JP2009284169A - ヘッドホン - Google Patents

Abstract

【課題】低い周波数の外来ノイズに対しても大きな遮断効果を得ることができる密閉型のヘッドホンを得る。
【解決手段】ヘッドホンユニットと５、ヘッドホンユニット５の背面側を覆うハウジング２と、ヘッドホンユニット５の背面側とハウジング２で囲まれた後部気室１０と、後部気室１０と外部を連通する第１の音響質量部２１を備えたヘッドホンであって、ヘッドホンユニット５の内部気室と後部気室１０を連通する筒状の第２の音響質量部８が後部気室１０に向かい突出して設けられるとともに、ヘッドホンユニット５の内部気室と後部気室１０を連通する音響抵抗６が設けられ、第２の音響質量部８と音響抵抗６からなる音響インピーダンスは、後部気室１０の音響インピーダンスより高い。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヘッドホンユニットの後ろ側がハウジングなどで覆われた密閉型のヘッドホンに関するもので、後部気室を形成する部材の構成を工夫することにより、低音領域の外来音を有効に遮断することができるとともに、低音領域の音圧レベルを増強することができるようにしたものである。

密閉型ヘッドホンは、外来音が入らない状態で楽音などの目的音を聴取する用途に好適である。したがって、遮音性が高いことが望ましい。しかしながら、完全に密閉されていると、再生される音波の周波数応答と音質に難がある。そこで、再生される音波の周波数応答と音質を改善するために、後部気室と外部とを音響抵抗および音響質量を介して音響的に接続したものがある。

図３は、後部気室と外部とを音響抵抗および音響質量を介して音響的に接続した従来の密閉型ヘッドホンの例を示す。図３において、符号１はバッフル板を示している。バッフル板１は中央部に円形の孔を有していて、この中央部の孔にヘッドホンユニット５が嵌め込まれて固定されている。ヘッドホンユニット５は、ユニットベース５１と、ヨーク５２と、マグネット５３と、ポールピース５４と、振動板５５と、ボイスコイル５６を有してなる。ユニットベース５１は中央部に筒状の孔が形成されていて、この孔に扁平な皿状のヨーク５２の外周面が嵌合されて固定されている。ヨーク５２の内底部にはマグネット５３が固定され、マグネット５３の前面にはポールピース５４が固定されている。ヨーク５２の開放端側内周面とポールピース５４の外周面との間には円形のギャップが形成されていて、このギャップには、マグネット５３から出た磁束からなる磁界が形成されている。

振動板５５は、薄膜状の素材からなっていて、センタードーム部とこのセンタードーム部の外周を囲みかつセンタードーム部の外周に続く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ベース５１に固着されている。上記センタードーム部とサブドーム部の境界に沿ってボイスコイル５６の一端が固着され、ボイスコイル５６は上記磁気ギャップに配置されている。ボイスコイル５６に楽音信号が入力されると、ボイスコイル５６に流れる電流と磁気ギャップ内の磁束とによる電磁力によって、ボイスコイル５６がその中心軸線方向に、楽音信号に従って平行移動しながら振動する。ボイスコイル５６とともに振動板５５が振動し、楽音信号に従った音波を発する。

バッフル板１の前面側すなわちヘッドホンユニット５によって音波が放射される側には、バッフル板１の外周縁部に沿って弾力性および柔軟性を備えたリング状のパッド３が固着されている。ヘッドホンを使用者の側頭部２０に装着したとき、パッド３が使用者の耳を囲んで側頭部２０に密着するようになっている。バッフル板１の背面側すなわちヘッドホンユニット５の後ろ側には、ハウジング２が固着されている。ハウジング２はカップ形の部材で、外周部に平坦な面からなるフランジ部を有していて、このフランジ部がバッフル板１の背面側外周縁部に固着されている。ハウジング２は、ヘッドホンユニット５を覆い、また、ヘッドホンユニット５との間に適宜の間隔が生ずる深さになっていて、ヘッドホンユニット５の背面側に適宜の容積の後部気室１０を形成している。

図３に示す従来例は、再生される音波の周波数応答と音質を改善するために、前述のように、後部気室１０と外部とを音響抵抗４および音響質量部を介して音響的に接続している。より具体的には、カップ形ハウジング２の底部に相当する部分には、孔からなる音響端子２２が形成され、この音響端子２２はハウジング２の内面側に固着された音響抵抗４で塞がれている。外来音は音響抵抗４を通って後部気室１０に入ることができる。また、ハウジング２の底部に相当する部分には、後部気室１０と外部を連通させる筒型の音響質量部２１が形成されている。外来音は音響質量部２１を経て後部気室１０に入ることもできる。

前記ユニットベース５１には、複数の孔が形成されている。ヘッドホンユニット５は、ヨーク５２、マグネット５３などを含む磁気回路構成部材と、振動板５５と、ユニットベース５１で囲まれた内部空間を有している。上記ユニットベース５１の複数の孔は、ヘッドホンユニット５の上記内部の空気室と後部気室１０を連通している。ユニットベース５１の上記複数の孔のいくつかは音響抵抗６によって塞がれ、他の孔には音響質量部材７が固定されている。

以上説明したように、ハウジング２に音響質量部２１と音響抵抗４を設けて後部気室１０と外部とを音響的に接続し、再生音の周波数応答と音質の改善を図っている。ところが、音響質量部２１と音響抵抗４を設けたことにより、これら音響質量部２１と音響抵抗４を経て外部からの雑音が後部気室１０に入り込む。従来の密閉型ヘッドホンは、ヘッドホンユニット５の後部に設けられる音響抵抗４の値と音響質量部７の音響質量が小さいこと、そしてヘッドホンユニット５内部の前記空気室、換言すれば振動板５５より内側（背面側）の空気室の容積が例えば２ｃｃ程度というように小さいことから、ローパスフィルタとしての効果すなわち低域の音波を逃がす効果がない。そのため、外部から後部気室１０に入り込んだ雑音は、ヘッドホンユニット５の振動板５５を介して振動板５５の前側の前部気室に伝わり、使用者の耳に到達する。特に、上記のように低域の音波を逃がす効果がないため、低い周波数の雑音が耳に到達しやすい。

以上の問題点を、図４、図５に示す等価回路を併せて参照しながら説明する。図３ないし図５において、各回路要素を以下のように定義する。
Ｐｎ：外来ノイズ
Ｚｅ：耳のインピーダンス
ｓｆ：前部（使用者の側頭部で画されるユニット前面側）空間のスティフネス
ｍｏ：振動板５５の音響質量
ｓｏ：振動板５５のスティフネス
ｓｕ：ユニット内部気室のスティフネス
ｍｕ：ユニット内部気室と後部気室１０を連通する音響質量部の音響質量
ｒｕ：ユニット内部気室と後部気室１０との間に介在する音響抵抗の値
ｓｂ：後部気室１０のスティフネス
ｍｃ：後部気室１０と外部をつなぐ音響質量部２１の音響質量
ｒｃ：後部気室１０と外部に介在する音響抵抗４の値

図３に示すように、ユニット内部気室と後部気室１０を連通する音響質量部７は、板状のものに小孔を形成した程度のものであってその音響質量ｍｕは小さい。したがって、この音響質量ｍｕのインピーダンスは低くなる。このインピーダンスが低いと、ユニット内部気室のスティフネスｓｕがこの等価回路全体に及ぼす効果がなくなり、図５に示すように、上記ｓｕは無いものに等しい。よって、後部気室１０内に入ってくる外来ノイズＰｎの音圧が、後部気室１０のスティフネスｓｂから振動板５５のインピーダンスｍｏ，ｓｏを介して使用者の耳に到達することになる。高い周波数の音であれば、上記音響質量ｍｕのインピーダンスが高くなるため、ユニット内部気室のスティフネスｓｕの効果を得ることができるが、低い周波数の音に対しては、上記のように上記ｓｕは無いものに等しい。換言すれば、従来の密閉型ヘッドホンの等価回路によれば、高い周波数でしかフィルタの効果がなく、高い周波数の外来ノイズにつきある程度の遮断効果があるに過ぎない。

本願発明に関連のある技術を開示した特許文献として以下のものがある。特許文献１には、ヘッドホンユニットを取り付けたバッフル板の前面側にクッションを有し、背面側にハウジングに相当するシェル部を有してなり、このシェル部は、いわゆる後部気室と外部を音響的につなぐ音響質量からなる開口部および音響抵抗開口部を備えてなる密閉型ヘッドホンが記載されている。したがって、特許文献１記載の発明は、図３に示す従来例に類似する構成が記載されているものといえる。

特許文献２には、低音領域の音圧を向上させることができるヘッドホンユニットとして、バッフル板と、これより小さいハウジングと、これらの内部に設けられたスピーカユニットを備え、ハウジングの側面とつば部との間に、側面孔とこの側面孔に連通し背面方向がオープンエアで開放されたダクト部が形成されてなるヘッドホンユニットが記載されている。上記ダクトは一種の音響質量部ということができ、よって、特許文献２にも、図３に示す従来例に類似する構成が記載されているものといえる。

特開２００６−３３３４８３号公報 特開２００１−３０９４７７号公報

これまで述べてきたように、従来の密閉型ヘッドホンによれば、高い周波数の外来ノイズに対してはある程度の遮断効果があるものの、低い周波数の外来ノイズに対しては遮断効果を期待することができない。
そこで本発明は、低い周波数の外来ノイズに対しても大きな遮断効果を得ることができる密閉型のヘッドホンを提供することを目的とする。

本発明は、ヘッドホンユニットと、このヘッドホンユニットの背面側を覆うハウジングと、ヘッドホンユニットの背面側とハウジングで囲まれた後部気室と、この後部気室と外部を連通する第１の音響質量部を備えたヘッドホンであって、ヘッドホンユニットの内部気室と上記後部気室を連通する筒状の第２の音響質量部が後部気室に向かい突出して設けられるとともに、上記ヘッドホンユニットの内部気室と上記後部気室を連通する音響抵抗が設けられ、上記第２の音響質量部と音響抵抗からなる音響インピーダンスは、上記後部気室の音響インピーダンスより高いことを最も主要な特徴とする。

ヘッドホンユニットの内部気室と上記後部気室を連通する第２の音響質量部と音響抵抗からなる音響インピーダンスが、後部気室の音響インピーダンスより高いことにより、上記第２の音響質量部と音響抵抗からなる音響インピーダンスとユニットの内部気室のスティフネスがローパスフィルタを構成する。したがって、このローパスフィルタと併せて、後部気室のスティフネスでさらにローパスフィルタを構成し、フィルタの段数が増えることになる。第１の音響質量部からなる音響インピーダンスを経て後部空気室に侵入した外部騒音は、上記のようにローパスフィルタの段数が増えることによって、ヘッドホンユニットの振動板に到達しにくくなる。ヘッドホンユニット後部の音響質量と後部気室のスティフネスが共振する周波数を低くなるように設計することは容易であり、これによって低域の周波数応答を改善することができる。

以下、本発明にかかるヘッドホンの実施例を、図１、図２を参照しながら説明する。なお、図１、図２に示す実施例において、前記従来例の構成と同じ構成部分には共通の符号を付した。
図１において、符号１はバッフル板を示している。バッフル板１は中央部に円形の孔を有していて、この中央部の孔にヘッドホンユニット５が嵌め込まれて固定されている。ヘッドホンユニット５は、ユニットベース５１と、ヨーク５２と、マグネット５３と、ポールピース５４と、振動板５５と、ボイスコイル５６を有してなる。ユニットベース５１は中央部に筒状の孔が形成されていて、この孔に円形の扁平な皿状のヨーク５２の外周面が嵌合されて固定されている。ヨーク５２の内底部には円板状のマグネット５３が固定され、マグネット５３の前面には円板状のポールピース５４が固定されている。ヨーク５２の開放端側内周面とポールピース５４の外周面との間には円筒形のギャップが形成されていて、このギャップを、マグネット５３から出た磁束が横切っている。したがって、上記ギャップは磁気ギャップとなっており、ヨーク５２、マグネット５３、ポールピース５４はそれぞれが磁気回路構成部材となっている。このように、ヘッドホンユニット５は、磁気回路構成部材および振動板を保持するユニットベース５１を基台として組み立てられていて、ユニットベース５１に音響質量部８および音響抵抗６が設けられている。

振動板５５は、薄膜状の素材からなっていて、ドーム状のセンタードーム部とこのセンタードーム部の外周を囲みかつセンタードーム部の外周に続く横断面円弧状の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ベース５１に固着されている。上記センタードーム部とサブドーム部の境界に沿ってボイスコイル５６の一端が固着され、ボイスコイル５６は上記磁気ギャップに配置されている。ボイスコイル５６に楽音信号が入力されると、ボイスコイル５６に流れる電流と磁気ギャップ内の磁束とによる電磁力によって、ボイスコイル５６がその中心軸線方向に、楽音信号に従って平行移動しながら振動する。ボイスコイル５６とともに振動板５５が振動し、楽音信号に従った音波を発する。

バッフル板１の前面側すなわちヘッドホンユニット５によって音波が放射される側（図１において左側）には、バッフル板１の外周縁部に沿って弾力性および柔軟性を備えたリング状のパッド３が固着されている。ヘッドホンを使用者の側頭部２０に装着したとき、パッド３が使用者の耳を囲んで側頭部２０に密着するようになっている。バッフル板１の背面側すなわちヘッドホンユニット５の後ろ側には、ハウジング２が固着されている。ハウジング２はカップ形の部材で、外周部に平坦な面からなるフランジ部を有していて、このフランジ部がバッフル板１の背面側外周縁部に固着されている。ハウジング２は、ヘッドホンユニット５を覆い、また、ヘッドホンユニット５との間に適宜の間隔が生ずる深さになっていて、ヘッドホンユニット５の背面側に適宜の容積の後部気室１０を形成している。

再生される音波の周波数応答と音質を改善するために、後部気室１０と外部とを音響抵抗４および音響質量を介して音響的に接続している。より具体的には、カップ形ハウジング２の底部に相当する部分には、孔からなる音響端子２２が形成され、この音響端子２２はハウジング２の内面側に固着された音響抵抗４で塞がれている。外来音は音響抵抗４を通って後部気室１０に入ることができる。また、ハウジング２の底部に相当する部分には、後部気室１０と外部を連通させる筒型の音響質量部２１が形成されている。外来音は音響質量部２１を経て後部気室１０に入ることもできる。

前記ユニットベース５１には、複数の孔が形成されている。ヘッドホンユニット５は、ヨーク５２、マグネット５３などを含む磁気回路構成部材と、振動板５５と、ユニットベース５１で囲まれた内部気室を有している。上記ユニットベース５１の複数の孔は、ヘッドホンユニット５の上記内部気室と後部気室１０を連通している。ユニットベース５１の上記複数の孔のいくつかは音響抵抗６によって塞がれ、他の孔には音響質量部８が設けられている。音響質量部８は所定の長さを有する筒形の部材からなり、この筒形の部材はユニットベース５１の背面から後部気室１０に向かい突出して設けられている。本明細書では、説明の便宜のために、ハウジング２に設けられている音響質量部２１を第１の音響質量部、音響質量部８を第２の音響質量部とする。第１の音響質量部２１と第２の音響質量部８は互いに対向することのないように、位置をずらして配置されている。

第１の音響質量部２１、第２の音響質量部８はそれぞれ適宜の長さの筒状の部材からなるため、それぞれある程度の音響質量ｍｃ，ｍｕを持っている。第２の音響質量部８と音響抵抗６からなる音響インピーダンスは、後部気室１０の音響インピーダンスより高くなるように設定されている。

図２は、上記実施例の音響的な構成の等価回路を示す。各回路要素は、図４に示した従来例における回路要素と同じであり、また、外観上の回路構成も従来例と変わりがない。しかし、第２の音響質量部８の音響質量ｍｕと音響抵抗６の音響抵抗値ｒｕからなる音響インピーダンスは、後部気室１０のスティフネスｓｂからなる音響インピーダンスより高くなるように設定されているため、ユニット内部気室のスティフネスｓｕが音響インピーダンスとして実質的に作用する。したがって、後部気室１０のスティフネスｓｂとユニット内部気室のスティフネスｓｕがそれぞれ実質的にローパスフィルタを構成することになり、ローパスフィルタが２段階にわたって構成されているのと実質的に同じとなる。このようにローパスフィルタの段数が増えることにより、外来ノイズはヘッドホンユニット５の振動板５５までは到達しにくくなり、ノイズ低減効果が高まる。換言すれば、ヘッドホンユニット５の後部の音響質量すなわち第２の音響質量と後部気室１０のスティフネスが共振する周波数を低く設定することができ、これによって低域の周波数応答を改善することができる。さらに換言すれば、低域の周波数の再生音レベルを十分に高く維持しながら、中・高域の外来ノイズを鋭く低減することができる。

第１の音響質量部２１は図１に示すように、ハウジング２と一体成形しても良いし、ハウジング２とは別体の部品としてこれをハウジング２に固着しても良い。また、第２の音響質量部８も、図示の例のように別体の部品としてこれをユニットベース５１に固着しても良いし、ユニットベース５１と一体成形してもよい。
図示の実施例では、ヘッドホンユニット５の内部気室から外部に至るまでに、ローパスフィルタを２段にわたって形成し、これによって上記のような効果を得ているが、ローパスフィルタの段数をさらに増やすことによってより大きな効果を得るようにしても良い。
そのほか、特許請求の範囲の各請求項に記載した技術的範囲を逸脱しない範囲で任意に設計変更可能である。

本発明にかかるヘッドホンの実施例を示す縦断面図である。 上記実施例の音響的な構成要素の等価回路図である。 従来のヘッドホンの例を示す縦断面図である。 上記従来例の音響的な構成要素の等価回路図である。 上記従来例の音響的な構成要素の実質的な等価回路図である。

符号の説明

１ バッフル板
２ ハウジング
３ パッド
４ 音響抵抗
５ ヘッドホンユニット
６ 音響抵抗
８ 第２の音響質量部
１０ 後部気室
２１ 第１の音響質量部
２２ 音響端子
５１ ユニットベース
５２ ヨーク
５３ マグネット
５４ ポールピース
５５ 振動板
５６ ボイスコイル

Claims (5)

1. ヘッドホンユニットと、このヘッドホンユニットの背面側を覆うハウジングと、ヘッドホンユニットの背面側とハウジングで囲まれた後部気室と、この後部気室と外部を連通する第１の音響質量部を備えたヘッドホンであって、
   ヘッドホンユニットの内部気室と上記後部気室を連通する筒状の第２の音響質量部が後部気室に向かい突出して設けられるとともに、上記ヘッドホンユニットの内部気室と上記後部気室を連通する音響抵抗が設けられ、
   上記第２の音響質量部と音響抵抗からなる音響インピーダンスは、上記後部気室の音響インピーダンスより高いことを特徴とするヘッドホン。
2. ヘッドホンユニットはバッフル板に嵌合されていて、このバッフル板にハウジングが固着されている請求項１記載のヘッドホン。
3. ヘッドホンユニットは、磁気回路構成部材および振動板を保持するユニットベースを基台として組み立てられていて、上記ユニットベースに第２の音響質量部および音響抵抗が設けられている請求項１記載のヘッドホン。
4. 第２の音響質量部は、第１の音響質量部との対向位置からずれた位置においてユニットベースに設けられている請求項３記載のヘッドホン。
5. バッフル板の前面側にはパッドが取り付けられ、パッドは使用者の耳を囲むことができ、使用者の側頭部に接して前部空間を形成する請求項２記載のヘッドホン。

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