JP5498515B2 - イヤホン - Google Patents

Description

本発明は、イヤホンに関し、特に、耳穴を密閉した状態で使用する密閉型のイヤホンに関する。

現在、携帯型の音楽再生装置（例えば、デジタルオーディオプレイヤー）の普及に伴い、イヤホンで音楽鑑賞を楽しむ場面が増えている。このイヤホンは、外耳道を密閉しないオープン型と、イヤーチップと呼ばれるシリコンやスポンジで形成された部材により外耳道を密閉する密閉型とに大別される。

密閉型のイヤホンは、オープン型のイヤホンに比べて遮音性が高いため、音漏れ及び外部音の侵入が少ないという特徴を有する。このため、密閉型のイヤホンを使用した場合、外部音がある空間（例えば、電車内や航空機内）でも音量（ボリューム）を上げ過ぎることなく音楽鑑賞を楽しむ事が可能である。

ところで、イヤホンに使用される発音体には、主にダイナミック型レシーバやバランスドアーマチュア型レシーバが採用されている。ダイナミック型レシーバは、磁石の作る磁界の中で音声電流が流れるコイル（ボイスコイル：voice coil）にローレンツ力が発生し、コイルに取り付けた振動板を振動させる方式である。ダイナミック型レシーバは、安価に製造でき、かつ、一台で広い再生周波数帯域を低歪で再生することができる。このため、低価格のイヤホンに広く使用されている。

しかしながら、ダイナミック型レシーバは、その構造上、完全に密閉された外耳道内の空気を十分な音圧を得る程度に振動動作させることができない。このため、密閉型のイヤホンにダイナミック型レシーバを採用する場合、外耳道内とイヤホン外部とを連通させる通気孔（ベント用の孔）をあえて設け、ダイナミック型レシーバの動作を確保している。しかしながら、イヤホンにベント用の孔を設けた場合、当然ではあるが、密閉型のイヤホンの音漏れ及び外部音の侵入が少ないというメリットが低減してしまうこととなる。

一方、バランスドアーマチュア型レシーバは、鉄片の振動を細い棒（ドライブロッド）で振動板に伝えて振動させる方式である。この方式は、完全に密閉された外耳道内においても十分な動作（音圧）を得ることができるが、低歪で再生できる周波数帯域が狭いという問題がある。この問題を解決するために、近年では、例えば、高音用、低音用など、再生周波数帯域が異なる複数個のバランスドアーマチュア型レシーバを備えるイヤホンやバランスドアーマチュア型レシーバとダイナミック型レシーバを組み合わせたイヤホンが登場している（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−２１９１２２号公報

密閉型のイヤホンは、発音体を内蔵するハウジングと、該ハウジングに設けられ、内部に発音体で再生される音を外耳道内へ導く音導孔が設けられたステムと、このステムに取り付けられるイヤーチップとを備えている。ここで、様々な耳の形状や大きさにおいても十分な密閉性を確保すると同時に、特に、小さな耳穴（外耳道）に装着する際の痛みの発生を防止するためには、このステムを細く短くする必要がある。

しかしながら、発音体として１つのダイナミック型レシーバを用いる場合と異なり、複数個のバランスドアーマチュア型レシーバで発音された音をステム内に設けられた音導孔を通してユーザの外耳道内へ導く場合は、このステムの大きさ、特に、ステム内に配置される音導孔の径が問題となる。

耳穴への適合を目的にステムの太さを制限すると、使用するバランスドアーマチュア型レシーバの数、すなわち、音導孔の数が増えるに従い、必要数の音導孔の設置が難しくなり、またそれぞれの音導孔の径は細くなる。それを避け、かつイヤーチップの取り付けの自由度を考慮して、複数の発音体から発生られる音を、それぞれ独立させずにステムの手前で合流させて、一つの音導孔としてステムを通過し出力させる手法も取られているが、高い周波数帯域の音、特に７ｋＨｚを超える音が減衰しやすく、再生音の音質が劣化するという問題があった。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、高い周波数帯域の音の減衰を抑制して、再生音の音質の劣化を効果的に防止できるイヤホンを提供することを目的とする。

本発明に係るイヤホンは、高音帯域を担当する第１の発音体及びその他の帯域を担当する第２の発音体を内蔵するハウジングと、前記ハウジングから延出し、内部に貫通孔が形成されたステムと、中心部に第１の発音体の再生音を導出させる高音帯域用の第１の音導孔を有し、ステムの貫通孔に挿入された状態で、貫通孔の内周面との間で第２の発音体の再生音を導出する第２の音導孔を形成する音導孔形成部材と、ステムの先端部に取り付けられたイヤーチップと、を備える。

本発明によれば、高い周波数帯域の音の減衰を抑制して、再生音の音質の劣化を効果的に防止することができる。

第１の実施形態に係るイヤホンの全体図である。 第１の実施形態に係るイヤホンの断面図である。 第１の実施形態に係るイヤホンが備えるステムの構造図である。 第１の実施形態に係るイヤホンが備える支持部材の構造図である。 第１の実施形態に係るイヤホンが備える高音帯域用チューブの構造図である。 第１の実施形態に係るイヤホンが備える音導孔形成部材をステムに挿入した状態を示す図である。 測定結果を示すグラフである。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るイヤホン１の全体図である。図２は、図１に示したイヤホン１の断面図である。以下、図１及び図２を参照して、第１の実施形態に係るイヤホン１の構成について説明する。図１及び図２に示すように、イヤホン１は、３つの発音体１１ａ〜発音体１１ｃが内蔵されたハウジング１０と、ハウジング１０と一体、もしくは別体に形成され、ハウジング１０から延出するステム２０と、ステム２０内に設けられ、発音体１１ａ〜発音体１１ｃで再生される音を、イヤホン１を装着した状態でユーザの外耳道内へ導く音導孔を形成する音導孔形成部材３０と、ステム２０の先端部に取り付けられたイヤーチップ４０と、配線５０とを備える。

ハウジング１０に内蔵された発音体１１ａ〜発音体１１ｃは、それぞれ、Ｕ字型をし、一端側が固定され、途中コイルを貫通し、他端側が２つの永久磁石の間に中立した形で納められた鉄片（アーマチュア）を持ち、コイルに音声電流を流すことで生じる鉄片の振動を、鉄片と振動板をつなぐ細い棒（ドライブロッド）を使って振動板を振動させるバランスドアーマチュア型レシーバである。各発音体１１ａ〜発音体１１ｃには、ネットワーク（不図示）からの配線５０ａ〜５０ｃが接続されており、ドライバから配線５０ａ〜５０ｃを介して伝達される駆動信号に応じてドライブロッドが駆動され、ユーザが所望する音声や音楽が再生される。

すでに述べたように、バランスドアーマチュア型レシーバは、イヤーチップにより密閉された外耳道内においても十分な動作（音圧）を得ることができるが、一台のバランスドアーマチュア型レシーバで再生可能な周波数帯域が狭くなるという原理上のデメリットも存在する。

この実施形態に係るイヤホン１では、それぞれ異なる再生周波数帯域を有する３つのバランスドアーマチュア型レシーバで協調して音声を再生することで、このデメリットを解消している。この実施形態では、発音体１１ａが、高音帯域を専門に再生するバランスドアーマチュア型レシーバ、その他の発音体１１ｂ，１１ｃが中音帯域及び低音帯域（以下、その他の帯域と記載する）を再生するバランスドアーマチュア型レシーバである。なお、このイヤホン１では、３つのバランスドアーマチュア型レシーバをハウジング１０に内蔵しているが、ハウジング１０に内蔵されるバランスドアーマチュア型レシーバは、１つ以上あればよく、３つに限られるものではない。

図３は、第１の実施形態に係るイヤホン１が備えるステム２０の構造図である。図３（ａ）は、ステム２０の正面図、図３（ｂ）は、ステム２０の上面図、図３（ｃ）は、ステム２０の底面図である。ステム２０は、ハウジング１０の前面側から延出した状態で取り付けられる。ステム２０は、中央に貫通孔２１が形成され、ハウジング１０の前面側において対向する位置に凸部２２及び凸部２３が形成された略円筒形状の部材である。

ステム２０に形成された凸部２２及び凸部２３の内部には、チューブＴ１及びチューブＴ２の差込口を構成すると共に、発音体１１ｂ，１１ｃの再生音をユーザの外耳道内へ誘導する音導孔３０ｂ及び音導孔３０ｃを形成する窪み２４及び窪み２５が形成されている。また、ステム２０の先端部２６には、イヤーチップ４０を取り付けるための溝２７が形成されている。なお、この第１の実施形態に係るイヤホン１では、ハウジング１０とステム２０とを別体としているが、ハウジング１０とステム２０とを一体成形するようにしてもよい。

図４及び図５は、音導孔形成部材３０の構造図である。図４は、支持部材３１の構造図である。図４（ａ）は、支持部材３１の正面図、図４（ｂ）は、支持部材３１の上面図、図４（ｃ）は、支持部材３１の底面図である。図５は、高音帯域用チューブ３２の構造図である。図６は、音導孔形成部材３０をステム２０に挿入した状態を示す図である。図６（ａ）は、音導孔形成部材３０をステム２０に挿入した状態を示す俯瞰図、図６（ｂ）は、図６（ａ）の線分Ｘ−Ｘにおける断面図である。以下、図４〜図６を参照して音導孔形成部材３０の構成について説明する。

音導孔形成部材３０は、ステム２０の貫通孔２１よりも一回り小さい外径の円筒形状の支持部材（ガイド）３１と、支持部材３１により、ステム２０の貫通孔２１の略中央位置に支持される高音帯域用チューブ３２とを備える。

支持部材３１には、高音帯域用チューブ３２を収容するための貫通孔３１ａが形成され、支持部材３１の下端３１ｃ側は、上端３１ｂ側よりも外径が太い太径部３１ｄとなっている。さらに、支持部材３１には、互いに対向する位置に、上端３１ｂから太径部３１ｄまで延伸する２つの切り込み３１ｅ及び切り込み３１ｆが形成されている。

支持部材３１の太径部３１ｄには、切り込み３１ｅ及び切り込み３１ｆが形成されておらず、筒状に繋がった状態となっているが、２つの切り込み３１ｅ及び切り込み３１ｆから延長する位置には、チューブＴ１及びチューブＴ２の差込口を構成する共に、発音体１１ｂ，１１ｃの再生音をユーザの外耳道内へ誘導する音導孔３０ｂおよび音導孔３０ｃを形成する２つの溝３１ｇ及び溝３１ｈが形成されている。また、この太径部３１ｄは、支持部材３１をステム２０へ挿入する際のストッパ（位置決め）として機能する。

支持部材３１の貫通孔３１ａに収容される高音帯域用チューブ３２のハウジング１０側には、高音帯域の音を再生する発音体１１ａが配置される。つまり、高音帯域用チューブ３２は、発音体１１ａで再生される高音帯域の音をユーザの外耳道内へと導く、高音帯域専用の音導孔３０ａを形成する。

なお、高音帯域用チューブ３２内の音導孔３０ａを通る高音帯域の音（特に、周波数が７ｋＨｚ以上の音）の減衰を抑制するため、高音帯域用チューブ３２の長さを１０ｍｍ以下、内径を２ｍｍ以上とすることが望ましい。また、高音帯域用チューブ３２を構成する材料としては、樹脂や金属など硬質な材料を用いることが望ましい。

その他の帯域の音を再生する発音体１１ｂ及び発音体１１ｃに接続されたチューブＴ１及びチューブＴ２は、ステム２０の凸部２２及び凸部２３の内部に形成された窪み２４及び窪み２５と、支持部材３１の太径部３１ｄに形成された溝３１ｇ及び溝３１ｈとから構成される差込口に接続される。

つまり、支持部材３１及び高音帯域用チューブ３２の外周面と、ステム２０の貫通孔２１の内周面との間に形成される空間は、発音体１１ｂ及び発音体１１ｃで再生されるその他の帯域の音をユーザの外耳道内へと導く、発音体１１ｂ用の音導孔３０ｂ及び発音体１１ｃ用の音導孔３０ｃを形成する。

イヤーチップ４０は、ユーザの外耳道を密閉状態に保つための弾性部材（例えば、シリコンゴム）から構成され、ステム２０の先端部２６に形成された溝２７に取り付けられる。

以上のように、第１の実施形態に係るイヤホン１は、高音帯域専用の音導孔３０ａを、他の帯域（中音帯域及び低音帯域）の音導孔３０ｂ及び音導孔３０ｃから分離し、独立させている。これにより、高音帯域の音の減衰を抑制し、再生音の音質の劣化を効果的に防止することができる。また、高音帯域専用の音導孔３０ａを、ステム２０の略中央となる位置に配置しているので、ユーザの外耳道内の中央付近を通って鼓膜へと伝達される。このため、ユーザの外耳道内の形状による影響を最小限にして、再生音を効率よく鼓膜まで伝達することができる。

（その他の実施形態）
本発明は上記具体例に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。例えば、発音体として、バランスドアーマチュア型レシーバとダイナミック型レシーバとを組み合わせてイヤホンを構成するようにしてもよい。

次に、実施例を挙げて、本発明をより詳細に説明する。なお、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。

発明者らは、第１の実施形態で説明した高音帯域専用の音導孔及びその他の帯域（中音帯域及び低音帯域）用の音導孔から分離させると共に、高音帯域用の音導孔をステムの中央に配置したイヤホン１（実施例）と、高音帯域用とその他の帯域用の各音導孔が分離されていない従来タイプのイヤホン２（比較例）とを用意した。

次に、発明者らは、イヤホン１とイヤホン２を疑似耳（イヤーシミュレーター）に取り付け、イヤホン１及びイヤホン２で再生した音を疑似耳に取り付けられたマイクで集音し、イヤホン１及びイヤホン２の音響特性を測定した。この測定には、Listen社の測定用ソフトウェア「SoundWare」（商標）を使用した。

測定用サイン波の出力設定を２０ｍＶとし、周波数を２０Ｈｚから１６ｋＨｚまで連続的に上げて行き、測定対象であるイヤホン１（実施例）及びイヤホン２（比較例）の各周波数における出力状況を測定した。

なお、高音帯域用チューブ３２の材料には、チタン（Ｔｉ）を用いた。また、高音帯域用チューブ３２の長さは８ｍｍ、内径は２ｍｍである。音導孔の構造以外の条件は、実施例及び比較例共に同じである。実際には、測定にイヤーチップを用いるため、その他の帯域（中音帯域及び低音帯域）の測定値に微細な差が生じるが、誤差の範囲内であり、今回の測定結果から導かれる結論に影響を与えるものではない。

図８は、上記測定結果（周波数レスポンス）を示すグラフである。図８のグラフの横軸が周波数（左側が低音帯域、右側が高音帯域）、縦軸が出力音圧（下が音圧小、上が音圧大）である。また、実施例に係るイヤホン１の測定結果を実線で示し、比較例に係るイヤホン２の測定結果を破線で図８のグラフに示した。

比較例に係るイヤホン２の測定結果（破線）では、６〜７ｋＨｚ付近に音圧のピークがあり、そこから周波数が高くなるにつれて、音圧が減衰していることがわかる。このような特性を有する場合、スピーカーにシーツを被せたような、抜けが悪く艶や透明感の無い音となる。

一方、実施例に係るイヤホン１の測定結果（実線）では、５ｋＨｚ〜９ｋＨｚにおける音圧が、比較例に係るイヤホン２の音圧よりも低くなってはいるが、音圧の減衰は、１２ｋＨｚ付近まで見られず、より高音帯域まで音圧の減衰が抑えられていることがわかる。これにより、イヤホン１で再生される音は、抜けが良く艶や透明感のある音となり、音質を大幅に向上することができる。

なお、実施例に係るイヤホン１では、５ｋＨｚ〜９ｋＨｚにおける音圧が、比較例に係るイヤホン２よりも低くなっている。しかしながら、この結果は、実施例に係るイヤホン１の５ｋＨｚ〜９ｋＨｚにおける特性が、比較例に係るイヤホン２よりも低いことを意味するものではない。すなわち、音楽の再生においては、音圧が周波数に対して依存性が無く、フラットな特性であることが望ましい。また、１２ｋＨｚの周波数まで音圧が減衰しないと、ほとんどの楽器や音声が持つ周波数帯域をカバーできるため、音楽本来の音をバランス良く再現することが可能となる。

以上のように、第１の実施形態に係るイヤホン１は、高音帯域の音の減衰を抑制し、再生音の音質の劣化を効果的に防止し、音質を大幅に向上することができることがわかった。また、音圧の減衰が１２ｋＨｚ付近まで起こらないため、ほとんどの楽器や音声が持つ周波数帯域をカバーでき、音楽本来の音をバランス良く再現できることがわかった。

本発明のイヤホンは、高い周波数帯域の音の減衰を抑制して、再生音の音質の劣化を効果的に防止できる。このため、高級志向のユーザ向けイヤホンとして好適である。

１，１Ａ…イヤホン、１０…ハウジング、１１ａ〜１１ｄ…発音体、２０…ステム、２１…貫通孔、２２，２３…凸部、２４，２５…窪み、２６…先端部、２７…溝、３０…音導孔形成部材、３０ａ〜３０ｃ…音導孔、３１…支持部材、３１ａ…貫通孔、３１ｂ…上端、３１ｃ…下端、３１ｄ…太径部、３１ｇ…溝、３１ｈ…溝、３２…高音帯域用チューブ、４０…イヤーチップ、Ｔ１，Ｔ２…チューブ。

Claims (3)

1. 高音帯域を担当する第１の発音体、中音帯域を担当する第２の発音体及び低音帯域を担当する第３の発音体を内蔵するハウジングと、
   前記ハウジングから延出し、内部に貫通孔が形成されたステムと、
   中心部に前記第１の発音体の再生音を導出させる高音帯域用の第１の音導孔を有し、前記ステムの貫通孔に挿入された状態で、前記貫通孔の内周面との間で前記第２，第３の発音体の再生音を各々独立して導出する第２,第３の音導孔を形成する音導孔形成部材と、
   前記ステムの先端部に取り付けられたイヤーチップと、
   を備え、
   前記音導孔形成部材は、
   中心部を貫通する貫通孔が形成され、前記ステムの貫通孔の内周面との間で前記第２，第３の発音体の再生音を各々独立して導出する前記第２，第３の音導孔を形成する支持部材と、
   前記支持部材の前記貫通孔に収容され、前記第１の音導孔を形成する樹脂製又は金属製の高音帯域用チューブとを有し、
   前記第２の音導孔は、前記ステムの貫通孔の内周面、前記支持部材および前記高音帯域用チューブに囲まれた空間に形成され、前記第３の音導孔は、前記ステムの貫通孔の内周面、前記支持部材および前記高音帯域用チューブに囲まれ前記第２の音導孔とは異なる空間に形成されたこと
   を特徴とするイヤホン。
2. 前記高音帯域用チューブは、長さ１０ｍｍ以下、内径２ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載のイヤホン。
3. 前記第１乃至第３の発音体は、バランスドアーマチュア型レシーバであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のイヤホン。

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