JP2019024178A - 密閉型イヤホン - Google Patents

Abstract

【課題】構成が簡単で、構成部品の調整が容易であり、他の音響回路に影響を与えることなく、特定周波数の音波を効率よく減衰する。
【解決手段】密閉型イヤホン２０は、電気信号を音波に変換して出力するドライバユニット３０と、外耳道の入口に挿入され、そのドライバユニット３０から出力される音波を外耳道へ導く導音部２３と、ヘルムホルツイコライザ４０と、を有している。ヘルムホルツイコライザ４０は、外耳道側の負荷に対して並列に配置され、ドライバユニット３０から出力される音波のヘルムホルツ共鳴により生じる特定周波数の音を吸収するものである。なお、２つのヘルムホルツイコライザを設け、２つの特定周波数を吸収する構成にすれば、聞こえる音の空間を広く感じさせることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、導音部を外耳道入口に挿入して用いるカナル型イヤホン等の密閉型イヤホンに関するものである。

図２（ａ）、（ｂ）は、カナル型イヤホンのような一般的な密閉型イヤホンの説明図である。
図２（ａ）に示すように、日常生活での人の外耳道１は、この奥の鼓膜２で閉じられた「閉管」と近似できる。そして、外耳道１の長さから、約３ｋＨｚで共鳴する特性を持っている。図２（ｂ）には、外耳道１の入口が密閉型イヤホンの放音用導音部３によって塞がれた状態が示されている。

鼓膜２での音圧は、約３ｋＨｚが強調される特性を有しているが、脳はこれをフラットな音と認識している。一方、密閉型イヤホンで音楽を聴く場合、図２（ｂ）に示されるように、外耳道１は塞がれた状態になり、特定周波数（例えば、約６ｋＨｚ）で共鳴する状態になる。これは日常生活における図２（ａ）の共鳴モードと異なるため、再生された音質を阻害する。

このような外耳道閉塞により生じる特定周波数（例えば、約６ｋＨｚ）のピークを低減するために、特許文献１〜３等に記載された技術が提案されている。

特許文献１には、電気音響変換器（以下「ドライバユニット」という。）の前面に、直線状と螺旋状の音響路を配置し、その位相差で６ｋＨｚ付近を打ち消す技術が記載されている。特許文献２には、２つのドライバユニットの出力側を遅延パイプで繋ぎ、その遅延パイプによる位相差で６ｋＨｚ付近を打ち消す技術が記載されている。又、特許文献３には、ドライバユニットの背面側を覆うリアハウジングの音響構造の工夫により、６ｋＨｚ付近の出力を低減する技術が記載されている。

特許第４６８１６９８号公報 特許第４９５３４９０号公報 特許第５６９６２４９号公報

しかしながら、従来の特許文献１〜３等の密閉型イヤホンでは、次の（ｉ）、（ｉｉ）のような課題があった。
（ｉ） 外耳道閉塞により生じる特定周波数（例えば、６ｋＨｚ）のピークを低減するための構成が複雑であり、構成部品の調整が難しい。
（ｉｉ） 密閉型イヤホンは、その特性上、音の空間が狭く聞こえてしまい、その改善が望まれている。

本発明の密閉型イヤホンは、電気信号を音波に変換して出力するドライバユニットと、外耳道の入口に挿入され、前記ドライバユニットから出力される前記音波を前記外耳道へ導く導音部と、前記外耳道側の負荷に対して並列に配置され、前記ドライバユニットから出力される前記音波のヘルムホルツ共鳴により生じる特定周波数の音を吸収するヘルムホルツ吸収部（以下「ヘルムホルツイコライザ」という。）と、を有している。

例えば、前記ドライバユニットのインピーダンスと、前記ヘルムホルツイコライザのインピーダンス及び前記外耳道側のインピーダンスを含めた負荷側インピーダンスと、は電圧分割回路を構成している。

又、例えば、前記ヘルムホルツイコライザは、第１の前記特定周波数の音を吸収する第１ヘルムホルツイコライザと、前記第１ヘルムホルツイコライザに対して並列に接続され、第２の前記特定周波数の音を吸収する第２ヘルムホルツイコライザと、により構成されている。

本発明の密閉型イヤホンによれば、ヘルムホルツイコライザを設け、このヘルムホルツイコライザにより、特定周波数の音波を吸収しているので、構成が簡単で、その構成部品の調整が容易であり、他の音響回路に影響を与えることなく、特定周波数の音波を効率よく減衰できる。又、例えば、２つのヘルムホルツイコライザを設け、２つの特定周波数を吸収する構成にすれば、聞こえる音の空間を広く感じさせることができる。

本発明の実施例１における密閉型イヤホンの構成を示す概略の断面図 一般的な密閉型イヤホンの説明図 ヘルムホルツの共鳴を説明するための模式図 図３の構造物１０の電気的等価回路を示す図 図１の全体の分解斜視図 図１中のヘルムホルツイコライザ４０の拡大断面図 図１の密閉型イヤホン２０の電気的等価回路を示す図 図７の電気的等価回路を簡略化した回路図 図８の計算結果を示す出力音圧ｏｕｔ（ｄＢ）の波形図 図９のときのドライバユニット３０におけるインピーダンスＺｄの特性を示す波形図 図９のときのヘルムホルツイコライザ４０におけるインピーダンスＺｈ（ｄＢ）の特性を示す波形図 図９のときのヘルムホルツイコライザ４０を含む負荷側全体の特性を示す波形図 図８の等価回路を単純化したときの回路図 ドライバユニット３０側のインピーダンスＺｄと負荷側全体のインピーダンスＺｆ１／／Ｚｆ２とを突き合せて出力特性を調べるための波形図 図８の回路において低域周波数特性を簡略化した図 図８の回路において中域周波数特性を簡略化した図 図８の回路において高域周波数特性を簡略化した図 図８の回路においてヘルムホルツイコライザ４０のインピーダンスＺｈの抵抗Ｒｈを大きくし、そのヘルムホルツイコライザ４０の効果を無くしたときの出力特性を示す波形図 図６のヘルムホルツイコライザ４０を用いた図１の密閉型イヤホン２０の実験結果を示す波形図 図１９の実験の周波数特性の差を示す波形図 本発明の実施例２における密閉型イヤホン２０Ａの構成を示す概略の断面図 図２１の全体の分解斜視図 図２１中のヘルムホルツイコライザ４０Ａの拡大斜視図 図２３のヘルムホルツイコライザ４０Ａを用いた図２１の密閉型イヤホン２０Ａの実験結果を示す波形図 図２４の実験の周波数特性の差を示す波形図 本発明の実施例３における密閉型イヤホン２０Ｂの構成を示す概略の断面図 図２６の密閉型イヤホン２０Ｂの電気的等価回路を示す図

本発明を実施するための形態は、以下の好ましい実施例の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、明らかになるであろう。但し、図面はもっぱら解説のためのものであって、本発明の範囲を限定するものではない。

（基本理論）
図３は、ヘルムホルツの共鳴を説明するための模式図である。
図３の構造物１０は、容積ｖを有するボール状の容器１１と、断面積ｏ及び長さｌを有する円筒状の筒部１２と、を合わせた構造になっている。この構造物１０は、音速をｃとしたとき、次式（１）の共振周波数ω_０で共鳴することが知られている（ヘルムホルツの共鳴）。
ω_０＝ｃ√（ｓ／（ｖｌ）） （１）

図４は、図３の構造物１０の電気的等価回路を示す図である。
図３の構造物１０は、電気的等価回路で図４のように描くことができる。この電気的等価回路は、直列共振回路１０Ａであり、構造物１０全体の音響的抵抗Ｒと、筒部１２を表すインダクタＬと、容器１１を表す容量Ｃと、の直列回路により構成されている。

直列共振回路１０Ａは、次式（２）に示すように、共振周波数ω_０でインピーダンスが最小になる性質がある。
共振周波数ω_０＝１／√（ＬＣ） （２）
この原理を応用した製品としては、有孔ボード（吸音壁材）等がある。

（実施例１の構成）
図１は本発明の実施例１における密閉型イヤホンの構成を示す概略の断面図、図５は図１の全体の分解斜視図、更に、図６は図１中のヘルムホルツイコライザ４０の拡大断面図である。

密閉型イヤホン２０は、構成部品を収納するための略円筒状のフロントハウジング２１と、このフロントハウジング２１の背面側に装着された構成部品収納用のキャップ形のリアハウジング２２と、を有している。フロントハウジング２１の前面側には、導音部２３が突設されている。導音部２３は、外耳道へ音波を導くものであり、フロントハウジング２１の前面側に突設された略円筒状の導音管２３ａと、この導音管２３ａの前面側に着脱自在に装着された外耳道挿入用のイヤピース２３ｂと、により構成されている。イヤピース２３ｂは、外耳道の入口に挿入されるものであり、導音管２３ａの周りに装着される筒部２３ｂ１と、この筒部２３ｂ１の先端に延設された傘部２３ｂ２と、により構成され、シリコーンゴムのような軟質性樹脂等により形成されている。リアハウジング２２から、電気信号である音声信号を伝送するためのコード２４が引き出されている。

フロントハウジング２１内において、背面の後面側から正面の前面側にかけて、略円盤形のドライバユニット３０と、ドーナツ形（即ち、Ｉ形）のヘルムホルツイコライザ４０と、ドーナツ板状の前面抵抗材２５と、が収納されている。

ドライバユニット３０は、例えば、ダイナミック型の場合、磁石３１の作る磁界の中で、コード２４から供給される音声信号が流れるボイスコイル３２にローレンツ力が発生し、そのボイスコイル３２に取り付けられた振動板３３を振動させて音波を出力する構造になっている。このドライバユニット３０の出力側と音導部２３中の音導管２３ａとは、同一軸上に配置されている。

ヘルムホルツイコライザ４０は、ドライバユニット３０の出力側と音導部２３中の音導管２３ａとの間であって、そのドライバユニット３０及び音導管２３ａの中心軸に対して直交する方向に配置されている。このヘルムホルツイコライザ４０は、ドライバユニット３０から出力される音波のヘルムホルツ共鳴により生じる特定周波数（例えば、１ｋＨｚ付近、６ｋＨｚ付近、あるいは１０ｋＨｚ付近等のいずれか１つの周波数）の音を吸収するものであって、フロントハウジング２１の内壁面により閉塞された中空の環状部材４１からなり、その環状部材４１の中空部４２の内周面に、１つの吸収孔４３が形成されている。

ホルムヘルツイコライザ４０の前面側には、前面抵抗材２５が配置されている。前面抵抗材２５は、音波を減衰する前面抵抗Ｒｆとしての特性を有している。

（実施例１の動作）
図１、図５及び図６に示す密閉型イヤホン２０の動作を説明する。
コード２４から音声信号が送られてくると、フロントハウジング２１内のドライバユニット３０において、ボイスコイル３２にローレンツ力が発生し、そのボイスコイル３２に取り付けられた振動板３３が振動し、音波が出力される。出力された音波の一部は、ヘルムホルツイコライザ４０内の吸収孔４３を通して中空部４２内へ供給される。すると、中空部４２においてヘルムホルツ共鳴が生じ、音波中の特定周波数（例えば、１ｋＨｚ付近、６ｋＨｚ付近、あるいは１０ｋＨｚ付近等のいずれか１つの周波数）の音が吸収される。特定周波数の音が吸収された音波は、前面抵抗材２５によって所定の周波数の音が減衰され、音導管２３ａ及びイヤピース２３ｂを通してイヤホン装着者の外耳道へ注入される。これにより、外耳道奥の鼓膜が振動し、音波が再生される。

（実施例１の出力特性）
図７は、図１の密閉型イヤホン２０の電気的等価回路を示す図である。
リアハウジング２２のインピーダンスＺｒには、音声信号源Ｓ、ドライバユニット３０のインピーダンスＺｄ、及びドライバユニット３０の前面側の前面容量Ｃｆが直列に接続されている。ドライバユニット３０のインピーダンスＺｄは、インダクタＬｄ、容量Ｃｄ、及び抵抗Ｒｄの直列回路で表わすことができる。前面容量Ｃｆに対して、前面抵抗材２５の前面抵抗Ｒｆとヘルムホルツイコライザ４０のインピーダンスＺｈとが並列に接続されている。ヘルムホルツイコライザ４０のインピーダンスＺｈは、抵抗Ｒｈ、インダクタＬｈ及び容量Ｃｈの直列共振回路で表わすことができる。インピーダンスＺｈの両電極間には、導音管２３ａに相当するインダクタＡｐと耳側のインピーダンスＺｅとが直列に接続されている。

図８は、出力特性の計算を容易にするために図７の電気的等価回路を簡略化した回路図である。
図８の電気的等価回路では、図７の電気的等価回路を以下のように簡略化している。

図７のリアハウジング２２のインピーダンスＺｒは、単純化するためにショート（無負荷）状態にしている。音導管２３ａのインダクタＡｐは、全体の周波数帯域に対して影響が少ないので、シート状態にしている。更に、耳側のインピーダンスＺｅは、単純化するために容量Ｃｅで代用している。図８のｏｕｔは、出力音圧（ｄＢ）である。

実際の出力特性に近似するように、図８の電気的等価回路に、下記のような数値を与えて計算した。
ドライバユニット３０のインピーダンスＺｄ；
インダクタＬｄ＝０．６ｍＨ
容量Ｃｄ＝４０μＦ
抵抗Ｒｄ＝１０Ω
前面容量Ｃｆ＝０．５μＦ
前面抵抗Ｒｆ＝０．２ｋΩ
ヘルムホルツイコライザ４０のインピーダンスＺｈ；
抵抗Ｒｈ＝５Ω
インダクタＬｈ＝３．５ｍＨ
容量Ｃｈ＝０．２μＦ
耳側の容量Ｃｅ＝０．７μＦ

これらの数値を与えた時、ヘルムホルツイコライザ４０のインピーダンスＺｈにおける共振周波数ω_０は、６０１５．４９１Ｈｚであった。

図９は、図８の計算結果を示す出力音圧ｏｕｔ（ｄＢ）の波形図である。図９の横軸は出力周波数、及び縦軸は出力音圧ｏｕｔ（ｄＢ）である。
出力周波数の６ｋＨｚ付近の出力音圧ｏｕｔが大幅に低下している。

図１０は、図９のときのドライバユニット３０におけるインピーダンスＺｄの特性を示す波形図である。図１０の横軸は周波数、及び縦軸はドライバユニット３０におけるインピーダンスＺｄ（ｄＢ）の値である。
ドライバユニット３０のインピーダンスＺｄは、周波数が約１ｋＨｚ以下で弾性制御（容量性）、周波数が約１ｋＨｚ以上では質量制御（誘導性）になっている。

図１１は、図９のときのヘルムホルツイコライザ４０におけるインピーダンスＺｈ（ｄＢ）の特性を示す波形図である。図１１の横軸は周波数、及び縦軸はヘルムホルツイコライザ４０におけるインピーダンスＺｈ（ｄＢ）の値である。

ヘルムホルツイコライザ４０は、周波数が約６ｋＨｚに共振していて、その共振周波数ω_０でインピーダンスＺｄ（ｄＢ）の値が最小になっている。共振周波数ω_０の約６ｋＨｚ以下の周波数領域では容量性を示し、共振周波数ω_０の約６ｋＨｚ以上では誘導性となっている。

図１２は、図９のときのヘルムホルツイコライザ４０を含む負荷側全体の特性を示す波形図である。図１２の横軸は周波数、及び縦軸は負荷側インピーダンスＺｆ１／Ｚｆ２（ｄＢ）の値である。

負荷側インピーダンスＺｆ１／Ｚｆ２は、ヘルムホルツイコライザ４０を含む耳側インピーダンスの全体のインピーダンスである。ヘルムホルツイコライザ４０を含む負荷側全体の特性は、基本的には抵抗と容量の並列回路で表わすことができ、周波数が約５６０Ｈｚ以下は抵抗性、それ以上は容量性となっている。ヘルムホルツイコライザ４０のインピーダンスＺｈによるインピーダンス低下が、矢印１で示す周波数約６ｋＨｚに見える。又、インピーダンスＺｈの共振周波数約６ｋＨｚ以上の誘導性と回路全体の容量性との並列共振が矢印２に見える。

図１３は、図８の等価回路を単純化したときの回路図である。
図８の等価回路を単純化すると、図１３に示すように、ドライバユニット３０のインピーダンスＺｄと、ヘルムホルツイコライザ４０を含む負荷側全体のインピーダンスＺｆ１／Ｚｆ２と、の電圧分割回路になる。

図１４は、ドライバユニット３０側のインピーダンスＺｄと負荷側全体のインピーダンスＺｆ１／／Ｚｆ２とを突き合せて出力特性を調べるための波形図である。
図１４の上段は図１０の波形であり、図１４の下段は図１２の波形である。

図１５（ａ）、（ｂ）は、図８の回路において低域周波数特性を簡略化した図であり、同図（ａ）は図８の簡略化した回路図、及び、同図（ｂ）は周波数に対する出力音圧ｏｕｔの特性図である。

図１５（ａ）の回路において、ドライバユニット３０側のインピーダンスＺｄは容量性（Ｃ）、負荷側全体のインピーダンスＺｆ１／Ｚｆ２は抵抗性（Ｒ）である。
図１５（ｂ）に示すように、図１５（ａ）の回路から、出力音圧ｏｕｔの遮断周波数以下は、オクターブ（Ｏｃｔ）当り約６ｄＢの割合で減衰し、遮断周波数以上は、フラットになる。

図１６（ａ）、（ｂ）は、図８の回路において中域周波数特性を簡略化した図であり、同図（ａ）は図８の簡略化した回路図、及び、同図（ｂ）は周波数に対する出力音圧ｏｕｔの特性図である。

図１６（ａ）の回路において、ドライバユニット３０側のインピーダンスＺｄは容量性（Ｃ）、負荷側全体のインピーダンスＺｆ１／Ｚｆ２も容量性（Ｃ）である。
図１６（ｂ）に示すように、図１６（ａ）の回路から、出力音圧ｏｕｔの周波数特性はフラットになる。

図１７（ａ）、（ｂ）は、図８の回路において高域周波数特性を簡略化した図であり、同図（ａ）は図８の簡略化した回路図、及び、同図（ｂ）は周波数に対する出力音圧ｏｕｔの特性図である。

図１７（ａ）の回路において、ドライバユニット３０側のインピーダンスＺｄは誘導性（Ｌ）、負荷側全体のインピーダンスＺｆ１／Ｚｆ２は容量性（Ｃ）である。
図１７（ｂ）に示すように、図１７（ａ）の回路では、遮断周波数付近に出力音圧ｏｕｔのピークができ、それ以上の周波数ではオクターブ（Ｏｃｔ）当り約１２ｄＢの割合で出力音圧ｏｕｔが減衰する。

図１８は、図８の回路においてヘルムホルツイコライザ４０のインピーダンスＺｈの抵抗Ｒｈを大きくし、そのヘルムホルツイコライザ４０の効果を無くしたときの出力特性を示す波形図である。図１８の横軸は周波数、及び縦軸は出力音圧ｏｕｔ（ｄＢ）である。

図１８の出力特性では、図８の電気的等価回路に、下記のような数値を与えて計算した波形が描かれている。
ドライバユニット３０のインピーダンスＺｄ；
インダクタＬｄ＝０．６ｍＨ
容量Ｃｄ＝４０μＦ
抵抗Ｒｄ＝１０Ω
前面容量Ｃｆ＝０．５μＦ
前面抵抗Ｒｆ＝０．２ｋΩ
ヘルムホルツイコライザ４０のインピーダンスＺｈ；
抵抗Ｒｈ＝５００Ω
インダクタＬｈ＝３．５ｍＨ
容量Ｃｈ＝０．２μＦ
耳側の容量Ｃｅ＝０．７μＦ

図９では、抵抗Ｒｈが５Ωに設定されているのに対し、この図１８では、その抵抗Ｒｈが５００Ωに設定されている。
図１８を図９と比較すると、６ｋＨｚ付近の周波数の吸収以外に、特性の変化が殆ど無いことが分かる。そのため、ヘルムホルツイコライザ４０は、他の音響回路に影響を与えないと推定できる。

従って、図７に示す電気的等価回路において、ドライバユニット３０から出力された音波の一部は、ヘルムホルツイコライザ４０のヘルムホルツ共鳴によって特定周波数（例えば、６ｋＨｚ付近）の音が吸収され、更に、前面抵抗材２５によって通過する音波の周波数が減衰され、イヤピース２３ｂから外耳道へ送られる。

図１９は、図６のヘルムホルツイコライザ４０を用いた図１の密閉型イヤホン２０の実験結果を示す波形図である。図１９の横軸は出力周波数（Ｈｚ）、及び縦軸は出力音圧（ｄＢ）である。
図１９において、実線の波形Ｔａｋｅ４は図１の密閉型イヤホン２０の周波数特性である。更に、破線の波形Ｔａｋｅ６は図６のヘルムホルツイコライザ４０における吸入孔４３を粘土等で塞いでヘルムホルツ共振の効果を無くした構成の周波数特性である。

図２０は、図１９の実験の周波数特性の差を示す波形図である。図２０の横軸は出力周波数（Ｈｚ）、及び縦軸は出力音圧（ｄＢ）である。
目標の特定周波数（例えば、６ｋＨｚ付近）だけが減衰し、他の周波数帯域に影響していない。図６のヘルムホルツイコライザ４０が非常に効果的に作用していることが分かる。

（実施例１の効果）
本実施例１の密閉型イヤホン２０によれば、次の（１）〜（３）のような効果がある。

（１） 図７に示すように、ヘルムホルツイコライザ４０のインピーダンスＺｈは、負荷である耳側のインピーダンスＺｅに対して並列に配置され、更に、図１３に示すように、ドライバユニット３０のインピーダンスＺｄと、ヘルムホルツイコライザ４０のインピーダンスＺｈ及び外耳道側のインピーダンスＺｅを含めた負荷側全体のインピーダンスＺｆ１／Ｚｆ２と、は電圧分割回路を構成している。そのため、ヘルムホルツイコライザ４０のインピーダンスＺｈが下がれば、出力音圧ｏｕｔも下がる。従って、簡単な構成、及び容易な構成部品の調整で、特定周波数の音波を効率よく減衰できる。

（２） 図７の電気的等価回路に示すように、ヘルムホルツイコライザ４０におけるインピーダンスＺｈの共振周波数ω_０は、他の音響回路の影響を受け難い。そのため、他の音響回路に影響を与えることなく、特定周波数の音波を効率よく減衰できる。例えば、ヘルムホルツイコライザ４０を別部品とした場合、他のドライバユニット３０や別のモデルの音響構造にも音波吸収回路としてそのまま使用できる。

（３） ヘルムホルツイコライザ４０の容積は、高域の周波数特性を劣化させない。従って、従来の密閉型イヤホンと同様の音質が得られる。

（実施例２の構成）
図２１は、本発明の実施例２における密閉型イヤホン２０Ａの構成を示す概略の断面図、図２２は図２１の全体の分解斜視図、更に、図２３は図２１中のヘルムホルツイコライザ４０Ａの拡大斜視図である。図２１〜図２３において、実施例１を示す図１、図５及び図６中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。

本実施例２の密閉型イヤホン２０Ａは、構成部品を収納するための実施例１とは異なる形状の略円筒状のフロントハウジング２１Ａを有している。フロントハウジング２１Ａの一端には、円形の開口部２１ａが形成され、他端には、円形の凹部２１ｂが形成されている。凹部２１ｂの底面には、開口部２１ａよりも口径の小さな円形の開口部２１ｃが形成されている。フロントハウジング２１Ａの側面側には、実施例１と同様の形状の導音部２３が突設されている。導音部２３は、実施例１と同様に、フロントハウジング２１Ａの側面側に突設された略円筒状の導音管２３ａと、この導音管２３ａの前面側に着脱自在に装着された外耳道挿入用のイヤピース２３ｂと、により構成されている。

フロントハウジング２１Ａの一端側の開口部２１ａの内側には、実施例１と同様のドライバユニット３０が装着されている。開口部２１ａの外側には、ドライバユニット３０を覆うように、実施例１とは異なる形状のキャップ形のリアハウジング２２Ａが取り付けられている。ドライバユニット３０の背面側には、実施例１と同様に、コード２４が接続され、このコード２４がリアハウジング２２Ａから外側へ引き出されている。

フロントハウジング２１Ａの他端側の凹部２１ｂ内には、実施例１とは異なる形状の壺型（即ち、Ｔ型）のヘルムホルツイコライザ４０Ａが装着されている。ヘルムホルツイコライザ４０Ａは、ドライバユニット３０から出力される音波のヘルムホルツ共鳴により生じる特定周波数（例えば、１ｋＨｚ付近、６ｋＨｚ付近、あるいは１０ｋＨｚ付近等のいずれか１つの周波数）の音を吸収するものであって、凹部２１ｂに収納された中空円盤形の容器４４と、この容器４４の底面に突設された口径の小さな円形の筒部４５と、により構成されている。容器４４は、円形皿状の容器本体４４ａと、この容器本体４４ａに被せられた蓋４４ｂと、により構成されている。筒部４５は、開口部２１ｃからフロントハウジング２１Ａ内へ突出している。開口部２１ｃの内壁面には、前面抵抗材２５が装着されている。

ドライバユニット３０の出力側は、導音部２３の中心軸に対して所定角（９０°〜１４５°内の任意の角度、例えば、９０°）で折曲する方向に配置されている。ヘルムホルツイコライザ４０Ａは、ドライバユニット３０の出力側と対向し、且つ、そのドライバユニット３０から導音管２３ａへ出力される音波の一部を吸収する箇所に配置されている。ヘルムホルツイコライザ４０Ａとドライバユニット３０の出力側とは、同一軸上に対向して配置されている。

（実施例２の動作）
図２１〜図２３に示す密閉型イヤホン２０Ａの動作を説明する。
コード２４から音声信号が送られてくると、フロントハウジング２１Ａ及びリアハウジング２２Ａ内のドライバユニット３０において、ボイスコイル３２にローレンツ力が発生し、そのボイスコイル３２に取り付けられた振動板３３が振動し、音波が出力される。出力された音波の一部は、ヘルムホルツイコライザ４０Ａの筒部４５を通して容器４４内へ供給される。すると、容器４４においてヘルムホルツ共鳴が生じ、音波の一部における特定周波数（例えば、１ｋＨｚ付近、６ｋＨｚ付近、あるいは１０ｋＨｚ付近等のいずれか１つの周波数）の音が吸収される。特定周波数の音が吸収された音波は、前面抵抗材２５によって所定の周波数の音が減衰され、音導管２３ａ及びイヤピース２３ｂを通してイヤホン装着者の外耳道へ注入される。これにより、外耳道奥の鼓膜が振動し、音波が再生される。

（実施例２の出力特性）
本実施例２の密閉型イヤホン２０Ａの電気的等価回路は、実施例１の図７と同様である。そのため、本実施例２の密閉型イヤホン２０Ａは、実施例１と同様の出力特性を有している。

図２４は、図２３のヘルムホルツイコライザ４０Ａを用いた図２１の密閉型イヤホン２０Ａの実験結果を示す波形図である。図２４の横軸は出力周波数（Ｈｚ）、及び縦軸は出力音圧（ｄＢ）である。
図２４において、実線の波形Ｔａｋｅ１３は図２１の密閉型イヤホン２０Ａの周波数特性である。更に、破線の波形Ｔａｋｅ１４は図２３のヘルムホルツイコライザ４０Ａにおける筒部４５を粘土等で塞いでヘルムホルツ共振の効果を無くした構成の周波数特性である。

図２５は、図２４の実験の周波数特性の差を示す波形図である。図２５の横軸は出力周波数（Ｈｚ）、及び縦軸は出力音圧（ｄＢ）である。
実施例１と略同様に、目標の特定周波数（例えば、６ｋＨｚ付近）だけが減衰し、他の周波数帯域に影響していない。図２３のヘルムホルツイコライザ４０Ａが非常に効果的に作用していることが分かる。

（実施例２の効果）
実施例２は、実施例１と略同様の効果がある。

（実施例３の構成）
図２６は、本発明の実施例３における密閉型イヤホン２０Ｂの構成を示す概略の断面図である。図２６において、実施例１及び実施例２を示す図１及び図２１中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
本実施例３の密封型イヤホン２０Ｂは、実施例２の密閉型イヤホン２０Ａにおいて、実施例１のヘルムホルツイコライザ４０を付加した構成になっている。

実施例２と略同様のフロントハウジング２１Ｂと実施例２と同様のリアハウジング２２Ａとには、実施例２と同様のドライバユニット３０と第１ヘルムホルツイコライザ４０Ａとが収納されている。フロントハウジング２１Ｂの側面側には、実施例２と略同様の導音部２３Ｂが突設されている。導音部２３Ｂは、フロントハウジング２１Ｂの側面側に突設された、実施例２の導音管２３ａよりも長い略円筒状の導音管２３ｃと、この導音管２３ｃの前面側に着脱自在に装着された、実施例２と同様の外耳道挿入用のイヤピース２３ｂと、により構成されている。導音管２３ｃにおいて、フロントハウジング２１Ｂ寄りには、実施例１と同様の第２ヘルムホルツイコライザ４０が配設されている。

即ち、ドライバユニット３０の出力側は、導音部２３Ｂの中心軸に対して所定角度（９０°〜１４５°内の任意の角度、例えば、９０°）で折曲する方向に配置されている。第１ヘルムホルツイコライザ４０Ａは、ドライバユニット３０の出力側と対向し、且つ、第１の特定周波数（例えば、１ｋＨｚ付近、６ｋＨｚ付近、あるいは１０ｋＨｚ付近等のいずれか１つの周波数）の音を吸収する箇所に配置されている。第１ヘルムホルツイコライザ４０Ａとドライバユニット３０の出力側とは、同一軸上に対向して配置されている。更に、第２ヘルムホルツイコライザ４０は、導音部２３Ｂの中心軸に対して直交し、且つ、第２の特定周波数（例えば、１ｋＨｚ付近、６ｋＨｚ付近、あるいは１０ｋＨｚ付近等の、第１の特定周波数とは異なるいずれか１つの周波数）の音を吸収する箇所に配置されている。

（実施例３の動作）
図２６に示す密閉型イヤホン２０Ｂの動作を説明する。
コード２４から音声信号が送られてくると、フロントハウジング２１Ｂ及びリアハウジング２２Ａ内のドライバユニット３０において、ボイスコイル３２にローレンツ力が発生し、そのボイスコイル３２に取り付けられた振動板３３が振動し、音波が出力される。出力された音波の一部は、第１ヘルムホルツイコライザ４０Ａの筒部４５を通して容器４４内へ供給される。すると、容器４４においてヘルムホルツ共鳴が生じ、音波の一部における第１の特定周波数（例えば、１ｋＨｚ付近、６ｋＨｚ付近、あるいは１０ｋＨｚ付近等のいずれか１つの周波数）の音が吸収される。第１の特定周波数の音が吸収された音波は、前面抵抗材２５によって所定の周波数の音が減衰される。

更に、減衰された音波の一部は、第２ヘルムホルツイコライザ４０内の吸収孔４３を通して中空部４２内へ供給される。すると、中空部４２においてヘルムホルツ共鳴が生じ、音波の一部における第２の特定周波数（例えば、１ｋＨｚ付近、６ｋＨｚ付近、あるいは１０ｋＨｚ付近等の、第１の特定周波数とは異なるいずれか１つの周波数）の音が吸収される。第２の特定周波数の音が吸収された音波は、音導管２３ｃ及びイヤピース２３ｂを通してイヤホン装着者の外耳道へ注入される。これにより、外耳道奥の鼓膜が振動し、音波が再生される。

（実施例３の出力特性）
図２７は、図２６の密閉型イヤホン２０Ｂの電気的等価回路を示す図である。図２７では、実施例１の電気的等価回路を示す図７中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
本実施例３の電気的等価回路では、第１ヘルムホルツイコライザ４０ＡのインピーダンスＺｈ１と並列に、第２ヘルムホルツイコライザ４０のインピーダンスＺｈ２が接続されている。そのため、第１及び第２の特定周波数だけが減衰した音圧の音波が出力される。

（実施例３の効果）
本実施例３によれば、２つの第１、第２ヘルムホルツイコライザ４０Ａ，４０を設けたので、１ｋＨｚ付近、６ｋＨｚ付近、あるいは１０ｋＨｚ付近等の任意の２つの周波数の音波を減衰できる。そのため、聞こえる音の空間を広く感じさせることができる。

（変形例）
本発明は、上記実施例１〜３に限定されず、種々の利用形態や変形が可能である。この利用形態や変形例としては、例えば、次の（ａ）〜（ｄ）のようなものがある。

（ａ） 図２１において、ヘルムホルツイコライザ４０Ａとドライバユニット３０の出力側とは、傾斜して対向して配置しても良い。このような構成に変形しても、実施例２と略同様の作用効果を奏することができる。

（ｂ） 図２６において、ヘルムホルツイコライザ４０Ａとドライバユニット３０の出力側とは、傾斜して対向して配置しても良い。このような構成に変形しても、実施例３と略同様の作用効果を奏することができる。

（ｃ） 図６のヘルムホルツイコライザ４０は、図示以外の構造に変形しても良い。例えば、中空部４２は、フロントハウジング２１の内壁面にて閉塞される構造になっているが、中空部４２の外周面自体が閉塞された構造に変形しても良い。

（ｄ） 図５の導音部２３は、導音菅２３ａ及びイヤピース２３ｂにより構成されているが、他の構造や形状に変形しても良い。例えば、イヤピース２３ｂは、他の形状のイヤパッドで構成したり、或いは、導音菅２３ａ及びイヤピース２３ｂを一体形の構造に変形しても良い。同様に、図２６中の導音菅２３Ｂについても、同様の変形が可能である。

２０，２０Ａ，２０Ｂ 密閉型イヤホン
２１，２１Ａ，２１Ｂ フロントハウジング
２２，２２Ａ リアハウジング
２３，２３Ｂ 導音部
２４ コード
３０ ドライバユニット（電気音響変換器）
４０，４０Ａ ヘルムホルツイコライザ（ヘルムホルツ吸収部）
４１ 環状部材
４２ 中空部
４３ 吸収孔
４４ 容器
４５ 筒部

本発明の密閉型イヤホンは、電気信号を音波に変換して出力する電気音響変換器（以下「ドライバユニット」という。）と、外耳道の入口に挿入され、前記ドライバユニットから出力される前記音波を前記外耳道へ導く導音部と、前記ドライバユニットから出力される前記音波のヘルムホルツ共鳴により生じる第１の特定周波数の音を吸収する第１ヘルムホルツ吸収部（以下「第１ヘルムホルツイコライザ」という。）と、を備えている。

前記第１ヘルムホルツイコライザは、中空の環状部材と、前記環状部材の内周面により形成されて前記ドライバユニットから出力される前記音波を通過させる貫通孔と、前記内周面に形成されて前記貫通孔を通過する前記音波の一部を吸収する吸収孔と、を有し、前記ドライバユニット、前記第１ヘルムホルツイコライザ、前記導音部、及び前記外耳道は、前記ドライバユニットの第１インピーダンスと、前記第１インピーダンスに対して並列に接続された前記第１ヘルムホルツイコライザの第２インピーダンスと、前記第１インピーダンスに対して直列に接続された前記導音部の第３インピーダンスと、前記第３インピーダンスに対して直列に接続された前記外耳道の第４インピーダンスと、を有する音響等価回路により構成されている、ことを特徴とする。

又、例えば、前記密閉型イヤホンには、第２ヘルムホルツ吸収部（以下「第２ヘルムホルツイコライザ」という。）が設けられている。前記第２ヘルムホルツイコライザは、前記ドライバユニットの出力側と前記第１ヘルムホルツイコライザとの間であって、前記ドライバユニットの出力側と対向する位置に設けられ、前記ドライバユニットから出力される前記音波のヘルムホルツ共鳴により生じる第２の特定周波数の音を吸収するものである。そして、前記第２ヘルムホルツイコライザの第５インピーダンスは、前記第１ヘルムホルツイコライザの第２インピーダンスに対して並列に接続されている。

本発明の密閉型イヤホンによれば、第１ヘルムホルツイコライザを設け、この第１ヘルムホルツイコライザにより、特定周波数の音波を吸収しているので、構成が簡単で、その構成部品の調整が容易であり、他の音響回路に影響を与えることなく、特定周波数の音波を効率よく減衰できる。又、例えば、２つの第１、第２ヘルムホルツイコライザを設け、２つの特定周波数を吸収する構成にすれば、聞こえる音の空間を広く感じさせることができる。

フロントハウジング２１内において、背面の後面側から正面の前面側にかけて、略円盤形のドライバユニット３０と、ドーナツ形（即ち、Ｉ形）の第１ヘルムホルツイコライザ４０と、ドーナツ板状の前面抵抗材２５と、が収納されている。

（実施例１の出力特性）
図７は、図１の密閉型イヤホン２０の電気的等価回路を示す図である。
リアハウジング２２のインピーダンスＺｒには、音声信号源Ｓ、ドライバユニット３０の第１インピーダンスＺｄ、及びドライバユニット３０の前面側の前面容量Ｃｆが直列に接続されている。ドライバユニット３０のインピーダンスＺｄは、インダクタＬｄ、容量Ｃｄ、及び抵抗Ｒｄの直列回路で表わすことができる。前面容量Ｃｆに対して、前面抵抗材２５の前面抵抗Ｒｆと第１ヘルムホルツイコライザ４０の第２インピーダンスＺｈとが並列に接続されている。第１ヘルムホルツイコライザ４０の第２インピーダンスＺｈは、抵抗Ｒｈ、インダクタＬｈ及び容量Ｃｈの直列共振回路で表わすことができる。第２インピーダンスＺｈの両電極間には、導音管２３ａに相当するインダクタＡｐの第３インピーダンスと耳側の第４インピーダンスＺｅとが直列に接続されている。

実施例２と略同様のフロントハウジング２１Ｂと実施例２と同様のリアハウジング２２Ａとには、実施例２と同様のドライバユニット３０と第２ヘルムホルツイコライザ４０Ａとが収納されている。フロントハウジング２１Ｂの側面側には、実施例２と略同様の導音部２３Ｂが突設されている。導音部２３Ｂは、フロントハウジング２１Ｂの側面側に突設された、実施例２の導音管２３ａよりも長い略円筒状の導音管２３ｃと、この導音管２３ｃの前面側に着脱自在に装着された、実施例２と同様の外耳道挿入用のイヤピース２３ｂと、により構成されている。導音管２３ｃにおいて、フロントハウジング２１Ｂ寄りには、実施例１と同様の第１ヘルムホルツイコライザ４０が配設されている。

即ち、ドライバユニット３０の出力側は、導音部２３Ｂの中心軸に対して所定角度（９０°〜１４５°内の任意の角度、例えば、９０°）で折曲する方向に配置されている。第２ヘルムホルツイコライザ４０Ａは、ドライバユニット３０の出力側と対向し、且つ、第２の特定周波数（例えば、１ｋＨｚ付近、６ｋＨｚ付近、あるいは１０ｋＨｚ付近等のいずれか１つの周波数）の音を吸収する箇所に配置されている。第２ヘルムホルツイコライザ４０Ａとドライバユニット３０の出力側とは、同一軸上に対向して配置されている。更に、第１ヘルムホルツイコライザ４０は、導音部２３Ｂの中心軸に対して直交し、且つ、第１の特定周波数（例えば、１ｋＨｚ付近、６ｋＨｚ付近、あるいは１０ｋＨｚ付近等の、第２の特定周波数とは異なるいずれか１つの周波数）の音を吸収する箇所に配置されている。

（実施例３の動作）
図２６に示す密閉型イヤホン２０Ｂの動作を説明する。
コード２４から音声信号が送られてくると、フロントハウジング２１Ｂ及びリアハウジング２２Ａ内のドライバユニット３０において、ボイスコイル３２にローレンツ力が発生し、そのボイスコイル３２に取り付けられた振動板３３が振動し、音波が出力される。出力された音波の一部は、第２ヘルムホルツイコライザ４０Ａの筒部４５を通して容器４４内へ供給される。すると、容器４４においてヘルムホルツ共鳴が生じ、音波の一部における第２の特定周波数（例えば、１ｋＨｚ付近、６ｋＨｚ付近、あるいは１０ｋＨｚ付近等のいずれか１つの周波数）の音が吸収される。第２の特定周波数の音が吸収された音波は、前面抵抗材２５によって所定の周波数の音が減衰される。

更に、減衰された音波の一部は、第１ヘルムホルツイコライザ４０内の吸収孔４３を通して中空部４２内へ供給される。すると、中空部４２においてヘルムホルツ共鳴が生じ、音波の一部における第１の特定周波数（例えば、１ｋＨｚ付近、６ｋＨｚ付近、あるいは１０ｋＨｚ付近等の、第２の特定周波数とは異なるいずれか１つの周波数）の音が吸収される。第１の特定周波数の音が吸収された音波は、音導管２３ｃ及びイヤピース２３ｂを通してイヤホン装着者の外耳道へ注入される。これにより、外耳道奥の鼓膜が振動し、音波が再生される。

（実施例３の出力特性）
図２７は、図２６の密閉型イヤホン２０Ｂの電気的等価回路を示す図である。図２７では、実施例１の電気的等価回路を示す図７中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
本実施例３の電気的等価回路では、第２ヘルムホルツイコライザ４０Ａの第５インピーダンスＺｈ１と並列に、第１ヘルムホルツイコライザ４０の第２インピーダンスＺｈ２が接続されている。そのため、第２及び第１の特定周波数だけが減衰した音圧の音波が出力される。

（実施例３の効果）
本実施例３によれば、２つの第２、第１ヘルムホルツイコライザ４０Ａ，４０を設けたので、１ｋＨｚ付近、６ｋＨｚ付近、あるいは１０ｋＨｚ付近等の任意の２つの周波数の音波を減衰できる。そのため、聞こえる音の空間を広く感じさせることができる。

Claims (10)

1. 電気信号を音波に変換して出力する電気音響変換器と、
   外耳道の入口に挿入され、前記電気音響変換器から出力される前記音波を前記外耳道へ導く導音部と、
   前記外耳道側の負荷に対して並列に配置され、前記電気音響変換器から出力される前記音波のヘルムホルツ共鳴により生じる特定周波数の音を吸収するヘルムホルツ吸収部と、
   を有することを特徴とする密閉型イヤホン。
2. 前記電気音響変換器のインピーダンスと、
   前記ヘルムホルツ吸収部のインピーダンス及び前記外耳道側のインピーダンスを含めた負荷側インピーダンスと、
   は電圧分割回路を構成していることを特徴とする請求項１記載の密閉型イヤホン。
3. 前記ヘルムホルツ吸収部は、
   第１の前記特定周波数の音を吸収する第１ヘルムホルツ吸収部と、
   前記第１ヘルムホルツ吸収部に対して並列に接続され、第２の前記特定周波数の音を吸収する第２ヘルムホルツ吸収部と、
   により構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の密閉型イヤホン。
4. 前記電気音響変換器の出力側と前記音導部とは、同一軸上に配置され、
   前記ヘルムホルツ吸収部は、前記電気音響変換器の出力側と前記音導部との間であって、前記同一軸に対して直交する方向に配置されていることを特徴とする請求項２記載の密閉型イヤホン。
5. 前記電気音響変換器の出力側は、前記導音部の中心軸に対して所定角度で折曲する方向に配置され、
   前記ヘルムホルツ吸収部は、前記電気音響変換器の出力側と対向し、且つ、前記電気音響変換器から前記導音部へ出力される前記音波の一部を吸収する箇所に配置されていることを特徴とする請求項２記載の密閉型イヤホン。
6. 前記電気音響変換器の出力側は、前記導音部の中心軸に対して所定角度で折曲する方向に配置され、
   前記第１ヘルムホルツ吸収部は、前記電気音響変換器の出力側と対向し、且つ、前記第１の特定周波数の音を吸収する箇所に配置され、
   前記第２ヘルムホルツ吸収部は、前記導音部の中心軸に対して直交し、且つ、前記第２の特定周波数の音を吸収する箇所に配置され、
   ていることを特徴とする請求項３記載の密閉型イヤホン。
7. 請求項４記載のヘルムホルツ吸収部は、
   中空の環状部材からなり、前記環状部材の内周面に、前記音波の吸収孔が形成されていることを特徴とする密閉型イヤホン。
8. 請求項６記載の第２ヘルムホルツ吸収部は、
   中空の環状部材からなり、前記環状部材の内周面に、前記音波の吸収孔が形成されていることを特徴とする密閉型イヤホン。
9. 請求項５又は６記載の所定角度は、９０°〜１４５°内の任意の角度であり、
   請求項５記載のヘルムホルツ吸収部又は請求項６記載の第１ヘルムホルツ吸収部と前記電気音響変換器の出力側とは、同一軸上又は傾斜して対向している、
   ことを特徴とする密閉型イヤホン。
10. 請求項９記載のヘルムホルツ吸収部又は第１ヘルムホルツ吸収部は、
    前記音波を吸収する筒部と、前記筒部の端部に設けられた容器と、を有することを特徴とする密閉型イヤホン。

Images