JP2017005547A - ヘッドセット - Google Patents

Abstract

【課題】音漏れが少なく、小型軽量の骨伝導型のヘッドセットを提供すること。
【解決手段】ヘッドセット１は、振動を発生する振動装置３０（すなわち、圧電素子３２）、振動装置３０の振動による慣性振動を骨に伝える骨伝導部材２０、及び振動装置３０を内部に実装し、骨伝導部材２０を振動可能に支持する筐体１０を含んで構成される。筐体１０の内部に実装された振動装置３０が振動し、その振動による振動装置３０（すなわち、圧電素子３２）の振動が振動可動に筐体１０に支持された骨伝導部材２０により骨に伝えられる。筐体１０によって音漏れが防止され、音漏れすることなく又は少ない。
【選択図】図２

Description

本発明は、骨伝導により音を伝えるヘッドセットに関する。

音響信号によって振動装置を振動させ、その振動装置を耳の前方に当接させ、人骨を介して内耳にある蝸牛管（うずまき管とも呼ばれる）に伝えることで、リンパ液中に浮かぶ聴覚神経に音響信号に記録された音を認識させる骨伝導型のヘッドセットが知られている（例えば、特許文献１参照）。

骨伝導型のヘッドセットの振動装置として、永久磁石とボイスコイルから構成される電磁式アクチュエータが広く採用されている。そのような構成のヘッドセットは、多くの部品を要するため構造が複雑であり、また重量化する傾向にあった。さらに、消費電力が大きいという問題も抱えていた。そこで、振動装置として圧電素子を用いる圧電アクチュエータが採用されるようになった。しかし、圧電素子の振動エネルギーが大きく、音漏れが大きいという問題が生じた。

特開２０１０−１５７９７４号公報

本発明は、音漏れが少なく、小型軽量の骨伝導型のヘッドセットを提供することを課題とする。

本発明のヘッドセットは、
骨伝導により音を伝えるヘッドセットであって、
振動を発生する圧電素子と、
前記圧電素子に結合されて前記圧電素子の振動を骨に伝える骨伝導部材と、
前記圧電素子を内部に実装し、前記骨伝導部材を振動可能に支持する筐体と、
前記骨伝導部材を振動可能に前記筐体に接続する部材であり、前記筐体より小さな音響インピーダンスを有する接続部材とを備えることを特徴とする。

この特徴によれば、筐体の内部に実装された圧電素子が振動し、その振動が接続部材によって振動可動に筐体に支持された骨伝導部材により骨に伝えられる。接続部材と筐体との音響インピーダンスにより、圧電素子の振動が、接続部材を介して骨伝導部材から骨に伝わる一方、筐体には伝わり難く、筐体から音漏れすることなく又は少ない音漏れで、骨に音を伝えることができる。

本発明のヘッドセットは、
前記接続部材の音響インピーダンスは、前記筐体の音響インピーダンスの０．７倍以下であることを特徴とする。

この特徴によれば、圧電素子の慣性振動が、接続部材を介して骨伝導部材から筐体にさらに伝わり難く、音漏れがさらに小さくなる。

本発明のヘッドセットは、
前記圧電素子は、前記骨伝導部材に固定された部分を支点とする曲げ運動により振動を発生することを特徴とする。

この特徴によれば、骨伝導部材に固定された部分を支点とする圧電素子の曲げ運動により大きな慣性振動が得られ、それを骨伝導部材を介して骨に伝えることができる。

本発明のヘッドセットは、
前記圧電素子は、前記骨伝導部材に固定された一端が前記骨伝導部材の法線方向に振動を発生することを特徴とする。

この特徴によれば、圧電素子の振動を直接に骨伝導部材を介して骨に伝えることができる。ここで、「法線方向」は、圧電素子と骨伝導部材との接触面における法線の方向である。

本発明のヘッドセットによれば、骨伝導により、音漏れすることなく又は少ない音漏れで、音を伝えることが可能となる。

図１は、従来のヘッドセットの概略構成を示す図である。 図２は、ヘッドセットの概略構成を示す図である。(実施例１) 図３は、ヘッドセットに含まれる振動装置の構成を示す図である。(実施例１) 図４は、音漏れを示す図である。(実施例１) 図５は、ヘッドセットの概略構成を示す図である。(実施例２) 図６は、ヘッドセットに含まれる振動装置の構成を示す図である。(実施例２)

図１に、従来のヘッドセットの概略構成を断面図で示す。筐体１０内に圧電素子３２及び支持部材３４を含んで構成される振動装置３０が内蔵されている。圧電素子３２（振動装置３０）の振動が、筐体１０の外側に設けられた骨伝導部材２０に伝達される。

振動が筐体１０にも伝達されてしまうため、筐体１０も振動し、振動エネルギーが大きいと、筐体１０からの音漏れが発生する。

以下、本発明の実施例を示す。

図２の断面図に、ヘッドセット１の概略構成を示す。ヘッドセット１は、骨伝導により音を伝えるデバイスであり、筐体１０、骨伝導部材２０及び振動装置３０を含んで構成される。

筐体１０は、後述する振動装置３０を内部に実装し、骨伝導部材２０を振動可能に支持する箱体である。筐体１０は、金属、樹脂（合成樹脂を含む）などを用いて一定の肉厚を有する角箱状に成形される。本実施例では、一例としてポリカーボネートを含む熱可塑性プラスチックを採用する。ここで、ポリカーボネートの音響インピーダンスは、２．６８×１０^−６ｋｇ／ｍ^２ｓである。なお、音響インピーダンスは、その部材の密度（質量密度）とその部材中での音速との積である。

筐体１０は、長手方向（図面横方向）の幅約２５ｍｍ、短手方向（図面奥行き方向）の幅約５ｍｍ、及び高さ（図面縦方向の幅）約３ｍｍの直方体状の空間を有し、その空間を外部に開く矩形状の開口が底面中央に形成されている。耳かけ具（非図示）等により、耳の前方の蝸牛管に接続する骨の箇所に当接させることができる。

なお、筐体１０の形状は角箱状に限らず、振動装置３０を筐体１０の内面に接触することなく内部に実装して蝸牛管に接続する骨の箇所に当接させることができれば、振動装置３０の形状及び大きさに応じて有底円筒などの任意の形状を採用してよい。

骨伝導部材２０は、後述する振動装置３０の振動による慣性振動をその下面から骨に伝える部材である。骨伝導部材２０は、一例として樹脂を用いて中実な直方体状に成形されている。

骨伝導部材２０は、その側面を、接続部材２２を用いて筐体１０の開口１０ａの内側面に接続することで、図面縦方向に振動可能に筐体１０に支持されている。接続部材２２が本発明を特徴付ける。接続部材２２として、本実施例では、シリコン系接着材を採用する。ここで、シリコン系接着材の音響インピーダンスは、１．２〜１．５×１０^−６ｋｇ／ｍ^２ｓである。接続部材２２の音響インピーダンスが筐体１０のそれより小さい（４５〜５５％）ことで、骨伝導部材２０の振動が接続部材２２を介して筐体１０に伝わり難くなる。すなわち、音漏れが小さくなる。

なお、接続部材２２の材質はシリコン系接着材に限らず、音響インピーダンスが筐体１０のそれより小さければ、筐体１０の素材に応じて任意の材質を採用することができる。ここで、接続部材２２の音響インピーダンスは、筐体１０の音響インピーダンスの０．７倍以下であることが好ましい。それにより、骨伝導部材２０の振動が接続部材２２を介して筐体１０により伝わり難くなり、音漏れがより小さくなる。

振動装置３０は、骨伝導部材２０に振動を加える装置である。図２に、振動装置３０の構成を示す。振動装置３０は、圧電素子３２及び支持部材３４を含んで構成される。

圧電素子３２は、支持部材３４により支持される中心部を支点としてその曲げ運動により振動を発生する素子である。本実施例では、一例として、バイモルフ圧電素子を採用する。圧電素子３２は、例えば、長手方向（図面横方向）の長さ約２３ｍｍ、短手方向（図面奥行き方向）の幅約３ｍｍ、及び厚み（図面縦方向の幅）約０．４ｍｍを有する２つの圧電素子３２ａ，３２ｂを、それらの間、圧電素子３２ａの上面、及び圧電素子３２ｂの下面に電極（不図示）を配して、積層して構成される。２つの圧電素子３２ａ，３２ｂは、一例として、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等のセラミックスから構成される。電極は、Ｃｕ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｎｉ，Ａｇ，Ａｕ，Ａｌ等の金属から構成される。

支持部材３４は、中実な直方体であり、その下面が骨伝導部材２０の上面に固定され、その上面に圧電素子３２の中心部が固定される。

支持部材３４が骨伝導部材２０上で圧電素子３２を支持する上述の構成において、圧電素子３２に電界を印加し、音響信号に対応して電界の向きを変えることで、図３において矢印を用いて示すように、圧電素子３２が支持部材３４により支持された中心部を支点として曲げ運動する。それにより、圧電素子３２の振動が支持部材３４及び骨伝導部材２０を介して骨に伝えられる。

図４に、従来構造のものと本発明のものとの音漏れを比較対照して示す。筐体１０から５ｃｍ離隔した箇所の音圧を、周波数別に分析したものである。音圧が高いほど周囲への音漏れが大きいことを示す。実線が本発明のもの、破線が従来構造のものである。

従来技術のものは、筐体の共振周波数に基づいて、２ｋＨｚ前後と７ｋＨｚ前後に大きな音漏れが発生している。人間がヘッドセットの音漏れとして認知しやすいのは２〜８ｋＨｚの音圧であり、従来技術のものには問題があることがわかる。

本発明のものは、接続部材２２が筐体１０への振動伝達を抑制したことで、２〜８ｋＨｚの音漏れが小さくなっている。

なお、１ｋＨｚ以下においては従来構造のものと本発明のものとのの音漏れにあまり差異がない。音漏れとしての認知が小さい１ｋＨｚ以下においてはほぼ同等である。人間の音声により人を識別するためには２００〜８００Ｈｚの音域が重要であり、補聴器等における利用では、やむをえない。

以上詳細に説明したように、本実施例に係るヘッドセット１は、振動を発生する振動装置３０（すなわち、圧電素子３２）、振動装置３０の振動による慣性振動を骨に伝える骨伝導部材２０、及び振動装置３０を内部に実装し、骨伝導部材２０を振動可能に支持する筐体１０を含んで構成される。筐体１０の内部に実装された振動装置３０が振動し、その振動による振動装置３０（すなわち、圧電素子３２）の慣性振動が振動可動に筐体１０に支持された骨伝導部材２０により骨に伝えられる。筐体１０により、音漏れすることなくまたは少ない音漏れで、骨に音を伝えることができる。

なお、圧電素子３２として、バイモルフ素子に限らず、１つの圧電素子を１つの金属板等に貼り合わせてなるユニモルフ素子を採用してもよい。ユニモルフ素子では、圧電素子がその面内で伸縮することで、圧電素子に貼り合せられた金属板にそりが生じて、曲げ運動が発生する。

本実施例は、圧電素子の動作が実施例１と異なるものである。筐体１０、骨伝導部材２０及び接続部材２２の構成については実施例１と同様であり、詳細な説明を省略する。

図５の断面図に、側面視におけるヘッドセット１の概略構成を示す。ヘッドセット１は、筐体１０、骨伝導部材２０及び振動装置５０を含んで構成される。

振動装置５０は、骨伝導部材２０に振動を加える装置である。図４に、振動装置５０の構成を示す。振動装置５０は、圧電素子５２及び振動体５４を含んで構成される。

圧電素子５２は、骨伝導部材２０に下端を固定して図面上下方向に伸縮する素子である。圧電素子５２は、一例として、一辺５ｍｍの正方形状の上面及び高さ１０ｍｍの直方体状に成形されている。

振動体５４は、図面横方向を長手とする板状の部材であり、その中心部が圧電素子５２の上端に支持されている。振動体５４は、金属、樹脂などの適度の弾力性を有する素材を用いて、長手方向（図面横方向）の長さ約２３ｍｍ、短手方向（図面奥行き方向）の幅約３ｍｍ、及び厚み（図面縦方向の幅）約０．４ｍｍを有する。圧電素子５２の伸縮の結果、振動体５４は、図６（Ａ）と図６（Ｂ）との間でたわみ振動を行う。なお、図は、理解を容易にするため、圧電素子５２の伸縮変位を大きく描いている。

振動体５４のたわみ振動が、圧電素子５２及び骨伝導部材２０を介して骨に伝えられる。

音漏れが少なく、小型軽量の骨伝導型のヘッドセットであり、多くの音響機器製造業者及び個人による利用が考えられる。

１ ヘッドセット
１０ 筐体
１０ａ 開口
２０ 骨伝導部材
２２ 接続部材
３０ 振動装置
３２ 圧電素子
３２ａ 圧電素子
３２ｂ 圧電素子
３４ 支持部材
５０ 振動装置
５２ 圧電素子
５４ 振動体

Claims (4)

1. 骨伝導により音を伝えるヘッドセットであって、
   振動を発生する圧電素子と、
   前記圧電素子に結合されて前記圧電素子の振動を骨に伝える骨伝導部材と、
   前記圧電素子を内部に実装し、前記骨伝導部材を振動可能に支持する筐体と、
   前記骨伝導部材を振動可能に前記筐体に接続する部材であり、前記筐体より小さな音響インピーダンスを有する接続部材とを備えることを特徴とする、ヘッドセット。
2. 前記接続部材の音響インピーダンスは、前記筐体の音響インピーダンスの０．７倍以下であることを特徴とする、請求項２に記載のヘッドセット。
3. 前記圧電素子は、前記骨伝導部材に固定された部分を支点とする曲げ運動により振動を発生することを特徴とする、請求項１又は２に記載のヘッドセット。
4. 前記圧電素子は、前記骨伝導部材に固定された一端が前記骨伝導部材の法線方向に振動を発生することを特徴とする、請求項１又は２に記載のヘッドセット。