JP5399391B2 - ノイズキャンセルヘッドホン - Google Patents

Description

本発明は、ノイズキャンセルヘッドホンに関するもので、特に、使用するマイクロホンユニットの支持構造を工夫することにより、雑音の要因となる電磁波を遮断するとともに、風雑音を防止することができるようにしたものである。

一般的なノイズキャンセルヘッドホンには、主要な構成部分として、ヘッドホンユニットと、マイクロホンユニットとを備えている。耳覆い型のヘッドホンの場合、ヘッドホンユニットがバッフル板に取り付けられているのが一般的であり、バッフル板の前面側にイヤパッドが、バッフル板の背面側にヘッドホンユニットを覆うハウジングが取り付けられている。また、上記マイクロホンユニットは、大抵の場合、ハウジングの内部に備えられており、マイクロホンユニットより収集した音声信号を調整しノイズキャンセル信号を生成するための電子回路も、ハウジングの内部に併設されている。
図３は従来のノイズキャンセルヘッドホンの例を示す。図３において符号１はヘッドホンユニットを示す。ヘッドホンユニット１は、ユニットフレーム２をベースとして、このベースに組み込まれた磁気回路構成部材と振動板６およびボイスコイル７を主要な構成部品として有してなる。上記磁気回路構成部材は、有底円筒状のヨーク３と、このヨーク３の内方の底面に固着されたマグネット４と、このマグネット４の前端面に固着されたポールピース５を備えてなる。ヨーク３の前端部内周面とポールピース５の外周面との間には、全周にわたって円筒状の間隙が形成されていて、この間隙は、マグネット４を源とする磁束が通る磁気ギャップとなっている。
ヨーク３は、その外周がユニットフレーム２の中心部に形成された円筒部２１に嵌合され、ユニットフレーム２と一体化されている。上記振動板６は、中心部分のメインドームとこのメインドームの周囲を取り囲むサブドームからなり、サブドームの外周縁部はユニットフレーム２の前面外周縁部に固着されている。振動板６は、例えば樹脂を素材とする薄板状の部品で、ユニットフレーム２に固着されている外周縁部を支点にして前後方向に振動可能になっている。振動板６の背面側には、上記メインドームとサブドームの境界に沿ってボイスコイル７の前端が固着されている。ボイスコイル７は、細い導線が円筒状に巻き回されてなる部品で、前記磁気ギャップに配置され、振動板６とともに、ヨーク３にもポールピース５にも触れることなく前後方向に移動可能となっている。
以上述べた構成から明らかなように、ボイスコイル７は磁気ギャップ内に配置されているため、ボイスコイル７に音声信号が入力されると、音声信号に従った電流と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７が前後方向に移動する。ボイスコイル７とともに振動板６が前後に振動するため、振動板６から音声信号に従った音波が放射される。
ヘッドホンユニット１は、そのユニットフレーム２がバッフル板８の中心部に設けられた孔に嵌められて固定されている。バッフル板８の前面側外周縁部にはイヤパッド２４が固着され、バッフル板８の背面側には椀形のハウジング１８が固着されている。振動板６と上記磁気回路構成部材との間には空間が形成されていて、この空間が密閉空間であるとすると、この空間内の空気がばねの役目をして振動板６が音声信号に忠実に振動することができなくなる。そこで、ユニットフレーム２に適宜数の音響孔２２を形成し、ヘッドホンユニット１の内部空間とヘッドホンユニット１の背後の空間とを連通させている。また、振動板６に適宜のダンピング特性を与えて周波数応答を改善するために、音響抵抗体９をユニットフレーム２に貼り付けて上記音響孔２２を覆っている。音響抵抗体９は、連続気泡のスポンジやグラスウール、不織布など、空気の流通に対して適宜の抵抗となる素材が選定される。
バッフル板８の背面側には、ヘッドホンユニット１の取り付け部よりも外周側に、ヘッドホンユニット１の取り付け部を囲むようにして突堤２０が形成されている。突堤２０の先端（図３において右端）に回路基板１０が重ねられて固定されている。回路基板１０の中央部には孔が形成されている。
ハウジング１８は、バッフル板８の背面側に固着されている。ハウジング１８の椀形の底部中心（図３において右側）には、内方に向かって突出した円筒部３０が形成されている。したがって、円筒部３０は、その奥端が底部となっており、ハウジング１８の底部に相当する図３において右側の端部は開放端となっている。円筒部３０の底部の中心には貫通孔１９が形成されている。
円筒部３０には、マイクロホンユニット１１、静電シールド１２、ショックマウント１３、風雑音防止材１５から構成される部品が収納されている。マイクロホンユニット１１は円柱状であり、マイクロホンユニット１１の円柱状の周面をショックマウント１３が覆っている。ショックマウント１３は、マイクロホンユニット１１の収音面を外側（図３において右方）に向かって解放し、かつ、マイクロホンユニット１１の収音面の反対側の中心部を解放して支持している。静電シールド１２は、ショックマウント１３の周面を覆い、ハウジング１１の円筒部３０に収納されている。円筒部３０の開放端を塞いで風雑音防止材１５が設置されている。したがって、風雑音防止材１５はマイクロホンユニット１１の前面も塞いでいる。
以上のように構成されたヘッドホンは、通常２個を一対としてヘッドバンドで結合され、ステレオヘッドホンが構成される。
以上説明したようなヘッドホンは、ユーザが頭部に装着して使用するため、なるべく軽量であることが望まれる。そこで、構成部品には金属製よりもプラスチック製の部品が多く用いられる。例えば、図３に示す従来例では、バッフル板８、ユニットフレーム２などをプラスチックで作ることが多い。そのため、外部からの電磁波がプラスチック部品を透過して侵入しやすい構造になっている。
一般的なヘッドホンであれば、電磁波の侵入による不具合はさほど目立たないが、ノイズキャンセルヘッドホンでは、ノイズキャンセルのための電子回路を搭載しているため、侵入した電磁波が電子回路部品で検波され、雑音を発生する。特に、近年は携帯電話の普及によって、ヘッドホンの近くで携帯電話が使用されることが多く、携帯電話から輻射される電磁波がヘッドホンに侵入すると、電子回路で検波されて発生する雑音のレベルが高くなる。ヘッドホンの場合、電磁波すなわち高周波電流を原因とする雑音が音波として耳に直接入るため、雑音レベルが高い場合は、ユーザに不快感を与えることが懸念される。前述のように、構成部品がプラスチックで製作されていると、プラスチック部品を通して電磁波が侵入するので、電磁波の侵入を要因とする雑音が発生しやすい。
しかも、一般的なノイズキャンセルヘッドホンに利用されるマイクロホンユニットは、大抵、無指向性エレクトレットコンデンサマイクロホンユニットである。エレクトレットコンデンサマイクロホンユニット内部のインピーダンスは極めて高いため、マイクロホンユニットに電磁波が加わると、非常に大きな雑音が発生する。
そこで、本願発明は、ノイズキャンセルヘッドホンにおいて、電磁波を原因とする雑音の発生を防止するために、外部から侵入する電磁波を有効に遮断することができるように工夫した。ただし、各種電子機器においては、電磁波をシールドするために、以下に述べる特許文献１記載の発明のように、それぞれの電子機器に適応した特有の工夫がなされている。
特許文献１には、ポータブルコンピュータなどの電子機器において、ハードディスクドライブ装置（以下「ＨＤＤ」という）などを収容する凹部を設け、この凹部内面にシールド層を形成し、このシールド層とＨＤＤとの間を導通させる導電部材を設け、さらに、内面にシールド層が設けられたＨＤＤカバーで上記凹部を覆ったＨＤＤのシールド構造が記載されている。
特許文献１記載の発明は、ＨＤＤを備えた電子機器特有の構成に基づき、ＨＤＤを独特のシールド構造でシールドしている。
特開２００７−３２８５３１号公報

本発明は、ノイズキャンセルヘッドホンにおいて、外来の電磁波を原因とする雑音の発生を防止し、マイクロホンユニットの機械振動によるハウリングを防止し、さらに、マイクロホンユニットの風雑音発生を防止するに当たり、ノイズキャンセルヘッドホン特有の構成を利用することによって、ヘッドホンの良好な音響特性を維持することができるノイズキャンセルヘッドホンを提供することを目的とする。

本発明は、音声信号によって駆動され音波を発する振動板を備えたヘッドホンユニットと、環境騒音信号を検出するためのマイクロホンユニットと、上記ヘッドホンユニットの背面側を覆うハウジングと、上記マイクロホンユニットで検出される環境騒音信号と逆位相のキャンセル信号を生成して上記ヘッドホンユニットに入力するキャンセル信号生成回路と、を具備し、上記マイクロホンユニットは上記ハウジングに固着されている、ノイズキャンセルヘッドホンであって、上記ハウジングには凹陥部が形成され、上記マイクロホンユニットは、底面と前面とが弾力のある導電部材で覆われて上記凹陥部に収納され、上記マイクロホンユニットの前面を覆う上記導電部材は、音響抵抗材として機能し、上記凹陥部は、底部の中心に貫通孔が形成されることを最も主要な特徴とする。

本発明によれば、マイクロホンユニットを覆う弾力のある導電部材によって、シールド効果を得ることができるとともに、マイクロホンユニットの防振効果も得ることができる。また、導電部材がマイクロホンユニットの前面を覆うことで音響抵抗体としての効果を得ることができ、凹陥部の縁を空気が横切るときに発生する風雑音がマイクロホンユニットに侵入することを防止することができる。

第１図は、本発明に係るヘッドホンの実施例を示す縦断面図である。
第２図は、上記実施例中のマイクロホンユニットおよび導電部材の部分を示す分解斜視図である。
第３図は、従来のノイズキャンセルヘッドホンの例を示す縦断面図である。

１ ヘッドホンユニット
６ 振動板
８ バッフル版
９ 音響抵抗体
１０ 回路基板
１１ マイクロホンユニット
１６ 導電部材（長方形）
１７ 導電部材（円板形）
１８ ハウジング
３０ 円筒部

以下、本発明にかかるノイズキャンセルヘッドホンの実施例について図面を参照しながら説明する。図３に示す従来例と同じ構成部分には共通の符号を付した。
図１において、ヘッドホンユニット１は、ユニットフレーム２をベースとして、このベースに組み込まれた磁気回路構成部材と振動板６およびボイスコイル７を主要な構成部品として有してなる。図１において左側を前側、右側を後ろ側または背面側とする。上記磁気回路構成部材は、有底円筒状のヨーク３と、このヨーク３の内方の底面に固着された円柱状のマグネット４と、このマグネット４の前端面に固着された円柱状のポールピース５を備えてなる。ポールピース５とマグネット４とは、中心軸が略同心に配置され、ポールピース５の直径はマグネット４の直径よりやや大きく設計されている。ヨーク３の前端部内周面とポールピース５の外周面との間には、全周にわたって円筒状の間隙が形成されていて、この間隙は、マグネット４を源とする磁束が通る磁気ギャップとなっている。
ヨーク３は、その外周がユニットフレーム２の中心部に形成された前後方向の貫通孔に嵌合され、ユニットフレーム２と一体化されている。上記振動板６は、中心部分のメインドームとこのメインドームの周囲を取り囲むサブドームからなり、サブドームの外周縁部はユニットフレーム２の前面外周縁部に固着されている。振動板６は、例えば樹脂を素材とする薄板状の部品で、ユニットフレーム２に固着されている外周縁部を支点にして前後方向に振動可能になっている。振動板６の背面側には、上記メインドームとサブドームの境界に沿ってボイスコイル７の前端が固着されている。ボイスコイル７は、細い導線が円筒状に巻き回されてなる部品で、上記磁気ギャップに配置され、振動板６とともに、ヨーク３にもポールピース５にも触れることなく前後方向に移動可能となっている。
ヘッドホンユニット１は、そのユニットフレーム２がバッフル板８の中心部に設けられた孔に嵌められて固定されている。バッフル板８の前面側外周縁部にはイヤパッド２４が固着され、バッフル板８の背面側には椀形のハウジング１８が固着されている。振動板６と上記磁気回路構成部材との間には内部空間が形成されている。ユニットフレーム２には適宜数の音響孔２２が形成され、ヘッドホンユニット１の上記内部空間とヘッドホンユニット１の背後の空間とが音響孔２２によって連通している。また、振動板６に適宜ダンピング特性を与えて周波数応答を改善するために、音響抵抗体９をユニットフレーム２に貼り付けて上記音響項２２を覆っている。音響抵抗体９は、連続気泡のスポンジやグラスウール、不織布など、空気の流通に対して適宜の抵抗となる素材が選定される。
バッフル板８の背面側には、ヘッドホンユニット１の取り付け部よりも外周側に、ヘッドホンユニット１の取り付け部を囲むようにして突堤２０が形成されている。突堤２０の先端（図１において右端）に回路基板１０が重ねられて固定されている。回路基板２０の中央部には孔が形成されている。回路基板１０には、後で説明するマイクロホンユニット１１で検出される環境騒音信号が入力され、この環境騒音信号と逆位相のキャンセル信号を生成してヘッドホンユニット１に入力するキャンセル信号生成回路が組み込まれている。
ハウジング１８は、バッフル板８の背面側に固着されている。ハウジング１８の椀形の底部（図１において右側）中心には、ハウジング１８の外側から内方に向かって窪んだ円筒部３０が形成されている。したがって、円筒部３０は、その奥端すなわち図１において左端が底部となっており、手前側すなわち図１において右側の端部は開放端となっている。円筒部３０の形成部分は、ハウジング１８の底部に形成された「凹陥部」と言い換えることができる。この凹陥部としての円筒部３０の底部の中心には貫通孔１９が形成されている。ハウジング１８の材質は特に限定されないが、ヘッドホンの軽量化を図るためにはプラスチックが望ましい。プラスチックを用いる場合、上記円筒部３０を有するハウジング１８を一体成形により製作することができる。
凹陥部としての上記円筒部３０には、図２にも示すように、一つの導電部材１６と二つの導電部材１７と、マイクロホンユニット１１が収納されている。各導電部材１６、１７はともに肉厚で、導電部材１６は長方形のものが円筒形に巻かれ、二つの導電部材１７は円板形に成形されている。マイクロホンユニット１１は、円筒部３０の内部空間より一回り小さい円柱状になっていて、マイクロホンユニット１１の円柱状の周面は、円筒形状に巻かれた上記導電部材１６によって覆われている。円柱状のマイクロホンユニット１１の底面と前面は、上記導電部材１６の両端面とともに導電部材１７によって覆われている。マイクロホンユニット１１は、その周面と底面および前面が各導電部材１６、１７で覆われて、円筒部３０の内部空間に嵌り、マイクロホンユニット１１の中心軸と、円筒部３０の中心軸が略同心に位置するように配置されている。換言すれば、ハウジング１８の凹陥部をなす円筒部３０内に、導電部材１６、１７の介在のもとにマイクロホンユニット１１が収納されている。
各導電部材１６、１７は、導電性のある不織布などからなり、雑音の要因となる電磁波を遮断することができる。また、各導電部材１６、１７は、肉厚であることで適度な弾力を有し、緩衝材として機能する。したがって、ハウジング１８その他ヘッドホン構成部材に外部から振動や衝撃力が加わったとき、振動や衝撃力がマイクロホンユニット１１に届くのを阻止する防振効果を得ることができる。さらに、各導電部材１６、１７は、適度の厚みをもった不織布などからなっているため、音響抵抗体を兼ねており、風雑音を防止する効果を得ることができる。特に、マイクロホンユニット１１は、その収音方向をハウジング１８の外側に向けて配置されていて、円筒部３０の開放端縁を空気が横切るとき発生する風切り音を検知しやすい。マイクロホンユニット１１が風切り音を検知すると、前記キャンセル信号生成回路がキャンセル信号を生成する。このキャンセル信号は、本来の環境騒音とは別個の音に基づいて生成されるため、環境騒音のキャンセルに役立たないばかりか、この信号がヘッドホンユニット１に入力されることにより不愉快な音を発生する原因となる。しかし、図示の実施例によれば、マイクロホンユニット１１の前面に配置されている導電部材１７が音響抵抗材として機能し、マイクロホンユニット１１が風切り音を検知することを回避することができるため、ヘッドホンユニット１が不愉快な音を発することを防止することができる。
図１、図２に示す各導電部材１６、１７の素材としては、導電性の不織布を想定しているが、その他の部材でも構わない。導電性であり、適度な弾力を有し、かつ、音響抵抗体を兼ねていれば、如何様な部材でも構わない。例えば、ウレタンフォーム全体に導電性を持たせた素材、より具体的には、セーレン株式会社製の導電フォーム、
Ｓｕｉ−７８−５０５０Ｔ
Ｓｕｉ−７８−５０３０Ｔ
Ｓｕｉ−７８−５０２０Ｔ
Ｓｕｉ−７８−５０１０Ｔ
などを用いるとよい。
ヘッドホンユニット１には、前記キャンセル信号生成回路で生成されるキャンセル信号とともに、音楽再生機器などからの楽音信号が、例えば信号合成回路などを経て入力される。上記キャンセル信号によってヘッドホンユニット１で再生される音波は、ヘッドホンユニット１内に侵入してくる環境騒音と逆位相の音波であり、環境騒音が打ち消されて上記楽音信号のみが再生される。
以上説明した実施例によれば、ノイズキャンセルヘッドホンに使用されるマイクロホンユニットの支持構造を工夫することにより、比較的簡単な構成でありながら、雑音の要因となる電磁波の遮断と、マイクロホンユニット自体の振動防止とを実現することができる。また、本発明によれば、風雑音がマイクロホンユニットに入ることを防止することができるため、風雑音を原因とする不愉快な音の発生を防止することができる。

本発明に係るヘッドホンは、楽音信号を入力することなくノイズキャンセル動作のみを行わせることによって、イヤーマフとして機能させることができる。また、本発明の技術思想は、楽音信号入力端子を持たないイヤーマフに適用することもできる。
本発明は、ヘッドホンのタイプに制限されることなく、耳覆いタイプ、耳載せタイプ、インナーイヤータイプ、カナルタイプなど、あらゆるタイプのヘッドホンに適用可能である。

Claims (5)

1. 音声信号によって駆動され音波を発する振動板を備えたヘッドホンユニットと、
   環境騒音信号を検出するためのマイクロホンユニットと、
   上記ヘッドホンユニットの背面側を覆うハウジングと、
   上記マイクロホンユニットで検出される環境騒音信号と逆位相のキャンセル信号を生成して上記ヘッドホンユニットに入力するキャンセル信号生成回路と、
   を具備し、
   上記マイクロホンユニットは上記ハウジングに固着されている、
   ノイズキャンセルヘッドホンであって、
   上記ハウジングには凹陥部が形成され、
   上記マイクロホンユニットは、底面と前面とが弾力のある導電部材で覆われて上記凹陥部に収納され、
   上記マイクロホンユニットの前面を覆う上記導電部材は、音響抵抗材として機能し、
   上記凹陥部には、底部の中心に貫通孔が形成される、
   ことを特徴とするノイズキャンセルヘッドホン。
2. 導電部材は、導電布からなる請求の範囲第１項記載のノイズキャンセルヘッドホン。
3. 導電部材は、緩衝性を有し、マイクロホンユニットのショックマウント材を兼ねている請求の範囲第１項または第２項記載のノイズキャンセルヘッドホン。
4. マイクロホンユニットは、周面が導電部材で覆われている請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載のノイズキャンセルヘッドホン。
5. ヘッドホンユニットの背後に、キャンセル信号生成回路が組み込まれた回路基板が設けられている請求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに記載のノイズキャンセルヘッドホン。

Images