JP5872722B1 - 連通管付きイヤホン - Google Patents

Abstract

【課題】密閉イヤホンを使用するとき、外部の騒音を削減してイヤホンからの音を聞き取り易くし、また他人に不快感を与える音漏れを減少すること。【解決手段】音導管にイヤチップを取付けるかもしくは耳穴の形に合わせた音導管を使用して密閉度を高め、電気音響変換器を収納する筐体の内部空間と外部空間は音響的に連通しておらず、該筐体の内部空間は、区画壁ならびに該電気音響変換器によってフロントスペースとリヤスペースに分割されており、該フロントスペースと該リヤスペースは、連比較的小さな管状スペースをなす連通管によって連通している。【選択図】図２

Description

本発明は、放音部を外耳道入口に挿入して用いる密閉イヤホンに関する。とくに遮音性能が高いことを特徴とする密閉イヤホンに関する。

密閉イヤホンは、発音部分の背面が密閉されており、外耳道に挿入される部分であるイヤーパッドは、弾性を有する軟質プラスチックまたはゴム等により形成されており、外耳道の内面に隙間無く密着して、全体として耳栓構造をなしている。密閉イヤホンは、イヤーパッドを外耳道に挿入して装着することができるので、外耳の入り口に確実に装着して遮音することができる。また、イヤーパッドは柔軟性を有する材料により、外耳道の形状に合わせて容易に弾性変形させることができるので、良好な装着感を得ることもできる。

最近ではカスタムＩＥＭ（ＩＮ ＥＡＲ ＭＯＮＩＴＯＲ）と言って耳型（インプレッション）を採取して、それをベースに使用者の耳穴の形状に合わせて音導管の外部形状を作成することにより、さらに密着度や装着感が良好なイヤホンとすることもできる。

その結果、外耳道入口に挿入して用いる密閉イヤホンは、密閉性が良く、遮音性能が高くて外部の雑音が聞こえにくいので、高い音圧感度が得られ、騒音の大きい場所でも微弱な音を聴くことが可能である。また外耳道入口に挿入して使用できるので小型軽量化が容易という利点もある。

しかし、従来の密閉イヤホンにおいては、発音部分を取り囲む筐体の一部に外部空間と連通する開口が存在しているものがほとんどであった。例えば、放音空間における音のコモリの発生を防止するために、ドライバーユニットの外周縁に設けたスリットによって、ヘッドホンの耳孔への装着時に密閉状態となるハウジング内の放音空間を外部と通じる背面空間に連通させるものがあった。（特許文献１）

これにより、音のコモリの発生を防止し、低音域での向上のみでなく高音域を含めた全域での周波数特性の向上を達成したと述べている。しかし、外部空間と通じる開口があり、そのために遮音性能が高いとは言えず、その場合囲の騒音により、イヤホンからの音が聞き取りにくい、あるいはイヤホンの使用者のそばに他人が近づくとシャカシャカという音が聞こえて迷惑をかけるという問題が有った。

その問題に対応するため、音漏れを無くするため外部空間と通じる開口を一切無くしたインナーイヤー型イヤホンの提案も有る。これは、ハウジング内部でドライバーユニットの振動版の前面と背面を音響的に結合してあり、ハウジング内部と外部空間と接続するような開口を有しないものである。（特許文献２）

一般のインナーイヤー型イヤホンを密閉状態にすると、等価回路は図６（ａ）に示したようになり、図８のグラフに一点鎖線で示すように、周波数特性の低音領域は平坦で、高音域は急激に減少してしまい、高音のない低・中音だけになってしまう。そこで、この問題を解決するために特許文献２の技術では、電気音響変換器を装着したバイパスリングと（電気音響変換器の）ユニットケースの間に形成されるリング状のスリットを利用して音響通路を作り、振動板の前面と背面を音響的に結合された状態としている。

このようにすることで、インナーイヤー型イヤホンの等価回路は図６（ｃ）に示したようになる。図６（ｃ）は、振動板の等価質量ｍｌ／スティフネスＳ０／音響抵抗ｒ１とボイスコイル駆動力Ｆ、耳孔の容積によるスティフネスＳｃ、イヤホンの背面のスティフネスＳ１よりなる直列共振回路を、等価質量ｍｐと等価抵抗ｒｐよりなる音響通路でバイパスしたものであることを示している。

ここで、スリットの厚みをｄ、幅をｂ、長さをｌとし、他の条件を一定とすると音響抵抗Ｒと等価質量ｍは以下の式で表せる。
Ｒ＝ｋ１×ｌ／（ｂ×ｄ^３）
ｍ＝ｋ２×／ｄ^２
ｋ１、ｋ２は定数である。
構造的にｂがｄに対して相対的に大きくならざるを得ないので、提案のスリットを音響通路とする方法であると、同じ値のＲとｍを得るためには厚みｄ、すなわちバイパスリングとユニットケースの間に形成される間隙を極めて小さくする必要があるが、これは部材の製作精度からみて限界があると考えられる。

さらに、この提案ではバイパスリングとユニットケースの間にスリットを得るために、複数の板体とリングなど複雑な形状を持った部材を組み合わせており、組立も難しいと考えられ、コスト面の問題がある。

また、さらに、構造的にｂがｄに対して相対的に大きくならざるを得ないので、Ｒをｍに対して小さくしにくい。すなわち、Ｒがｍに対して相対的に大きいと、バイパスの音響通路のインピーダンスが低域と高域での差があまりないので、周波数特性を調整する手段とすることが難しいという問題が有る。

特許公開２００５−１９１６６３号 特許公開平１−１０１７９５号

音漏れを無くするため外部空間と通じる開口を一切無くしたインナーイヤー型イヤホンにおいては、周波数特性の低音領域は平坦で、高音域は急激に減少してしまい、高音のない低・中音だけになってしまう。低・中音を維持した状態で高音領域を減少させない密閉型インナーイヤー型イヤホンを提供することが課題である。

本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、イヤーパッドを外耳道入口に挿入して用いる密閉イヤホンにおいて、電気音響変換器を収納しているハウジングの内部の空間と外部の空間は音響的に連通しておらず、該筐体の内部の空間は、区画壁ならびに該電気音響変換器によってフロントスペースとリヤスペースに分離されており、
該フロントスペースと該リヤスペースが１つの比較的小さな管状スペースによってのみ連通していることを特徴とする密閉イヤホンである。

イヤーパッドは内耳の内面に隙間なく接触し、イヤーパッド先端から放出される音は外部の空間に出て行かない。また、電気音響変換器を収納しているハウジングには外部空間への開口が無いので基本的に音は外部の空間に出て行かない。結果として音漏れが少ない密閉イヤホンを実現した。

密閉イヤホンの外形見取り図 密閉イヤホンの側面断面図 密閉イヤホンの背面図 第２の密閉イヤホンの側面断面図 第２の密閉イヤホンの背面図 イヤホンの音響等価回路 音漏れ特性 密閉イヤホンの音圧−周波数特性

以下、本発明による密閉イヤホンについて実施例をあげて説明する。

図１は、本発明による密閉イヤホン１の外形見取り図である。図２は、側面から見て奥行方向の中央の位置における密閉イヤホン１の側面断面図である。図３は、後部ハウジング１４を取り除いた状態の背面図である。密閉イヤホン１の主要部は、電気音響変換器１１、前部ハウジング１３、後部ハウジング１４、イヤーパッド１５で構成されている。（前部ハウジング１３、後部ハウジング１４を併せてハウジングという）

前部ハウジング１３の内部に電気音響変換器１１が収納されている。図３に示すように、電気音響変換器１１は前部ハウジング１３の内側に形成された区画壁１３４に隙間なく嵌り込んでいる。したがって、前部ハウジング１３と後部ハウジング１４の間には、のちに述べる連通管による以外に音響の通路は無い。前部ハウジング１３の前方（図で左方向）は導音管１３１をなしており、その先端部には柔軟で伸縮性のある材料で作られているイヤーパッド１５が嵌め込まれている。図２に示すように、前部ハウジング１３の後部と後部ハウジング１４の前部が嵌合して、両ハウジングの内外面はスムーズにつながっていて、接続部分は密閉されている。

イヤーパッド１５は、正面方向（図で左側）から見たとき、断面が円形であり、いずれの使用者でも使えるものである。しかし、特定の使用者個人の耳穴の型をとって、耳穴に挿入する音導管をそれに合わせた外部形状としたカスタムＩＥＭによるものであっても良い。

前部ハウジング１３の導音管１３１と電気音響変換器１１の間の位置には、螺旋管１３０が収納されている。螺旋管１３２は、発明者の別の発明であるところの、音波の経路を２つに分けて、その２つの経路の長さの差を、外耳孔の閉空間共振を発生する周波数の波長の半分の長さに等しくするための部材である。

後部ハウジング１４の後端部の下側には、ワイヤー通過部材１６が嵌め込まれている。ワイヤー通過部材１６は電気信号を電気音響変換器１１に送るためのワイヤーを通すためのワイヤー通路１６１が形成してある。図２ではワイヤーの図は省略してある。ワイヤー通路１６１とワイヤーの間の隙間は、適当な封止剤で封止されてハウジング内部と外部の空間が音響的に接続されないようにしてある。

図２および図３に示したように、区画壁１３４の一部を四角形にくり抜いて、くり抜いた跡に隙間なく嵌る直方体であるホルダー１２４を嵌め込んである。ホルダー１２４には予め細いパイプを貫通してある。このパイプは、すなわち管状スペースをなす連通管１２である。細いパイプは、小さい部材であるので組み立てるとき、取扱いが面倒であるが、予めホルダー１２４に取り付けておけば取り扱いが容易である。

電気音響変換器１１の枠材の一部はダクト１１２を形成している。ダクト１１２の一方（図で左側）は底になっており閉じられている。当該の底の一部には細い孔１１３が空いており、振動版１１１の背面側の空間まで貫通している。

また、電気音響変換器１１の枠材、ヨーク、磁石、磁極片のそれぞれの中心部には、それぞれ孔１１４、孔１１５、孔１１６、孔１１７が空いている。それぞれの孔の位置は重なっており、振動版１１１の背面側中央部の空間まで貫通している。

このような構造である密閉イヤホン１においては、電気音響変換器１１の振動版１１１の表側（図で右側）で発生した音波は螺旋管１３２が形成する２つの経路を通過して音響通路１３３を経由して外耳孔に達する。このとき、振動版１１１の前面側のフロントスペースＦと背面側のリヤスペースＲが、連通管１２によって音響的に接続されている。音波が外部の空間に出て行くような開口部は全くない。

図７は、上に述べた密閉イヤホン１の音漏れ特性を評価した結果を示す。これは、イヤーパッド１５をダミーの外耳孔に挿入して、密閉イヤホン１の発音方向（イヤーパッドが有る側）と反対の位置にマイクロホンを置いて、密閉イヤホン１を動作させて測定したものである。

後部ハウジング１４に外部の空間に通じる開口部が有る場合と、本発明である開口部が無い場合とを比較すると、２ｋＨｚから８ｋＨｚの間では８ｄＢ以上、５ｋＨｚでは最大１７．４ｄＢの音漏れの減少が実現できている。

音響等価回路は図６（ｃ）で表される。これは、振動版１１１の前面側のフロントスペースＦと背面側のリヤスペースＲが、音響空間ｍｐと音響抵抗ｒｐで表される連通管１２によってバイパスされていることを示している。連通管１２は細いパイプ状であり、内径は自由に変えることができるので、音響空間ｍｐと音響抵抗ｒｐを所望の値に調整することが容易である。

図８は本発明の密閉イヤホン１の周波数特性を測定した結果を実線で、連通管の無い場合のイヤホンの周波数特性を一点鎖線で、後部ハウジング１４に外部の空間に通じる開口部が有る場合の周波数特性を破線で、対比して示してある。一点鎖線のグラフでは１ｋＨｚよりやや高い点から７ｋＨｚ付近まで直線状に低下していて、全体として平坦でなく、一方、実線のグラフは比較的に平坦であり満足すべき特性を実現している 。また、さらに破線のグラフでは１ｋＨｚ以下の特性がかなり上下に波打っているが、実線のグラフは比較的に平坦である。

説明では、連通管１２を前部ハウジング１３の区画壁１３４を貫通して設置したが、電気音響変換器１１の外周の一部に切欠きを形成して、その位置に連通管１２を設置してもよい。

図４は、側面から見て奥行方向の中央の位置における第２の密閉イヤホン２の側面断面図である。図３は、後部ハウジング１４を取り除いた状態の背面図である。

図４ならびに図５に示したように、前部ハウジング１３の区画壁１３４の電気音響変換器１１と接する位置の壁の一部に溝が形成されている。この溝をなす壁と電気音響変換器１１の壁によって細い通路が形成されている。これがフロントスペースＦとリヤスペースＡを音響的につなぐ管状スペースをなす連通管１７である。

これ以外の構成と作用は実施例１と同じであり、同様の効果を得ることができる。この例では、溝を前部ハウジング１３の区画壁１３４の形成したが、電気音響変換器１１の外周の一部に溝を形成してもよい。

以上に説明したとおり、音漏れが少なく、音質的にも満足できる密閉イヤホンを簡易な構造で実現した。

１ 密閉イヤホン
１１ 電気音響変換器
１１１ 振動版
１１２ ダクト
１１３ 孔
１１４ 孔
１１５ 孔
１１６ 孔
１１７ 孔
１２ 連通管
１２４ ホルダー
１３ 前部ハウジング
１３１ 導音管
１３２ 螺旋管
１３３ 音響通路
１３４ 区画壁
１４ 後部ハウジング
１５ イヤーパッド
１６ ワイヤー通過部材
１６１ ワイヤー通路
１７ 連通管
２ 密閉イヤホン
Ｆ フロントスペース
Ｒ リヤスペース

Claims (3)

1. イヤーパッドを外耳道入口に挿入して用いる密閉イヤホンにおいて、
   電気音響変換器を収納しているハウジングの内部の空間と外部の空間は音響的に連通しておらず、
   該ハウジングの内部の空間は、区画壁ならびに該電気音響変換器によってフロントスペースとリヤスペースに分離されており、
   該フロントスペースと該リヤスペースが、該両スペース間を貫通するパイプにより構成される１つの管状スペースのみによって連通していることを特徴とする密閉イヤホン。
   
2. イヤーパッドを外耳道入口に挿入して用いる密閉イヤホンにおいて、
   電気音響変換器を収納しているハウジングの内部の空間と外部の空間は音響的に連通しておらず、
   該ハウジングの内部の空間は、区画壁ならびに電気音響変換器によってフロントスペースとリヤスペースに分離されており、
   該フロントスペースと該リヤスペースが、該両スペース間の該区画壁または該電気音響変換器の外周の壁の一部に溝を形成し、該区画壁と該電気音響変換器の外周をなす壁との間に形成された孔により構成される１つの管状スペースのみによって連通していることを特徴とする密閉イヤホン。
   
3. 請求項１または請求項２に記載の密閉イヤホンであって、
   イヤーパッドを無くして耳穴に挿入する音導管の外部形状を使用者個人の耳穴の形に合わせたものであることを特徴とする密閉イヤホン。
   

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