JP2021100230A - 聴取装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オーディオ信号に基づく再生音が外部に漏れることなく、また外部音を聴くことができ、しかも再生音の音質を向上させることができる聴取装置を提供する。【解決手段】ヘッドフォン装置に設けられる聴取装置３は、聴取用音響部１０と相殺用音響部２０を有している。聴取用音響部１０の聴取用振動板３２ａからの内側（Ｘ１側）に生じる音圧は聴取空間６１に与えられ、耳５２で聴くことができる。聴取用音響部１０の聴取用振動板３２ａと相殺用音響部２０の相殺用振動板３２ｂは、内外方向（Ｘ１−Ｘ２方向）に同じ位相で同期して振動する。そのため、外部連通空間６３から外部に再生音が洩れることがない。しかも外部の環境音は、聴取用振動板３２ａを通過して耳５２で聴くことができる。【選択図】図４

Description

本発明は、聴取する再生音の音質が良好で、外部に再生音が漏れにくく、しかも外部の音を聴くことも可能な聴取装置に関する。

特許文献１に２つのドライバユニットを備えたヘッドホンに関する発明が記載されている。
このヘッドホンは、イヤパッドとこれを支持するバッフル板とで、利用者の耳を囲む第１空気室が形成されており、バッフル板に第１ドライバユニットが支持されている。バッフル板の外側に隔壁が設けられ、バッフル板と隔壁との間に、第１ドライバユニットの後部空気室が形成されている。また、バッフル板には、隔壁を覆うようにハウジングが固定されており、ハウジング内に第２バッフル板が設けられ、第２バッフル板に第２ドライバユニットが支持されている。隔壁と第２ドライバユニットとの間に第２空気室が形成され、第２バッフル板とハウジングの裏面部との間に、第２ドライバユニットの後部空気室が形成されている。

前記イヤパッドの内部にマイクロホンが配置されており、バッフル板に形成された音響孔によって、マイクロホンと第２空気室とが連通している。またイヤパッドには、マイクロホンに対向する位置に開口が形成されている。開口を経てマイクロホンで取得された外来音による信号、およびマイクロホンで取得された第１ドライバユニットからの再生音による信号は、パワーアンプで増幅されさらに位相反転されてキャンセル信号が生成される。このキャンセル信号が第２ドライバユニットに供給され、第２ドライバユニットから第２空気室にキャンセル音が放射される。このキャンセル音は第２空気室に連通する音響孔からイヤパッド内のマイクロホンに与えられる。

マイクロホンは、イヤパッドと利用者の側頭部との圧着位置に設けられているため、この圧着位置で外来音による音圧が上昇すると、外来音による音圧が第２ドライバユニットによりキャンセルされる。また、圧着位置において第１ドライバユニットからの音圧が上昇した場合には、第２ドライバユニットの音圧によってキャンセルされる。

特開２０１５−２４５０号公報

特許文献１に記載されたヘッドホンは、マイクロホンで取得した信号に基づいて第２ドライバユニットでキャンセル音を発生させることにより、イヤパッドと側頭部との圧着位置から外来音が入り込むことを抑制し、さらに第１ドライバユニットの再生音が前記圧着位置から外部に洩れ出るのを抑制する、というものである。

最近のヘッドホンなどの聴取装置は、再生音が外部に漏れないのみならず、再生音を聴取中に、外部の音も聴くことができる機能を有するものが求められている。
しかし、特許文献１に記載されたヘッドホンでは、外部の音を聴くことができず、再生音についても、側頭部とイヤパッドとの圧着位置において局部的にキャンセルしているため、生成音の外への漏れを抑制する機能が完全とは言えない。

本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、外部に再生音が漏れにくく、外部の音も聴くことが可能で、しかも聴取する再生音の音質が良好な聴取装置を提供することを目的としている。

本発明は、音圧を発生する発音機構を備えた聴取装置において、
耳を含んだ聴取空間を形成する聴取用音響部と、前記聴取用音響部よりも耳から離れた位置に設けられて遮音空間を有する相殺用音響部と、前記聴取用音響部と前記相殺用音響部材との間に形成されて外部空間と通じる外部連通空間とが設けられ、
前記聴取用音響部には、前記聴取空間と前記外部連通空間との間に位置する聴取用振動板を備えた第１発音機構が設けられ、前記相殺用音響部には、前記遮音空間と前記外部連通空間との間に位置する相殺用振動板を備えた第２発音機構とが設けられており、
前記第１発音機構と前記第２発音機構に与えられる駆動信号によって、前記聴取用振動板と前記相殺用振動板とが、同じ方向へ振動させられることを特徴
とするものである。

本発明の聴取装置は、前記第１発音機構に含まれる第１磁気回路と、前記第２発音機構に含まれる第２磁気回路とが、同じ構造で同じ寸法であり、前記聴取用振動板と前記相殺用振動板とが、同じ構造で同じ寸法であることが好ましい。

さらに、前記聴取用音響部と前記相殺用音響部材との間に、前記外部連通空間を囲む周囲壁部が設けられており、この周囲壁部に、前記外部連通空間と外部空間とを連通する連通穴が形成されている構造が好ましい。

本発明の聴取装置は、第１発音機構で発せられた再生音が外部空間に洩れ出ることがなく、さらに外部空間の音を聴くことができる。また、再生音の音質を良好にでき、外部空間の音も振動板からの再生音ではなく、耳で直接聴くことができるため、違和感なく再生音と外部の音を同時に聴取することができる。

本発明の聴取装置を備えたヘッドフォン装置を示す斜視図、 図１に示した聴取装置の主要部をＩＩ−ＩＩ線で切断した断面斜視図、 図２に示した断面斜視図のうちの第１発音機構と第２発音機構を示す部分断面斜視図、 実施形態の聴取装置が使用者に装着された状態を示す模式図、 （Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、再生動作時の聴取用振動板と相殺用振動板の動作を示す説明図、

図１にヘッドフォン装置１が示されている。ヘッドフォン装置１は、ヘッドバンド２と、その両端部に固定された一対の聴取装置３すなわち聴取ユニットとを有している。一対の聴取装置３はその構造と寸法が同じであり、図１において左右方向に対称に向けられている。ヘッドフォン装置１は、一対の聴取装置３が、使用者の左右の耳を囲むように配置され、ヘッドバンド２が使用者の頭部に装着されて、ヘッドバンド２の弾性力により、一対の聴取装置３が使用者の側頭部に押し付けられる。

それぞれの聴取装置３は、再生音が外部空間に洩れるのを抑制でき、しかも外部空間の音（外部音）を使用者の耳で直接に聴取できる。また再生音の音質が良好であり、低音領域も再生可能である。図１に示すヘッドフォン装置１の図示左側の聴取装置３の断面斜視図が図２に示されている。図４には、図２に示した聴取装置３が使用者に装着された状態が模式的に示されている。

図２と図４に示されるように、聴取装置３は、聴取用音響部１０と、聴取用音響部よりも外側に位置する相殺用音響部２０とを有している。図４には、使用者の側頭部５１と耳５２が示されている。聴取用音響部１０が側頭部５１において耳５２を囲むように装着される。本明細書では、側頭部５１に向かう方向（Ｘ１方向）を内側方向と呼び、側頭部５１から離れる方向（Ｘ２方向）を外側方向と呼ぶ。

図２に示されるように、聴取用音響部１０は、聴取用支持部材１１と、その内側表面１１ａに固定されたパッド部材１２とを有している。聴取用支持部材１１は、プラスチック材料または軽金属材料で形成されている。パッド部材１２は発泡樹脂など圧縮可能な弾性材料で形成されている。図１に示されるように、聴取用支持部材１１の内側表面１１ａにおいてパッド部材１２が長円形の領域を囲むように取り付けられている。図４に示されるように、聴取装置３が使用者に装着されると、パッド部材１２が側頭部５１に圧接させられ、聴取用音響部１０では、聴取用支持部材１１とパッド部材１２および側頭部５１との間に、耳５２を囲む聴取空間６１が形成される。

図２に示されるように、相殺用音響部２０は相殺用支持部材２１を有しており、相殺用支持部材２１の外側表面２１ａがケース部材２２で覆われている。図２と図４に示されるように、相殺用音響部２０には、相殺用支持部材２１とケース部材２２とで囲まれた遮音空間６２が設けられている。遮音空間６２は音響的な密閉空間である。音響的な密閉空間とは、相殺用音響部２０において生成される相殺用の音圧が、遮音空間６２の外側の空間に音響的な影響を与えるほどに洩れ出ることがない、との意味である。すなわち、内外で完全に空気が出入りできないほどの密閉空間を意味しているものではない。

図２に示されるように、相殺用支持部材２１の内側表面の周囲には、前方（Ｘ１方向）に向けて突出する周囲壁部２３が一体に形成されている。周囲壁部２３の内方（Ｘ１方向）に向く端面２３ｂが、聴取用支持部材１１の外側表面１１ｂに突き当てられて接着剤などで固定されている。図１と図２に示されるように、周囲壁部２３には、周囲方向に間隔を空けて複数の連通穴２３ａが開口している。聴取用音響部１０を構成する聴取用支持部材１１と相殺用音響部２０を構成する相殺用支持部材２１との間に、外部連通空間（外部連通空間）６３が形成されており、この外部連通空間６３が、連通穴２３ｂを通じて、聴取装置３の外部空間と連通している。

図２に示されるように、聴取用音響部１０に第１発音機構３０ａが設けられ、相殺用音響部２０に第２発音機構３０ｂが設けられている。第１発音機構３０ａと第２発音機構３０ｂは、同じ構造で同じ寸法で構成されている。ただし、図２および図３に示されるように、第１発音機構３０ａと第２発音機構３０ｂは、内外方向（Ｘ１−Ｘ２方向）において、その向きが互いに対称（互いに逆向き）である。図２に示されるように、聴取用音響部１０では、聴取用支持部材１１の内側表面１１ａから内側（Ｘ１方向）に向けて一体に突出するリング状の支持突部１３が一体に形成されている。支持突部１３にカバーシート１４の周縁部１４ａが接着されて固定されている。第１発音機構３０ａの内側（Ｘ１側）はカバーシート１４で覆われている。カバーシート１４は音圧を通過させることが可能な通気性素材で形成されている。

図３に構造の詳細が説明されているように、第１発音機構３０ａは、支持ブラケット３１ａを有しており、図２に示されるように、支持ブラケット３１ａが、聴取用支持部材１１の中心部に開口している固定穴に嵌着されて固定されている。支持ブラケット３１ａは非磁性材料で形成されていることが好ましい。第１発音機構３０ａでは、支持ブラケット３１ａの内側（Ｘ１側）に聴取用振動板３２ａが設けられている。聴取用振動板３２ａは、紙材、不織布、織布、合成樹脂シートのいずれかあるいはこれらのいずれか複数が複合されて形成されている。支持ブラケット３１ａの外周部に、内側（Ｘ１側）に突出するリング状の隆起部が形成されており、聴取用振動板３２ａの外周縁部３３ａがこの隆起部に接着固定されている。支持ブラケット３１ａの複数か所に開口部３４ａが形成されている。聴取用振動板３２ａが振動すると、図４に示される聴取空間６１に音圧が与えられるとともに、位相が反転した音圧が開口部３４ａを通過して、外部連通空間６３にも与えられる。

図３に示されるように、第１発音機構３０ａに、第１磁気回路４０ａが設けられている。第１磁気回路４０ａは円形の磁性材料で形成された下部ヨーク４１ａを有しており、この下部ヨーク４１ａが支持ブラケット３１ａに形成された穴内に固定されている。下部ヨーク４１ａの内側（Ｘ１側）に磁石４２ａが固定され、磁石４２ａの内側に、磁性材料で形成された上部ヨーク４３ａが固定されている。上部ヨーク４３ａの外周面と下部ヨーク４１ａとの間に磁気ギャップＧａが形成されている。聴取用振動板３２ａには外側（Ｘ２側）に向くボイスコイル４４ａが固定されており、ボイスコイル４４ａが磁気ギャップＧａ内に配置されている。

前述のように、第２発音機構３０ｂは、第１発音機構３０ａと同じ構造で同じ寸法に構成されている。すなわち、第２発音機構３０ｂは、開口部３４ｂを有する支持ブラケット３１ｂを有し、支持ブラケット３１ｂが相殺用支持部材２１の中心部に開口している固定穴に嵌着されている。支持ブラケット３１ｂの外側（Ｘ２側）に相殺用振動板３２ｂが設けられ、その外周縁部３３ｂが支持ブラケット３１ｂの外側に接着されている。支持ブラケット３１ｂに第２磁気回路４０ｂが固定されている。第２磁気回路４０ｂは、下部ヨーク４１ｂと磁石４２ｂおよび上部ヨーク４３ｂを有しており、上部ヨーク４３ｂの外周面と下部ヨーク４１ｂとの間に磁気ギャップＧｂが形成されている。相殺用振動板３２ｂに設けられたボイスコイル４４ｂが磁気ギャップＧｂ内に位置している。

第１発音機構３０ａと第２発音機構３０ｂとでは、第１磁気回路４０ａと第２磁気回路４０ｂとが同じ構造で同じ寸法であり、聴取側振動板３２ａと相殺用振動板３２ｂも同じ構造で同じ寸法である。また、支持ブラケット３１ａと支持ブラケット３１ｂは同じ構造で同じ寸法である。

図２と図４に示されるように、第１発音機構３０ａに設けられた聴取用振動板３２ａは、聴取空間６１と外部連通空間６３の間（境界部）に位置しており、第２発音機構３０ｂに設けられた相殺用振動板３２ｂは、遮音空間６２と外部連通空間６３との間（境界部）に位置している。

次に、前記聴取装置３の動作を説明する。
図１に示されているヘッドフォン装置１では、使用者の左右の耳に装着される２つの聴取装置３に対してステレオのオーディオ信号が与えられる。以下では、図１の図示左側の聴取装置３の動作を説明するが、図示右側の聴取装置３の動作も同じである。

図４に示すように、第１発音機構３０ａの第１磁気回路４０ａに設けられたボイスコイル４４ａと、第２発音機構３０ｂの第２磁気回路４０ｂに設けられたボイスコイル４４ｂに対して、オーディオ回路７１からオーディオ信号（駆動信号）が与えられる。第１発音機構３０ａのボイスコイル４４ａには再生音として耳５２に与えるべきオーディオ信号が与えられるが、第２発音機構３０ｂのボイスコイル４４ｂには、第１発音機構３０ａに与えられるオーディオ信号とは位相が反転したキャンセル信号が与えられる。

その結果、第１発音機構３０ａに設けられた聴取用振動板３２ａと、第２発音機構３０ｂに設けられた相殺用振動板３２ｂは、内外方向（Ｘ１−Ｘ２方向）で同じ方向に振動させられる。図５（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）には、聴取用振動板３２ａと相殺用振動板３２ｂの動作が模式的に示されている。前記オーディオ信号とキャンセル信号が与えられると、聴取用振動板３２ａと相殺用振動板３２ｂは、理想的には、内外方向（Ｘ１−Ｘ２方向）の間隔ｄが変化することなく、内側方向（Ｘ１方向）と外側方向（Ｘ２方向）に向けて同期して振動する。

図２に示されるように、聴取用音響部１０と相殺用音響部２０との間に外部連通空間６３が形成されている。図３に示すように、聴取用振動板３２ａが振動したときの音圧が、支持ブラケット３１ａの開口部３４ａを通じて外部連通空間６３に与えられ、相殺用振動板３２ｂが振動したときの音圧が、支持ブラケット３１ｂの開口部３４ｂを通じて外部連通空間６３に与えられる。図５に示されるように、聴取用振動板３２ａと相殺用振動板３２ｂは内外方向（Ｘ１−Ｘ２方向）で同じ方向に同期して振動するため、外部連通空間６３には、オーディオ信号による音圧が実質的に発生しない。

聴取用音響部１０に設けられた第１発音機構３０ａと相殺用音響部２０に設けられた第２発音機構３０ｂは、同じ構造で同じ寸法であり、互いに音響特性が近似している。そのため、聴取用振動板３２ａと相殺用振動板３２ｂとを図５（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すように同期して振動させることが可能になり、外部連通空間６３内に音圧が発生するのを効果的に抑制できる。

図４の模式図にも示されるように、聴取用音響部１０では、聴取用振動板３２ａが振動したときに、内側（Ｘ１側）に与えられる音圧がカバーシート１４を介して聴取空間６１に与えられて、オーディオ信号に基づく再生音が耳５２で聴取される。音圧はほぼ閉鎖空間である聴取空間６１に与えられるため、耳５２の鼓膜に音圧が効果的に作用し、低音再生能力も高くなり、再生音を高音質で聴くことができる。また、聴取用音響部１０の外側は外部連通空間６３であり、開口部３４ａを通じて、聴取用振動板３２ａが外部空間に接している。聴取用音響部１０では、聴取用振動板３２ａを外側（Ｘ２側）から拘束する閉鎖空間が存在していないため、外側が解放された開放型フォン（オープンエア型フォン）と同等に機能する。そのため、耳５２によって高音質の再生音を聴くことができる。

相殺用音響部２０では、相殺用振動板３２ｂの振動で内側（Ｘ１側）に発生する音圧が、支持ブラケット３１ｂの開口部３４ｂを経て外部連通空間６３に与えられる。図５（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示されるように、相殺用振動板３２ｂが、聴取用振動板３２ａと同期して内外方向（Ｘ１−Ｘ２方向）の同じ方向へ振動するため、外部連通空間６３に実質的に音圧が発生しない。そのため、外部連通空間６３が連通穴２３ｂを経て外部空間に連通していても、オーディオ信号に基づく再生音の音圧が、外部連通空間６３から外部空間に洩れ出ることはない。また、相殺用振動板３２ｂの外側（Ｘ２側）は、ケース部材２２で囲まれて音響的に閉鎖空間である遮音空間６２となっているため、相殺用振動板３２ｂから後方（Ｘ２方向）に与えられる音圧も外部に洩れにくくなっている。

また、聴取装置３の外部で発生する外部音（環境音や雑音など）は、連通穴２３ｂから外部連通空間６３に与えられる。この外部音は、支持ブラケット３１ａの開口部３４ａおよび聴取用振動板３２ａを通過し、カバーシート１４を通過して聴取空間６１に与えられる。そのため、耳５２で、オーディオ信号による再生音を聴けると共に、外部音も聴くことができる。そのためには、聴取用振動板３２ａは音を透過させることができように薄い素材で通気性の素材で形成されることが好ましい。この外部音は、マイクで取得した信号を再生したものではなく、外部連通空間６３を経て空間伝達により直接に聴こえるものであるため、きわめて自然な音として認識することができる。

なお、図２と図３に示す実施形態では、聴取用音響部１０の第１発音機構３０ａと、相殺用音響部２０の第２発音機構３０ｂが、内外方向（Ｘ１−Ｘ２方向）で、互いに対称に逆向きに取り付けられているが、第２発音機構３０ｂが第１発音機構３０ａと同じ向きで、すなわち第２発音機構３０ｂの相殺用振動板３２ｂが内側（Ｘ１側）に向けられていてもよい。この場合は、オーディオ回路７１から、第１発音機構３０ａと第２発音機構３０ｂに対して、同じ位相の同じオーディオ信号が与えられる。この変形例でも、図５（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示されるように、聴取用振動板３２ａと相殺用振動板３２ｂを内外方向（Ｘ１−Ｘ２方向）で同じ方向へ同期して振動させることができる。

１ ヘッドフォン装置
３ 聴取装置
１０ 聴取用音響部
１１ 聴取用支持部材
１２ パッド部材
１４ カバーシート
２０ 相殺用音響部
２１ 相殺用支持部材
２２ ケース部材
２３ 周囲壁部
２３ａ 連通穴
３０ａ 第１発音機構
３０ｂ 第２発音機構
３２ａ 聴取用振動板
３２ｂ 相殺用振動板
４０ａ 第１磁気回路
４０ｂ 第２磁気回路
５１ 側頭部
５２ 耳
６１ 聴取空間
６２ 遮音空間
６３ 外部連通空間

Claims (3)

1. 音圧を発生する発音機構を備えた聴取装置において、
   耳を含んだ聴取空間を形成する聴取用音響部と、前記聴取用音響部よりも耳から離れた位置に設けられて遮音空間を有する相殺用音響部と、前記聴取用音響部と前記相殺用音響部材との間に形成されて外部空間と通じる外部連通空間とが設けられ、
   前記聴取用音響部には、前記聴取空間と前記外部連通空間との間に位置する聴取用振動板を備えた第１発音機構が設けられ、前記相殺用音響部には、前記遮音空間と前記外部連通空間との間に位置する相殺用振動板を備えた第２発音機構とが設けられており、
   前記第１発音機構と前記第２発音機構に与えられる駆動信号によって、前記聴取用振動板と前記相殺用振動板とが、同じ方向へ振動させられることを特徴とする聴取装置。
2. 前記第１発音機構に含まれる第１磁気回路と、前記第２発音機構に含まれる第２磁気回路とが、同じ構造で同じ寸法であり、前記聴取用振動板と前記相殺用振動板とが、同じ構造で同じ寸法である請求項１記載の聴取装置。
3. 前記聴取用音響部と前記相殺用音響部材との間に、前記外部連通空間を囲む周囲壁部が設けられており、この周囲壁部に、前記外部連通空間と外部空間とを連通する連通穴が形成されている請求項１または２記載の聴取装置。

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