JP2009164942A - ヘッドフォン - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で、ヘッドフォン単体で低域共振の制動をおこなうこと。
【解決手段】イヤフォン１００は、発音部側ケース１１０と、微細孔１１１と、背面側ケース１２０と、電気音響変換素子２００とを有する。電気音響変換素子２００は、オーディオ信号を音響に変換するとともに、音波を放出する振動板２０１を備える。電気音響変換素子２００は、発音部側ケース１１０と、背面側ケース１２０とにより密閉される。発音部側ケース１１０には、振動板２０１の共振を抑制させるために、振動板２０１の面積に対して所定の割合の開口率を有する微細孔１１１を設ける。
【選択図】図２

Description

この発明は、再生装置や受信機から出力された電気信号を、耳に接近させたスピーカを用いて可聴音の音波に変換するヘッドフォンに関し、特に、振動板の共振を抑制させるための制動部材を有していないダンパーレスのヘッドフォンに関する。

従来、テレビ、ラジオ、パソコン、オーディオプレーヤーなどの音声出力装置に、ヘッドフォンとしてのイヤフォンを接続し、当該イヤフォンに設けられるスピーカを耳介に装着することにより、周囲の人に音声を聴かせることなく、音声出力装置から出力される音声を聴くことが一般におこなわれている。

このようなイヤフォンは、トランスデューサに小型且つ扁平が要求されるため、一般的なスピーカとは異なり、振動板の共振を抑制させるための制動部材（ダンパー）を設けることができないだけでなく、強力な磁気回路を設けることが困難で、増幅器の出力インピーダンスによる充分な電磁制動を得ることもできない。これにより、約２００Ｈｚ前後の周波数にて低域共振ｆ０による増強音が生じてしまうといった問題があった。

ここで、従来のイヤフォンにおいて生じる低域共振ｆ０について、図６を用いて説明する。図６は、従来のイヤフォンの周波数特性を示したグラフである。図６に示すグラフ６００は、ピンクノイズの測定結果である。図６において、縦軸は音圧（ｄＢ）を示し、横軸は周波数（Ｈｚ）を示している。グラフ６００の波形に示すように、約２００Ｈｚ前後の低音域にて音圧が高くなっており、つまり、当該周波数において振動板が強く共振していることを示している。この低音域において発生する共振が低域共振ｆ０である。なお、ｆ０の算出について補足しておくと、以下の（１）式によって算出される。

ｆ０＝（Ｓ／Ｍ）^1/2／２π・・・（１）式

Ｓはスティフネス（剛性）定数、Ｍは振動板やボイスコイルなどを含む振動系の質量である。（１）式に示される低域共振ｆ０を抑えるために、スティフネスに相当する振動板自体に粘性物質を塗布するなどして機械抵抗を与えることが望まれるが、当該措置を講じると音圧の低下や音響特性の劣化などが生じてしまう。

また、周波数特性を調整可能とした従来技術としては、たとえば、スピーカおよびイヤフォンの機能を併せ持ち、イヤフォンとして使用する場合に、イヤフォンに適した周波数特性となるよう周波数特性を調整するようにした技術が提案されている（たとえば、下記特許文献１参照。）。

特開２００５−３１８２６７号公報

しかしながら、上述した特許文献１の技術を用いて、周波数特性を調整し、低域共振ｆ０における固有周波数の増強を抑えたとしてもイヤフォンのｆ０のばらつきやｆ０の温度変化に対応できない。また、上述した特許文献１の技術は、制御部による制御を要し、イヤフォン単体として低域共振ｆ０の制動をおこなうことができないといった問題があった。

本発明は、上述した従来技術による問題点を解決するために、制御部などによる制御を要することなく簡単な構成でありながら、ヘッドフォン単体で低域共振ｆ０の制動をおこなうことができるヘッドフォンを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、この発明にかかるヘッドフォンは、オーディオ信号を音響に変換する電気音響変換素子に含まれる振動板と、前記電気音響変換素子を密閉し、発音部側の筐体と背面側の筐体とからなる装置筐体と、前記振動板の共振を抑制させるために前記発音部側の筐体に設けられ、前記振動板の面積に対して所定の割合の開口率を有する微細孔と、を備えたことを特徴とする。

この発明によれば、微細孔のみを設け且つ密閉した装置筐体内に、電気音響変換素子を収容したことにより、微細孔から一定の音声を出力することができる一方、装置筐体内の空気が微細孔から流出入する機械抵抗でもって当該振動板に充分な機械抵抗を与えることができる。これにより、低域共振を抑えることができる。

また、この発明にかかるヘッドフォンは、上記発明において、前記微細孔が、発音部側の筐体と背面側の筐体とに設けられ、双方を合わせて前記振動板の面積に対して所定の割合の開口率を有することを特徴とする。この発明によれば、微細孔を発音部側の筐体と背面側の筐体とに設けた構成であっても、装置筐体内の空気が微細孔から流出入する機械抵抗でもって当該振動板に充分な機械抵抗を与えることができる。これにより、低域共振を抑えることができる。

また、この発明にかかるヘッドフォンは、上記発明において、前記微細孔の開口率が、前記振動板の面積に対して約０．５〜３％の範囲を有することを特徴とする。この発明によれば、効果的に低域共振を抑えることができる。

また、この発明にかかるヘッドフォンは、上記発明において、前記微細孔の開口率が、前記振動板の面積に対して約１％であることを特徴とする。この発明によれば、最も効果的に低域共振を抑えることができる。

本発明にかかるヘッドフォンによれば、簡単な構成でありながら、ヘッドフォン単体で低域共振の制動をおこなうことができ、音質を改善できるとともに使用者の疲労感を低減させることができるという効果を奏する。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかるヘッドフォンの好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の説明においては、耳介に装着するイヤフォンによって、本発明のヘッドフォンを実施した場合の一例について説明する。

（実施の形態）
（イヤフォンの構成）
この発明の実施の形態にかかるイヤフォンの構成について説明する。図１は、この発明の実施の形態にかかるイヤフォン１００の構成図である。図１において、イヤフォン１００は、装置筐体１０１として、発音部側の筐体である発音部側ケース１１０と、背面側の筐体である背面側ケース１２０と、筒部１３０とを備えている。

発音部側ケース１１０は、耳介に装着される側の表面に微細孔１１１を有する。微細孔１１１は円形状の複数の空気孔であり、後述するダイヤフラムの振動により音声を出力する。背面側ケース１２０は、発音部側ケース１１０と隙間なく嵌合している。筒部１３０は、背面側ケース１２０と一体化して形成されるとともに、コード１３１を内蔵する。このコード１３１は、たとえば携帯型オーディオプレーヤーや携帯型ラジオなどの音声出力装置に接続される。

（イヤフォンの内部構成）
つぎに、図２を用いて、本実施の形態にかかるイヤフォン１００の内部構成について説明する。図２は、本実施の形態にかかるイヤフォン１００の内部構成を示した分解斜視図である。

図２において、イヤフォン１００は、発音部側ケース１１０と背面側ケース１２０との内部に、電気音響変換素子２００を備える。電気音響変換素子２００は、発音部側ケース１１０と背面側ケース１２０とが隙間なく嵌合しているため、微細孔１１１を介してのみ外気と接するようになっている。この電気音響変換素子２００は、振動板２０１と、ボイスコイル２０２と、接続線２０３とを有する。

振動板２０１は、ボイスコイル２０２による駆動を受けて、振動するとともに空中に音波を放射する。ボイスコイル２０２は、電気信号を与えることにより、電気音響変換素子２００の磁気回路の中で振動板２０１を振動させる。接続線２０３は、コード１３１に内蔵され、電気信号を伝達する。

ここで、発音部側ケース１１０に設けられる微細孔１１１について詳述する。微細孔１１１は、発音部側ケース１１０の中央に１箇所設けられており、振動板２０１から放射された音波を出力する。この微細孔１１１は、振動板２０１の面積に対して所定の割合の開口率を有する。所定の割合の開口率は、振動板２０１の面積に対して、約０．５〜３％の範囲であることが望ましく、約１％であることが最も望ましい。本実施の形態においては、開口率を１．１４７％とした。

また、本実施の形態において微細孔１１１は、円形状として１箇所に設けたが、振動板２０１の面積に対して所定の割合の開口率を有していれば、その数や形状は任意に選定できる。なお、微細光１１１を複数設ける場合には、複数の孔を合計して所定の割合の開口率とすることを要する。

さらに、微細孔１１１は、発音部側ケース１１０のみに限らず、背面側ケース１２０に設けることも可能である。この場合においても、微細孔１１１を複数設けることも可能である。なお、この場合、発音部側ケース１１０に設けられる微細孔１１１、および背面側ケース１２０に設けられる微細孔１１１の全体で、振動板２０１の面積に対して所定の割合の開口率であることを要する。

（本実施の形態にかかるイヤフォンの周波数特性）
つぎに、図３を用いて、本実施の形態にかかるイヤフォン１００の周波数特性について説明する。図３は、本実施の形態にかかるイヤフォン１００の周波数特性を示したグラフである。図３に示すグラフ３００は、ピンクノイズの測定結果である。図３において、縦軸は音圧を示し、横軸は周波数を示している。

ここで、図６に示した周波数特性となる従来のイヤフォンの構成について補足しておく。従来のイヤフォンでは、発音用の空気孔の開口率が少なくとも５％程度あり、図６の測定結果を示したイヤフォンの開口率は４．５９０％である。

図３に示したグラフ３００は、図６に示した従来のイヤフォンを用いたグラフ６００と比較して、符号３０１に示す約２００Ｈｚ前後の低音域にて音圧が低くなっている。これは、振動板２０１が振動した際に、微細孔１１１のみから音波が放出されるとともに、当該周波数において振動板２０１の振動が抑制されたことを示している。これは、振動板２０１が微細孔１１１から流出入する空気の機械抵抗でもって低域共振が抑制されたためである。

一方、図６に示した従来のイヤフォンでは、振動板２０１が振動した際に、振動板２０１に対して発音用の空気孔が大きいため、流出入する空気の機械抵抗がほとんど発生せず、振動板２０１に対して充分な機械抵抗が印加されない。これにより、従来のイヤフォンでは、低域共振が生じてしまう。

以上のように、本実施の形態にかかるイヤフォン１００は、振動板２０１の低域共振を抑えることができる。

（微細孔の開口率とレベル差の関係）
本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、微細孔１１１の開口率が０．５〜３％であることが有効であることを見出した。これについて、まず、図４を用いて、微細孔１１１の開口率とレベル差の関係について説明する。図４は、微細孔１１１の開口率とレベル差の関係を示したグラフである。図４の概要として、グラフ４００は、縦軸に示すレベル差が小さいほど、低域共振が低減したことを示している。

図４において、縦軸は２００Ｈｚと１ｋＨｚとのレベル差（ｄＢ）を示し、横軸は微細孔１１１の開口率を示している。まず、各プロット点について説明する。プロット点４０１は、本実施の形態に用いたイヤフォン１００（開口率＝１．１４７％）における２００Ｈｚと１ｋＨｚとのレベル差を示している。すなわち、図３の符号３０１に示した２００Ｈｚのレベルと、符号３０２に示した１ｋＨｚのレベルとの差を示している。

一方、プロット点４０２は、従来のイヤフォン（開口率＝４．５９０％）における２００Ｈｚと１ｋＨｚとのレベル差を示している。すなわち、図６のｆ０に示した２００Ｈｚのレベルと、符号６０１に示した１ｋＨｚのレベルとの差を示している。同様に、図４に示す他のプロット点についても、つまり、プロット点に対応する他の開口率のイヤフォンについても、それぞれ周波数特性を測定するとともに、２００Ｈｚと１ｋＨｚとのレベル差を算出した結果を示している。

たとえば、プロット点４０１とプロット点４０２とを比較すると、プロット点４０１の方がプロット点４０２に比べてレベル差が小さくなっている。つまり、プロット点４０１では、２００Ｈｚと１ｋＨｚとの周波数におけるレベル差が小さく、低域共振が生じにくいことを示している。そして、グラフ４００に示すように、開口率が低いほど低域共振が生じにくくなっており、開口率が高いほど低域共振が生じやすくなっていることがわかる。

また、グラフ４００に示すように、開口率が約３％以下になると、開口率が約３％を超える場合に比べて、レベル差の低下が著しくなる。つまり、開口率が約３％以下であれば、周波数特性のグラフ（図３，６参照）を平坦化（２００Ｈｚ前後を低減）することができ、低域共振を抑えることができる。

（微細孔の開口率と感度の関係）
つぎに、図５を用いて、微細孔１１１の開口率と感度の関係について説明する。図５は、微細孔１１１の開口率と感度の関係を示したグラフである。図５の概要として、グラフ５００は、縦軸に示す感度が高いほど、音声の伝達の状態が良好であることを示している。

図５において、縦軸は感度を示し、横軸は微細孔１１１の開口率を示している。まず、各プロット点について説明する。プロット点５０１は、本実施の形態に用いたイヤフォン１００（開口率＝１．１４７％）における感度を示している。一方、プロット点５０２は、従来のイヤフォン（開口率＝４．５９０％）における感度を示している。

たとえば、プロット点５０１とプロット点５０２とを比較すると、プロット点５０１とプロット点５０２とでは感度は大きく変わらない。グラフ５００に示すように、開口率が約１％以上であれば、感度はほぼ一定の値となることがわかる。一方、開口率が約１％を下回ると、感度が低下する。特に、開口率が約０．５％（プロット点５０３）を下回ると、使用者が聴いていて違和感を覚える音声となる。したがって、開口率が約０．５％以上であれば、一定の感度を保つことができる。

このように、一定の感度を保つためには、図５に示したように開口率が約０．５％以上であればよく、また、低域共振を低減させるためには、図４に示したように開口率が約３％以下であればよい。したがって、微細孔１１１の開口率は約０．５〜３％であることが望ましい。特に、開口率を約１％にすれば、良好な感度を保った上で、低域共振を効果的に低減させることができる。

なお、本実施の形態では耳介に装着するイヤフォン１００によって、本発明のヘッドフォンを実現したが、本発明は、本実施の形態に示したイヤフォン１００に限られるものではなく、振動板の振動を減衰させるための減衰部材を有していないダンパーレスのヘッドフォンに適用することができる。また、イヤフォン１００は、耳介に装着するタイプのものに限らず、外耳道に挿入するタイプのもの、ヘッドバンドを頭上に載せるタイプのもの、クリップを外耳に引っ掛けるタイプのものなどにも適用することができる。

上述したように、本実施の形態にかかるイヤフォン１００によれば、密閉した装置筐体１０１内に電気音響変換素子２００を配置し、振動板２０１を制動させるために微細孔１１１を設けたので、振動板２０１が振動した際に、微細孔１１１のみから音波が放出され、なおかつ当該振動板２０１に充分な機械抵抗を与えることができる。これにより、低域共振を抑え、音質を向上させることができる。したがって、使用者が長時間音声を聴いた際に感じる疲労感を低減させることができる。

また、本実施の形態にかかるイヤフォン１００において、微細孔１１１を、発音部側ケース１１０と背面側ケース１２０とに設けることも可能である。このような構成であっても低域共振を抑えることができるとともに、背面側ケース１２０に設けた微細孔１１１により、たとえば高音の音質を高めるなど、音質の調整をおこなうことも可能になる。

また、本実施の形態にかかるイヤフォン１００において、微細孔１１１の開口率を、振動板２０１の面積に対して約０．５〜３％の範囲としたので、効果的に低域共振を抑えることができる。本実施の形態においては、微細孔１１１の開口率を、振動板２０１の面積に対して約１％としたので、最も効果的に低域共振を抑えることができる。

以上説明したように、本発明にかかるヘッドフォンによれば、簡単な構成でありながら、ヘッドフォン単体で低域共振の制動をおこなうことができ、音質を改善できるとともに使用者の疲労感を低減させることができる。

本発明にかかるヘッドフォンは、再生装置や受信機から出力された電気信号を、耳に接近させたスピーカを用いて可聴音の音波に変換するヘッドフォンに関し、特に、イヤフォンなど、振動板の振動を減衰させるための減衰部材を有していないダンパーレスのヘッドフォンに適している。

この発明の実施の形態にかかるイヤフォンの構成図である。 本実施の形態にかかるイヤフォンの内部構成を示した分解斜視図である。 本実施の形態にかかるイヤフォンの周波数特性を示したグラフである。 微細孔の開口率とレベル差の関係を示したグラフである。 微細孔の開口率と感度の関係を示したグラフである。 従来のイヤフォンの周波数特性を示したグラフである。

符号の説明

１００ イヤフォン
１０１ 装置筐体
１１０ 発音部側ケース
１１１ 微細孔
１２０ 背面側ケース
２００ 電気音響変換素子
２０１ 振動板
２０２ ボイスコイル

Claims (4)

1. オーディオ信号を音響に変換する電気音響変換素子に含まれる振動板と、
   前記電気音響変換素子を密閉し、発音部側の筐体と背面側の筐体とからなる装置筐体と、
   前記振動板の共振を抑制させるために前記発音部側の筐体に設けられ、前記振動板の面積に対して所定の割合の開口率を有する微細孔と、
   を備えたことを特徴とするヘッドフォン。
2. 前記微細孔は、発音部側の筐体と背面側の筐体とに設けられ、双方を合わせて前記振動板の面積に対して所定の割合の開口率を有することを特徴とする請求項１に記載のヘッドフォン。
3. 前記微細孔の開口率は、前記振動板の面積に対して約０．５〜３％の範囲を有することを特徴とする請求項１または２に記載のヘッドフォン。
4. 前記微細孔の開口率は、前記振動板の面積に対して約１％であることを特徴とする請求項３に記載のヘッドフォン。

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