JP2001326985A

JP2001326985A - 振動伝達装置

Info

Publication number: JP2001326985A
Application number: JP2000180603A
Authority: JP
Inventors: Toshihide Terai; 利秀寺井
Original assignee: CCD KK
Current assignee: CCD KK
Priority date: 2000-05-12
Filing date: 2000-05-12
Publication date: 2001-11-22

Abstract

(57)【要約】【課題】従来、相手から伝えられる言葉等の音声を明
確に聞く為にはイヤホーン等がある。しかし、相手の言
葉の振動を電気信号に変換するスピーカには、周囲音も
入ってノイズとともに伝えられる。また、自分の言葉を
出来るだけ相手に明確に伝えたいのだが自分の言葉の振
動を電気信号に変換するスピーカには、自分の周囲の雑
音も入ってともに伝えられる。【解決手段】イヤホーン等の機能を有する物の中に、
耳骨振動を電気信号に変換する圧電素子として極薄板の
圧電フイルムを螺旋状に巻いて用いて電気信号を増幅し
て相手側のイヤホーン等に伝える。このイヤホーン等に
は耳骨振動及びスピーカ音が干渉しないように防振機能
が配置されているので、相手音のみが聞こえかつ相手に
自分の言葉のみが伝えられるハンドフリー化に適したイ
ヤホーン一体型イヤーマイクロホンを提供できる。近年
急速に普及して来た小型移動通信機に適用でき、騒音下
でも極めて良好な交信が出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、振動を電気信号に
変換する装置に適用されるもので、特に耳骨振動を利用
することによって携帯電話の受発信機に最適のものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、音を対応する電気信号に変換する
装置には、マイクロホーンによるものがあるが、図１０
に示すようにマイクロホーンａには、目的とする音例え
ば人の言葉ｂ以外に周囲の音すなわちノイズｃが一緒
に、変換する装置にイップットされるので、スピーカｄ
から出る再生音ｅは、言葉ｂとノイズｃとが一緒になっ
た音で目的とする音ｂだけを伝える事が困難であった。

【０００３】そこで、特に車内という騒音下での会話で
は、本来の目的音すなわち人の言葉ｂ（以下、目的音と
いう。）のみを伝えたいとの要求が高まって来て，それ
に対応し耳骨振動を利用しその振動を電気信号に変換す
る骨伝導マイクロホーンが開発されて来た。耳骨振動と
は、発声時に起こる声帯の振動が頭蓋骨を振動させ外耳
道壁の周りにある軟骨を振動させるが、その振動が耳骨
振動である。この耳骨振動をひろい音声情報に変換する
ものが骨伝導マイクロホーンを以下イヤーマイクロホン
と呼ぶ。

【０００４】図１１は、耳骨振動による目的音だけの伝
達を示すものである。図１１において、ｄはスピーカ、
ｆは耳、ｇは外耳道、ｈは発声によって生じる耳骨振
動、ｉは前述のイヤーマイクロホン、ｊは周囲音、ｋは
電気信号、ｌはスピーカｄから発生される再生音であ
る。そして、発声によって生じる耳骨振動ｈは、外耳道
ｇに挿入されたイヤーマイクロホンｉに伝えられ、同イ
ヤーマイクロホンｉ内で耳骨振動ｈは電気信号ｋに変換
されてスピーカｄに伝えられる。スピーカｄでは電気信
号ｋが振動に変換され、再生音ｌとなってスピーカｄか
ら発振される。この場合、耳ｆのまわりの周囲音ｊは遮
断されて耳骨振動ｈのみが電気信号ｋで伝えられるの
で、スピーカｄから発振される再生音ｌは目的音のみと
なる。

【０００５】従来のイヤーマイクロホンｉは、商品化さ
れたものも有るが、全てトランジューサが、圧電セラミ
ックを、バイモルフ／ユニモルフ型に加工した加速度型
ピックアップである。そして、一般的に圧電材料とし
て、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）に代表されるピエ
ゾ・セラミックが最も多く使用されている。一方、目的
音に対応する電気信号を音に再現する装置には、スピー
カによるものがあるが、スピーカから流れる音（以下、
再現目的音という。）は、聞く人の耳には周囲の音すな
わち雑音と共に伝わって来るので、再現目的音が聞き取
り憎いことが多々あった。特に、車内という騒音下での
会話では、再現目的音すなわち相手の言葉が聞き取り憎
い事もあって、トラブルの原因となっていた。このよう
な場合、再現目的音だけを聞きたい要求が高まり，その
器具としてイヤホーンやヘッドホーン（以下、ヘッドホ
ーンで代表する。）が使用されている。

【０００６】そして、イヤホーンでは、スピーカに入っ
てくる音のみを聞くことになるが、このスピーカに入っ
てくる音そのものに周囲の音すなはち雑音が入ってくる
ので、再現目的音のみを聞くということは出来なかっ
た。すなわち、マイクロホーンには周囲の音が一緒に入
るし、スピーカでは周囲の音が一緒に聞こえてくるとい
う問題点があり、またイヤーホンでは相手側から伝わる
音しか聞き取れないという難点があった。そこで、最近
では、耳骨振動を利用してイヤーホンとイヤーマイクロ
ホンとを一体化したイヤホーン一体型イヤーマイクロホ
ンが開発されて来た。

【０００７】図１２及び図１３は、圧電効果を有する材
料（圧電素子）として、チタン酸ジルコン酸鉛から成る
ピエゾセラミックス〔ＰＺＴ〕を用いた従来のイヤホー
ンとイヤーマイクロホンを一体化したものすなわちイヤ
ホーン一体型イヤーマイクロホンの断面図面である。図
１２及び図１３において、ｍはゴム製で図示省略の外耳
道に接する挿耳管、ｎは剛性のある内筒枠体、ｏは圧電
セラミックス、ｐは圧電セラミックス支持板、ｑは圧電
セラミックス支持板ｐの支持台、ｒは挿耳管ｍが耳内に
適当な位置まで挿入保持される耳殻保持体で、同耳殻保
持体ｒにスピーカｓが内蔵されている。ｔはスピーカｓ
から発信される音声を伝える通音道、ｕは２芯シールド
ケーブルである。そして、内筒枠体ｎは、挿耳管ｍ内に
挿入され一端が耳殻保持体ｒ内に開口している。この内
筒枠体ｎ内には支持台ｑ上に支持された圧電セラミック
ス支持板ｐ及び圧電セラミックスｏが収納されている。

【０００８】図示省略の耳からの耳骨振動は、挿耳管ｍ
から内筒枠体ｎに伝えられ、内筒枠体ｎが耳骨振動に対
応して変形・振動する。この変形・振動が支持台ｑ、圧
電セラミックス支持板ｐを介して圧電セラミックスｏに
伝えられ、電気信号に変換され、２芯シールドケーブル
ｕを介して図示省略のスピーカに伝えられる。一方、２
芯シールドケーブルｕを介して伝えられた電気信号は、
スピーカｓで音声に変換され、通音道ｔを経由して図示
省略の耳に伝えられる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところが、図１２及び
図１３に示したイヤホーン一体型イヤーマイクロホンで
は、一般的に圧電材料としてピエゾ・セラミックス（Ｐ
ＺＴ）が最も多く使用されている。ところが、このピエ
ゾ・セラミックス（ＰＺＴ）は柔軟性に乏しく脆く、加
工性が悪いため任意の大きさ、形では使えないという欠
点があり、また片持梁のため音質も悪かった。更にイヤ
ホーン一体型イヤーマイクロホンでは、イヤホーンとイ
ヤーマイクロホンを一体化すれば、図１４に示すよう
に、イヤホーンから出た再現目的音がマイクロホーンに
入って再び増幅し、これを繰り返すと、音が歪んでく
る。更に進むとピーとかプーとかブーなどとハウリング
によって煩い音が発生していた。

【００１０】

【問題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決し、目的音を良好な電気信号に変換する振動伝達装置
及び上記振動伝達装置と良好な再現目的音を得る機構と
を一体化したハンドフリー化に適したイヤホーン一体型
イヤーマイクロホンを提供するものである。本発明の第
一発明は、振動を圧電素子を用いて電気信号に変換する
装置において、上記圧電素子に圧電フイルムを用いた振
動伝達装置である。本発明の第二発明は、振動を圧電素
子を用いて電気信号に変換する装置において、上記圧電
素子として極薄板の圧電フイルムを螺旋状に巻いて用い
る振動伝達装置である。本発明の第三発明は、耳骨振動
を、圧電素子を用いて電気信号に変換する装置におい
て、上記圧電素子として圧電フイルムを用いる振動伝達
装置である。本発明の第四発明は、耳骨振動を、圧電素
子を用いて電気信号に変換する装置において、上記圧電
素子として極薄板の圧電フイルムを螺旋状に巻いて用い
る振動伝達装置である。

【００１１】本発明の第五発明は、一端が開口し他端に
電気信号を音波に変換するスピーカを設けた通音道を有
する防振機能を有する円筒と、同円筒の外周に螺旋状に
巻付けられ伝達されて来た耳骨振動を電気信号に変換す
る極薄板の圧電フイルム筒と、内周が上記圧電フイルム
筒の外周面に接しかつ外周が耳骨に接するために設けら
れ上記耳骨振動の伝達効率が良い材料で作られている耳
骨振動伝達筒と、上記圧電フイルム筒からの電気信号を
増幅するトランジスタアンプとを一体に構成した振動伝
達装置である。

【００１２】

【発明の具体的説明】発明者は、鋭意実験を重ねて次の
知見を得た。振動を電気信号に変換する圧電素子にポリ
エチレンのフイルムにポリフッ化ビニリデンを塗布した
ピエゾフイルム〔ＰＶＤＦ〕を用いる。このピエゾフイ
ルムは、高分子の持つ優れた柔軟性、加工性、耐衝撃
性、高耐電圧性、耐水性、化学的安定性などを兼ね備
え、大面積、任意の大きさ、形及び薄膜化が簡単に出来
るものである。また、ピエゾフイルムは高電圧出力、広
範囲な周波数特性、低音響インピーダンス、大きな圧電
定数などの特長を持っている。更には、ピエゾフイルム
は、人体に近い低音響インピーダンスを有していること
から、耳骨振動ピックアップのセンサー素子として極め
て有効なものである。また更に、ピエゾフイルムは薄膜
で柔軟性に富むので、螺旋状に巻いて円筒形の圧電フイ
ルム筒を作ることが出来る。したがって、この圧電フイ
ルム筒を用いれば耳骨振動により図１５に示すように変
形し、これによってピエゾフイルムに伸縮がおこり、圧
電効果により電位が発生するので、耳骨振動が効率良く
電気信号に変換することが出来る。

【００１３】次に、本発明の実施例について詳述する。

【実施例】図１は、本発明の第一発明の実施例の説明図
である。図１において、１は音波、２はピエゾフイルム
から成る圧電フイルム、３は固定電極、４は電源であ
る。図２は、本発明の第二発明の実施例の説明図であ
る。図２において、１ａは音波、２ａはピエゾフイルム
から成る螺旋状に巻かれた圧電フイルム筒、３ａは固定
電極、４ａは電源である。図１及び図２に図示される実
施例で得られた電気信号を拡声用、録音用、放送用、音
響関係の測定用、医学用などの音源として使用する。

【００１４】図３は、本発明の第三発明の実施例の側面
図である。図３において、２ｂはピエゾフイルから成る
圧電フイルム、５ｂは水に近い材質のシリコン系から成
る耳骨振動伝達筒で、この耳骨振動伝達筒５ｂは人体の
耳に挿入されて外周面が耳骨に接触するものである。６
ｂは耳殻保持体７ｂに内蔵されているスピーカ、８ｂは
スピーカ６ｄからの音波を図示省略の耳に伝える通音
道、９ｂはＦＥＴトランジスタアンプ、１０ｂは２芯シ
ールドケーブルである。図４は、本発明の第四発明の実
施例の側面図である。図４において、２ｃはピエゾフイ
ルムから成る螺旋状に巻かれた圧電フイルム筒、５ｃは
水に近い材質のシリコン系から成る耳骨振動伝達筒で、
この耳骨振動伝達筒５ｃは人体の耳に挿入されて外周面
が耳骨に接触するものである。６ｃは耳殻保持体７ｃに
内蔵されているスピーカ、８ｃはスピーカ６ｃからの音
波を図示省略の耳に伝える通音道、９ｃはＦＥＴトラン
ジスタアンプ、１０ｃは２芯シールドケーブルである。

【００１５】図３及び図４に図示される実施例におい
て、耳骨振動は耳骨振動伝達筒５ｂ，５ｃの外周面から
伝達され、圧電フイルム２ｂ、圧電フイルム筒２ｃに伝
達された耳骨振動は電気信号に変換され、この電気信号
はＦＥＴトランジスタアンプ９ｂ，９ｃで増幅され２芯
シールドケーブル１０ｂ，１０ｃで電送されて拡声用、
録音用、放送用、音響関係の測定用、医学用などの音源
として使用する。一方、相手側から２芯シールドケーブ
ル１０ｂ，１０ｃを介して伝わって来た電気信号は、ス
ピーカ６ｂ，６ｃで音声に再生され、その音声は通音道
８ｂ，８ｃを通って図示省略の耳に伝えられる。

【００１６】図５乃至図７は、本発明の第五発明の実施
例を示すもので、図５は側断面図、図６は図５のＶＩ−
ＶＩ矢視断面図、図７は図５の矢視断面図である。図５
乃至図７において、２ｄはピエゾフイルムを螺旋状に巻
いた圧電フイルム筒、５ｄは水に近い材質のシリコン系
から成る耳骨振動伝達筒で、この耳骨振動伝達筒５ｄは
人体の耳に挿入されて外周面が図示省略の耳骨に接触す
るものである。６ｄは耳殻保持体７ｄに内蔵されている
スピーカ、８ｄは一端が図示省略の鼓膜側に開口し他端
に電気信号を音波に変換するスピーカ６ｄ側に開口する
通音道である。９ｄはＦＥＴトランジスタアンプ、１０
ｄは２芯シールドケーブルである。１１ｄは通音道８ｄ
を構成する防振材から成る第一防振円筒で、この第一防
振円筒１１ｄは金属（タングステン）、プラスチックで
作られておりスピーカ６ｄから発生し通音道８ｄを通る
音が圧電フイルム筒２ｄに伝わるのを遮断するものであ
る。したがって、この部分は中空にして真空状態にして
も良い。１２ｄは、圧電フイルム筒２ｄと第一防振円筒
１１ｄとの間に設けられた防振タイプのゴムや発泡スチ
ロールなどで作られた第二防振円筒で、音響インピーダ
ンスの違う層を何層か重ねて作った方が良い。

【００１７】次に、これ実施例の作用について説明す
る。図５乃至図７において、耳骨振動すなわち目的音は
耳骨振動伝達筒５ｄを介して圧電フイルム筒２ｄで電気
信号に変換され、この電気信号はＦＥＴトランジスタア
ンプ９ｄで増幅され２芯シールドケーブル１０ｄを介し
て交信相手に伝えられる。この場合、通音道８ｄを通る
音は、第一防振円筒１１ｄ及び数層の第二防振円筒１２
ｄで遮断されているし、しかも外部からの雑音は遮断さ
れ耳骨振動のみ伝えられるので、交信相手には目的音の
みが電気信号として伝えられる。一方、交信相手側から
２芯シールドケーブル１０ｄを介して伝えられた電気信
号は、スピーカ６ｄで再生されて通音道８ｄを通って鼓
膜に伝えられる。この場合、外部からの音は遮断されて
いるし、しかも耳骨振動によって伝わって来るものも第
一防振円筒１１ｄ及び数層の第二防振円筒１２ｄで遮断
されるので、再現目的音のみが鼓膜に伝えられる。

【００１８】

【実験例】図８及び図９は、本発明の効果を明確にする
ために、図５乃至図７に図示する実施例に基づいて実験
した結果の１例を表したものである。実験の音声として
は、“あ”，“い”，“う”，“え”，“お”の母音を
発声した場合の実験例である。図８は、従来のマイクロ
ホーンを用いた例であり、図８中左側は「静かな場所」
での計測結果であり、図８中右側は「騒音下」での計測
結果である。「騒音下」では、図８中左側に示す目的音
が、図８中右側に示すように騒音の波形が重畳された波
形になってしまっている。すなわち、不明瞭な音声とな
っている。

【００１９】図９は、図５乃至図７に示す本発明の実施
例を用いて比較実験した計測結果である。図９中左側は
「静かな場所」で耳骨振動をピックアップして得られた
の計測結果であり、図９中右側は「騒音下」での耳骨振
動をピックアップして得られたの計測結果である。「静
かな場所」で耳骨振動をピックアップして得られたの音
声波形は、「騒音下」でも殆ど影響を受けない音声波形
となっている。すなわち、本実施例に示すイヤホーン一
体型イヤーマイクロホンを用いれば、「騒音下」でも
「静かな場所」での音声波形と殆ど同じ音声波形が得ら
れることが分かる。

【００２０】

【発明の効果】以上詳述したように，本発明によれば，
以下に列挙するようなすぐれた効果が得られる。ピエゾフイルムによる圧電フイルムを使用したので、
良好な音質が得られる。柔軟性のある圧電フイルムを螺旋状に巻いて数層の圧
電フイルム筒を用いているので、更に良好な音質が得ら
れる。耳骨振動のみを電気信号に変換し、雑音が遮断される
ので目的音のみが相手に伝わり交信が良好になる。また、相手から伝わって来たスピーカの音は、耳骨振
動を遮断しているので、再現目的音のみが鼓膜に伝えら
更に交信が良好になる。イヤホーンとマイクロホーンを一体化出来るし、しか
も目的音のみを伝えかつ再現目的音のみ伝えられるの
で、騒音の高い車内の交信器具として極めて有効な受発
信器がえられる。

【００２１】圧電材料にピエゾ・フイルム（ＰＶＤ
Ｆ）を用いて変位型ピックアップを構成するので、高感
度ながらもコードノイズの無いイヤーマイクロホンの製
作を可能にし、また、圧電フイルムの大きな特徴である
機械的インピーダンスの低さを利用することで、イヤホ
ーンからの振動を構造的に削除でき、ハウリング等が防
止できて、又、周りの人と本人の音声情報を分離するこ
とも、上記問題のハード的な手段での解決ができる。圧電フイルムの持つ優れた柔軟性・加工性・耐衝撃性
・耐水性・化学的安定性などを兼ね備えているため、加
工がしやすくトランジューサ部を円筒状にすることで外
耳道との接触部分をシリコン系で形成し、密着性を高め
全周でＰＶＤＦへの圧力を受けやすくする。したがっ
て、外耳道の振動変位に応じて円が変形しピエゾ・フイ
ルムに伸縮がおこり、圧電効果が発生する。イヤホーン
との折り合いも良く小型軽量、しかも安価に提供するこ
とが出来る。

【００２２】柔軟性のある圧電フイルムを螺旋状に巻
いて数層の圧電フイルム筒を用いているので、更に良好
な音質が得られる。ハンドフリー化に適したイヤホーン一体型イヤーマイ
クロホンを提供できる。▲１０▼したがって、近年急速
に普及されて来ている小型移動通信機に騒音下でも極め
て良好な交信が出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一発明の実施例の説明図である。

【図２】本発明の第二発明の実施例の説明図である。

【図３】本発明の第三発明の実施例の側断面図であ
る。

【図４】本発明の第四発明の実施例の側断面図であ
る。

【図５】本発明の第五発明の実施例の側断面図であ
る。

【図６】本発明の第五発明の実施例に関するもので、
図５のＶＩ−ＶＩ矢視断面図である。

【図７】本発明の第五発明の実施例に関するもので、
図５の矢視断面図である。

【図８】従来のマイクロホーンによって得られる音声
波形を示すグラフである。

【図９】本発明の実施例のイヤホーン一体型イヤーマ
イクロホンを用いて得られる音声波形を示すグラフであ
る。

【図１０】マイクロホーンにおける周囲音の影響を示
す説明図である。

【図１１】耳骨振動による周囲音の影響を示す説明図
である。

【図１２】従来のイヤマイクロホーン側断面図であ
る。

【図１３】従来のイヤマイクロホーンに関するもので
図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ矢視断面図である。

【図１４】ハウリングの説明図である。

【図１５】耳骨振動の説明図である。

【符号の説明】

１・・・音波２・・・圧電フイルム２ａ・・・圧電フイルム筒３・・・固定電極４・・・電源５ｂ・・・耳骨振動伝達筒６ｂ・・・スピーカ７ｂ・・・耳殻保持体８ｂ・・・通音道９ｂ・・・ＦＥＴトランジスタアンプ１０ｂ・・・２芯シールドケーブル１１ｄ・・・第一防振円筒１２ｄ・・・第二防振円筒

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】振動を圧電素子を用いて電気信号に変換す
る装置において、上記圧電素子に圧電フイルムを用いた
こと特徴とする振動伝達装置。
【請求項２】振動を圧電素子を用いて電気信号に変換す
る装置において、上記圧電素子として極薄板の圧電フイ
ルムを螺旋状に巻いて用いること特徴とする振動伝達装
置。
【請求項３】耳骨振動を、圧電素子を用いて電気信号に
変換する装置において、上記圧電素子として圧電フイル
ムを用いること特徴とする振動伝達装置。
【請求項４】耳骨振動を、圧電素子を用いて電気信号に
変換する装置において、上記圧電素子として極薄板の圧
電フイルムを螺旋状に巻いて用いること特徴とする振動
伝達装置。
【請求項５】一端が開口し他端に電気信号を音波に変換
するスピーカを設けた通音道を有する防振機能を有する
円筒と、同円筒の外周に螺旋状に巻付けられ伝達されて
来た耳骨振動を電気信号に変換する極薄板の圧電フイル
ム筒と、内周が上記圧電フイルム筒の外周面に接しかつ
外周が耳骨に接するために設けられ上記耳骨振動の伝達
効率が良い材料で作られている耳骨振動伝達筒と、上記
圧電フイルム筒からの電気信号を増幅するトランジスタ
アンプとを一体に構成したことを特徴とする振動伝達装
置。