JP5171669B2

JP5171669B2 - ダイナミックヘッドホン

Info

Publication number: JP5171669B2
Application number: JP2009017804A
Authority: JP
Inventors: 裕秋野
Original assignee: Audio Technica KK
Current assignee: Audio Technica KK
Priority date: 2009-01-29
Filing date: 2009-01-29
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2029-01-29
Also published as: JP2010178006A

Description

本発明は、ボイスコイルによって振動板が駆動されるダイナミックヘッドホンに関し、さらに詳しく言えば、落下衝撃等による振動板の過大振幅を押さえる技術に関するものである。

まず、図５により、ダイナミックヘッドホンの構成を概略的に説明する。ダイナミックヘッドホンは、振動板１０，磁気回路部２０およびユニットフレーム３０を含む電気−音響変換器としてのヘッドホンユニット１を備える。

振動板１０は、センタードーム１１と、その周りに一体的に連設された弾性支持部としてのサブドーム１２とを備え、センタードーム１１とサブドーム１２との境界部分の裏面側にはボイスコル１３が取り付けられている。

磁気回路部２０は、円盤状に形成された永久磁石２１と、カップ状に形成されたヨーク２２とを備える。永久磁石２１は厚さ方向に着磁されヨーク２２内に配置される。永久磁石２１上にはポールピース２３が設けられ、ポールピース２３とヨーク２２との間に磁気ギャップＧが形成される。

ユニットフレーム３０は円盤状に形成されていて、その中央部分で磁気回路部２０を支持する。振動板１０は、ボイスコル１３が磁気ギャップＧ内で振動し得るように、サブドーム１２の周縁がユニットフレーム３０に対して気密的に支持される。

ユニットフレーム３０の周囲にはバッフル板３５が設けられ、バッフル板３５の背面側（反振動板側）にはヘットホンハウジング４１が取り付けられ、また、バッフル板３５の放音面側（振動板側）の周囲にはイヤーパッド４２が取り付けられる。

ヘットホンハウジング４１により、ユニットフレーム３０の背面側に所定容積の後部空気室Ａ１が形成される。また、サブドーム１２の周縁がユニットフレーム３０に対して気密的に支持されることから、振動板１０とユニットフレーム３０との間にも後部空気室Ａ２が形成される。以下の説明で、後部空気室Ａ１を第１後部空気室、後部空気室Ａ２を第２後部空気室と言うことがある。

ユニットフレーム３０には、第１後部空気室Ａ１と第２後部空気室Ａ２とを連通する複数の開口部３１が穿設され、その各々に音響抵抗材３２が設けられる。

図示しない音声再生機器からボイスコイル１３に音声信号を電流として通電することにより振動板１０が振動して、ピーカとして動作することにより、ヘッドホンユニット１から音声が放音される。

その際、振動板１０が磁気回路部２０に当接したり、ボイスコイル１３が磁気ギャップＧから飛び出さないように、サブドーム１２の弾性等が設計され、また、ヘッドホンユニット１が組み立てられる。

しかしながら、振動板１０に過大な振幅が発生すると、図６に示すように振動板１０が磁気回路部２０に衝突したり、図７に示すようにボイスコイル１３が磁気ギャップＧから飛び出して元の位置に戻らなくなることがある。

振動板１０の過大振幅は、ヘッドホンに落下衝撃等の衝撃が加えられたときや、イヤーパッド４２が密閉された状態で頭部に押しつけられたときにしばしば発生する。

また、能動回路を搭載して外来音を低減するノイズキャンセル型のヘッドホンにおいては、ヘッドホンユニット１の近傍に音波検出用のマイクロホンが設けられるが、例えばヘッドホンの着脱時にマイクロホンに加わる圧力が変化すると、この圧力をキャンセルするため、上記能動回路から大きな信号がボイスコイル１３に加えられることがあり、これによっても振動板１０が過大に変位することがある。

そこで、特許文献１に記載の発明では、ヘッドホンユニット１に振動板１０の変位を一定範囲内に制限する制限要素（ストッパ）を設けて、振動板１０の過大変位（過大振幅）を押さえることが提案されている。

しかしながら、ボイスコイル１３を含む振動系の質量は、通常、０．数ｇ程度（直径４０ｍｍのユニットでは約０．１３ｇ）で、第１後部空気室Ａ１の容積が例えば１００ｃｃ程度であるとすると、機械インピーダンス（スチフネス）は１．１４×１０^６ [ｄｙｎ／ｃｍ]程度と小さい。

したがって、落下衝撃等を受けたり、上記能動回路から大きな信号がボイスコイル１３に加えられると、振動板１０が容易に変位して上記制限要素に接触し、この接触が同じ個所で繰り返されると、振動板１０やボイスコイル１３に変形をきたすことになる。最悪の場合、変形した振動板１０やボイスコイル１３の一部分が磁気ギャップＧ内にかじり付いてしまうことがある。

特許第３２６８７７４号公報

したがって、本発明の課題は、ダイナミックヘッドホンにおいて、振動板に接触するストッパなどの制限要素を用いることなく、落下衝撃等による振動板の過大振幅（過大変位）を押さえることにある。

上記課題を解決するため、本発明は、ボイスコイルが取り付けられた振動板、上記ボイスコイルに対する磁気ギャップを有する磁気回路部および円盤状をなすユニットフレームを含み、上記磁気回路部が上記ユニットフレームの中央部分に配置されているとともに、上記ボイスコイルが上記磁気ギャップ内で振動し得るように上記振動板の周縁が上記ユニットフレームに気密的に支持されているヘッドホンユニットと、上記ユニットフレームの背面側を囲み上記ユニットフレームとの間で所定容積の第１後部空気室を形成するヘッドホンハウジングとを備え、上記ユニットフレームに、上記振動板と上記ユニットフレームとの間で形成される第２後部空気室と上記第１後部空気室とを連通する開口部が設けられているダイナミックヘッドホンにおいて、上記ユニットフレームの少なくともいずれか一方の面には、上記第１後部空気室と上記第２後部空気室との圧力差に応動して上記開口部を開閉する応動弁が設けられていることを特徴としている。

本発明の好ましい態様としては、上記応動弁は、上記ユニットフレームの背面側と振動板側の双方に設けられる。

また、本発明の好ましい態様としては、上記応動弁は、その一端側が所定の厚さを有するスペーサを介して上記ユニットフレームに取り付けられた樹脂フィルムからなる舌片状の弁体を有し、上記ユニットフレームの面との間で薄空気層抵抗（音響抵抗）を形成する。

また、本発明の好ましい態様としては、上記弁体は、少なくとも上記ボイスコイルへの通電による振動板の振動時における上記第１後部空気室と上記第２後部空気室との圧力差には応動しないスチフネスを有する。

また、本発明の好ましい態様としては、上記弁体は、厚さ０．１ｍｍのＰＥＴフィルムからなる。

また、本発明の好ましい態様としては、上記第２後部空気室の容積が、２ｃｃ以下である。

また、本発明の好ましい態様としては、上記第１後部空気室の容積が、２０ｃｃ以上である。

本発明によれば、ユニットフレームの少なくともいずれか一方の面に、第１後部空気室と第２後部空気室との圧力差に応動して、これら両後部空気室間を連通する開口部を開閉する応動弁を設けたことにより、例えば上記圧力差が落下衝撃等により所定値以上となった場合には、応動弁が閉じられて第２後部空気室が密閉されるため、振動板のそれ以上の変位が押さえられる。

例えば、応動弁がユニットフレームの背面側に設けられていれば、振動板のユニットフレームから離れる方向への過大変位が阻止され、応動弁がユニットフレームの振動板側に設けられていれば、振動板のユニットフレームに近づく方向への過大変位が阻止される。

応動弁がユニットフレームの背面側と振動板側の双方に設けられる態様によれば、振動板の両方向の過大変位が封じられる。

応動弁は、その一端側が所定の厚さを有するスペーサを介してユニットフレームに取り付けられた樹脂フィルムからなる舌片状の弁体を有し、ユニットフレームの面との間で薄空気層抵抗（音響抵抗）を形成する態様によれば、応動弁自体が音響抵抗材を兼ねることができる。したがって、別途に音響抵抗材を設ける必要がなくなる。

弁体が少なくとも上記ボイスコイルへの通電による振動板の振動時における第１後部空気室と第２後部空気室との圧力差には応動しないスチフネスを有する態様によれば、通常の使用時にスピーカとして正常に動作し、良好な音質を得ることができる。

第２後部空気室（振動板の後部空気室）の容積が２ｃｃ以下の場合、機械インピーダンス（スチフネス）は５７×１０^６ [ｄｙｎ／ｃｍ]以上となり、１００ｃｃの場合と比べると、衝撃が加わったときの振幅を１／５０にすることができる。

一例として、第２後部空気室がないとき（負荷がないとき）の振動板の弾性限界（最大振幅）が±２ｍｍであるとして、第２後部空気室を２ｃｃ以下にした場合には、振動板の振幅が±０．０４ｍｍ程度に押さえられる。また、振動板全体に高いスチフネスが作用するため、振動板の一部分に応力が集中することもない。

第１後部空気室（ユニットフレームの後部空気室）の容積が２０ｃｃ以上であれば、弁体が開放されている通常のスピーカ動作時、弁体による薄空気層抵抗を介して第１後部空気室の低いスチフネスで振動板が動作するため、音質が劣化することがない。

本発明によるダイナミックヘッドホンの内部構造を示す断面図。本発明の実施形態に適用される応動弁を示す拡大断面図。本発明において、振動板のユニットフレームに近づく方向への過大振幅時における応動弁の動作状態を示す断面図。本発明において、振動板のユニットフレームから離れる方向への過大振幅時における応動弁の動作状態を示す断面図。従来例としてのダイナミックヘッドホンの内部構造を示す断面図。上記従来例において、振動板がユニットフレームに近づく方向に過大変位した状態を示す断面図。上記従来例において、振動板がユニットフレームから離れる方向に過大変位した状態を示す断面図。

次に、図１ないし図４を参照して、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。この実施形態の説明において、先の図４により説明した従来例と同一もしくは同一と見なされてよい構成要素には同じ参照符号を用いている。

まず、図１を参照して、本発明のダイナミックヘッドホンにおいても、上記従来例と同じく、振動板１０，磁気回路部２０およびユニットフレーム３０を含む電気−音響変換器としてのヘッドホンユニット１を備える。

ユニットフレーム３０の周囲にはバッフル板３５が設けられ、バッフル板３５の背面側（反振動板側）にはヘットホンハウジング４１が被せられ、また、バッフル板３５の放音面側（振動板側）の周囲にはイヤーパッド４２が取り付けられる。

ヘットホンハウジング４１により、ユニットフレーム３０の背面側に所定容積の第１後部空気室（ユニットフレームの後部空気室）Ａ１が形成される。また、サブドーム１２の周縁がユニットフレーム３０に対して気密的に支持されることから、振動板１０とユニットフレーム３０との間にも第２後部空気室（振動板の後部空気室）Ａ２が形成される。

ユニットフレーム３０には、第１後部空気室Ａ１と第２後部空気室Ａ２とを連通する複数の開口部３１が穿設されるが、本発明では、落下衝撃等による振動板１０の過大振幅（過大変位）を防止するため、開口部３１に第１後部空気室Ａ１と第２後部空気室Ａ２との圧力差により開閉する応動弁５０が設けられる。

図２を参照して、この実施形態における応動弁５０は、その一端側が所定の厚さを有するスペーサ５２を介してユニットフレーム３０に取り付けられ、他端側が自由端とされた樹脂フィルム（もしくは樹脂シート、樹脂プレート）等からなる舌片状の弁体５１を備える。

弁体５１のスチフネスは、少なくともボイスコイル１３への通電による振動板１０の振動時における第１後部空気室Ａ１と第２後部空気室Ａ２との圧力差には応動しないスチフネスに設計される。

また、弁体５１は、自然状態でユニットフレーム３２の面とほぼ平行であり、ユニットフレーム３２との間で所定の薄空気層抵抗（音響抵抗）を形成する。この薄空気層抵抗の抵抗値は、スペーサ５２の厚さによって決められてよい。弁体５１には、厚さ０．１ｍｍのＰＥＴフィルムが好適である。

この実施形態では、各開口部３１ごとに、振動板１０側（第２後部空気室Ａ２側）と、反振動板１０側（第１後部空気室Ａ１側）の両面に弁体５１が配置されている。

次に、図３および図４により、応動弁５０の弁体５１の動作について説明するが、説明の便宜上、振動板１０側の弁体を５１ａ，反振動板１０側の弁体を５１ｂとし、また、第１後部空気室Ａ１内の圧力をＰ１，第２後部空気室Ａ２内の圧力Ｐ２とする。

まず、落下衝撃等により、図３に示すように、振動板１０が磁気回路部２０側に近づく方向に変位すると、第２後部空気室Ａ２内の圧力Ｐ２が第１後部空気室Ａ１内の圧力Ｐ１よりも高く（Ｐ２＞Ｐ１）なるため、振動板１０側の弁体５１ａが撓んで開口部３１を閉じる。これにより、第２後部空気室Ａ２内がほぼ密閉状態となるため、振動板１０が動きにくくなり、振動板１０の磁気回路部２０に対する衝突が防止される。

これとは逆に、落下衝撃等により、図４に示すように、振動板１０が磁気回路部２０側から離れる方向に変位すると、第１後部空気室Ａ１内の圧力Ｐ１が第２後部空気室Ａ２内の圧力Ｐ２がよりも高く（Ｐ１＞Ｐ２）なるため、反振動板１０側の弁体５１ｂが撓んで開口部３１を閉じる。これにより、第２後部空気室Ａ２内がほぼ密閉状態となるため、振動板１０が動きにくくなり、ボイスコイル１３の磁気ギャップＧからの飛び出しが防止される。

このようにして、振動板１０の過大変位が阻止されるのであるが、第２後部空気室Ａ２（振動板１０の後部空気室）の容積は２ｃｃ以下であることが好ましい。

すなわち、第２後部空気室Ａ２の容積が２ｃｃ以下の場合、機械インピーダンス（スチフネス）は５７×１０^６ [ｄｙｎ／ｃｍ]以上となり、１００ｃｃの場合と比べると、衝撃が加わったときの振動板１０の振幅を１／５０にすることができる。

一例として、第２後部空気室Ａがないとき（負荷がないとき）の振動板１０の弾性限界（最大振幅）が±２ｍｍであるとして、第２後部空気室Ａを２ｃｃ以下にした場合には、振動板１０の振幅が±０．０４ｍｍ程度に押さえられる。

また、振動板１０全体に高いスチフネスが作用するため、振動板１０の一部分に応力が集中することもない。なお、弁体５１の開閉動作をより敏感にするには、弁体５１による薄空気層抵抗の抵抗値を大きくすればよい。

ボイスコイル１３への通電による振動板１０の振動時（スピーカとしての動作時）には、弁体５１が開放され、第１後部空気室Ａ１（ユニットフレーム３０の後部空気室）と第２後部空気室Ａ２（振動板１０の後部空気室）とが薄空気層抵抗を介して連通した状態で振動板１０が振動する。

この場合、第１後部空気室Ａ１の容積が２０ｃｃ以上であれば、弁体５１が開放されている通常のスピーカ動作時、弁体５１による薄空気層抵抗を介して第１後部空気室Ａ１の低いスチフネスで振動板１０が動作するため、音質が劣化することがない。したがって、第１後部空気室Ａ１の好ましい容積は２０ｃｃ以上である。

上記実施形態では、各開口部３１ごとに、振動板１０側（第２後部空気室Ａ２側）と、反振動板１０側（第１後部空気室Ａ１側）の両面に弁体５１が配置されているが、別の態様として、例えば一つおきごとに開口部３１の両面に弁体５１を配置してもよいし、もしくは例えば奇数番目の開口部３１については弁体５１を振動板１０側に配置し、偶数番目の開口部３１については弁体５１を反振動板１０側に配置するようにしていもよい。

また、ボイスコイル１３を含む振動系の設計にもよるが、弁体５１を開口部３１の両面ではなく、その片側、すなわち振動板１０側のみ、もしくは反振動板１０側のみに配置する態様も本発明に含まれる。

１ヘッドホンユニット
１０振動板
１１センタードーム
１２サブドーム
１３ボイスコイル
２０磁気回路部
２１永久磁石
２２ヨーク
２３ポールピース
３０ユニットフレーム
３１開口部
３５バッフル板
４１ヘッドホンハウジング
４２イヤーパッド
５０応動弁
５１弁体
５２スペーサ
Ａ１第１後部空気室（ユニットフレームの後部空気室）
Ａ２第２後部空気室（振動板の後部空気室）
Ｇ磁気ギャップ

Claims

ボイスコイルが取り付けられた振動板、上記ボイスコイルに対する磁気ギャップを有する磁気回路部および円盤状をなすユニットフレームを含み、上記磁気回路部が上記ユニットフレームの中央部分に配置されているとともに、上記ボイスコイルが上記磁気ギャップ内で振動し得るように上記振動板の周縁が上記ユニットフレームに気密的に支持されているヘッドホンユニットと、
上記ユニットフレームの背面側を囲み上記ユニットフレームとの間で所定容積の第１後部空気室を形成するヘッドホンハウジングとを備え、
上記ユニットフレームに、上記振動板と上記ユニットフレームとの間で形成される第２後部空気室と上記第１後部空気室とを連通する開口部が設けられているダイナミックヘッドホンにおいて、
上記ユニットフレームの少なくともいずれか一方の面には、上記第１後部空気室と上記第２後部空気室との圧力差に応動して上記開口部を開閉する応動弁が設けられていることを特徴とするダイナミックヘッドホン。
上記応動弁は、上記ユニットフレームの背面側と振動板側の双方に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のダイナミックヘッドホン。
上記応動弁は、その一端側が所定の厚さを有するスペーサを介して上記ユニットフレームに取り付けられた樹脂フィルムからなる舌片状の弁体を有し、上記ユニットフレームの面との間で薄空気層抵抗を形成することを特徴とする請求項１または２に記載のダイナミックヘッドホン。
上記弁体は、少なくとも上記ボイスコイルへの通電による振動板の振動時における上記第１後部空気室と上記第２後部空気室との圧力差には応動しないスチフネスを有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のダイナミックヘッドホン。
上記弁体は、厚さ０．１ｍｍのＰＥＴフィルムからなることを特徴とする請求項４に記載のダイナミックヘッドホン。
上記第２後部空気室の容積が、２ｃｃ以下であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のダイナミックヘッドホン。
上記第１後部空気室の容積が、２０ｃｃ以上であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のダイナミックヘッドホン。