JP2023164201A - earphone - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は電磁式発音体(電磁式スピーカ)を用いたイヤホンの改良に関する。 The present invention relates to improvements in earphones using electromagnetic sounding bodies (electromagnetic speakers).
近年、住宅環境の変化に伴い、近隣騒音などに配慮する必要から、大型のオーディオ装置などで音楽を楽しむことが難しくなってきた。一方で、通信速度の向上に伴い、音楽ソースの配信環境などが向上し、スマートホンやポータブルオーディオプレイヤーを用いた音楽再生機のイヤホンやヘッドホンが広く普及している。更に、高速化する音楽配信に合わせて非常に解像度の高いデジタル音源であるハイレゾ音源の普及も進み、ポータブル音楽再生でも高音質の音楽を聴くことが可能になった。また、同時に、ハイレゾ音源ではより解像度の高い信号源を再生するため、イヤホンやヘッドホンなどにおいても、40kHz以上の高周波域の再生が要求されるようになってきている(下記非特許文献1参照)。 In recent years, with changes in the residential environment, it has become difficult to enjoy music using large audio devices, etc. due to the need to take into account neighboring noise. On the other hand, as communication speeds have improved, the environment for distributing music sources has improved, and earphones and headphones for music playback using smartphones and portable audio players have become widespread. Furthermore, in line with the speed of music distribution, high-resolution sound sources, which are extremely high-resolution digital sound sources, are becoming more popular, and it has become possible to listen to high-quality music even with portable music playback. At the same time, since high-resolution sound sources reproduce signal sources with higher resolution, earphones and headphones are also required to reproduce high frequency ranges of 40 kHz or higher (see Non-Patent Document 1 below). .
加えて、電磁式スピーカの場合、インダクタ成分を有するため、高周波域におけるインピーダンスが高くなり、高周波域の音の再生が難しくなる。これに対し、例えば下記特許文献1には、高音質イヤホンにおいて、低周波数域を電磁式スピーカで再生し、高周波数域を圧電セラミックスにより再生するというハイブリッドな構成が考案されている。これは、低周波域でインピーダンスが低くなる電磁式(インダクタ成分)スピーカと、高周波域でインピーダンスが低くなるセラミック式(キャパシタンス成分)スピーカのそれぞれの利点を活用した手法であると考えることができる。 In addition, in the case of an electromagnetic speaker, since it has an inductor component, the impedance in the high frequency range becomes high, making it difficult to reproduce sound in the high frequency range. On the other hand, for example, Patent Document 1 listed below devises a hybrid configuration in which a low frequency range is reproduced by an electromagnetic speaker and a high frequency range is reproduced by a piezoelectric ceramic in a high-quality earphone. This can be thought of as a method that takes advantage of the respective advantages of electromagnetic (inductor component) speakers whose impedance is low in the low frequency range and ceramic (capacitance component) speakers whose impedance is low in the high frequency range.
しかしながら、上述した特許文献1記載の背景技術では、電磁式スピーカのインダクタ成分と、セラミック式スピーカのキャパシタ成分が接続されることで、発振現象が生ずる可能性があり、その対策として、例えば、抵抗やコンデンサなどの受動素子を、外付けで接続する必要があった。加えて、高周波域までリニアな特性を有する高性能な圧電セラミックスを使用するため、前述の受動素子などの付加も合わせると、製品価格が上昇してしまうという課題があった。 However, in the background technology described in Patent Document 1, an oscillation phenomenon may occur due to the connection between the inductor component of the electromagnetic speaker and the capacitor component of the ceramic speaker. It was necessary to connect passive elements such as capacitors and capacitors externally. In addition, since high-performance piezoelectric ceramics having linear characteristics up to high frequencies are used, there is a problem in that the price of the product increases when the passive elements mentioned above are added.
本発明は、かかる点に着目したもので、その目的は、低価格化を図りつつ、特に高周波数域における電磁式発音体の特性を改善し、全体として広帯域の音声再生を可能とすることである。他の目的は、コストの増大,大型化,高価格化を回避しつつ、イヤホンの性能向上を図ることである。 The present invention has focused on this point, and its purpose is to improve the characteristics of an electromagnetic sounding body, particularly in the high frequency range, while reducing the cost, thereby making it possible to reproduce wideband audio as a whole. be. Another objective is to improve the performance of earphones while avoiding increases in cost, size, and price.
本発明は、電磁式発音体を筐体内部に実装するイヤホンにおいて、前記電磁式発音体の放音側に、その放音によって振動する振動体を設け、前記筐体の放音穴から、前記電磁式発音体による音と、前記振動体の振動によって生ずる音の両方が放出されることを特徴とする。主要な形態の一つによれば、前記振動体は、その外周と前記筐体内壁との間に隙間を有し、かつ、外周以外の少なくとも一点が固定されていることを特徴とする。他の形態によれば、前記振動体を、前記電磁式発音体からの放音によって共振する構造としたことを特徴とする。更に他の形態によれば、前記振動体の共振が、前記電磁式発音体による発音の高周波域で生ずるようにしたことを特徴とする。本発明の前記及び他の目的,特徴,利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。 The present invention provides an earphone in which an electromagnetic sounding body is mounted inside a housing, in which a vibrating body that vibrates due to the sound emitted is provided on the sound emitting side of the electromagnetic sounding body, and the sound emitting body vibrates through the sound emission hole of the housing. It is characterized in that both the sound produced by the electromagnetic sounding body and the sound produced by the vibration of the vibrating body are emitted. According to one of the main aspects, the vibrating body has a gap between its outer periphery and the inner wall of the casing, and is fixed at at least one point other than the outer periphery. According to another aspect, the vibrating body has a structure that resonates due to sound emitted from the electromagnetic sounding body. According to still another embodiment, the resonance of the vibrating body occurs in a high frequency range of the sound produced by the electromagnetic sounding body. These and other objects, features, and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description and accompanying drawings.
本発明によれば、電磁式発音体の放音側に振動板を設け、これが電磁式発音体の放音に伴って振動するようにしたので、高周波域における電磁式発音体の放音特性を改善し、全体として広帯域の音声再生を行うことができる。 According to the present invention, a diaphragm is provided on the sound emitting side of the electromagnetic sounding body, and this vibrates as the electromagnetic sounding body emits sound, so that the sound emission characteristics of the electromagnetic sounding body in the high frequency range can be improved. It is possible to perform wideband audio reproduction as a whole.
以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail based on examples.
最初に、図1~図2を参照して、本発明の基本的な形態について説明する。図1には、本発明のイヤホンの原理的な構造が示されている。同図において、イヤホン10の筐体(ハウジングないしケース)20は、電気信号が入力される前部筐体22と、再生音が放出される後部筐体24を備えている。前部筐体22には、電磁式発音体ないし電磁式スピーカ30及び振動板40が設けられている。振動板40は、電磁式スピーカ30の放音側に配置されており、その中心42が固定されている。振動板40と前部筐体22との間には、隙間44が形成されている。後部筐体24には、放音穴26が形成されている。筐体20に対する各部の固定は、例えば接着剤で行う。
First, the basic form of the present invention will be explained with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 shows the basic structure of the earphone of the present invention. In the figure, a housing (or case) 20 of the
次に、基本的な作用を説明すると、電磁式スピーカ30から放出された音は、太線矢印FSPで示すように、前記隙間44を通過して、後部筐体24の放音穴26へと放出される。この場合において、放出された音波(空気の振動)は、前記隙間44を通過するとともに、同時に振動板40にも直接放射される。これにより、振動板40が、放射された音波によって振動するようになる。ここで、例えば、振動板40として金属板を用い、その共振周波数を高周波域に設定すると、電磁式スピーカ30から出力される高周波域の音波によって振動板40が共振するようになる。このため、電磁式スピーカ30の出力音に対して、矢印FHで示す振動板40の高音が重畳されるようになり、イヤホン全体としては、振動板40が高周波数域の音を補うツイータとして作用する2ウエイ方式の機能を発揮するようになる。
Next, to explain the basic operation, the sound emitted from the
図2には、イヤホン10の出力音圧特性の一例が示されている。図2(A)は、電磁式スピーカ30の音圧特性(点線グラフG2A参照)と、同スピーカ30の共振により振動する振動板40の音圧特性(実線グラフG2B参照)を示す図である。電磁式スピーカ30のインピーダンスZは、Z=2πfL(fは周波数,Lはコイルのインダクタンス)となるため、高周波域になると、インピーダンスZが増加し、コイルに対する流入電流が抑制される。その結果、高周波域における音圧が徐々に低下する。一方、振動板40の音圧は、その共振周波数が基軸になり、かつ金属板のように剛性の高いものを用いているため、高周波域の音を共振現象により発生する。イヤホン10からは、これらグラフG2A,G2Bの音が重畳されて出力されるようになり、図2(B)のグラフG2Cで示すように、電磁式スピーカ30の高周波域の音圧低下を、振動板40の共振音圧によって補う音圧特性が得られるようになる。
FIG. 2 shows an example of the output sound pressure characteristics of the
本実施例によれば、イヤホンの低音再生用に電磁式スピーカを用い、高音再生用に前記電磁式スピーカが発生する音波により共振する振動板を用いることとした。共振する振動板を用いることで、その材質,直径,厚みなどを、前記電磁式スピーカの高音域における音圧調整に利用することができる。同時に複数の能動的な発音体を用いる必要がないため、放音における消費電力を抑制することができ、かつ、広帯域再生可能なイヤホンを供給することができる。更に、単に振動板を付加するだけであることから、コストを抑制するのみではなく、省スペース化も可能となり、大型化や高価格化を回避しつつ、イヤホンの性能向上を図ることができる。 According to this embodiment, an electromagnetic speaker is used to reproduce low sounds of the earphone, and a diaphragm that resonates with the sound waves generated by the electromagnetic speaker is used to reproduce high sounds. By using a resonating diaphragm, its material, diameter, thickness, etc. can be used to adjust the sound pressure in the high frequency range of the electromagnetic speaker. Since it is not necessary to use a plurality of active sounding bodies at the same time, it is possible to suppress power consumption during sound emission and provide earphones capable of wideband reproduction. Furthermore, since a diaphragm is simply added, it is possible not only to reduce costs but also to save space, and it is possible to improve the performance of the earphone while avoiding an increase in size and price.
次に、図3~図5を参照して、本発明の具体例である実施例2について説明する。図3及び図4には、実施例2のイヤホンの構成が示されている。図3は主要断面を示し、図4(A)は分解した状態を示す。これらの図において、イヤホン100の筐体110は、前部筐体112と、後部筐体114によって構成されている。前部筐体112には、縮径した放音穴116が設けられている。また、前部筐体112と後部筐体114との空間内には、後述する放音ユニット150が設けられている。
Next, Example 2, which is a specific example of the present invention, will be described with reference to FIGS. 3 to 5. 3 and 4 show the configuration of an earphone according to a second embodiment. FIG. 3 shows a main cross section, and FIG. 4(A) shows an exploded state. In these figures, a
放音ユニット150の電磁式スピーカ120には、後部筐体114側において、リード線122,導線124を介して音声信号が供給されるようになっている。電磁式スピーカ120の放音側には、プロテクタ130が設けられており、複数の放音穴(図示の例では4つ)132が均等の間隔で設けられている。また、プロテクタ130の中央には取付穴134が設けられており、ブッシュ136が取り付けられている。そして、このブッシュ136の先端に、振動板140が取り付けられている。これら、電磁式スピーカ120,プロテクタ130,ブッシュ136,振動板140によって、放音ユニット150が構成されており、これが、前部筐体112と後部筐体114とによって形成された円筒状の空間内に設けられている。
An audio signal is supplied to the
以上の各部のうち、電磁式スピーカ120には、例えば直径10mmのものを採用し、その端部を、後部筐体114に接着剤で固定する。後部筐体114には、音声信号を流すためのリード線122を挿入し、このリード線122から分岐する正負の導線124を電磁式スピーカ120の入力端子に半田で電気的に接合する。
Among the above-mentioned parts, the
電磁式スピーカ120の放音面に設けたプロテクタ130としては、保護を目的としてステンレス製の厚み0.3mmのものを使用する。プロテクタ130には、放音穴132として、直径2mmの穴を4個設けている。また、プロテクタ130の中心部の直径2.5mmの取付穴134に、ABS樹脂製の固定用ブッシュ136を接着剤にて固定した。更に、ブッシュ136の先端部を振動板140の中心穴142に挿入して、同じく接着剤にて固定した。その後、これら電磁式スピーカ120,プロテクタ130,ブッシュ136,振動板140による放音ユニット150を、前部筐体112と後部筐体114の円筒状内部空間に実装する。最後に、前部筐体112と後部筐体114の円筒開口を、一方の凸部を他方の凹部に挿入して嵌め込み、接着剤で固定する。このようにして、イヤホン100が完成する。
The
このようなイヤホン100の全体の動作を説明すると、電磁式スピーカ120に、リード線122から導線124を介して音声信号を供給すると、電磁式スピーカ120から音が放出されるようになる。この音は、電磁式スピーカ120の前面にあるプロテクタ130の放音穴132から放出され、振動板140と前部筐体112の隙間144(図3参照)を通って、前部筐体112の前方へ放出される(図3の矢印FSP参照)。その際に、音波は、振動板140にも当たる。このため、音波の空気振動により振動板140が共振して音を発生する(図3の矢印FH参照)。すなわち、電磁式スピーカ120の音に振動板140の共振音が重畳された音を得ることができ、これが放音穴116から出力される。
To explain the overall operation of the
次に、上記実施例における音圧特性の一例について、図5のグラフも参照して説明する。同図は、前記振動板140として、直径9mm,厚み0.17mm,ブッシュ136に取り付ける中心穴142の内径1.7mm,のステンレス板を用いたときの音圧特性を示す。このような振動板140の共振周波数等について事前に数値解析を行ったところ、約12.1kHzに、図4(B)に示すような屈曲モードの共振変位が発生することが分かっている。同図中、細線は屈曲前の状態を示し、太線は屈曲時の状態を示す。従って、電磁式スピーカ120から放射された音波によって振動板140が共振振動を起こすと、12.1kHz近傍の音が増長されることになる。
Next, an example of the sound pressure characteristics in the above embodiment will be described with reference to the graph of FIG. 5 as well. This figure shows the sound pressure characteristics when a stainless steel plate with a diameter of 9 mm, a thickness of 0.17 mm, and an inner diameter of the center hole 142 attached to the
以上のようなイヤホン100の出力音圧特性を、IEC:711カプラを利用し、10mWの出力で周波数掃引して測定した結果、図5(A)のような結果が得られた。同図の音圧特性は、イヤホン100の全体の特性であり、電磁式スピーカ120と振動板140の特性が重畳された結果になっている。そこで、ブッシュ136及び振動板140を取り外した比較例のイヤホンを作成し、同様の特性測定を行ったところ、図5(B)のような結果が得られた。このグラフは、電磁式スピーカ120単体での特性と考えることができる。そこで、図5の(A)と(B)の差(A)-(B)を求めたところ、図5(C)のようなグラフになった。このグラフは、振動板140の共振で得られた音圧特性になる。図5(C)に示すように、12.3kHzに音圧のピークがあり、前述の数値解析の結果得られた「12.1kHz」とほぼ一致していることから、本発明の有用性が認められる。
As a result of measuring the output sound pressure characteristics of the
次に、図6~図9を参照して、本発明の実施例3について説明する。なお、上述した実施例と同様ないし対応する構成部分には同一の符号を用いる。実施例2では、振動板を電磁式スピーカ側に設けたが、本実施例では振動板を前部筐体側に設けている。図6は本実施例のイヤホン200の主要断面を示し、図7(A)は分解した状態を示し、図7(B)は振動板240の取付支持体250を電磁式スピーカ側からみた様子を示す。また、図8は振動板取付の様子を示す。これらの図に示すように、振動板固定用のブッシュ136の代わりに支持体250が前部筐体112に設けられており、これに振動板240が取り付けられている点で、上述した実施例2と異なるが、他の部位については実施例2と同様の構成となっている。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 to 9. Note that the same reference numerals are used for the same or corresponding components as in the above-described embodiment. In the second embodiment, the diaphragm was provided on the electromagnetic speaker side, but in this embodiment, the diaphragm was provided on the front housing side. FIG. 6 shows a main cross section of the
詳述すると、前部筐体112の内側には、後部筐体114の電磁式スピーカ120に向かって、図7(B)に示すような支持体250が設けられている。支持体250は、等角度で設けられた3つの羽根状の腕252が前部筐体112の内側側面に接合しており、それらの中心に支持部254が設けられている。また、各腕252は、図6ないし図8(B)に矢印で示す音の通過を妨げないように、音の入力側が鋭角状となっている。そして、前記支持部254を振動板240の中心穴242に挿通して、振動板240の固定・支持が接着剤などで行われる(図8参照)。その際に、図6ないし図8(B)に示すように、前部筐体112と内側と、振動板240の外周との間に、隙間144が形成される。
More specifically, a
このようなイヤホン200の全体の動作を説明すると、電磁式スピーカ120から放出された音は、電磁式スピーカ120の前面にあるプロテクタ130の放音穴132ら放出され、振動板240と前部筐体112の隙間144を通り、更には、支持体250の腕252の間の隙間を通って、前部筐体112の前方へ放出される。その際に、音波は、振動板240にも当たるため、音波の空気振動により振動板240が共振して音を発生する。すなわち、電磁式スピーカ120の音に振動板240の共振音が重畳された音を得ることができ、これが放音穴116から出力される。
To explain the overall operation of such an
次に、上記実施例における音圧特性の一例について、図9のグラフも参照して説明する。同図は、前記振動板240として、外径9mm,厚み0.13mm,内径(中心穴242の径)1.7mm,のアルミ製板を使用したときのグラフで、共振周波数が14.0kHzと算出されている。そして、前記実施例と同様に音圧特性を測定したところ、イヤホン200の音圧特性は、図9(A)のようになった。同図の音圧特性は、イヤホン200の全体の特性であり、電磁式スピーカ120と振動板240の特性が重畳された結果になっている。そこで、支持体250から振動板240を取り外した比較例のイヤホンを作成し、同様の特性測定を行ったところ、図9(B)のような結果が得られた。このグラフは、電磁式スピーカ120単体での特性と考えることができる。そこで、図9の(A)と(B)の差(A)-(B)を求めたところ、図9(C)のようなグラフになった。このグラフは、振動板240の共振で得られた音圧特性になる。図9(C)に示すように、13.9kHzに音圧のピークがあり、前述の数値解析の結果得られた「14.0kHz」とほぼ一致していることから、本発明の有用性が認められる。
Next, an example of the sound pressure characteristics in the above embodiment will be described with reference to the graph in FIG. 9 as well. The figure is a graph when an aluminum plate with an outer diameter of 9 mm, a thickness of 0.13 mm, and an inner diameter (the diameter of the center hole 242) of 1.7 mm is used as the
<他の実施例> なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えることができる。例えば、以下のものも含まれる。
(1)前記実施例で示した形状・寸法は一例であり、必要に応じて同様の機能を奏するように適宜変更してよい。例えば、イヤホンの筐体の外観・形状は、耳の形に応じて適宜変更してよい。
(2)前記実施例では、振動板の中心を固定するようにしたが、高周波域における共振が生ずれば、複数個所を固定してよい。なお、振動板の外周を固定すると、偏振動が生じて歪みの多い音になるため。外周部を除いて固定するのが好ましい。
<Other Examples> Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various changes can be made without departing from the gist of the present invention. Examples include:
(1) The shapes and dimensions shown in the above embodiments are merely examples, and may be modified as necessary to provide the same functions. For example, the appearance and shape of the earphone housing may be changed as appropriate depending on the shape of the ear.
(2) In the above embodiment, the center of the diaphragm is fixed, but if resonance occurs in a high frequency range, it may be fixed at multiple locations. Note that if the outer circumference of the diaphragm is fixed, uneven vibrations will occur and the sound will be distorted. It is preferable to fix it except for the outer periphery.
本発明によれば、電磁式発音体の放音側に振動板を設け、これが電磁式発音体の放音に伴って振動するようにしたので、高周波域における電磁式発音体の放音特性を改善し、全体として広帯域の音声再生を行うことができ、特に高周波域を含む音声を再生するイヤホンに好適である。 According to the present invention, a diaphragm is provided on the sound emitting side of the electromagnetic sounding body, and this vibrates as the electromagnetic sounding body emits sound, so that the sound emission characteristics of the electromagnetic sounding body in the high frequency range can be improved. As a result, it is possible to reproduce wideband audio as a whole, and is particularly suitable for earphones that reproduce audio including high frequency ranges.
10:イヤホン
20:筐体
22:前部筐体
24:後部筐体
26:放音穴
30:電磁式スピーカ
40:振動板
42:中心
44:隙間
100:イヤホン
110:筐体
112:前部筐体
114:後部筐体
116:放音穴
120:電磁式スピーカ
122:リード線
124:導線
130:プロテクタ
132:放音穴
134:取付穴
136:ブッシュ
140:振動板
142:中心穴
144:隙間
150:放音ユニット
200:イヤホン
240:振動板
242:中心穴
250:支持体
252:腕
254:支持部
10: Earphone 20: Housing 22: Front housing 24: Rear housing 26: Sound emission hole 30: Electromagnetic speaker 40: Vibration plate 42: Center 44: Gap 100: Earphone 110: Housing 112: Front housing Body 114: Rear housing 116: Sound emitting hole 120: Electromagnetic speaker 122: Lead wire 124: Conducting wire 130: Protector 132: Sound emitting hole 134: Mounting hole 136: Bush 140: Vibration plate 142: Center hole 144: Gap 150 : Sound emitting unit 200: Earphone 240: Vibration plate 242: Center hole 250: Support body 252: Arm 254: Support part
Claims (4)
前記電磁式発音体の放音側に、その放音によって振動する振動体を設け、
前記筐体の放音穴から、前記電磁式発音体による音と、前記振動体の振動によって生ずる音の両方が放出されることを特徴とするイヤホン。 In earphones with an electromagnetic sounding body mounted inside the housing,
A vibrating body that vibrates due to the sound emitted is provided on the sound emitting side of the electromagnetic sounding body,
An earphone characterized in that both the sound produced by the electromagnetic sounding body and the sound produced by the vibration of the vibrating body are emitted from the sound emission hole of the housing.
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