JP2012249187A - イヤホン - Google Patents

Abstract

【課題】非密閉状態における再生音質の低下が少ないカナル型イヤホンを提供する。
【解決手段】フロントキャビティを前方に設けた状態でスピーカを収納する第１の空間を有するとともに、当該空間を使用者の外耳道に連通させる第１の開口部が先端に設けられた本体部を有するカナル型イヤホンにおいて、第１の開口部付近に設けられた第２の開口部を介して第１の空間と連通する第２の空間と当該空間を外部の空間に連通させる第３の開口部とを上記本体部に設ける。そして、第２の開口部と第３の開口部の少なくとも一方に対して開閉自在な蓋部と、当該蓋部を開閉するための開閉制御部とを上記第２の空間内に設け、第１の開口部から第２および第３の開口部を経て外部の空間に至る空気の流通路の途中に通気抵抗体を設ける。
【選択図】図２

Description

この発明は、イヤホンに関し、特に、外耳道に挿入して使用されるカナル型のイヤホンに関する。

一般に、イヤホンの本体部（ハウジング部）は、フロントキャビティおよびバックキャビティを前後に設けた状態でスピーカを収納し、フロントキャビティに連通する開口部を先端に有している。この開口部からフロントキャビティへと至る上記本体部内の空間は、スピーカからフロントキャビティへ放射される音を使用者の外耳道へと案内する音道の役割を果たす。カナル型イヤホンとは、エラストマやシリコンゴムなどの軟性の弾性体により形成されたイヤーピースを上記本体部の先端に装着してなるものである。図７は、カナル型イヤホンの使用態様を示す図である。図７に示すように、カナル型イヤホンは、使用者の外耳道８４にイヤーピースＥＰが押し込まれることによって当該使用者の耳に装着される。カナル型イヤホンのイヤーピースＥＰは軟性の弾性体で形成されているため、使用者の外耳道８４へ押し込まれる過程で外耳道８４の形状に合わせて変形し外耳道８４の壁面に密着する。

カナル型イヤホンは、その装着の際にイヤーピースＥＰが使用者の外耳道８４の壁面に密着するため、周囲への音漏れが少なく、周囲の音によって楽音の受聴が妨げられない、といった特徴を有している。また、カナル型イヤホンは、楽音を聴きながらスポーツなどの運動を行ったとしても使用者の耳から外れ難い、といった特徴も有している。しかし、音漏れが少なく周囲の音によって楽音の受聴が妨げられない、といったカナル型イヤホンの特徴は、その使用状況によっては欠点にもなり得る。例えば、カナル型イヤホンを用いて楽音を聴きながら食事を取る場合には、頭骸骨を介して伝わる咀嚼音が外耳道内にこもり、くぐもった様な聴感となってしまう。また、屋外においてカナル型イヤホンを用いて楽音を聴きながらジョギングをするような場合には、車両の発する走行音や警告音が聴こえず、予期せぬ危険にさらされる虞もある。

特許文献１には、カナル型イヤホンの上記欠点を解消するための技術が開示されている。特許文献１に記載のイヤホンは、一端が外耳道に向って開口し他端が外部の空間に向って開口するチャネルと、当該チャネルの他端を開放または閉鎖する手段と、をハウジング部に有している。上記チャネルを開放することによって当該イヤホンの使用者は外部の音を聴くことができ、逆に、上記チャネルを閉鎖することによって、外部の音を遮断することができるのである。

特表２００９−５２５６２９号公報 特許第４３２０６２９号 実公平０６−０２３１１２号公報 特許３１５４２１４号 ＷＯ２００９／０３１２３８

しかし、上記チャネルを開放した状態（すなわち、チャネルを介して外耳道が外部の空間と連通し密閉されていない状態：以下、「非密閉状態」と呼ぶ。逆に、外耳道が外部の空間と連通していない状態を「密閉状態」と呼ぶ）では、スピーカによる再生音の周波数応答が低音域で大きく落ち込み、楽音の再生音質が大きく低下するという問題がある。
本発明は以上に説明した課題に鑑みて為されたものであり、非密閉状態における再生音質の低下が少ないカナル型イヤホンを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、フロントキャビティを前方に設けた状態でスピーカを収納する第１の空間を内部に有するとともに、前記第１の空間を使用者の外耳道に連通させる第１の開口部が先端に設けられている本体部であって、前記第１の開口部付近に設けられた第２の開口部を介して前記第１の空間と連通する第２の空間を内部に有し、前記第２の空間を外部の空間に連通させる第３の開口部が設けられている本体部と、前記第２の開口部と前記第３の開口部の少なくとも一方に対して開閉自在に設けられる蓋部と、前記蓋部を開閉する開閉制御部と、を有し、前記蓋部と前記開閉制御部は前記第２の空間内に設けられており、前記第１の開口部から前記第２の開口部および前記第３の開口部を経て外部の空間に至る空気の流通路に設けられる通気抵抗体をさらに有することを特徴とするイヤホンを提供する。

このようなイヤホンにおいては、蓋部を開いた状態では第１、第２および第３の開口部を経由する空気の流通路が形成される。このような空気の流通路が形成された状態では、当該イヤホンの使用者の外耳道は上記流通路を介して外部の空間と連通するため、密閉状態とはならない。本発明のイヤホンでは開閉制御部によって蓋部の開閉制御を行うことが可能であるため、弾性体により形成されたイヤーピースを上記本体部の先端に装着してカナル型イヤホンとして用いた場合であっても、蓋部の開閉によって密閉状態と非密閉状態とを切り換えることができる。非密閉状態においては、上記流通路内における気体分子の流動は通気抵抗体によって規制され、再生音の周波数応答は当該通気抵抗体が存在しない場合におけるものとは異なったものとなる。詳細については後述するが、上記蓋部を開いた状態では、当該イヤホン、使用者の外耳道および鼓膜によってヘルムホルツ共鳴器が形成され、上記通気抵抗体の通気抵抗が大きいほど、ヘルムホルツ共鳴周波数より低域の音の音圧低下が少なくなる。これにより、非密閉状態における再生音質の低下が少なくなるのである。なお、上記通気抵抗体の具体例としては、不織布、綿、または連続発泡樹脂により形成された部材を用いていることが考えられる。

特許文献２〜特許文献５には、ヘッドホンにおける音響特性を適宜調整することを可能にする技術が開示されている。例えば、特許文献２には、スピーカバッフルの一部に開閉穴を設け、この開閉穴を開閉することで音響特性を調整する技術が記載されている。特許文献３には、イヤーパッドに外部の空間と連通する開口と、この開口の大きさを調整する手段とを設けることで音響特性を調整する技術が開示されている。そして、特許文献４には、ヘッドホンに外部の空間と連通する空間を設けるとともに、その空間の開口部にダイヤフラムを設け、ダイヤフラム共振を利用して音響特性を調整する技術が開示されている。しかし、これらは何れもヘッドホンにおける音響特性の調整を可能にするものであって、カナル型イヤホンの改良に関する本願発明とは全く異なるものである。カナル型イヤホンではスピーカバッフルの一部に開閉穴を設けることはできず、また、カナル型イヤホンはイヤーパッドを有しないからである。また、前述したように本願発明はヘルムホルツ共鳴系であって、ダイヤフラム共振を利用する特許文献４に開示された技術とは全く異なるものである。特許文献５には、音道の役割を果たす音響制御管４（筒形状部４１）の長さや径を変えることで音響特性の調整が可能なイヤホンが開示されている。しかし、特許文献５に記載のイヤホンは音道と外部の空間とを連通させる開口部を有しておらず、少なくともこの点において本願発明とは異なるのである。

より好ましい態様においては、前記第３の開口部は、前記第１の開口部の近傍に設けられていることを特徴とする。前述したように、本発明のイヤホン、当該イヤホンが挿入された外耳道および鼓膜からなる音響系はヘルムホルツ共鳴器として捉えることができ、第１の開口部の近傍（すなわち、上記ヘルムホルツ共鳴器においてキャビティの役割を果たす空間の主要な容積を占める外耳道の近傍）に第３の開口部が設けられているほうが、ヘルムホルツ共鳴を効率良く起こさせることができると考えられるからである。

さらに好ましい態様としては、前記蓋部が閉じていない状態において前記第１の開口部から前記第２の開口部および前記第３の開口部を経て外部の空間に至る空気の流通路における通気抵抗を変化させる手段をさらに設ける態様が考えられる。このような態様によれば、蓋部を閉じていない状態でイヤホンを使用する際に、第１の開口部から第２の開口部および第３の開口部を経て外部の空間に至る空気の流通路における通気抵抗を再生対象の楽曲の周波数分布に応じて調整することで再生音の周波数応答の最適化をはかることができると期待される。

さらに別の好ましい態様としては、前記開閉制御部としてラッチ型ソレノイドなどのラッチ型アクチュエータを用いる態様が考えられる。詳細については後述するが、このような態様によれば蓋部を開くとき、或いは蓋部を閉じるときだけ上記ラッチ型アクチュエータを通電させれば良く、蓋部を閉じた状態或いは同蓋部を開いた状態の維持に電力を要しない、といった利点があるからである。

本発明の実施形態のイヤホン１Ａの外観および使用態様を示す図である。 同イヤホン１Ａの構成を示す断面図である。 同イヤホン１Ａの開閉制御部３０の構成および動作を模式的に示した図である。 本発明の原理を説明するための模式図である。 同イヤホン１Ａの効果を説明するための図である。 本発明の変形例を説明するための図である。 カナル型イヤホンの使用態様を説明するための図である。

以下、図面を参照し、この発明の実施形態について説明する。
＜Ａ：実施形態＞
図１は、本発明の一実施形態のイヤホン１Ａの外観および使用態様を示す図である。
イヤホン１Ａはカナル型イヤホンであり、図１に示すように、従来のカナル型イヤホン（図７参照）と同様にイヤーピースＥＰを外耳道８４に押し込むようにして使用者の左右の耳に装着される。図１には、使用者の左右の耳のうちの一方に対する装着態様が示されている。図１に示すように、イヤホン１Ａは、本体部１０と、この本体部１０の先端に装着されるイヤーピースＥＰとを含でおり、本体部１０には信号線を介して携帯型音楽プレイヤなどの楽音再生装置から左右の何れか一方のチャネルのオーディオ信号が供給される。イヤーピースＥＰは、エラストマやシリコンゴムなどの軟性の弾性体で形成されている。イヤーピースＥＰは、使用者の外耳道８４に押し込まれる過程において当該外耳道８４の形状に合わせて変形し当該外耳道８４の壁面に密着する。また、本体部１０には、イヤホン１Ａの作動制御を行うコントローラ３２０が接続される。

図２（Ａ）および図２（Ｂ）は、図１のＸＸ´線におけるイヤホン１Ａの断面を示す断面図である。図２（Ａ）および図２（Ｂ）に示すように、本体部１０内部は、大きく２つの空間に区画されている。これら２つの空間のうちの一方（以下、第１の空間）には、フロントキャビティ１１０およびバックキャビティ１２０を前後に設けた状態でスピーカＳＰが収納される。図２に示すように、本体部１０の先端部には、上記第１の空間を使用者の外耳道に連通させる開口部１３０（第１の開口部）が設けられている。開口部１３０と上記第１の空間のうち開口部１３０からフロントキャビティ１１０に至る部分は、スピーカＳＰの音振動をイヤホン１Ａの使用者の外耳道へと案内する音道８６の役割を果たす。本体部１０において上記第１の空間と他方の空間（以下、第２の空間）とを仕切る部材には両空間を連通させる開口部１７０（第２の開口部）が開口部１３０の近傍に設けられており、この開口部１７０には通気抵抗体１７０ａがつめられている。通気抵抗体１７０ａは、例えば不織布や綿、または連続発泡樹脂により形成された部材である。さらに、本体部１０の筐体には、上記第２の空間を外部の空間に連通させる開口部１６０（第３の開口部）が設けられている。これら開口部１６０、１７０および通気抵抗体１７０ａを設けた理由については後に明らかにする。この第２の空間には、開口部１６０に対して開閉自在に設けられた蓋部２０と、この蓋部２０の開閉を行うラッチ型ソレノイド３１０とが収納される。

図２（Ａ）は、蓋部２０を閉じて開口部１６０を塞いだ状態のイヤホン１Ａの断面を示す図であり、図２（Ｂ）は、蓋部２０によって開口部１６０が塞がれていない状態（以下、「開口部１６０が開いた状態」と呼ぶ）のイヤホン１Ａの断面を示す図である。本実施形態では、ラッチ型ソレノイド３１０によって蓋部２０を図２（Ａ）における矢印ＭＡ方向、または図２（Ｂ）における矢印ＭＢ方向にスライドさせることで開口部１６０の開閉が行われる。

例えば、図２（Ａ）に示すように、開口部１６０が蓋部２０によって塞がれている状態においては、蓋部２０を同図２（Ａ）の矢印ＭＡ方向にスライドさせることによって、開口部１６０が開いた状態へと遷移させることができる。逆に、図２（Ｂ）に示すように、開口部１６０が開いた状態においては、蓋部２０を同図２（Ｂ）の矢印ＭＢ方向にスライドさせることによって、開口部１６０を蓋部２０によって閉じた状態へと遷移せることができる。本実施形態では、開口部１６０が閉じた状態では、図２（Ａ）に示すように、蓋部２０によって開口部１７０も塞がれ、開口部１６０が開いた状態では、図２（Ｂ）に示すように、開口部１７０も開放される。このため、図２（Ｂ）に示すように、開口部１６０が開いた状態では、上記第１の空間（すなわち、フロントキャビティ１１０および音道８６の役割を果たす空間）は開口部１７０につめられた通気抵抗体１７０ａおよび１６０を介して外部の空間に連通する。したがって、イヤホン１Ａが使用者の耳に装着された状態で蓋部２０を開いた状態にすると、当該使用者の鼓膜、同外耳道、音道８６およびフロントキャビティ１１０により区画される空間は外部の空間と連通する。その結果、当該空間は密閉状態とはならず、イヤホン１Ａの使用者はスピーカＳＰの再生音に加えて周囲の音を聴くことができる。

図３は、ラッチ型ソレノイド３１０の構成および動作を模式的に示した図である。
図３に示すように、ラッチ型ソレノイド３１０は、このラッチ型ソレノイド３１０の駆動制御を行うコントローラ３２０とともに、蓋部２０の開閉制御を行う開閉制御部３０を構成する。ラッチ型ソレノイド３１０の構成および機能は一般的なラッチ型ソレノイドと何ら変るところはない。具体的には、ラッチ型ソレノイド３１０は、図３に示すように、プランジャ３１０ａ、付勢部材３１０ｂ、励磁コイル３１０ｃ、固定鉄芯３１０ｄ、および永久磁石３１０ｅを含んでいる。

励磁コイル３１０ｃはコントローラ３２０による制御の下で通電し、固定鉄芯３１０ｄとともに電磁石として機能する。固定鉄芯３１０ｄは軸方向の長さが励磁コイル３１０ｃよりも短く、励磁コイル３１０ｃの一端から永久磁石３１０ｅの厚みの分だけ突出するように励磁コイル３１０ｃに挿入されている。永久磁石３１０ｅは、励磁コイル３１０ｃの外径と略同一の外径を有し、かつ励磁コイル３１０ｃの内径と略同一の内径を有するドーナッツ型永久磁石である。本実施形態では、永久磁石３１０ｅの２つのドーナッツ状の面のうち一方がＮ極、他方がＳ極となっている。この永久磁石３１０ｅは、図３に示すように、一方のドーナッツ面（本実施形態では、Ｎ極側の面）が励磁コイル３１０ｃに接するように固定鉄芯３１０ｄにはめ込まれている。

このような構成としたため、図３に示すラッチ型ソレノイド３１０においては、例えば図３（Ａ）に示す向きの電流を励磁コイル３１０ｃに通電させることによって永久磁石３１０ｅの磁場と同じ方向の磁場を上記電磁石に発生させ、逆向きの電流（図３（Ｂ）参照）を励磁コイル３１０ｃに通電させることによって、永久磁石３１０ｅの磁場を相殺する方向の磁場を上記電磁石に発生させることができる。本実施形態では、永久磁石３１０ｅとして一方のドーナッツ面がＮ極、他方のドーナッツ面がＳ極となっているドーナッツ型永久磁石を用いたが、例えば外周面が一方の磁極になっており、内周面が他方の磁極となっているドーナッツ型永久磁石を永久磁石３１０ｅとして用いても良い。このような構成のドーナッツ型永久磁石であっても、励磁コイル３１０ｃに通電させる電流の方向によって、当該永久磁石の磁場と同じ方向、或いは相殺する方向の磁場を励磁コイル３１０ｃに発生させることができるからである。

付勢部材３１０ｂは、励磁コイル３１０ｃの内径よりもやや大きな内径を有する弦巻ばねである。プランジャ３１０ａは、励磁コイル３１０ｃの内径よりもやや小さい直径を有する円筒状のプランジャ軸と、励磁コイル３１０ｃの内径よりもやや大きい直径を有する扁平な円筒状の頭部と、により構成されている。このプランジャ３１０ａは例えば鉄などの強磁性材料により形成されている。プランジャ３１０ａの頭部は蓋部２０に連接されており、同プランジャ軸は付勢部材３１０ｂを介して励磁コイル３１０ｃに挿入されている。図３に示すように、付勢部材３１０ｂはプランジャ３１０ａの頭部と励磁コイル３１０ｃに挟まれている。

プランジャ３１０ａは強磁性材料で形成されているため、図３（Ａ）に示すように、永久磁石３１０ｅにより形成される磁場と同じ方向の磁場を励磁コイル３１０ｃに発生させると、プランジャ３１０ａは、永久磁石３１０ｅおよび上記電磁石による磁力によって吸引されて付勢部材３１０ｂを押し縮め、固定鉄芯３１０ｄに吸着する。したがって、蓋部２０が閉じた状態から開いた状態に遷移させる際には、永久磁石３１０ｅにより形成される磁場と同じ方向の磁場を励磁コイル３１０ｃに発生させる電流を励磁コイル３１０ｃに通電させれば良い。本実施形態では、永久磁石３１０ｅによる磁力のほうが付勢部材３１０ｂによる付勢力を上回るように構成されている。このため、プランジャ３１０ａが固定鉄芯３１０ｄに吸着した状態で励磁コイル３１０ｃに流れる電流をオフにしても、プランジャ３１０ａは固定鉄芯３１０ｄに吸着されたままの状態となる。

これに対して、プランジャ３１０ａが固定鉄芯３１０ｄに吸着した状態において、図３（Ｂ）に示すように永久磁石３１０ｅにより形成される磁場を相殺する方向の磁場を励磁コイル３１０ｃに発生させると、付勢部材３１０ｂが自然長となるまで伸張し、その付勢力によってプランジャ３１０ａを復位させる。したがって、蓋部２０が開いた状態から閉じた状態に遷移させる際には、永久磁石３１０ｅにより形成される磁場を相殺する方向の磁場を励磁コイル３１０ｃに発生させる電流を励磁コイル３１０ｃに通電させれば良い。そして、付勢部材３１０ｂが自然長まで伸びきった後は、励磁コイル３１０ｃに流れる電流をオフにしてもこの状態が維持されるのである。つまり、本実施形態のイヤホン１Ａにおいては、蓋部２０を開けるとき、または同蓋部２０を閉じるときのみ励磁コイル３１０ｃを通電させればよく、電力の消費を伴わずに蓋部２０を開いた状態、または同蓋部２０を閉じた状態を維持することができるのである。

コントローラ３２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）により構成された揮発性メモリと、例えばＲＯＭ（Read
Only Memory）により構成された不揮発性メモリとを含んでいる（図３（Ａ）および（Ｂ）では何れも図示略）。このコントローラ３２０は、例えばボリュームコントローラなどとともに、イヤホン１Ａと楽音再生装置とを接続するケーブル上に設けられている。上記不揮発性メモリには、本実施形態の特徴を顕著に示す態様で蓋部２０を開閉するようにラッチ型ソレノイド３１０を駆動する処理を上記ＣＰＵに実行させる開閉制御プログラムが予め記憶されている。上記揮発性メモリは、この開閉制御プログラムを実行する際のワークエリアとして上記ＣＰＵによって利用される。そして、この開閉制御プログラムにしたがって作動しているＣＰＵは、図示せぬ操作部に対してイヤホン１Ａの使用者により為された操作に応じて、蓋部２０を開閉する処理を実行する。つまり、イヤホン１Ａの使用者により蓋部２０を閉じることを指示する操作が為された場合には、上記ＣＰＵは図３（Ｂ）に示すように永久磁石３１０ｅにより形成される磁場を相殺する方向の磁場を形成させる電流を励磁コイル３１０ｃに通電し、逆に、蓋部２０を開くことを指示する操作が為された場合には、図３（Ａ）に示すように永久磁石３１０ｅにより形成される磁場と同一方向の磁場を形成させる電流を励磁コイル３１０ｃに通電させる。これにより蓋部２０の開閉が行われるのである。
以上が本実施形態のイヤホン１Ａの構成である。

前述したように、本実施形態では、イヤホン１Ａが使用者の耳に装着された状態で蓋部２０を開いた状態とすると、当該使用者の外耳道は開口部１３０、開口部１７０（通気抵抗体１７０ａ）および開口部１６０を介して外部の空間と連通し（すなわち、密閉状態とはならず）、使用者はスピーカＳＰの再生音に加えて周囲の音を聴くことができる。ここで、通気抵抗体１７０ａが設けられていなかったとすると、蓋部２０を開くことによってスピーカＳＰの再生音の低音域の音圧が大きく低下することは前述したとおりである。通気抵抗体１７０ａは、蓋部２０を開いた状態における再生音の低音域の音圧低下を抑えるために設けられているのである。通気抵抗体１７０ａを設けることによって、蓋部２０を開いた状態における再生音の低音域の音圧低下を抑えることができる理由は以下の通りである。

本出願人は、蓋部２０が開いた状態のイヤホン１Ａ、外耳道８４および鼓膜８２により形成される音響系を図４（Ａ）に示すヘルムホルツ共鳴器モデルにより表すことができることを発見した。より詳細に説明すると、図４（Ａ）に示すヘルムホルツ共鳴器モデルでは、イヤホン１Ａを装着している使用者の外耳道、音道およびフロントキャビティで構成される空間がキャビティ４０ａの役割を果たし、開口部１３０および開口部１６０を経て外部の空間に至る空気の流通路がネック４０ｂの役割を果たす。本発明は、この発見に基づくものである。

図４（Ａ）に示すヘルムホルツ共鳴器モデルは、さらに、図４（Ｂ）に示す力学モデルにより表すことができる。図４（Ｂ）に示す力学モデルにおいて、外力に応じて振動する質点４０ｄ、およびこの質点４０ｄに一端が固定され、鼓膜８２、イヤホン１Ａの筐体および外耳道の壁面で構成される空間の壁面に対応する固定端４０ｃに他端が固定されたバネ４０ｅは、スピーカＳＰの振動板に対応する。同様に、質点４０ｄと固定端４０ｃとの間に直列に介挿されたバネ４０ｆ、質点４０ｇ、およびダンパ４０ｈは、キャビティ４０ａ内の空気のバネ、ネック４０ｂ内の空気の質量、および通気抵抗体１７０ａを含むネック４０ｂの抵抗に各々対応する。以下、スピーカＳＰの固有振動数よりも低い周波数ｆの音を当該スピーカＳＰに放射させた場合におけるキャビティ４０ａ内の音圧ｐの周波数応答を図４（Ｂ）に示す力学モデルに基づいて考察する。

数１は図４（Ｂ）に示す力学モデルにおいて質点４０ｄに働く力の釣り合いの式であり、数２は質点４０ｇに着目した運動方程式である。なお、数１において、ｋ_ｓはバネ４０ｅのばね定数であり、ｋ_ｃはバネ４０ｆのばね定数である。数２においても同様である。また、数２におけるｃ_ｈはダンパ４０ｈの抗力とその押し込み速度との間の比例関係を示す比例定数であり、ｍ_ｇは質点４０ｇの質量であり、ｊは虚数単位である。ここで、数１および数２のｘ_０，ｘ_１およびＦを数３のようにおくと（ただし、ω＝２πｆ）、数１は数４と等価となり、数２は数５と等価となる。数４および数５は代数方程式であり、これらを連立させて解くと、数３のＸ_０およびＸ_１は以下の数６のように求まる。一方、キャビティ４０ａ内の音圧ｐは質点４０ｇの変位ｘ_１と剛壁４０ｄの変位ｘ_０との差に比例するのであるから、以下の数７のように表される。ここで、数７における減衰比ζは以下の数８により表される値である。また、数７のｆ_ｎは、通気抵抗体１７０ａがない（換言すれば、ｃ_ｈ＝０）とした場合におけるヘルムホルツ共鳴周波数であり、以下の数９により表される。数９においてＳ_ｇはネック４０ｂの開口部の面積であり、ｌ_ｇは同ネック４０ｂの長さである。そして、同数９のＶ_ｃはキャビティ４０ａの体積であり、ｃは音速である。

図５（Ａ）は、ζ＝０．２、１．０、１０、および∞とした場合の各々について数７にしたがって算出される周波数応答（すなわち、各周波数における音圧の大きさ）のグラフＳ１〜Ｓ４を描画した図である。より詳細に説明するとグラフＳ１はζ＝０．２に、グラフＳ２はζ＝１．０に、グラフＳ３はζ＝１０に、グラフＳ４はζ＝∞に夫々対応する。前掲数８を参照すれば明らかように、ｍ_ｇおよびｋ_ｃが一定であるとすると、ｃ_ｈが大きいほど（すなわち、通気抵抗体１７０ａにおける通気抵抗が大きい）ほどζは大きくなる。そして、ζ＝∞は蓋部２０が閉じた状態に対応する。図５（Ａ）を参照すれば明らかように、ｃ_ｈが大きいほど（すなわち、通気抵抗体１７０ａにおける通気抵抗が大きい）ほど、ヘルムホルツ共鳴周波数ｆ_ｎより低い周波数帯域の音圧の落ち込みは小さくなっている。つまり、通気抵抗体１７０ａとして通気抵抗が大きいものを用いるほど、蓋部２０を開いた状態におけるヘルムホルツ共鳴周波数ｆ_ｎより低い周波数帯域の音圧の低下を抑えることができると予想される。

図５（Ｂ）は、蓋部２０を閉じた場合、通気抵抗体１７０ａを設けない状態で蓋部２０を開いた場合、通気抵抗体１７０ａとして不織布１を用いた状態で蓋部２０を開いた場合、および通気抵抗体１７０ａとして不織布２を用いた状態で蓋部２０を開いた場合の各々における外耳道内の再生音の周波数応答の実測値をプロットして得られるグラフＲ１〜Ｒ４を描画した図である。より詳細に説明すると、グラフＲ１は通気抵抗体１７０ａを設けない状態で蓋部２０を開いた場合の周波数応答を、グラフＲ２は通気抵抗体１７０ａとして不織布１を用いた状態で蓋部２０を開いた場合の周波数応答を、グラフＲ３は通気抵抗体１７０ａとして不織布２を用いた状態で蓋部２０を開いた場合の周波数応答を、グラフＲ４は蓋部２０を閉じた場合の周波数応答を夫々表す。なお、不織布２は、不織布１と同一素材で不織布１よりも厚く形成されている。つまり、不織布２の通気抵抗は不織布１の通気抵抗よりも大きいのである。図５（Ｂ）を参照すれば明らかように、通気抵抗体１７０ａの通気抵抗が大きいほど、ヘルムホルツ共鳴周波数ｆ_ｎより低い周波数帯域の音圧の落ち込みが小さくなっており、上記理論計算に基づく予測が正しいことが裏付けられた。つまり、通気抵抗体１７０ａとして適度な大きさの通気抵抗を有するものを用いれば、蓋部２０を開いた状態における再生音の低音域の音圧低下をその通気抵抗に応じて抑えることができるのである。これが、蓋部２０を開いた状態では通気抵抗体１７０ａを介して上記第１の空間および使用者の外耳道を外部の空間と連通させるようにした理由である。

このような構成としたため、本実施形態のイヤホン１Ａによれば、例えば、当該イヤホン１Ａを耳に装着して楽音を聴きながら食事を取る場合には、操作部に対する操作により蓋部２０を開く処理をコントローラ３２０に行わせ、蓋部２０を開いておくことにより、頭骸骨を介して伝わる咀嚼音が外耳道内にこもることを回避しつつ、再生音質の劣化（低音域の音圧低下）を抑えた状態で楽音を聴くことができる。また、屋外において当該イヤホン１Ａを用いて楽音を聴きながらジョギングなどを行う場合においても、同様に蓋部２０を開いておけば、再生音質の劣化を抑えながら楽音を聴きつつ、開口部１６０および通気抵抗体１７０ａを介して周囲の音（車両の発する走行音や警告音など）を聴くことができ、危険な状況を予め回避することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、密閉状態と非密閉状態の切り換えが可能で、かつ、非密閉状態における低音域の音圧の低下が少ないカナル型イヤホンを提供することができるのである。なお、本実施形態では、蓋部２０の開閉によって、開口部１６０が開いている状態では開口部１７０も開いている状態とし、開口部１６０が閉じている状態では開口部１７０も閉じている状態としたが、開口部１６０と開口部１７０の何れか一方を蓋部２０により開閉し、他方を常時開けておく態様によっても、本実施形態と同一の効果が得られる。

＜Ｂ：他の実施形態＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、この実施形態に以下に述べる変形を加えても勿論良い。
（１）上述した実施形態では、軟性の弾性体により形成されたイヤーピースＥＰがイヤホン１Ａの本体部１０に予め装着されていた。しかし、イヤホン１ＡからイヤーピースＥＰを除いた部分をイヤホンとして流通させても良い。イヤーピース部分は使用に伴って劣化する消耗品であるとともに、使用者の嗜好が強く表れる部分でもあるため、イヤーピースのみ単体で様々な種類のものが市場に流通している。これら一般に流通しているイヤーピースのうちから使用者の嗜好に則したものを選択し、そのイヤーピースを装着することでカナル型イヤホンとして使用することができるようにするためである。このように、イヤホン１ＡからイヤーピースＥＰを除いて流通させる態様であっても上記実施形態と同一の効果が得られることは言うまでもない。本発明の特徴である開口部１６０、開口部１７０、通気抵抗体１７０ａ、蓋部２０および蓋部２０を開閉するためのラッチ型ソレノイド３１０は何れも本体部１０に内蔵されており、蓋部２０の開閉制御を行うコントローラ３２０は例えばボリュームコントローラなどとともにイヤホン１Ａと楽音再生装置とを接続するケーブル上に設けられているからである。

（２）上述した実施形態では、蓋部２０を開閉するためのアクチュエータとしてラッチ型のもの（ラッチ型ソレノイド）を用いたが、プル型ソレノイド（或いはプッシュ型ソレノイド）などプル型（或いはプッシュ型）のものを用いるようにしても勿論良い。また、ソレノイド以外の電磁式のもの、静電式、圧電式、或いは高分子式など他の方式のアクチュエータを用いても良い。ただし、プル型（或いはプッシュ型）のアクチュエータを用いて蓋部２０の開閉制御を行う場合、それらアクチュエータを通電させた状態における蓋部２０の位置をその通電前の位置に復位させる機構を別途設ける必要がある。また、プル型（或いはプッシュ型）のアクチュエータを用いて蓋部２０の開閉制御からを行う態様では、蓋部２０が開いた状態（或いは閉じた状態）を維持するのにそれらアクチュエータを通電させ続ける必要があり、この点においてラッチ型のものを用いた場合に比較して劣る。

（３）上述した実施形態では、蓋部２０を開閉するためにアクチュエータ（ラッチ型ソレノイド）を用いたが、手動で蓋部２０を開閉するようにしても勿論良い。具体的には、図２（Ａ）および図２（Ｂ）に示すイヤホン１Ａからラッチ型ソレノイド３１０を取り去り、当該ラッチ型ソレノイド３１０が格納されていた空間方向に蓋部２０を延在させてその一端を本体部１０から貫通させ、蓋部２０のうち本体部１０から突出している部分を図２（Ａ）の矢印ＭＡ方向に引き出す、或いは図２（Ｂ）の矢印ＭＢ方向に押し込むことにより蓋部２０の開閉を行うようにすれば良い。

（４）上述した実施形態では、第１の空間と第２の空間とを連通させる開口部１７０が開口部１３０の近傍に設けられており、第２の空間を外部の空間に連通させる開口部１６０も開口部１３０の近傍に設けられていた。これは、イヤホン１Ａ、使用者の外耳道８４および鼓膜８２からなる音響系をヘルムホルツ共鳴器として捉えた場合に、開口部１６０が開口部１３０の近くに設けられているほど（すなわち、ネックの開口部がキャビティの役割を果たす外耳道の近くに設けられているほど）、ヘルムホルツ共鳴を効率良く起こさせることができると考えられるからである。このように、開口部１６０が開口部１３０の近くに設けられている態様が最良であると考えられるが、開口部１６０を設ける位置は開口部１３０の近傍に限定されるものではないことは言うまでもない。

（５）上述した実施形態では、蓋部２０を開いた状態における開口部１３０から開口部１６０を経て外部の空間に至る空気の流通路の通気抵抗が固定されていたが、この通気抵抗を使用者の操作に応じて変化させる手段を設けても良い。図６（Ａ）は、本変形例に係るイヤホンの構成例を示す側断面図である。図６（Ａ）に示すように、このイヤホンの構成は、通気抵抗体１７０ａに換えて仕切り板１８０を設けた点と、蓋部２０およびラッチ型ソレノイド３１０に換えて蓋部１９０を設けた点がイヤホン１Ａの構成と異なっている。蓋部１９０は、円筒状部材であって、その中心軸ＣＣ´方向の長さは、一端が仕切り板１８０に当接した状態において他端が本体部１０から突出する長さとなっている。図６（Ａ）および図６（Ｂ）に示す蓋部１９０は、中心軸ＣＣ´を回転軸として回転可能なように仕切り板１８０に軸止されている。当該イヤホンの使用者は本体部１０から突出している蓋部１９０の端部をつまんで図中矢印方向に蓋部１９０を回転させることができる。

図６（Ｂ）は、仕切り板１８０および蓋部１９０の詳細構成を示す分解斜視図である。図６（Ｂ）に示すように、仕切り板１８０には、蓋部１９０の円形状の面の半径よりも小さい直径を有する円形の開口部１８０ａが設けられており、この開口部１８０ａは薄膜状の通気抵抗体１８０ｂにより覆われている。一方、蓋部１９０には、円筒面を貫通するように回転軸Ｃと直交する貫通孔１９０ａが穿設されている。図６（Ａ）および図６（Ｂ）に示すように、中心軸ＣＣ´方向の開口部１６０の長さがＤであるとすると、貫通孔１９０ａは、蓋部１９０の一端（仕切り板１８０に当接するほうの端部）から中心軸ＣＣ´方向にＤ１（Ｄ１＜Ｄ）だけ隔てた位置に穿設されている。そして、蓋部１９０の仕切り板１８０に当接する円形状の面には、貫通孔１９０ａと連通し、開口部１８０ａと同じ直径を有する２つの孔部１９０ｂおよび１９０ｃが当該円形状の面の直径方向に間隔を開けて穿設されている。これら孔部１９０ｂおよび１９０ｃのうち、孔部１９０ｃは、通気抵抗体１８０ｂと同じ通気抵抗を有する通気抵抗体１９０ｄにより覆われている。

このような構成としたため、図６（Ａ）に示すイヤホンにおいては、蓋部１９０を回転軸ＣＣ´を中心に回転させ、孔部１９０ｂが開口部１８０ａと重なるようにすることで開口部１３０→開口部１８０ａ（通気抵抗体１８０ｂ）→孔部１９０ｂ→貫通孔１９０ａ→開口部１６０といった空気の流通路が形成される。これに対して、孔部１９０ｃが開口部１８０ａと重なるよう蓋部１９０を回転軸ＣＣ´を中心に回転させると、開口部１３０→開口部１８０ａ（通気抵抗体１８０ｂ）→通気抵抗体１９０ｄ→孔部１９０ｃ→貫通孔１９０ａ→開口部１６０といった空気の流通路が形成される。前述したように通気抵抗体１９０ｄは通気抵抗体１８０ｂと同じ通気抵抗を有しているのであるから、孔部１９０ｃを開口部１８０ａに重ね合わせた状態のほうが、孔部１９０ｂを重ね合わせた状態よりも、開口部１３０から開口部１６０を経て外部の空間に至る空気の流通路における通気抵抗は大きくなる。

また、孔部１９０ｂおよび１９０ｃの何れもが開口部１８０ａに重なり合わない状態（例えば、孔部１９０ｂ或いは１９０ｃが開口部１８０ａに重なっている状態から時計周り、或いは反時計周りに９０度だけ蓋部１９０を回転させた状態）とすれば、蓋部１９０によって開口部１６０を塞いだ状態とすることができることは言うまでもない。つまり、本変形例の蓋部１９０は、密閉状態と非密閉状態とを切り換える蓋部の役割を果たすとともに、蓋部が閉じていない状態において開口部１３０から開口部１６０を経て外部の空間に至る空気の流通路における通気抵抗を使用者の操作に応じて変化させる手段として機能するのである。なお、図６に示す例では、蓋部１９０を手動で回転させることで、開口部１３０から開口部１６０を経て外部の空間に至る空気の流通路における通気抵抗を変化させたが何等かのアクチュエータを用いて蓋部１９０を回転させるようにしても良い。

このように、開口部１３０から開口部１６０を経て外部の空間に至る空気の流通路の通気抵抗を変化させることができれば、再生対象の楽曲の周波数分布に応じて上記通気抵抗の大きさを調整し、外耳道内における周波数応答を最適化しつつその楽曲を聴くことが可能になる。また、本変形例では、開口部１３０から開口部１６０を経て外部の空間に至る空気の流通路の通気抵抗を使用者の操作に応じて変化させたが、楽曲選択に連動させて通気抵抗を変化させるようにしても勿論良い。

１Ａ…イヤホン、１０…本体、１１０…フロントキャビティ、１２０…バックキャビティ、１３０，１６０，１７０…開口部、１７０ａ…通気抵抗体、２０…蓋部、３０…開閉制御部、３１０…ラッチ型ソレノイド、３１０ａ…プランジャ、３１０ｂ…付勢部材、３１０ｃ…励磁コイル、３１０ｄ…固定鉄芯、３１０ｅ…永久磁石、３２０…コントローラ、８２…鼓膜、８４…外耳道、８６…音動、ＥＰ…イヤーピース。

Claims (4)

1. フロントキャビティを前方に設けた状態でスピーカを収納する第１の空間を内部に有するとともに、前記第１の空間を使用者の外耳道に連通させる第１の開口部が先端に設けられている本体部であって、前記第１の開口部付近に設けられた第２の開口部を介して前記第１の空間と連通する第２の空間を内部に有し、前記第２の空間を外部の空間に連通させる第３の開口部が設けられている本体部と、
   前記第２の開口部と前記第３の開口部の少なくとも一方に対して開閉自在に設けられる蓋部と、
   前記蓋部を開閉する開閉制御部と、を有し、
   前記蓋部と前記開閉制御部は前記第２の空間内に設けられており、
   前記第１の開口部から前記第２の開口部および前記第３の開口部を経て外部の空間に至る空気の流通路に設けられる通気抵抗体をさらに有する
   ことを特徴とするイヤホン。
2. 前記通気抵抗体は、不織布、綿、または連続発泡樹脂により形成された部材であることを特徴とする請求項１に記載のイヤホン。
3. 前記第３の開口部は、前記第１の開口部の近傍に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のイヤホン。
4. 前記蓋部が閉じていない状態において前記第１の開口部から前記第２の開口部および前記第３の開口部を経て外部の空間に至る空気の流通路における通気抵抗を変化させる手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のイヤホン。

Images