JP6348931B2 - インイヤーヘッドセットモジュール - Google Patents

Description

本発明はインイヤーヘッドセットモジュールに関し、より詳しくはパッシブノイズ消去インイヤーヘッドセットモジュールに関する。

技術の絶え間ない進歩とともに、すべての電子製品が軽量小型化に向けて開発されており、スマートフォン、タブレットコンピュータ又はノートブックコンピュータ等の電子製品は人々の日常生活に不可欠なものとなっている。上記のこれらの電子製品の各々において、ユーザ／リスナが電子製品により提供される音声情報を周囲の他の人々を妨害することなく聴くことを可能にするために、イヤーフォンが電子製品に必須のアクセサリになっている。更に、イヤーフォンはより良い音声通信もリスナに提供するため、リスナは音声情報の内容を明確に聴き取り、理解することができ、特に空気を介する不明確な音声通信と異なり、イヤーフォンの音声通信は、リスナが移動中でも、例えばエクササイジング中でも、運転中でも、激しい運動中でも、また騒々しい環境内でも影響を受けない。そのほか、電子製品を用いて電話をかけるために、マイクロフォンを有するヘッドセットも一般的なアクセサリになっている。

オーディオリスニング機能と音声収集機能の両方を実行するために、従来のヘッドセットは互いに分離されたイヤーフォンとマイクロフォンを備える設計を採用し、マイクロフォンとイヤーフォンを信号線又は簡単な構造で互いに接続している。その結果、イヤーフォンは耳に近接し、マイクロフォンは口に近接する。しかしながら、上記の設計のマイクロフォンは環境ノイズも受信するため、ユーザの音声の明瞭さが大きく影響を受ける。アクティブノイズ消去方法を採用する場合、ノイズ消去回路を組み込む必要があるためコストが増加するとともに、アクティブノイズ消去方法を使用すると収集される音声の忠実度も損なわれる。別の状況では、ヘッドセットの容積を減少させるために、別の従来のヘッドセットはブルートゥース通信を採用し、イヤーフォンとマイクロフォンは同じ筐体内に配置する。しかしながら、旧設計と同様に、この設計のマイクロフォンは口に最も近い端に設置され、マイクロフォンと口との間の距離が長くなるため、音声を受信するためにより高価な指向性マイクロフォンを採用する必要がある。

本発明は、マイクロフォンの音声収集効果が良くないとともにノイズ消去コストが高いという従来技術の問題を解決し得るインイヤーヘッドセットモジュールを提供する。

本発明のインイヤーヘッドセットモジュールは、筐体、スピーカユニット、イヤーパッド、及びマイクロフォンを含む。前記筐体は、室及び前記室と連通する音声出口を有する。前記イヤーパッドは前記筐体の外部に配置される。前記スピーカユニット及び前記マイクロフォンは前記室内に配置され、前記マイクロフォンは前記音声出口と前記スピーカユニットとの間に配置される。前記マイクロフォンの直径は６ｍｍに等しいかそれより小さい。

本発明の一実施形態では、前記スピーカユニットは前記室を前室と後室に分離し、空気が前記前室と前記後室との間を流れるのを阻止し、前記マイクロフォンは前記前室内に配置される。

本発明の一実施形態では、前記インイヤーヘッドセットモジュールは前記音声出口に配置された防湿通気性素子を更に備える。

本発明の一実施形態では、前記マイクロフォンの音声入口に防湿通気性素子が配置されている。

本発明の一実施形態では、前記イヤーパッドは前記筐体の前記音声出口の外側に配置され、前記音声出口と連通する通路を形成する。前記通路の大きさは前記音声出口に近い端から前記音声出口から遠く離れた端まで一定であるか、増大している。

本発明の一実施形態では、前記マイクロフォンはコンデンサマイクロフォンである。

本発明の一実施形態では、前記マイクロフォンと前記室の壁との間に通路が形成され、前記スピーカユニットから供給される音声を前記通路を通して前記音声出口の外へ送出するように構成されている。

本発明の一実施形態では、前記インイヤーヘッドセットモジュールは前記スピーカユニットと前記マイクロフォンに電気的に接続しているブルートゥース通信ユニットを更に備える。前記ブルートゥース通信ユニットはエコーキャンセリング回路を有する。

本発明の一実施形態では、前記インイヤーヘッドセットモジュールは前記スピーカユニットと前記マイクロフォンに電気的に接続しているブルートゥース通信ユニットを更に備える。前記ブルートゥース通信ユニットはマイクロフォンハイパスフィルタ回路を有し、前記マイクロフォンハイパスフィルタ回路の遮断周波数は３００Ｈｚ以上である。

本発明の一実施形態では、前記スピーカユニットと前記マイクロフォンに電気的に接続しているブルートゥース通信ユニットを更に備える。前記ブルートゥース通信ユニットはマイクロフォンハイパスフィルタ回路を有し、前記マイクロフォンハイパスフィルタ回路の勾配は３ｄＢ／オクターブ以上である。

本発明の一実施形態では、前記筐体は一体に形成され、前記筐体の最大外径は８ミリ以下である。

本発明の一実施形態では、前記スピーカユニットの直径は６ｍｍ以下である。

本発明の一実施形態では、前記マイクロフォンの音声入口は前記音声出口に正対している。

本発明の一実施形態では、前記インイヤーヘッドセットモジュールはプリント回路基板を更に備える。前記プリント回路基板は前記室内に係合される。前記マイクロフォンは前記プリント回路基板上に半田付けされる。前記プリント回路基板と前記室の壁との間に通路が形成され、前記スピーカユニットから提供される音声を前記通路を通して前記音声出口の外へ送出するように構成されている。

本発明の一実施形態では、前記インイヤーヘッドセットモジュールはマイクロフォンリードワイヤを更に備える。前記室の壁にワイヤスロットが形成される。前記マイクロフォンリードワイヤは前記マイクロフォンと電気的に接続され、前記ワイヤスロットを通って外部まで延びている。

以上に基づいて、本発明のインイヤーヘッドセットモジュールでは、スピーカユニットとイヤーパッドの両方が密閉ノイズ消去機能をもたらす。それゆえ、本発明のインイヤーヘッドセットモジュールは環境ノイズを絶縁することができ、よってより良好な音声受信効果を達成することができる。

本発明の一実施形態によるインイヤーヘッドセットモジュールの部分断面図である。 本発明の別の実施形態によるインイヤーヘッドセットモジュールの概略断面図である。 本発明の別の実施形態によるインイヤーヘッドセットモジュールの部分断面図である。 図３Ａのインイヤーヘッドセットモジュールの筐体の部分断面図である。

図１は本発明の一実施形態によるインイヤーヘッドセットモジュールの部分断面図である。図１を参照すると、本実施形態のインイヤーヘッドセットモジュール１００は、筐体１１０、イヤーパッド１５０、スピーカユニット１２０、及びマイクロフォン１３０を含む。筐体１１０は室Ｃ１０と音声出口Ｐ１０を有する。室Ｃ１０は音声出口Ｐ１０と連通している。イヤーパッド１５０は筐体１１０の外側に配置される。スピーカユニット１２０とマイクロフォン１３０は両方とも室Ｃ１０内に配置され、マイクロフォン１３０は音声出口Ｐ１０とスピーカユニット１２０との間に配置される。マイクロフォン１３０の直径は６ｍｍに等しいかそれより小さいため、マイクロフォン１３０は筐体１１０と一緒にユーザの耳の外耳道内に挿入して鼓膜の近くに置くことができる。本実施形態のインイヤーヘッドセットモジュール１００を「インイヤー」と呼ぶ理由は、ヘッドセットモジュールの一部分を耳介（外耳）から外耳道内に置くことができるためであり、外耳道の終端が鼓膜である。人の外耳道の平均直径は８ｍｍより大きく、本実施形態のマイクロフォン１３０は６ｍｍに等しいかそれより小さいため、マイクロフォン１３０は外耳道内に挿入し、鼓膜に接近させて外耳道内を伝達される音波を検出することができる。インイヤーヘッドセットモジュール１００がユニットの耳に装着され、外耳道に挿入されると、音声出口Ｐ１０が耳の鼓膜に対向して接近し、スピーカユニット１２０とイヤーパッド１５０がマイクロフォン１３０への環境ノイズの伝達を阻止するため、パッシブノイズ消去効果が得られるとともに収集される音声の忠実度の増加も得られる。もっと正確に言えば、スピーカユニット１２０が筐体内部からマイクロフォン１２０への環境ノイズの伝達を阻止し、イヤーパッド１５０が筐体１１０の外部からマイクロフォン１２０への環境ノイズの伝達を阻止する。加えて、マイクロフォン１３０はユーザの鼓膜のすぐ近くに位置するため、ユーザが話すときに生じる鼓膜の振動によって生成される音波はマイクロフォン１３０によって敏感に検出され、収集されるとともに、ユーザにより生成された音声は骨によって外耳道の内部に良く伝達され、マイクロフォン１３０によって収集され得る。

インイヤーヘッドセットモジュール１００の一部分は外耳道内に皮膚と接触して挿入されるため体温（３６℃）の影響を受けるが、インイヤーヘッドセットモジュール１００の露出部分は環境の影響を受ける。一般的に、環境の温度がほぼ０℃であるとき、温度差の影響のために、気相から液相への凝縮が容易に起こるため、静電マイクロフォンは感度が大幅に減少する等の重大な影響を受ける。

本実施形態では、スピーカユニット１２０によって室Ｃ１０を前室Ｃ１２と後室Ｃ１４に分離し、前室Ｃ１２と後室Ｃ１４との間を空気が流れないようにし、マイクロフォン１３０は前室Ｃ１２内に設置する。言い換えれば、スピーカユニット１２０と室Ｃ１０との接触は本質的に気密接触であるため、後室Ｃ１４から前室Ｃ１２へ空気が伝達することはできず、環境ノイズがマイクロフォン１３０により収集される可能性を低減することができる。筐体１１０の最大外径はインイヤーヘッドセットモジュールを装着する際にユーザの外耳道に入れ易いように、例えば８ｍｍ以下である。本実施形態におけるスピーカユニット１２０の直径は例えば６ｍｍ以下であり、外耳道とインイヤーヘッドセットモジュール１００との間に形成される密閉空間を小さくし、スピーカユニット１２０とマイクロフォン１３０の感度を高めるために、スピーカユニット１２０はマイクロフォン１３０にできるだけ近づけて配置される。マイクロフォン１３０はコンデンサマイクロフォン又は他のタイプのマイクロフォンとしてもよく、マイクロフォン１３０の外観は円形又は他の外観として設計してもよい。マイクロフォン１３０の音声入口１３２は音声出口Ｐ１０に真向かいで、よってマイクロフォン１３０の音声入口１３２は音声出口Ｐ１０から見えるため、より良好な音声受信効果を達成することができる。

本実施形態では、マイクロフォン１３０と室Ｃ１０の壁Ｗ１０との間に通路Ｔ１０が形成され、スピーカユニット１２０から供給される音声を通路Ｔ１０を通して音声出口Ｐ１０の外へ送るように構成されている。従って、スピーカユニット１２０から供給される音声を鼓膜へ良好に伝達することができる。加えて、本実施形態の筐体１１０は一体に形成されているため、構造全体が単純で、容易に組み立てることができる。本実施形態のインイヤーヘッドセットモジュール１１０はモノラル又はバイノーラル設計を採用してもよい。バイノーラル設計を採用する場合には、マイクロフォン１３０は片側にのみ構成され、両側の音場を同一にするために仮想マイクロフォンが反対側に構成される。仮想マイクロフォンの形状はマイクロフォン１３０の形状と同一であるが、仮想マイクロフォンは音声受信機能を持たない。

図２は本発明の別の実施形態によるインイヤーヘッドセットモジュールの断面図である。図２を参照すると、本実施形態のインイヤーヘッドセットモジュール２００は図１のインイヤーヘッドセットモジュール１００に類似し、ここでは両モジュールの差異のみが紹介される。本実施形態のインイヤーヘッドセット２００はスピーカユニット１２０及びマイクロフォン１３０に電気的に接続しているブルートゥース通信ユニット２４０を更に含んでいる。ブルートゥース通信ユニット２４０とスピーカユニット１２０及びマイクロフォン１３０との間の電気的接続は導電線及び回路基板によって達成し得るが、図２では省略され、示されていない。ブルートゥース通信ユニット２４０を介して、本実施形態のインイヤーヘッドセットモジュール２００は電子装置からの音声信号をブルートゥース通信によって送受する。同時に、ブルートゥース通信ユニット２４０はエコーキャンセル回路を有するため、マイクロフォン１３０から放出される音声信号は通話者側からの録音音声信号、例えばユーザにより生成される音声のみを含み、スピーカユニット１２０により生成される受話者側の音声と混合されない。本発明のインイヤーヘッドセットモジュールは音声信号の電子装置への送出及び電子装置からの収集のために有線接続を採用してもよいこと勿論である。この電子装置が上述したエコーキャンセル機能を有してもよい。更に、電池はインイヤーヘッドセットモジュール２００の内部に配置し得るが、図２では省略され、示されていない。インイヤーヘッドセットモジュール２００はほぼ全体を外耳道内に設置することができ、外観がより美しくなるのみならず、ユーザの耳への負担も軽減される。そうでなければ、イヤーパッド２５０をインイヤーヘッドセットモジュール２００の筐体２１０の外部に取り付けてもよい。本実施形態のイヤーパッド２５０は筐体１１０の音声出口Ｐ１０を有する端部のスリーブを形成し、音声出口Ｐ１０はイヤーパッド２５０の内部に位置する。イヤーパッド２５０は音声出口Ｐ１０と連通する通路２５２を形成する。通路２５２の大きさは音声出口に近い端から遠く離れた端まで一定に維持されるか増大される。上述した設計によって、鼓膜の振動により発生される音波はイヤーパッド２５０により妨害されず、音波の大部分がマイクロフォン１３０に伝達され、収集される。イヤーパッド２５０は、外耳道内に嵌合し、外部ノイズを殆ど遮断するように、ユーザの外耳道の輪郭に従って適切に弾力的に変形される。加えて、５００Ｈｚ以下の鼓膜振動が拡大され，２ＫＨｚ以上の鼓膜振動が減衰される問題を解決するために、マイクロフォン信号補償回路を本実施形態のインイヤーヘッドセットモジュール２００の内部に組み込んでもよく、またインイヤーヘッドセットモジュール２００と相互接続される電子機器、例えばモバイルフォン又はブルートゥース通信装置等がマイクロフォン信号補償ソフトウェア又は回路を提供するようにしてもよい。具体的には、ブルートゥース通信ユニット２４０はハイパスフィルタ回路２４２を有し、ハイパスフィルタ回路２４２の遮断周波数は３００Ｈｚに等しいかそれより高く、ハイパスフィルタ回路２４２の勾配は３ｄＢ／オクターブに等しいかそれより大きくしてもよい。ハイパスフィルタ回路２４２の勾配は、ハイパスフィルタ回路２４２の電力利得が周波数に応じて変化することを示し、１オクターブ当たりの電力利得の差が３ｄＢに等しいかそれより大きいことを示す。

本実施形態では、インイヤーヘッドセットモジュール２００は、音声出口Ｐ１２に配置された防湿通気性素子２６０を更に含む。防湿通気性素子２６０は筐体２１０内部への異物の侵入も防止し得る。更に、マイクロフォン１３０はマイクロフォン１３０の音声入口１３２に配置された防湿通気性素子１３４を有する。防湿通気性素子２６０及び防湿通気性素子１３４は両方とも防湿通気性膜、又は防湿処理されたスクリーン布、又は他の適切な防湿通気性素子である。

図３Ａは本発明の別の実施形態によるインイヤーヘッドセットモジュールの部分断面図であり、図３Ｂは図３Ａのインイヤーヘッドセットモジュールの筐体の部分断面図である。図３Ａ及び３Ｂを参照すると、本実施形態のインイヤーヘッドセットモジュール３００は図２のインイヤーヘッドセットモジュール２００に類似し、ここでは両モジュールの差異のみが紹介される。本実施形態のインイヤーヘッドセットモジュール３００はプリント回路基板３７０を更に含む。マイクロフォン１３０は、例えば表面実装技術（ＳＭＴ）を用いてプリント回路基板３７０上に半田付けされる。プリント回路基板３７０は筐体３１０の室Ｃ２０内に係合される。例えば、スロットＧ１２が室Ｃ２０の壁Ｗ２０に形成され、プリント回路基板３７０の外側凸部がスロットＧ１２内に正確に係合する。組み立て容易にするために、スロットＧ１２の音声出口Ｐ２０に近い側が閉鎖されるように設計され、スロットＧ１２の反対側が開放されるように成形される。その結果、プリント回路基板３７０はスロットＧ１２の開放端からスロットＧ１２内に摺動して入れられ、スロットＧ１２の閉鎖端で停止される。更に、スロットＧ１２の閉鎖端と音声出口Ｐ２０との間の距離を調整することによって、マイクロフォン１３０と音声出口Ｐ２０との間の距離が理想的な設計値に制御される。プリント回路基板３７０と室Ｃ２０の壁Ｗ２０との間に通路Ｔ２０が形成され、スピーカユニット１２０から供給される音声が通路Ｔ２０を通して音声出口Ｐ２０の外へ送出されるように構成される。更に、通路Ｔ２０の断面の形状及び大きさはスピーカユニット１２０から放出される音声品質を調整するために変えられる。そのほか、インイヤーヘッドセットモジュール３００はマイクロフォンリードワイヤ３８０を更に含む。ワイヤスロットＧ１４が室Ｃ２０の壁Ｗ２０に形成される。マイクロフォンリードワイヤ３８０は信号を送信し且つ電力を受け取るためにマイクロフォン１３０と電気的に接続し、ワイヤスロットＧ１４を通って外部まで延びる。他の実施形態では、マイクロフォンリードワイヤ３８０は他のプリント回路基板３７２に接続してもよく、プリント回路基板３７２から一つのリードワイヤを外部まで延ばしてもよい。この例では、スピーカユニット１２０はプリント回路基板３７２の上に配置される。

要するに、本発明のインイヤーヘッドセットモジュールではマイクロフォンが音声出口とスピーカユニットとの間に位置する。そのため、本発明のインイヤーヘッドセットモジュールがユーザの耳に装着されるとき、マイクロフォンはスピーカユニットと鼓膜の間に位置し、スピーカユニットとマイクロフォンの両方が環境ノイズを絶縁するため、より良好な音声受信効果が達成され、アクティブノイズ消去方法を使用する場合に必要とされるコストが節約される。

本発明を上記の実施形態に関連して記載したが、これらの実施形態は本発明を限定することを意図しない。記載された実施形態に対する様々な変更及び変形を本発明の精神及び範囲から逸脱することなく実施し得ることは当業者に明らかであろう。従って、本発明の範囲は添付の請求項によって限定され、上記の詳細な説明によって限定されない。

本発明は音声を提供する装置として適用し得るインイヤーヘッドセットモジュールに関する。

１００，２００，３００ インイヤーヘッドセットモジュール
１１０，２１０，３１０ 筐体
１２０ スピーカユニット
１３０ マイクロフォン
１３２ 音声入口
１３４，２６０ 防湿通気性素子
１５０，２５０ イヤーパッド
Ｃ１０，Ｃ２０ 室
Ｃ１２ 前室
Ｃ１４ 後室
Ｐ１０，Ｐ１２，Ｐ２０ 音声出口
Ｗ１０，Ｗ２０ 壁
Ｔ１０，Ｔ２０，２５２ 通路
２４０ ブルートゥース通信ユニット
２４２ ハイパスフィルタ回路
３７０，３７２ プリント回路基板
３８０ マイクロフォンリードワイヤ
Ｇ１２ スロット
Ｇ１４ ワイヤスロット

Claims (14)

1. 室及び前記室と連通する音声出口を有する筐体と、
   前記筐体の外部に配置されたイヤーパッドと、
   前記室内に配置されたスピーカユニットと、
   前記室内に配置され且つ前記音声出口と前記スピーカユニットとの間に配置されたマイクロフォンとを備え、
   前記マイクロフォンの直径が６ｍｍ以下であり、
   前記スピーカユニットと前記マイクロフォンに電気的に接続しているブルートゥース通信ユニットを更に備え、前記ブルートゥース通信ユニットはエコーキャンセリング回路を有する、
   インイヤーヘッドセットモジュール。
2. 前記スピーカユニットは前記室を前室と後室に分離し、空気が前記前室と前記後室との間を流れるのを阻止し、前記マイクロフォンは前記前室内に配置される、請求項１記載のインイヤーヘッドセットモジュール。
3. 前記音声出口に配置された防湿通気性素子を更に備える、請求項１記載のインイヤーヘッドセットモジュール。
4. 前記マイクロフォンの音声入口に防湿通気性素子が配置されている、請求項１記載のインイヤーヘッドセットモジュール。
5. 前記イヤーパッドは前記筐体の前記音声出口の外側に配置され、前記音声出口と連通する通路を形成し、前記通路の大きさは前記音声出口に近い端から前記音声出口から遠く離れた端まで一定であるか増大している、請求項１記載のインイヤーヘッドセットモジュール。
6. 前記スピーカユニットの直径は６ｍｍ以下である、請求項１記載のインイヤーヘッドセットモジュール。
7. 前記マイクロフォンはコンデンサマイクロフォンである、請求項１記載のインイヤーヘッドセットモジュール。
8. 前記マイクロフォンと前記室の壁との間に通路が形成され、前記スピーカユニットから供給される音声を前記通路を通して前記音声出口の外へ送出するように構成されている、請求項１記載のインイヤーヘッドセットモジュール。
9. 前記ブルートゥース通信ユニットはマイクロフォンハイパスフィルタ回路を有し、前記マイクロフォンハイパスフィルタ回路の遮断周波数は３００Ｈｚ以上である、請求項１記載のインイヤーヘッドセットモジュール。
10. 前記ブルートゥース通信ユニットはマイクロフォンハイパスフィルタ回路を有し、前記マイクロフォンハイパスフィルタ回路の勾配は３ｄＢ／オクターブ以上である、請求項１記載のインイヤーヘッドセットモジュール。
11. 前記筐体は一体に形成され、前記筐体の最大外径は８ミリ以下である、請求項１記載のインイヤーヘッドセットモジュール。
12. 前記マイクロフォンの音声入口は前記音声出口に正対している、請求項１記載のインイヤーヘッドセットモジュール。
13. プリント回路基板を更に備え、前記プリント回路基板は前記室内に係合され、前記マイクロフォンは前記プリント回路基板上に半田付けされ、前記プリント回路基板と前記室の壁との間に通路が形成され、前記スピーカユニットから提供される音声を前記通路を通して前記音声出口の外へ送出するように構成されている、請求項１記載のインイヤーヘッドセットモジュール。
14. マイクロフォンリードワイヤを更に備え、前記室の壁にワイヤスロットが形成され、前記マイクロフォンリードワイヤは前記マイクロフォンと電気的に接続し、前記ワイヤスロットを通って外部まで延びている、請求項１記載のインイヤーヘッドセットモジュール。

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