JP2012129838A - 電気音響変換器 - Google Patents

Abstract

【課題】再生周波数帯域が広く高音質の再生音を得られる電気音響変換器の提供。
【解決手段】音波を外部に放射するための放音孔１２ａを有する筐体１と、木材シート３１からなる層を含む積層構造の振動板３と、振動板３を振動させるための駆動部４とを備える。振動板３は、木材シート３１の繊維方向を放音孔１２ａの軸線方向Ｌに向けて筐体１内に設けられている。筐体１の内部は、振動板３により２つの空間Ｓ１，Ｓ２に仕切られ、空間Ｓ１は放音孔１２ａを介して外部に連通し、空間Ｓ２には駆動部４が内蔵されている。そして、振動板３は、木材シート３１を表層として、その木材シート３１が空間Ｓ１側に向けられている。
【選択図】図３

Description

本発明は、電気音響変換器に係わり、詳しくは優れた周波数再生特性を得られる電気音響変換器に関する。

従来、電気音響変換器として、アーマチュア（可動鉄片）の振動をドライブロッドと呼ばれる伝動部材を介して振動板へ間接的に伝達し、これによって振動板を振動させるようにしたバランスドアーマチュア（ＢＡ）型のものが知られている（例えば、特許文献１）。

ここに、ＢＡ型の電気音響変換器は、中高音域の解像度が高く、小型化が容易であることから、補聴器として一般に広く用いられている。

特表２００２−５４１７４９号公報

しかしながら、ＢＡ型の電気音響変換器は、小型であることにより補聴器などとして有用であるものの、低音域の再生音圧が小さく、音楽鑑賞するためのヘッドホン用として改善の余地があった。

尚、特許文献１では、振動板としてアルミシートを用いているが、アルミのような金属材料では低音再生限界を拡大させることができないだけでなく、内部損失が０．００２〜０．００５と小さいために、共振の発生により振動板の表面で定在波が生じやすい。

一方、振動板の材料として、一般的な紙シートや樹脂フィルムを用いた場合には、それらの音波伝搬速度が小さいことに起因して、再生音の立ち上がり立ち下がり時の過渡特性、分解能が悪くなる。

本発明は以上のような事情に鑑みて成されたものであり、その主たる目的は電気音響変換器にして、中高音域の解像度を高めつつ、低音域の再生音質を向上させ、再生周波数帯域が広く高音質の再生音を得られるようにすることにある。

本発明は上記の目的を達成するため、以下に記載するような電気音響変換器を提供するものである。
（１）音波を外部に放射するための放音孔１２ａを有する筐体１と、
木材シート３１からなる層を含む構造であって前記木材シート３１の繊維方向を前記放音孔１２ａの軸線方向Ｌに向けて前記筐体１内に設けた振動板３と、
前記振動板３を振動させるための駆動部４と、
を備えることを特徴とする電気音響変換器。
（２）前記筐体１の内部は、前記振動板３により、前記放音孔１２ａを介して外部に連通する第１空間Ｓ１と、前記駆動部４が内蔵された第２空間Ｓ２とに仕切られており、
前記振動板３は、前記木材シート３１を表層として、その木材シート３１が前記第１空間Ｓ１側に向けられていることを特徴とする上記（１）記載の電気音響変換器。
（３）前記第１空間Ｓ１を形成する前記筐体１の内面部には、前記振動板３に対向してシート部材７が貼着されており、そのシート部材７も繊維方向が前記放音孔１２ａの軸線方向に向けられた木材シート７１を有していることを特徴とする上記（２）記載の電気音響変換器。
（４）前記振動板３は、前記木材シート３１と紙シート３２との積層物、又は前記木材シート３１と紙シート３２と樹脂フィルム３３との積層物である上記（１）〜（３）のいずれかに記載の電気音響変換器。
（５）前記シート部材７は、前記木材シート７１と紙シート７２との積層物、又は前記木材シート７１と紙シート７２と樹脂フィルム７３との積層物である上記（３）記載の電気音響変換器。

本発明の電気音響変換器によれば、中高音域の解像度を高めつつ、低音域の再生音質を向上させ、再生周波数帯域が広く高音質の再生音を得ることができる。

本発明に係る電気音響変換器の第１実施形態を示す斜視図 図１に示した電気音響変換器の内部を示す斜視透視図 図１に示した電気音響変換器の縦断面図 振動板の配置態様を示す説明図 振動板の部分拡大断面図 振動板のエッジ部を示す拡大断面図 本発明に係る電気音響変換器の第２実施形態を示す縦断面図 シート部材の部分拡大断面図 本発明に係る電気音響変換器の第３実施形態を示す縦断面図

以下、図面に基づいて本発明の電気音響変換器をヘッドホンに用いた実施形態について詳しく説明する。先ず、図１〜図６に基づき本発明の第１実施形態を説明する。図１〜図３において、１は本発明に係る電気音響変換器の外装をなす筐体であり、この筐体１は、箱型のケース本体１１と、ケース本体１１の上端開口部に嵌合装着した蓋１２とにより構成されている。又、筐体１の一端面には、ケース本体１１と蓋１２との接合部分を跨いでノズル２が固着されている。ノズル２は、使用者の耳孔に対して直接もしくは図示せぬ耳栓を介して挿入される部分であり、このノズル２を通じて外耳道内に音波（可聴音）が放射される構成とされている。

図２および図３から明らかなように、筐体１内にはケース本体１１と蓋１２との間で平面型の振動板３が設けられており、その振動板３により筐体１の内部が蓋１２側に位置する第１空間Ｓ１と、ケース本体１１側に位置する第２空間Ｓ２とに仕切られている。蓋１２には、ノズル２で覆われた部分において放音孔１２ａが形成され、その放音孔１２ａを介して第１空間Ｓ１と外部が連通されている。音波は、この放音孔１２ａによって、筐体１の外部へと放射されることとなる。尚、第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２とは完全に仕切られていなくてもよい。

一方、筐体１内の第２空間Ｓ２には、振動板３を振動させるための駆動部４が内蔵されている。駆動部４は、磁気回路を構成する一対の磁石４１とこれを保持する磁石ハウジング４２（ヨーク）、ならびにコイル４３、及びアーマチュア４４を具備して構成されている。

このうち、磁石ハウジング４２は磁性体からなる角筒状であり、その相対向する内壁面に一対の磁石４１が固定されている。一対の磁石４１は偏平板状の永久磁石で、互いに異なる磁極を向き合わせて固定されており、その両者間は直流磁界を発生する磁気ギャップＧとされている。

コイル４３は、合成樹脂などから形成されるボビン４３ａの外周に音声信号電流が流される巻線４３ｂを設けた構成であり、その巻線４３ａの両端は筐体１の外部に引き出されて信号入力端子５に接続されている。又、コイル４３は、ボビン４３ａの内部が磁気ギャップＧに連続する状態でケース本体１１に固定され、磁気ギャップＧ内に置かれるアーマチュア４４の一端部の磁性を変化させるような交流磁界を発生する。

上記アーマチュア４４は、軟磁性材料の金属板を図３に示す例のようにＵ字状に屈曲したものであり、その一端側は固定端部４４ａとして磁石ハウジング４２の外壁面に固定され、他の一端側は起振部４４ｂとしてコイルボビン４３ａの内部と磁気ギャップＧを貫通している。特に、起振部４４ｂの先端は磁気ギャップＧより突出し、ドライブロッド４５を介して振動板３に連結されている。

ドライブロッド４５は、アーマチュア４４（起振部４４ｂ）の振動を振動板３に伝達する硬質の伝動部材であり、その一端はアーマチュアの起振部４４ｂに直交してその先端部に固着され、ドライブロッド４５の他の一端部は接着剤などにより振動板３に固着されている。

振動板３は、例えば断面半円状に成形したロール形のエッジ部３ａを介して枠体６に周縁が固着され、その枠体６がケース本体１１と蓋１２との間に挟み込まれることによって振動可能に保持されている。又、図３および図４に示すように、振動板３には、第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２との内部空気圧の差圧調整用として貫通孔３ｂが形成されている。尚、図４に示すハッチングは、振動板３のエッジ部３ａとその内側の領域（輻射部）を明示するためのものであり、断面をあらわすものではない。

本発明において、係る振動板３は、木材シート３１を基材として用いた積層構造とされている。例えば、図５(ａ)のように、振動板３は、木材シート３１と紙シート３２を張り合わせた二層構造とされている。

木材は繊維方向とその直交方向とで物理特性が異なるという異方性を有しており、繊維方向での音波の伝搬速度（音速）は金属に匹敵する４〜６ｋｍ／秒という高い値を示し、しかも内部損失が紙や樹脂に匹敵する０．０２〜０．０４という高い値を示す。このため、木材シート３１を基材とした振動板３によれば、定在波の発生に起因する変調歪みのない高解像度の再生音を得ることが可能となる。加えて、木材シート３１を基材とする振動板３では、金属製振動板よりも柔軟、軽量（低比重）で最低共振周波数を低くできるので、金属製振動板に比べて低音再生能力が上がり、再生周波数帯域を拡大することが可能となる。

木材シート３１の原料としては、木材の中でも音波の伝搬速度が高く、内部損失の大きい樹種として、カバ、チェリー、ナシ、ブナ、オーク、ウォールナット、カエデ、メイプル、スプルース、マホガニー、あるいはローズウッドなどが好適に用いられる。逆に、ラワンなどの熱帯系樹種は、強度が弱く異方性も少ないことから、木材シート３１の原料としては適さない。

ここに、振動板３は振動性能に関して全体重量が非常に重要な要素であり、ヘッドホンのような駆動力の小さい磁気回路しか持たない電気音響変換器、特に図示例のようなバランスドアーマチュア（ＢＡ）型の振動板３として木材シート３１を用いる場合には、これを薄くして軽量化することが求められる。このため、木材シート３１は、極薄加工が可能な木目の細かい木材の辺材部分を用いて厚さ０．１ｍｍ以下、好ましくは、１０〜８０μｍの厚さとされる。これには、木材の極薄平滑加工が可能な超仕上げ鉋装置が好適に用いられる。

尚、厚さ１０〜８０μｍの木材シート３１では、繊維方向と直交する方向に僅かな力が作用しただけで、繊維方向に裂け目が生じ易いため、慎重な取り扱いが必要となる。このため、本発明に係る振動板３は、木材シート３１の単層構造でなく、木材シート３１の補強用として例えば上記のような紙シート３２を張り合わせた積層構造とすることが好ましい。紙シート３２には、薄手にして高い強度を有する和紙、それも細い繊維でありながら高強度を有するガンピ紙が好適に用いられる。更に、紙シート３２の厚さは５〜２０μｍであることが好ましい。

又、紙シート３２は、木材シート３１の削り出し加工と同時に木材シート３１と積層しても良いし、木材シート３１の削り出し加工後に、これを慎重にハンドリングして紙シート３２と積層するようにしても良い。その木材シート３１と紙シート３２は、積層後に例えば熱間プレスにより接合一体化するが、この際には振動板３の保形性を確保するべく紙シート３２に予め熱硬化性樹脂を含浸させておくと良い。その熱硬化性樹脂としては、レゾール型フェノール樹脂のほか、アクリル樹脂などを用いることができる。フェノール樹脂の硬化温度は、１５０℃〜１８０℃程度であるため、熱間プレスの温度はそれ以上とされ、プレス圧力は木材シート３１の細胞空隙及び細胞壁が圧縮される５〜４０ｋｇ／ｍｍ^２に設定される。このとき、熱硬化性樹脂が木材シート３１側へも浸透し、積層体が一体化される。
因みに、厚さ２０μｍの木材シート３１を厚さ１０μｍの紙シート３２上に重ね、２０ｋｇ／ｍｍ^２の圧力で熱間プレスしたところ、これによって得られた振動板３の厚さは１０μｍであった。

ここで、振動板３の周縁部は、上記輻射部の振幅を大きくすることのできるエッジ部３ａとされるが、そのエッジ部３ａは上記のような半円状の断面をもつロール形に限らず、コルゲーション形でも良いし、あるいは肉薄の平板形でも良い。但し、その種のエッジ部３ａは木材シート３１を除く積層部材に形成することが望ましい。

例えば、振動板３が図５(ａ)のように木材シート３１と紙シート３２の二層構造である場合、木材シート３１よりも可撓性が良く成形が容易な紙シート３２を木材シート３１より一回り大きくし、木材シート３１の周縁より張り出した紙シート３２の周縁に図６の如くエッジ部３ａを形成する。

又、振動板３は、木材シート３１と紙シート３２の二層構造に限らず、図５(ｂ)のように樹脂フィルム３３を加えた三層構造でもよく、この場合には樹脂フィルム３３のみを一回り大きくして、その周縁にエッジ部３ａを形成することができる。樹脂フィルム３３としては、ポリエチレンテレフタレートやポリエチレンナフタレート等のポリエステル樹脂フィルムを用いることができ、その厚さは２〜１０μｍが良い。又、振動板３を三層以上とする場合、木材シート３１を二層間に介在させず、表層とすること、すなわち振動板３の表裏いずれかの面に木材シート３１が現れるようにすることが好ましい。

しかして、振動板３は、上述のようにケース本体１１と蓋１２との間に枠体６を挟み込むことにより筐体１内に振動可能に設けられるが、その配置に関し、木材シート３１を前向き、すなわち第１空間Ｓ１側に向けて配置することが望ましい。特に、図４のように、木材シート３１の繊維方向を放音孔１２ａの軸線方向Ｌ（放音孔１２ａの中心を通り、且つ放音孔１２ａの放音面に直交する直線に沿う方向）に向けて（沿うように）設ける。これによれば、木材シート３１の繊維方向での音波の伝搬速度が高いことに起因し、放音孔１２ａからノズル２内を経て外部に放射される再生音の音質を向上させ得る。尚、木材シート３１の繊維方向と放音孔１２ａの軸線方向Ｌを完全に合致させることが望ましいが、その完全合致は現実的に困難であり、音響特性上の観点からして１０度程度のズレは許容範囲である。１０度程度のズレであれば、音質向上効果を発揮することができる。

以上のように、本発明では振動板３に木材シート３１を用いていることから、アルミなどからなる金属製振動板を用いた電気音響変換器に比べ、低音再生能力が向上し、再生周波数帯域を拡大することが可能となる。又、木材シート３１は内部損失が大きいので、振動板３の表面での定在波の発生を抑制でき、しかも木材シート３１の繊維方向が放音孔１２ａの軸線方向に向けられていることから、再生音の立ち上がり立ち下がり時の過渡特性、分解能が良く、音響特性に優れた高音質の再生音を引き出せる。更に、木材シート３１を表層として、その木材シート３１が放音孔１２ａを介して外部に連通する第１空間Ｓ１側に向けられた構成では、木材シート３１による再生音への好影響を高め、より一層の音質向上を図れる。

尚、上記のような構成に加え、図７のように振動板３に対向して第１空間Ｓ１を形成する筐体１（蓋１２）の内面部にシート部材７を貼着してもよい。ここに、シート部材７は、基本的に振動板３と同様の構成とされている。すなわち、シート部材７も図８に示すように、木材シート７１と紙シート７２との積層物、又は木材シート７１と紙シート７２と樹脂フィルム７３との積層物とされる。木材は、音速が高く、内部損失が大きいという音響用振動板として理想的な特性を有した素材であるため、音声再生能力が高く、再生周波数帯域の拡大に加えて、過渡特性、分解能に優れた音声を再生するため、シート部材７に木材シート７１を含むことで、音質を良くすることができる。

なお、特に、シート部材７も木材シート７１を第１空間Ｓ１側に向け、且つその繊維方向を放音孔１２ａの軸線方向Ｌに向けて配置することが好ましい。上述のように、最表面に音速が高く、内部損失が大きい、という音響用振動板として理想的な特性を有した木材シート７１を第１空間Ｓ１側に向けることにより、第１空間Ｓ１へ通ずる放音孔１２ａさらにはノズル２へ優れた再生音を伝搬させるため、さらに音質を良くすることができる。

さらには、木材シート７１の繊維方向を放音孔１２ａの軸線方向Ｌに向けて配置すれば、木材シートのうち、音速が高いという音響特性の優れた方位を利用し、周波数帯域再生能力に優れ、過渡特性に優れた再生音声を、取り出し孔である放音孔１２ａへ伝搬させるため、さらに音質を良くすることができる。

そして、図７に示すような電気音響変換器でも、再生周波数帯域が広く、音響特性に優れた再生音を引き出すことができる。

すなわち、第１空間Ｓ１を形成する筐体１の内面部に、振動板３に対向して木材シート７１を含むシート部材７が貼着される構成では、筐体１の共振によるノイズの発生を抑制し、再生音質をより向上させ得る。加えて、振動板３およびシート部材７が、木材シート７１と紙シート７２との積層物、又は木材シート７１と紙シート７２と樹脂フィルム７３の積層物とされる構成では、電気音響変換器の製造時や使用時に、木材シート７１が破断してしまうことを防止できる。

尚、木材シート７１の繊維方向と放音孔１２ａの軸線方向Ｌを完全に合致させることが望ましいが、その完全合致は現実的に困難であり、音響特性上の観点からして１０度程度のズレは許容範囲である。１０度程度のズレであれば、音質向上効果を発揮することができる。

又、図９のように、シート部材７を蓋１２の内面部のみならず、ノズル２の内面部、蓋１２の外面部、ならびにケース本体１１の外面部などに貼着してもよい。これによれば、筐体１の振動を抑制し、これによるノイズの発生を防止することが可能となる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、係る電気音響変換器は、ノズル２を耳孔内に挿入して使用するインナーイヤー型のヘッドホンとしてだけでなく、ヘッドバンドにより繋がれる左右一対の耳当て付きハウジング内に筐体１を固定して密閉型ヘッドホンとすることができるほか、信号入力端子５に図示せぬマイクを接続して補聴器として利用することもできる。又、その他の種々の機器に用いることができる。

１ 筐体
１２ａ 放音孔
３ 振動板
３１ 木材シート
３２ 紙シート
３３ 樹脂フィルム
４ 駆動部
４１ 磁石
４２ 磁石ハウジング
４３ コイル
４４ アーマチュア
４５ ドライブロッド
Ｓ１ 第１空間
Ｓ２ 第２空間
７ シート部材
７１ 木材シート
７２ 紙シート
７３ 樹脂フィルム

Claims (5)

1. 音波を外部に放射するための放音孔を有する筐体と、
   木材シートからなる層を含む構造であって前記木材シートの繊維方向を前記放音孔の軸線方向に向けて前記筐体内に設けた振動板と、
   前記振動板を振動させるための駆動部と、
   を備えることを特徴とする電気音響変換器。
2. 前記筐体の内部は、前記振動板により、前記放音孔を介して外部に連通する第１空間と、前記駆動部が内蔵された第２空間とに仕切られており、
   前記振動板は、前記木材シートを表層として、その木材シートが前記第１空間側に向けられていることを特徴とする請求項１記載の電気音響変換器。
3. 前記第１空間を形成する前記筐体の内面部には、前記振動板に対向してシート部材が貼着されており、そのシート部材も繊維方向が前記放音孔の軸線方向に向けられた木材シートを有していることを特徴とする請求項２記載の電気音響変換器。
4. 前記振動板は、前記木材シートと紙シートとの積層物、又は前記木材シートと紙シートと樹脂フィルムとの積層物である請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気音響変換器。
5. 前記シート部材は、前記木材シートと紙シートとの積層物、又は前記木材シートと紙シートと樹脂フィルムとの積層物である請求項３記載の電気音響変換器。

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