JP5975801B2

JP5975801B2 - ヘッドホン

Info

Publication number: JP5975801B2
Application number: JP2012192930A
Authority: JP
Inventors: 剛浩李
Original assignee: Korg Inc
Current assignee: Korg Inc
Priority date: 2012-09-03
Filing date: 2012-09-03
Publication date: 2016-08-23
Anticipated expiration: 2032-09-03
Also published as: JP2014050006A

Description

本発明はエレキギターなどの電子楽器に接続して、電子楽器の演奏音を再生するヘッドホンに関する。

従来、エレキギターなどの出力ジャックに直接プラグインする小型軽量なアンプ（キャビネット）シミュレータが知られている。アンプ（キャビネット）シミュレータとはギターアンプやキャビネットの特性を模擬する装置である。アンプシミュレータを用いることで、アンプを介さずに楽音をラインに入力した場合に、あたかもアンプを通して再生されたかのような音色を得ることができる。アンプシミュレータには、音楽のジャンル（クラシック・ロック、メタル、…）毎に良く知られているアンプの特性それぞれに特化して模擬することができるものも存在する。アンプシミュレータにはマルチエフェクタ機能をさらに備えるものもある。ユーザはアンプシミュレータにヘッドホンをつないで、電子楽器を演奏することにより、アンプを使用できない自宅などの環境下においても手軽に楽器演奏を楽しむことができる。シールドを介さずにギターの出力ジャックに直接接続できる小型軽量なアンプシミュレータの例として特許文献１などがある。

米国特許第４９４４０１６号明細書

アンプシミュレータの設計者はアンプシミュレータに接続されるヘッドホンを事前に知ることができないため、当該ヘッドホンの負荷や特性を事前に知ることが出来ない。従って、ユーザが接続したヘッドホンとアンプシミュレータの相性が合わない場合が生じる。この場合、ヘッドホンにおける再生音と設計音とが著しく異なり、アンプシミュレータ本来の性能を十分に発揮することが出来ないという問題があった。そこで本発明では、予めアンプシミュレータとヘッドホンとのインピーダンス特性の整合を図ることができ、アンプシミュレータとのインピーダンス特性の不整合を防止することができるヘッドホンを提供することを目的とする。

本発明のヘッドホンは、楽音信号をフィルタリングしてキャビネット出力音を模擬するキャビネットシミュレーションフィルタと、キャビネットシミュレーションフィルタとインピーダンス特性が整合するヘッドホンスピーカとを内蔵することを特徴とする。

本発明のヘッドホンによれば、ヘッドホン内部にアンプシミュレータを内蔵しているため、予めアンプシミュレータとヘッドホンとのインピーダンス特性の整合を図ることができ、アンプシミュレータとのインピーダンス特性の不整合を防止することができる。

実施例１および実施例２のヘッドホンの構成を示すブロック図。実施例１および実施例２のヘッドホンのＶｃｃ供給回路の構成を示すブロック図。一般的なキャビネット型スピーカのインピーダンスの周波数特性の例を示す図。一般的なヘッドホンスピーカのインピーダンスの周波数特性の例を示す図。実施例２のヘッドホンのヘッドホンアンプの構成を示すブロック図。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、同じ機能を有する構成部には同じ番号を付し、重複説明を省略する。

図１を参照して、本発明の実施例１のヘッドホンについて説明する。図１は本実施例および実施例２のヘッドホン１、２の構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施例のヘッドホン１は、エレキギターなどの出力ジャックに挿し込むことのできる３極フォーンプラグから楽音信号を取得する。３極フォーンプラグはＴＩＰ端子、ＲＩＮＧ端子、ＳＬＥＥＶＥ端子を備える。ＴＩＰ端子は１回路２接点（共通端子、ｏｎ端子、ｏｆｆ端子）の第１スイッチ１１の共通端子に接続される。第１スイッチ１１のｏｎ端子はプリアンプ２１の入力端子に接続される。プリアンプ２１の出力端子はキャビネットシミュレーションフィルタ３１の入力端子に接続される。図１に示すようにキャビネットシミュレーションフィルタ３１は、例えば４バンドイコライザ３１１と、双極ローパスフィルタ３１２とを含んで構成される。４バンドイコライザとは、低域／中低域／中高域／高域などに定義された４つの周波数域に可変可能なイコライザのことである。４バンドイコライザ３１１と双極ローパスフィルタ３１２とを組み合わせたキャビネットシミュレーションフィルタ３１が楽音信号を補正することで、所望のキャビネット（アンプ）を通して再生された楽音を模擬（シミュレート）することができる。キャビネットシミュレーションフィルタ３１の出力端子は、左（Ｌ）ヘッドホンアンプ５１、右（Ｒ）ヘッドホンアンプ５２それぞれの入力端子と接続される。従って、キャビネットシミュレーションフィルタ３１により補正された楽音信号は、左（Ｌ）ヘッドホンアンプ５１、右（Ｒ）ヘッドホンアンプ５２のそれぞれに分岐して入力される。左（Ｌ）ヘッドホンアンプ５１の出力端子は１回路２接点（共通端子、ｏｎ端子、ｏｆｆ端子）の第３スイッチ１３のｏｎ端子と接続される。右（Ｒ）ヘッドホンアンプ５２の出力端子は１回路２接点（共通端子、ｏｎ端子、ｏｆｆ端子）の第４スイッチ１４のｏｎ端子と接続される。第３スイッチ１３の共通端子は左（Ｌ）ヘッドホンスピーカ７１と接続される。第４スイッチ１４の共通端子は右（Ｒ）ヘッドホンスピーカ７２と接続される。なおヘッドホンスピーカ７１（７２）は、キャビネットシミュレーションフィルタ３１とインピーダンス特性が整合するように選択、設計されている。

一方、ＲＩＮＧ端子は１回路２接点（共通端子、ｏｎ端子、ｏｆｆ端子）の第２スイッチ１２の共通端子に接続される。第２スイッチ１２のｏｎ端子は接地される。一方、ＳＬＥＥＶＥ端子は接地される。

ＴＩＰ端子に接続された第１スイッチ１１のｏｆｆ端子は、第３スイッチのｏｆｆ端子と接続される。ＲＩＮＧ端子に接続された第２スイッチ１２のｏｆｆ端子は、第４スイッチ１４のｏｆｆ端子と接続される。

次に、図２を参照して、本実施例および実施例２のヘッドホン１、２にＶｃｃを供給するＶｃｃ供給回路について説明する。図２は本実施例および後述する実施例２のヘッドホンのＶｃｃ供給回路の構成を示すブロック図である。図２に示すように、電池９１の正極は１回路２接点（共通端子、ｏｎ端子、ｏｆｆ端子）の第５スイッチ１５のｏｎ端子に接続される。電池９１の負極は接地されている。第５スイッチ１５のｏｆｆ端子は開放端子である。第５スイッチ１５の共通端子は、電源回路８１と接続される。電源回路８１からは、電源電圧Ｖｃｃが、前述したプリアンプ２１、キャビネットシミュレーションフィルタ３１等に供給される。

前述したように、本実施例および実施例２のヘッドホン１、２は共通端子、ｏｎ端子、ｏｆｆ端子からなる１回路２接点の第１〜第５スイッチ１１〜１５を備えている。ヘッドホン１、２には、図示しないｏｎ／ｏｆｆスライドスイッチが設けられており、第１〜第５スイッチ１１〜１５は当該ｏｎ／ｏｆｆスライドスイッチと連動する。従って、ｏｎ／ｏｆｆスライドスイッチをｏｎに切り替えれば、第１〜第５スイッチ１１〜１５の共通端子とｏｎ端子が導通し、ｏｆｆ端子側は開放となる。また、ｏｎ／ｏｆｆスライドスイッチをｏｆｆに切り替えれば、第１〜第５スイッチ１１〜１５の共通端子とｏｆｆ端子が導通し、ｏｎ端子側は開放となる。従って、ユーザがヘッドホン１に設けられたｏｎ／ｏｆｆスライドスイッチをｏｎに切り替えれば、ＴＩＰ端子を通じてヘッドホンに入力されたモノラルの楽音信号は、プリアンプ２１に入力されて音質、音量を調整され、キャビネットシミュレーションフィルタ３１に入力されてキャビネット（アンプ）を模擬するフィルタリング処理を施され、左右（Ｌ、Ｒ）ヘッドホンアンプ５１、５２に入力されて増幅され、左右ヘッドホンスピーカ７１、７２から再生される。このとき、ＲＩＮＧ端子はＧＮＤに落ちている。これは、アクティブタイプのエレキギター（電池搭載）においても本実施例のヘッドホン１を使用可能とするためである。また、第５スイッチ１５も導通状態となるため、電源回路８１から、電源電圧Ｖｃｃが、前述したプリアンプ２１、キャビネットシミュレーションフィルタ３１等に供給される。

一方、ユーザがヘッドホン１に設けられたｏｎ／ｏｆｆスライドスイッチをｏｆｆに切り替えれば、ＴＩＰ端子を通じてヘッドホン１に入力された楽音信号は、第３スイッチ１３のｏｆｆ端子を通じて直接左ヘッドホンスピーカ７１に入力されて再生される。また、ＲＩＮＧ端子を通じてヘッドホン１に入力された楽音信号は、第４スイッチ１４のｏｆｆ端子を通じて直接右ヘッドホンスピーカ７２に入力されて再生される。また、第５スイッチ１５は開放状態となるため、電源電圧Ｖｃｃは供給されない。従って、本実施例のヘッドホン１は、前述したｏｎ／ｏｆｆスライドスイッチをｏｆｆ状態としておけば、３極フォーンプラグに接続された音源（電子楽器など）からのステレオ楽音（音響）信号をそのまま再生する通常のステレオヘッドホンとして用いることが可能である。

本実施例のヘッドホン１は上記構成に加えて、例えば図１に示したようにオーディオ信号を入力するためのオーディオ端子（ＡＵＸ＿Ｌ、ＡＵＸ＿Ｒ）を備えてもよい。ＡＵＸ＿Ｌ端子は左（Ｌ）ヘッドホンアンプ５１の入力端子と接続される。ＡＵＸ＿Ｒ端子は右（Ｒ）ヘッドホンアンプ５２の入力端子と接続される。

本実施例のヘッドホン１はアンプ（キャビネット）シミュレータを内蔵しているため、アンプシミュレータの設計者は、ヘッドホンの負荷を予め知ることができ、アンプシミュレータとヘッドホンのインピーダンス特性の整合を予め最適化した設計を行うことができる。別の表現では、本実施例のヘッドホン１はアンプシミュレータを内蔵しているため、ユーザが任意のヘッドホンを選択することによるヘッドホンとアンプシミュレータのインピーダンスの不整合が生じることがない。さらに、本実施例のヘッドホン１は、第１〜第５スイッチ１１〜１５を設けることにより、アンプ（キャビネット）シミュレート機能のｏｎ／ｏｆｆ切り替えを可能としたため、アンプ（キャビネット）シミュレート機能をｏｆｆとすれば、通常のヘッドホンとして使用することも可能である。さらに、本実施例のヘッドホン１が前述したオーディオ端子（ＡＵＸ＿Ｌ、ＡＵＸ＿Ｒ）を備える場合には、当該オーディオ端子から入力されたステレオ楽音（音響）信号などを再生する通常のステレオヘッドホンとして使用することも可能である。

以下、図３、図４を参照して、一般的なスピーカやヘッドホンのインピーダンスの周波数特性について説明する。図３は一般的なキャビネット型スピーカのインピーダンスの周波数特性の例を示す図である。図４は一般的なヘッドホンスピーカのインピーダンスの周波数特性の例を示す図である。一般的なキャビネット型スピーカでは、振動紙（コーン紙）を支持するサスペンションなどでの損失が低域周波数帯で大きくなるため、共振周波数ｆ_０と呼ばれる周波数においてボイスコイルのインピーダンスの絶対値が極大になる性質がある。従って、図３に示すように共振周波数ｆ_０においてボイスコイルのインピーダンスが極大値となり、その後はボイスコイルのインダクタンスに従って緩やかに上昇する形状となるのが一般的である。共振周波数ｆ_０はスピーカの振動系の質量、それを支持するエッジ、ダンパ、サスペンションの柔らかさなどによって左右される。

一方、ヘッドホンスピーカはキャビネット型スピーカと機械的構造が異なることからその周波数特性もキャビネット型スピーカとは異なる。また、図４に示すようにヘッドホンスピーカの周波数特性は製造メーカごと、製品ごとに大きく異なる場合がある。例えば図４Ｃのように、インピーダンスが低域、高域の複数の周波数において極大値をとるヘッドホンも存在する。

スピーカの出力音量は電流量に比例する。スピーカに電流を供給するアンプの方式には真空管方式とトランジスタ方式とが存在する。ギターアンプにおいては真空管アンプが主流である。真空管アンプは出力トランスを用いることで、電流量が一定に保たれる定電流出力アンプである。従ってインピーダンスが増大した場合、真空管アンプにおいては電流が一定に保たれるため、インピーダンスが高い低域と高域のピークが強調されたいわゆる「ドンシャリ」といわれる音色となる。

一方、トランジスタアンプは電圧が一定に保たれる定電圧出力アンプである。従ってインピーダンスが増大した場合、トランジスタアンプにおいては電流値が減少する。反対に、インピーダンスが小さくなる帯域においては、電流値は増大する。このため、トランジスタアンプにおいては、真空管アンプと比べてインピーダンスが高い低域、高域のピークが出ない音色となる。

一般的なオーディオスピーカの設計においては、トランジスタアンプでスピーカを駆動するのが主流であるため、前述した低域と高域のピークが出ない音色を踏まえたうえで、スピーカの設計を行い、周波数特性をフラットに近づける設計を行うのが通常である。一方、ギターアンプの設計においては、スピーカの周波数特性をフラットにする設計ではその音色が評価されない。前述したようにギターアンプの音色としては真空管アンプの音色である低音が太く響き、高音の音がビビッドに強調されるサウンドが好まれる場合が多い。実施例２のヘッドホンは、前述した真空管アンプを高精度に模擬することを目的として実施例１のヘッドホン１を改良したものである。

以下、実施例１に引き続き図１、図２を、新たに図５を参照して本発明の実施例２のヘッドホンについて説明する。図５は本実施例のヘッドホン２のヘッドホンアンプ６１（６２）の構成を示すブロック図である。図１に示す通り、本実施例のヘッドホン２の回路構成は、実施例１のヘッドホン１と同じである。実施例１と本実施例の違いは、実施例１における左右ヘッドホンアンプ５１、５２が本実施例において左右ヘッドホンアンプ６１、６２に変更されている点のみである。本実施例のヘッドホン２が備える左右ヘッドホンアンプ６１、６２は、真空管アンプを模擬するために、図５に示すような負帰還増幅回路を形成している。図５に示すように、入力電圧Ｖｉｎは、オペアンプ６１１の非反転入力端子（＋）に入力される。オペアンプ６１１の出力端子は、ヘッドホンスピーカ７１（７２）の入力端子に接続されている。ヘッドホンスピーカ７１（７２）の出力端子とアースの間には、抵抗Ｒ１が設けられている。ヘッドホンスピーカ７１の出力端子は、抵抗Ｒ２を介してオペアンプ６１１の反転入力端子（−）に接続されている。さらに、オペアンプ６１１の出力端子は、抵抗Ｒ３を介してオペアンプ６１１の反転入力端子（−）に接続されている。

抵抗Ｒ１は、電流検出抵抗として機能する。図５に示した負帰還増幅回路においては、ヘッドホンスピーカ７１（７２）のインピーダンスが小さい帯域においては、電圧一定の条件下で電流ＩＬが増大するため、Ｖｒ１＝ＩＬ×Ｒ１が増大する。従ってオペアンプにおけるＶｉｎとＶｒ１の差分が小さくなるため、増幅率が小さくなる。

一方、ヘッドホンスピーカ７１（７２）のインピーダンスが大きい帯域においては、電圧一定の条件下で電流ＩＬが減少するため、Ｖｒ１＝ＩＬ×Ｒ１が減少する。従ってオペアンプにおけるＶｉｎとＶｒ１の差分が大きくなるため、増幅率が大きくなる。

従って、ヘッドホンスピーカ７１（７２）のインピーダンスが小さい帯域におけるＶｏｕｔの増幅率が小さいため電流量の増加は抑えられ、ヘッドホンスピーカ７１（７２）のインピーダンスが大きい帯域においてＶｏｕｔは大きく増幅されるため電流量も増加することになる。図５の負帰還増幅回路は、トランジスタアンプであるヘッドホンスピーカ７１（７２）と接続することでこのような特性を持つため、本来は定電圧出力アンプであるトランジスタアンプの電流量を真空管アンプにおける電流量の周波数特性に近似させることができる。図４で述べたように、ヘッドホンスピーカのインピーダンスの周波数特性には様々なタイプがある。そこで、本実施例のヘッドホン２に用いるヘッドホンスピーカ７１（７２）として、一般的なキャビネット型スピーカのインピーダンスの周波数特性と近似した特性（低域に極大値、高域になるにつれ徐々に上昇する特性）となるようなヘッドホンスピーカを選択（または調整）する（例えば図４Ａなど）。このようにして選択（または調整）したヘッドホンスピーカ７１（７２）を前述したヘッドホンアンプ６１（６２）と組み合わせて使用することで、ハイ・インピーダンスの帯域（低域、高域）において、電流量が増大するため、真空管アンプを通した楽音の再生音を高精度に模擬することができる。

このように、本実施例のヘッドホン２によれば、実施例１の効果に加えて、ヘッドホンアンプ６１（６２）と、ヘッドホンスピーカ７１（７２）を組み合わせることにより、真空管アンプを通した楽音の再生音を高精度に模擬することができる。

Claims

楽音信号をフィルタリングしてキャビネット出力音を模擬するキャビネットシミュレーションフィルタと、
ヘッドホンスピーカと、
前記ヘッドホンスピーカのインピーダンスが大きい帯域ほど当該帯域における楽音信号の電圧増幅率が増大する負帰還増幅回路を含むヘッドホンアンプを備え、
前記負帰還増幅回路の特性により、前記ヘッドホンスピーカのインピーダンスの周波数特性が所定のキャビネット型スピーカのインピーダンスの周波数特性に近似するように、前記ヘッドホンスピーカのインピーダンスの周波数特性を調整したこと
を特徴とするヘッドホン。
請求項１に記載のヘッドホンであって、
前記ヘッドホンスピーカがトランジスタアンプ方式であって、
前記所定のキャビネット型スピーカが真空管アンプ方式であること
を特徴とするヘッドホン。
請求項１または２に記載のヘッドホンであって、
前記楽音信号の前記キャビネットシミュレーションフィルタへの入力、非入力を切り替えるスイッチをさらに備え、
前記スイッチがＯＮの場合に、前記楽音信号が前記キャビネットシミュレーションフィルタでフィルタリングされ、
前記スイッチがＯＦＦの場合に、前記楽音信号が前記キャビネットシミュレーションフィルタでフィルタリングされることなく前記ヘッドホンスピーカに入力されること
を特徴とするヘッドホン。
請求項１から３の何れかに記載のヘッドホンであって、
オーディオ信号を入力するオーディオ端子をさらに備えること
を特徴とするヘッドホン。