JP2011082702A

JP2011082702A - イヤホン

Info

Publication number: JP2011082702A
Application number: JP2009231916A
Authority: JP
Inventors: Fumihiko Yamaguchi; 文彦山口
Original assignee: Foster Electric Co Ltd
Current assignee: Foster Electric Co Ltd
Priority date: 2009-10-05
Filing date: 2009-10-05
Publication date: 2011-04-21
Anticipated expiration: 2029-10-05
Also published as: DE112010003928B4; US20120201406A1; JP5666797B2; WO2011043089A1; DE112010003928T5; CN102687528A; CN102687528B

Abstract

【課題】信号処理回路を必要とせず、イヤホン単体で頭外音像定位を実現する。
【解決手段】入力された電気信号に基づいて音を生成するドライバユニット１０１と、前記ドライバユニットで生成された音を出力する第一音道１３０と、前記ドライバユニットで生成された音を前記第一音道と異なる経路で伝達して前記第一音道の音に合成する第二音道１４０と、を備えたことを特徴とする。ここで、第二音道１４０は、空間の境界における反射により生成される反射音に相当する音を生成する。また、第二音道１４０は、空間の境界における反射により生成される反射音の到達時間差に相当するよう位相を調整する減衰材を備えて構成される。
【選択図】図１

Description

本発明はステレオイヤホンに関し、一般的なイヤホンで生じる頭内に音像が定位し、不自然さや不快感を与える問題を解消する技術に関するものである。

従来、イヤホンは、ハウジングに納められたドライバユニットの中にある振動板の振動によって空気の粗密波を生成し、入力信号に応じた音が発生するようにされている。特に、インサートタイプのイヤホンは、音導菅とイヤーピースによって外耳道入口に直接音を伝えるため、効率が良い、外部音の影響が少ない、等の利点がある。

しかし、このようなイヤホンの課題として、頭外音像定位感の欠如が挙げられる。すなわち、音像が受聴者の頭部外側に定位せず、頭部の内側から聞こえてくるように知覚してしまい、不自然さや不快感を感じてしまう問題である。

その原因としては、主に、音の方向感を知覚するための室内外の空間の伝達関数（反射・残響）情報の欠落、および、外耳道にイヤホンを直接接続することによる外耳道の音響伝達関数の変化によるものと考えられる。

音の方向感は、両耳の音圧レベル差、位相差、および、反射音情報によって得られるが、特にイヤホンを用いた受聴は反射音情報が欠落する。一方、イヤホンを外耳道に直接接続することにより外耳道閉塞効果が生じる。すなわち、外耳道入口をふさいで受聴することにより、外耳道の管としての共鳴特性が変化する。

たとえば、通常、音を聞く場合には、外耳道は、図３（ａ）のように外耳道入口を開放端とした一端開一端閉の共鳴管として作用している。この場合、外耳道の共鳴周波数は３ｋＨｚ付近にピークを有する周波数特性となる。

ところが、イヤホンを装着して音を聞く場合には、外耳道は、図３（ｂ）のように外耳道入口を閉鎖端とした両端閉の共鳴管として作用することになる。これにより、外耳道の共鳴周波数特性が変化し、３ｋＨｚ付近にあったピークは生じず、６ｋＨｚ付近にピークを有する周波数特性となる。

これらの、イヤホンを装着して音を聞く場合特有の原因により、イヤホンを装着した場合に音像が頭外に定位せず、頭内に定位し、音が頭の中から聞こえるように感じられる問題が生じる。

なお、このような頭内音像定位の問題に対処するため、以下の特許文献などに各種の提案がなされている。

特開平５−２５２５９８公報特開平６−１９８０５６公報特開２００８−１７７７９８公報

以上の各特許文献では、イヤホン使用時の外耳道閉塞効果解消、あるいは、頭外音像定位を実現するため、ディジタル信号処理回路を備えて、各種の音声信号処理を行っている。

このようなディジタル信号処理回路を使用するには、イヤホンに内蔵することは難しく、専用のイヤホンアンプのような装置を設ける必要がある。そのため、信号処理回路の置き場所や電源の準備など使用する際に面倒であったり、また、汎用性がなかったりという問題点が新たに生じる。また、ディジタル処理であっても、信号処理の際に完全に劣化を抑えることはできない。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであって、信号処理回路を必要とせず、イヤホン単体で頭外音像定位を実現することを目的とする。

以上の課題を解決する本発明は、以下に記載するようなものである。
（１）請求項１記載の発明は、入力された電気信号を音響に変換するドライバユニットと、前記ドライバユニット前面の放音側で生成された音を外耳道へ導く第一音道と、前記ドライバユニットで生成された音を前記第一音道と異なる経路で伝達して前記第一音道の音に合成する第二音道と、を備えたことを特徴とするイヤホンである。

（２）請求項２記載の発明は、前記第二音道は、空間の境界における反射により生成される反射音に相当する音を生成する、ことを特徴とする請求項１記載のイヤホンである。
（３）請求項３記載の発明は、前記第二音道は、空間の境界における反射により生成される反射音の到達時間差に相当するよう位相を調整する減衰材を備えて構成される、ことを特徴とする請求項２記載のイヤホンである。

（４）請求項４記載の発明は、前記第二音道は、空間の境界における反射により生成される反射音の音圧レベルに相当するよう調整する減衰材を備えて構成される、ことを特徴とする請求項２記載のイヤホンである。

（５）請求項５記載の発明は、外耳道閉塞効果による周波数特性変化を解消するよう、選択された減衰特性を持つ減衰材を前記第一音道に備える、ことを特徴とする請求項１−４のいずれか一項に記載のイヤホンである。

（６）請求項６記載の発明は、外耳道閉塞効果による周波数特性変化を解消するよう、開放端に相当する開口部を前記ドライバユニット前後面側にそれぞれ複数備える、ことを特徴とする請求項１−５のいずれか一項に記載のイヤホンである。

（７）請求項７記載の発明は、外耳道閉塞効果による周波数特性変化を解消するよう、選択された減衰特性を持つ減衰材を前記開口部に備える、ことを特徴とする請求項６記載のイヤホンである。

本発明によれば、以下のような効果が得られる。
この発明では、ドライバユニットで生成された音が直接音として第一音道から外耳道に向けて出力される際に、ドライバユニットで生成された音を第一音道と異なる経路の第二音道で伝達して遅延させた状態の音を、第一音道の直接音に合成することで、ドライバユニットからの直接音に対して遅延音が付加された状態になる。

なお、第二音道は、空間の境界における反射により生成される反射音の位相遅れや、音圧レベルに相当するよう調整する減衰材を備えることで、より適切な位相、音圧レベルの空間反射音相当の音が生成される。

この結果、信号処理回路を必要とせず、イヤホン単体で空間内での方向感を知覚し、頭外音像定位を実現することが可能になる。
また、減衰材を第一音道に設けて、外耳道閉塞効果による周波数特性変化を解消するように調整することで、信号処理回路を必要とせず、イヤホン単体で外耳道閉塞効果を抑制して頭外音像定位を実現することが可能になる。

また、外耳道閉塞効果による周波数特性変化を解消するよう、開放端に相当する開口部をドライバユニット前後面側にそれぞれ複数備えることで、信号処理回路を必要とせず、イヤホン単体で外耳道閉塞効果を抑制して頭外音像定位を実現することが可能になる。

また、選択された減衰特性を持つ減衰材を開口部に設けて、外耳道閉塞効果による周波数特性変化を解消するように調整することで、信号処理回路を必要とせず、イヤホン単体で外耳道閉塞効果を抑制して頭外音像定位を実現することが可能になる。

本発明の実施形態のイヤホンの構成を示す構成図である。本発明の実施形態のイヤホンのブロック図である。外耳道閉塞効果の様子を示す説明図図である。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態）を詳細に説明する。
〔第一実施形態〕
〔第一実施形態の構成〕
図１は本発明の第一実施形態のイヤホン１００の断面構成を示す構成図である。

この図１において、入力された電気信号に応じて振動板を振動させて音を発生するドライバユニット１０１を中心として、その外側には、音の出口となる第一音道と正面側筐体としてフロントハウジング１１０Ｆ、背面空間を確保しつつ背面側の筐体としてバックハウジング１１０Ｂ、背面空間確保とケーブル取り出しとのためのケーブルハウジング１１０Ｃ、を備えている。なお、ドライバユニット１０１の振動板背面側には、振動板の共振ピークを減衰させるために背面減衰材１０１ａが備えられている。

フロントハウジング１１０Ｆには音の出口として管状の第一音道１３０が設けられており、この第一音道１３０の先端付近外側には外耳道入口にはめ込むためにシリコンゴムなどで構成されたイヤーピース１２０が取り付けられている。なお、第一音道１３０の先端付近には、異物混入防止のための金属網１１０Ｍが設けられている。また、第一音道１３０の中間付近には、後述する減衰特性を有する音道減衰材１３０ａが設けられている。

さらに、ドライバユニット１０１の背面側の音の一部を、空間反射音（反射音あるいは残響音）として所定の遅延時間を持たせた状態で第一音道１３０を通る音（直接音）に合流させるため、反射成分生成音道として第二音道１４０が設けられている。なお、この第二音道１４０には、反射音の位相および音圧レベル調整をするため、反射成分減衰材１４０ａが設けられている。

また、フロントハウジング１１０Ｆの一部のいずれかの位置には、開放端生成開口部１５０が設けられ、外耳道がイヤホン１００によって閉鎖端（図３（ｂ））となることを防止して、開放端（図３（ｃ）参照）となるように構成されている。なお、この開放端生成開口部１５０には、所定の周波数域を減衰させ、あるいは、音圧レベル調整をするため、または、管の開口部の効率調整のために、開放端減衰材１５０ａが設けられている。また、同様な開放端生成開口部１５０’と開放端減衰材１５０ａ’、および、開放端生成開口部１５０”と開放端減衰材１５０ａ”がいずれかの位置に設けられている。

また、バックハウジング１１０Ｂには、バスレフポートとしての作用や、第二音道１４０を経由して管の開放端としても作用可能なように、ポート１６０が設けられている。
以上の構成において、各部の減衰材としては、各種のウレタン、あるいは、各種の不織布などを用いることが可能である。

また、図２はイヤホン１００の上述した構成によって得られる作用効果、すなわち、反射音成分の生成と合成、および、外耳道閉塞効果を解消する働きをにブロック図として示した説明図である。また、図３（ｃ）は本実施形態のイヤホン１００を管の共鳴により説明する説明図である。

〔第一実施形態の動作説明〕
以上の構成において、ドライバユニット１０１に供給される電気信号に応じて振動板が振動し、音が発生する。

ドライバユニット１０１の正面からの音は、第一フィルタ部として作用する音道減衰材１３０ａを通過しつつ、第一音道１３０を経由して、外耳道から鼓膜に達する。
この際に、第一フィルタ部（図２参照）としての音道減衰材１３０ａにより、外耳道閉塞効果によって生じたピークの周波数域（６ｋＨｚ付近）を減衰させている。

また、同時に、第二フィルタ部（図２参照）としての開放端生成開口部１５０と開放端減衰材１５０ａとにより、図３（ｃ）に示すように開口部１５０が外耳道の開放端として作用することで、外耳道閉塞効果によって減衰する周波数域（３ｋＨｚ付近）が減衰しないよう調整させている。この場合、開放端減衰材１５０ａの材質や厚みを選択することで、減衰する／しない周波数域や減衰量を所望の状態に保つことが可能になる。

更に、第一音道１３０と第二音道１４０とを経由したポート１６０も、図３（ｃ）に示す外耳道の開放端として作用することが可能である。この場合、開放端生成開口部１５０，１５０Ｆ’，１５０”とポート１６０とでは、管としての長さが異なるため、外耳道閉塞効果を有効に打ち消すことが可能になる。

さらに、ドライバユニット１０１の背面からの音は、反射成分生成部（図２参照）としての第二音道１４０と反射成分減衰材１４０ａとを通過することで、直接音に対して所定の遅延時間を有する音となり、空間反射音（反射音あるいは残響音）に等しい状態となって、第一音道１３０の音と合成されて出力される。この場合、第二音道１４０の径や長さを選択することで、所望の遅延時間の空間反射音相当の振動を生成することが可能になる。さらに、この場合、反射成分減衰材１４０ａの材質や厚みを選択することで、減衰量を所望の状態に保つことが可能になる。

なお、第二音道１４０を経由した音は、この図１では音道減衰材１３０ａの直前（上流側）で直接音と合成されているが、これに限定されるものではなく、音道減衰材１３０ａの下流側で直接音と合成するようにしてもよい。

以上のように、ドライバユニット１０１で生成された音が直接音として第一音道１３０から外耳道に向けて出力される際に、ドライバユニット１０１で生成された音を第一音道１３０と異なる経路の第二音道１４０で伝達して遅延させた状態で第一音道の音に合成することで、疑似的にドライバユニットからの直接音に対して空間反射音が付加された状態になる。この結果、信号処理回路を必要とせず、イヤホン単体で頭外音像定位を実現することが可能になる。

また、第二音道１４０は、空間の境界における反射により生成される反射音の位相、音圧レベルに相当するよう調整する反射成分減衰材１４０ａを備えることで、適切な位相、音圧レベルの空間反射音相当音が生成される。

また、音道減衰材１３０ａを第一音道１３０に設けて、外耳道閉塞効果による周波数特性変化を解消するように調整することで、信号処理回路を必要とせず、イヤホン単体で外耳道閉塞効果を抑制して頭外音像定位を実現することが可能になる。

また、管の開放端に相当する開放端生成開口部１５０を第一音道１３０近傍のいずれかの位置に備えることで、外耳道閉塞効果による周波数特性変化が低減されるため、信号処理回路を必要とせず、イヤホン単体で外耳道閉塞効果を抑制して頭外音像定位を実現することが可能になる。なお、同様な開放端生成開口部１５０’、および、開放端生成開口部１５０”を備えることにより、同様にして、イヤホン単体で外耳道閉塞効果を抑制して頭外音像定位を実現することが可能になる。

また、以上のように、管の開放端に相当する開放端生成開口部１５０を第一音道１３０近傍のいずれかの位置に備えると共に、開放端減衰部１５０ａを備えることで、外耳道閉塞効果による周波数特性変化が低減されるため、信号処理回路を必要とせず、イヤホン単体で外耳道閉塞効果を抑制して頭外音像定位を実現することが可能になる。なお、同様な開放端生成開口部１５０’と開放端減衰材１５０ａ’、および、開放端生成開口部１５０”と開放端減衰材１５０ａ”を備えることにより、同様にして、外耳道閉塞効果による周波数特性変化が低減されるため、信号処理回路を必要とせず、イヤホン単体で外耳道閉塞効果を抑制して頭外音像定位を実現することが可能になる。

〔第一実施形態の変形例（１）〕
なお、以上の図１に示した各部の構成は、具体例としての一例であり、各種の変形が可能である。

たとえば、第二音道１４０としては、複数の第二音道を設けて、複数の遅延時間の異なる空間反射音相当の音を生成することが可能である。
その場合に、複数の第二音道をシャッタなどで選択的に開閉可能に切替えることで、遅延時間の長短、遅延の大小を切り替えて、小ホール残響、大ホール残響、コンサート会場残響などのように、使用者が所望の反射音を選択することが可能である。

〔第一実施形態の変形例（２）〕
また、音道減衰材１３０ａを使用者が交換可能に構成しておくことで、外耳道閉塞効果の解消具合の調整（減衰量、周波数の調整）、頭外音像定位の広がり／狭まり具合の選択を、自由に行うことが可能になる。また、同様にして、その他の減衰材についても、使用者が交換可能に構成しておくことで、外耳道閉塞効果の解消具合の調整、頭外音像定位の広がり／狭まり具合の選択を、自由に行うことが可能になる。

〔第一実施形態の変形例（３）〕
また、第二音道１４０途中や開放端生成開口部１５０にアイリス絞りのような調整可能な絞り機構を設けることで、空間反射音のレベル調整や外耳道閉塞効果の抑制度合いの調整が可能になり、使用者の望む状態で使用することが可能になる。

１００イヤホン
１０１ドライバユニット
１０１ａ背面減衰材
１０１Ｍ金属網
１１０Ｆフロントハウジング
１１０Ｂバックハウジング
１１０Ｃケーブルハウジング
１２０イヤーピース
１３０第一音道
１３０ａ音道減衰材
１４０第二音道（反射成分生成音道）
１４０ａ反射成分減衰材
１５０，１０５’，１５０” 開放端生成開口部
１５０ａ，１５０ａ’，１５０ａ” 開放端減衰部
１６０ポート

Claims

入力された電気信号を音響に変換するドライバユニットと、
前記ドライバユニット前面の放音側で生成された音を外耳道へ導く第一音道と、
前記ドライバユニットで生成された音を前記第一音道と異なる経路で伝達して前記第一音道の音に合成する第二音道と、
を備えたことを特徴とするイヤホン。
前記第二音道は、空間の境界における反射により生成される反射音に相当する音を生成する、
ことを特徴とする請求項１記載のイヤホン。
前記第二音道は、空間の境界における反射により生成される反射音の到達時間差に相当するよう位相を調整する減衰材を備えて構成される、
ことを特徴とする請求項２記載のイヤホン。
前記第二音道は、空間の境界における反射により生成される反射音の音圧レベルに相当するよう調整する減衰材を備えて構成される、
ことを特徴とする請求項２記載のイヤホン。
外耳道閉塞効果による周波数特性変化を解消するよう選択された減衰特性を持つ減衰材を前記第一音道に備える、
ことを特徴とする請求項１−４のいずれか一項に記載のイヤホン。
外耳道閉塞効果による周波数特性変化を解消するよう、開放端に相当する開口部を前記ドライバユニット前後面側にそれぞれ複数備える、
ことを特徴とする請求項１−５のいずれか一項に記載のイヤホン。
外耳道閉塞効果による周波数特性変化を解消するよう選択された減衰特性を持つ減衰材を前記開口部に備える、
ことを特徴とする請求項６記載のイヤホン。