JP4580025B1

JP4580025B1 - 骨伝導トランスデューサ

Info

Publication number: JP4580025B1
Application number: JP2009122955A
Authority: JP
Inventors: 厚井上
Original assignee: I-BIT CO.,LTD.
Current assignee: I-BIT CO.,LTD.
Priority date: 2009-05-21
Filing date: 2009-05-21
Publication date: 2010-11-10
Anticipated expiration: 2029-05-21
Also published as: JP2010273084A

Abstract

【課題】音響特性及び品質の良好な骨伝導スピーカを提供する。
【解決手段】振動伝達板を備えたフレームと、可動支持体によって当該フレームの内壁に固定されたポット形状のヨークと、当該ヨークの底面に固定されたマグネットと、一端が当該マグネットの側面の少なくとも一部を取り巻き且つ他端が当該振動伝達板に固定されたコイルと、を含む骨伝導スピーカ。該骨伝導スピーカは、前記振動伝達板を人肌に接触するようにして用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は骨伝導トランスデューサに関するとともに当該骨伝導トランスデューサを備えた骨伝導ヘッドセット等に関する。

骨伝導の方式としては、圧電素子方式、超磁歪素子方式、コイル素子方式が一般的に知られている。このうち、コイル素子方式は、イヤフォン端子に直接接続して使えるなどの理由から様々な用途への応用が期待されている。従来、骨伝導トランスデューサは主に聴覚補助のために用いられてきたが、近年、オーディオ用途への要求が高まっており、音響特性及び品質の良好な骨伝導トランスデューサの開発が各方面から要望されている。例えば、特許文献１には、フレームの上壁内面にコイルを固定し、そのコイルの内側及び外側に配されたマグネットを振動させ、その振動を振動伝達クッションを介して伝達する骨伝導イヤフォンが開示されている。

特開２００８−１３１４７０号公報

しかしながら、特許文献１に開示されるような、コイル側をフレームに固定してマグネット側を振動させ、そのマグネット側に設けられた振動伝達部を人体に接触させる方式の場合には以下のような問題点があった。すなわち、体感音量を上げようとして、マグネット側に設けられた振動伝達部を人体に強く押し当てた場合、マグネットの振動動作が抑制されて逆に体感音量が下がってしまうという問題点があった。この問題点を解決するために、マグネットと人体との間に適当な空間を設けてマグネットを自由振動させるといった構造を採用することもできるが、このような構造の場合、不要な共振や気道音が発生してしまうといった弊害があった。

本発明は上記した如き問題点に鑑みてなされたものであって、音響特性及び品質の良好な骨伝導トランスデューサを提供することを目的とする。

また、当該骨伝導トランスデューサを備えた骨伝導ヘッドセット等を提供することを目的とする。

本発明による骨伝導トランスデューサは、フレームと、前記フレームとは異なる材料からなり且つ前記フレームのうちの使用時に頭部に向けられる側に前記フレームとともに頭部に接触するように固定された振動伝達板と、可動支持体によって前記フレームの内壁に固定された有底筒体状のヨークと、前記ヨークの底面に固定されたマグネットと、一端が前記マグネットの側面の少なくとも一部を取り巻き且つ他端が前記振動伝達板に固定されたコイルと、を含むことを特徴とする。前記骨伝導トランスデューサを使用するときは、前記振動伝達板とその周辺のフレームを人肌に接触するようにする。

前記骨伝導トランスデューサは、前記マグネットに貼り合わされた錘を更に含んでも良い。また、前記錘は磁性体であっても良い。また、前記ヨークの側壁の高さが、前記マグネットの厚さと前記錘の厚さとの和よりも大きくなるようにしても良い。

本発明による骨伝導トランスデューサによれば、音響特性及び品質の良好な骨伝導トランスデューサを提供することができる。

本発明による骨伝導トランスデューサの断面を表す断面図である。本発明による骨伝導トランスデューサの各部位を表す断面図である。（ａ）は、図１に示される骨伝導トランスデューサを備えたヘッドセットの概略斜視図である。（ｂ）は、人が（ａ）に示されるヘッドセットを装着したときの概略図である。

以下、本発明に係る実施例について添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は本発明による骨伝導トランスデューサ１００の断面を表す断面図である。図２は骨伝導トランスデューサ１００の各部位を表す断面図である。図１及び図２に示される如く、骨伝導トランスデューサ１００は、上側フレーム１０１と、可動支持体１０２と、ヨーク１０３と、マグネット１０４と、錘１０５と、コイル１０６と、下側フレーム１０７と、振動伝達板１０８と、を含んで構成されている。

上側フレーム１０１は、例えば皿型の形状であり、下側フレーム１０７と結合してマグネット１０４その他の部材を収容するための空間を有する例えばプラスチックなどの材料からなるケース部材である。上側フレーム１０１の中央には、マグネット１０４の動きをある程度制限するための開口部１０１ａが設けられている。開口部１０１ａを設けることにより、スピーカーボックスのエアーダクトと同じ効果が得られ、音質を向上させることができる。また、上側フレーム１０１には、可動支持体１０２を固定するための複数個の取付け部１０１ｂが、例えば上側フレーム１０１の外周に沿って等間隔に設けられている。

下側フレーム１０７も皿型の形状であり、上側フレーム１０１と結合してマグネット１０４その他の部材を収容するための空間を有する例えばプラスチックなどの材料からなるケース部材である。下側フレーム１０７の中央には開口部１０７ａが設けられており、更に開口部１０７ａを取り囲むようにリング状の突起部１０７ｂが設けられている。突起部１０１ｂの内側には、振動伝達板１０８が嵌め込まれ、下側フレーム１０７の開口部１０７ａを塞いでいる。

以下、上側フレーム１０１と下側フレーム１０７とが接着剤又は嵌め込み機構などの機械的機構により結合されてなるフレーム全体を単にフレーム１０９と称する。下側フレーム１０７は、その開口部１０７ａから皿型形状の縁部１０７ｃへかけて湾曲している。下側フレーム１０７の外形が湾曲していることにより、どのような頭部形状に対しても安定して接触することができる。なお、フレーム１０９の厚さに制約は無く製品仕様に合わせて適宜設定すれば良。また、フレーム１０９の外側には装飾その他の構造を適宜設けても良い。

可動支持体１０２は、ヨーク１０３を上側フレーム１０１に連結して固定するための支持体であり、例えば銅などの金属板をプレスにより打ち抜きして形成されたダンパーである。可動支持体１０２は、その中央部分にヨーク１０３を嵌め込むことができるような例えば環状形構造を有しており、更に当該環状形構造から外側に向かって伸びた位置に複数個の固定部１０２ａが例えば等間隔に設けられている。固定部１０２ａの各々が固定ピン乃至ネジ１１０により上側フレーム１０１の取付け部１０１ｂに固定される。可動支持体１０２に固定されたヨーク１０３は、可動支持体１０２の撓みによって上側フレーム１０１又は下側フレーム１０７の方向に上下動し得る。特に可動支持体１０２の環状形構造から外側に向かって伸びた位置に固定部１０２ａを設けて、上側フレーム１０１の取付け部１０１ｂに固定することにより、音響特性を向上させることができる。

ヨーク１０３は、有底円筒形状（いわゆるポット型）の例えば軟鉄などの磁性金属材料からなるヨーク（継鉄）であり、その底部１０３ｂの存する側を上側フレーム１０１の側に向けて可動支持体１０２の環状部分に嵌め込まれることによりフレーム１０９の空間内に支持されている。ヨーク１０３の側面には、リング状の突起部１０３ａが設けられており、この突起部１０３ａが可動支持体１０２に接着されて固定されている。ヨーク１０３の側面における突起部１０３ａの位置に制約は無く、フレーム１０９の形状等に合わせて適宜設定可能である。ヨーク１０３の底部１０３ｂは、マグネット１０４を貼り付けられるように平らになっている。

マグネット１０４は、所定の磁性を有する円柱形状の永久磁石である。マグネット１０４の一方の面がヨーク１０３の底部１０３ｂのほぼ中央に接着剤によって固定されている。マグネット１０４の直径はヨーク１０３の底部１０３ｂの直径よりも小さく、固定されたマグネット１０４の側面とヨーク１０３の側壁との間にはリング状の空間が存在する。ヨーク１０３の底部１０３ｂに固定させる面はマグネット１０４のＳ極側、Ｎ極側の何れでも良く、例えばマグネット１０４のＳ極側の面をヨーク１０３の底部１０３ｂに固定させる。

錘１０５は、マグネット１０４の直径とほぼ同径の円柱形状の錘であり、その一方の面がマグネット１０４の他方の面に接着剤により貼り合わされている。錘１０５は、例えば酸化鉄、酸化クロム、コバルト又はフェライトなどの磁性体である。通常、錘１０５の直径は、マグネット１０４の直径と同一であるが、必要に応じて比較的大きく又は小さくしても良い。

錘１０５の大きさ（又は質量）を変えることによって、マグネット１０４の実質的な質量を変えることができる。例えば錘１０５の円柱軸方向の厚さを厚くする又は薄くすることにより質量を変更することができる。マグネット１０４の実質的な質量を変えれば、振動の周波数特性や音質が変わる。つまり、製品種別毎に錘１０５の大きさ（又は質量）を変えることにより、周波数特性や音質を容易に変更することができる。なお、少なくとも１つの別の錘を錘１０５に更に貼り付けることによって質量を変えても良い。

コイル１０６は、例えば図１に示される如く一端がマグネット１０４及び錘１０５の側面の少なくとも一部を取り巻き且つ他端が振動伝達板１０８に固定された円筒形状のいわゆるボイスコイルである。コイル１０６は、所定のインダクタンスを得るために、例えばプラスチックやアルミニウムなどの材料からなる円筒形状のボビン１０６ｂの少なくとも一部に、例えば銅線などの電線を所定の巻き数だけ巻き付けたものである。以下、当該一部を巻付け部１０６ａと称する。なお、ボビンに巻きつけられた電線を樹脂で包埋して固定する等の処理を適宜施しても良い。

巻付け部１０６ａは、例えば図１及び図２に示される如くボビン１０６ｂのマグネット１０４側の端部に位置し、その少なくとも一部はマグネット１０４及び錘１０５の側面とヨーク１０３の側壁との間に形成されたリング状の空間に沿って位置している。また、巻付け部１０６ａの反対側の端部（以下、固定部１０６ｃと称する）が、振動伝達板１０８に固定されている。固定部１０６ｃは、固定部１０６ｃ及び振動伝達板１０８の各々に設けられた例えば嵌め込み機構又は噛み合わせ機構などの機械的機構（図示せず）により振動伝達板１０８に固定されている。

マグネット１０４及び錘１０５の円柱軸方向の厚さは、所望の周波数特性や音質を得るために適宜調整されるので、巻付け部１０６ａが錘１０５の側面の一部のみを取り巻くように位置する場合もあるし、マグネット１０４の側面の少なくとも一部と錘１０５の側面の全部とを取り巻くように位置する場合もある。磁界の作用を効果的に得るという観点からは、ヨーク１０３の側壁の高さｈ１を、マグネット１０４の円柱軸方向の厚さｄ１と錘１０５の円柱軸方向の厚さｄ２との和よりも大きくするのが好ましい。

コイル１０６には、例えば上側フレーム１０１に設けられた通穴（図示せず）を介して図示せぬ配線コードが接続されており、当該配線コードを介してコイル１０６に給電されると、マグネット１０４とコイル１０６との間に発生した磁界の作用により、所定の周波数にてマグネット１０４及びコイル１０６が振動する。

振動伝達板１０８は、円筒形状であるコイル１０６の直径よりもやや大きい直径を有する例えば円形状のプラスチックやアルミニウムなどの材料からなる振動板であり、下側フレーム１０７の開口部１０７ａを取り囲むようにリング状に設けられた突起部１０１ｂの内側に嵌め込まれている。振動伝達板１０８の一方の面にはコイル１０６の巻付け部１０６ａが固定されており、振動伝達板１０８の他方の面に接触せしめられた人肌を介してコイル１０６の振動を頭蓋骨に伝達する役割を担う。振動伝達板１０８の厚さは、その材質などの条件に応じて適宜定められる。

以下に、骨伝導トランスデューサ１００の動作について説明する。

先ず、骨伝導トランスデューサ１００の振動伝達板１０８を人頭の例えばこめかみ部分に接触させる。このとき、下側フレーム１０７の開口部１０７ａから縁部１０７ｃにかけての湾曲面についても人頭の形状に応じて適宜接触させても良い。例えば音楽等の音に対応する振動を発生させるための電流が図示せぬ配線コードからコイル１０６に供給される。

コイル１０６に電流が供給されると、マグネット１０４とコイル１０６との間に発生する磁界の作用により、その電流量とマグネット１０４及び錘１０５の総質量とに応じた周波数にてマグネット１０４及びコイル１０６が振動する。ヨーク１０３の底部１０３ｂに固定されているマグネット１０４は、可動支持体１０２の足部分１０２ｂの撓みによって主にその円柱軸方向に沿って振動する。コイル１０６は、主にその円筒軸方向に沿って振動し、その振動は固定部１０６ｃによりコイル１０６と固定されている振動伝達板１０８に伝達される。

比較的高い周波数成分の振動は、主にコイル１０６から振動伝達板１０８に伝達される。他方、比較的低い周波数成分の振動は、主にマグネット１０４の振動により可動支持体１０２を介してフレーム１０９に伝達される。これらの振動は、人肌に接触せしめられた振動伝達板１０８及びフレーム１０９によって頭蓋骨に伝達される。振動は人肌を介して頭蓋骨に伝達されるので、聴覚神経の正常な人であれば難聴者であっても音を認識できる。

上記したように本願発明の骨伝導トランスデューサは、コイル側に振動板を設けて、コイル側を人頭に接触させ振動を頭蓋骨に伝達する構造としたものである。マグネットと人体との間に適当な空間を設けてマグネットを自動振動させる従来の構造の場合には、その空間が不要な気道音を生じせしめ結果的に音質が低下していた。それに対して、コイルに結合された振動板を介して振動を頭蓋骨に伝達するという本願発明の構造とすることによって不要な気道音が発生せず、また、骨伝導トランスデューサの人肌への押付け強度の如何にかかわらず安定した音質が得られるようになり、良好な音響特性及び品質を得ることができる。

また、かかる本願発明の構造とすることにより、マグネットの片面（コイルが配置されている側の面）に錘を貼り付けることができるようになった。製品種別毎にその錘の大きさや質量を変えることにより、マグネットの実質的な質量を変更し、その製品に対して求められる所望の周波数特性や音質を簡単に調整できる。円柱形状の錘は円筒形状のコイル内側の空間内に収まるようにマグネットの片面に貼り付けられており、その錘の円柱の高さを変えることによって、マグネットの実質的な質量を容易に変更することができる。従来、周波数特性や音質を変更するには骨伝導トランスデューサの構造や材質までも変更する必要があったが、本願発明によれば錘の大きさや質量を変えることによって容易にこれらを調整でき、大幅なコスト削減を実現できる。そして、比較的高額なマグネットの形状や厚さを変更するのに代えて安価な錘の形状や厚さを変えることによって、周波数特性や音質を変更するという同様の目的を達成できるので更にコストを削減できる。

また、かかる本願発明の構造とすることにより、ポット形状のヨークの側壁の高さと、円柱形状のマグネット及びそれに貼り付けられた錘の厚さとの関係についても自在に設定できるようになった。磁界の作用を効果的に得る観点からは、ヨークの側壁の高さがマグネットの厚さと錘の厚さとの和よりも大きいのが望ましい。

また、かかる本願発明の構造とすることにより、人肌へ接触せしめるフレームの外形を湾曲させることができるようになった。マグネット側を人肌へ接触せしめる従来の骨伝導トランスデューサの場合には一般にマグネットの形状が平板であることから人肌への接触面も平板形状とならざるを得ず、フレームの外形を湾曲させることができなかった。他方、本願発明の骨伝導トランスデューサによれば、円筒形状のコイル側を人肌へ接触せしめる構造としたので、接触させる側のフレームの形成の自由度が増すことができた。本願発明の如くフレームの外形を湾曲させることにより、どのような人頭形状に対しても安定して接触させることができ、振動を効率よく伝達できる。

図３（ａ）は、図１に示される骨伝導トランスデューサ１００を備えたヘッドセット２００の概略斜視図である。図３（ｂ）は、人がヘッドセット２００を装着したときの概略図である。ヘッドセット２００は、左右各１つずつ骨伝導トランスデューサ１００を備え、これらが例えばプラスチックなどの材料からなる連結部材２１０によって連結されている。連結部材２１０には、電流供給用のコード（図示せず）を通すための通穴（図示せず）が設けられており、当該コードは当該通穴及び連結部材２１０の空間内を通ってコイル１０６に接続されている。当該コードの一端に設けられている電源端子（図示せず）を電源供給元へ接続することによりコイル１０６への電流供給がなされる。図３（ｂ）に示される如く、ヘッドセット２００は通常、連結部材２１０の一部を耳３００に引っ掛け、左右の骨伝導トランスデューサ１００の振動伝達板１０８がこめかみ部分にそれぞれ接触するように装着される。

なお、上記実施形態においては、骨伝導トランスデューサ１００を人頭のこめかみ部分に接触させることとしたが、骨伝導トランスデューサ１００を接触させる部位はこめかみ部分に限定されない。すなわち、骨伝導が可能な部位であれば任意の部位に接触させて良い。

骨伝導トランスデューサ１００は、例えば骨伝導ヘッドフォン、骨伝導携帯電話、骨伝導補聴器又はイヤフォン、骨伝導トランシーバ、骨伝導インターカムにも使用できる。

１００骨伝導トランスデューサ
１０１上側フレーム
１０２可動支持体
１０３ヨーク
１０４マグネット
１０５錘
１０６コイル
１０７下側フレーム
１０８振動伝達板
１０９フレーム
１１０固定ピン（固定ネジ）
２００ヘッドセット
２１０連結部材
２２０コード
２３０電源端子

Claims

物理的な振動を人の骨を介して伝達する骨伝導トランデューサであって、
フレームと、
前記フレームとは異なる材料からなり且つ前記フレームのうちの使用時に頭部に向けられる側に前記フレームとともに頭部に接触するように固定された振動伝達板と、
可動支持体によって前記フレームの内壁に固定された有底筒体状のヨークと、
前記ヨークの底面に固定されたマグネットと、
一端が前記マグネットの側面の少なくとも一部を取り巻き且つ他端が前記振動伝達板に固定されたコイルと、を含むことを特徴とする骨伝導トランデューサ。
前記マグネットに貼り合わされた錘を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の骨伝導トランデューサ。
前記錘は磁性体であることを特徴とする請求項２に記載の骨伝導トランデューサ。
前記ヨークの側壁の高さが、前記マグネットの厚さと前記錘の厚さとの和よりも大きいことを特徴とする請求項３に記載の骨伝導トランデューサ。
前記フレームのうちの使用時に頭部に接触する部分が湾曲していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１に記載の骨伝導トランデューサ。
前記フレームのうちの使用時に頭部に接触しない側に開口部が設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１に記載の骨伝導トランデューサ。
請求項１〜６のいずれか１に記載の骨伝導トランデューサを備えるヘッドセット又はヘッドフォン。
請求項１〜６のいずれか１に記載の骨伝導トランデューサを備える携帯電話機。
請求項１〜６のいずれか１に記載の骨伝導トランデューサを備える補聴器又はイヤフォン。
請求項１〜６のいずれか１に記載の骨伝導トランデューサを備えるトランシーバ。
請求項１〜６のいずれか１に記載の骨伝導トランデューサを備えるインターカム。