JP5883364B2

JP5883364B2 - 電気音響変換器とそれを用いたこもり低減装置

Info

Publication number: JP5883364B2
Application number: JP2012186017A
Authority: JP
Inventors: 平伊藤
Original assignee: Rion Co Ltd
Current assignee: Rion Co Ltd
Priority date: 2012-08-27
Filing date: 2012-08-27
Publication date: 2016-03-15
Anticipated expiration: 2032-08-27
Also published as: JP2014045289A

Description

本発明は、こもり感や圧迫感などを低減する電気音響変換器とそれを用いたこもり低減装置に関する。

耳あな型補聴器や耳せんなどで外耳道を密閉すると、音が外耳道外の空間へ放射されないため、会話をしたり食事などで咀嚼したりすることにより、外耳道内に自声の響き音や咀嚼音などが発生し、外耳道内にこもるため、こもり感や圧迫感などがあり、不快である。

ここでは、音を出力する電気音響変換器自体をレシーバとし、このレシーバを樹脂の成形品などに内蔵し、耳せんなどを用いて耳に装着するものをイヤホン（例、オーディオ用イヤホン）として説明する。また、外耳道を密閉することで生ずる自声の響き音や咀嚼音などで、こもり感や圧迫感などの要因となる外耳道内の音をこもり音として説明する。また、こもり音は約１ｋＨｚ以下の低域周波数成分である。

こもり感や圧迫感などへの対応策として、特許文献１には、ハウリングの発生を抑制可能である範囲で最大となるようにベントを形成した補聴器が開示されている。

特許文献２には、密閉によるこもり音への対応として、外耳道の内壁に振動を検出する振動検出素子を設けて、振動に基づく逆位相の音を生成して、このこもり音を打消す補聴装置が開示されている。

特許文献３には、密閉した外耳道内で自分の声が外耳道内に放射されることによる不自然さ（いわゆるこもり感）などを補正するために、外耳道内の音を電気信号に変換する外耳道用マイクロホンをレシーバと別体で組み込み、外耳道用マイクロホンで集音した出力信号と補聴処理手段の出力信号を比較して、外耳道用マイクロホンの出力信号が補聴処理手段の出力信号に近づくように補聴処理手段の出力信号を自動調整する信号処理手段を設ける補聴器が開示されている。

また、音を検出する部材として、高分子フィルムであるＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）などをエレクトレット化して用いることが知られている。

特許文献４には、フィルム面方向に長径が平行な円盤状の空孔を多数有する多孔性樹脂フィルムをエレクトレット化する技術が開示されている。

また、非特許文献１には、多孔性ポリプロピレンフィルムをエレクトレット化して用いたマイクロホンが記載されている。

特開２００８−１９９１９２号公報特開２００４−４８２０７号公報特開２００７−２３５３６４号公報特開２０１１−８４７３５号公報

多孔性高分子フィルムを用いたマイクロホンの検討（日本音響学会研究発表会講演論文集、巻:２００８頁:ROMBUNNO.2-8-3 特殊号:秋季）

しかし、従来の技術では、レシーバと振動検出素子や外耳道用マイクロホンとは別体で補聴器に組み込まれるので、補聴器は夫々のスペースを設けなければならず、小型化するには不向きである。

本発明は、従来の技術が有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、外耳道内の密閉によるこもり感や圧迫感などの不快感を軽減するものであり、補聴器などの小型化が図れる電気音響変換器とそれを用いたこもり低減装置を提供しようとするものである。

上記課題を解決すべく請求項１に係る発明は、外耳道内に音を出力する音出力手段と、外耳道内の音を集音するエレクトレット化した圧電高分子フィルムとインピーダンス変換器からなる集音手段を備え、前記音出力手段の前室に前記集音手段を配設するものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の電気音響変換器において、前記音出力手段の振動板と前記集音手段の圧電高分子フィルムの集音面が対向している。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の電気音響変換器において、前記音出力手段がバランストアーマチュア型の電気音響変換器である。

請求項４に係る発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電気音響変換器において、前記圧電高分子フィルムが多孔性高分子フィルムである。

請求項５に係る発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の電気音響変換器と、前記集音手段の出力信号から所定の低域周波数成分を抽出するフィルタ及びその抽出した低域周波数成分を反転増幅する増幅器からなる低域反転増幅部を備え、この低域反転増幅部の出力信号を前記音出力手段に負帰還させるものである。

請求項１乃至請求項４に係る発明によれば、音出力手段の入力信号に対する集音手段の出力信号の位相差を小さくすることができるので、位相の補正処理を必要としない。また、従来の音出力電気音響変換器に、そのサイズをほとんど変えることなく、集音電気音響変換器を組込むことができる。

請求項５に係る発明によれば、音出力手段から位相反転した低周波数成分を出力させるので、この帯域について、前室内の音圧を下げることができる。即ち、この電気音響変換器を外耳道に配置して外耳道を密閉すれば、当該帯域について、前室内の音響インピーダンスが下がることになるので、当該帯域の音は前室に伝わりやすくなる。従って、外耳道を密閉した状態としながらベントを設けた状態と同等となり、こもり感や自声などの響きを低減できるので、不快感を軽減することができる。

本発明に係る電気音響変換器の断面図こもり低減装置の原理説明図で、（ａ）は従来技術の等価回路、（ｂ）は本発明に係るこもり低減装置の等価回路本発明に係るこもり低減装置のブロック構成図本発明に係るこもり低減装置を備えた耳せんのブロック構成図本発明に係るこもり低減装置を備えた補聴器のブロック構成図本発明に係るこもり低減装置を備えたオーディオ用イヤホンのブロック構成図

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。本発明に係る電気音響変換器１は、図１に示すように、音を出力する音出力手段２と音を集音する集音手段３が一体となって構成されている。

外耳道内に挿入できる大きさにするため、より小型化が望ましく、例えば、音出力手段２としては、補聴器用のバランストアーマチュア（Balanced armature）型の電気音響変換器が適用される。

バランストアーマチュア型の電気音響変換器は、ケース部（後室）５とカバー部（前室）６からなり、後室５と前室６は振動板７で区切られている。後室５には、振動板７を駆動する駆動部８が設けられており、前室６は所望の空間が形成され、振動板７の振動にもとづく音を音口２０から出力する。なお、駆動部８はアーマチュア１０、マグネット１１，１２、ヨーク１３、コイル１４などで構成されている。

集音手段３は、バランストアーマチュア型の電気音響変換器１の前室６に収納され、主にエレクトレット化した圧電高分子フィルム１５とインピーダンス変換器１６からなる。圧電高分子フィルム１５とインピーダンス変換器１６は、カバー１７の内側となる壁面１７ａに組み込んでいる。

圧電高分子フィルム１５は、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）や多孔性ポリプロピレンなどで形成される。圧電高分子フィルム１５は、所望の面積（例、３．５ｍｍ×４ｍｍ）を有し、その両面にアルミニウムなどを蒸着することで、電極を形成して、エレクトレット化される。なお、多孔性ポリプロピレンを用いたマイクロホンの集音可能な音圧は、約５０ｄＢＳＰＬから１４０ｄＢＳＰＬである。周波数特性は、１００Ｈｚから１０ｋＨｚでほぼフラットである。

インピーダンス変換器１６は、圧電高分子フィルム１５の両電極間の電圧をインピーダンス変換して出力電圧を得る。ここでは、インピーダンス変換器１６をカバー１７に設けたが、ケース１８に設けてもよい。また、圧電高分子フィルム１５とインピーダンス変換器１６は、夫々をフレキシブルプリント基板に配設して前室６に組み込んでもよい。

前室６を形成するカバー１７の壁面１７ａに圧電高分子フィルム１５とインピーダンス変換器１６を接着する。例えば、圧電高分子フィルム１５とカバー１７を導通させる場合は、導電性接着剤や導電両面テープを使用する。音出力手段２の振動板７と、集音手段３の圧電高分子フィルム１５の集音面１５ａが対向している。なお、振動板７と圧電高分子フィルム１５の集音面１５ａのサイズは同サイズである必要はなく、前室６内の共通する空間に面していればよい。

音口２０は、電気音響変換器１と装置の音の通路となるチューブを接続するものである。但し、この音口１７は必須ではなく、チューブを使用せずに、例えば、電気音響変換器１を補聴器や耳せんなどの本体に直接配設することもできる。また、ケース１８には駆動部８への入力端子２１を設け、カバー１７には集音手段３への入出力端子２２を設ける。

このように電気音響変換器１を構成にすることで、ケース部（後室）５とカバー部（前室）６を別々に組み立てることができ、最終的に夫々を組み合わせればよいので、組立が容易となる。なお、音出力手段２としては、バランス型電気音響変換器に限らず、動電型や電磁型などの電気音響変換器でもよく、駆動方式は限定されない。

次に、電気音響変換器１が適用されるこもり低減装置の原理について説明する。図２（ａ）に示すように、従来技術である特許文献３の補聴器では、音出力手段（レシーバ）１００と集音手段（外耳道用マイクロホン）１０１が別体で空間（前室）を共有しない場合には、外耳道内、チューブ、音口、前室などによるレシーバ側の伝達特性Ｈ_Ｒ及び外耳道用マイクロホン側の伝達特性Ｈ_Ｍが低域反転増幅部１０２を用いた負帰還ループに存在する。１０３は口腔内の音が外耳道内に至る経路のインピーダンスである。

このような伝達特性Ｈ_Ｒ及び伝達特性Ｈ_Ｍがこもり低減装置の負帰還ループに存在すると、レシーバ１００の入力電圧と外耳道用マイクロホン１０１の出力電圧間の位相が変化し易いので、レシーバ１００から外耳道内のこもり音を打ち消す音を出力させるためには、低域反転増幅部１０２は高度な信号処理が必要となる。

一方、図２（ｂ）に示すように、前室６を共有する音出力手段２と集音手段３からなる本発明に係る電気音響変換器１の場合には、音出力手段２の振動板７と集音手段３の圧電高分子フィルム１５が共通する空間（前室６）に面しているので、低域反転増幅部３３を用いた負帰還ループに、伝達特性Ｈ_Ｒ及び伝達特性Ｈ_Ｍがほとんど存在しない。従って、低域反転増幅部３３は高度な信号処理を必要としない。なお、Ｈ_Ｉは外耳道内３２と前室６間のチューブや音口の伝達特性である。

次に、本発明に係るこもり低減装置３１は、外耳道内３２のこもり音を低減するもので、図３に示すように、電気音響変換器１と低域反転増幅部３３を備えており、電気音響変換器１の集音手段３の出力信号を低域反転増幅部３３で処理して音出力手段２の入力信号に負帰還させる構成となっている。低域反転増幅部３３は所定の低域周波数成分を抽出するフィルタとこのフィルタの出力信号を所定の増幅率で反転増幅する増幅器からなる。

以上のように構成されたこもり低減装置３１の作用について説明する。密閉された外耳道内３２に電気音響変換器１を配設し、こもり音を電気音響変換器１の集音手段３で集音し、この集音手段３の出力信号から低域反転増幅部３３のフィルタで所定の低域周波数成分を抽出する。抽出した低域周波数成分の信号を、低域反転増幅部３３の増幅器により所定の増幅率で反転増幅して、電気音響変換器１の音出力手段２に入力する。

すると、電気音響変換器１の前室６にこもり音とは逆位相の音を出力することになり、こもり音は前室６において当該増幅率に応じて低減される。即ち、前室６における当該低域周波数成分のこもり音を低減することは、前室６の当該低域周波数の音響インピーダンス（圧力／速度）を下げることによる。前室６と外耳道内３２は連通しているので、外耳道内３２の当該低域周波数成分のこもり音は、音響インピーダンスの低い前室６へ伝わり易くなる。つまり、外耳道内３２は密閉されていてもベントで外界に連通しているのと同様になるので、こもり感や圧迫感が低減される。

次に、こもり低減装置３１を適用した耳せん４０は、図４に示すように、電気音響変換器１と低域反転増幅部３３及び電池などの電力供給源（不図示）などを備えており、電気音響変換器１の集音手段３の出力信号を低域反転増幅部３３で処理し音出力手段２の入力信号に負帰還させる。こもり低減装置３１の電気回路は、アナログ又はデジタルのどちらの回路で構成してもよい。なお、耳せん４０の本体（不図示）は、シリコン系やウレタン系又はＡＢＳ系などの樹脂材料で外耳道内壁にフィットするように形成される。

こもり低減装置３１を適用した耳せん４０の作用については、こもり低減装置３１と同様であるので、説明を省略する。耳せん４０は、周囲の騒音が気になるときなどに、遮音用として使用される。しかし、外耳道３２を密閉した状態では、こもり感や圧迫感などがあり不快である。

耳せん４０では、こもり低減装置３１がこもり音を低減させることで、外耳道内３２は密閉されていても開放されているのと同様になるので、こもり感や圧迫感を低減できる。また、こもり音に限らず、頭部周囲から外耳道内３２に侵入する音についても有効に低減できる。

次に、こもり低減装置４５を適用した補聴器５０は、図５に示すように、外部用マイクロホン５１、補聴処理部５２、こもり低減装置４５及び補正部５３などを補聴器本体（不図示）に収納してなる。補聴処理部５２はＤＳＰ（Digital Signal Processor）などにより構成される。こもり低減装置４５は、電気音響変換器１と、低域反転増幅部４６及び加算部４７を備えている。

こもり低減装置４５の電気回路は、アナログ又はデジタルのどちらの回路で構成してよい。なお、補聴器５０としては、耳あな型補聴器や外耳道にレシーバを配置するＲＩＣ（Receiver in the canal）型補聴器やポケット型補聴器などに本発明を適用できる。

外部用マイクロホン５１は、環境音や話声を集音し電気信号に変換する。補聴処理部５２は、外部用マイクロホン５１からの電気信号を装用者の聴力に合わせるために、周波数ごとに増幅率を調整するなどの補聴処理をして、補聴処理信号を出力する。電気音響変換器１の集音手段３は、外耳道内３２の音を集音し電気信号に変換する。外耳道内３２の音は、こもり音と補聴処理信号に基づく音出力手段２からの出力音（補聴処理音）を合わせたものである。

低域反転増幅部４６のフィルタは、電気音響変換器１の集音手段３の出力信号から所定の低域周波数成分を抽出する。従って、当該低域周波数成分以外の成分は、こもり低減装置４５で負帰還処理されない。低域反転増幅部４６の増幅器は、抽出した低域周波数成分の信号を所定の増幅率で反転増幅する。加算部４７は、低域反転増幅部４６の出力信号と補正部５３の出力信号を加算する。

補正部５３は、低域反転増幅部４６のフィルタと同じ低域周波数成分を補聴処理信号から抽出するフィルタ５３ａと、その低域周波数成分を所定の増幅率で増幅する増幅器５３ｂと、この増幅した信号と補聴処理信号を加算する加算部５３ｃを備えており、この補聴処理信号から抽出した低域周波数成分を増幅し、補聴処理信号と加算した出力信号を出力する。

集音手段３はこもり音とともに補聴処理音も集音するため、補聴処理部５２で処理した補聴処理信号の低域周波数成分が負帰還処理により反転増幅された低域周波数成分により低減されるので、補正部５３は、その低減分を補正するためのものである。そして、音出力手段２は、補正部５３の出力信号と低域反転増幅部４６の出力信号を加算した信号に基づき、外耳道内３２に音を発する。補正部５３における低域周波数成分増幅処理は、補聴処理の一部として補聴処理部５２で行ってもよい。

以上のように構成された補聴器５０の作用について説明する。先ず、外部用マイクロホン５１では、環境音や話声を集音して電気信号に変換する。補聴処理部５２では、外部用マイクロホン５１の出力信号を装用者の聴力に合わせて、周波数ごとに増幅率を調整するなどの補聴処理をして、補聴処理信号を出力する。

電気音響変換器１では、外耳道内３２のこもり音と補聴処理音を集音手段３で集音し、電気信号である出力信号を出力する。低域反転増幅部４６では、集音手段３の出力信号からフィルタで当該低域周波数成分を抽出する。抽出した低域周波数成分の信号を、増幅器により当該増幅率で反転増幅して出力する。

補正部５３では、補聴処理信号からフィルタ５３ａで当該低域周波数の信号を抽出し、増幅器５３ｂにより当該低域周波数成分の補聴処理音の低減分に相当する増幅率で、抽出した低域周波数成分の補聴処理信号を増幅し、加算部５３ｃにより補聴処理信号に加算して出力する。

低域反転増幅部４６からの出力信号と補正部５３からの出力信号を加えた信号を電気音響変換器１の音出力手段２に入力されることで、外耳道内３２では、こもり音は低減し、補聴処理音は本来の音量を得ることができる。即ち、前室６における当該低域周波数成分のこもり音を低減することは、前室６の当該低域周波数の音響インピーダンス（圧力／速度）を下げることによるものであり、装用者は外耳道内３２が密閉されていてもベントで開放されているのと同様の効果を得て、十分な補聴処理音を聴くことができる。

また、電気音響変換器１の音出力手段２と集音手段３では、前室６である空間を共通とし、振動板７が作動することにより、当該低周波数成分では位相ズレが９０°以内に収まるため、負帰還処理する場合においても、この位相ズレを考慮しなくてもよい。

このように、本発明に係る電気音響変換器１を用いれば、簡単な構成のこもり低減装置４５で、外耳道内３２を密閉しても、ベントを設けたのと同様に、そのこもり音を低減することができ、こもり感や圧迫感などの不快感を低減することができる。また、外耳道内３２を密閉しているので、補聴器５０と外耳道３２との隙間から漏れる音に起因するハウリングは発生しないため、実際にベントを設ける場合よりも大きな音を出力できる。

次に、こもり低減装置を適用したオーディオ用イヤホン６０は、図６に示すように、オーディオ用イヤホン本体（不図示）にこもり低減装置４５及び補正部５３を内蔵してなる。こもり低減装置４５は、電気音響変換器１と低域反転増幅部４６及び加算部４７を備えている。

こもり低減装置４５の電気回路は、アナログ又はデジタルのどちらの回路で構成してもよい。外耳道内３２の音は、こもり音とオーディオ信号に基づく音出力手段２からのオーディオ音を合わせたものである。６５はオーディオ装置である。なお、低域反転増幅部４６及び補正部５３はオーディオ装置６５内に設けることもできる。

オーディオ用イヤホン６０においては、補聴器５０と比較して、外部用マイクロホン５１や補聴処理部５２は使用しないが、オーディオ信号が補聴処理信号に相当する。オーディオ用イヤホン６０の作用については、補聴器５０と同様であるので、説明を省略する。

オーディオ用イヤホン６０は、音楽を聴いたり語学学習をしたりする時などに使用される。しかし、声を発したりすると、外耳道内３２に生じるこもり音（自声の響き音など）により、こもり感や圧迫感などがあり不快である。オーディオ用イヤホン６０ではこもり低減装置４５がこもり音を低減させることで、外耳道内３２は密閉されていても開放されているのと同様になるので、こもり感や圧迫感を低減することができる。

本発明によれば、外耳道との隙間から漏れる音に起因するハウリングが発生しない補聴器、外耳道を密閉してもこもり感などによる不快感が低減される耳せん又はオーディオ用イヤホンなどを提供することができる。

１…電気音響変換器、２…音出力手段、３…集音手段、４…バランストアーマチュア型の電気音響変換器、５…ケース部（後室）、６…カバー部（前室）、７…振動板、８…駆動部、１０…アーマチュア、１５…圧電高分子フィルム、１５ａ…集音面、１６…インピーダンス変換器、１７…カバー、１８…ケース、２０…音口、２１…入力端子、２２…入出力端子、３１，４５…こもり低減装置、３２…外耳道内、３３，４６…低域反転増幅部、４７…加算部、５０…補聴器、５１…外部用マイクロホン、５２…補聴処理部、５３…補正部、６０…オーディオ用イヤホン、６５…オーディオ装置。

Claims

外耳道内に音を出力する音出力手段と、外耳道内の音を集音するエレクトレット化した圧電高分子フィルムとインピーダンス変換器からなる集音手段を備え、前記音出力手段の前室に前記集音手段を配設することを特徴とする電気音響変換器。
請求項１に記載の電気音響変換器において、前記音出力手段の振動板と前記集音手段の圧電高分子フィルムの集音面が対向していることを特徴とする電気音響変換器。
請求項１又は２に記載の電気音響変換器において、前記音出力手段がバランストアーマチュア型の電気音響変換器であることを特徴とする電気音響変換器。
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電気音響変換器において、前記圧電高分子フィルムが多孔性高分子フィルムであることを特徴とする電気音響変換器。
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の電気音響変換器と、前記集音手段の出力信号から所定の低域周波数成分を抽出するフィルタ及びその抽出した低域周波数成分を反転増幅する増幅器からなる低域反転増幅部を備え、この低域反転増幅部の出力信号を前記音出力手段に負帰還させることを特徴とするこもり低減装置。