JP3483879B2 - イヤホン - Google Patents

イヤホン

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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は一般にイヤホン、特に特別に軽量のコンパク
トな構造のイヤホンにおける雑音をアクチブに減少させ
る新しい装置および技術に関する。
背景技術のために、米国特許第4,644,581号明細書お
よび第4,455,675号明細書、並びに米国出願番号07/138,
095号明細書を参照する。
［従来技術］ これらの文献によると、外部雑音および同じ空洞中の
ヘッドホン駆動装置によって生成された音の合計に対応
した信号を供給する空洞内において圧力感応性マイクロ
ホンのような電気音響変換器およびヘッドホン空洞が使
用されている。結合装置は、再生される入力信号と空洞
中のヘッドホン駆動装置の出力との間の雑音その他の差
を表すエラー信号を生成するために再生されることを所
望された入力信号とこの変換信号を結合する。結合装置
を含むサーボは、大きく減少されて再生されることを所
望された信号が供給される入力と耳との間に実質的に均
一の周波数応答特性を有する外部雑音および歪みの著し
く減少された出力音響信号を耳で生成するためにこれら
のエラー信号を補償する補償装置を含む。
［発明の解決しようとする課題］ 本発明の重要な目的は、軽量で、コンパクトで、快適
なアクチブ雑音減少システムにおける改善されたイヤホ
ンを提供することである。
［課題解決のための手段］ 本発明は、イヤホンを駆動する第１の電気音響変換器
およびこの第１の電気音響変換器と近接して配置された
雑音を検出する第２の電気音響変換器と、これら第１お
よび第２の電気音響変換器を収容しているシェルとを具
備し、外耳の内面に適合するように構成されているアク
チブ雑音減少システムにおいて使用されるイヤホン装置
において、シェルは外耳内に位置されるとき、コンプラ
イアンスCEを有する耳溝に隣接して位置されるコンプラ
イアンスCFを有する前方空洞を具備し、第１の電気音響
変換器はコンプライアンスCDを有し、第１および第２の
電気音響変換器を含んでアクチブ雑音減少システムを構
成している電気回路は、外耳内部の雑音強度を能動的に
減少させるために、第２の電気音響変換器に入来する雑
音と反対の位相の雑音を前記第１の電気音響変換器によ
って再生するように構成され、前方空洞のコンプライア
ンスCFを耳溝のコンプライアンスCEより大きくして受動
減衰を生成し、さらに、第１の電気音響変換器のコンプ
ライアンスCDが前方空洞のコンプライアンスCFより大き
い値を有するように前記前方空洞の容積が設定されてい
ることを特徴とする。
本発明の別の特徴による構成では、イヤホン装置のシ
ェルは前方空洞および後方空洞を備え、前方空洞はイヤ
ホン装置が外耳内に位置されるとき後方空洞よりも内耳
に近い位置にあるように構成さ第２の電気音響変換器は
前方空洞中に配置されたマイクロホンであり、第１の電
気音響変換器は前方空洞と後方空洞との間の境界の少な
くとも一部を形成している。
本発明の別の特徴による構成では、アクチブ雑音減少
システムにおいて使用されるイヤホン装置は、外耳道の
入口部分に直接結合するように構成され、イヤホン装置
のシェルは前方空洞および後方空洞を含んでおり、前方
空洞はイヤホン装置が外耳内に位置されるとき後方空洞
よりも内耳に近い位置にあるように構成され、第２の電
気音響変換器は前方空洞中に配置されたマイクロホンで
あり、第１の電気音響変換器は前方空洞と後方空洞との
間の境界の少なくとも一部を形成している。第２の電気
音響変換器のマイクロホンの振動板は第１の電気音響変
換器の振動板に対して垂直である。前方空洞は音響抵抗
を有する材料で覆われた開口を設けられていることが好
ましい。
本発明の種々の別の特徴および利点は、以下の詳細な
説明および添付図面から明らかになるであろう。
［実施例］ 第１図を参照すると、上記の米国特許第4,644,581号
明細書の第１図に実質的に対応した本発明を含むシステ
ムの論理装置を示すブロック図である。信号結合器30
は、マイクロホン前置増幅器35によって供給されるフィ
ードバック信号と入力端子24上のイヤホンによって再生
されることを所望される信号を代数的に結合する。信号
結合器30は、高レベルの信号のレベルを限定する圧縮器
31に結合された信号を供給する。圧縮器31の出力は補償
装置31Aに供給される。補償装置31Aは、開ループ利得が
ナイキスト（Nyquist）安定基準に適合することを保証
するための補償回路を含んでいるため、システムはルー
プが閉じれられたとき発振しない。示されたシステムは
左右の耳のそれぞれに対して一つづつ設けられる。
パーワ増幅器32は補償器31Aからの信号を増幅し、マ
イクロホン11によって与えられ変換された結合音響圧力
信号を供給するために円36として表された空洞12におい
て結合音響圧力信号を生成するように音響入力端子25と
して表わされた領域から空洞12に入る外部雑音信号と結
合される空洞12において音響信号を供給するイヤホン駆
動装置17を励起する。マイクロホン増幅器35は変換され
た信号を増幅し、信号結合器30にそれを送る。
第２図を参照すると、本発明の実施例の直径方向の断
面図が示されている。マイクロホン11は前方空洞12Aに
位置され、制動された駆動装置17は前方空洞12Aと後方
空洞12Bとの間の境界に沿って配置されていることが好
ましい。前方または内部空洞12Aは後方または外部空洞1
2Bを同軸方向に包囲する部分12Cを有する。後方または
外部空洞12Bおよび部分12Cを有する前方空洞12Aは、オ
ープンセルフォーム13Bおよび13Aでそれぞれ満たされて
いる。典型的にプラスチックから形成されるシェル14は
後方または外部部分14Aおよび前方または内部部分14Bを
含み、微細なワイヤメッシュのような音響抵抗材料15に
よってカバーされた開口14Cにより形成された前方また
は内部部分14Bと結合されている。クッション16はポリ
ウレタンフィルム16Bによりカバーされたシリコンゲル1
6Aから形成され、入口から耳溝にマイクロホン11を移動
せずに異なる耳に対する適合し密封するように成形され
る。駆動装置17のダイヤフラムの後方または外部は示さ
れているように外側で開いている後方または外部空洞12
Bを通して外部に露出されている。
構造的な構成を記載してきたが、以下本発明の原理を
示す。本発明は比較的コンパクトで軽量であり、着用者
に快適さを提供する。外耳中の配置構造は、大きいイヤ
カップおよび大きい周辺クッションを有する構造に比べ
て寸法および重量を減少させる。本発明はさらに著しく
雑音を減衰させる。
システムの重要な観点は安定性を維持することであ
る。本発明は、大きい利得および位相マージンを提供す
るように駆動装置17とマイクロホン11との間の伝達関数
を修正する構造を含む。伝達関数は変換器だけでなく、
変換器が設けられている空洞の音響性にも依存し、異な
る外耳特性を有する個々の利用者によって異なってい
る。高周波での変化はヒトの耳溝、容積、寸法およびこ
まくインピーダンスの変化によって発生される。伝達関
数に対するこれらの変化の影響は、前方または内部空洞
12Aにおいて比較的大きい容積を設定することによって
減少されることができる。
第３図および第４図を参照すると、高および低周波数
でのシステムの各伝達関数を特徴付ける簡単化された等
価な電気回路が示されている。CDは駆動装置17のコンプ
ライアンスであり、MDは駆動装置17のマスであり、CFは
前方または内部空洞12Aのコンプライアンスであり、CE
は耳溝空洞のコンプライアンスであり、RDは駆動装置17
の抵抗である。前方空洞容積が条件CD＞CF＞CEを満足す
るように選択された場合、伝達関数は、以下の関係によ
り近似されることができ、耳溝コンプライアンスの関数
ではない（耳溝の平均容積は約2ccである）。
VO/VIN1/（S2MDCF＋１） 第４図において、RSは音響抵抗15の抵抗であり、MLは
前方空洞12Aと外耳との間の漏洩のマスを表す。抵抗ス
クリーン15がないと、システムの応答特性は安定性の問
題を生じさせる180゜の位相シフトを発生させる第２の
オーダーのロールオフが生じる。この問題は低周波数の
電子的補償によって克服されることができるが、しかし
ながらこの方法はシステムのダイナミック範囲を制限す
る。本発明による好ましい方法は前方または内部空洞12
Aにおけるシェル14Bの開口14C中に抵抗素子15を設ける
ことである。抵抗素子は、消去にあまり影響を与えない
ように十分に低い抵抗で選択されることが好ましい。
第5A図および第5B図を参照すると、システム応答が下
方の曲線によって表された抵抗スクリーンにより導かれ
た比較的小さい減衰および180゜の位相シフトの消滅を
示すシステムの振幅および位相応答に関する抵抗スクリ
ーン15の影響をそれぞれ表したグラフが示されている。
本発明の利点は、小さい駆動装置17を使用し、耳溝の
入口の近くに感知マイクロホン11を位置することにより
アクチブな消去の帯域幅が上記の特許明細書に記載され
た周辺システムにより実際に利用できるほぼ２倍の高さ
の1500Hzまで拡大されることができることである。本発
明の別の特徴は、雑音保護を効果的に行うために高周波
数における著しい量の受動減衰である。受動減衰は前方
または内部空洞の漏洩および容積の関数である。小さい
構造に対してこの容積は約10ccを越えてはならないこと
が好ましいことが認められた。受動減衰に対して好まし
い方法は、後方空洞容積を少し有する、または全く持た
ない前方空洞としてシェルの利用可能な容積のほぼ全て
を使用することであることが認められた。
第６図を参照すると、受動的な伝送損失分析用の等価
電気回路が示されている。非常に良好な密封でさえも漏
洩マスMLは駆動装置のインピーダンスCD、RD、MDに対し
て優勢であり、後方空洞12Bを通る駆動装置の開いた後
部はシステム特性をそれ程劣化しないことが実験的に決
定された。
第７図を参照すると、前方または内部空洞が閉または
開の後部に関して大きい場合の受動減衰の差が無視でき
るほど小さいことを示し、開放した後部で小さい容積の
前方または内部空洞を使用した場合よりも著しく良好な
受動減衰を提供することを表すグラフが示されている。
本発明の特徴は非常に小さい駆動装置17を使用し、結
果的に小さい構造において広い消去帯域幅を提供するこ
とである。駆動装置の最大パワー処理能力は典型的に駆
動装置の寸法に関連し、駆動装置の効率は典型的に後方
または外部空洞12Bの容積に関連している。高い出力の
ために、後方または外部空洞を全く使用しないことが望
ましい。第８図を参照すると、ほぼ2ccの後方または外
部空洞を伴う出力に比較された後方空洞のない出力増加
を表したグラフが示されている。
本発明の好ましい形態は、各耳への個人別フィット部
分を有するシェル構造を含む。第９図を参照すると、本
発明の１形態の平面図が示されている。第9A図および第
9B図は、音響抵抗15を露出する耳溝への入口における開
口14Eを形成されたシェル14上にスナップで結合した個
人別のスナップオン方式の耳空洞モールド14Dを示す第
９図のＡ−ＡおよびＢ−Ｂにおける断面図である。外耳
軸に垂直な駆動装置17のダイヤフラムと共に配向された
駆動装置17およびマイクロホン11が示されている。個人
別耳空洞モールド14Dは、補聴器の個人別モールドと実
質的に同じ方法で形成されてもよい。
以上、大きいアクチブ雑音消去を行うシステムにおい
てコンパクトで軽量のイヤホンを提供する新しい装置お
よび技術が説明されてきた。別の実施例は特許請求の範
囲内で可能である。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明を内蔵したシステムを示すブロック図で
ある。 第２図は本発明の実施例の軸方向の断面図である。 第３図および第４図は、高および低周波数における本発
明によるシステムの伝達関数を特徴づける等価電気回路
をそれぞれ示す。 第5A図および第5B図は、システムの大きさおよび位相応
答に対する抵抗スクリーンの各影響を表したグラフであ
る。 第６図はシステムの受動伝送損失をモデル化した等価電
気回路を示す。 第７図は、受動減衰に対する前方または内部空洞および
開いた後部の容積の影響を示す。 第８図は駆動装置の効率に対する2ccの後方空洞の影響
を示す。 第９図は、左耳中の本発明の実施例の素子を示す平面図
である。 第9A図は第９図のＡ−Ａにおける断面図である。 第9B図は第９図のＢ−Ｂにおける断面図である。 11…マイクロホン、12…空洞、14…シェル、15…抵抗素
子、16…クッション、17…駆動装置、30…信号結合器、
31…圧縮器、31A…補償装置、35…前置増幅器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−79500（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−196999（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−81990（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−232797（ＪＰ，Ａ) 特表 昭63−503186（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H04R 1/10 104 G10K 11/178

Claims (19)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】イヤホンを駆動する第１の電気音響変換器
    およびこの第１の電気音響変換器と近接して配置された
    雑音を検出する第２の電気音響変換器と、これら第１お
    よび第２の電気音響変換器を収容しているシェルとを具
    備し、外耳の内面に適合するように構成されているアク
    チブ雑音減少システムにおいて使用されるイヤホン装置
    において、 前記シェルは外耳内に位置されるとき、コンプライアン
    スCEを有する耳溝に隣接して位置されるコンプライアン
    スCFを有する前方空洞を具備し、 前記第１の電気音響変換器はコンプライアンスCDを有
    し、 前記第１および第２の電気音響変換器を含んでアクチブ
    雑音減少システムを構成している電気回路は、外耳内部
    の雑音強度を能動的に減少させるために、前記第２の電
    気音響変換器に入来する雑音と反対の位相の雑音を前記
    第１の電気音響変換器によって再生するように構成さ
    れ、 前記前方空洞のコンプライアンスCFを耳溝のコンプライ
    アンスCEより大きくして受動減衰を生成し、さらに、前
    記第１の電気音響変換器のコンプライアンスCDが前方空
    洞のコンプライアンスCFより大きい値を有するように前
    記前方空洞の容積が設定されていることを特徴とするイ
    ヤホン装置。
  2. 【請求項２】前記シェルは前方空洞および後方空洞を備
    え、前記前方空洞はイヤホン装置が外耳内に位置される
    とき後方空洞よりも内耳に近い位置にあるように構成さ
    れている請求項１記載のイヤホン装置。
  3. 【請求項３】前記シェルはスナップ・オン式の空洞モー
    ルドを備えている請求項１記載のイヤホン装置。
  4. 【請求項４】前記シェルは前方空洞および後方空洞を備
    え、前記第２の電気音響変換器は前記前方空洞中に配置
    されたマイクロホンであり、 前記第１の前記音響変換器は前方空洞と後方空洞との間
    の境界の少なくとも一部を形成しているイヤホン駆動装
    置である請求項１記載のイヤホン装置。
  5. 【請求項５】前記前方空洞は音響抵抗を有する材料で覆
    われた開口を設けられている請求項１乃至４のいずれか
    １項記載のイヤホン装置。
  6. 【請求項６】前記前方空洞の容積は10立方cm以下である
    請求項４記載のイヤホン装置。
  7. 【請求項７】アクチブ雑音減少システムにおいて使用さ
    れ、外耳道の入口部分に直接結合するように構成されて
    いるイヤホン装置において、 イヤホンを駆動する第１の電気音響変換器およびこの第
    １の電気音響変換器と近接して配置された雑音を検出す
    る第２の電気音響変換器と、これら第１および第２の電
    気音響変換器を収容しているシェルとを具備し、このシ
    ェルはイヤホン装置が外耳道の入口部分に直接結合され
    るとき外耳の内側部分に適合して位置するように構成さ
    れ、 前記第１および第２の電気音響変換器を含んでアクチブ
    雑音減少システムを構成している電子回路は外耳内部の
    雑音を能動的に減少させるために前記第２の電気音響変
    換器に入来する雑音と反対の位相の雑音を前記第１の電
    気音響変換器によって再生するように構成され、 前記シェルは前方空洞および後方空洞を備え、前記前方
    空洞はイヤホン装置が外耳道の入口部分に直接結合され
    るとき後方空洞よりも内耳に近く位置するように構成さ
    れ、 前記前方空洞は音響抵抗を有する材料で覆われた開口を
    設けられていることを特徴とするイヤホン装置。
  8. 【請求項８】アクチブ雑音減少システムにおいて使用さ
    れ、外耳道の入口部分に直接結合するように構成されて
    いるイヤホン装置において、 イヤホンを駆動する第１の電気音響変換器およびこの第
    １の電気音響変換器と近接して配置された雑音を検出す
    る第２の電気音響変換器と、これら第１および第２の電
    気音響変換器を収容しているシェルとを具備し、このシ
    ェルはイヤホン装置が外耳道の入口部分に直接結合され
    るとき外耳の内側部分に適合して位置するように構成さ
    れ、 前記第１および第２の電気音響変換器を含んでアクチブ
    雑音減少システムを構成している電子回路は外耳内部の
    雑音を能動的に減少させるために前記第２の電気音響変
    換器に入来する雑音と反対の位相の雑音を前記第１の電
    気音響変換器によって再生するように構成され、 前記シェルは前方空洞および後方空洞を備え、前記前方
    空洞はイヤホン装置が外耳道の入口部分に直接結合され
    るとき後方空洞よりも内耳に近く位置するように構成さ
    れ、 前記第２の電気音響変換器は前記前方空洞中に位置され
    ているマイクロホンであり、 前記第１の電気音響変換器は前方空洞と後方空洞との間
    の境界の少なくとも一部を形成しているイヤホン駆動装
    置であり、 前記前方空洞は少なくとも部分的に同軸的に前記後方空
    洞を包囲していることを特徴とするイヤホン装置。
  9. 【請求項９】前記前方空洞は音響抵抗を有する材料で覆
    われた開口を設けられている請求項８記載のイヤホン装
    置。
  10. 【請求項１０】アクチブ雑音減少システムにおいて使用
    され、外耳道の入口部分に直接結合するように構成され
    ているイヤホン装置において、 イヤホンを駆動する第１の電気音響変換器およびこの第
    １の電気音響変換器と近接して配置された雑音を検出す
    る第２の電気音響変換器と、これら第１および第２の電
    気音響変換器を収容しているシェルとを具備し、このシ
    ェルはイヤホン装置が外耳道の入口部分に直接結合され
    るとき外耳の内側部分に適合して位置するように構成さ
    れ、 前記第１および第２の電気音響変換器を含んでアクチブ
    雑音減少システムを構成している電子回路は外耳内部の
    雑音を能動的に減少させるために前記第１の電気音響変
    換器に入来する雑音と反対の位相の雑音を前記第１の電
    気音響変換器によって再生するように構成され、 前記シェルは前方空洞および後方空洞を備え、前記前方
    空洞はイヤホン装置が外耳道の入口部分に直接結合され
    るとき後方空洞よりも内耳に近く位置するように構成さ
    れ、 前記第２の電気音響変換器は前記前方空洞中に位置され
    ているマイクロホンであり、 前記第１の電気音響変換器は前方空洞と後方空洞との間
    の境界の少なくとも一部を形成しているイヤホン駆動装
    置であり、 前記前方空洞および後方空洞はオープンセルフォームを
    充填されていることを特徴とイヤホン装置。
  11. 【請求項１１】アクチブ雑音減少システムにおいて使用
    され、外耳道の入口部分に直接結合するように構成され
    ているイヤホン装置において、 イヤホンを駆動する第１の電気音響変換器およびこの第
    １の電気音響変換器と近接して配置された雑音を検出す
    る第２の電気音響変換器と、これら第１および第２の電
    気音響変換器を収容しているシェルとを具備し、このシ
    ェルはイヤホン装置が外耳道の入口部分に直接結合され
    るとき外耳の内側部分に適合して位置するように構成さ
    れ、 前記第１および第２の電気音響変換器を含んでアクチブ
    雑音減少システムを構成している電子回路は外耳内部の
    雑音を能動的に減少させるために前記第２の電気音響変
    換器に入来する雑音と反対の位相の雑音を前記第１の電
    気音響変換器によって再生するように構成され、 前記シェルは前方空洞および後方空洞を備え、前記前方
    空洞はイヤホン装置が外耳道の入口部分に直接結合され
    るとき後方空洞よりも内耳に近く位置するように構成さ
    れ、 前記第２の電気音響変換器は前記前方空洞中に位置され
    ているマイクロホンであり、 前記第１の電気音響変換器は前方空洞と後方空洞との間
    の境界の少なくとも一部を形成しているイヤホン駆動装
    置であり、 前記マイクロホンの振動板と前記イヤホン駆動装置の振
    動板とは互いに垂直であることを特徴とイヤホン装置。
  12. 【請求項１２】前記イヤホン駆動装置は制動されている
    請求項11記載のイヤホン装置。
  13. 【請求項１３】アクチブ雑音減少システムにおいて使用
    され、外耳道の入口部分に直接結合するように構成され
    ているイヤホン装置において、 イヤホンを駆動する第１の電気音響変換器およびこの第
    １の電気音響変換器と近接して配置された雑音を検出す
    る第２の電気音響変換器と、これら第１および第２の電
    気音響変換器を収容しているシェルとを具備し、このシ
    ェルはイヤホン装置が外耳道の入口部分に直接結合され
    るとき外耳の内側部分に適合して位置するように構成さ
    れ、第１の電気音響変換器と外耳との間に位置している
    前方空洞を含んでおり、 前記第１および第２の電気音響変換器を含んでアクチブ
    雑音減少システムを構成している電子回路は外耳内部の
    雑音を能動的に減少させるために前記第２の電気音響変
    換器に入来する雑音と反対の位相の雑音を前記第１の電
    気音響変換器によって再生するように構成され、 さらに、前記シェルの外側の一部を構成し、ポリウレタ
    ンフィルムで包まれているシリコンゲルの層を備えてい
    ることを特徴とイヤホン装置。
  14. 【請求項１４】アクチブ雑音減少システムにおいて使用
    され、外耳道の入口部分に直接結合するように構成され
    ているイヤホン装置において、 電気音響変換器を収容し、イヤホン装置が外耳道の入口
    部分に直接結合されるとき外耳の内側部分に適合して位
    置するように構成されているシェルを備え、 前記シェルは外耳道の入口部分に直接結合されるとき、
    コンプライアンスCEを有する耳溝に隣接して配置されて
    いるコンプライアンスCFを有する前方空洞を有し、 前記前方空洞は、この前方空洞のコンプライアンスCFを
    耳溝のコンプライアンスCEより大きくして受動減衰を生
    成するような大きさの容積を有して構成されていること
    を特徴とイヤホン装置。
  15. 【請求項１５】前記前方空洞は前記シェルの利用できる
    全容積を占めている請求項14記載のイヤホン装置。
  16. 【請求項１６】前記前方空洞は音響抵抗を有する材料で
    覆われた開口を設けられている請求項14または15記載の
    イヤホン装置。
  17. 【請求項１７】前記前方空洞の容積は10立方cm以下であ
    る請求項14または15記載のイヤホン装置。
  18. 【請求項１８】前記シェルは使用者の外耳に個人別にモ
    ールドされる請求項14記載のイヤホン装置。
  19. 【請求項１９】前記シェルはスナップ・オン空洞モール
    ドを備えている請求項14記載のイヤホン装置。
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