間には連通部１２があり、区画壁１３４と共に隙間なくフロントスペースＦとインナースペースＲａを区画している。連通部１２の中央付近には孔１２１がある。孔１２１はすなわちフロントスペースＦとインナースペースＲａを連通する管状スペースである。

孔１２１には、図４（ａ）に示すように、音響抵抗材１２４を充填してある。音響抵抗材の材質は、発泡プラスチック、不織布などである。孔１２１に音響抵抗材１２４を充填しない場合もある。

図４は連通部と音響抵抗材の実装の方法を説明する断面図である。図４（ａ）は、連通部１２に孔１２１を開けて、図２に示されているように、孔１２１の内部に音響抵抗材１２４を充填する方法である。音響抵抗材１２４の長さ寸法と、充填時の圧力によって抵抗値を調整できるという利点がある。図４（ｂ）は連通部１２の孔１２１の開孔部を覆って音響抵抗材１２４を貼付する方法である。図４（ｃ）は連通部１２に細いパイプ１２２を埋め込んで、パイプ１２２の内部に音響抵抗材１２４を充填する方法である。パイプ１２２の長さを選択して等価質量を調整できるという利点がある。図４（ｄ）は連通部１２に細いパイプ１２２を埋め込んで、パイプ１２２の端部を覆って音響抵抗材１２４を貼付する方法である。図４（e）は連通部１２に孔１２１を開口してあって、音響抵抗材を充填もしておらず、また貼付もしていない場合を示す。これらの内、適当な方法を使うことができる。

中間ハウジング１７は、電気音響変換器１１の裏面全体を覆った蓋状の形状である隔壁１７１を形成している。中間ハウジング１７の隔壁１７１の１カ所に微細孔１７２が開口している。微細孔１７２はすなわちインナースペースＲａとバックスペースＲｂを連通する管状スペースである。微細孔１７２の右側の開口部には音響抵抗材１７３を貼付してある。微細孔１７２に、音響抵抗材を張り付けまたは充填しない場合もある。また、微細孔１７２とは別に電気信号を電気音響変換器１１に送るためのワイヤーを通すための通路があり、ワイヤーと通路の間には適宜な接着剤、もしくは充填材により密封されている。

後部ハウジング１４は中間ハウジング１７の裏面全体を覆った蓋状の形状であり、中間ハウジング１７との間にバックスペースＲｂを形成している。バックスペースＲｂは電気信号を電気音響変換器１１に送るための図示しないワイヤーの抜け止めのための結び目を収納している。

後部ハウジング１４の後端部の下側には、ブッシング１６が嵌め込まれている。ブッシング１６は電気信号を電気音響変換器１１に送るためのワイヤーを通すためのワイヤー通路１６１が形成してある。図２ではワイヤーの図は省略してある。ワイヤー通路１６１とワイヤーの間には、通常の成形、組立による寸法の差による僅かな隙間がある。

電気音響変換器１１の枠材の一部はダクト１１２を形成している。ダクト１１２の一方（図で左側）は底になっており、次に記す孔１１３以外は閉じられている。当該の底の一部には細い孔１１３が空いており、振動版１１１の背面側の空間まで貫通している。

また、電気音響変換器１１の枠材、ヨーク、磁石、磁極片のそれぞれの中心部には、それぞれ孔１１４、孔１１５、孔１１６、孔１１７が空いている。それぞれの孔の位置は重なっており、振動版１１１の背面側中央部の空間まで貫通している。

このような構造である密閉イヤホン１においては、電気音響変換器１１の振動版１１１の表側（図で右側）で発生した音波は螺旋管１３２が形成する２つの経路を通過して音響通路１３３を経由して外耳孔に達する。このとき、振動版１１１の前面側のフロントスペースＦと背面側のインナースペースＲａが、孔１２３によって音響的に接続されている。また、インナースペースＲａとバックスペースＲｂが、微細孔１７２によって音響的に接続されている。バックスペースＲｂには、ブッシング１６と図示しないワィヤーの間の隙間以外には、音波が外部の空間に出て行くような積極的な開口部は無い。

図６は、上に述べた密閉イヤホン１の音漏れ特性を評価した結果を示すものである。これは、イヤーパッド１５をダミーの外耳孔に挿入して、密閉イヤホン１の発音方向（イヤーパッドが有る側）と反対の位置にマイクロホンを置いて、密閉イヤホン１を動作させて測定したものである。

図６の破線で示したグラフは中間ハウジング１７の微細孔１７２を閉じた場合であり、実線で示したグラフは中間ハウジング１７の微細孔１７２を開けた場合である。破線のグラフでは中間ハウジング１７の隔壁１７１と後部ハウジング１４により電気音響変換器１１の後部が２重に覆われているので音の漏れが極めて小さいことが示されている。実線のグラフでは、音がインナースペースＲａからバックスペースＲｂに出てきて、さらにブッシング１６の隙間から外部空間に音が漏れ出すので１．５ｋＨｚから５ｋＨｚの間ではやや大きいが、気になるようなカシャカシャ音はほとんど聞こえないレベルである。

本発明の密閉イヤホンの音響等価回路は図５（ｃ）で表される。ここで、電気音響変換器等価回路２０は、振動板等価スティフネスＳ１、振動板等価音響抵抗ｒ１、振動板等価質量ｍ１、ボイスコイル駆動力Ｖを直列に接続したものであり、さらに外耳孔スペースの等価回路３０をなす外耳孔等価スティフネスＳｃならびにインナースペースＲａの等価回路４０をなすインナースペース等価スティフネスＳ２を直列に接続した閉回路で表わされている。そして、第１の連通路等価音響抵抗ｒｐと第１の連通路等価質量ｍｐからなる第１の連通路等価回路６０が電気音響変換器等価回路２０に並列に接続されてバイパス回路となっている。

また、第２の連通路等価音響抵抗ｒ２と第１の連通路等価質量ｍ２からなる第２の連通路等価回路７０が、インナースペースの等価回路４０とバックスペースの等価回路５０を接続している。ここでバックスペースの等価回路５０はバックスペース等価スティフネスＳ０からなる。さらに、バックスペースの等価回路５０に並列に、漏れ通路等価音響抵抗ｒｌと漏れ通路等価質量ｍｌからなる漏れ通路等価回路８０が有り、バックスペースＲｂと外部空間との間を接続している漏れ通路を表わしている。

この等価回路は、外耳孔と電気音響変換器１１の振動版１１１の前面側のフロントスペースＦとからなる外耳孔スペースと背面側のインナースペースＲａが、第１の連通路等価質量ｍｐと第１の連通路等価音響抵抗ｒｐで表される連通部によってバイパスされており、さらにインナースペースＲａを経由して、第２の連通路等価質量ｍ２と第２の連通路等価音響抵抗ｒ２で表されるインナースペースＲａとバックスペースＲｂを接続する連通部によってバックスペースＲｂに達しており、さらにまたブッシング１６とワイヤの隙間を示す漏れ通路等価質量ｍｌと漏れ通路等価音響抵抗ｒｌを通って音声が外部空間に漏れ出していることを示している。

連通部１２の孔１２１の内径および長さ、また音響抵抗材１２４は自由に設計できるので、第１の連通路等価質量ｍｐと第１の連通路等価音響抵抗ｒｐを所望の値に調整することが容易である。また、中間ハウジング１７の微細孔１７２についても同様に第２の連通路等価質量ｍ２と第２の連通路等価音響抵抗ｒ２を所望の値に調整することが容易である。これらの値を調整することによって密閉イヤホン１の周波数特性を調整することができる。

図７は密閉イヤホンの周波数特性を測定したものである。実線のグラフは本発明の密閉イヤホン１を測定した結果を示し、破線は比較のために中間ハウジング１７の微細孔１７２を閉じて測定した結果を示している。
破線のグラフでは１ｋＨｚ以下で、特に５００Ｈｚ以下で減衰しており、低音が弱くなっている。それに対して実線のグラフでは、５００Ｈｚ以下が相対的に高くなっており、低音が効いた音を実現しており、全体の周波数域のバランスが取れた特性を実現している。

１ 密閉イヤホン
１１ 電気音響変換器
１１１ 振動版
１１２ ダクト
１１３ 孔
１１４ 孔
１１５ 孔
１１６ 孔
１１７ 孔
１２ 連通部
１２１ 孔
１２２ パイプ
１２４ 音響抵抗材
１３ 前部ハウジング
１３１ 導音管
１３２ 螺旋管
１３３ 音響通路
１３４ 区画壁
１４ 後部ハウジング
１５ イヤーパッド
１６ ブッシング
１６１ ワイヤー通路
１７ 中間ハウジング
１７１ 隔壁
１７２ 微細孔
１７３ 音響抵抗材
２０ 電気音響変換器等価回路
３０ 外耳孔スペースの等価回路
４０ インナースペースの等価回路
５０ バックスペース等価回路
６０ 第１の連通路等価回路
７０ 第２の連通路等価回路
８０ 漏れ通路等価回路
Ｆ フロントスペース
Ｒａ インナースペース
Ｒｂ バックスペース
Ｓ１ 振動板等価スティフネス
ｒ１ 振動板等価音響抵抗
ｍ１ 振動板の等価質量
Ｖ ボイスコイル駆動力
Ｓｃ 外耳孔等価スティフネス
Ｓ２ インナースペース等価スティフネス
Ｓ０ バックスペース等価スティフネス
ｒｐ 第１の連通路等価音響抵抗
ｍｐ 第１の連通路等価質量
ｒ２ 第２の連通路等価音響抵抗
ｍ２ 第２の連通路等価質量
ｒｌ 漏れ通路等価音響抵抗
ｍｌ 漏れ通路等価質量

Claims (2)

1. イヤーパッドを外耳道入口に挿入して用いる密閉イヤホンにおいて、
   電気音響変換器を収納しているハウジングの内部は、該電気音響変換器ならびに中間ハウジングの壁によって、フロントスペースとインナースペースとバックスペースの３つの独立した空間に分離されており、
   該フロントスペースと該インナースペースの間を第１の、該インナースペースと該バックスペースの間を第２の管状スペースによってのみ、それぞれ連通しており、
   該第１ならびに該第２の管状スペースの内径及び長さを調整して所望の周波数特性を持たせることを特徴とする密閉イヤホン。
2. 請求項１に記載の密閉イヤホンであって、
   該第１の管状スペース、該第２の管状スペースのうち少なくとも１つに、内部に音響抵抗材を充填してあるかまたは入口を覆って音響抵抗材を貼付してあり、
   該音響抵抗材の等価質量と等価音響抵抗を調整して所望の周波数特性を持たせることを特徴とする密閉イヤホン。
   

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