JP4785197B2

JP4785197B2 - 受話装置

Info

Publication number: JP4785197B2
Application number: JP2006264741A
Authority: JP
Inventors: 光男田村
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2006-09-28
Filing date: 2006-09-28
Publication date: 2011-10-05
Anticipated expiration: 2026-09-28
Also published as: JP2008085782A

Description

本発明は、音響振動発生源により発生させた振動を頭部に伝達して音声などを感知させる骨伝導式の受話装置に関する。

骨伝導を利用して音声を聴取する受話装置、すなわち骨伝導スピーカの音響振動発生源の主な構成方式は電磁型と圧電型である。電磁型の構成は特許文献１，２に示す通り原理的には従来の電話の受話器において振動板のみを小さくした構造に類似している。この構成では振動用の鉄片（プレートヨーク）がばね機構を介して、永久磁石で励磁されたヨークと向かい合っている。音声に比例する電流がヨークの周りに置かれた巻き線に流れると、鉄片に音声に比例した力が作用して鉄片が振動し、その振動の反作用で音声に比例した力で音響振動が接触する物体に伝播する。一方、圧電方式は圧電バイモルフの発生する振動力を利用するもので軽量化や小型化を図る場合には有利である。特許文献３，４，５に圧電方式の例が示されている。

特許第２９６７７７７号公報特許第３３５８０８６号公報特開昭５９−１４０７９６号公報特開昭５９−１７８８９５号公報特開２００５−１７５９８５号公報

電気音響信号から音響振動を発生させる骨伝導スピーカは電磁型、圧電型を問わず、その振動系の共振周波数を可聴音域に設計して、振動出力の増大を図っている。共振周波数を低域に取りすぎると高域部分の振動に高次の共振領域の振動が加わり歪みが増して音質を低下させるなどの悪影響が出てくる。そこで実用的には共振周波数を１ｋＨｚ近辺に設定することが多い。

音響振動発生源の共振周波数より低い低音域での駆動は弾性制御領域での駆動となるので、低域周波数では音響振動出力は小さい。その出力は周波数が高くなるに従って増大し、共振周波数でピークに達するという周波数特性を持つ。この結果、一般的に骨伝導スピーカは低域での出力が不足することになり、多くの骨伝導応用の分野で改善が望まれている。音響振動発生源への入力レベルを増大し、フィルタ回路により駆動入力信号の周波数特性を調整するという方法も低域音改善の手段となり得るが、駆動源そのものが大型化し、それに伴う重量の増大や駆動回路の複雑さを増すことが問題となる。また、外耳道を閉塞すると、骨伝導音の低域は大幅に増大するが、多くの骨伝導応用では外耳道を開放して音声を聴取できることに利点を見いだしておりこの方法は改善にならない。

そこで、本発明は、外耳道を開放した状態で使用しても低域の周波数領域において十分な出力レベルが得られる小型で軽量な骨伝導式の受話装置を提供することを課題とする。

人体の頭部であれば、何処であれ音響振動体が圧接されるとその振動は頭蓋骨、さらに耳の奥にある蝸牛管内の聴覚神経に伝搬し、これが骨伝導と呼ばれている。聴覚神経で音響振動が感知されて音声が認識されるが、音響振動体が圧接される場所によりその感度は大きく異なる。最も敏感に音響振動を感知できる場所は外耳道入り口周辺であり、特に軟骨で構成される耳珠は顕著な場所であり、この部分に音響振動体を圧接する場合が最も感度よく音声が認識される。

骨伝導で音声を受話する従来の装置は前述のとおり、既存の気導音を聞くヘッドフォンに似た構成が主に用いられ、頭頂に乗せたアームや、後頭部から耳介に伸びたアームの両端に音響振動発生源が取り付けられ、外耳道入り口周辺に固定される構造になっている。

発明者は、鋭意検討した結果、アームの中央部に第３の音響振動発生源を取り付け、このアームを含む振動系の共振周波数をアーム先端に取り付けられた音響振動発生源の持つ共振周波数より低域に設計して、第３の音響振動発生源より発生させた音響振動をアームに伝搬させ、アームの先端部を耳珠などの外耳道入り口周辺に圧接することで、アーム先端に取り付けた音響振動発生源で発生する音響振動のうちの共振周波数より低い領域の振動出力レベルの不足を補うことができることを確認した。この結果、骨伝道音の低域周波数においても十分な出力レベルを得ることができる。

また、このアーム部分に適当な弾性体を用い、第３の音響振動発生源を圧電バイモルフもしくは圧電ユニモルフにすることで、第３の音響振動発生源とアームとを含む振動系を音叉状の振動系に構成する事が可能であり、これにより低域に共振周波数を持つ振動系を容易に構成し、同時に小型、軽量化が図れる。

以上より、本発明の受話装置は、弾性力により両端部を人体の外耳道入り口の周辺に圧
接可能に構成された弧状に曲げられた弾性体の前記両端部に第１、第２の音響振動発生源
を備え、前記弾性体の中央部に第３の音響振動発生源を備え、前記第３の音響振動発生源と前記弾性体とを含めた振動系の共振周波数は前記第１、第２の音響振動発生源の共振周波数よりも低域に設定したことを特徴とする。

また、前記弾性体は少なくとも一部が帯状であり、かつ、前記第３の音響振動発生源は前記帯状の部分に圧電セラミックを接合して形成された圧電バイモルフもしくは圧電ユニモルフであることが望ましい。

以上のように、本発明により、外耳道を開放した状態で使用しても低域の周波数領域において十分な出力レベルが得られる小型で軽量な骨伝導式の受話装置が得られる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明による受話装置の一実施の形態の構成を示す正面図である。図１において、弾性力により両端部を人体の外耳道入り口の周辺に圧接可能に構成された弧状に曲げられた弾性体であるアーム部１の前記両端部に第１の音響振動発生源２Ａと第２の音響振動発生源２Ｂを備え、アーム部１の中央部に第３の音響振動発生源３を備えている。

また、第３の音響振動発生源３とアーム部１とを含めた振動系の共振周波数は第１、第２の音響振動発生源２Ａ、２Ｂの共振周波数よりも低域に設定されている。

また、アーム部１の少なくとも中央部は帯状であり、かつ、第３の音響振動発生源３は前記帯状の部分に圧電セラミックを接合して形成された圧電バイモルフもしくは圧電ユニモルフである。

以下、本実施の形態の受話装置の詳細形状および作製法の一例を説明する。アーム部１は、幅５ｍｍ、長さ３５０ｍｍ、厚さ２ｍｍの帯状のステンレス板を準備して、これを図１のように中央部を平坦にその両側を弧状に折り曲げて作製した。両端部には第１、第２の音響振動発生源２Ａ，２Ｂとして圧電セラミック板を２枚金属板の両面に貼り合わせた圧電バイモルフをウレタンゴムで被覆した音響振動発生源を取り付けている。この圧電セラミック板は駆動電圧を下げる為に積層構造としてあり、ＮＥＣトーキン製圧電セラミックスＮ１０材を用いて、グリーンシートを作製し、内部電極に銀−パラジュームからなるペーストを印刷して積層したのち裁断して、有機バインダーを熱処理した後、大気中で１０００から１１００℃で焼成した。外部電極と内部電極を一層毎に取り出す側面電極を印刷したあと、５００℃、２０分の電極焼付け処理によって圧電素子を作製した。この圧電素子は、厚み方向に４層重ねられており、外形の寸法は３０×５×０．５ｍｍである。これに室温で１００Ｖの直流を１０分間印加して分極処理を行ない上記圧電セラミック板を得た。

上記圧電セラミック板２枚を幅５ｍｍで長さが３５ｍｍ、厚み０．２ｍｍの真鍮板の両面にエポキシ系接着剤を用いて貼りあわせた圧電バイモルフを作製し、リード線を半田付けした。この圧電バイモルフ全体をウレタンゴムで被覆構成し、外形が３×６×４０ｍｍの棒状の振動体を作製し、これを第１と第２の音響振動発生源２Ａ、２Ｂとしてアームの両端部に厚み１ｍｍ程度の両面テープで固定した。２枚の圧電セラミック板は並列に結線され、一方が分極方向に電界が印加されるときに他方は分極と反対の方向に電界が印加されよう電極端子を取り出している。

第３の音響振動発生源３はアーム部１の中央部に上記と同様な構造の圧電セラミック板４を２枚裏表に貼りつけてバイモルフ構造として構成した。また、第１と第２の音響振動発生源２Ａ、２Ｂの共振周波数は１ｋＨｚ程度であり、第３の音響振動発生源３とアーム部１とを含めた振動系の共振周波数は２００〜４００Ｈｚ程度となるよう調整して作製した。

なお、本実施の形態では積層型の圧電素子を用いているが、これは駆動電圧を低減するためのもので本質的なものでなく、必要に応じては単板で構成することも可能である。

図２は本実施の形態の受話装置を、第３の音響振動発生源３を頭頂部に乗せ、第１と第２の音響振動発生源２Ａ、２Ｂを双方の耳珠にあてがうように装着した場合の側面図である。第３の音響振動発生源３の電極端子間に音響信号に比例した交流電圧（１０Vrms Max）を印加するとアーム部１には音響信号に比例した屈曲振動が生じる。第３の音響振動発生源３に電気信号を入力しないで第１、第２の音響振動発生源２Ａ、２Ｂにのみ電気信号を供給した場合と、第３の音響振動発生源３にも電気信号を供給した場合を比較すると、後者の方が低域音の音量が明らかに大きくなり、本発明による低域周波数での出力レベル改善の効果が明瞭に確認でき、本発明の有用性を確認できた。また、上述の形状、作製方法で試作した受話装置の重量は余分な機構を持たないためにわずかに２０ｇであり、従来の受話装置の重量が数十ｇ以上であるのに比べ軽量化されている。

図３は本実施の形態の受話装置の変形例であり、第３の音響振動発生源３を後頭部に配置し、第１、第２の音響振動発生源２Ａ、２Ｂを外耳道周辺にあてがうように装着する場合を示す側面図である。この場合、アーム部１１の形状は、途中で折り曲げられて耳介に引っ掛け、その先端部の音響振動発生源２Ａ、２Ｂが耳珠に接触するように構成されている。

図４は聴診器と同じようにあごの下にアーム部１の弧状の部分および第３の音響振動発生源３を配置した場合の本実施の形態の受話装置の装着例を示す側面図である。全体が軽量であるのでこのような装着が可能となる。

本発明は上記の実施の形態に限られるものではないことは言うまでもなく、例えば必要に応じてアーム部を伸縮してその長さを調整する機構や、アーム部先端の耳珠に接触する圧力を調整する機構を付加することも可能である。また、アーム部を構成する弾性体は特に金属を使用する必要はなく、適度の弾性や強度を有する有機物系の材料も使用が可能である。また、アーム部は一体に形成されている必要はない。また、全て同じ材料で構成する必要もなく、複数の材質が組み合わされたものでも良い。アーム部の形状としては先端部が棒状であってもよい。第１、第２、第３の音響振動発生源は圧電セラミックにより形成された圧電ユニモルフであってもよく、また、第１、第２の音響振動発生源は電磁型のものであってもよい。

本発明による受話装置の一実施の形態の構成を示す正面図。本実施の形態の受話装置を、第３の音響振動発生源を頭頂部に乗せ、第１と第２の音響振動発生源を双方の耳珠にあてがうように装着した場合の側面図。本実施の形態の受話装置の変形例であり、第３の音響振動発生源を後頭部に配置し、音響振動発生源を外耳道周辺にあてがうように装着する場合を示す側面図。聴診器と同じようにあごの下にアーム部の弧状の部分および第３の音響振動発生源を配置した場合の本実施の形態の受話装置の装着例を示す側面図。

符号の説明

１、１１アーム部
２Ａ第１の音響振動発生源
２Ｂ第２の音響振動発生源
３第３の音響振動発生源
４圧電セラミック板

Claims

弾性力により両端部を人体の外耳道入り口の周辺に圧接可能に構成された弧状に曲げられた弾性体の前記両端部に第１、第２の音響振動発生源を備え、前記弾性体の中央部に第３の音響振動発生源を備え、前記第３の音響振動発生源と前記弾性体とを含めた振動系の共振周波数は前記第１、第２の音響振動発生源の共振周波数よりも低域に設定したことを特徴とする受話装置。
前記弾性体は少なくとも一部が帯状であり、かつ、前記第３の音響振動発生源は前記帯
状の部分に圧電セラミックを接合して形成された圧電バイモルフもしくは圧電ユニモルフ
であることを特徴とする請求項１記載の受話装置。