JP2022512050A - オーディオ機器用音響プロテクタおよび該プロテクタを備えるオーディオ機器 - Google Patents

オーディオ機器用音響プロテクタおよび該プロテクタを備えるオーディオ機器 Download PDF

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Abstract

オーディオ機器用の音通過プロテクタであって、オーディオ機器は、該プロテクタで覆われた音響ポートを有する、音生成トランスデューサを備え、人の耳に対して音を再生する目的で使用される。プロテクタは、音の減衰や歪みを最小限に抑えながら、音を通過させ、耳垢、ほこり、屑、水といった異物が音響ポートに入り込むことを防ぐ。本発明のプロテクタは、少なくとも曲線部（７ａ）を有する音放射素子（７）およびサスペンション部（８，９）を備える。本発明のプロテクタは、オーディオ機器に入る音の減衰を可能な限り最小限に抑え、音の大幅な歪みのない、「完全な」壁を実現する。【選択図】図２

Description

本発明は、オーディオ・トランスデューサを異物から保護しつつ、音の歪みを最小限に抑えて、音を容易に通過させるよう設計されたオーディオ機器用音響プロテクタに関する。本発明はまた、該プロテクタを備えるオーディオ機器に関する。
保護される機器の例として、着用者の聴覚損失を補うことを目的とした補聴器が挙げられる。使用者に対して増幅音を生成する、補聴器のトランスデューサ（または、スピーカー）をレシーバと称する。レシーバは、一般的に、鼓膜に向かって音を発する耳道に配置され、補聴器の筐体あるいは本体は、鼓膜の前に開放音響ポートを備える。
ＣＩＣ（ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ－ｉｎ－ｔｈｅ－ｃａｎａｌ：完全に耳穴に入る）型の、既知の補聴器には、着用者の耳に着脱する際、機器の音響ポートを通って、耳垢がレシーバ内に押し込まれてしまい、レシーバの不良を引き起こすといったデメリットがあった。
別の例として、音声会話や音楽鑑賞の場面で、使用者の耳道内に音を生成する、補聴器スピーカーに類似したトランスデューサを使用したヘッドフォンが挙げられる。この補聴器の場合、機器内のレシーバが、使用者の耳から出る耳垢で塞がれる可能性がある。
別の例として、携帯電話等の機器と接続される、ブルートゥース（登録商標）・スピーカー等の小型の携帯スピーカーが挙げられる。こうした携帯スピーカーは、屋外や、砂、ほこり、水などが進入しうる場所で使用されることが多い。たいていの場合、小型の音響ポートは、こうした異物から充分に保護されているとは言えず、音だけを通過させつつも、機器を異物の進入から保護する必要があった。
オーディオ機器（レシーバおよびマイク）は、精密機器のため、異物が進入した場合、故障しやすい。異物となるものは、環境によって様々だが、音響機器において留意されるべきものとしては、ほこり、磁気片、砂といった重量のある粒子、水や粒子の混ざった水（すなわち、泥や「垢」）、皮膚組織、油分、耳垢等がある。フィルタや目の細かいメッシュにより、こうした粒子の大部分は排除されるが、好ましくない異物の中には、「開放多孔」状壁をすり抜けてしまうものもある。理想的な状況としては、全ての異物を排除しつつも、音質を損なうことなく音のみを通過させることである。
音は、空気が前後に小さく揺れたもの（または、変位）と見なすことができる。微細な多孔開口は、音の揺れを通すため、一般的に、音響装置には多孔壁が使用される。開口が小さければ小さいほど、音が通りにくく、従って、多孔質材によって音の減衰が大きくなる。異物の進入を防ぐにあたり、孔を小さくすることは重要であるが、一般的に、異物からの保護を重視すると、消音が引き起こされることとなる。理想としては、この減衰を可能な限り抑えることにある。
音響ポートを塞ぐ平面膜のような「完全な」壁が使用された場合、壁の一方の側から他方の側へ、音の揺れが通るように、壁自体が移動しなければならない。しかし、こうした壁は、音に好ましくない影響を及ぼす。壁の密度が空気よりも大幅に高い場合（散見されるケースではあるが）、相当の消音が引き起こされ得る。また、壁が動くことにより、音に歪みが生じ、音質が著しく劣化する。こうした歪みは、高い音圧レベルの場合に、特に顕著である。
既述の通り、本発明が保護する機器の中には、耳道の入り口、あるいは耳道の奥に押し込まれた音響ポートを有するものがある。耳滓、一般的には耳垢や、皮膚組織が、こうしたオーディオ機器が留意すべき、主たる異物である。しかし、耳滓は、単なる「垢」だけでなく、耳道内が比較的高温の場合、耳滓は、低粘度の液状や、気体・蒸気状であり得る。低粘度の液状、あるいは蒸気状である場合、耳滓は、多孔質材を通り抜けてしまい、異物からオーディオ機器を保護する効果が比較的薄れてしまう。
種々のヘッドフォンや補聴器において、音を生成するのに使用されるオーディオ・トランスデューサは、一般的に、「レシーバ」と称される。レシーバは、一般的に、その他多くの装置において、「ラウドスピーカー」あるいは、単に「スピーカー」と称されるが、このような機器においては、「レシーバ」と称される。こうしたレシーバは、通常、音を発する小さい筒、つまり「音響ポート」を有する。この音響ポートから出る音は、耳道に直接入り込む、あるいは、音響ポートに取り付けられた小径筒を通って送られる。
したがって、当技術分野では、聴覚機器に入る音の減衰を、可能な限り最小限に抑え、音の大幅な歪みのない、「完全な」壁に対する需要があった。
こうした問題を、請求項１に記載のオーディオ機器用音響プロテクタによって解決する。本発明による機器の、さらに好ましい実施形態は、その他請求項によって特徴づけられる。
本発明による音響プロテクタは、下記図面を参照しながら、例示される。
図１は、本発明のプロテクタを備える、ＲＩＣ（ｒｅｃｅｉｖｅｒ－ｉｎ－ｃａｎａｌ：耳穴内レシーバ）型の補聴器の一般構造を示す。 図２は、音響ポートの上に配置した、本発明による、図１に示す機器のレシーバの縦断面図を示す。 図３は、本発明の第１実施形態による機器の断面図を示す。 図４ａは、本発明の第１実施形態による機器の断面図を示す。 図４ｂは、本発明の第１実施形態による機器の断面図を示す。 図５ａは、本発明の第２実施形態による機器の、他の図を示す。 図５ｂは、本発明の第２実施形態による機器の、他の図を示す。 図６ａは、本発明の第３実施形態による機器を示す。 図６ｂは、本発明の第３実施形態による機器を示す。 図７は、本発明による機器の、他の動作を示す。 図８は、本発明による機器の、他の動作を示す。 図９は、本発明による機器の、可動ピストンドームの効果を示す。 図１０ａは、本発明の他の実施形態による機器が備えるドームを示す。 図１０ｂは、本発明の他の実施形態による機器が備えるドームを示す。 図１１ａは、本発明の他の実施形態による機器が備えるドームを示す。 図１１ｂは、本発明の他の実施形態による機器が備えるドームを示す。 図１２ａは、本発明の他の実施形態による機器が備えるドームを示す。 図１２ｂは、本発明の他の実施形態による機器が備えるドームを示す。 図１３は、本発明の他の実施形態による機器が備えるドームを示す。 図１４は、本発明の他の実施形態による機器が備えるドームを示す。 図１５は、本発明の他の実施形態による機器が備えるドームを示す。 図１６は、本発明の他の実施形態による機器が備えるドームを示す。 図１７は、本発明の他の実施形態による機器が備えるドームを示す。 図１８は、本発明による音響プロテクタを備える、バス・レフ型スピーカーを示す。 図１９ａは、本発明による音響プロテクタを備える、バス・レフ型スピーカーを示す。 図１９ｂは、本発明による音響プロテクタを備える、バス・レフ型スピーカーを示す。 図１９ｃは、本発明による音響プロテクタを備える、バス・レフ型スピーカーを示す。 図２０ａは、本発明の他の実施形態による機器が備えるドームを示す。 図２０ｂは、本発明の他の実施形態による機器が備えるドームを示す。 図２０ｃは、本発明の他の実施形態による機器が備えるドームを示す。 図２１は、本発明の他の実施形態による機器が備えるドームを示す。
本発明のプロテクタは、図１の例に示されており、電子機器および電源を有する本体１を備える補聴器に取り付けられ、電気配線３を介して音生成トランスデューサ２に接続される。本発明に開示する機器は、曲線形状および不浸透性を有する音響プロテクタ４を備える。音響プロテクタ４は、下記の部位を備える（図２および図３）。
・プロテクタ４を音響ポート５上に保持する機能を有する首部６
・音波を音生成トランスデューサ２から鼓膜に伝える、曲線状の音放射素子、あるいはドーム７
・音放射素子７を首部６に柔軟に接続し、音放射素子を軸方向に制御して変位させるサスペンション部、あるいは蛇腹８
本発明において、「制御」は、ドームの曲線形状を変えずに、放射素子７が、図３の矢印Ｆの方向（音響ポート５に対する軸方向）に移動することを指す。
本発明の機器のプロテクタ４により、音は音響ポート５を通るが、いかなる異物も音響ポートに進入できないため、レシーバの損傷が避けられる。このドーム型が有する主要部品は、線形運動を実現するサスペンション部８の「蛇腹」構造、そして剛性を実現する音放射素子７の「ドーム」構造である。
特に、サスペンション部８は、トランスデューサ２から鼓膜への音伝動に欠かせない、放射素子７の軸方向移動を実現するよう、機能する。音放射素子７の曲線形状は、変形およびそれによる音の歪みを回避しつつ、音伝動中に素子の外形を維持するのに不可欠である。
図５に示す実施形態によると、周辺部９が蛇腹部の代わりに用いられている。ここで、機器が、より小径の音響ポートと接続できるよう、首部は、より細くなっている。
ドームの直径は、１ｍｍ～４ｍｍであることが好ましく、機器の全長は、３ｍｍ～８ｍｍであることが好ましい。素材としては、シリコンや特定の「ゴム」素材といった、弾性変形可能なものとする。ただし、蛇腹８や周辺部９のみ、変形可能である必要があり、ドーム７および／または首部６には、ポリエチレンテレフタレートといった、より硬度の高い素材が用いられる。図４ａ、図４ｂ、図５ａ、および図５ｂに、上述した二点の寸法に関する詳細を示す。また、添付した図６ａおよび図６ｂに示すように、音が本発明の機器を通るよう、円型ドーム７に放射線状プリーツ１０を設けることも可能である。
各部位の理想とする一般設計に関しては、下記に説明する。
＜蛇腹／周辺部の理想形＞
蛇腹８または周辺部９により、ドーム７が移動し、ドームを「公称」位置に戻すばね挙動が生まれる。蛇腹／周辺部の「ばね定数」は、ドームの推定音響変位範囲に対し、可能な限り一定であることが重要である。ドーム内の変位対圧力低下をプロットすると、この二つの量は、線形関係を有することが求められる。この線形からずれた場合、ドームを通る音信号に非線形の歪みが生じる。蛇腹／周辺部にあたる部分は、線形範囲を最大化するよう、設計される。図７において、軸１１および１２は、それぞれ、圧力と変位を示し、直線１３は、低変位の場合の線形挙動を、線１４は、歪みにつながる大きな変位があった場合の、非線形挙動を示す。
線の傾斜もまた重要である。一般的に、その他の部位の形状との最適化は図らなければならないものの、ドームの移動しやすさの観点から、急な傾斜が望ましい。図８では、緩やかな傾斜１５が、一般的には好ましくないとされる、硬さのある蛇腹の場合を示し、急な傾斜１６が、一般的には好ましいとされる、基準に合った蛇腹の場合を示している。圧力範囲は、最大約１４０ｄＢ（ＳＰＬ）であり、変位は、最大約０．０５ｍｍである。
図２１に示す実施形態において、本発明のプロテクタ４は、楕円形を有し、同軸上に交互に曲がる、複数の屈曲部８ａからなるサスペンション部８を備える。
＜ドーム型の理想形＞
ドーム７が移動すると、ドームが移動した分に比例して、ドームの直径と同じ大きさの円形と、略等しい分の空気の体積が移動する。ここでの「円形」領域は、ドームにおける有効「可動ピストン」と称される。図９では、ドーム７の有効可動ピストン１７が示される。平面状の板であった場合、非線形の歪みがうまれ、ドームの大きさは、首部の大きさ程度に制限されてしまう。しかし、本発明の機器のプロテクタ４におけるドーム７は、（表面上の均等圧力に対して）設計され得る最も高い剛性を有する構造を有し、剛性挙動による非線形の変位挙動を引き起こさずに、首部よりも実際は大きく作製される。
ドーム７を大きく作製することが重要であり、ドームが大きければ大きいほど、同等の空気容積変位量を得るにあたり、より少ない移動で済む。つまり、蛇腹の非線形剛性挙動が最小限に抑えられる。また、ドームの音響インピーダンスは、音響直径の二乗分の一に比例するため、ドームが大きければ大きいほど、音響インピーダンス（ｄがドームの直径であるとき、音響インピーダンス＝１／ｄ２）は小さくなる。音響インピーダンスが大きければ大きいほど、ドーム内の消音は顕著になる。
したがって、ドームは、その剛性構造を可能な限り大きくすることで、蛇腹における非線形剛性挙動による歪みを押さえ、音響インピーダンスを低減させ、機器内での消音を避ける。
完全なドーム型である必要はなく、従来の「アーチ型」であっても、ドームと同様の機能を果たす。アーチ型も、構造全体に負荷を分散させ、強い構造を実現するためである。
ドーム壁の厚さは、ドームの素材による。一般的に、ドームが高い音響圧力に潰されないよう、充分な厚さをもたせつつ、高周波の音響インピーダンスを増加させ、減衰を加速させないよう、大型化を避けることが求められる。最適な厚さ範囲は、ドームの厚さによる。シリコンからなるドームの場合、厚さは、０．５／１，０００インチ～１０／１，０００インチが適している。
＜ドーム型の変形例＞
蛇腹およびドームの素材要件は、互いに大きく異なり、互いに異なる素材で作られることが望まれる。蛇腹は、柔軟性を必要とし、一方で、ドームは剛性と軽量を必要とする。シリコンまたはゴム素材が、蛇腹に相応しい選択であるが、カプトンやポリエチレンテレフタレートのような、薄く、剛性を有する素材が、ドームには最も相応しい選択である。したがって、可能であるならば、二つのことなる素材を用いた作製が望ましい。
図２０ａ、図２０ｂ、および図２０ｃに示す実施形態によると、本発明のプロテクタが長方形を有する例が示されており、ここでは、ドーム７がＲ角７ａを有する四角形のベースを備えている。これは、本発明において、ドームが完全な円形を有することは必須ではないことを示すためであり、ドーム７には、少なくとも曲線部７ａが存在すればよい。
＜補強リブ＞
ドーム７は、剛性を有しながらも軽量化が図られていなければならない。ドームを、内側まで同じ素材を使用した本体で作製した場合、剛性が高められる一方で、重量も増加してしまう。ドーム内に、支持壁１８を設ける設計は、それを解決する折衷案と言えよう。これは、ドームの底部を示す図１０ａおよび図１０ｂに例示されている。
＜ドームの掃除＞
音響ドームを掃除する必要があるが、掃除用機器をドームに被せた場合、ドームが裏返しになり、元のドーム型に戻ることが困難になってしまう可能性がある。前述のＸ字状壁支持１８により、ドームの裏返しを防ぐ。あるいは、ドームの変位を防ぐためのものをドーム内に差し入れることも考えられる。これについては、下記の「ホルダ」に関する記述において説明する。
＜高周波＞
ドーム７の質量によって、ドームの高周波応答が制限される。薄膜の場合、質量は少なくなるが、非線形剛性曲線がきつくなり、低域の周波数が通れなくなるちょうどよいバランスとしては、図１１ａおよび図１１ｂに示すように、ドーム上に平面膜１９を載置し、高域の周波数を通れるようにすることである。ここで、少なくともＲ角７ａの存在がドーム７の構造に保持されている。
＜均圧化＞
本発明が保護するオーディオ機器が、気密性のあるものでありながら、本発明内の静圧力と気圧とを均一にする手段が設けられていない場合、気圧の変化による問題が引き起こされ得る。
均圧化を実現するにあたり、いくつかの手段が考えられる。一つは、非常に小さい孔をドームにあけることである。孔をあける際に生じうる、本発明の音響性能への影響を回避するため、この孔の大きさは、直径１００ミクロン未満としなければならない。
あるいは、発砲テフロン（登録商標）のような、通気度がかなり低い異素材によって、前述の「平面膜」を形成してもよい。
あるいは、図１２ａおよび図１２ｂの首部６に、小溝２５を設けることで、均圧化を図ってもよい。この溝が長ければ長いほど、低周波音響挙動への影響が押さえられ、ドーム内への異物の進入可能性が低くなる。
あるいは、首部６の箇所にメッシュ織物２０を設け、首部とレシーバ音響ポートの間に小さな制御隙間を設けることで、均圧化首部としてもよい（図１３）。
＜ホルダ＞
本発明のプロテクタを音響ポート上に保持することが重要である。首部が、ドームと同じ、弾性素材で形成されている場合、首部は、充分な圧締力を有しないため、本発明を音響ポート上に保持することができない。プロテクタをポート上に保持する補助として、ホルダ２１に「芯」２２を設け、それにより、機械的に機器を保持してもよい（図１４）。ホルダは、剛性プラスチックのような高い剛性を有する素材から形成されていてもよく、その場合、音響ポート上で摺動しても、簡単に滑り落ちることはない。本発明がホルダから滑り落ちないよう、芯をホルダに設け、本発明内の体積と合わせることで、本発明が一定の場所にとどまるよう補助する。
本発明がホルダ２１内に押し込まれた際、保持桟２３が設けられていることで、本発明は保持芯２２を超えて摺動することがなくなる（図１５）。
前述したとおり、「Ｘ字状」支持構造１８をドーム７に設けることで、ドーム型が崩れたり、掃除中に裏返ったりすることを防いでいたが、ホルダ２１の延長部２４を使用することで、ドームが掃除中に裏返ることを防いでもよい。音がドーム状延長部を通り抜けられるよう、この延長部には、穿孔を設ける必要がある（図１６）。これら三つの追加部分を有するホルダを図１７に示す。
＜変形例＞
素材の表面は、水をはじくよう、防水加工が施されていてもよく、あるいは、油をはじくような加工がなされていてもよい。
＜適用例＞
現時点で想定される、本発明の主たる用途としては、耳道に挿入して使用するヘッドセットや補聴器に、耳垢が入らないよう保護する目的が挙げられる。
しかしながら、音響ドームは、異物のポートへの進入を防ぐ目的で使用され、構造物を通ってポートから音を出す仕組みの、多種多様なオーディオ機器のポートに使用される。携帯電話やタブレット型端末にも適用可能である。他の適用例として、携帯ラウドスピーカーのバス・レフ型ポートも挙げられる。バス・レフ型ポートの場合、変化するドームの質量は、実際、低周波応答を可能にする程度の大きさにすることができる。
例えば、携帯電話やタブレット型端末のような携帯オーディオ機器のラウドスピーカーや、ブルートゥース（登録商標）接続のスピーカーは、多くの場合、内部部品に通ずる音響ポートを有し、内部部品は、ほこり、汚れ、水といった異物によって損傷し得る。こうした音響ポートは、補聴器や耳に挿入して使用するヘッドフォンで使用されるポートに比べて、一般的に大きく作られている。本発明の特許は、大型化して、このような音響ポートの保護に使用することも可能である。図１８および図１９は、本発明をバス・レフ型スピーカーにおけるポートの一つに適用した例を示す。
特に、図１８、図１９ａ、図１９ｂ、および図１９ｃに示すように、オーディオ機器は、音響ポート２６を有する携帯スピーカー３０であり、音響ポートは、ポート２６の外端２７、ポート２６の内端２８、あるいはポート２６の内部に取り付けられたプロテクタ４に覆われている。これらの図面での実用例は、バス・レフ型の設計を示し、ここでは、ポート内の空気の音響質量が、背後の空気量の圧縮率と共振し、低周波数を促進する。ドーム７の質量は、充分な大きさを有するため、ポート２６の音響挙動を向上し、ポート２６の長さを抑えることが出来る。例えば、長さ６０ｍｍ、直径１０ｍｍのポート内の空気が、同じ直径を有するプロテクタ及び変化するドーム質量（８ｍｇ）に置き換えられる。長いポートを必要としないため、機器の省スペースを実現する。
実際、本発明のプロテクタは、ポートのいずれか一端、あるいは、ポートの途中に取り付けることが可能である。特定の周波数応答を可能とするよう、ポートは音響質量を有して設計される場合もある。多くの場合、この音響質量を有するためには、ポートの長さは、望ましい長さよりも長くしなければならない。本発明では、ドームの質量が変化するよう設計し、音響質量の一部あるいは全体を生成することが可能である。これにより、音響ポートの長さを短くすることができる。こうしたポートは、一般的に３ｍｍ～３０ｍｍの範囲の大きさを有する。
＜アプリケータ＞
音響ドームは、補聴器につける、いわゆる既知の「耳垢ガード」の代替であってもよい。こうした耳垢ガードは、一般的に、取外しや、新しい耳垢ガードの取付けを容易にする「アプリケータ」を必要とする。音響ドームも、取外し・取付けを補助するアプリケータを必要とする。
＜使い捨ての可否＞
使い捨て可能な耳垢ガードの場合、音響ドームは使い捨て可能である。
＜掃除の可否＞
洗浄液や綿棒のようなもので掃除が可能であるという点が、耳垢ガードを外した後の音響ドームにおける主な利点である。
本発明は、オーディオ・トランスデューサを異物から保護しつつ、音の歪みを最小限に抑えて、音を容易に通過させるよう設計されたオーディオ機器用音響プロテクタに関する。本発明はまた、該プロテクタを備えるオーディオ機器に関する。
保護される機器の例として、着用者の聴覚損失を補うことを目的とした補聴器が挙げられる。使用者に対して増幅音を生成する、補聴器のトランスデューサ（または、スピーカー）をレシーバと称する。レシーバは、一般的に、鼓膜に向かって音を発する耳道に配置され、補聴器の筐体あるいは本体は、鼓膜の前に開放音響ポートを備える。
ＣＩＣ（ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ－ｉｎ－ｔｈｅ－ｃａｎａｌ：完全に耳穴に入る）型の、既知の補聴器には、着用者の耳に着脱する際、機器の音響ポートを通って、耳垢がレシーバ内に押し込まれてしまい、レシーバの不良を引き起こすといったデメリットがあった。
別の例として、音声会話や音楽鑑賞の場面で、使用者の耳道内に音を生成する、補聴器スピーカーに類似したトランスデューサを使用したヘッドフォンが挙げられる。この補聴器の場合、機器内のレシーバが、使用者の耳から出る耳垢で塞がれる可能性がある。
別の例として、携帯電話等の機器と接続される、ブルートゥース（登録商標）・スピーカー等の小型の携帯スピーカーが挙げられる。こうした携帯スピーカーは、屋外や、砂、ほこり、水などが進入しうる場所で使用されることが多い。たいていの場合、小型の音響ポートは、こうした異物から充分に保護されているとは言えず、音だけを通過させつつも、機器を異物の進入から保護する必要があった。
オーディオ機器（レシーバおよびマイク）は、精密機器のため、異物が進入した場合、故障しやすい。異物となるものは、環境によって様々だが、音響機器において留意されるべきものとしては、ほこり、磁気片、砂といった重量のある粒子、水や粒子の混ざった水（すなわち、泥や「垢」）、皮膚組織、油分、耳垢等がある。フィルタや目の細かいメッシュにより、こうした粒子の大部分は排除されるが、好ましくない異物の中には、「開放多孔」状壁をすり抜けてしまうものもある。理想的な状況としては、全ての異物を排除しつつも、音質を損なうことなく音のみを通過させることである。
音は、空気が前後に小さく揺れたもの（または、変位）と見なすことができる。微細な多孔開口は、音の揺れを通すため、一般的に、音響装置には多孔壁が使用される。開口が小さければ小さいほど、音が通りにくく、従って、多孔質材によって音の減衰が大きくなる。異物の進入を防ぐにあたり、孔を小さくすることは重要であるが、一般的に、異物からの保護を重視すると、消音が引き起こされることとなる。理想としては、この減衰を可能な限り抑えることにある。
音響ポートを塞ぐ平面膜のような「完全な」壁が使用された場合、壁の一方の側から他方の側へ、音の揺れが通るように、壁自体が移動しなければならない。しかし、こうした壁は、音に好ましくない影響を及ぼす。壁の密度が空気よりも大幅に高い場合（散見されるケースではあるが）、相当の消音が引き起こされ得る。また、壁が動くことにより、音に歪みが生じ、音質が著しく劣化する。こうした歪みは、高い音圧レベルの場合に、特に顕著である。
既述の通り、本発明が保護する機器の中には、耳道の入り口、あるいは耳道の奥に押し込まれた音響ポートを有するものがある。耳滓、一般的には耳垢や、皮膚組織が、こうしたオーディオ機器が留意すべき、主たる異物である。しかし、耳滓は、単なる「垢」だけでなく、耳道内が比較的高温の場合、耳滓は、低粘度の液状や、気体・蒸気状であり得る。低粘度の液状、あるいは蒸気状である場合、耳滓は、多孔質材を通り抜けてしまい、異物からオーディオ機器を保護する効果が比較的薄れてしまう。
種々のヘッドフォンや補聴器において、音を生成するのに使用されるオーディオ・トランスデューサは、一般的に、「レシーバ」と称される。レシーバは、一般的に、その他多くの装置において、「ラウドスピーカー」あるいは、単に「スピーカー」と称されるが、このような機器においては、「レシーバ」と称される。こうしたレシーバは、通常、音を発する小さい筒、つまり「音響ポート」を有する。この音響ポートから出る音は、耳道に直接入り込む、あるいは、音響ポートに取り付けられた小径筒を通って送られる。
特許文献１は、補聴器トランスデューサを保護する貫孔壁について検討している。特許文献２は、平面壁面を有する、補聴器用保護機器について記載している。特許文献３は、耳道内を部分的に閉塞する、イヤホンアダプタに関する。特許文献４は、内部支持ブリッジを備える補聴器用耳垢ガードを例示している。特許文献５および特許文献６は、両方ともラウドスピーカーシステムについて記載している。
欧州特許出願公開第２４９３２１６号明細書 欧州特許出願公開第０８３５０４２号明細書 米国特許出願公開第２０１１／２６８３０８号明細書 米国特許第５２７８３６０号明細書 米国特許第５１５０４１７号明細書 特開平１１－３０８６８９号公報
したがって、当技術分野では、聴覚機器に入る音の減衰を、可能な限り最小限に抑え、音の大幅な歪みのない、「完全な」壁に対する需要があった。
こうした問題を、請求項１に記載のオーディオ機器用音響プロテクタによって解決する。本発明による機器の、さらに好ましい実施形態は、その他請求項によって特徴づけられる。
本発明による音響プロテクタは、下記図面を参照しながら、例示される。
図１は、本発明のプロテクタを備える、ＲＩＣ（ｒｅｃｅｉｖｅｒ－ｉｎ－ｃａｎａｌ：耳穴内レシーバ）型の補聴器の一般構造を示す。 図２は、音響ポートの上に配置した、本発明による、図１に示す機器のレシーバの縦断面図を示す。 図３は、本発明の第１実施形態による機器の断面図を示す。 図４ａは、本発明の第１実施形態による機器の断面図を示す。 図４ｂは、本発明の第１実施形態による機器の断面図を示す。 図５ａは、本発明の第２実施形態による機器の、他の図を示す。 図５ｂは、本発明の第２実施形態による機器の、他の図を示す。 図６ａは、本発明の第３実施形態による機器を示す。 図６ｂは、本発明の第３実施形態による機器を示す。 図７は、本発明による機器の、他の動作を示す。 図８は、本発明による機器の、他の動作を示す。 図９は、本発明による機器の、可動ピストンドームの効果を示す。 図１０ａは、本発明の他の実施形態による機器が備えるドームを示す。 図１０ｂは、本発明の他の実施形態による機器が備えるドームを示す。 図１１ａは、本発明の他の実施形態による機器が備えるドームを示す。 図１１ｂは、本発明の他の実施形態による機器が備えるドームを示す。 図１２ａは、本発明の他の実施形態による機器が備えるドームを示す。 図１２ｂは、本発明の他の実施形態による機器が備えるドームを示す。 図１３は、本発明の他の実施形態による機器が備えるドームを示す。 図１４は、本発明の他の実施形態による機器が備えるドームを示す。 図１５は、本発明の他の実施形態による機器が備えるドームを示す。 図１６は、本発明の他の実施形態による機器が備えるドームを示す。 図１７は、本発明の他の実施形態による機器が備えるドームを示す。 図１８は、本発明による音響プロテクタを備える、バス・レフ型スピーカーを示す。 図１９ａは、本発明による音響プロテクタを備える、バス・レフ型スピーカーを示す。 図１９ｂは、本発明による音響プロテクタを備える、バス・レフ型スピーカーを示す。 図１９ｃは、本発明による音響プロテクタを備える、バス・レフ型スピーカーを示す。 図２０ａは、本発明の他の実施形態による機器が備えるドームを示す。 図２０ｂは、本発明の他の実施形態による機器が備えるドームを示す。 図２０ｃは、本発明の他の実施形態による機器が備えるドームを示す。 図２１は、本発明の他の実施形態による機器が備えるドームを示す。
本発明のプロテクタは、図１の例に示されており、電子機器および電源を有する本体１を備える補聴器に取り付けられ、電気配線３を介して音生成トランスデューサ２に接続される。本発明に開示する機器は、曲線形状および不浸透性を有する音響プロテクタ４を備える。音響プロテクタ４は、下記の部位を備える（図２および図３）。
・プロテクタ４を音響ポート５上に保持する機能を有する首部６
・音波を音生成トランスデューサ２から鼓膜に伝える、曲線状の音放射素子、あるいはドーム７
・音放射素子７を首部６に柔軟に接続し、音放射素子を軸方向に制御して変位させるサスペンション部、あるいは蛇腹８
本発明において、「制御」は、ドームの曲線形状を変えずに、放射素子７が、図３の矢印Ｆの方向（音響ポート５に対する軸方向）に移動することを指す。
本発明の機器のプロテクタ４により、音は音響ポート５を通るが、いかなる異物も音響ポートに進入できないため、レシーバの損傷が避けられる。このドーム型が有する主要部品は、線形運動を実現するサスペンション部８の「蛇腹」構造、そして剛性を実現する音放射素子７の「ドーム」構造である。
特に、サスペンション部８は、トランスデューサ２から鼓膜への音伝動に欠かせない、放射素子７の軸方向移動を実現するよう、機能する。音放射素子７の曲線形状は、変形およびそれによる音の歪みを回避しつつ、音伝動中に素子の外形を維持するのに不可欠である。
図５に示す実施形態によると、周辺部９が蛇腹部の代わりに用いられている。ここで、機器が、より小径の音響ポートと接続できるよう、首部は、より細くなっている。
ドームの直径は、１ｍｍ～４ｍｍであることが好ましく、機器の全長は、３ｍｍ～８ｍｍであることが好ましい。素材としては、シリコンや特定の「ゴム」素材といった、弾性変形可能なものとする。ただし、蛇腹８や周辺部９のみ、変形可能である必要があり、ドーム７および／または首部６には、ポリエチレンテレフタレートといった、より硬度の高い素材が用いられる。図４ａ、図４ｂ、図５ａ、および図５ｂに、上述した二点の寸法に関する詳細を示す。また、添付した図６ａおよび図６ｂに示すように、音が本発明の機器を通るよう、円型ドーム７に放射線状プリーツ１０を設けることも可能である。
各部位の理想とする一般設計に関しては、下記に説明する。
＜蛇腹／周辺部の理想形＞
蛇腹８または周辺部９により、ドーム７が移動し、ドームを「公称」位置に戻すばね挙動が生まれる。蛇腹／周辺部の「ばね定数」は、ドームの推定音響変位範囲に対し、可能な限り一定であることが重要である。ドーム内の変位対圧力低下をプロットすると、この二つの量は、線形関係を有することが求められる。この線形からずれた場合、ドームを通る音信号に非線形の歪みが生じる。蛇腹／周辺部にあたる部分は、線形範囲を最大化するよう、設計される。図７において、軸１１および１２は、それぞれ、圧力と変位を示し、直線１３は、低変位の場合の線形挙動を、線１４は、歪みにつながる大きな変位があった場合の、非線形挙動を示す。
線の傾斜もまた重要である。一般的に、その他の部位の形状との最適化は図らなければならないものの、ドームの移動しやすさの観点から、急な傾斜が望ましい。図８では、緩やかな傾斜１５が、一般的には好ましくないとされる、硬さのある蛇腹の場合を示し、急な傾斜１６が、一般的には好ましいとされる、基準に合った蛇腹の場合を示している。圧力範囲は、最大約１４０ｄＢ（ＳＰＬ）であり、変位は、最大約０．０５ｍｍである。
図２１に示す実施形態において、本発明のプロテクタ４は、楕円形を有し、同軸上に交互に曲がる、複数の屈曲部８ａからなるサスペンション部８を備える。
＜ドーム型の理想形＞
ドーム７が移動すると、ドームが移動した分に比例して、ドームの直径と同じ大きさの円形と、略等しい分の空気の体積が移動する。ここでの「円形」領域は、ドームにおける有効「可動ピストン」と称される。図９では、ドーム７の有効可動ピストン１７が示される。平面状の板であった場合、非線形の歪みがうまれ、ドームの大きさは、首部の大きさ程度に制限されてしまう。しかし、本発明の機器のプロテクタ４におけるドーム７は、（表面上の均等圧力に対して）設計され得る最も高い剛性を有する構造を有し、剛性挙動による非線形の変位挙動を引き起こさずに、首部よりも実際は大きく作製される。
ドーム７を大きく作製することが重要であり、ドームが大きければ大きいほど、同等の空気容積変位量を得るにあたり、より少ない移動で済む。つまり、蛇腹の非線形剛性挙動が最小限に抑えられる。また、ドームの音響インピーダンスは、音響直径の二乗分の一に比例するため、ドームが大きければ大きいほど、音響インピーダンス（ｄがドームの直径であるとき、音響インピーダンス＝１／ｄ２）は小さくなる。音響インピーダンスが大きければ大きいほど、ドーム内の消音は顕著になる。
したがって、ドームは、その剛性構造を可能な限り大きくすることで、蛇腹における非線形剛性挙動による歪みを押さえ、音響インピーダンスを低減させ、機器内での消音を避ける。
完全なドーム型である必要はなく、従来の「アーチ型」であっても、ドームと同様の機能を果たす。アーチ型も、構造全体に負荷を分散させ、強い構造を実現するためである。
ドーム壁の厚さは、ドームの素材による。一般的に、ドームが高い音響圧力に潰されないよう、充分な厚さをもたせつつ、高周波の音響インピーダンスを増加させ、減衰を加速させないよう、大型化を避けることが求められる。最適な厚さ範囲は、ドームの厚さによる。シリコンからなるドームの場合、厚さは、０．５／１，０００インチ～１０／１，０００インチが適している。
＜ドーム型の変形例＞
蛇腹およびドームの素材要件は、互いに大きく異なり、互いに異なる素材で作られることが望まれる。蛇腹は、柔軟性を必要とし、一方で、ドームは剛性と軽量を必要とする。シリコンまたはゴム素材が、蛇腹に相応しい選択であるが、カプトンやポリエチレンテレフタレートのような、薄く、剛性を有する素材が、ドームには最も相応しい選択である。したがって、可能であるならば、二つのことなる素材を用いた作製が望ましい。
図２０ａ、図２０ｂ、および図２０ｃに示す実施形態によると、本発明のプロテクタが長方形を有する例が示されており、ここでは、ドーム７がＲ角７ａを有する四角形のベースを備えている。これは、本発明において、ドームが完全な円形を有することは必須ではないことを示すためであり、ドーム７には、少なくとも曲線部７ａが存在すればよい。
＜補強リブ＞
ドーム７は、剛性を有しながらも軽量化が図られていなければならない。ドームを、内側まで同じ素材を使用した本体で作製した場合、剛性が高められる一方で、重量も増加してしまう。ドーム内に、支持壁１８を設ける設計は、それを解決する折衷案と言えよう。これは、ドームの底部を示す図１０ａおよび図１０ｂに例示されている。
＜ドームの掃除＞
音響ドームを掃除する必要があるが、掃除用機器をドームに被せた場合、ドームが裏返しになり、元のドーム型に戻ることが困難になってしまう可能性がある。前述のＸ字状壁支持１８により、ドームの裏返しを防ぐ。あるいは、ドームの変位を防ぐためのものをドーム内に差し入れることも考えられる。これについては、下記の「ホルダ」に関する記述において説明する。
＜高周波＞
ドーム７の質量によって、ドームの高周波応答が制限される。薄膜の場合、質量は少なくなるが、非線形剛性曲線がきつくなり、低域の周波数が通れなくなるちょうどよいバランスとしては、図１１ａおよび図１１ｂに示すように、ドーム上に平面膜１９を載置し、高域の周波数を通れるようにすることである。ここで、少なくともＲ角７ａの存在がドーム７の構造に保持されている。
＜均圧化＞
本発明が保護するオーディオ機器が、気密性のあるものでありながら、本発明内の静圧力と気圧とを均一にする手段が設けられていない場合、気圧の変化による問題が引き起こされ得る。
均圧化を実現するにあたり、いくつかの手段が考えられる。一つは、非常に小さい孔をドームにあけることである。孔をあける際に生じうる、本発明の音響性能への影響を回避するため、この孔の大きさは、直径１００ミクロン未満としなければならない。
あるいは、発砲テフロン（登録商標）のような、通気度がかなり低い異素材によって、前述の「平面膜」を形成してもよい。
あるいは、図１２ａおよび図１２ｂの首部６に、小溝２５を設けることで、均圧化を図ってもよい。この溝が長ければ長いほど、低周波音響挙動への影響が押さえられ、ドーム内への異物の進入可能性が低くなる。
あるいは、首部６の箇所にメッシュ織物２０を設け、首部とレシーバ音響ポートの間に小さな制御隙間を設けることで、均圧化首部としてもよい（図１３）。
＜ホルダ＞
本発明のプロテクタを音響ポート上に保持することが重要である。首部が、ドームと同じ、弾性素材で形成されている場合、首部は、充分な圧締力を有しないため、本発明を音響ポート上に保持することができない。プロテクタをポート上に保持する補助として、ホルダ２１に「芯」２２を設け、それにより、機械的に機器を保持してもよい（図１４）。ホルダは、剛性プラスチックのような高い剛性を有する素材から形成されていてもよく、その場合、音響ポート上で摺動しても、簡単に滑り落ちることはない。本発明がホルダから滑り落ちないよう、芯をホルダに設け、本発明内の体積と合わせることで、本発明が一定の場所にとどまるよう補助する。
本発明がホルダ２１内に押し込まれた際、保持桟２３が設けられていることで、本発明は保持芯２２を超えて摺動することがなくなる（図１５）。
前述したとおり、「Ｘ字状」支持構造１８をドーム７に設けることで、ドーム型が崩れたり、掃除中に裏返ったりすることを防いでいたが、ホルダ２１の延長部２４を使用することで、ドームが掃除中に裏返ることを防いでもよい。音がドーム状延長部を通り抜けられるよう、この延長部には、穿孔を設ける必要がある（図１６）。これら三つの追加部分を有するホルダを図１７に示す。
＜変形例＞
素材の表面は、水をはじくよう、防水加工が施されていてもよく、あるいは、油をはじくような加工がなされていてもよい。
＜適用例＞
現時点で想定される、本発明の主たる用途としては、耳道に挿入して使用するヘッドセットや補聴器に、耳垢が入らないよう保護する目的が挙げられる。
しかしながら、音響ドームは、異物のポートへの進入を防ぐ目的で使用され、構造物を通ってポートから音を出す仕組みの、多種多様なオーディオ機器のポートに使用される。携帯電話やタブレット型端末にも適用可能である。他の適用例として、携帯ラウドスピーカーのバス・レフ型ポートも挙げられる。バス・レフ型ポートの場合、変化するドームの質量は、実際、低周波応答を可能にする程度の大きさにすることができる。
例えば、携帯電話やタブレット型端末のような携帯オーディオ機器のラウドスピーカーや、ブルートゥース（登録商標）接続のスピーカーは、多くの場合、内部部品に通ずる音響ポートを有し、内部部品は、ほこり、汚れ、水といった異物によって損傷し得る。こうした音響ポートは、補聴器や耳に挿入して使用するヘッドフォンで使用されるポートに比べて、一般的に大きく作られている。本発明の特許は、大型化して、このような音響ポートの保護に使用することも可能である。図１８および図１９は、本発明をバス・レフ型スピーカーにおけるポートの一つに適用した例を示す。
特に、図１８、図１９ａ、図１９ｂ、および図１９ｃに示すように、オーディオ機器は、音響ポート２６を有する携帯スピーカー３０であり、音響ポートは、ポート２６の外端２７、ポート２６の内端２８、あるいはポート２６の内部に取り付けられたプロテクタ４に覆われている。これらの図面での実用例は、バス・レフ型の設計を示し、ここでは、ポート内の空気の音響質量が、背後の空気量の圧縮率と共振し、低周波数を促進する。ドーム７の質量は、充分な大きさを有するため、ポート２６の音響挙動を向上し、ポート２６の長さを抑えることが出来る。例えば、長さ６０ｍｍ、直径１０ｍｍのポート内の空気が、同じ直径を有するプロテクタ及び変化するドーム質量（８ｍｇ）に置き換えられる。長いポートを必要としないため、機器の省スペースを実現する。
実際、本発明のプロテクタは、ポートのいずれか一端、あるいは、ポートの途中に取り付けることが可能である。特定の周波数応答を可能とするよう、ポートは音響質量を有して設計される場合もある。多くの場合、この音響質量を有するためには、ポートの長さは、望ましい長さよりも長くしなければならない。本発明では、ドームの質量が変化するよう設計し、音響質量の一部あるいは全体を生成することが可能である。これにより、音響ポートの長さを短くすることができる。こうしたポートは、一般的に３ｍｍ～３０ｍｍの範囲の大きさを有する。
＜アプリケータ＞
音響ドームは、補聴器につける、いわゆる既知の「耳垢ガード」の代替であってもよい。こうした耳垢ガードは、一般的に、取外しや、新しい耳垢ガードの取付けを容易にする「アプリケータ」を必要とする。音響ドームも、取外し・取付けを補助するアプリケータを必要とする。
＜使い捨ての可否＞
使い捨て可能な耳垢ガードの場合、音響ドームは使い捨て可能である。
＜掃除の可否＞
洗浄液や綿棒のようなもので掃除が可能であるという点が、耳垢ガードを外した後の音響ドームにおける主な利点である。

Claims (17)

  1. オーディオ機器用の音通過プロテクタであって、
    前記オーディオ機器は、該音通過プロテクタで覆われた音響ポートを有する音生成トランスデューサを備え、人の耳に対して音を再生する目的で使用され、
    前記音通過プロテクタは、音の減衰や歪みを最小限に抑えながら、音を通過させ、耳垢、ほこり、屑、水といった異物が音響ポートに入り込むことを防ぎ、前記音通過プロテクタ（４）は、少なくとも曲線部（７ａ）を有する音放射素子（７）およびサスペンション部（８，９）を備えることを特徴とする、音通過プロテクタ。
  2. 前記音生成トランスデューサ（２）から鼓膜へ音波を伝達するよう構成された、湾曲した音反射素子あるいはドーム（７）と、
    前記音反射素子あるいはドーム（７）の音響変位を許容する、蛇腹サスペンション部（８）あるいは周辺サスペンション部（９）と、
    を更に備えることを特徴とする、請求項１に記載の音通過プロテクタ。
  3. 前記音通過プロテクタ（４）は、音響ポート（５）上に前記プロテクタを保持する機能を有する首部（６）をさらに備える、ことを特徴とする、請求項２に記載のプロテクタ。
  4. 前記ドーム（７）の直径は、１ｍｍ～４ｍｍであり、前記オーディオ機器の全長は、３ｍｍ～８ｍｍである、ことを特徴とする、請求項２に記載の音通過プロテクタ。
  5. 前記ドーム（７）は、放射線状プリーツ（１０）を備え、音が前記ドームを通り抜けるよう、ドーム壁の追従した動きを許容する、ことを特徴とする、請求項２に記載の音通過プロテクタ。
  6. 支持壁（１８）が前記ドーム（７）内に設けられている、ことを特徴とする、請求項２に記載の音通過プロテクタ。
  7. 平面膜（１９）が前記ドーム（７）上に設けられ、高周波数が通り抜けることが許容される、ことを特徴とする、請求項２に記載の音通過プロテクタ。
  8. 孔あるいは溝（２５）が前記首部（６）に設けられる、ことを特徴とする、請求項３に記載の音通過プロテクタ。
  9. 前記首部（６）の箇所にメッシュ織物（２０）を設け、前記首部と前記音響ポート（５）の間に制御隙間を設けることで、均圧化首部とする、ことを特徴とする、請求項３に記載の音通過プロテクタ。
  10. ホルダ（２１）を更に設けることで、前記音通過プロテクタを前記ホルダ上に機械的に保持し、前記ホルダが充分な剛性を有することにより、前記ホルダが前記音響ポート（５）上に安定する、ことを特徴とする、請求項２に記載の音通過プロテクタ。
  11. 前記ホルダ（２１）が一つあるいはそれ以上の芯（２２）を有し、それにより前記音通過プロテクタの前記ホルダ上への機械的保持を補助する、ことを特徴とする、請求項１０に記載の音通過プロテクタ。
  12. 前記ホルダ（２１）は保持桟（２３）を有し、それにより前記音通過プロテクタが必要以上に前記ホルダ上に押し付けられないよう、ストッパーの役目を果たす、ことを特徴とする、請求項１０に記載の音通過プロテクタ。
  13. 一つあるいはそれ以上の音響路（２３）を有する前記ホルダ（２１）に延長部（２４）を設けることにより、前記ドーム（７）が裏返ることを防ぐ、ことを特徴とする、請求項１１に記載の音通過プロテクタ。
  14. 請求項１～１３のいずれか一項に記載の前記音通過プロテクタによって覆われた音響ポートを有する音生成トランスデューサを備えるオーディオ機器。
  15. 補聴器であって、電気配線（３）を介しレシーバ（２）と接続し、電子機器および電源を有する本体（１）と、前記音通過プロテクタを保持する音響ポート（５）および首部（６）とを備え、前記レシーバ（２）の前記音響ポート（５）から音を出すことを許容しつつも、音響ポートにいかなる異物が進入することを防ぐ、ことを特徴とする、請求項１４に記載のオーディオ機器。
  16. 前記オーディオ機器は、前記音通過プロテクタを備えた携帯電話、タブレット型端末、携帯用スピーカー等であって、前記音通過プロテクタ内では、変化するドームの質量が、低周波応答を促進するバス・レフを形成するよう選択される、ことを特徴とする、請求項１４に記載のオーディオ機器。
  17. 前記音通過プロテクタ（４）によって覆われた音響ポート（２６）を有する携帯用ラウドスピーカー（３０）であって、前記音通過プロテクタ（４）は、前記ポート（２６）の外端（２７）、前記ポート（２６）の内端（２８）、あるいは、前記ポート（２６）内部に取り付けられている、ことを特徴とする、請求項１６に記載のオーディオ機器。
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