WO2021192705A1 - ヘッドホン - Google Patents

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WO2021192705A1
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headphones
housing
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優 土橋
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ヤマハ株式会社
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    • H04R1/2815—Enclosures comprising vibrating or resonating arrangements of the bass reflex type
    • H04R1/2819—Enclosures comprising vibrating or resonating arrangements of the bass reflex type for loudspeaker transducers

Definitions

  • the present invention relates to headphones.
  • Patent Document 1 the low-frequency reproduction capability of headphones has become an important factor.
  • the driver unit tends to be larger in order to improve the efficiency of low frequencies.
  • the reproducibility of low frequencies may be improved by increasing the stroke of the driver unit.
  • Increasing the size of the driver unit causes split vibration in the high range and deteriorates the acoustic characteristics in the high range.
  • a large stroke of the driver unit leads to deterioration of sound quality in the low frequency range, such as increased distortion.
  • the sound pressure level in the middle frequency range for example, around 300 Hz to 1000 Hz
  • the purpose is to improve the acoustic characteristics.
  • the headphone is a first space including the first driver unit by communicating the housing having the first hole, the first driver unit provided in the housing, and the internal space of the housing with the external space through the first hole. And a partition wall divided into a second space, and a second driver unit provided in the partition wall.
  • FIG. 3 is a perspective view of a cross section taken along line III-III of the housing shown in FIG. It is a circuit diagram of an acoustic adjustment circuit.
  • It is the schematic which shows the structure of the comparative example 1.
  • FIG. It is the schematic which shows the structure of the comparative example 2.
  • It is a figure which shows the result of simulating the frequency characteristic of Comparative Examples 1 and 2.
  • It is the schematic which shows the structure of the comparative example 3.
  • FIG. It is a schematic diagram which shows the structure of the comparative example 4.
  • It is sectional drawing of the housing which concerns on a modification. It is a figure which shows the result of simulating the frequency characteristic of the modification and the embodiment.
  • FIG. 1 is a partial schematic view of headphones.
  • the headphone 1 communicates the housing 10 having the first hole 38, the first driver unit 12 provided in the housing 10, and the internal space of the housing 10 with the external space through the first hole 38 to connect the first driver unit 12.
  • It has a first space 30 including, a partition wall 22 divided into a second space 32, and a second driver unit 26 provided in the partition wall 22.
  • the first diaphragm 14 of the first driver unit 12 and the second diaphragm 28 of the second driver unit 26 have shapes that are asymmetric with respect to the vibration direction, for example, a dome shape that is convex on the front side and a substantially truncated cone shape. (Cone shape) and so on.
  • FIG. 2 is an overall view of the headphones.
  • the headphones 1 are connected to an audio device (music player, acoustic mixer, smartphone, etc.) (not shown) by wire or wirelessly.
  • the headphone 1 has a headband 2 and a pair of housings 10.
  • the headphones 1 may have a noise canceling function.
  • the earphone is a kind of headphone 1.
  • FIG. 3 is a plan view of the housing 10.
  • FIG. 4 is a perspective view of a cross section of the housing 10 shown in FIG. 3 in line III-III.
  • a first driver unit 12 is attached to the housing 10.
  • the first driver unit 12 is designed to reproduce sound from an electric signal of the original sound such as music.
  • a sound is reproduced by passing an electric current through the coil based on an electric signal and vibrating the first diaphragm 14 (diaphragm) with a magnetic force.
  • the first diaphragm 14 has a dome shape that is convex on the front side. That is, the portion that is convex on the front surface is concave on the back surface. Due to the asymmetry of the shape with respect to the vibration direction, distortion (secondary distortion) occurs in the sound reproduced by the first driver unit 12.
  • the housing 10 has a first opening 18 on an output surface 16 arranged so as to face the user's ear.
  • the first diaphragm 14 of the first driver unit 12 is attached to the output surface 16 so as to close the first opening 18.
  • An ear cup 20 is attached to the output surface 16 so as to surround the first opening 18 and the first driver unit 12.
  • a partition wall 22 is attached to the housing 10.
  • the partition wall 22 has a second opening 24.
  • the second diaphragm 28 of the second driver unit 26 is attached to the partition wall 22 so as to close the second opening 24.
  • the second driver unit 26 has the same structure as the first driver unit 12 (for example, a dynamic type).
  • the second diaphragm 28 has a dome shape that is convex on the front side.
  • the partition wall 22 divides the internal space of the housing 10 into a first space 30 where the first driver unit 12 is located and a second space 32.
  • the first driver unit 12 faces the first space 30 and the external space.
  • the back surface of the first diaphragm 14 faces the first space 30.
  • the second driver unit 26 faces both the first space 30 and the second space 32.
  • the back surface of the second diaphragm 28 faces the first space 30.
  • the first driver unit 12 and the second driver unit 26 are arranged so as to face each other.
  • the first space 30 is a closed space because the first opening 18 and the second opening 24 are closed by the first diaphragm 14 and the second diaphragm 28, respectively. Since the first space 30 is located on the back surface of the first diaphragm 14, the sound quality of the first driver unit 12 is determined by the influence of the air pressure in the first space 30 on the vibration of the first diaphragm 20. On the other hand, since the first space 30 is located on the back surface of the second diaphragm 28, the volume (volume) of the first space increases or decreases due to the vibration of the second diaphragm 28, and the air pressure in the first space 30 changes.
  • An electrical board 34 is arranged in the housing 10.
  • the acoustic adjustment circuit 36 for driving the second driver unit 26 is included in the electrical panel 34.
  • FIG. 5 is a circuit diagram of the acoustic adjustment circuit 36.
  • the first signal S1 is input to the first driver unit 12.
  • the acoustic adjustment circuit 36 generates the second signal S2 based on the first signal S1.
  • the second signal S2 is input to the second driver unit 26.
  • the second driver unit 26 makes it possible to change the air pressure in the first space 30.
  • the acoustic adjustment circuit 36 generates the second signal S2 so as to have a phase opposite to that of the first signal S1 in the first band that can be arbitrarily set.
  • the phases are opposite to each other because the surfaces of the first diaphragm 14 and the second diaphragm 28 face opposite to each other (see FIG. 4).
  • the first band may be a part of the frequency band or the entire frequency band.
  • the housing 10 has a first hole 38.
  • the surface with the first hole 38 is different from the surface on which the first driver unit 12 is provided (output surface 16).
  • the first space 30 communicates with the external space through the first hole 38, but the second space 32 does not communicate with the external space.
  • the partition wall 22 has an opening 40, and both ends of the pipe 42 are connected to the opening 40 and the first hole 38, respectively.
  • air vibration occurs near the opening 40, and Helmholtz resonance is excited.
  • the first diaphragm 14 hardly vibrates in the resonance frequency band, the acoustic radiation on the surface of the first diaphragm 14 is drastically reduced, and a dip occurs in the frequency characteristics.
  • the sound pressure in the mid range is lowered, and the sound pressure in the low range and the high range is relatively increased, resulting in a sense of separation. Can form a good sound.
  • the second driver unit 26 (second diaphragm 28) can vibrate the air in the first space 30 in the same phase as the first diaphragm 14. Therefore, the influence of the air spring on the back surface of the first diaphragm 14 can be eliminated as much as possible, and as a result, the sound pressure level in the low frequency range can be increased.
  • FIG. 6 is a schematic view showing the structure of Comparative Example 1.
  • the housing 110 has a closed structure and the first driver unit 112 is used, but is different from the embodiment in that there is no partition wall and a second driver unit.
  • FIG. 7 is a schematic view showing the structure of Comparative Example 2.
  • the housing 210 has a closed structure, and the first space 230 has the first driver unit 212 and the second driver unit 226, but is different from the embodiment in that there is no first hole.
  • FIG. 8 is a diagram showing the results of simulating the frequency characteristics of Comparative Examples 1 and 2.
  • Comparative Example 2 has a higher sound pressure level than Comparative Example 1. That is, as in the present embodiment, the superiority of the structure in which the internal space of the housing 210 is divided into the first space 230 and the second space 232 by the partition wall 222 and the influence of the air spring is reduced in the first space 230 is shown. Has been done.
  • FIG. 9 is a schematic view showing the structure of Comparative Example 3. Comparative Example 3 is different from Comparative Example 1 in that a hole 338 is formed in the housing 310.
  • FIG. 10 is a schematic view showing the structure of Comparative Example 4. Comparative Example 4 is different from Comparative Example 2 in that a hole 438 communicating with the second space 432 is formed in the housing 410.
  • FIG. 11 is a diagram showing the results of simulating the frequency characteristics of the embodiment and Comparative Examples 3 and 4.
  • Comparative Example 4 has a higher sound pressure level than Comparative Example 3.
  • the superiority of the structure in which the internal space of the housing 410 is divided into the first space 430 and the second space 432 by the partition wall 422 and the influence of the air spring is reduced in the first space 430 is shown.
  • the embodiment in which the first space 30 communicates with the external space through the first hole 38 is shown to be higher in sound pressure level (particularly low frequency) than in Comparative Examples 3 and 4. ..
  • FIG. 12 is a cross-sectional perspective view of the housing according to the modified example.
  • the housing 10B has a second hole 38B.
  • the second space 32B communicates with the external space through the second hole 38B.
  • Other structures are the same as those of the embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram showing the results of simulating the frequency characteristics of the modified example and the embodiment. It is shown that the modified example has a higher sound pressure level than the embodiment.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible.
  • the configurations described in the embodiments can be replaced with substantially the same configurations, configurations that exhibit the same effects, or configurations that can achieve the same objectives.

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Abstract

音響特性の向上を目的とする。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。

Description

ヘッドホン
　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の空気圧が第１振動板２０の振動に影響することによって、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の振動により第１空間の体積（容積）が増減し、第１空間３０の空気圧が変化する。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の空気圧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。

 

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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