JP6409187B2 - 電気音響変換器 - Google Patents

Description

本発明は、電気音響変換器に関するものである。

電気信号を音声に変換する、ヘッドホンやスピーカなどの電気音響変換器が知られている。電気音響変換器では、振動板を保持するバッフルの厚さ方向（以下「背面方向」ともいう。）を貫通する孔を設けて振動板から出力される音声を背面方向に逃がして振動板の歪を防いでいる。このようにすることで、電気音響変換器では、振動板の音声出力方向（前面方向）に生じる音響抵抗成分を低下させて振動板の安定的な動作を得ている。

また、電気音響変換器では、バッフルに設けられている孔に周波数依存による減衰特性を有する音響抵抗材を設けることにより、音声が孔を通過する際に抵抗が生じ振動板の特定の周波数に対する動作が改善される。このようにすることで、電気音響変換器では、駆動部と振動板とにより構成されるドライバユニットの平滑な周波数特性を得ることができる。

しかし、上述の構成を採用しても、電気音響変換器では、波長の異なる様々な音声を発生するため、それぞれの波長に対応した広い帯域幅で平滑な周波数特性を得ることは難しいという問題がある。

なお、ヘッドホンにおいて、後部空気室の空気を外部空間に漏洩させる漏洩孔と、前部空気室の空気を外部空間に漏洩させる第２漏洩孔を有している技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、特許文献１に開示されている技術であっても、広い帯域幅で平滑な周波数特性を得ることは難しい。

特開２０１１−０８７９９３号公報

本発明は、広い帯域幅で平滑な周波数特性を得ることができる電気音響変換器を提供することを目的とする。

本発明は、駆動部により駆動されて振動し音声を出力する振動板と、振動板を保持するバッフルと、バッフルの表裏面を貫通させている開口部と、バッフルの表面において開口部の位置に設けられている音響抵抗材と、を有し、振動板から生じた音声をバッフルの裏面方向に通過させる経路が複数あることを特徴とする。

本発明によれば、広い帯域幅で平滑な周波数特性を得ることができる。

本発明に係る電気音響変換器の実施の形態であるヘッドホンを示す斜視図である。 図１のヘッドホンのバッフル組立体を示す断面斜視図である。 図２のバッフル組立体のバッフルを示す斜視図である。 図２のバッフル組立体の正面図と断面図である。 図１のヘッドホンの音響等価回路図である。 本発明に係る電気音響変換器の別の実施の形態であるヘッドホンのバッフル組立体を示す断面斜視図である。 図６のバッフル組立体の正面図と断面図である。

以下、本発明に係る電気音響変換器の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

●ヘッドホン（１）●
図１と図２に示すように、本発明に係る電気音響変換器の実施の形態であるヘッドホン１は、電気信号により駆動されて音声を出力するドライバユニット１０と、ドライバユニット１０が取り付けられているバッフル組立体２０とを有する。また、ヘッドホン１は、バッフル組立体２０と組み合わせることによりヘッドホンユニットを形成するハウジング３０と、ヘッドホン１を使用者の頭部に保持させるヘッドバンド４０とを有する。また、ヘッドホン１は、ヘッドバンド４０と接続しハウジング３０を保持する支持部材５０と、使用者の耳周辺に接触するイヤーパッド６０を有する。ヘッドホンユニットは、使用者の耳の周囲を覆うことができるように、略長円筒状の形状を有している。

図２は、ドライバユニット１０の音声出力方向から見たバッフル組立体２０の断面斜視図である。以下の説明において、ドライバユニット１０の音声出力方向をバッフル組立体２０とバッフル２１の表面方向とし、その反対方向を裏面方向とする。同図に示すように、バッフル組立体２０は、振動板１３を含むドライバユニット１０を保持するバッフル２１の表面に、ドライバユニット１０、第１音響フィルタ２２、あるいは第２音響フィルタ２３などが取り付けられている。

バッフル組立体２０に取り付けられているドライバユニット１０は、駆動部として、磁界を発生させている磁石１１と磁石１１により生じる磁界内に配置されていて電気信号により駆動されるボイスコイル１２とを有する。また、ドライバユニット１０は、ボイスコイル１２が取り付けられていてボイスコイル１２とともに振動して音声を出力する振動板１３を有する。ドライバユニット１０の表面方向には、振動板１３などを保護して音声を通過させる孔が複数設けられているプロテクタ１４を有する。

図３は、バッフル２１を裏面方向から見た斜視図である。同図に示すように、バッフル２１は、略長円筒状のヘッドホンユニットの形状を構成するため、略長円板状の形状である。バッフル２１は、ドライバユニット１０が取り付けられる部分に略円形状に開口しているドライバユニット取付部２４を有する。バッフル２１は、ドライバユニット取付部２４よりも外周側に設けられていてバッフル２１の表裏面を貫通させている第１開口部２５を有する。また、バッフル２１は、第１開口部２５の外周（平面方向外側）に設けられていてバッフル２１の表裏面を貫通させている第２開口部２６を有する。

第１開口部２５は、バッフル２１のドライバユニット取付部２４よりも外周側に複数設けられている例えば矩形スリット状の開口である。また、第２開口部２６は、バッフル２１の第１開口部２５よりも外周側に複数設けられている例えば矩形スリット状の開口である。第１開口部２５と第２開口部２６は、それぞれバッフル２１の中心から放射状(半径方向)に設けられている。なお、本発明において、第１開口部２５と第２開口部２６の形状は、上述の形状には限定されず、バッフル２１の表裏面を貫通する形状であればよい。

図４のバッフル組立体２０の（ａ）正面図と（ｂ）断面図に示すように、第１音響フィルタ２２は、第１開口部２５を覆うように設けられていて、振動板１３から出力して第１開口部２５を通過する音声を減衰させる音響抵抗材である。また、第２音響フィルタ２３は、第２音響抵抗材に相当し、第２開口部２６を覆い振動板１３から出力して第２開口部２６を通過する音声を減衰させる音響抵抗材である。また、バッフル２１の裏面には、第１開口部２５を覆う第３音響抵抗材として、第３音響フィルタ２７が設けられている。つまり、第３音響フィルタ２７はバッフル２１と第１音響フィルタ２２によって挟持される。第１音響フィルタ２２、第２音響フィルタ２３、第３音響フィルタ２７は、音声を減衰させつつ通過させるために、ともにフェルトなどの所定の空気透過率（音響抵抗値）を有する材料により形成される。

第１音響フィルタ２２と第２音響フィルタ２３の音響抵抗値は、必要な減衰特性を得るために所定の値を取ることができる。本実施の形態では、材料のフェルトの密度を変えることにより、第１音響フィルタ２２の音響抵抗値を第２音響フィルタ２３の音響抵抗値より高く設定している。

また、バッフル２１には、第１音響フィルタ２２の平面方向外側の位置に段差部２８が設けられている。つまり、第１音響フィルタ２２は、段差部２８より位置決めされて平面方向内側（ドライバユニット１０側）に設けられている。また、第２音響フィルタ２３は第１音響フィルタ２２の外周側に設けられている。

ヘッドホン１には、振動板１３から生じた音声をバッフル２１の裏面の後部空気室方向に通過させる経路が複数形成されている。複数の経路には、第１音響フィルタ２２の側壁から第１音響フィルタ２２に入り第１開口部２５を通過する第１経路Ｒ１がある。また、上記複数の経路には、第１音響フィルタ２２の表面から第１音響フィルタ２２に入り第１開口部２５を通過する第２経路Ｒ２がある。また、上記複数の経路には、第２音響フィルタ２３の表面から第２音響フィルタ２３に入り第２開口部２６を通過する第３経路Ｒ３がある。

ヘッドホン１は、音声出力方向にイヤーパッド６０がある。振動板１３の振動によってイヤーパッド６０内の前部空気室内の圧力が高くなると、圧力によって振動板１３が押し返されるため、歪が大きくなり、濁ったような音声になってしまう。そのため、ヘッドホン１は、バッフル２１に第１開口部２５と第２開口部２６を設けて表面から裏面に向けて音声を通過させることで前部空気室内の圧力変化を抑えて振動板１３の歪を低減している。音域によって必要な振動板１３の振動中心からの距離が異なるため、前部空気室から音声を通過させるための経路は、距離の異なる複数を設けることが望ましい。これにより、ヘッドホン１によれば、広い音声帯域幅で平滑な周波数特性を得ることができる。

図５に示すヘッドホン１の音響等価回路図は、図４（ｂ）のバッフル組立体２０の断面図に付した符号と対応している。音響等価回路において、使用者の耳のインピーダンスをＺｅ、イヤーパッド６０内の前部空気室の容積のスチフネスをｓｆ、バッフル２１の裏面方向の後部空気室の容積のスチフネスをｓｂとする。また、音響等価回路において、振動板１３の質量をｍｏ、振動板１３のスチフネスをｓｏとする。また、音響等価回路において、第１経路Ｒ１の音響抵抗をｒ１、第２経路Ｒ２の音響抵抗をｒ２、第３経路Ｒ３の音響抵抗をｒ３とする。また、等価回路において、第１経路Ｒ１から後部空気室方向への放射インピーダンスをＺａ１、第２経路Ｒ２から後部空気室方向への放射インピーダンスをＺａ２、第３経路Ｒ３から後部空気室方向への放射インピーダンスをＺａ３とする。

図５に示すように、ヘッドホン１では、振動板１３から生じた音声が後部空気室に到達するまでの経路が、第１経路Ｒ１と第２経路Ｒ２と第３経路Ｒ３の複数ある。それぞれの経路には、第１音響フィルタ２２および第２音響フィルタ２３それぞれの特性（フィルタの厚さと面積の違い）により、音響抵抗ｒ１，ｒ２，ｒ３が付与されている。ヘッドホン１では、音響抵抗ｒ１が第１音響フィルタ２２により付与される。また、ヘッドホン１では、音響抵抗ｒ２が第３音響フィルタ２７により付与される。また、ヘッドホン１では、音響抵抗ｒ３が第２音響フィルタ２３により付与されている。

上述のように、ヘッドホン１では、振動板１３から生じた音声を後部空気室の方向に距離が異なる複数の経路で通過させることで、経路ごとに異なる音声帯域の周波数特性を改善することができる。このため、ヘッドホン１によれば、広い音声帯域で平滑な周波数特性を得ることができる。

ヘッドホン１によれば、振動板１３から生じた音声が後部空気室に到達するまでの経路の数が増えるため、音声の解像度を高めることができる。また、ヘッドホン１によれば、特に音声信号が矩形波であるフルデジタル方式の場合に、音声の立ち上がりの過渡特性を向上させることができる。

また、ヘッドホン１では、第１経路Ｒ１と第２経路Ｒ２と第３経路Ｒ３のそれぞれの経路中に音響抵抗材を設けているため、振動板の音声出力方向に生じる音響抵抗成分を低下させて振動板の安定的な動作を得ている。また、第１音響フィルタ２２と第２音響フィルタ２３と第３音響フィルタ２７の音響抵抗値（音声の通過しやすさ）を異なる値とすることで、それぞれの音声帯域において周波数特性を向上させることができる。

また、バッフル２１に段差部２８を設けることにより、ヘッドホン１では、第２経路Ｒ２が明確に形成され、平滑な周波数特性を得ることができる。

●ヘッドホン（２）●
本発明に係る電気音響変換器の別の実施の形態について、先に説明した実施の形態との相違点のみを説明する。

図６は、本実施の形態のヘッドホン１のバッフル組立体２０Ａを示す断面斜視図である。バッフル組立体２０Ａと上述の実施の形態のバッフル組立体２０との相違点は、第１音響フィルタ２２に表裏面を貫通させている第３開口部２９を有する点である。

図７のバッフル組立体２０Ａの（ａ）正面図と（ｂ）断面図に示すように、第１音響フィルタ２２に第３開口部２９が設けられていることにより、振動板１３から生じた音声をバッフル２１の裏面の後部空気室方向に通過させる第４経路Ｒ２−２が形成される。第４経路Ｒ２−２は、第１音響フィルタ２２の表面方向から第３開口部２９を経由して第１開口部２５を通過する。

以上説明したような第３開口部２９を設けることにより、ヘッドホン１をこれまで説明した密閉式のヘッドホンではなくオープン式のヘッドホンとして適用する場合に、後部空気室方向への音声の抜けをよくすることができる。また、第３開口部２９を設けることにより、振動板１３から生じた音声をバッフル２１の裏面の後部空気室方向に通過させる経路の数を増やすことができるため、周波数特性を改善できる帯域を増やすことができる。

以上説明した実施の形態は、ドライバユニット１０の振動板１３の駆動部の駆動方式として磁石１１とボイスコイル１２とを有するダイナミック型を用いた例である。本発明に係る電気音響変換器に用いる駆動部は、振動板とその駆動部とを有するものであればダイナミック型に限定されず任意である。本発明に係る電気音響変換器の駆動部として、例えばコンデンサ型を用いてもよい。

以上説明した本実施の形態では、本発明をヘッドホンに適用した例を説明したが、本発明はこれに限定されず例えばスピーカなどの他の電気音響変換器にも適用することができる。

１ ヘッドホン
１０ ドライバユニット
１１ 磁石
１２ ボイスコイル
１３ 振動板
１４ プロテクタ
２０ バッフル組立体
２１ バッフル
２２ 第１音響フィルタ
２３ 第２音響フィルタ
２４ ドライバユニット取付部
２５ 第１開口部
２６ 第２開口部
２７ 第３音響フィルタ
２８ 段差部
２９ 第３開口部
３０ ハウジング
４０ ヘッドバンド
５０ 支持部材
６０ イヤーパッド

Claims (8)

1. 駆動部により駆動されて振動し音声を出力する振動板と、
   前記振動板を保持するバッフルと、
   前記バッフルの表裏面を貫通させている開口部と、
   前記バッフルの表面において前記開口部の位置に設けられている音響抵抗材と、
   を有し、
   前記振動板から生じた音声を前記バッフルの裏面方向に通過させる経路が複数ある、
   電気音響変換器。
2. 前記振動板から生じた音声を前記バッフルの裏面方向に通過させる複数の経路は、少なくとも前記振動板から前記開口部を通過する第１経路と前記振動板から前記音響抵抗材を経由して前記開口部を通過する第２経路とを含む、
   請求項１記載の電気音響変換器。
3. 前記バッフルにおいて前記開口部が設けられている位置より平面方向外側の位置に設けられている第２開口部を有し、
   前記振動板から生じた音声を前記バッフルの裏面方向に通過させる複数の経路は、前記振動板から前記第２開口部を通過する第３経路を含む、
   請求項２記載の電気音響変換器。
4. 前記バッフルにおいて前記第２開口部の位置に設けられている第２音響抵抗材を有する、
   請求項３記載の電気音響変換器。
5. 前記音響抵抗材と前記第２音響抵抗材は、音響抵抗値が異なる、
   請求項４記載の電気音響変換器。
6. 前記バッフルは、平面方向外側の位置に段差部を有し、
   前記音響抵抗材は、前記段差部より平面方向内側に設けられている、
   請求項１乃至５のいずれかに記載の電気音響変換器。
7. 前記音響抵抗材の表裏面を貫通させている第３開口部を有する、
   請求項１乃至６のいずれかに記載の電気音響変換器。
8. 前記駆動部は、
   磁界を発生させている磁石と、
   前記磁界内に配置されていて電気信号により駆動されるボイスコイルと、
   を有する、
   請求項１乃至７のいずれかに記載の電気音響変換器。
   

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