JP2005318087A - ヘッドフォン - Google Patents

Abstract

【課題】 高効率で、種々の音声ソースに対して、聞き取りやすく自然な聴感が得られるヘッドフォンを提供すること、また状況に応じて気導音と骨導音を切り替えられるヘッドフォンを提供すること。
【解決手段】 圧電バイモルフ若しくは圧電ユニモルフと可撓性物質とを複合してなる板状の圧電振動体１１を備えるヘッドフォンであり、圧電振動体１１を外耳道の正面付近又は耳介１２の前側にある頬骨の付近に選択的に固定する位置選択機構を備える。また、その位置選択機構では、案内溝又はレールに沿って滑動しストッパによって係止される支持部によって圧電振動体１１を支える。また、軸を中心に回動しストッパによって係止される支持部で圧電振動体１１を支えてもよいし、圧電振動体に設けた支持枠、さらに回転機構とばね機構により圧電振動体の裏表を反転させて外耳道の入口と頬骨に接触点を切り替えてもよい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、外耳道及び鼓膜を介した音の伝達経路と、人体頭部の骨伝導による音の伝達経路とを選択又は組み合わせ、種々の音声ソースに対応できるヘッドフォンに関する。

骨伝導式のヘッドフォンとしては、例えば耳介（耳殻）の後側の骨の突起部に振動体をセットして、頭部の骨伝導により、内耳の聴覚器官に音声を伝達して知覚させるヘッドフォンがある。この骨伝導経路は、通常の伝達経路では外耳道、鼓膜、耳小骨、前庭窓などを経て蝸牛の知覚細胞に音声振動が伝達されるのとは異なり、周囲の音をほとんど伝達しないので、騒音レベルの高い環境においても、周囲の音と、聞き取ろうとする会話音などを分離して知覚するのに適した伝達経路とされている。その一例として、特許文献１では装着性の良い骨伝導ヘッドセットが開示されている。

特開２００３−１８６８３号公報

このような骨伝導式スピーカを備えた電子機器は、騒音レベルの高い環境での使用には適しているとされているが、この方式の受話では会話音の自然さ、あるいは明瞭度において不満が生じるなど、いくつかの音声ソースへの対応がよくない。また、このスピーカを直接外耳道の正面に置いても気導音のスピーカを兼用することはその音響放射量や、周波数特性から不可能であった。また、電磁式スピーカを骨伝導式の振動発生体に用いた場合、効率がよくないという問題があり、圧電式の振動発生体を用いた場合には低域が不足という周波数特性の点で問題があった。

この状況にあって、本発明の課題は、高効率で、種々の音声ソースに対して、聞き取りやすく自然な聴感が得られるヘッドフォンを提供すること、また状況に応じて骨導音を含んだ気導音重視の聴音と、両耳を開放した状態での骨導音重視の聴音を自由に切り替えることが可能なヘッドフォンを提供することである。

上記課題を解決するために、本発明のヘッドフォンは、圧電バイモルフ若しくは圧電ユニモルフと可撓性物質とを複合してなる板状の圧電振動体を備えるヘッドフォンにおいて、前記圧電振動体を外耳道の正面付近又は耳介の前側にある頬骨の付近に選択的に固定する位置選択機構を備えることを特徴とする。

前記位置選択機構は、案内溝又はレールに沿って滑動しストッパによって係止される、前記圧電振動体の支持部を備えるとよい。

前記位置選択機構は、軸を中心に回動しストッパによって係止される、前記圧電振動体の支持部を備えてもよい。

前記位置選択機構では、前記圧電振動体が軸を中心に反転可能としてあり、一つの位置では前記圧電振動体は外耳道の正面にあり、もう一つの位置では前記圧電振動体は反転され裏面が頬骨に当たり、いずれの位置でもばね機構の作用で圧接されるとよい。これは前記圧電振動体の振動放射面の特性には裏表で差がなくどちらでも使えることをたくみに利用するものである。

本発明のヘッドフォンは、音声振動の発生体として、圧電バイモルフ若しくは圧電ユニモルフと可撓性物質とを複合してなる圧電振動体を用いるので、高効率であると同時に周波数特性に優れる。さらに、本発明の圧電振動体では気導音に放射する音波のエネルギーと骨導音に放射するエネルギーの両方に対する効率とバランスが最適化されている。この圧電振動体を外耳道の正面付近又は頬骨の付近に選択的に固定する位置選択機構によって、気導音と骨導音を切り替えて使用すること及び組み合わせて使用することが可能となり、種々の音声ソースに対して、聞き取りやすく自然な聴感をもたらすヘッドフォンが得られる。

次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明のヘッドフォンにおける圧電振動体の固定位置を示す模式図であり、図１（ａ）は骨導音による場合、図１（ｂ）は気導音による場合を示す。

図１において、１１は楕円板状の圧電振動体、１２は耳介、１３はヘッドフォンの基台である。図１（ａ）は耳介の前側にある頬骨の付近の位置に圧電振動体１１を押しつけて、人体頭部の骨伝導経路を介して、内耳の知覚器官に音声振動を伝達する場合を示している。他方、図１（ｂ）は外耳道の正面付近に圧電振動体１１が位置して、外耳道、鼓膜、耳小骨、前庭窓を経て、蝸牛の聴覚神経に送られて知覚される気導音による場合を示す。

次に、図２は本発明のヘッドフォンを示す斜視図である。圧電振動体１１は基台１３に設けられた案内溝２４に沿って移動することができる。また、その移動操作はノブ２７によって行う。

図３は本発明のヘッドフォンに用いる圧電振動体を示し、図３（ａ）はその長手方向及び厚さ方向に平行な断面図であり、図３（ｂ）はその斜視図であり、図３（ｃ）は圧電振動体を支持台に取り付けた状態を示す斜視図である。

図３（ａ）のように、本発明の圧電振動体３１では、シム３２の両側に圧電セラミック板３３を接着して圧電バイモルフを構成し、さらに可撓性物質３４を付加して、共振周波数を下げること、及びＱの降下による周波数特性の広域化を図った。ところで、本発明に用いる圧電振動体は外耳道を介して鼓膜に振動をもたらすスピーカと骨伝導式スピーカの両方の機能を有する。この空気中に音声を放射する機能と、骨伝導振動を発生する機能の両立は、特に本発明に用いている可撓性物質との複合化によってなされているもので、その長さと可撓性物質の構成比の調整で適度の周波数特性を実現し、周囲に音波を撒き散らさない適度の放射面積の大きさが選定される。またその振動体は側頭部の皮膚に接触するので感触のよい有機物系の材料で構成されることが望ましいが、可撓性物質として感触のよい人体となじみのよい物質を選定できる。

図７は本発明に使用する圧電振動体が空中に発する音声を近接するマイクロフォンで計測したもので、通常の電磁型ヘッドフォン用のスピーカと比較して示す。２００Ｈ以下の周波数域では出力が低下しているが、それ以上の周波数域では専用の電磁型スピーカに匹敵する音声が放射されていることが確認された。

図８は、本発明に用いる圧電振動体の骨伝導の振動特性が聴覚神経にどのように到達しているか、モデル化された測定用の人工内耳（マストイド）を用いて現在使用されている電磁型の骨伝導スピーカと比較して計測したものである。縦軸は聴覚神経に伝播した振動の加速度を示し、１Ｇ（９．８ｍ／ｓ^２）を０ｄＢＧとしたデシベル表示による。すべての周波数で聴感レベルが加速度に比例している訳ではないが、本発明に用いている圧電型の振動体が低域を含めて振動、すなわち音声を内耳に広帯域に伝播していることが確認できた。

したがって、本発明のヘッドフォンを（１）外耳（耳介）の周辺に装着すると、図８で示された加速度に伴う聴感が得られ、（２）外耳道の正面に装着した場合には聴感レベルとして図７で示される気導音と図８で示される骨伝導振動に伴う音声が複合されて認識されるため低域から広域にわたり自然な聞き取りやすい聴感が実現される。なお、第２の場合には、耳介の軟骨が骨伝導振動を伝達する。また、この機能は状況に応じて簡便に切り替えることができる。

その作製方法の実際は次のとおりである。２枚の圧電セラミック板３３にはＮＥＣトーキン製圧電セラミックス（商品名ネペック１０）を用い、その寸法は、長さ３２ｍｍ、幅８ｍｍ、厚さ０．１５ｍｍである。また、シム３２は厚さ５０μｍの真鍮製であり、その長さと幅は圧電セラミック板３３とほぼ同寸法である。これらをエポキシ系接着剤で貼り合わせ 、圧電セラミック板３３の外側の主面には電極を設け、この電極とシムからリード線を引き出した。なお、電極及び電気的結線の類は図示を省略した。

次に、真鍮製の金型を用いて圧電バイモルフの全面に液状ウレタンゴムを流し込み、硬化処理により、厚さ方向の二面には２ｍｍの厚さで被覆層を形成した。この被覆層の厚さによって共振周波数と振動体のＱを調節することができる。また、このとき、１枚の圧電セラミック板３３を複数層で形成して、それぞれに電極を設けると、その分、駆動電圧を下げることができる。

このように作製した圧電振動体３１をヘッドフォンの基台に取り付けるためには、図３（ｃ）のように、支持台３６に弾性的固定材３５で弾力的に固定する。

引き続き、本発明のヘッドフォンにおける圧電振動体の位置選択機構を説明する。図４は本発明における第１の位置選択機構を模式的に示し、ヘッドフォンの基台１３には２本の案内溝２４が設けられ、これに沿って移動して、端部のストッパ（図示省略）で係止される支持台３６が備えられている。この支持台３６に圧電振動体が弾力的に支持される。なお案内溝２４に変えて、レールを用いるのもよい。

図５は本発明における第２の位置選択機構を模式的に示し、図５（ａ）は骨導音を発生する位置に対応し、図５（ｂ）気導音を発生する位置に対応する。ヘッドフォンの基台５３には圧電振動体の主面に垂直な回転軸５９が設けられ、この回りで回動してストッパ（図示省略）で係止される支持台５６が設けられている。この支持台３６に圧電振動体が設置され、その回動はレバー５８によって操作される。

図６は本発明における第３の位置選択機構及びヘッドフォンを模式的に示している。前記構成の圧電振動体は取り付け枠６０で周囲が支持されて、取り付け枠６０はヘッドフォンの弧状体６１の両端に設けられた回転軸６２と、ばね機構６３を介して連結して回動可能になる。まず、一つの位置では前記圧電振動体が外耳道の正面（Ａ位置）に、これを反転したもう一つの位置（Ｂ位置）では圧電振動体の裏面が頬骨に、ばね機構６３の作用で圧接する。ばね機構６３はいずれの側に倒しても外耳若しくは頬骨に圧電振動体が軽く圧接できるスイッチ式機構を備え、この動作は指先で圧電振動体の取り付け枠６０を矢印の方向に動かすことで容易に操作が可能である。実施例では耳掛けタイプのヘッドフォンで示しているが、頭部の上から載せる図２のタイプでも可能であることはいうまでもない。

以上のように、本発明のヘッドフォンでは、案内溝に沿ったスライド又は軸の回りの回動によって、圧電振動体の位置を変化させ、骨導音と気導音を選択するが、一般には、音楽などの周波数帯域の広い音声ソースをじっくり鑑賞するには気導音が適しているが、状況によって外耳道を外に開放して周囲の環境音に注意しながら同時にラジオ、連絡指示、通話等を必要とする場合には骨導音が有効に活用できる。また、本構成における気導音の聴取時には圧電振動体が通常の音声を放射（気導音）すると同時に外耳に振動を与えて骨導音も伝播しており、自然な聴感が実現されるだけでなく特に周囲の騒音が激しい環境下でも比較的低いパワーで音声の聴取が可能な利点を有する。

ところで、本発明の実施の形態では圧電振動体として、圧電バイモルフを用いた場合を説明したが、圧電モノモルフの使用も可能である。

本発明での圧電振動体の固定位置を示す模式図。図１（ａ）は骨導音による場合、図１（ｂ）は気導音による場合を示す。 本発明のヘッドフォンを示す斜視図。 本発明で用いる圧電振動体を示す図。図３（ａ）はその長手方向及び厚さ方向に平行な断面図、図３（ｂ）はその斜視図、図３（ｃ）は圧電振動体を支持台に取り付けた状態を示す斜視図。 本発明における第１の位置選択機構を示す模式図。 本発明における第２の位置選択機構を示す模式図。図５（ａ）は骨導音を発生する位置に対応し、図５（ｂ）気導音を発生する位置に対応する。 本発明における第３の位置選択機構及びヘッドフォンを示す模式図。 本発明における圧電型振動体の放射音の周波数特性。 本発明における圧電型振動体の振動伝播の周波数特性。

符号の説明

１１，３１ 圧電振動体
１２ 耳介
１３，５３ 基台
２４ 案内溝
２７ ノブ
３２ シム
３３ 圧電セラミック板
３４ 可撓性物質
３５ 弾性的固定材
３６，５６ 支持台
５８ レバー
５９，６２ 回転軸
６０ 取り付け枠
６１ 弧状体
６３ ばね機構

Claims (4)

1. 圧電バイモルフ若しくは圧電ユニモルフと可撓性物質とを複合してなる板状の圧電振動体を備えるヘッドフォンにおいて、前記圧電振動体を外耳道の正面付近又は耳介の前側にある頬骨の付近に選択的に固定する位置選択機構を備えることを特徴とするヘッドフォン。
2. 前記位置選択機構は、案内溝又はレールに沿って滑動しストッパによって係止される、前記圧電振動体の支持部を備えることを特徴とする、請求項１に記載のヘッドフォン。
3. 前記位置選択機構は、軸を中心に回動しストッパによって係止される、前記圧電振動体の支持部を備えることを特徴とする、請求項１に記載のヘッドフォン。
4. 前記位置選択機構では、前記圧電振動体が軸を中心に反転可能としてあり、一つの位置では前記圧電振動体は外耳道の正面にあり、もう一つの位置では前記圧電振動体は反転され裏面が頬骨に当たり、いずれの位置でもばね機構の作用で圧接されることを特徴とする、請求項１に記載のヘッドフォン。

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