JP6006877B2 - 静電型変換器付きイヤホン - Google Patents

Description

〔関連出願の説明〕
本願は、２０１２年９月６日に出願された米国特許出願（非仮特許出願）第１３／６０５，６５６号の優先権主張出願であり、この米国特許出願を参照により引用し、その記載内容全体を本明細書の一部とする。

本願は、一般に、静電型イヤホンに関する。特に、本願は、後部密閉型ハウジング、外耳道を音響的に密封するスリーブ、及び静電型変換器を備えたイヤホンに関する。

スピーカ及びヘッドホンは、１対の導電性固定子板相互間に配置されている張力が加えられた状態の導電性小質量振動板を有する音響再生用静電型変換器を利用する場合がある。振動板と固定子板との間には僅かな空隙が存在するのが良く、振動板は、固定子板に対して静止電荷を有するのが良い。信号が固定子板に印加されない場合、振動板は、静止していることができ、かかる振動板はその中心が固定子板相互間に位置したままである。大きさが等しく且つ位相が逆の音声信号が固定子板に印加されると、振動板全体にわたって正味の力のアンバランスを生じさせることができ、それにより振動板が変位する。振動板に隣接して位置する空気は、押しやられて音声信号に対応した音を生じさせることができる。

その結果、静電型変換器を用いたスピーカ及びヘッドホンは、可動コイル型変換器を備えたスピーカ及びヘッドホンと比較して、極めて低い高周波ひずみ、全帯域幅周波数応答及び高忠実度（ハイファイ）音響再生を呈することができる。静電型変換器は、プッシュプル定電荷静電型駆動装置及び振動板の比較的低い質量に起因してこれらの特性を有することができる。特に、低い高周波ひずみは、プッシュプル静電型駆動装置及び振動板に加えられるほぼ一定のバイアス電荷に起因していると言える。しかしながら、静電型変換器により十分且つ許容可能な音声出力を生じさせるためには、振動板にバイアスをかけるため及び音声信号のために高い電圧が必要な場合がある。静電型変換器を備えたスピーカ及びヘッドホンのリスナーは、利用される電圧が高いことに起因する電気ショック及び火災の可能性から適切に保護される必要がある場合がある。

ヘッドホンは、ヘッドホン内に設けられる変換器の形式とは関係なく、後部開放型又は後部密閉型のものである場合がある。特定のリスナーが後部開放型ヘッドホンを使用するかどうか又は後部密閉型ヘッドホンを使用するかどうかは、用途及びリスナーの個人的な好みで決まると言える。後部開放型ヘッドホンは、周囲に対して開いた後部を備えるハウジングを有する場合があり、それにより、周囲の音がヘッドホンに入る場合があり、又、ヘッドホンからの音が周囲に漏れ得る場合がある。後部開放型ヘッドホン内で生じる音は、一般に、後部密閉型ヘッドホンと比較して、奥行きが広く、よりナチュラルであると考えられている。しかしながら、後部開放型ヘッドホンは、典型的には、録音用途では用いられない。と言うのは、ヘッドホンからの音が録音用マイクロホンによってピックアップされる場合があるからである。これとは対照的に、後部密閉型ヘッドホンは、周囲に対して閉じられた後部を備えたハウジングを有する場合があり、それにより、ヘッドホン中に入る周囲ノイズを遮断することができ、しかも周囲に漏れる場合のあるヘッドホンからの音の量を減少させることができる。後部密閉型ヘッドホンは、典型的には、スタジオでのモニタリング及び録音用途のために用いられると言える。

イヤホンは、リスナーの外耳道中に挿入可能なヘッドホンの一形式である。イヤホンは、耳を覆って配置されるヘッドホン又は外側の耳上に配置されるイヤホンと比較して、外耳道中へのこれらの配置及び音響的に密封するスリーブの使用に起因して良好なノイズ遮断をもたらすことができる。静電型変換器を備えた典型的なイヤホンは、後部開放型のものである場合がある。しかしながら、例えばプロの音楽家やプロの演奏家のようなリスナーは、録音用途での音の漏れを阻止するため、そして、特にイヤホンを耳内モニタとして用いる場合に周囲ノイズを遮断するために後部密閉型イヤホンを好む場合がある。

したがって、これらの安全性及び音響再生に関する懸念に取り組むイヤホンを提供する時機が到来している。具体的に言えば、用いられる高電圧に起因した電気ショックからリスナーを適切に保護し、高忠実度音響再生をもたらし、しかも周囲ノイズを遮断する静電型変換器付きの後部密閉型イヤホンを提供する時機が到来している。

一実施形態では、イヤホン組立体は、外耳道への音の音響的伝達のためのノズルを有する後部密閉型ハウジングと、ノズルの外部に取り外し可能に取り付けられていて外耳道を音響的に密封するスリーブと、後部密閉型ハウジング内に設けられた静電型変換器とを含むのが良い。静電型変換器は、導電層を備えた振動板と、各々が振動板のそれぞれの面と接触状態にある１対の振動板リングと、１対の固定子板とを有するのが良い。１対の振動板リングのうちの少なくとも一方は、振動板の導電層と電気的接触状態にあるのが良い。１対の固定子板の各々は、ＤＣバイアス電圧及び１対の振動板リングのうちの一方と電気的接触状態にある外側環状導電性部分と、ＡＣ音声信号と電気的接触状態にある中央導電性部分と、複数個の穴とを有するのが良い。中央導電性部分は、誘電体層を有するのが良い。１対の固定子板の各々と振動板は、１対の振動板リングによって離隔されるのが良い。ＤＣバイアス電圧及びＡＣ音声信号が供給されたとき、振動板は、音を発生させることができ、この音は、固定子板の各々の複数個の穴を通り、そしてノズルを通ってリスナーの外耳道に出力される。

別の実施形態では、イヤホンシステムは、外耳道への音の音響的伝達のためのノズルを有する後部密閉型ハウジングと、ノズルの外部に取り外し可能に取り付けられていて外耳道を音響的に密封するスリーブと、ハウジング内に設けられた静電型変換器と、増幅器とを含むのが良い。静電型変換器は、導電層を備えた振動板と、各々が振動板のそれぞれの面と接触状態にある１対の振動板リングと、１対の固定子板とを有するのが良い。１対の振動板リングのうちの少なくとも一方は、振動板の導電層と電気的接触状態にあるのが良い。１対の固定子板の各々は、ＤＣバイアス電圧及び振動板リングと電気的接触状態にある外側環状導電性部分と、ＡＣ音声信号と電気的接触状態にある中央導電性部分と、複数個の穴とを有するのが良い。中央導電性部分は、誘電体層を有するのが良い。増幅器は、電源からＤＣバイアス電圧を発生させるバイアス電圧供給回路と、増幅器によって受け取った音声入力信号からＡＣ音声信号を発生させる音声信号増幅器回路とを有するのが良い。１対の固定子板の各々と振動板は、１対の振動板リングによって離隔されるのが良い。ＤＣバイアス電圧及びＡＣ音声信号が供給されたとき、振動板は、音を発生させることができ、この音は、固定子板の各々の複数個の穴を通り、そしてノズルを通ってリスナーの外耳道に出力される。

別の実施形態では、イヤホン組立体は、外耳道への音の音響的伝達のためのノズルを有する後部密閉型ハウジングと、ノズルの外部に取り外し可能に取り付けられていて外耳道を音響的に密封するスリーブと、後部密閉型ハウジング内に設けられた静電型変換器とを含むのが良い。静電型変換器は、導電層を備えた振動板と、各々が振動板のそれぞれの面と接触状態にある１対の振動板リングと、振動板リングと接触状態にある１対の固定子板とを有するのが良い。１対の振動板リングのうちの少なくとも一方は、振動板の導電層と電気的接触状態にあるのが良い。１対の固定子板の各々は、ＡＣ音声信号と電気的接触状態にある導電性部分と、複数個の穴とを有するのが良い。中央の導電性部分は、永続的電荷を有するエレクトレット層を有するのが良い。１対の固定子板の各々と振動板は、１対の振動板リングによって離隔されるのが良い。ＡＣ音声信号が供給されたとき、振動板は、音を発生させることができ、この音は、固定子板の各々の複数個の穴を通り、そしてノズルを通ってリスナーの外耳道に出力される。

これら実施形態及び他の実施形態並びに種々の組み合わせ及び観点は、以下の詳細な説明及び添付の図面から明らかであり且つ以下の詳細な説明及び添付の図面から十分に理解されよう。添付の図面は、本発明の原理を採用することができる種々の仕方を示す例示の実施形態を記載している。

幾つかの実施形態による静電型イヤホンを示す図である。 幾つかの実施形態による静電型イヤホンの分解組立て図である。 幾つかの実施形態による静電型イヤホン内に設けられた静電型変換器の平面図である。 幾つかの実施形態による静電型イヤホン内の静電型変換器の立面図である。 幾つかの実施形態による図３の５‐５線に沿って取った静電型イヤホン内の静電型変換器の断面図である。 幾つかの実施形態による静電型イヤホン内の静電型変換器の固定子板の図である。 幾つかの実施形態による図１の７‐７線に沿って取った静電型イヤホンの断面図である。 幾つかの実施形態による静電型イヤホンシステムのブロック図である。

以下の説明は、本発明の１つ又は２つ以上の特定の実施形態をその原理に従って記載し、説明し、そして例示している。この説明は、本発明を本明細書において記載する実施形態に限定するものではなく、当業者がこれらの原理を理解し、その理解に基づいてこれら原理を利用して本明細書において説明する実施形態だけでなく、これら原理に従って想到できる他の実施形態を実施することができるように本発明の原理を説明すると共に教示する。本発明の範囲は、文言上であるにせよ均等論によるにせよいずれにせよ、添付の特許請求の範囲に記載された本発明の範囲に属すると言えるかかる全ての実施形態に及ぶものである。

注目されるべきこととして、説明及び図面中、同一又は実質的に同一の要素は、同一の参照符号で表示される場合がある。しかしながら、これら要素は、例えばかかる表示がよりわかりやすい説明の提供を容易にする場合、様々な符号で表示される場合がある。加うるに、本明細書において記載する図面は、必ずしも縮尺通りには描かれておらず、幾つかの場合、或る特定の特徴を明確に示すために比率が誇張されている場合がある。かかる表示及び図面に関するやり方は、必ずしも、基礎をなす実体的な目的を示唆していない。上述したように、この明細書は、全体として理解され、本明細書において教示する本発明の原理に従って解されると共に当業者に理解されることが意図されている。

図１は、静電型イヤホン１００を示し、この静電型イヤホンは、静電型変換器を包囲した後部密閉型ハウジング１０２及びイヤホン１００を増幅器に電気的に接続するケーブル組立体１０４を有するのが良い。後部密閉型ハウジング１０２は、イヤホン１００によって生じた音をリスナーの外耳道に伝達することができるノズル１０６を有するのが良い。図１に示されているようなイヤホン１００は、リスナーの右耳内に用いられるよう構成されていると言える。他の実施形態では、イヤホン１００は、ノズル１０６及び他の該当するコンポーネントの向きを変えることによりリスナーの左耳内に使用されるよう構成できる。ハウジング１０２及びノズル１０６は、非導電性材料、例えばプラスチック（例えば、ポリカーボネート／アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＰＣ／ＡＢＳ））又は他の適当な材料で構成されるのが良い。イヤホン１００は、以下に更に詳細に説明するように音声信号に従って音を発生させる静電型変換器２１４を有するのが良い。イヤホン１００は、例えば記録された音楽の個人的リスニング、ミキシング及びマスタリング、演奏者によるステージモニタリング及び他の使用のような用途に使用されるのが良い。

ケーブル組立体１０４は、これがリスナーの耳に載ることができるよう構成されているのが良い。一実施形態では、ケーブル組立体１０４は、一端が増幅器への接続のための５ピンコネクタ（図示せず）で終端した円筒形５芯ケーブルであるのが良い。ケーブル組立体１０４の直径は、例えば０．１５インチ（３．８１ｍｍ）未満であるのが良い。ケーブル組立体１０４は、低いキャパシタンス（例えば、２０ｐＦ／フィート）（１フィート＝０．３０４８ｍ））であるのが良く、このケーブル組立体は、高電圧使用に適した絶縁耐力及び機械的堅牢さを有するのが良い。ケーブル組立体１０４は、２本の３芯ケーブルを左及び右のイヤホン１００のところで終端させることができるようＹ接合部（図示せず）の状態に分割されるのが良い。３芯ケーブルのうちの１本が図１及び図２にイヤホン１００に接続された状態で示されている。ケーブル組立体１０４中の５本の芯線（導線）は、それぞれ、ＤＣバイアス電圧及びＡＣ音声信号の成分、例えば右チャネルの正の極性、右チャネルの負の極性、左チャネルの正の極性及び左チャネルの負の極性を伝えることができる。例えば、ＤＣバイアス電圧は、６００Ｖであるのが良く、ＡＣ音声信号は、２００Ｖピークであるのが良い。幾つかの実施形態では、ＡＣ音声信号は、３００Ｖピーク又は別の電圧であっても良い。ケーブル組立体１０４は、イヤホン１００とのそのインターフェースのところに軟質オーバーモールドを有するのが良く、その結果、ケーブル組立体１０４が曲げられると共に／或いは撚られたときにひずみ逃がし（ひずみ取り）が生じるようになる。別の実施形態では、ケーブル組立体１０４は、平リボンケーブル又は他の適当に構造化されたケーブルであって良い。

スリーブ１０８がノズル１０６に取り付けられるのが良く、このスリーブ１０８は、リスナーの外耳道を周囲環境から音響的に密封する。スリーブ１０８は、イヤホン１００中の静電型変換器２１４からの音のための音響経路だけがノズル１０６を通ってリスナーの外耳道に至るようにする。スリーブ１０８は、フォーム、ゲル、ゴム、シリコーン、又は他の適当な材料で構成されるのが良い。図１に示されたスリーブ１０８は、滑らかな表面を有しているが、スリーブ１０８の一実施形態は、１つ又は２つ以上のフランジを有しても良い。スリーブ１０８は、イヤホン１００の音質を劣化させ得る、堆積した汚染物及びリスナーの外耳道からの耳垢からノズル１０６を保護するためのワックスガード（wax guard ）を更に有するのが良い。幾つかの実施形態では、ノズル１０６は、例えば１５ポンド（６．８ｋｇ）を超える圧潰力がノズル１０６の端部のところでノズル１０６の軸線に垂直に加えられた場合、ハウジング１０２からちぎれるよう設計されているのが良い。

図２は、図１の静電型イヤホン１００の分解組立て図である。ケーブル組立体１０４は、ＤＣバイアス電圧、正の極性の音声信号及び負の極性の音声信号を伝える３本の芯線２０２を備えた状態で示している。イヤホン１００のハウジング１０２とインターフェースするためのケーブル組立体１０４の嵌合部分２０４も又、示されている。ハウジング１０２は、後側イヤピースハウジング２０６及び前側イヤピースハウジング２０８を有する外側ハウジングを含むのが良い。後側イヤピースハウジング２０６及び前側イヤピースハウジング２０８は、適当な嵌合面を用いて互いに嵌合するよう構成されるのが良い。前側イヤピースハウジング２０８は、上述したようにノズル１０６を有するのが良い。後側イヤピースハウジング２０６と前側イヤピースハウジング２０８は、ねじ山、エポキシ、接着剤、及び／又は超音波溶接部によって機械的に結合されても良い。

ハウジング１０２は、後側容積部２１０及び前側容積部２１２を有する内側ハウジングを更に含むのが良い。後側容積部２１０と前側容積部２１２は、適当な嵌合面を用いて互いに嵌合するよう構成されているのが良い。音を発生させる静電型変換器２１４は、内側ハウジング内に設けられるのが良い。内側ハウジングは、外側ハウジング内に設けられるのが良い。後側イヤピースハウジング２０６及び前側イヤピースハウジング２０８内の特徴部は、製造の際に内側ハウジングを外側ハウジング内に設けるのを助けることができる。外側ハウジング及び内側ハウジングのコンポーネントは、非導電性材料、例えばＰＣ／ＡＢＳ、軟質ポリマー製オーバーモールド、硬質ポリマーケース、ポリマーファイバーバッグ、又は織り繊維バッグで構成されるのが良い。ハウジング１０２について外側ハウジング内に設けられた内側ハウジングを利用することによって、リスナーは、２つの層によって静電型変換器２１４から絶縁されるのが良い。したがって、外側ハウジングが例えば圧潰力に起因して破損した場合、内側ハウジングは、リスナーを依然として静電型変換器２１４から絶縁することができる。静電型変換器２１４について以下に更に詳細に説明する。

後側容積部２１０は、音響ポート２１６及び後側容積部２１０の内側で音響ポート２１６を覆って取り付けられた抵抗スクリーン（図示せず）を有するのが良い。抵抗スクリーンは、多孔質であるのが良く、この抵抗スクリーンは、接着剤を用いて後側容積部２１０の内側周りに取り付けられるのが良い。音響ポート２１６及び抵抗スクリーンは、音のインピーダンスを後側容積部２１０から後側イヤピースハウジング２０６中に設定してイヤホン１００の低周波数応答（例えば、１ｋＨｚ未満）を調整するのを助けることができる。水分の侵入に抵抗すると共にノズル１０６の外部からのアイテムの挿入を物理的に遮断する目的で、疎水性の音響ダンパ２２０がノズル１０６の内部に取り付けられるのが良い。ダンパ２２０は、例えばノズル１０６に取り付け可能であり又はこの中に挿入可能である「缶」ダンパ、電鋳スクリーン、ポリエステル又は穴を備えたエッチング金属部品であるのが良い。幾つかの実施形態では、ダンパ２２０は、前側イヤピースハウジング２０８の内側に取り付けられるのが良い。

静電型変換器２１４は、図２に分解組立て図で示されている。静電型変換器２１４は、内側ハウジングの後側容積部２１０及び前側容積部２１２内に設けられるのが良い。静電型変換器２１４は、大きさが互いに等しく且つ位相が逆の音声信号が１対の固定子板３０４Ａ，３０４Ｂに印加され、これら固定子板が変位して固定子板相互間に位置決めされている振動板３０８を撓ませると、音を発生させることができる。すると、振動板３０８が空気を動かし、音声信号に従って音を発生させる。固定子板３０４Ａ，３０４Ｂの各々は、振動板３０８によって生じた音の音響伝達を可能にするための穴を有するのが良い。生じた音を、固定子板３０４Ａ，３０４Ｂの穴及びノズル１０６を通ってリスナーの外耳道に出力することができる。

イヤホン１００の後部密閉性状に起因して、静電型変換器２１４内における振動板３０８の動きは、内側ハウジングの後側容積部２１０及び前側容積部２１２により作られる内部キャビティの剛性により左右され得る。内部キャビティは、後部開放型の静電型イヤホンと比較して比較的小さいので、振動板３０８の変位は、比較的小さい。後部開放型の静電型イヤホン内における振動板の変位は、振動板の小さな質量及び高い基本共鳴振動数に鑑みて、主として、低周波数における振動板の剛性によって制御される。しかしながら、イヤホン１００を用いたリスナーに関して、音響空間は、外耳道に制限される。と言うのは、スリーブ１０８がリスナーの外耳道を周囲環境から音響的に隔離しているからである。したがって、内部キャビティの剛性が振動板３０８の動きを左右するとはいえ、この剛性は、許容できる。と言うのは、後部開放型の静電型イヤホンと比較して、振動板３０８の変位が僅かであっても、これにより適度な音圧レベルが達成されることになるからである。

イヤホン１００の内側ハウジング内に静電型変換器２１４を設けるのを助けるために密封ガスケット３０２Ａ，３０２Ｂがそれぞれ固定子板３０４Ａ，３０４Ｂの外向きの面にくっつけられるのが良い。固定子板３０４Ａ，３０４Ｂの外向きの面は、ケーブル組立体１０４の芯線２０２への電気的接続のための１つ又は２つ以上の接点３１０を更に有するのが良い。振動板リング４０２Ａ，４０２Ｂは、それぞれ、固定子板３０４Ａ，３０４Ｂの振動板に向いた面と振動板３０８との間に位置決めされるのが良い。以下に更に詳細に説明するように、芯線２０２のうちの１本上で運ばれるＤＣバイアス電圧は、接点３１０、固定子板３０４Ａ，３０４Ｂの外側環状導電性部分、及び振動板リング４０２Ａ，４０２Ｂのうちの１つ又は２つ以上を経て振動板３０８に提供されるのが良い。

図３は、図１の静電型イヤホン１００内に設けられるのが良い静電型変換器２１４の平面図である。密封ガスケット３０２が固定子板３０４にくっつけられるのが良く、かかる密封ガスケットは、例えば、独立気泡フォーム、シリコーンゴム、又はポリマーで構成されるのが良く、かかる密封ガスケットは、密封ガスケット３０２を固定子板３０４に接着するために一方の面に施された接着剤を有するのが良い。固定子板のうちの１つ３０４は、図３の静電型変換器２１４の平面図で示されており、この固定子板は、特に、固定子板３０４の外向きの面を示している。固定子板３０４の外向きの面は、内側ハウジングの後側容積部２１０又は前側容積部２１２に向いているのが良い。

固定子板３０４は、タブ部分３１２及び円形部分３１４を有するのが良い。タブ部分３１２は、固定子板３０４をケーブル組立体１０４を介して増幅器に電気的に接続するための接点３１０Ａ，３１０Ｂを有するのが良い。ケーブル組立体１０４の芯線２０２は、ＤＣバイアス信号及びＡＣ音声信号を伝えるために接点３１０にはんだ付けされ又は違ったやり方で電気的に接続されるのが良い。固定子板３０４の円形部分３１４は、振動板３０８により生じた音の音響伝達を可能にする１つ又は２つ以上の非めっき貫通穴（スルーホール）３０６を有するのが良い。固定子板３０４は、以下に更に説明するように選択的に導電性の表面を作るようエッチングされた銅層を備えたエポキシラミネート、例えばＦＲ４で構成されたプリント回路板であるのが良い。特に、図３に示されている固定子板３０４の外向きの面は、接点３１０を除き、非導電性であるのが良い。

固定子板３０４の振動板に向いた面が図６に詳細に示されており、この振動板に向いた面は、振動板リング４０２及び振動板３０８に向いているのが良い。固定子板３０４の振動板に向いた面は、外側環状導電性部分６０２及び中央導電性部分６０４を有するのが良い。固定子板３０４の振動板に向いた面の残部は、非導電性であるのが良い。接点３１０Ａが例えばケーブル組立体１０４の芯線２０２を経て増幅器からのＤＣバイアス電圧に電気的に接続されるのが良い。接点３１０Ａは又、トレース６０６Ａを介して外側環状導電性部分６０２に電気的に接続されるのが良い。このようにして、振動板リング４０２を通り接点３１０Ａ、トレース６０６Ａ、及び外側環状導電性部分６０２を経てＤＣバイアス電圧を振動板３０８に供給することができる。

接点３１０Ｂが例えばケーブル組立体１０４の別の芯線２０２を経て増幅器からのＡＣ音声信号に電気的に接続されるのが良い。接点３１０Ｂは又、トレース６０６Ｂを介して中央導電性部分６０４に電気的に接続されるのが良い。中央導電性部分６０４は、ＤＣバイアス電圧及びＡＣ音声信号の高い電圧に耐えるのに十分な絶縁耐力を有する絶縁誘電体層、例えばドライフィルムはんだマスクで被覆された銅層であるのが良い。幾つかの実施形態では、外側環状導電性部分６０２を除く固定子板３０４の振動板に向いた面は、絶縁誘電体層で被覆されるのが良い。絶縁誘電体層は、振動板３０８が静電型変換器２１４の動作中に撓んだ場合に振動板３０８が固定子板３０４と物理的に接触した場合であっても、振動板３０８と固定子板３０４との短絡を阻止することができる。絶縁誘電体層は又、振動板３０８と固定子板３０４が物理的に接触した場合でも振動板３０８に穴が生じるのを阻止することができる。さらに、静電型変換器２１４の感度は、固定子板３０４を絶縁誘電体層で被覆することによって加減することができる。特に、誘電体層の誘電率及び／又は厚さは、静電型変換器２１４の感度を決定することができる。固定子板３０４に被着された絶縁誘電体層の厚さは、振動板３０８と固定子板３０４との間の間隔よりも小さいのが良い。

別の実施形態では、固定子板３０４の振動板に向いた面は、エレクトレット層、例えばＦＥＰ（弗素化エチレンプロピレン）及び／又はＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）で被覆されるのが良い。エレクトレット層は、ＤＣバイアス電圧を振動板３０８に供給する代わりに、静電型変換器２１４にバイアスをかけるための表面電荷分布状態を有するのが良い。振動板３０８は、この実施形態ではＤＣバイアス電圧に接続されていないが、振動板３０８は、例えば、抵抗値が大きな抵抗器を介してグラウンドに電気的に接続され、又は差分ＡＣ音声信号相互間の抵抗分割器を介して振動板３０８が差分ＡＣ音声信号の中間にバイアスされるのが良い。振動板３０８は、上述したものと同様に接点３１０Ａ、トレース６０６Ａ、外側環状導電性部分６０２、及び振動板リング４０２を経て電気的に接続されるのが良い。

理解されるように、固定子板３０４は、プリント回路板（ＰＣＢ）であるのが良いので、接点３１０Ａ，３１０Ｂは、ＰＣＢの一方の層（例えば、外向きの面）上に存在するのが良く、外側環状導電性部分６０２及び中央導電性部分６０４は、ＰＣＢの１つ又は２つ以上の層（例えば、振動板に向いた面）上に存在するのが良い。ＰＣＢは、他の層、例えばＦＲ４エポキシラミネートで構成されても良い。幾つかの実施形態では、ＦＲ４エポキシラミネート層の後側は、ドライフィルムはんだマスクで覆われるのが良い。ＰＣＢの層は、当該技術分野において知られているように互いに取り付けられるのが良く且つ／或いは互いに接着されるのが良い。接点３１０Ａ，３１０Ｂと部分６０２，６０４との間のそれぞれの電気的接続は、ＰＣＢ上に施されたトレース６０６Ａ，６０６Ｂ及びＰＣＢの層相互間の適当なビアを介して達成されるのが良い。したがって、図６は、プリント回路板の層及びビアを明示的に示すことなく、固定子板３０４の電気的接続部及び形態の単純化された図である固定子板３０４の描写図である。

図４は、静電型変換器２１４の立面図であり、図５は、図３の５‐５線に沿って取った静電型変換器２１４の断面図である。静電型変換器２１４は、密封ガスケット３０２Ａ，３０２Ｂ、固定子板３０４Ａ，３０４Ｂ、振動板リング４０２Ａ，４０２Ｂ、及び振動板３０８を有するのが良い。静電型変換器２１４のコンポーネントの相対厚さが図４及び図５で理解できる。上述したように、振動板３０８は、音声信号が固定子板３０４Ａ，３０４Ｂに印加されたときに音を発生させるために、固定子板３０４Ａ，３０４Ｂ相互間に位置決めされるのが良い。振動板３０８は、接着剤又はエポキシを用いて振動板リング４０２Ａ，４０２Ｂに取り付けられるのが良い。振動板リング４０２Ａ，４０２Ｂは、厚さが０．００５インチ（０．１２７ｍｍ）であるのが良く、例えばステンレス鋼で作られるのが良い。振動板リング４０２Ａ，４０２Ｂの各々は、振動板３０８に張力を加える目的、ＤＣバイアス信号を増幅器から接点３１０Ａ、トレース６０６Ａ、及び外側環状導電性部分６０２を介して振動板３０８に伝送するための電気接点を作る目的、及び固定子板３０４Ａ，３０４Ｂと振動板３０８との間に間隔を設ける目的にかなうと言える。

振動板３０８は、ポリマーフィルム、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）又はＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）で構成されるのが良く、この振動板は、一方又は両方の面上に施された薄い導電性膜を有するのが良い。例えば、振動板３０８は、厚さが０．００００８インチ（０．００２０３２ｍｍ）であるのが良く、この振動板の直径は、０．３３インチ（８．３８２ｍｍ）であるのが良く、振動板３０８上の導電性膜は、５２５Å（オングストローム）であるのが良い。振動板３０８及び振動板リング４０２Ａ，４０２Ｂの構造体を作るため、エポキシが振動板リング４０２Ａ，４０２Ｂ上にスクリーン印刷されるのが良い。振動板３０８の構成材料、例えば、あらかじめ被着された導電性膜を備える張力が加えられた状態のポリマーシートを振動板リング４０２Ａ，４０２Ｂに接触させるのが良い。エポキシを硬化させた後、振動板／振動板リング構造体をポリマーシートから取り外すのが良い。

一実施形態では、静電型イヤホン１００は、ハウジング１０２内で静電型変換器２１４と同軸状に設けられた高周波静電型変換器（図示せず）を有するのが良い。高周波静電型変換器は、例えば５ｍｍ以下の直径を有するのが良く、この高周波静電型変換器は、高い周波数の音を発生させるよう構成されているのが良い。高周波静電型変換器は、上述の静電型変換器２１４と同様に構成されるのが良い。ＡＣ音声信号は、静電型変換器２１４と高周波静電型変換器に並列に接続されるのが良く、その結果、周波数相互間のクロスオーバーが変換器の各々に関する帯域幅の端の値のところに自然に生じるようになる。変形例として、ＡＣ音声信号を供給するクロスオーバー回路を増幅器中に組み込んでも良い。適当な周波数範囲のための別々のＡＣ音声信号をケーブル組立体１０４を介して変換器の各々に伝送しても良い。

図７は、図１の７‐７線に沿って取った静電型イヤホン１００の断面図である。後側イヤピースハウジング２０６及び前側イヤピースハウジング２０８を含む外側ハウジングが前側イヤピースハウジング２０８のノズル１０６と共に図７に示されている。後側イヤピースハウジング２０６と前側イヤピースハウジング２０８は、嵌合肩７０２，７０４により互いに嵌合可能である。後側容積部２１０及び前側容積部２１２を含む内側ハウジングも又、図７に示されている。前側容積部２１２は、静電型変換器２１４により生じた音をノズル１０６に音響的に伝達することができるノズルインターフェース７０６を有するのが良い。

静電型イヤホン１００の二重絶縁特徴部が図７に見られる。具体的には、静電型変換器２１４は、内側ハウジング（後側容積部２１０と前側容積部２１２とから成る）内に設けられるのが良く、内側ハウジングは、外側ハウジング（後側イヤピースハウジング２０６と前側イヤピースハウジング２０８とから成る）内に設けられるのが良い。加うるに、図７で理解できるように、ノズル１０６は、静電型変換器２１４に対して第１の角度をなして差し向けられるのが良く、ノズルインターフェース７０６は、静電型変換器２１４に対してこれとは異なる第２の角度をなして差し向けられるのが良い。ノズル１０６及びノズルインターフェース７０６を互いに異なる角度で差し向けることにより、ノズル１０６を通って挿入されたプローブ又はその他の異物が静電型変換器２１４に物理的に接触するのを阻止することができ、しかも電気ショックの可能性を減少させることができる。

図８は、静電型イヤホンシステム８００のブロック図である。このシステム８００は、静電型イヤホン１００及び特に静電型変換器２１４を含むのが良い。上述したように、静電型変換器２１４は、図８の単純化された図に示されているように１対の固定子板３０４及び振動板３０８を有するのが良い。音声信号増幅器８０２がＡＣ音声信号を固定子板３０４に供給することができ、バイアス電圧電源８０４がＤＣバイアス電圧を振動板３０８に供給することができる。増幅器装置８５０が音声信号増幅器８０２及びバイアス電圧電源８０４を有するのが良い。増幅器装置８５０は、例えばケーブル組立体１０４を経て静電型イヤホン１００と連絡状態にあるのが良い。注目されるべきこととして、図８に示されている静電型イヤホンシステム８００は、１つのイヤピースチャネル、即ち、左側又は右側のイヤピースチャネルを示し、他方のイヤピースチャネルは、実質的に同一の構成を有すると共に音声信号増幅器８０２及びバイアス電圧電源８０４への接続部を有するのが良い。

大きさが等しく位相が逆のＡＣ音声信号を音声信号増幅器８０２から固定子板８０４に印加して固定子板３０４相互間に位置決めされた振動板３０８の変位を生じさせるのが良い。振動板３０８の変位は、音声信号増幅器８０２からのＡＣ音声信号に従って音を発生させることができる。ＡＣ音声信号は、固定子板３０４にそれぞれ電気的に接続されるのが良い正の極性及び負の極性を有するのが良い。音声信号増幅器８０２内の高周波切り換え電源がＤＣバイアス電圧及び増幅器電源レールを作ることができ、その結果、ＡＣ音声信号の電圧は、十分であるようになっている。ＡＣ音声信号は、最大２００Ｖピークであるのが良く、音声信号増幅器８０２からのＡＣ音声信号の電流は、５００μＡ ＲＭＳに制限されるのが良く、高周波切り換え電源の周波数は、例えば、２００ｋＨｚであるのが良い。他の適当な電圧、電流、及び周波数を利用することができる。ＡＣ音声信号を作ることができると共に／或いは外部オーディオソース、例えばメディアプレーヤ、モバイルホン、スマートホン、ステレオシステム、コンピュータ、タブレット、コンパクトディスクプレーヤ、又は他の装置から得ることができる。外部オーディオソースは、ステレオプラグ、ＵＳＢ接続方式、又は他の適当な接続方式により音声信号増幅器８０２に接続されるのが良い。ＡＣ音声信号増幅器８０２は、１つ又は２つ以上の音声利得段、高電圧差分利得段、及び／又は高電圧出力段を有するのが良い。

振動板３０８は、バイアス電圧電源８０４から供給されるＤＣバイアス電圧に電気的に接続されるのが良い。ＤＣバイアス電圧は、６００Ｖであるのが良く、バイアス電圧電源８０４からのＤＣバイアス電圧の電流は、例えば３０μＡに制限されているのが良い。他の適当な電圧電流を利用することができる。電圧増倍回路が適当な電源からＤＣバイアス電圧を生じさせるために用いられるのが良い。幾つかの実施形態では、電源としては、３Ｖ ＤＣ電源（例えば、２つのアルカリ電池）、４．２Ｖリチウムイオン電池、ＵＳＢポート（５Ｖ）、壁コンセントに接続された５Ｖ ＤＣ電源、及び／又は他の電源が挙げられる。電圧増倍回路は、ＤＣバイアス電圧を十分に発生させるために１つ又は２つ以上の高電圧切り換え電源及び／又は他の回路系を含むのが良い。

幾つかの実施形態では、増幅器装置８５０は、ボディーパック又はベルトパックとして構成されるのが良い。電源は、ＡＣ音声信号及びＤＣバイアス電圧を発生させるために増幅器装置８５０内に設けられるのが良い。加うるに、外部オーディオソースが増幅器装置８５０に接続されるのが良い。一実施形態では、増幅器装置８５０のハウジングは、金属で構成されるのが良く、このハウジングの寸法は、３．５インチ×２．５インチ×１インチ（８．８９ｃｍ×６．８５ｃｍ×２．５４ｃｍ）であるのが良い。増幅器装置８５０は、アナログオーディオ入力のための３．５ｍｍステレオ入力ジャック、ＵＳＢレセプタクル、及びＤＣバイアス電圧及びＡＣ音声信号を伝える６ピン出力ジャックを有するのが良い。ケーブル組立体１０４は、ＤＣバイアス電圧及びＡＣ音声信号を例えばイヤホン１００に伝送するよう６ピン出力ジャックに接続されるのが良い。他の適当な入力及び出力、例えば同軸ディジタルジャック、ミニ光ジャック、光ディジタルジャック、ＸＬＲ入力、及び他のインターフェースを増幅器装置８５０に設けることができる。

リスナーを音声信号増幅器８０２及びバイアス電圧電源８０４により生じた高電圧から保護するための安全特徴部が増幅器装置８５０中に設けられるのが良い。具体的に言えば、バイアス電圧電源８０４は、ＤＣバイアス電圧の短絡電流を制限するために抵抗値の大きな抵抗器回路を有するのが良い。ＤＣバイアス電圧の短絡電流は、例えば２０ＭΩの抵抗値を有する抵抗器回路系を用いて３０μＡ未満に制限されるのが良い。増幅器装置８５０のハウジングは、増幅器装置８５０内の回路系に例えばプローブ又は他の異物により直接接近することができないよう構成されているのが良い。さらに、幾つかの実施形態では、音声信号増幅器８０２及びバイアス電圧電源８０４の回路系は、適正な接続が静電型イヤホン１００に施された場合、例えば、ケーブル組立体１０４が増幅器装置８５０中に、例えば６ピン出力ジャック中に適正に挿入された場合にのみアクティブになるのが良い。

音声信号増幅器８０２から駆動されるＡＣ音声信号は、各々が短絡電流制限特徴部を備えた別々の増幅器回路に内部接続されるのが良い。幾つかの実施形態では、増幅器回路中の出力トランジスタのベース電流は、過剰電流が流れた場合、例えば短絡条件の際、出力検出抵抗器シャットダウン回路（停止回路）を通ってブリードされるのが良い。ＡＣ音声信号は、冗長電流制限回路系、例えば、増幅器回路の増幅器レールパストランジスタ中に設けられていて、過剰電流が流れた場合にシャットダウンをトリガする検出抵抗器を更に含むのが良い。ＡＣ音声信号の電流は、例えば短絡時に５００μＡ ＲＭＳ未満に制限されるのが良い。過剰の電流が流れた場合、増幅器回路装置８５０の電源が切られて再投入されるまで、ラッチが音声信号増幅器８０２の高周波切り換え電源をシャットダウンするのが良い。

本開示内容は、本技術の真の、意図した、そして公平な範囲及び精神を限定するものではなく、本技術による種々の実施形態をどのように構成して使用するかを説明することを意図している。上述の説明は、網羅的ではなく、或いは、開示した形態そのものに制限されるわけではない。上述の教示に照らして改造又は変形が可能である。実施形態は、説明した技術の原理及びその実用的な用途の最善の説明を提供すると共に当業者が想定した特定の用途に合うように技術を種々の実施形態及び種々の改造例で利用することができるように選択されると共に説明されている。かかる全ての改造例及び変形例は、特許を得るための本願の係属中に補正される場合がある添付の特許請求の範囲の記載に基づいて定められた実施形態及び本発明が公平に、法上、そして均等論上受ける資格のある保護範囲の広さに従って解釈された場合におけるその全ての均等例の範囲内にある。

Claims (20)

1. イヤホン組立体であって、
   外耳道への音の音響的伝達のためのノズルを有する後部密閉型ハウジングを含み、
   前記ノズルの外部に取り外し可能に取り付けられたスリーブであって、前記外耳道を音響的に密封するためのスリーブを含み、
   前記後部密閉型ハウジング内に設けられた静電型変換器を含み、前記静電型変換器は、 導電層を備えた振動板を有し、
   各々が前記振動板のそれぞれの面と接触状態にある１対の振動板リングを有し、前記１対の振動板リングのうちの少なくとも一方は、前記振動板の前記導電層と電気的接触状態にあり、
   １対の固定子板を有し、前記１対の固定子板の各々は、
   ＤＣバイアス電圧及び前記１対の振動板リングのうちの一方と電気的接触状態にある外側環状導電性部分を有し、
   誘電体層を備えた中央導電性部分を有し、前記中央導電性部分は、ＡＣ音声信号と電気的接触状態にあり、
   複数個の穴を有し、
   前記１対の固定子板の各々と前記振動板は、前記１対の振動板リングの各々によって離隔され、
   前記振動板は、前記ＤＣバイアス電圧及びＡＣ音声信号が供給されたときに前記音を発生させ、
   前記音は、前記１対の固定子板の各々の前記複数個の穴を通り、そして前記ノズルを通って出力される、イヤホン組立体。
2. 前記後部密閉型ハウジングは、
   外側ハウジングと、
   前記外側ハウジング内に設けられた内側ハウジングとを有し、
   前記静電型変換器は、前記内側ハウジング内に設けられている、請求項１記載のイヤホン組立体。
3. 前記内側ハウジングは、音響ポート及び前記音響ポートを覆って設けられた抵抗スクリーンを有する、請求項２記載のイヤホン組立体。
4. 前記内側ハウジングは、前記ノズルの内部と嵌合するようになったノズルインターフェースを有し、前記ノズルインターフェースは、前記振動板から前記ノズルへの前記音の音響的伝達のためのものであって前記振動板に対して第１の角度をなして位置決めされ、
   前記ノズルは、前記振動板に対して第２の角度をなして位置決めされている、請求項２記載のイヤホン組立体。
5. 前記静電型変換器は、各々が前記１対の固定子板の各々及び前記後部密閉型ハウジングと接触状態にある１対の密封ガスケットを更に有する、請求項１記載のイヤホン組立体。
6. 前記ノズルの内部に取り付けられた疎水性の音響ダンパを更に含む、請求項１記載のイヤホン組立体。
7. 前記１対の固定子板と電気的接触状態にある複数本のリード線を含むケーブル組立体を更に含み、前記複数本のリード線は、前記ＤＣバイアス電圧及び前記ＡＣ音声信号を伝送する、請求項１記載のイヤホン組立体。
8. 前記１対の固定子板は各々、プリント回路板を含む、請求項１記載のイヤホン組立体。
9. 前記１対の固定子板の各々は、
   前記外側環状導電性部分、前記中央導電性部分、及び前記複数個の穴を有する円形部分と、
   前記ＤＣバイアス電圧及び前記ＡＣ音声信号に電気的に接続可能な複数個の接点を有するタブ部分と、
   前記複数個の接点を前記外側環状導電性部分及び前記中央導電性部分に電気的に接続する複数個の導電性トレースとを更に有する、請求項１記載のイヤホン組立体。
10. 前記後部密閉型ハウジング内の前記静電型変換器と同軸状に設けられた高周波静電型変換器を更に含む、請求項１記載のイヤホン組立体。
11. イヤホンシステムであって、
    外耳道への音の音響的伝達のためのノズルを有する後部密閉型ハウジングを含み、
    前記ノズルの外部に取り外し可能に取り付けられたスリーブであって、前記外耳道を音響的に密封するためのスリーブを含み、
    前記後部密閉型ハウジング内に設けられた静電型変換器を含み、前記静電型変換器は、 導電層を備えた振動板を有し、
    各々が前記振動板のそれぞれの面と接触状態にある１対の振動板リングを有し、前記１対の振動板リングのうちの少なくとも一方は、前記振動板の前記導電層と電気的接触状態にあり、
    １対の固定子板を有し、前記１対の固定子板の各々は、
    ＤＣバイアス電圧及び前記１対の振動板リングのうちの一方と電気的接触状態にある外側環状導電性部分を有し、
    誘電体層を備えた中央導電性部分を有し、前記中央導電性部分は、ＡＣ音声信号と電気的接触状態にあり、
    複数個の穴を有し、
    増幅器を含み、前記増幅器は、
    電源から前記ＤＣバイアス電圧を発生させるバイアス電圧供給回路と、
    前記増幅器によって受け取った音声入力信号から前記ＡＣ音声信号を発生させる音声信号増幅器回路とを有し、
    前記１対の固定子板の各々と前記振動板は、前記１対の振動板リングの各々によって離隔され、
    前記振動板は、前記ＤＣバイアス電圧及びＡＣ音声信号が供給されたときに前記音を発生させ、
    前記音は、前記１対の固定子板の各々の前記複数個の穴を通り、そして前記ノズルを通って出力される、イヤホンシステム。
12. 前記後部密閉型ハウジングは、
    外側ハウジングと、
    前記外側ハウジング内に設けられた内側ハウジングとを有し、
    前記静電型変換器は、前記内側ハウジング内に設けられている、請求項１１記載のイヤホンシステム。
13. 前記内側ハウジングは、前記ノズルの内部と嵌合するようになったノズルインターフェースを有し、前記ノズルインターフェースは、前記振動板から前記ノズルへの前記音の音響的伝達のためのものであって前記振動板に対して第１の角度をなして位置決めされ、
    前記ノズルは、前記振動板に対して第２の角度をなして位置決めされている、請求項１２記載のイヤホンシステム。
14. 前記静電型変換器は、各々が前記１対の固定子板の各々及び前記後部密閉型ハウジングと接触状態にある１対の密封ガスケットを更に有する、請求項１１記載のイヤホンシステム。
15. 前記ノズルの内部に取り付けられた疎水性の音響ダンパを更に含む、請求項１１記載のイヤホンシステム。
16. 前記１対の固定子板と電気的接触状態にある複数本のリード線を含むケーブル組立体を更に含み、前記複数本のリード線は、前記バイアス電圧供給回路からの前記ＤＣバイアス電圧及び前記音声信号増幅器回路からの前記ＡＣ音声信号を伝送する、請求項１１記載のイヤホンシステム。
17. 前記ケーブル組立体は、前記後部密閉型ハウジングとインターフェースするようになった軟質オーバーモールドを含み、前記軟質オーバーモールドは、ひずみ逃がしのためのものである、請求項１６記載のイヤホンシステム。
18. 前記１対の固定子板の各々は、
    前記外側環状導電性部分、前記中央導電性部分、及び前記複数個の穴を有する円形部分と、
    前記バイアス電圧供給回路からの前記ＤＣバイアス電圧及び前記音声信号増幅器回路からの前記ＡＣ音声信号に電気的に接続可能な複数個の接点を有するタブ部分と、
    前記複数個の接点を前記外側環状導電性部分及び前記中央導電性部分に電気的に接続する複数個の導電性トレースとを更に有する、請求項１１記載のイヤホンシステム。
19. 前記電源は、バッテリ、ＵＳＢポート、又は壁コンセントに接続された電源のうちの１つ又は２つ以上を有する、請求項１１記載のイヤホンシステム。
20. イヤホン組立体であって、
    外耳道への音の音響的伝達のためのノズルを有する後部密閉型ハウジングを含み、
    前記ノズルの外部に取り外し可能に取り付けられたスリーブであって、前記外耳道を音響的に密封するためのスリーブを含み、
    前記後部密閉型ハウジング内に設けられた静電型変換器を含み、前記静電型変換器は、 導電層を備えた振動板を有し、
    各々が前記振動板のそれぞれの面と接触状態にある１対の振動板リングを有し、前記１対の振動板リングのうちの少なくとも一方は、前記振動板の前記導電層と電気的接触状態にあり、
    永続的電荷を有するエレクトレット層を備えた１対の固定子板を有し、前記１対の固定子板の各々は、
    前記１対の振動板リングのうちの一方と電気的接触状態にある外側環状導電性部分と、
    ＡＣ音声信号と電気的接触状態にある中央導電性部分と、
    複数個の穴とを有し、
    前記１対の固定子板の各々と前記振動板は、前記１対の振動板リングの各々によって離隔され、
    前記振動板は、前記ＡＣ音声信号が供給されたときに前記音を発生させ、
    前記音は、前記１対の固定子板の各々の前記複数個の穴を通り、そして前記ノズルを通って出力される、イヤホン組立体。

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