JP2005519548A - ヘッドホン - Google Patents

Abstract

ヘッドホン又はイヤホンは、1人のリスナーによって用いられる電気音響トランスデューサとして一般に知られている。本発明は、ヘッドホン素子において挿入型及び非挿入型電気音響トランスデューサを組み合わせることに関する。このようにして、広い低周波再生(挿入型)及び広い高周波再生(非挿入型)の組合せが得られる。

Description

本発明は、ヘッドホン又はイヤホンの技術分野に関し、特に、ヘッドホン又はヘッドホンセットの周波数応答を、本発明の新規な技術的特徴を含まないヘッドホン又はヘッドホンセットと比較して改善する新規な技術に関する。

オーディオ及びハイファイ産業において、ヘッドホン又はイヤホンは、1人のリスナーによって用いられる、その1人の個人又はリスナーへの音楽の音の再生のための電気音響トランスデューサとして、一般に知られている。従来から、ヘッドホン又はヘッドホンセットは、リスナーの耳のそれぞれのために別個のヘッドホン素子を含んでいる。ヘッドホンセットのヘッドホン素子は、リスナーの耳に又は耳の中に配置されるべき別個の素子を構成してもよく、又は代わりに、スプリングバンドとして多くの場合知られている機械的素子を含んでもよい。このスプリングバンドは、2つのヘッドホン素子を相互接続して、従来どおり、リスナーの頭の大きさ及びリスナーの頭における耳の位置に対するヘッドホン素子の位置の調整のために、個々のヘッドホン素子の位置の調整を許可するので、リスナーの耳に並置されたその意図された位置にヘッドホン素子を維持する。ヘッドホン素子は、種々の技術的な方法に従って、音響的に開いた素子(acoustically
open elements)又は音響的に閉じた素子(acoustically
closed elements)を構成することができる。音響的に開いた素子は、1つ又は複数のヘッドホン素子の1つ又は複数のトランスデューサが周囲に音を放射するのを許可する一方で、音響的に閉じたヘッドホン素子は、閉じたハウジング内に隠される。この技術分野において、開いた又は閉じた構造のハウジング内に含まれる用語「ヘッドホン」、及びこれに関連して、用語「ヘッドホン素子」は、ヘッドホンカプセル、ヘッドホントランスデューサ、アセンブリ等の技術的に等価な事象をカバーすると解釈される。

この技術分野において、ヘッドホン、イヤホン、ヘッドセット等の種々の用語が一般に用いられており、本発明は、これらの用語によってカバーされる、これに関連してヘッドホン技術と称されるこれらの技術的な事象に関連する。この技術分野において、小さな耳道挿入技術から大きな膜のオープンエアスピーカ技術までの構造を含む広範囲再生を提供するための種々の方法が開発されている。特許文献及び技術文献は、上記の種々の技術を説明する相当多くの参照文献を含む。

特に1つ又は複数のトランスデューサの寸法が制限されている場合に、1つ又は複数の電気音響トランスデューサを含むヘッドホン又はイヤホンに広い周波数応答を提供することは、音響技術の開発技術者の課題である。多くの場合、小さいイヤホンの周波数応答は、100Hz〜10kHz(-3dBカットオフ)に制限されているか、更に制限されていさえする。周波数応答を高周波数及び低周波数に広げるために、特定の技術が開発されている。

本発明の目的は、ヘッドホンセットの改善されたヘッドホン素子であって、従来技術と比較してより広い周波数応答を提供すると共に当技術分野で知られる最高の低周波再生技術によって得られる下限周波数から当技術分野で知られる最高の高周波再生技術によって得られる上限周波数範囲までの周波数応答を与える1つ又は複数の小さい直径の電気音響トランスデューサの使用によって、一対のヘッドホン素子を含むヘッドホンセットを装着しているリスナーが広い周波数応答再生を知覚することを許可するヘッドホン素子を提供することである。

本発明の特定の利点は、本発明の教示により、従来技術によって得られる低周波再生と比較して改善された低周波数域再生を電気音響トランスデューサ素子自身によって与える相当に小さい電気音響トランスデューサが用いられる一対のヘッドホン素子を含むヘッドホンセットにおいて、広い周波数応答が得られるという事実と関連する。

ヘッドホン素子又は一対のヘッドホン素子を含むヘッドホンセットを装着しているリスナー用のヘッドホン素子において、リスナーの外耳に並置されるべきヘッドホン素子支持体と、前記支持体によって支持される第1のトランスデューサであって、管を含み、当該管は、前記第1のトランスデューサ素子によって生成される音を、当該管を通じて当該管の出口端部から放射させるために伝達する、第1のトランスデューサと、前記管の前記出口端部からの音の前記耳道内への前記放射のために前記管の前記出口端部を前記リスナーの耳の耳道の入口に配置する多孔質イヤピースであって、当該多孔質イヤピースを通じた音の伝達を前記音伝達の実質的な減衰無しに許可する多孔質イヤピースと、前記支持体で支持される第2のトランスデューサ素子であって、前記多孔質イヤピースを通じた前記リスナーの前記耳道への前記入口への音の放射のために配置された第2のトランスデューサ素子とを含むヘッドホン素子が提供される。

上記の目的及び上記の利点は、多数の他の目的、利点及び特徴と共に、以下の詳細から明らかになる。

多孔質イヤピースは、その音響抵抗の特性自体によって、管の中から来る音の耳道への伝達を音伝達の実質的な減衰無しに許可すると同時に、その封止特性を通じて、管を通じて耳道内にもたらされる音の圧力を耳道内部で増加させる。

基本的には、本発明は、ヘッドホン素子において挿入型及び非挿入型電気音響トランスデューサを組み合わせるという考えから生じている。換言すれば、本発明の教示は、挿入型ヘッドホン素子の広い低周波再生と、自由空間のような非挿入型ヘッドホンにおいて得られる広い高周波再生との組合せを許可する。有利な低周波及び高周波再生特性をそれぞれ提供する挿入型及び非挿入型のヘッドホンに関係する2つの異なった技術の組合せに対するカギは、多孔質イヤピースの供給である。イヤピースは、多孔質であるので、音響的に高度に透過性であり、第2のトランスデューサ素子からの放射がリスナーの耳道に伝達されるのを許可すると同時に、第1のトランスデューサ素子とリスナーの耳道との間の挿入型結合を提供する。

本発明の教示によれば、第1のトランスデューサ素子は低周波再生トランスデューサによって構成されることができ、第2のトランスデューサ素子は高周波再生トランスデューサによって構成されることができるので、第1の及び第2のトランスデューサ素子は別個のトランスデューサによって構成されてもよい。このツーウェイ再生システムで、低周波再生トランスデューサ及び高周波再生トランスデューサのそれぞれは、低周波再生及び高周波再生のみのために設計され、それぞれ、低周波再生及び高周波再生のために最適化されてもよい。

代替的に、単純でより低コストの実施例においては、第1の及び第2のトランスデューサ素子は、単一のトランスデューサによって構成され、トランスデューサの一方の側が第1のトランスデューサ素子を構成し、トランスデューサの他方の側が第2のトランスデューサ素子を構成する。この別の実施例において、多孔質イヤピースに面するトランスデューサの前面は、高周波再生用の第2のトランスデューサ素子を構成する一方で、低周波伝達管に接続されたトランスデューサの後面は、低周波再生用の第1のトランスデューサ素子を構成する。

本発明によるヘッドホン素子のトランスデューサ素子は、いかなる適切な電気音響原理に従って実現されてもよく、例えば好適には、電気力学トランスデューサとして実現されてよい。代替的に、本発明によるヘッドホン素子のトランスデューサ素子において、容量性、圧電セラミック、動的磁気、静電気等のトランスデューサ原理が用いられてもよい。

好適には、低周波再生トランスデューサ素子を構成する第1のトランスデューサ素子からの音響伝達は、別個のトランスデューサによって構成されている第1のトランスデューサ素子を、又は代替的に、単一のトランスデューサの一方の側を、密封された容器内に収容し、第1のトランスデューサ素子の一方の側からの放射が管を通じて伝送されるのを許可することによって確立される。

単一のトランスデューサが、当該1つのトランスデューサからの放射が用いられる上記の実施例に従って、第1のトランスデューサ素子として用いられる場合には、ヘッドホン素子支持体は、密封された容器自身であり、単純で軽量の構造である。

ヘッドホン素子は、それ自体よく知られる公知技術に従って、閉じた又は開いた構造として構成されてよく、第1の実施例によるヘッドホン素子ハウジングが、第1の及び第2のトランスデューサ素子が支持される閉じたハウジングを構成し、ハウジングの内部を周囲から密封してもよい。

代替的に、好適には、開いたヘッドホン素子構造では、ヘッドホン素子支持体が、第2のトランスデューサ素子が音響的に周囲と通信するのを許可する音響的に開いた構造を構成する。他の有利な実施例によれば、管の中に多孔質プラグが配置され、この管を出口端部で終端して半開管を提供し、これにより、多孔質プラグを含まない実施例と比較して、低音応答を提供する管の低周波共鳴を弱める。

第1の及び第2のトランスデューサ素子を構成する別個のトランスデューサを有する上述の第1の実施例において、別個の低周波再生トランスデューサ及び高周波再生トランスデューサは、上述のように、それぞれ低周波及び高周波再生のために構成されて設計されてもよく、また、一対の電気入力端子を有する低周波再生トランスデューサを構成する第1のトランスデューサ素子は、有利且つ好適には、電気入力端子の第1の組を通じて電気ローパスフィルタに接続されていてもよく、同様に、電気入力端子の第2の対を有する高周波再生トランスデューサを構成する第2のトランスデューサ素子は、電気入力端子の第2の組を通じて電気高域フィルタに接続されていてもよく、これらは、それ自体、スピーカクロスオーバーを設計する技術から公知技術である。第1の及び第2のトランスデューサ素子に接続された電気フィルタは、更に、当技術分野でよく知られているように、減衰器、音量調節、インピーダンス等価回路又はネットワーク、ノッチフィルタ、帯域フィルタ、周波数整形ネットワーク等を含む。

本発明の基本によれば、本発明の特性の多孔質イヤピースは、一方では、リスナーの耳の耳道への入口に又は入口の中に低周波伝達管を配置し、他方では、高周波再生用の第2のトランスデューサ素子からリスナーの耳の耳道への音響伝達をいかなる実質的な減衰も無く許可することにより設計される。本発明の基本的な教示によれば、多孔質イヤピースは、リスナーの耳の耳道の入口への挿入のために構成されてもよく、又は代替的に、管の出口端部をリスナーの耳道の入口に配置するように構成されてもよい。

本発明の教示は、上述のとおり、小型の電気音響トランスデューサ(例えば10〜30mmの直径の電気力学トランスデューサ)を利用して高い音圧レベルで広範囲周波数帯を再生することを可能にする。第1の及び第2のトランスデューサ素子からの音響出力の組合せは、第1の及び第2のトランスデューサ素子又はこれらの素子を構成する別個のトランスデューサに接続された電子回路がリスナーの耳道内で、100Hzより下から10kHzより上まで(-3dB周波数)のオーディオ周波数応答を提供することを許可する。このオーディオ周波数応答は、好適には50Hzより下から(更に好適には30Hzより下から)好適には15kHzより上まで(更に好適には20kHzより上まで)である。

本発明は、ヘッドホンセット、即ち上述の本発明の教示に従って実現された一対のヘッドホン素子(耳のそれぞれ用に1つのヘッドホン素子)を含むヘッドホンにも関する。

ここで、本発明は、図面を参照して更に説明される。

これに関連して、ヘッドホン又はイヤホンのトランスデューサの低周波数応答を改善する技術が、模式的な実施例及び更にプロトタイプ実施例を参照して説明される。

図1において、一対のヘッドホンのうちの1つのヘッドホン素子を構成する、全体として参照番号10で示されるヘッドホン又はヘッドホン素子が、示される。素子10は、環状ハウジング部12と、該環状ハウジング部12の一方の側即ち外側に接続されたドーム形ハウジング部14とを含む2つのハウジング部を有する。図1に示されるドーム形ハウジング部14は、音響的に開いた構造を提供するための複数のアパーチャ15を備え、これにより、ハウジング部14内から周囲への音響の伝達が確立される。環状ハウジング部12の反対側即ち内側から、エラストマ材料の環状ボディ18が、リスナーの頭の方向へ突出し、 ヘッドホンセットを着用している人又はリスナーの快適さを向上させるためにリスナーの頭との接続を確立する柔らかい封入リング20に接続されている。

リスナーの頭が図1に略図で示されており、これは全体として参照番号30と示されており、環状ボディ18及び封入リング20の中に受けられる外耳32と耳道34とを有する。

音の再生を確立するため、一対のトランスデューサ40及び46が提供され、これらは、それぞれ低周波再生トランスデューサ及び高周波再生トランスデューサを構成する、即ち2チャネル音再生システムを構成する。低周波再生トランスデューサ40は、バルブ形容器42内に含まれ、このバルブ形容器は、トランスデューサの一方の側からの放射をトランスデューサの反対側からの放射から分離する。

バルブ形容器42は、細長い管44に接続されており、該バルブ42は、発泡材料の多孔質イヤピース50によって耳道34の入口で固定されるので、この管44を通じてトランスデューサ40からの低周波放射がリスナーの耳道34に伝達される。このイヤピースは、後面がドーム形容器48によって密封されている高周波数トランスデューサ46からの高周波放射の音響伝達を許可する。トランスデューサ46からの高周波放射は、多孔質イヤピースを通じた耳道34への高周波放射の伝達のため、多孔質イヤピース50の方向に向けられる。音響的に開いたヘッドホン構造においては、高周波トランスデューサ46からの放射は、ハウジング部14のアパーチャ15を通じて周囲にも放射される。図1に示された実施例において、多孔質イヤピース50は、連続的な壁要素によって、又は、2つ以上の壁部から成る分割された壁部によって、環状ハウジング部12に固定され、前記壁部の1つは参照番号52で示され、共同で多孔質イヤピースの周りを囲んでいる。壁部52と環状ハウジング部12との間の機械的接続を確立する追加のハウジング素子の提供は当業者によって容易に認識可能であるので、壁部52と環状ハウジング部12との間の機械的連結は、図2では更に詳細には示されない。

本発明の音響原理の基本的な教示は、低周波再生のための音響管イヤホンを高周波再生トランスデューサと組み合わせて利用することである。異なったトランスデューサを用いた低周波再生及び高周波数再生のための音響管イヤホンの組合せの素子の供給のカギは、多孔質イヤピースの使用である。

低周波音伝達管44内の低周波共鳴のアテネーション又は減衰を通じてよりフラットな低音応答を提供するために、半開管を提供するために多孔質プラグが管44の出口端部に配置されてもよい。代替的に、図1にて示したように、低周波再生トランスデューサ40が管を通じて耳道34内に自由に放射するのを許可するように、多孔質プラグは省略されてもよい。

本発明の教示によれば、低周波伝達管を通じて耳道に入力された低周波放射と、低周波トランスデューサの低周波伝達管を支持する多孔質イヤピースを通じた高周波放射とのリスナーの耳道内での組合せは、図1を参照して上述したように、低周波及び高周波再生のために別個のトランスデューサを用いることにより実現可能である。代替的に、図2に示したように、低周波及び高周波再生のために単一のトランスデューサが用いられてもよい。

図2において、図1に示されるヘッドホン素子の修正された実施例が示され、このヘッドホン素子は、参照番号10'で示される。本願明細書において、先に説明した構成要素又は素子と同じ構成要素又は素子は、先に説明した構成要素又は素子と同じ参照番号で示される一方で、それぞれ先に説明した構成要素又は素子と異なってはいるが、先に説明した構成要素又は素子と同じ目的を達成する構成要素又は素子は、先に説明した構成要素又は素子と同じ参照番号で示されるが、マークが追加され、一方では先に述べた構成要素又は素子との機能的な対応を、他方では形状又は外形の違いを、識別する。図2及び3に示された実施例に含まれており図1を参照して先に説明された構成要素又は素子は、図2及び3の実施例の説明を理解するために必要な程度にしか説明されない。

図1に示される2つのトランスデューサ40及び46を組合せて、図2に示される第2の実施例10'の単一のトランスデューサ40'にしたこと以外に、図2は、ハウジング部14のアパーチャ15が除外されているということが、上記で説明された第1の実施例とは異なる。従って、図2に示されるヘッドホン素子は、閉じたヘッドホン素子を構成する。

図2において、図1に示されるトランスデューサ40及び46は、単一のトランスデューサ40'に組み合わせられて、このトランスデューサ40'の前面は、多孔質イヤピース50を通じて伝達される高周波放射を提供する一方で、トランスデューサ40'の後面は、円錐形の容器42'を通じて細長いカーブした管44'に接続されている。当業者は認識するように、低周波放射トランスデューサからリスナーの耳道への音響伝達を確立する管の長さは、伝達管を通じた伝達のローパスカットオフ周波数を決定する。

図3において、本発明によるヘッドホンの対のヘッドホン素子の他の又は第3の実施例が示され、この実施例は、全体として参照番号10''で示される。図1に示される上記の第1の実施例10と同様に、図3に示される第3の実施例は、低周波及び高周波再生のための別個のトランスデューサを含み、ヘッドホン素子10''のハウジング部14''が大きいアパーチャ15''を規定する開いたメッシュ構造から作られるので、音響的に開いた構造を構成する。

第3の実施例10''は、更に、上述の第1の及び第2の実施例から明白であるように、環状ハウジング部12とリスナー30の外耳32との間に規定され容器の主要な部分を占める拡大された多孔質イヤピース52'を含み、拡大された多孔質イヤピース52'自身が、ハウジング部12及び環状ボディ18へのイヤピースの機械的支持体を提供する。図3に示される第3の実施例10''は、更に、上記の第1の実施例1とは、バルブ形容器42内に含まれる低周波再生トランスデューサ40からの低周波伝達路を確立する管44''が、図1に示される管44の長さと比較してより大きい長さを有しており、管状コイルに構成されているという点で異なる。

図4において、本発明によるヘッドホン又はイヤホン素子の第1のプロトタイプ実施例又は第4の実施例が示される。ヘッドホン又はイヤホン素子の第1のプロトタイプ又は第4の実施例は、単一のトランスデューサ素子40'''が容器42'''に収容され、トランスデューサからの前面放射が多孔質イヤプラグ50'''を通じて伝達されるのを許可する、上述の図1〜3に示された外側ハウジング部が省略されている単純な構造である。その一方で、トランスデューサ40'''からの後方放射は、管44'''を通じて伝達され、この管は、イヤプラグ50'''を通じて延在すると共に、それ自身が、リスナーの耳の中にヘッドホン素子を支持する唯一の支持構造を構成する。図4において、更に電気ケーブル41'''が、トランスデューサ40'''から延在しているのが示される。

図5において、本発明によるヘッドホン又はイヤホン素子の他の即ち第2のプロトタイプ実施例又は第5の実施例が示され、これは、上述の第1のプロトタイプ実施例とは、イヤプラグ50^IVが、図4に示される耳栓50'''の大きさと比較して低減された大きさを有し、これにより、図4に示されるようにリスナーの耳の外にトランスデューサが自由に垂れ下がっているのではなく、トランスデューサ40^IVがリスナーの外耳の中に置かれることが可能になっているという点で僅かに異なる。

上記で説明された第1の及び第2のプロトタイプ実施例において、以下の構成要素が用いられた：

トランスデューサは、15mm直径の膜、16オームインピーダンス及び230Hzの自由空間共振周波数を有するドーム／円錐構造のドライバであった。トランスデューサの感度は、無限大バッフルにおいて75dB/1Watt/1mであった。管の寸法は、長さ30mm及び内径2mmであった。

本発明によるヘッドホン素子の第1の実施例の模式的な垂直断面図であり、更に、リスナーの耳道への結合を示す。 本発明によるヘッドホン素子の第2の実施例の図1に類似した模式的な垂直断面図である、 本発明によるヘッドホン素子の第3の実施例の模式的な垂直断面図である。 本発明によるヘッドホン素子のプロトタイプ実施例又は第4の実施例を示す模式的な垂直断面図である。 本発明によるヘッドホン素子の他のプロトタイプ実施例又は第5の実施例の模式的な垂直断面図である。

Claims (13)

1. ヘッドホン素子又は一対のヘッドホン素子を含むヘッドホンセットを装着しているリスナー用のヘッドホン素子において、
   i)前記リスナーの外耳に並置されるべきヘッドホン素子支持体と、
   ii)前記支持体によって支持される第1のトランスデューサ素子であって、管を含み、当該管は、前記第1のトランスデューサ素子によって生成される音を、当該管を通じて当該管の出口端部から放射させるために伝達する、第1のトランスデューサと、
   iii)前記管の前記出口端部からの音の前記耳道内への前記放射のために前記管の前記出口端部を前記リスナーの耳の耳道の入口に配置する多孔質イヤピースであって、当該多孔質イヤピースを通じた音の伝達を前記音伝達の実質的な減衰無しに許可する多孔質イヤピースと、
   iv)前記支持体により支持される第2のトランスデューサ素子であって、前記多孔質イヤピースを通じた前記リスナーの前記耳道への前記入口への音の放射のために配置された第2のトランスデューサ素子と、
   を含むヘッドホン素子。
2. 請求項1に記載のヘッドホン素子において、前記第1のトランスデューサ素子は低周波再生トランスデューサによって構成され、前記第2のトランスデューサ素子は高周波再生トランスデューサによって構成される、ヘッドホン素子。
3. 請求項1に記載のヘッドホン素子において、前記第1の及び第2のトランスデューサ素子は単一のトランスデューサによって構成され、前記トランスデューサの一方の側が前記第1のトランスデューサ素子を構成し、前記トランスデューサの他方の側が前記第2のトランスデューサ素子を構成する、ヘッドホン素子。
4. 請求項1乃至3の何れか1項に記載のヘッドホン素子において、前記第1のトランスデューサ素子は、当該第1のトランスデューサ素子の前記一方の側からの前記放射が前記管を通じて伝達されるのを許可する密封された容器の中に収容される、ヘッドホン素子。
5. 請求項4に記載のヘッドホン素子において、前記ヘッドホン素子支持体は前記密封された容器によって構成される、ヘッドホン素子。
6. 請求項1乃至4の何れか1項に記載のヘッドホン素子において、前記ヘッドホン素子支持体は音響的に開いた構造を構成し、前記第2のトランスデューサ素子が周囲と音響的に通信するのを許可する、ヘッドホン素子。
7. 請求項1乃至4の何れか1項に記載のヘッドホン素子において、前記ヘッドホン素子は閉じたハウジングを構成し、当該ハウジング内で前記第1の及び第2のトランスデューサ素子が支持され、前記ハウジングは前記ハウジングの内部を周囲から密封する、ヘッドホン素子。
8. 請求項1乃至7の何れか1項に記載のヘッドホン素子において、更に、前記管を前記管の出口端部で終端して半開管を提供する多孔質プラグを含むヘッドホン素子。
9. 請求項1、2及び4乃至8の何れか1項に記載のヘッドホン素子において、前記第1のトランスデューサ素子は、電気入力端子の第1の組を通じて電気的ローパスフィルタに接続された電気入力端子の第1の対を有し、前記第2のトランスデューサ素子は、電気入力端子の第2の組を通じて電気的ハイパスフィルタに接続された電気入力端子の第2の対を有する、ヘッドホン素子。
10. 請求項1乃至9の何れか1項に記載のヘッドホン素子において、前記多孔質イヤピースは前記リスナーの前記耳の前記耳道の前記入口に挿入されるように構成されている、ヘッドホン素子。
11. 請求項1乃至9の何れか1項に記載のヘッドホン素子において、前記多孔質イヤピースは前記管の前記出口端部を前記リスナーの前記耳道の前記入口に配置するように構成されている、ヘッドホン素子。
12. 請求項1乃至11の何れか1項に記載のヘッドホン素子において、前記第1のトランスデューサ素子及び前記第2のトランスデューサ素子は、共同で、前記リスナーの前記耳道内で、100Hzより下から10kHzより上まで(-3dB周波数)のオーディオ周波数応答を提供し、このオーディオ周波数応答は、好適には50Hzより下から、更に好適には30Hzより下から、好適には15kHzより上まで、更に好適には20kHzより上までである、ヘッドホン素子。
13. 請求項1乃至12の特徴の何れかを有するヘッドホン素子の対を含むヘッドホンセット。

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