JP5080374B2 - ノイズキャンセル型ヘッドホン - Google Patents

Description

本発明は、ノイズキャンセル型ヘッドホンに関し、さらに詳しくは、ヘッドホン着脱時などに生じる異常発音の防止構造に関する。

周知のように、密閉型ヘッドホンはユーザの耳周辺を覆う状態で頭部に装着されて使用されるパーソナルなスピーカとして知られており、その一つとしてノイズキャンセル型ヘッドホンがある。

ノイズキャンセル型ヘッドホンは、外部ノイズを集音して電気信号（以下、外部ノイズ信号と呼ぶ）に変換するマイクロホンを備えており、このマイクロホンが変換した外部ノイズ信号を位相反転することによりノイズキャンセル信号を生成し、このノイズキャンセル信号をスピーカユニットに入力すべき音声信号やオーディオ信号に加算し、ヘッドホンまたはスピーカから放音することでノイズをキャンセルしている（例えば、特許文献１参照）。

図３は、上述したノイズキャンセル方式を用いたノイズキャンセル型ヘッドホンの一例を示している。同図において、ノイズキャンセル型ヘッドホン１は、次の構成を備えている。ノイズキャンセル型ヘッドホン１は、耳Ｅの周辺を覆うリング状のイヤーパッド２が前面（図１において左側面）の外周縁部に設けられたバッフル板３と、このバッフル板３の背面側に一体化された有底筒状ないしは皿状のヘッドホンハウジング４とを備えている。ノイズキャンセル型ヘッドホン１は、バッフル板３によって、イヤーパッド２で覆われた空間Ｌ１と、空間Ｌ１とは反対側のヘッドホンハウジング側空間Ｌ２とに仕切られている。

バッフル板３は中央部に開口３Ａを有し、この開口３Ａには、スピーカユニットからなる電気音響変換部ＳＹが嵌め込まれて固定されている。
電気音響変換部ＳＹは、中央部に開口５Ａを有するベースフレーム５と、ベースフレーム５の開口５Ａ内に嵌め込まれて固定された扁平なシャーレ状のヨーク６と、ヨーク６の内底部中心に固着された扁平なマグネット７と、マグネット７の端面に固着された板状のポールピース８と、ドーム状の振動板９に一体化されて円筒状に巻き回されたボイスコイル１０を備えて構成されている。

ベースフレーム５には、複数箇所に周知構造のフェルトなどを用いた音響抵抗部材１１が取り付けられる貫通穴５Ｂが形成され、音響抵抗部材１１による吸音部として用いられるようになっている。

一方、集音部材として用いられるマイクロホン１２は、例えば、振動板により音圧変化を感知し、この振動板とこれに対向する電極板間での静電容量の変化を信号として取り出すことができるエレクトレットコンデンサマイクロホンユニットが用いられている。図３に示す構成では、イヤーパッド２により覆われている空間内で、そのパッド近傍にマイクロホン１２が配置されている。
マイクロホン１２はこのような密閉空間内だけでなく、外部に設ける場合もあるが、実際の聴取位置での雑音感知という観点から空間内に設けることがある。

マイクロホン１２は、イヤーパッド２とユーザの側頭部で密閉された空間Ｌ１内に入り込む外部雑音の音圧を検知して電気信号に変換し、雑音信号として図示しないキャンセル駆動回路に出力する。
キャンセル駆動回路では、雑音信号と逆位相のキャンセル信号を電気音響変換部ＳＹに出力して雑音をキャンセルする振幅を持つ逆位相音波を発生するようになっている。

特表２００４−５２６３７５号公報

密閉型のヘッドホンは、耳Ｅ側の空間Ｌ１とヘッドホンハウジング４側との空間Ｌ２とが電気音響変換部ＳＹを境にしてバッフル板３で遮蔽され、ユーザが側頭部に装着した状態で、イヤーパッド２で覆われている空間Ｌ１は、ほぼ密閉された空間となっている。
このため、ヘッドホンを耳に押し付けて装着する場合あるいはこれとは逆に押し付けを解除した場合にはその空間内で圧力が上昇しあるいは低下する。
このような圧力変化は、マイクロホン１２に対しても作用する。このため、マイクロホン１２からは雑音取り込み時と同様にノイズ信号がノイズキャンセル回路に出力され、ノイズキャンセル処理が行われる。

ノイズキャンセル処理が行われると、ノイズキャンセル回路からの信号により電気音響変換部ＳＹからは雑音解消時と同様な逆位相音波が発振されるため、ユーザに対して不用意な発音現象を与えてしまうことになる。これによりユーザは、突然の発音を奇異に感じたりあるいは不快に感じたりする虞がある。
特に、圧力変動によってマイクロホン１２に振動板とこれに対向する固定電極との間隔が変化し、音波に対するマイクロホン１２の感度が変動することにより、能動回路すなわち逆位相のキャンセル信号発生回路、増幅回路などの安定性が損なわれ、帰還型ノイズキャンセル回路が発振することがある。この発振により、瞬時ではあるがユーザの耳の近くで発振が生じることになり、ユーザの不快感を与えることがある。

本発明の目的は、上記従来のノイズキャンセル型ヘッドホンにおける問題に鑑み、特にヘッドホンの着脱時に発生する圧力変化による不用意な発音を防止してユーザに不快感を与えないようにすることができる構成を備えたノイズキャンセル型ヘッドホンを提供することにある。

この目的を達成するため、本発明は、楽音信号によって駆動され楽音を発することができるスピーカユニットと、スピーカユニットが取り付けられたバッフル板と、使用時にユーザの耳周辺部を覆うことにより上記バッフル板とともに密閉状の前部空間を形成可能なイヤーパッドと、上記バッフル板の背面側に固着されて上記バッフル板とともに後部空間を形成するハウジングと、上記密閉状の空間において外来雑音を感知可能なマイクロホンと、を有するノイズキャンセル型ヘッドホンにおいて、上記スピーカユニットの内部空間と上記後部空間とを連通させる開口部が設けられ、上記開口部には上記スピーカユニットの内部空間と上記後部空間との圧力変動時に上記開口部を開放し上記スピーカユニットの内部空間と上記後部空間との圧力差がなくなることによって上記開口を塞ぐ開閉弁が設けられ、上記開閉弁は、上記開口部を開放したとき上記スピーカユニットのボイスコイルへの信号入力回路を開放することを主要な特徴としている。

上記ノイズキャンセル型ヘッドホンにおいて、スピーカユニットの内部空間と後部空間とを連通させる開口部はスピーカユニットのベースフレームに設け、スピーカユニット駆動回路が形成された回路基板を上記ベースフレームの上記開口部に重ねて配置し、上記回路基板には上記開口部に重なる第２の開口部を形成し、上記第２の開口部に上記スピーカユニットの内部空間と前記後部空間との圧力変動時に上記第２の開口部を開閉する開閉弁を設け、上記開閉弁で上記スピーカユニットのボイスコイルへの信号入力回路を開閉するスイッチを構成するとよい。

上記発明において、第２の開口部と、開閉弁と、スイッチは、２組を一対として設け、上記一対の開閉弁とスイッチは回路基板の前面と背面に設け、上記一対のスイッチは互いに直列に接続するとともにスピーカユニット駆動回路に直列に接続し、スピーカユニットの内部空間に正圧が加わったとき一方のスイッチが開放し、スピーカユニットの内部空間に負圧が加わったとき他方のスイッチが開放するようにしてもよい。

上記発明において、開閉弁は、ヘッドホンをユーザの頭部に着脱する際もしくは外側から押圧した際に生起される圧力によって開口部を開閉するようにしてもよい。

本発明によれば、ユーザーがノイズキャンセル型ヘッドホンを着脱する際あるいは耳に押し当てた際に、密閉状の前部空間に正圧または負圧がかかると、開閉弁が、スピーカユニットの内部空間と後部空間とを連通させる開口部を開放するとともにスピーカユニットのボイスコイルへの信号入力回路を開放する。
これにより、頭部へのノイズキャンセル型ヘッドホンの着脱時や押しつけ時に発生する圧力をマイクロホンが感知した場合でも、スピーカユニットから不用意な音声が出力されるのを防止してユーザへの不快感をなくすことができる。

以下、図面により、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図１は、本発明によるノイズキャンセル型ヘッドホンを構成するスピーカユニット（電器音響変換部）ＳＹを示す図である。同図において図３に示したものと同じ部材に関しては同符号により示してある。なお、図１に示す構成においては、図３に示した、イヤーパッド２、このイヤーパッド２を固着したバッフル板３、ハウジング４およびバッフル板３に取り付けられているマイクロホン（コンデンサマイクロホンユニットなどからなる）１２を除いた構成が示されている。

図１において、スピーカユニットＳＹは、ヨーク６、マグネット７、ポールピース８を有してなる磁気回路が構成され、ヨーク６はベースフレーム５の中心部に形成された円筒形状の孔に嵌合されて固定されている。スピーカユニットＳＹはまたダイヤフラム状の振動板９を有している。振動板９は中央のメインドームとこのメインドームの周囲を囲むサブドームを有してなり、サブドームの外周縁部がベースフレーム５に固着されている。振動板９のメインドームとサブドームの境界線は円形になっていて、この境界線に沿って、細線が円筒状に巻かれてなるボイスコイル１０の一端が固着されている。ボイスコイル１０は、ヨーク６の内周面とポールピース８の外周面との間に形成されている円筒形状の磁気ギャップに、これらヨーク６およびポールピース８に接触しないように配置されている。ボイスコイル１０には、適宜の音源から楽音信号が入力され、楽音信号電流と上記磁気ギャップ内の磁束との電磁気力によりボイスコイル１０にはその中心軸線方向に推力を発生し、楽音信号に従って振動する。この振動は振動板９に伝達され、振動板９から楽音が発せられる。

スピーカユニットＳＹは、振動板９と前記磁気回路の構成部材とで内部に空間を有している。スピーカユニットＳＹの内部空間が密閉されているままであるとすれば、振動板９は楽音信号に忠実に振動することができないので、上記内部空間と図３で説明した後部空間とを連通する適宜数の貫通孔５Ｂをベースフレーム５に形成し、音響特性を整えるために貫通孔５Ｂに音響抵抗材１１を貼り付けている。

上記のように、スピーカユニットＳＹの内部空間と後部空間が連通されているとはいえ、前述のとおり、ユーザがヘッドホンを着脱するとき、あるいは装着状態で外部から押されたとき、前記前部空間に瞬間的に正または負の圧力がかかり、これをノイズキャンセル用マイクロホンが検知して瞬間的な発振音を発生することがありえる。そこで、図示の実施例では、スピーカユニットの内部空間と上記後部空間とを連通させる開口部としての貫通孔５Ｂに、スピーカユニットＳＹの内部空間と上記後部空間との圧力変動時に上記貫通孔５Ｂを開放しスピーカユニットＳＹの内部空間と上記後部空間との圧力差がなくなることによって上記貫通孔５Ｂを塞ぐ開閉弁が設けられている。また、上記開閉弁は、貫通孔５Ｂを開放したときスピーカユニットＳＹのボイスコイル１０への信号入力回路を開放する圧力スイッチ２１を構成している。

図２は、圧力スイッチ２１の設置箇所の構成を詳細に示している。図２（Ａ）に示すように、上記ベースフレーム５の背面側には、前記開口部としての貫通孔５Ｂに重ねてノイズキャンセル回路を組み込んだ回路基板２０が配置されて固定されている。回路基板２０には、ベースフレーム５に形成されている貫通孔５Ｂの一つに連通する開口部２０Ａが形成されている。ここでは、開口部２０Ａを、上記開口部としての貫通孔５Ｂと区別するために「第２の開口部」とする。第２の開口部２０Ａは、貫通孔５Ｂと重なる位置に設けられるとともに貫通孔５Ｂの内径範囲内に２個を一対として設けられている。一対の第２開口部２０Ａには、それぞれ圧力スイッチ２１が設けられている。

一対の圧力スイッチ２１は、一対の開口部２０Ａにおいて相反する方向に開閉できる揺動アーム２１Ａを備えている。したがって、揺動アーム２１Ａは開口部２０Ａを開閉する開閉弁として機能する。回路基板２０には、各揺動アーム２１Ａの先端部が接離する位置にスイッチ接点パターン２１Ｂが形成されていて、この接点パターン２１Ｂと揺動アーム２１Ａとによって上記圧力スイッチ２１が構成されている。

上記第２の開口部２０Ａと、開閉弁としての揺動アーム２１Ａと、上記スイッチ接点パターン２１Ｂは、上述のとおり２組を一対として設けられている。そして、上記一対の開閉弁とスイッチ接点パターン２１Ｂは回路基板２０の前面と背面に設けられ、スピーカユニットの内部空間に正圧が加わったとき一方のスイッチ２１が開放し、スピーカユニットの内部空間に負圧が加わったとき他方のスイッチ２１が開放するようになっている。上記一対のスイッチ接点を有してなる上記圧力スイッチ２１は、各図２（Ｂ）に示すように、互いに直列に接続されるとともにスピーカユニット駆動回路に直列に接続されている。

以上説明した実施例によれば、ユーザがヘッドホンを着脱するとき、あるいは装着状態で外部から押されたとき、前記前部空間に瞬間的に正または負の圧力がかかると、２個一対の圧力スイッチ２１の一方がオフとなる。具体的には、前部空間に正圧がかかると、この正圧で振動板９が前面から背面に向かって押され、スピーカユニットＳＹの内部空間に正圧がかかり、この内部空間の空気が前記後部空間に向かって押される。このときの空気の流れを図２（Ａ）では矢印Ｆで示している。この空気の流れによる圧力で回路基板２０の背面側に設けられている圧力スイッチ２１がオフとなり、スピーカユニットＳＹへの楽音信号の入力が遮断される。逆に、前部空間に負圧がかかると、この負圧で振動板９が背面から前面に向かって吸引され、スピーカユニットＳＹの内部空間に負圧がかかり、前記後部空間の空気がスピーカユニットＳＹの内部空間に向かって吸引される。このときの空気の流れを図２（Ａ）では矢印Ｒで示している。この空気の流れによる圧力で回路基板２０の前面側に設けられている圧力スイッチ２１がオフとなり、スピーカユニットＳＹへの楽音信号の入力が遮断される。

このようにして、ヘッドホン内部に瞬間的な気圧変動があると、スピーカユニットＳＹへの楽音信号の入力が遮断されるため、気圧変動によってノイズキャンセル用マイクロホンの感度が変動し、ノイズキャンセル回路が発振したとしても、スピーカユニットＳＹは駆動されず、不快な発信音が発せられることを防止することができる。

ユーザがヘッドホンを装着したあと短時間のうちにスピーカユニットＳＹの内部空間と前記後部空間との圧力差がなくなってバランスするため、一対の圧力スイッチ２１は両方ともオンに復帰し、ボイスコイル１０に楽音信号を入力することによって楽音を発することが可能となる。ユーザがヘッドホンを取り外す際に前部空間が負圧になる瞬間も圧力スイッチ２１がオフとなることによって不快な発信音が発せられることを防止することができ、その後はスピーカユニットＳＹの内部空間と前記後部空間との圧力差がなくなることにより楽音を発することが可能になる。

なお、回路基板２０に設けられている開口２０Ａおよびこの開口２０Ａに設けられている圧力スイッチ２１は、ノイズキャンセル型ヘッドホン１の着脱時に生起される圧力に基づき機能するものであるため、その個数やサイズが雑音発生時での圧力との違いを明確化できる条件で種々設定できるものである。

本発明に係るノイズキャンセル型ヘッドホンの実施例の要部構成を説明するための断面図である。 図１に示したノイズキャンセル型ヘッドホンにおける特徴部を示す拡大図である。 ノイズキャンセル型ヘッドホンの従来例を示す断面図である。

符号の説明

１ ヘッドホンユニット
２ イヤーパッド
３ バッフル板
４ ハウジング
５ ベースフレーム
５Ｂ 開口部としての貫通孔
９ 振動板
１０ ボイスコイル
２０ 回路基板
２０Ａ 第２の開口部
２１ 圧力スイッチ
２１Ａ 揺動アーム
ＳＹ スピーカユニット

Claims (5)

1. 楽音信号によって駆動され楽音を発することができるスピーカユニットと、スピーカユニットが取り付けられたバッフル板と、使用時にユーザの耳周辺部を覆うことにより上記バッフル板とともに密閉状の前部空間を形成可能なイヤーパッドと、上記バッフル板の背面側に固着されて上記バッフル板とともに後部空間を形成するハウジングと、上記密閉状の空間において外来雑音を感知可能なマイクロホンと、を有するノイズキャンセル型ヘッドホンにおいて、
   上記スピーカユニットの内部空間と上記後部空間とを連通させる開口部が設けられ、
   上記開口部には上記スピーカユニットの内部空間と上記後部空間との圧力変動時に上記開口部を開放し上記スピーカユニットの内部空間と上記後部空間との圧力差がなくなることによって上記開口を塞ぐ開閉弁が設けられ、
   上記開閉弁は、上記開口部を開放したとき上記スピーカユニットのボイスコイルへの信号入力回路を開放することを特徴とするノイズキャンセル型ヘッドホン。
2. スピーカユニットの内部空間と後部空間とを連通させる開口部はスピーカユニットのベースフレームに設けられ、
   スピーカユニット駆動回路が形成された回路基板が上記ベースフレームの上記開口部に重ねて配置され、
   上記回路基板には上記開口部に重なる第２の開口部が形成され、
   上記第２の開口部に上記スピーカユニットの内部空間と前記後部空間との圧力変動時に上記第２の開口部を開閉する開閉弁が設けられ、
   上記開閉弁は上記スピーカユニットのボイスコイルへの信号入力回路を開閉するスイッチを構成している請求項１記載のノイズキャンセル型ヘッドホン。
3. 第２の開口部と、開閉弁と、スイッチは、２組を一対として設けられ、
   上記一対の開閉弁とスイッチは回路基板の前面と背面に設けられ、
   上記一対のスイッチは互いに直列に接続されるとともにスピーカユニット駆動回路に直列に接続され、
   スピーカユニットの内部空間に正圧が加わったとき一方のスイッチが開放し、スピーカユニットの内部空間に負圧が加わったとき他方のスイッチが開放する請求項２に記載のノイズキャンセル型ヘッドホン。
4. 開閉弁は、ヘッドホンをユーザの頭部に着脱する際もしくは外側から押圧した際に生起される圧力によって開口部を開閉する請求項１、２または３に記載のノイズキャンセル型ヘッドホン。
5. マイクロホンは、コンデンサーマイクロホンである請求項１乃至４のいずれかに記載のノイズキャンセル型ヘッドホン。

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