JP5360393B2

JP5360393B2 - 送話器

Info

Publication number: JP5360393B2
Application number: JP2009130870A
Authority: JP
Inventors: 義正鴨頭; 一哉須田; 晃平大口
Original assignee: Iwatsu Electric Co Ltd
Current assignee: Iwatsu Electric Co Ltd
Priority date: 2009-05-29
Filing date: 2009-05-29
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2029-05-29
Also published as: JP2010278888A

Description

本発明は、電話機のハンドセット等において使用される送話器に関し、特に、高音（高域周波数）領域における感度が優れ広帯域化を実現する送話器に関する。

近年、ＩＰ回線等の広帯域の回線で通信を行うことで、通話品質を向上させて音声等を高品質（明瞭）に伝送することが行われている。ＩＰ回線によれば、２０ｋＨｚまでの音声伝送帯域を使用することが可能であるが、通話品質を向上させるためには、回線に接続される送話器の広帯域化を実現する必要があった。

電話機のハンドセット１に使用される送話器２は、図１１及び図１２に示すように、高音（高域周波数）領域における感度が優れたマイクロフォン２１の前面に円柱状空間の前気室２２を設けることで、送話口壁部２３に形成された複数の音孔２４から音声（音波）が前気室２２に入り、前気室２２の空間を介してマイクロフォン２１の受音面に達することで広帯域化を図るように構成されている。
すなわち、前気室２２によって、音波の高音（高域周波数）領域が強調されて、送話器２を広帯域化することができる。この場合、送話器２における周波数に対する感度は図１３のようになり、感度低下を生じることなく電気信号を出力できる上限周波数となる高域周波数（ｆ_H）は、下記の式（Ａ）に示すように、音孔２４の開口面積の総和（Ｓｍ）の平方根に比例し、且つ前気室２２の容積（Ｖ_F）の平方根に反比例することが知られている（αは定数）。
式（Ａ）において、高い上限周波数（ｆ_H）の値を得るためには、音孔２４の開口面積の総和（Ｓｍ）を増加したり、前気室２２の小容積化を図る必要がある。
ｆ_H=（α／２π）√（Ｓｍ／Ｖ_F）（式Ａ）

上述したような形状の前気室２２を備えた送話器２を小型化する場合、前気室２２の容積を小さくできて広帯域化に有利である一方、送話口壁部２３の面積が小さくなるため、音孔２４の開口面積の総和が減少し広帯域化の障害となる。また前気室２２は、送話口壁部２３に形成した音孔２４とマイクロフォン２１との距離Ｌを確保することで、マイクロフォン２１を静電気から保護する役割を担う必要があるため、前気室２２の小容積化にも限界がある。
また、送話器２の送話口壁部２３の面積を大きくして音孔２４の開口面積の総和を増加させた場合は、前気室２２の小容積化に限界が生じて広帯域化の障害となる。

そこで、マイクロフォンを静電気から保護しつつ広帯域化を図る送話器を実現するため、前気室の一端面とマイクロフォンとの距離を確保して前気室の小容積化を図る構造として、特許文献１に記載する送話器の構造が提案されている。

この送話器は、図１４に示すように、前気室２２の空間について、送話口壁部２３側が広くなる略すり鉢状の内壁を有する構造（送話口壁部２３とマイクロフォン２１側壁部とを結ぶ線分と直交する断面が送話口壁部２３からマイクロフォン２１側の壁部に向け面積が減少する構成）とすることで、送話口壁部２３とマイクロフォン２１との距離Ｌを図１２の構造に比較して短縮することなく、マイクロフォン２１を静電気から保護しつつ、前気室２２の小容積化（前気室空間の小容積化）を図って、広帯域化を実現するものである（特許文献１を参照）。

特開２００８−１５４０３６

しかしながら、上述した送話器２の構造によれば、前気室２２の空間を減少させることで広帯域化が図れるものの十分でないという問題点があり、送話器において更なる広帯域化が図れる構造が望まれていた。

本発明は上記事情に鑑みて提案されたもので、高音（高域周波数）領域における感度が優れ、従来構造に比較して一層の広帯域化が実現可能な送話器を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため請求項１の発明は、送話口壁部及び周壁により区画形成された空間で構成される前気室と、前記送話口壁部に対向し前記前気室の空間を臨むように配置されたマイクユニットとを備えた送話器において、
前記送話口壁部に、前記前気室の空間の周囲最端部に連通する複数の音孔を形成し、
前記前気室の空間は、第１の円錐台の周囲形状を内壁に有する送話口壁部と、第２の円錐台の周囲形状を内壁に有する周壁により区画形成されたことを特徴としている。

請求項２の発明は、請求項１の送話器において、前記第１の円錐台の形状と第２の円錐台の形状は相似形であることを特徴としている。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２の送話器において、前記送話口壁部は、前記音孔形成側に、円錐状凹部を有して成ることを特徴としている。

請求項１の送話器によれば、前気室の空間の周囲最端部に連通する複数の音孔を送話口壁部に形成することで、送話口壁部とマイクユニットとの距離を確保してマイクユニットを静電気から保護しつつ、前気室の小容積化（前気室空間の小容積化）を図ることで、広帯域化を実現することができる。

この場合、前気室の空間は、第１の円錐台の周囲形状を内壁に有する送話口壁部と、第２の円錐台の周囲形状を内壁に有する周壁により区画形成される構成とすることで、小容積化を図ることができる。

また、第１の円錐台の形状と第２の円錐台の形状を相似形とする構成（請求項２）により、前気室の小容積化と音孔の断面積の総和面積を確保するという相反する事項をバランス良く組み合わせることで、効率良く広帯域化を実現することができる。

送話口壁部の音孔形成側に円錐状凹部を設ける（請求項３）ことで、送話口壁部において第１の円錐台の周囲形状を内壁とした場合に、送話口壁部の厚さの均一化を図るとともに、送話器の外観を斬新なデザインとすることができる。

ハンドセットに使用された送話器の実施形態の一例を示すもので、（ａ）は断面説明図、（ｂ）は平面説明図である。前気室の容積を変化させる場合のモデル図である。高域周波数の上昇度合いを表示するグラフ図である。送話器の実施形態の他の例を示す断面説明図である。送話器の実施形態の他の例を示す断面説明図である。送話器の実施形態の他の例を示す断面説明図である。前気室の容積を変化させる場合のモデル図である。送話器の実施形態の他の例を示す断面説明図である。送話器の実施形態の他の例を示すもので、（ａ）は断面説明図、（ｂ）は斜視説明図である。送話器の実施形態の他の例を示す断面説明図である。ハンドセットの外観を示す斜視説明図である。従来の送話器の構造を示す断面説明図である。送話器における周波数に対する感度を示すグラフ図である。従来の送話器の構造を示す断面説明図である。

以下、本発明の送話器の実施形態の一例について、図１及び図１１を参照しながら説明する。送話器２は、図１１に示されるように、電話機のハンドセット１の本体に一体化して装着されている。図１は、送話器２を構成するハンドセット１の送話側の一部を示したものであり、（ａ）は概略断面説明図、（ｂ）は平面説明図である。

送話器２は、マイク取付板１０に装着されたマイクユニット（マイクロフォン）１１と、マイクユニット１１の前面側に位置する前気室１２と、マイクユニット１１に対して前気室１２を挟んで対向する位置に設けられた送話口壁部１３を備えている。
送話口壁部１３は、ハンドセット１の送話側の本体１ａの端部に形成され、送話口壁部１３から本体１ａの内側部分に周壁１４が延出され、周壁１４の端部にマイク取付板１０が装着されている。
マイク取付板１０と送話口壁部１３との間に配置する前気室１２の空間は、送話口壁部１３に形成された円錐台の周囲形状を内壁１３ａと、円錐台の周囲形状を内壁１４ａとする周壁１４とにより区画形成され、送話口壁部１３に対向し前気室１２の空間を臨むようにマイク取付板１０に装着されたマイクユニット１１が配置されている。
マイクユニット１１には信号線が接続され、図示しない回路に音声信号を出力するようになっている。

また、送話口壁部１３に形成された円錐台周囲形状の内壁１３ａ（第１の円錐台の形状）と、周壁１４に形成された円錐台周囲形状の内壁１４ａ（第２の円錐台の形状）とは、互いに相似形となることで、前気室１２の空間は、内壁１３ａ，１４ａ間の距離が同じで外径及び内径がマイクユニット１１側から送話口壁部１３側に増加する環状帯空間が連続することで構成される。

送話口壁部１３には、前気室１２の空間に連通する複数の音孔１５が、前気室１２の周囲最端部の円（図１（ｂ）を参照）に沿って環状に配置するように形成されている。

上述した構造の送話器２によれば、外部からの音波は、送話口壁部１３に設けられた音孔１５を通過して前気室１２の空間を介してマイクユニット１１の受音面に導かれる。前気室１２の空間は、送話口壁部１３に形成された円錐台周囲形状の内壁１３ａと、周壁１４に形成された円錐台周囲形状の内壁１４ａとにより区画形成されているので、内壁１４ａの円錐台周囲形状が同じであれば、図１４の前気室２２の空間と比較して、送話口壁部１３に内壁１３ａを形成することで減少する円錐台形状の体積分だけ容積が小さくなる一方、音孔１５の個数が減少する。

以下、図１の送話器の構造において、図１４の前気室２２の構造に比較して円錐台形状の体積分だけ前気室１２の容積が小さくなることによる広帯域化への影響と、音孔１５の個数が少なくなって断面積の総和が減少することによる広帯域化への影響について、図２を参照しながら考察する。前気室１２から減じる容積は点線で示すように前気室１２の相似形とし、容積の計算を簡単にするため、前気室及び減じる容積を円錐形で計算する。
図２において、内壁１４ａを含む第２の円錐形（図１の第２の円錐台の形状に対応）の直径をφＤ、高さをｊとし、内壁１３ａを含む第１の円錐形（図１の第１の円錐台の形状に対応）の直径をφＥ、高さをｋとし、静電気距離（第１の円錐形の頂点と第２の円錐形の底面周囲との最短距離）をｊ₀とする。

第１の円錐形と第２の円錐形とは相似形であるので、第１の円錐形の高さｋと、第２の円錐形の高さｊとの間には、次式が成立する。
ｋ＝ｊ×Ｅ／Ｄ
そして、静電気距離ｊ₀は、
ｊ₀＝√（ｊ²＋Ｅ²／４）
となる。
また、ｊは、
ｊ＝√（ｊ₀ ²−Ｅ²／４）
で表せる。

図１４の前気室２２における静電気距離は、第２の円錐形の高さに等しいのでｊとなり、図１の前気室１２における静電気距離ｊ₀は、ｊより大きな値となるので、マイクユニット１１の静電気からの保護については、図１４の構造以上の効果を発揮する。

次に、図１の前気室１２において音孔を開口することができる面積は、
Ｓｍ＝（π／４）（Ｄ²−Ｅ²）
となる。
第１の円錐形の体積を減じた容積は、
Ｖ_F＝（π／１２）（Ｄ²×ｊ−Ｅ²×ｋ）
＝（π／１２）（Ｄ²×ｊ−Ｅ²×ｊ×Ｅ／Ｄ）
＝（πｊ／１２Ｄ）（Ｄ³−Ｅ³）
＝（π／１２Ｄ）（Ｄ³−Ｅ³）√（ｊ₀ ²−Ｅ²／４）
となる。

高域周波数は上述した式（Ａ）により、
ｆ_H=（α／２π）√（Ｓｍ／Ｖ_F）
で求められるため、図１に対応する送話器の高域周波数ｆ_H1は、Ｓｍ及びＶ_Fを代入すると、
ｆ_H1=（α／２π）√｛（π/４）（Ｄ²−Ｅ²）／（π/12Ｄ）（Ｄ³−Ｅ³）√（ｊ₀ ²−Ｅ²／４）｝
となる。
図１３の前気室２２の場合の高域周波数ｆ_H0は、
ｆ_H0=（α／２π）√｛（π×Ｄ²／４）／（π×Ｄ²×ｊ₀／１２）｝
=（α／２π）√（３／ｊ₀）
となる。

高域周波数ｆ_Hと高域周波数ｆ_H0との比（ｆ_H／ｆ_H0）は数１のようになる。

ここで、Ｄ＝２０ｍｍ、ｊ₀＝１０ｍｍとした時、高域周波数ｆ_Hと高域周波数ｆ_H0との比（ｆ_H／ｆ_H0）は数２のようになる。

数２において、第１の円錐形の直径Ｅを０〜１８ｍｍまで変化させた時の高域周波数ｆ_Hと高域周波数ｆ_H0との比を算出したところ、図３の実線で示すグラフが得られた。
このグラフより、内壁１４ａを含む円錐形（第２の円錐形）の直径Ｄに対して、内壁１３ａを含む円錐形（第１の円錐形）の直径Ｄを近づけた場合に高域周波数が上昇する効果があり、特に、第１の円錐形の直径Ｅを１８ｍｍとした場合、高域周波数の値が１．３倍程度になることが確認できた。

すなわち、上述した送話器２の構造（図１）によれば、従来の送話器２の構造（図１４）に対して、前気室の空間に相似形の円錐台形状を突出させることで、送話口壁部１３とマイクユニット１１との距離を維持して（周壁１４の大きさが同じであれば、図１４の静電気距離ｊ₀より、図１における静電気距離ｊを長くすることができる）、前気室１２の小容積化を図ることができる。この場合、音孔の数及び断面積の総和が減少することになりその影響が懸念されるが、上述した式で確認したように、高域周波数の値を算出する際には小容積化の方の影響が大きいので、全体としては広帯域化を実現することができる。

図４は、送話器の実施形態の他の例を示すもので、図１と同一の機能を有する構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。図４の送話器の例では、図１の送話器に対して、送話口壁部１３の外側（音孔形成側）に、内壁１３ａ及び内壁１４ａの円錐形状に対して相似形となる表面を有する円錐状凹部１６を形成している。
送話口壁部１３に円錐状凹部１６を設けることで、ハンドセット１の本体１ａを構成する送話口壁部１３の肉厚を一定にすることができ、ひび割れ等の発生を防止して耐久性の向上を図るとともに、送話器２の外観を斬新なデザインとすることができる。

図５は、送話器の実施形態の他の例を示すもので、図１と同一の機能を有する構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。図５の送話器の例では、送話口壁部１３の外側表面１３ｂとマイク取付板１０とが平行でなく、外側表面１３ｂが傾斜する送話器に適用した場合を示す。この例によれば、傾斜する底面を有する円錐台形状を前気室の空間に突出させることで、傾斜する外側表面１３ｂを有する送話口壁部１３に対し、前気室１２の小容積化を行って送話器１の広帯域化を実現することができる。

図６は、送話器の実施形態の他の例を示すもので、図１と同一の機能を有する構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。上述した各例の送話器では、内壁１３ａを含む第１の円錐形と、内壁１４ａを含む第２の円錐形とが相似形になるよう形成したが、図６の例では第１の円錐形と第２の円錐形とが相似形でない場合である。
すなわち、第２の円錐形の内壁１４ａに対して、第１の円錐形の内壁１３ａの傾斜が急峻となるように構成されている。この場合であっても、図１４の構造に比較して前気室１２の小容積化を図ることができる。また、この場合、図１に比較して音孔１５を形成する面積を広くできるので、送話口壁部１３において音孔１５を前気室１２の端部の環状円に沿って２列に配置して形成されている。

以下、図６の送話器の構造において、図１４の前気室２２の構造に比較して円錐台形状の体積分だけ前気室１２の容積が小さくなることによる広帯域化への影響と、音孔１５の個数が少なくなって断面積の総和が減少することによる広帯域化への影響について、図７を参照しながら考察する。前気室１２から減じる容積（円錐形）は、点線で示されるようにその頂点位置を一定位置としている。また、容積の計算を簡単にするため、前気室及び減じる容積を円錐形で計算する。
図７において、内壁１４ａを含む円錐形（第２の円錐形）の直径をφＤ、高さをｊとし、内壁１３ａを含む円錐形（第１の円錐形）の直径をφＥ、高さをｋとし、静電気距離（第２の円錐形の頂点と第１の円錐形の底面周囲との最短距離）をｊ₀とする。

第１の円錐形と第２の円錐形とは、頂点位置を一定位置として第１の円錐形の形状が変化する場合を想定した。第２の円錐形の高さｊと、第１の円錐形の高さｋとの間には、変化させる第１の円錐形の頂点位置が一定位置となるため、例えば次式が成立すると仮定する。
ｋ＝ｊ−１
そして、静電気距離ｊ₀は、
ｊ₀＝√（ｊ²＋Ｅ²／４）
となる。
また、ｊは、
ｊ＝√（ｊ₀ ²−Ｅ²／４）
で表せる。

図１４の前気室２２における静電気距離は、第２の円錐形の高さに等しいのでｊとなり、図６の前気室１２における静電気距離ｊ₀は、ｊより大きな値となるので、マイクユニット１１の静電気からの保護については、図１３の構造以上の効果を発揮する。

次に、図６の前気室１２において音孔を開口することができる面積は、
Ｓｍ＝（π／４）（Ｄ²−Ｅ²）
となる。
第１の円錐形の体積を減じた容積は、
Ｖ_F＝（π／１２）（Ｄ²×ｊ−Ｅ²×ｋ）
＝（π／１２）｛Ｄ²×ｊ−Ｅ²×（ｊ−１）｝
＝（π／１２）｛（Ｄ²×√（ｊ₀ ²−Ｅ²／４）−E²×√（ｊ₀ ²−Ｅ²／４）+Ｅ²｝
となる。

高域周波数は上述した式（Ａ）により、
ｆ_H=（α／２π）√（Ｓｍ／Ｖ_F）
で求められるため、図６に対応する送話器の高域周波数ｆ_H1は、Ｓｍ及びＶ_Fを代入すると、
ｆ_H1=（α／２π）√｛π（Ｄ²−Ｅ²）／４｝
×√［12／π｛Ｄ²√（ｊ₀ ²−Ｅ²／４）−Ｅ²√（ｊ₀ ²−Ｅ²／４）＋Ｅ²｝］
となる。
図１４の前気室２２の場合の高域周波数ｆ_H0は、
ｆ_H0=（α／２π）√｛（π×Ｄ²／４）／（π×Ｄ²×ｊ₀／１２）｝
=（α／２π）√（３／ｊ₀）
となる。

高域周波数ｆ_Hと高域周波数ｆ_H0との比（ｆ_H／ｆ_H0）は数３のようになる。

ここで、Ｄ＝２０ｍｍ、ｊ₀＝１０ｍｍとした時、高域周波数ｆ_Hと高域周波数ｆ_H0との比（ｆ_H／ｆ_H0）は数４のようになる。

数４において、第１の円錐形の直径Ｅを０〜１８ｍｍまで変化させた時の高域周波数ｆ_Hと高域周波数ｆ_H0との比を算出したところ、図３の点線で示すグラフが得られた。
このグラフより、内壁１４ａを含む円錐形（第２の円錐形）の直径Ｄに対して、内壁１３ａを含む円錐形（第１の円錐形）の直径Ｅが小さい場合は、数２（図１の構造）より高域周波数が１．１倍程度まで上昇する傾向があるが、直径ＥがＤに近づいた場合は図１の構造の方が効果がある。

すなわち、上述した送話器２の構造（図６）によれば、従来の送話器２の構造（図１４）に対して、前気室の空間に相似形でない円錐台形状を突出させることで、送話口壁部１３とマイクユニット１１との距離を維持して（周壁１４の大きさが同じであれば、図１４の静電気距離ｊ₀より、図６における静電気距離ｊを長くすることができる）、前気室１２の小容積化を図ることができる。この場合、音孔の数及び断面積の総和が減少することになりその影響が懸念されるが、上述した式で確認したように、高域周波数の値を算出する際には小容積化の方の影響が大きいので、全体としては広帯域化を実現することができる。

図８は、送話器の実施形態の他の例を示すもので、図１と同一の機能を有する構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。図８の送話器の平面図は、図１（ｂ）と同じになる。
図８の送話器の例では、マイク取付板１０と送話口壁部１３との間に配置される前気室１７の空間を円柱状とし、前気室１７の円の周囲最端に沿って送話口壁部１３に複数の音孔１５が形成されている。
この例によれば、前気室１７の周囲最端に沿って送話口壁部１３に音孔１５が形成されているので、静電距離Ｌを確保することができるとともに、薄型の前気室１７とすることで、前気室に対して膨出部を形成することなく容積の最小化を図ることができ、送話器２の広帯域化を実現することができる。

図９は、送話器の実施形態の他の例を示すもので、薄型の前気室を採用するという図８の考え方を更に発展させた構造としている。
すなわち、ハンドセット１の本体１ａの端部に、中央にマイクユニット１１が設けられた円盤状のマイク取付板１０を固定する。マイク取付板１０には、マイク取付板１０に対して間隔を有して平行する円盤状の送話口壁部１３がマイク取付板１０と送話口壁部１３との周囲に設けた複数の連結部１８を介して装着されている。上記構造により、送話口壁部１３とマイク取付板１０との間の空間が前気室１７を構成し、連結部１８同士の間が音孔２５を構成することになる。
この例によれば、前気室１７の周囲に音孔２５が位置するので、静電距離Ｌを確保することができるとともに、薄型の前気室１７とすることで、前気室に対して膨出部を形成することなく容積の最小化を図ることができ、送話器２の広帯域化を実現することができる。

図１０は、送話器の実施形態の他の例を示すもので、図９と同一の機能を有する構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。すなわち、マイク取付板１０と送話口壁部１３との周囲に設けた複数の連結部１８に代えて、マイク取付板１０と送話口壁部１３との間に複数の支持体１９を設けることで、マイク取付板１０と送話口壁部１３との間に前気室１７を構成している。
この例の場合、マイク取付板１０と送話口壁部１３で挟まれた空間の周囲が全て環状音孔２６を構成することになるので、音孔の面積を大きくして広帯域化を図ることができる。

１…ハンドセット、２…送話器、１０…マイク取付板、１１…マイクユニット、１２…前気室、１３…送話口壁部、１３ａ…内壁、１３ｂ…外側表面、１４…周壁、１４ａ…内壁、１５…音孔、１６…円錐状凹部、１７…前気室、１８…連結部、１９…支持体、２５…音孔、２６…環状音孔。

Claims

送話口壁部及び周壁により区画形成された空間で構成される前気室と、前記送話口壁部に対向し前記前気室の空間を臨むように配置されたマイクユニットとを備えた送話器において、
前記送話口壁部に、前記前気室の空間の周囲最端部に連通する複数の音孔を形成し、
前記前気室の空間は、第１の円錐台の周囲形状を内壁に有する送話口壁部と、第２の円錐台の周囲形状を内壁に有する周壁により区画形成された
ことを特徴とする送話器。
前記第１の円錐台の形状と第２の円錐台の形状は相似形である請求項１に記載の送話器。
前記送話口壁部は、前記音孔形成側に、円錐状凹部を有して成る請求項１又は請求項２に記載の送話器。