JP2016213613A - 開放型ヘッドホン - Google Patents

Abstract

【課題】振動板の後部側が保護ネットにより覆われる開放型のヘッドホンにおいて、大気に開放された後部側に放射される音波による前記保護ネットの振動を抑制し、異音の発生を防止する。
【解決手段】ヘッドホンユニット５を備え、前記ヘッドホンユニットの後部側が開放された開放型のヘッドホン１であって、前記ヘッドホンユニットの後に配置された保護ネット２５と、前記保護ネットを保持する保持部材２９を有し、後部側に配置される前記保護ネットは、後方に突出するドーム状に形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、振動板の変位によって生じる音波のうち、耳側はイヤーパットで密閉され、外側は自由空間に放射される開放型ヘッドホンに関する。

ヘッドホンにおいて、固定極に印加された音声信号の交流電圧により静電気を変化させ振動板を振動させるコンデンサ型のヘッドホンや、磁気回路においてコイルが設けられた振動板を振動させるダイナミック型のヘッドホンなどが知られている。
以下、コンデンサヘッドホンを例に説明する。コンデンサヘッドホンに用いられる電気音響変換器（コンデンサヘッドホンユニットと呼ぶ）には、シングル型と、プッシュプル型とがある。シングル型では、振動板の片側に固定極が配置され、プッシュプル型では、振動板の両側に固定極が配置される。前記シングル型では、低域共振周波数を下げることに問題があるため、全帯域型の実現が困難とされている。そのため、特許文献１、２に示されるように現在実用化されているものの殆どがプッシュプル型である。

一例として、図４に従来のプッシュプル型コンデンサヘッドホンの主要部構成を示す。図４は断面図である。図示するコンデンサヘッドホン５０は、スピーカとしてのプッシュプル型のコンデンサヘッドホンユニット５５を有している。このコンデンサヘッドホンユニット５５は、振動板５１と、その両側に一対の固定極６１，６２とを備えている。振動板５１は、振動板リング６３に所定のテンションがかけられた状態で張設されている。リング状の絶縁座６４によって固定極６１、６２の周縁部が支持されている。

前記振動板５１には、極めて薄い（１〜３μｍ程度）高分子フィルムが用いられる。この高分子フィルムには、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）やポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などが用いられる。振動板５１の両面には、金属蒸着或いは高抵抗皮膜処理などにより、導電性が付与されている。振動板リング６３は、黄銅合金などの導電材よりなる。

また、固定極６１，６２には、黄銅合金やアルミニウムなどの金属板が用いられる。固定極６１，６２には、音を放出するための多数の孔（直径０．１〜１．０ｍｍ程度）が開けられている。多くの場合、固定極６１，６２には、振動板５１との対向面にエレクトレット材が貼付されている。このエレクトレット材は、帯電処理した高分子フィルムである。このような構成において、振動板５１と固定極６１，６２との間に成極電圧が印加され、固定極６１、６２に音声信号電圧が加えられる。振動板５１と固定極６１、６２間に発生する静電気力によって、振動板５１が変位する。その結果、振動板５１から音波が放射される。

ところで、図４に示す開放型コンデンサヘッドホン５０にあっては、振動板５１の変位によって発生した音波のうち、耳側の音波はイヤーパット５２で密閉されているため耳に加えられ、耳とは逆側（後部側と呼ぶ）の音波は自由空間に放射される。
コンデンサヘッドホンユニット５５において、その振動板５１は前記のように数μｍの厚みであるため、変換効率を高めるためには、音響機械振動系のインピーダンスが低く設計されなければならない。このため音波が自由空間に効率良く放射されるためには、振動板の近傍にこれを妨げるような音響インピーダンスを形成する構造物が無いことが好ましい。

前記コンデンサヘッドホンユニット５５の前後には、湿度と埃の侵入を防止する防湿膜５３、５４が取り付けられ、さらにその外側には防湿膜を機械的に保護する保護ネット５６、５７が備えられる。前記のように振動板５１の近傍に自由空間に放射することを妨げる音響インピーダンスがあると好ましくないため、一般的に保護ネット５６、５７には十分な空間率を確保するため、線径の細い金属網等（例えば、直径０．３５ｍｍ、２０メッシュ）が用いられる。

特開昭５８−２７７２０号公報 特開２００８−４２４３６号公報

しかしながら、前記線径が細い金属網では、その機械強度が低い。そのため、音波や振動が加えられると、このような金属網は容易に振動して音波を放射する。この保護ネットは耳に近接していることから、放射された音波は容易に耳に到達して音質を劣化させる（異音を発生させる）。

また、前部側（耳側）ではイヤーパット５２が周囲を密閉しているため、音圧が加わりやすい。しかし、粒子変位の振幅が小さいため、保護ネット５７の振動も小さい。
一方、後部側（耳側とは反対側）は大気に開放されているため、図５に示すように振動板中央から球面波として音波が放射される。そのため、保護ネットには空気分子の流れを伴う応力が加わる。より具体的には、音波が振動板中央から拡散し、音波の粒子変位の振幅が大きくなるため、保護ネットの中央部およびその付近が振動しやすくなる。このため、特に後部側の保護ネット５６の機械強度は高くなければならない。
しかしながら、機械強度の高い線径が太い金属網の空間率は低い。このような金属網は不要な音響インピーダンスを構成し、自由空間への音波の放射を妨げる。そのため、細い線径で一定の空間率を備え、機械強度が高い保護ネットを用いた開放型コンデンサヘッドホンが望まれている。

本発明は、前記した点に着目してなされたものであり、振動板の後部側が保護ネットにより覆われる開放型のヘッドホンにおいて、大気に開放された後部側に放射される音波による前記保護ネットの振動を抑制し、異音の発生を防止することができる開放型ヘッドホンを提供することを目的とする。

前記した課題を解決するために、本発明に係る開放型ヘッドホンは、ヘッドホンユニットを備え、前記ヘッドホンユニットの後部側が開放された開放型のヘッドホンであって、前記ヘッドホンユニットの後に配置された保護ネットと、前記保護ネットを保持する保持部材を有し、後部側に配置される前記保護ネットは、後方に突出するドーム状に形成されていることに特徴を有する。
尚、前記保持部材は、前記ヘッドホンユニット後部側において、前記保護ネットの周端部が係止可能な係止部を有し、前記保護ネットは、周端部が径方向外側に付勢する状態で前記係止部に係止していることが望ましい。
また、前記保護ネットは、少なくとも４０〜６０％の空間率を有する金属網により形成されていることが望ましい。
また、前記ヘッドホンユニットとして、固定極板に振動板が対向配置されたコンデンサヘッドホンユニット、或いは、動電型ヘッドホンユニットを適用することができる。

このように開放型のヘッドホンユニットの大気に開放された後部側において、保護ネットをドーム状に形成したことにより、ネットの面積が大きくなり、空気の連通可能な領域が拡大する。その結果、保護ネットの音響抵抗が小さくなり、保護ネットに囲われた空気室が等価的に大きくなる。そのため、開放型のヘッドホンユニットの後部側において音響インピーダンスが低下し、外部との音響的結合性が向上する。
また、保護ネットをドーム状に形成したことにより、ネットが平坦形状の場合よりも、振動板中央からネットまでの距離が長くなる。そのため、球面波として放射される音波による振動が抑制される。
さらに、前記保護ネットはネット周端部が径方向外側に付勢する状態で係止部に係止し支持される。そのため、保護ネットには応力が掛かり続け、保護ネットの張力が小さくなる。したがって、細径で空間率が高い金属網であっても、機械的強度が向上し、放射された音波による不要な振動が予防できる。
以上から、音波による保護ネットの振動を抑制し、ネットの振動に起因する異音の発生を防止することができる。

本発明によれば、振動板の後部側が保護ネットにより覆われる開放型のヘッドホンにおいて、大気に開放された後部側に放射される音波による前記保護ネットの振動を抑制し、異音の発生を防止することができる開放型ヘッドホンを提供することができる。

図１は、本発明に係る開放型ヘッドホンとしてのコンデンサヘッドホンの主要部を示す断面図である。 図２は、図１のコンデンサヘッドホンの等価回路図である。 図３は、本発明に係る開放型のヘッドホンの他の形態を示す断面図である。 図４は、従来のコンデンサヘッドホンの主要部を示す断面図である。 図５は、コンデンサヘッドホンの音波の形状を模式的に示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。図１は、本発明に係る開放型ヘッドホンとしてのコンデンサヘッドホンの主要部を示す断面図である。図１のコンデンサヘッドホン１は、電気音響変換器としてコンデンサヘッドホンユニット５を備え、その後部側が大気に開放された開放型のヘッドホンである。
前記コンデンサヘッドホンユニット５は、図において左右に相対向して接着された一対の振動板リング６、７を備えている。また、それら振動板リング６，７の間には、薄い振動板８が張設されている。

前記振動板リング６，７は、それぞれ円形の枠体に形成される。また、前記振動板リング６，７は、所定幅の枠面を有している。前記振動板リング６，７は金属製であり、例えばアルミニウム材や黄銅合金等から形成されてよい。
また、前記振動板８は、例えば厚さ１．５μｍの薄いフィルム状に形成されている。この振動板８は、例えばＰＥＴ、ＰＰＳ、ＰＥＮなどの高分子フィルムからなる。

また、図１において前記振動板４の前後両側には、所定間隔（例えば０．３〜１．０ｍｍ程度）を空けて、固定極９，１０がそれぞれ配置されている。固定極９、１０は、所定厚さ（約０．５ｍｍ）の金属板（例えば黄銅合金やアルミニウムなど）からなる。
固定極９，１０には、多数の孔（図示せず）が開けられている。この多数の孔は、振動板からの音声波を放出するために設けられている。尚、固定極９，１０の振動板８との対向面には、高分子フィルムを帯電処理してなるエレクトレット材が貼付されている。
また、この一対の固定極９，１０の一面側の周縁部には、絶縁座１１、１２が当接している。この絶縁座１１、１２は絶縁性材料からなる枠体である。絶縁座１１、１２は、接着剤により固定極９，１０を支持している。

また、前記絶縁座１１，１２は、コンデンサヘッドホンユニット５の周縁部に配置された断面Ｌ字状のバッフル板１３の一方の面に、接着剤によって固定されている。前記バッフル板は、環状であり、所定幅を有する。バッフル板１３の他方の面、即ち聴者の耳部側（図において下側）には、イヤーパッド２が設けられている。イヤーパッド２は、所定幅と高さを有する環状である。また、イヤーパッド２は、頭部に当接することで、空気室を形成する。

また、前記のように構成されたコンデンサヘッドホンユニット５の前後には、固定極８，９から所定間隔を空けて湿度と埃の侵入を防止する防湿膜２１、２２が取り付けられている。耳側（前部側）の防湿膜２２は、前記バッフル板１３と絶縁座１２とに狭持されることで固定された環状の支持部材２７の内側に張設されている。また、外側（後部側）の防湿膜２１は、絶縁座１１と環状の保持部材２９とに狭持されることで固定された環状の支持部材２８の内側に張設されている。

さらに、耳側（前部側）の前記防湿膜２２の外側には、防湿膜２２を機械的に保護する保護ネット２４が設けられている。この保護ネット２４は略平坦状に形成される。保護ネット２４には、例えば細い線径で十分な空間率を有する金属網等（例えば、線径０．３５ｍｍ、２０メッシュ）が用いられる。強度と音波の放射効率から、４０〜６０％の空間率を有する金属網が適している。前記保護ネット２４は、バッフル板１３と支持部材２７とに狭持され支持されている。

一方、耳側とは反対側（後部側）の前記防湿膜２１の外側にも、同様に防湿膜２１を機械的に保護する保護ネット２５が設けられている。この保護ネット２５は、図示するように後方に突出するドーム状（半球状）に形成される。保護ネット２５には、前記保護ネット２４と同様に、例えば細い線径で十分な空間率を有する金属網等（例えば、直径０．３５ｍｍ、２０メッシュ）が用いられる。また、この保護ネット２５は、保持部材２９の内周面に形成された溝部２９ａ（係止部）にその周端部（ネット周縁部）が係止されることで支持されている。このとき、保護ネット２５は、ネット周端部が径方向外側に付勢する状態で前記溝部２９ａに係止されている。すなわち、ドーム状の保護ネット２５の開口部（ネット周縁部を円周とする円）の径は、保持部材２９の内周の径よりも大きい。
このように大気（自由空間）に開放された後部側に配置される保護ネット２５にあっては、ドーム状に形成されることによって、ネットが平坦の場合よりも開口面が大きくなり、音波の通過可能な面積が大きくなる。さらに、保護ネットが平坦の場合と比較して、保護ネット２５はドーム形状であるため、保護ネット２５の中央部の音源からの距離が遠くなる。また、保護ネット２５は保持部材２９の内周面に形成された溝部２９ａに係止して支持されるため、保護ネット２５の周端部には応力が加わる。したがって、保護ネット２５の機械的強度は向上する。さらに、保護ネット２５の張力はこの応力によって発生しないため、保護ネット２５の不要な振動が抑制される。

また、図２は図１のコンデンサヘッドホン１の機械等価回路図である。図２において、Ｚ_ｅは聴者の耳のインピーダンス、ｓ_ｆはイヤーパッド２内の容積のスチフネス、ｍ_０は振動板８の等価質量、ｓ_０は振動板８のスチフネス、ｒ_０は音孔の音響抵抗、ｓ_ｂは保護ネット２５に囲われた容積のスチフネス、ｒ_１は保護ネット２５の音響抵抗である。
ここで、大気に開放された後部側において、振動板８の後部（防湿膜２１の後部）には、保護ネット２５により覆われた空気室（スチフネスｓ_ｂ）が形成されている。この空気室が無い場合には、振動板８の駆動を阻害する要因がないため、音響的には好ましい。本発明の構成にあっては、保護ネット２５をドーム状に形成しているため、ネットが平坦の場合よりも、ネット全体の面積が大きくなる。即ち、空気の連通可能な領域が大きくなり、音響抵抗ｒ_１は小さくなる。また、保護ネットが平坦な場合と比較して、振動板８の後部側の容積が大きくなる。そのため、等価的に前記スチフネスが小さくなる。これらの結果、自由空間への音波の放射を妨げる音響インピーダンスを形成する構造物が無く、自由空間、すなわち、大気との音響インピーダンスの整合が取れ、振動板８の駆動がスムーズになる。

以上のように本発明に係る実施の形態によれば、コンデンサヘッドホンユニット５５の大気に開放された後部側において、保護ネット２５をドーム状に形成したことにより、ネットにより形成された球面の面積が大きくなり、空気の連通可能な領域を拡大することができる。その結果、保護ネット２５の音響インピーダンスが小さくなり、さらに、保護ネット２５に囲われた空気室が等価的に大きくなるため、スチフネスが低下する。そのため、外部との音響的結合性（音響的マッチング）が向上する。
また、保護ネット２５をドーム状に形成したことにより、ネットが平坦形状の場合よりも振動板中央からネットまでの距離が長くなり、球面波として放射される音波による振動の発生を抑制することができる。
さらに、前記保護ネット２５は、ネット周端部が径方向外側に付勢する状態で溝部２９ａに係止し支持されるため、保護ネット２５に応力を与え続けることができ、細径で開口が高い金属網であっても機械的強度を確保することができる。
また、前記応力により、保護ネット２５は張力が発生しない状態で保持部材２９の内周面に支持される。
以上から、音波による保護ネット２５の振動を抑制し、ネットの振動に起因する異音の発生を防止することができる。

尚、前記実施の形態にあっては、振動板の両側に固定極が配置されるプッシュプル型のコンデンサヘッドホンを例に説明したが、振動板の片側に固定極が配置されるシングル型のコンデンサヘッドホンの場合にも本発明を適用することができる。

また、前記実施の形態においては、ヘッドホンユニットとして、コンデンサヘッドホンユニットを用いた開放型のヘッドホンについて説明したが、これに限らず、本発明に係るヘッドホンを開放型のダイナミック型ヘッドホンに適用することができる。
例えば、図４は、本発明に係るヘッドホンを開放型のダイナミック型ヘッドホンに適用した場合の断面図である。
図４に示すように、ヘッドホン３０は、電気音響変換器であるヘッドホンユニット３１を備える。ヘッドホンユニット３１は、振動板３２、磁気回路部３３を含んで構成されている。図示しない音声再生機器からヘッドホンユニット３１のボイスコイル３４に音声信号が電流として通電されることにより、振動板３２が振動してスピーカとして動作する。振動板３２が振動することで、ヘッドホンユニット３１から音声が放音される。

また、ヘッドホン１は、ヘッドホンユニット３１を支持する環状のバッフル板３５を有している。その一方の面側に、ヘッドホン装着の際に聴者の耳部に宛がわれるイヤーパッド３６が接合されている。
一方、前記イヤーパッド３６とは反対側（後部側）には、ヘッドホンユニット３１を機械的に保護するドーム状（半球状）の保護ネット３７が設けられている。バッフル板３５の後部側には、環状の保持部材３７が設けられており、この保持部材３７の内周面に形成された溝部３７ａ（係止部）にその周端部（ネット周端部）が係止されることで、保護ネット３７は支持されている。保護ネット３７には、例えば細い線径で十分な空間率を有する金属網等（例えば、直径０．３５ｍｍ、２０メッシュ）が用いられる。

本発明にあっては、このように開放型のダイナミック型ヘッドホンの場合においても、大気に開放されたユニット後部側に、前記ドーム状の保護ネット３７を設けることにより、前記コンデンサヘッドホンに適用した場合と同様の効果を得ることができる。

尚、これまで説明した実施形態において、保護ネットの構成例として、金属網を例に説明したが、これに限らない。金属網に代えて、樹脂製の網であっても良い。樹脂性の保護ネットが用いられたヘッドホンは、軽量で良好な装着感を提供する。

１ コンデンサヘッドホン（開放型ヘッドホン）
２ イヤーパッド
５ コンデンサヘッドホンユニット
８ 振動板
９ 固定極
１０ 固定極
２５ 保護ネット
２９ 保持部材
２９ａ 溝部（係止部）
３０ ダイナミックヘッドホン（開放型ヘッドホン）
３１ ダイナミックヘッドホンユニット
３２ 振動板
３３ 磁気回路
３４ ボイスコイル
３７ 保持部材
３７ａ 溝部（係止部）
３８ 保護ネット

Claims (5)

1. ヘッドホンユニットを備え、前記ヘッドホンユニットの後部側が開放された開放型のヘッドホンであって、
   前記ヘッドホンユニットの後に配置された保護ネットと、前記保護ネットを保持する保持部材を有し、
   後部側に配置される前記保護ネットは、後方に突出するドーム状に形成されていることを特徴とする開放型ヘッドホン。
2. 前記保持部材は、前記ヘッドホンユニット後部側において、前記保護ネットの周端部が係止可能な係止部を有し、
   前記保護ネットは、周端部が径方向外側に付勢する状態で前記係止部に係止していることを特徴とする請求項１に記載された開放型ヘッドホン。
3. 前記保護ネットは、少なくとも４０〜６０％の空間率を有する金属網により形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載されたコンデンサヘッドホン。
4. 前記ヘッドホンユニットは、固定極板に振動板が対向配置されたコンデンサヘッドホンユニットであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載された開放型ヘッドホン。
5. 前記ヘッドホンユニットは、動電型ヘッドホンユニットであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載された開放型ヘッドホン。

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