JP2009278403A - ノイズキャンセル型ヘッドホン - Google Patents

Abstract

【課題】
スピーカーユニットの振動板の振動する方向と、マイクロホンの収音する方向とを直交させ、もって、振動雑音の収音を低減させるノイズキャンセル型ヘッドホンを得る。また、マイクロホンを付設する箇所が、高い剛性と、高い強度とを保ち、マイクロホン自体の振動を低減させることができるノイズキャンセル型ヘッドホンを得る。
【解決手段】
マイクロホン４１１は、スピーカーユニット３の近傍でバッフル板９３に付設され、マイクロホン４１１の収音方向は、スピーカーユニット３の振動板２３が振動する方向に対し直交しており、かつ、スピーカーユニット３の中心軸に向いて、バッフル板９４はマイクロホン４１１の付設された箇所９４が厚みを増している。
【選択図】図１

Description

本発明は、侵入してくる外部騒音を打ち消すことができるノイズキャンセル型のヘッドホンに関するものである。

携帯型音楽プレーヤは、騒音レベルの高い街中や、電車、バスなどの乗り物の中で使用されることが多い。このため、プレーヤで再生される楽音とともに外部騒音もヘッドホンを通して聞こえてしまう。騒音の中で楽音を聴くと、楽音が外部騒音でかき消されることがあるため、ユーザーは音量を上げて楽音を聴こうとし、音量を上げすぎてヘッドホンから外部に音が漏れ、周囲の人たちに不愉快な思いをさせることがある。また、ヘッドホンで高品質の楽音が再生されても、外部から進入する騒音が楽音に影響を与え、ユーザーが聴くことができる再生音の品質を低下させることもある。

そこで、外部から侵入してくる騒音を打ち消し、ユーザーの耳には楽音のみが聴こえるようにしたノイズキャンセル型のヘッドホンが普及している。ノイズキャンセル型のヘッドホンの原理は、ヘッドホンに進入してくる騒音をマイクロホンで検知し、検知した騒音信号と逆位相のキャンセルノイズを発生させ、キャンセルノイズで騒音を打ち消すものである。一般的なノイズキャンセル型ヘッドホンは、騒音を検知するマイクロホンをヘッドホンの内部に備えており、マイクロホンで収音し電気信号に変換した騒音信号をさらにフィルタや遅延回路に通すことによって、騒音信号とは逆位相のノイズキャンセル信号を生成し、このノイズキャンセル信号と目的の楽音信号を合成（加算）したあと電力増幅し、スピーカのボイスコイルに入力するようになっている。

また、一般的なヘッドホンは、ユニットフレームにバッフル板が固定され、バッフル板に、振動板、ボイスコイル、ポールピース、永久磁石、ヨークを備えてなるスピーカーユニットが固定されている。ヘッドホンの内部に、すなわち、ヘッドホンをユーザーの頭部に装着した際にスピーカーユニットを堺にしてユーザーの耳側とは反対側に、外部の騒音が入り込まないような空間（以降「エンクロージャ」という）が設けられている。目的の楽音信号をボイスコイルに流すと、楽音信号に従って振動板が振動し音波を放射する。音波が放射されると、ヘッドホンを構成するスピーカーユニットやバッフル板などの部材が、音波による振動の反作用で振動してしまう。

以下、従来のノイズキャンセル型ヘッドホンについて、図面を用いて説明する。図２において、ハウジング２は皿状の部材で、外周壁は底部から開口側に向って順次広がった円錐面をなしており、開口端部は外側に向かって折り曲げられて平坦なフランジ部２１が形成されている。このフランジ部２１の図２において上面にはバッフル板９が固着されている。バッフル板９は、円盤状であり、その中心部には円形の孔が形成されている。バッフル板９には、ハウジング２とは反対側にイヤーパッド１が固着されている。イヤーパッド１は、厚みを帯びたリング状をなし、バッフル板９の外周端に沿って接着されている。バッフル板９の円形の孔にはスピーカーユニット３が嵌め込まれて固定されている。

スピーカーユニット３は、ユニットフレーム１２、ヨーク５、永久磁石８、ポールピース２４、振動板２３、ボイスコイル６、プロテクター７、音響抵抗体１０によって構成されている。スピーカーユニット３は、そのユニットフレーム１２がバッフル板９の中央の孔に嵌め込まれ、適宜の結合手段によってバッフル板９に固定されている。スピーカーユニット３は、その放音面すなわち振動板２３が配置されている側の面を前面とすると、前面を図において上に向けて固定されている。ユニットフレーム１２は、円形状の部材で、外周に沿って上方に突出した周壁が形成されており、中央部には孔が形成されている。この中央部の孔の周縁は図２において下方に突出した円筒部になっていて、この円筒部に有底円筒形のヨーク５が開口部を上面にして嵌合され固定されている。ユニットフレーム１２の中央部の孔を囲むように、周方向には複数の孔が等間隔で形成され、この複数の孔を音響抵抗体１０が下方から塞ぐようにして貼り付けられている。ユニットフレーム１２の上方には振動板２３が配置されている。振動板２３は、メインドーム部とこのメインドーム部の外周を囲みこの外周に連続して形成されたサブドーム部からなり、サブドーム部の外周縁部がユニットフレーム１２に固着されている。振動板２３のメインドーム部とサブドーム部の境界に沿って、細線が円筒形状に巻き回されてなるボイスコイル６の一端部が固着されている。

ヨーク５内には、扁平な円柱形状の永久磁石８と、永久磁石８の上面には同じく扁平な円柱形状で、永久磁石８より外径が大きく、かつ、ヨーク５の内径より小さいポールピース２４が固着されている。これら、ヨーク５と永久磁石８とポールピース２４とが磁気回路を構成し、ヨーク５の内周面とポールピース２４の外周面との間には、円形の磁気ギャップが形成されている。この円形の磁気ギャップにボイスコイル６が配置されている。ボイスコイル６は、振動板２３に上記のように固着されているため、図２において上下方向に振動しても、ヨーク５およびポールピース２４に接触しないように設計されている。

前に述べたように、振動板２３のエッジ部が、ユニットフレーム１２の外周部の上面に固着されている。振動板２３はボイスコイル６と共に振動することで音波を放出する。振動板２３の前方にはプロテクター７が固定されている。プロテクター７は振動板２３とほぼ同じ形状をしており、また、複数の孔が形成され、振動板２３の前面に振動板２３との間に空間を保って覆う位置で、プロテクター７の外周縁部がユニットフレーム１２の外周上縁部に接着されている。プロテクター７の外周縁部は、振動板２３の外周縁部を押さえ込んでユニットフレーム１２の外周上縁部に接着されると共に、ユニットフレーム１２の外周上縁部に形成されている前記周壁の内周側に嵌っている。

図２、図３、図４は、以上のように構成されているヘッドホンにおいて、キャンセルすべきノイズを検出するためのマイクロホンの取り付け位置および向きが異なる各種の例を示している。これらの各図において、符号４、４１、４２はマイクロホンを示しており、マイクロホン４、４１、４２に付された矢印は、マイクロホンの収音方向を示している。図２に示す例では、マイクロホン４は、プロテクター７の中央部上面に付設され、収音方向は振動板２３の中心に向いている。つまり、図示されないマイクロホン４の振動板と、スピーカーユニットの振動板２３とが、対向する位置にあることを示している。この構成によれば、スピーカーユニットの振動板２３が楽音信号によって駆動されることにより発生する振動がマイクロホン４を含むヘッドホン全体に伝わり、マイクロホン４の振動板がマイクロホン本体に対して相対移動し、マイクロホン４が上記振動に起因した信号を発生してしまうこととなる。

図３に示す例でも、マイクロホン４１がプロテクター７の中央上面に付設されているが、マイクロホン４１の収音方向は、振動板２３の振動軸と直交する方向であり、図２に示す例とはマイクロホン４の収音方向が異なる。しかしながら、マイクロホン４１は、振動板２３の上面に位置していることに変わりがない。したがって、振動板２３が振動することで、ヘッドホンを構成する部材であるユニットフレーム１２や、ユニットフレーム１２に備えられたプロテクター７も振動し、プロテクター７の中央部上面に付設されたマイクロホン４１も振動してしまう。すなわち、マイクロホン４１の収音方向と、振動板２３の振動軸が直交する位置にあったとしても、マイクロホン４１自体が振動してしまうことで、この振動に起因した信号を発生してしまうことになる。

図４に示す例では、マイクロホン４２がバッフル板９１に付設されている。図２、図３に示す例と同様に、バッフル板９１の中央に形成された孔には、スピーカーユニット３が嵌合され固定されている。このバッフル板９１は、中央に形成された孔の周壁の一部９２が薄くなっており、この薄肉部の上面にマイクロホン４２が付設されている。マイクロホン４２の収音軸は、振動板２３の振動軸と直交しており、収音する方向は、振動板２３の中央を向いている。しかし、マイクロホン４２が付設されている箇所のバッフル板９１は振動しやすく、振動板２３の振動によって、マイクロホン４２自体が振動してしまう。したがって、マイクロホン自体の振動雑音を収音してしまう。図示された従来例では、マイクロホンがバッフル板に設置されている箇所のみが薄く形成されているが、バッフル板全体が均一な厚さに形成されていても同様の結果となってしまう。つまり、マイクロホンが付設される箇所の強度や剛性が低いと、マイクロホン自体が振動してしまうため、この振動に起因した信号を発生してしまうことになる。

以上の説明は、ダイナミック型のマイクロホンを想定していたが、これをコンデンサ型マイクロホンで代用した場合でも、同様に振動雑音の問題がある。一般的に知られている無指向性コンデンサマイクロホンユニットの振動雑音は、振動系が弾性制御であることから音波による周波数応答とほぼ同一である。無指向性コンデンサマイクロホンの振動板は、振動板が振動する際に元の位置に留まろうとすることで、固定極との間に相対変位が発生し振動雑音が発生する。振動板自体の質量と、振動板と同時に動く空気の質量に加えて、振動板と固定極間の薄空気層の質量とが振動雑音の起振力源となる。

ここで特許文献に記載されている本発明に関連のある発明について説明する。ノイズキャンセル型ヘッドホンにおいて、スピーカーユニットの振動板の振動は、マイクロホンと、ヘッドホンを構成する各部材の固定状況とによって、マイクロホンへの伝わり方が変化する。例えば、マイクロホンをショックマウントのような緩衝材でマイクロホンを覆って防振する方法は一般的に利用されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、使用する周波数帯域が１ｋＨｚ以下であることと、マイクロホンが軽量であるために緩衝材が緩衝効果を有効に発揮できないことなどから、十分なノイズキャンセル効果は期待することができない。

特許文献２記載の発明は、能動型ノイズ低減ヘッドホンに関するもので、特に、壁部を有するエンクロージャを含んでおり、この壁部の一部にドライバが取り付けられている。また、ポートがエンクロージャの内部および外部を相互結合することを特徴としている。特許文献２には、ヘッドホンの内部に付設されたマイクロホンの収音する方向と、振動板の振動する方向とが直交し、かつ、マイクロホンのピックアップ面が振動板の中央に向いていることが示されている。しかし、上記の構成を備えた特許文献２記載の発明は、ダイヤフラムが振動することによって、ヘッドホンを構成する部材を介し振動がマイクロホンに伝わり、この振動に起因する信号を発生してしまうこととなるため、十分なノイズキャンセル効果を期待することができない。

特開平８−４７０７４号公報 特開平１１−３０８６８５号公報

マイクロホンによって収音された振動雑音は、ヘッドホンを構成する部材の固定状況によって音質や音量が異なるため、収音した信号から振動雑音をのみを低減させるように調整することは困難である。したがって、スピーカーユニットが駆動されることによって生じる振動雑音を可能な限り収音しないようにすることと、マイクロホン自体が振動しないようにすることができれば都合が良い。

本発明は、スピーカーユニットの振動板の振動する方向と、マイクロホンの収音する方向とを直交させることで、スピーカーユニットの振動板が振動して発生する音波により、ヘッドホンを構成する部材が振動することを低減し、もって、振動雑音の収音を低減させるノイズキャンセル型ヘッドホンを提供することを目的とする。
また、マイクロホンを付設する箇所を、高い剛性と、高い強度とを保つことで、マイクロホン自体の振動を低減させることができるノイズキャンセル型ヘッドホンを提供することを目的とする。

本発明は、楽音信号によって振動板が振動して楽音が再生されるスピーカーユニットと、ヘッドホン内部の騒音が収音されるマイクロホンと、スピーカーユニットを支持固定するバッフル板と、を具備したノイズキャンセル型ヘッドホンであって、マイクロホンは、スピーカーユニットの近傍でバッフル板に付設されており、マイクロホンの収音方向は、スピーカーユニットの振動板が振動する方向に対し直交するとともにスピーカーユニットの中心軸に向いており、バッフル板はマイクロホンの付設された箇所が厚みを増していることを最も主要な特徴とする。

本発明によれば、ヘッドホン内部のマイクロホンが振動雑音を収音することを低減させることができる。これにより、ノイズキャンセル信号の元になる騒音には、スピーカーユニットの駆動に基づく振動雑音が混在せず、外部騒音のみに基づくキャンセル信号を得ることができる。このように、本来キャンセルすべき外部騒音に基づく良好なノイズキャンセル信号が得られ、キャンセル効果の高いノイズキャンセル型ヘッドホンを得ることができる。

以下、本発明にかかるノイズキャンセル型ヘッドホンの実施例について図面を参照しながら説明する。図１に示す実施例は、全体の構成は図２、図３、図４に示す従来例の構成と略同じで、マイクロホンとバッフル板との構成に特徴があり、これによって作用および効果が異なるので、上記従来例と同じ構成部分に共通の符号を付し、特徴のある構成部分を重点的に説明する。

図１に示す実施例にかかるノイズキャンセル型ヘッドホンは、イヤーパッド１、ハウジング２、スピーカーユニット３、バッフル板９３、マイクロホン４１１を有してなる。バッフル板９３には、中央に孔が形成されており、この孔にスピーカーユニット３が嵌合され固定されている。バッフル板９３の片面にはハウジング２が、バッフル板９３の他方の面にはイヤーパッド１が適宜の固定手段、例えば接着によって固定されている。ハウジング２は前記従来例と同様に円錐形の周壁を有する皿状の部材で、平坦なフランジ状に折り曲げられた外周縁部がバッフル板９３の外周縁に沿って固定されている。イヤーパッド１はリング状の部材で、ヘッドホンを使用者の頭部に装着したとき、使用者の頭部側面に密着するように、柔軟性を持ちかつある程度の厚みをもっている。イヤーパッド１は、バッフル板９３のハウジング２の固着面とは反対側の面に、バッフル板９の外周縁に沿って固着されている。

スピーカーユニット３は、ユニットフレーム１２、ヨーク５、永久磁石８、ポールピース２４、振動板２３、ボイスコイル６、プロテクター７、音響抵抗体１０によって構成されている。スピーカーユニット３の具体的な構成は前記従来例におけるスピーカーユニット３の構成と同じであるから、説明を省略する。

マイクロホン４１１は、バッフル板９３の中央に形成された孔の近傍に、したがって、スピーカーユニットの近傍に付設されている。マイクロホン４１１の収音方向は、スピーカーユニット３の振動板２３が振動する方向に対して直交する方向であり、かつ、スピーカーユニット３の中心軸の方に向いている。バッフル板９３は、中央に形成された孔の周縁の一部が、図１において下側すなわちスピーカーユニット３の背面側に向かって突出することにより厚みを増しており、この厚肉部９４にマイクロホン４１１が付設される。図１に示す例においては、上記厚肉部９４の前面側は平坦面になっていて、この平坦面にマイクロホン４１１が付設されているが、厚肉部９４の前面側を突出部とし、この突出部にマイクロホン４１１を付設してもよい。

マイクロホン４１１の内部には、図示されない振動板を備えており、この振動板が音波を受けて振動することにより音声信号に変換する。マイクロホン４１１は、ヘッドホン内部に侵入してくる外部騒音を検出ためのもので、上記振動板が振動することで騒音を収音し騒音信号を得ることができる。マイクロホン４１１の振動板が振動する方向は収音方向であり、この収音方向は、スピーカーユニット３の振動板２３の振動方向に対して直交するようにマイクロホン４１１の姿勢が定められている。したがって、スピーカーユニット３の振動板２３の振動により発生される音波によってマイクロホン４１１の振動板が振動することはない。

また、バッフル板９３の中央に形成されている孔の周縁部のマイクロホン４１１の付設箇所を厚肉部９４とし、高い剛性を得ている。この厚肉部９４は、振動を低減させるための補強部となっていて、特に、スピーカーユニット３の振動板２３の振動方向に対抗するためのものである。この厚肉部９４にマイクロホン４１１を取り付けることにより、マイクロホン４１１自体の振動も低減することができる。マイクロホン４１１が付設されるバッフル板９３の厚肉部９４は、高い剛性を備えることによって、スピーカーユニット３の駆動によるマイクロホン４１１自体の振動を低減させるために設けるものである。したがって、高い剛性を得ることができれば、厚肉部９４の構成は図示の実施例の構成に限定されない。例えば、バッフル板９の中心孔の周縁に沿ってリング状に厚肉部を形成し、この厚肉部の前面側又は背面側にマイクロホン４１１を取り付けてもよい。

以上の説明のとおり、本発明によれば、マイクロホンは、スピーカーユニットの駆動による振動雑音を収音することなく、外部から侵入する騒音のみを収音して、この外部騒音に基づくキャンセル信号を生成することができるので、外部騒音を効果的にキャンセルすることができるノイズキャンセル型ヘッドホンを得ることができる。

本発明にかかるノイズキャンセル型ヘッドホンの実施例を示す縦断面図である。 従来のノイズキャンセル型ヘッドホンの例を示す縦断面図である。 従来のノイズキャンセル型ヘッドホンの別の例を示す縦断面図である。 従来のノイズキャンセル型ヘッドホンのさらに別の例を示す縦断面図である。

符号の説明

１ イヤーパッド
２ ハウジング
３ スピーカーユニット
４ マイクロホン
５ ヨーク
６ ボイスコイル
７ プロテクター
８ 永久磁石
９ バッフル板
９４ 圧肉部
１２ ユニットフレーム
２１ フランジ部
２３ 振動版
２４ ポールピース

Claims (4)

1. 楽音信号によって振動板が振動して楽音が再生されるスピーカーユニットと、ヘッドホン内部の騒音が収音されるマイクロホンと、上記スピーカーユニットを支持固定するバッフル板と、を具備したノイズキャンセル型ヘッドホンであって、
   上記マイクロホンは、上記スピーカーユニットの近傍でバッフル板に付設されており、
   上記マイクロホンの収音方向は、上記スピーカーユニットの振動板が振動する方向に対し直交するとともに上記スピーカーユニットの中心軸に向いており、
   上記バッフル板は、マイクロホンの付設された箇所が厚みを増していることを特徴とするノイズキャンセル型ヘッドホン。
2. バッフル板はスピーカーユニットを嵌め込む中心孔を有し、この中心孔の縁部に厚肉部を有し、この圧肉部にマイクロホンが付設されている請求項１記載のノイズキャンセル型ヘッドホン。
3. 厚肉部は、バッフル板の中心孔の縁部の一部が前面側又は背面側に突出している請求項２記載のノイズキャンセル型ヘッドホン。
4. 厚肉部は、バッフル板の中心孔の縁部に沿ってリング状に形成されている請求項２記載のノイズキャンセル型ヘッドホン。

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