JP2004165895A

JP2004165895A - 電気音響変換装置

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Publication number: JP2004165895A
Application number: JP2002328200A
Authority: JP
Inventors: Manabu Okamoto; 学岡本; Akitoshi Kataoka; 章俊片岡
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2002-11-12
Filing date: 2002-11-12
Publication date: 2004-06-10
Anticipated expiration: 2022-11-12
Also published as: JP3946127B2

Abstract

【課題】頭部に可聴振動を与え受聴者に可聴音を受聴させる電気音響変換装置の音質及び音量の改善を行なう。
【解決手段】圧電振動板１Ａの一方の面を筐体４に固定し、この振動板１Ａの他の面にこの圧電振動板１Ａの共振周波数と異なる共振周波数を持つ圧電振動板１Ｂを固定し、これらの圧電振動板１Ａと１Ｂを共通の可聴帯域信号で駆動し、圧電振動板１Ｂの振動を受聴者に与えることにより受聴者に圧電振動板１Ａと１Ｂの振動を加え合わせて印加し、広い帯域の可聴振動と、音圧の高い可聴振動を与える。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は頭蓋骨を振動させて音波を生成することを目的とする電気音響変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
音声信号を振動に変換し、頭蓋骨等に加えることにより音声を受聴させることを可能とする電気音響変換器として骨導アクチュエータがある。振動子として圧電振動板を用いた骨導アクチュエータでは、振動を頭蓋骨等に伝えるために圧電振動板の中心に振動伝達棒などを設けることが多い（特願２００２−２３５８３７、請求項１）。また一枚の振動板では十分な出力が得られない場合、複数の振動板同士を棒で連結し、複数枚の加振力を加えることで出力を増やす方法などがある（特願２００２−２３５８３７、請求項２）。図８に特願２００２−２３５８３７で提案した二枚の振動板を連結し、振動伝達棒を設けた骨導アクチュエータの構成例を示す。この例では圧電振動板１と２は周縁を保持材３によって保持され、筐体４に固定される。振動板１と２は振動板１と２の中心で棒状材料５Ａで連結され、一方の振動板１の連結されてない方の面に振動伝達のための棒状突起５Ｂが設けられている。棒状材料５Ａおよび棒状突起５ＢはＡＢＳなどの硬質プラスチック等で作られる。棒状突起５Ｂの先端を頭蓋骨に接触させ、二枚の圧電振動板１と２に同じ音声信号を入力することにより、圧電振動板１と２を励振させ、その励振振動を頭骸骨に伝え、その結果音声を受聴させることが可能となる。
【０００３】
一方、可聴帯域信号を用いて超音波帯域の正弦波を振幅変調し、その超音波振動を耳周辺の軟骨に加えることにより、変調に用いた可聴帯域信号を受聴できる超音波骨導イヤホンがある（特願２００１−３８６３１２、請求項１等）。この超音波骨導イヤホンは音漏れがほとんどない骨導イヤホンを実現することが可能である。
図９に特願２００１−３８６３１２で提案した超音波骨導イヤホンの構成例を示す。図９に示す例では超音波信号発生器２１で発生した超音波信号を変調器２２で可聴帯域信号で振幅変調し、その振幅変調された超音波信号を補正器２３で例えばレベル補正して加算器２５に入力し、加算器２５で可聴帯域信号を加算し、その加算信号で骨導アクチュエータ２６を駆動する構成とした例を示す。
骨導アクチュエータ２６を耳周辺の軟骨部分に接触させ、軟骨部分に振幅変調された超音波を印加することにより、軟骨部分を超音波振動が伝搬する間に超音波振動は可聴振動に復調され、これにより可聴帯域信号を音として受聴させることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一枚の圧電振動板に連結棒をつけただけの骨導アクチュエータ（図８に示した骨導アクチュエータにおいて圧電振動板２を除去したもの）、又は、図８に示した同じ振動板１と２を複数連結した骨導アクチュエータでは、圧電振動板の持つ再生帯域が狭いため、広帯域の振動を再生できず、音質が悪いという第一の課題があった。また、可聴帯域信号で振幅変調した超音波による超音波骨導イヤホンは、振動媒質の影響から低い周波数で充分な音量が出ないという第二の課題がある。
【０００５】
更に可聴帯域信号を骨導アクチュエータに入力した場合、高い周波数帯域の成分が骨導アクチュエータから空気中に放射され、骨導アクチュエータを装着した本人以外に音が聞こえてしまうという第三の課題があった。
この発明の目的はこれらの課題を解消し、音質がよく、また低い周波数でも充分な音量を得ることができ、然も音漏れの少ない電気音響変換装置を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明では振動板のいずれか一方の面を筐体に固定し、この振動板の他方の面に振動板の共振板の共振周波数と異なる共振周波数の振動板を固定する電気音響変換装置を提案する。
この発明では更に振動板のいずれか一方の面を筐体に固定し、この振動板の他方の面に突起を装着し、この突起の先端に振動板の共振周波数と異なる共振周波数の振動板を固定する電気音響変換装置を提案する。
この発明では更に上記電気音響変換装置の何れかにおいて、振動板を２個以上積み重ねて配置する構造とした電気音響変換装置を提案する。
【０００７】
この発明では更に上記電気音響変換装置の何れかにおいて、共振周波数が異なる振動板を共通の可聴帯域信号で駆動する電気音響変換装置を提案する。
この発明では更に上記電気音響変換装置の何れかにおいて、振動板の少なくとも１個に超音波帯域の正弦波信号に対して可聴帯域信号で振幅変調を行なった被変調信号を印加し、振動板の他に振動変調を行なった可聴帯域信号を印加して駆動する電気音響変換装置を提案する。
【０００８】
作用
この発明の電気音響変換装置によれば、互いに共振周波数が異なる複数の振動板を重ね合わせた構造としたから、複数の振動板からの振動を同じ場所に伝えることができる。これにより広帯域の振動を充分な振幅で受聴者に伝えることが可能となる。この結果、第一の課題及び第２の課題を解消することができる。
また、一方の振動板に対しては可聴帯域で振幅変調した超音波振動を入力し、他方の振動板に対しては可聴帯域信号を入力する場合には、振幅変調された超音波振動は受聴者に伝えられた後、受聴者の人体内で可聴振動に変換されるため、音漏れの少ない電気音響変換装置を提供することができ、第三の課題を解消することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１にこの発明の一実施形態を示す。この実施形態では形状が大きい振動板（ここでは圧電振動板を用いた場合を説明する）の一方の面を筐体４に固定し、この圧電振動板１Ａの他方の面に、この振動板１Ａの共振周波数と異なる共振周波数を持つ圧電振動板１Ｂを固定した場合を示す。
これらの圧電振動板１Ａと１Ｂは一般に円盤形状とされる。圧電振動板１Ａは一端が閉塞され、硬質材料で形成した円筒状の筐体４にリング状の保持材３Ａを介して固定する。保持材３Ａとしては例えばゴム系の材料が用いられ、保持材３Ａと筐体４との間及び保持材３Ａと振動板１Ａとの間のそれぞれを接着剤で接着する。
【００１０】
圧電振動板１Ａの中心部分に他方の圧電振動板１Ｂを固定する。この場合もゴム系の材料でリング状に形成した保持材３Ｂを圧電振動板１Ａの表面に接着し、この保持材３Ｂの上に圧電振動板１Ｂを接着して固定する。
この実施形態では圧電振動板１Ａは圧電振動板１Ｂより形状が大きい振動板としたから、一般には圧電振動板１Ａの共振周波数は振動板１Ｂの共振周波数より低いものとなり、圧電振動板１Ｂは圧電振動板１Ａより形状が小さいことから、一般的には共振周波数は圧電振動板のそれより高い周波数となる。
従って、これらの圧電振動板１Ａと１Ｂを位相を合わせた可聴帯域信号により駆動することにより、圧電振動板１Ｂの表面は圧電振動板１Ａと圧電振動板１Ｂの振動が加算された振幅で駆動される。従って、圧電振動板１Ｂの表面を受聴者の頭部、特に耳の近傍に接着させることにより、音として充分な音量で受聴させることができる。また、圧電振動板１Ａと１Ｂが異なる周波数帯域の共振周波数を持つことから、低い周波数から高い周波数までの可聴音振動を充分な振幅で受聴者に与えることができる。この結果、音質のよい可聴音を充分な音量で受聴させることができる。
【００１１】
尚、図１に示す実施形態では形状が大きい圧電振動板１Ａの共振周波数を形状の小さい圧電振動板１Ｂの共振周波数より「低い」として説明したが、形状（特に直径方向の寸法）が小さくても厚みが大きい場合には共振周波数が下がり、直径が大きい振動板より低い共振周波数を呈する場合もある。従って、直径の大小だけで共振周波数の高低を規定することはできないから、直径が大きくても直径が小さい圧電振動板の共振周波数より高い共振周波数を持つ場合がある。
図２はこの発明の第２実施形態を示す。この実施形態では筐体４を筒の軸線方向に２分割し、一方の筐体４Ａは図１に示した筐体４と同じに一端が閉塞された筒状体とし、他方の筐体４Ｂは閉塞面に孔ＨＯＬを形成し、この孔ＨＯＬを通じて直径が小さい圧電振動板１Ｂの面を露出させる構造とした場合を示す。尚、２分割した筐体４Ａと４Ｂは開放状態にある筐体４Ａに圧電振動板１Ａと１Ｂを実装した後、円筒部分の端面同士を接着して合体する。
【００１２】
直径が小さい圧電振動板１Ｂを孔ＨＯＬから露出させるために、この実施形態では直径の大きい圧電振動板１Ａの中心部分に棒状突起５Ｂを固定し、この棒状突起５Ｂの上端に圧電振動板１Ｂを保持材３Ｂを介して装着した例を示す。従って棒状突起５Ｂの長さの寸法は筐体４Ｂの軸心方向の厚みに従って決定される。
この第２実施形態の構造によれば、受聴者に与える可聴振動の周波数帯域を広帯域化できること及び音量を増強できる効果に加えて直径が大きい電圧振動板１Ａは筐体４Ａと４Ｂで覆われるため、この圧電振動板１Ａが加振されることによって発生する音響振動は筐体４Ａと４Ｂで遮音され、外部に漏れる量を低減することができる。従って、図１に示した実施形態より音の漏れ量が少ない電気音響変換装置を提供することができる。
【００１３】
図３に受聴者の頭部にこの発明による電気音響変換装置を装着した状態の一例を示す。受聴者の側頭部間に例えば弾力性を持つ樹脂で形成しヘッドバンドを装着する。ヘッドバンド１１はバネ性によりその両端が受聴者の両方の側頭部に弾性的に圧接力を与える。ヘッドバンド１１の一端側又は両端にこの発明による電気音響変換器１０を装着する。図３に示す側では筐体４の周面に例えば筐体４と同一の材料で一体に直径が約７〜１０ｍｍ、長さが１０〜２０ｍｍ程度の支持棒１２を突設し、この支持棒１２とヘッドバンド１１の端部との間を連結棒１３で連結して電気音響変換装置１０をヘッドバンド１１に装着する。電気音響変換装置１０はヘッドバンド１１の弾性により受聴者の側頭部に圧接され、この圧接力により圧電振動板１Ｂの表面が受聴者の側頭部に圧接される。この状態で圧電振動板１Ａ及び１Ｂが励振されることにより、その振動が圧電振動板１Ｂを通じて受聴者の頭蓋骨に伝達され、受聴者はその振動を音として受聴することができる。
【００１４】
図４にこの発明による電気音響変換装置の駆動系の実施形態を示す。この実施形態では共通の入力端子６に可聴帯域信号を入力し、この可聴帯域信号を必要に応じて等価器７Ａ，７Ｂを通じて圧電振動板１Ａと１Ｂに印加する構造とした場合を示す。等価器７Ａ，７Ｂは例えば圧電振動板１Ａと１Ｂに与える可聴帯域信号のレベルを調整するレベル調整器或は低域通過フィルタ、高域通過フィルタとすることができる。
図４に示すように、互いに共振周波数が異なる圧電振動板１Ａと１Ｂを共通の可聴帯域信号で駆動することにより、圧電振動板１Ａは例えば可聴帯域の低域側で効率よく励振され、周波数が低い音域の可聴振動を圧電振動板１Ｂに与える。圧電振動板１Ｂは可聴帯域の高域側で効率よく励振され、周波数が高い音域の可聴振動を生成する。
【００１５】
この結果、圧電振動板１Ｂを受聴者の側頭部に圧接させると、受聴者には圧電振動板１Ａと圧電振動板１Ｂの振動が加算されて伝わり、低域から高域に至る広い帯域の可聴音を受聴させることができる。
図４に示す実施形態では圧電振動板１Ａを筐体４で覆う構造の電気音響変換装置の駆動例を示したが、図１に示した構造の電気音響変換装置にも同様の駆動方法を適用することができる。
図５に他の駆動方法を採る実施形態を示す。この実施形態では圧電振動板１Ｂへの信号供給経路に変調器９を設け、この変調器９で超音波信号発生器８で発生する超音波信号を可聴帯域信号で振幅変調し、その振幅変調された被変調信号を圧電振動板１Ｂに印加する構成とした場合を示す。
【００１６】
この構成によれば圧電振動板１Ａが可聴帯域の低域側の可聴振動を生成し、この低域側の可聴振動を圧電振動板１Ｂに伝達する。圧電振動板１Ｂは可聴帯域信号で振幅変調された超音波信号で励振されるから、圧電振動板１Ａから与えられる低い周波数の可聴振動に加えて圧電振動板１Ｂで発生する超音波振動を受聴者に与えることができる。超音波振動は可聴帯域信号で振幅変調されているから、その超音波振動が受聴者の体内に伝達されることにより、超音波振動により可聴音が再生される。この可聴音は圧電振動板１Ｂが可聴帯域の高域側に共振周波数を持つものとすると、再生される可聴音も高域側の周波数成分となる。この結果図４で説明したのと同様に、受聴者には低域から高域に至る広い帯域の可聴振動が与えられ、音質のよい可聴音を受聴することができる。また、可聴音の振幅も２枚の圧電振動板１Ａと１Ｂの振動の和で与えられるため、音量も増強される。
【００１７】
上述において、超音波信号によって再生される可聴音が圧電振動板１Ｂの共振周波数により可聴帯域の高域側の成分になると説明したが、この点を明確にするためには変調器９と縦続接続した等価器７Ｂを高域通過フィルタとし、可聴帯域信号の高域成分で超音波を振幅変調すれば圧電振動板１Ｂで再生される可聴信号成分が高域成分であることが一層理解されよう。
図５に示した実施形態によれば圧電振動板１Ｂが超音波信号で励振されることから、超音波振動が外部に漏れたとしても他の周囲の者には聴こえない。この結果、圧電振動板１Ａが筐体４によって覆われていることにより、圧電振動板１Ａから発生する可聴音が抑圧される効果に加えて、圧電振動板１Ｂから発生する振動も外部に聴こえないことから、音の漏れを極めて小さくすることができる効果が得られる。
【００１８】
図６及び図７はこの発明の更に他の実施形態を示す。図６及び図７に示す実施形態では圧電振動板を３段積ねに積層した場合を示す。各圧電振動板１Ａ、１Ｂ、１Ｃを互いに異なる共振周波数を持たせ、各圧電振動板１Ａ、１Ｂ、１Ｃに低域、中域、高域の振動を行なわせることにより、音質の向上及び音圧の向上をより一層期待することができる。従って、この発明では積層する圧電振動板の枚数を二枚に制限するものでなく、二枚以上任意の枚数を選択することができる。
また、３段以上に圧電振動板を積層する場合に高域の共振周波数を持つ圧電振動板１Ｃと中域の共振周波数を持つ圧電振動板１Ｂを超音波信号で駆動し、低域の共振周波数を持つ圧電振動板１Ａのみを可聴信号で駆動する構造としてもよく、また、高域の共振周波数を持つ圧電振動板１Ｃのみを超音波信号で駆動する構造としてもよく、その選択は任意である。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、この説明によれば広帯域の可聴音を受聴者に受聴させることができ、音質の改善が得られる。更に、受聴者に与える音圧も圧電振動板の枚数に応じて増強することができる。更に、音漏れの少ない電気音響変換装置を提供することができる利点も得られ、その効果は実用に供して願る大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態を説明するための拡大断面図。
【図２】この発明の他の実施形態を説明するための拡大断面図。
【図３】この発明による電気音響変換装置を受聴者の頭部に装着した様子を説明するための斜視図。
【図４】この発明による電気音響変換装置を駆動する駆動系の一例を説明するためのブロック図。
【図５】図４に示した駆動系の他の例を説明するためのブロック図。
【図６】この発明による電気音響変換装置の他の例を説明するための拡大断面図。
【図７】この発明による電気音響変換装置の更に他の例を説明するための拡大断面図。
【図８】先行技術を説明するための拡大断面図。
【図９】先行技術を説明するためのブロック図。
【符号の説明】
１、２、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ圧電振動板８超音波信号発生器
３、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ保持材９変調器
４、４Ａ、４Ｂ筐体１０電気音響変換装置
５Ａ棒状材料１１ヘッドバンド
５Ｂ棒状突起１２支持棒
６入力端子１３連結棒
７Ａ、７Ｂ等価器

Claims

振動板のいずれか一方の面を筐体に固定し、この振動板の他方の面に前記振動板の共振周波数と異なる共振周波数の振動板を固定することを特徴とする電気音響変換装置。
振動板のいずれか一方の面を筐体に固定し、この振動板の他方の面に突起を装着し、この突起の先端に前記振動板の共振周波数と異なる共振周波数の振動板を固定することを特徴とする電気音響変換装置。
請求項１又は２記載の電気音響変換装置の何れかにおいて、前気振動板を２個以上積み重ねて配置する構造としたことを特徴とする電気音響変換装置。
請求項１乃至３記載の電気音響変換装置の何れかにおいて、前記共振周波数が異なる振動板を共通の可聴帯域信号で駆動することを特徴とする電気音響変換装置。
請求項１乃至３記載の電気音響変換装置の何れかにおいて、前記振動板の少なくとも１個に超音波帯域の正弦波信号に対して可聴帯域信号で振幅変調を行なった被変調信号を印加し、前記振動板の他に前記振動変調を行なった可聴帯域信号を印加して駆動することを特徴とする電気音響変換装置。