JP6143321B1

JP6143321B1 - イヤホン及びヘッドホン

Info

Publication number: JP6143321B1
Application number: JP2017012584A
Authority: JP
Inventors: 嘉之渡部
Original assignee: O2AID, INC.
Current assignee: O2AID, INC.
Priority date: 2017-01-26
Filing date: 2017-01-26
Publication date: 2017-06-07
Anticipated expiration: 2037-01-26
Also published as: JP2018121263A

Abstract

【課題】圧電ツイータを利用したイヤホン及びヘッドホンであって、圧電ツイータが故障した場合にもアンプに過電流が流れることのないものを提供すること。【解決手段】振動板５１に圧電素子５２を付設したツイータ５と、振動板に圧電素子を付設したものではないウーハ６と、ツイータ５及びウーハ６に電気信号を送信するためのコード２と、ツイータ５に直列に備えられた保護抵抗４とを備えるイヤホン又はヘッドホンを提供する。保護抵抗４は幅広となるので、コード２以外の機材に付することが好ましい。【選択図】図３

Description

本発明は、イヤホン及びヘッドホンに関する。

イヤホン、ヘッドホン等に用いられる小型のスピーカとしては、電磁式のアクチュエータを用いた発音体を筐体内部に実装して音を出すものが広く用いられている。しかしながら昨今の広帯域の周波数帯を持つ楽曲の配信により、より高周波数帯域まで再生可能なイヤホンの需要が高まってきた。その結果、圧電セラミックの高周波再生能力を応用して、振動板に圧電素子を付設したツイータ（「圧電ツイータ」と呼ぶ）と圧電式でない（例えばダイナミック型の）ウーハとを並列接続したイヤホンやヘッドホンが提案されている。

かかるイヤホン（ヘッドホン）は、スマートホン等の小型機器に接続して用いられることが多い。その場合、小型機器のアンプは、過電流等に対応するヒューズ等を有していないことが多い。ここで、圧電ツイータは、故障すると電極間が短絡する。すなわち、アンプに接続された負荷が過小になり、アンプに過電流が流れることとなる。その結果、アンプも破壊されることになる。この点が、故障すると電極間が絶縁する圧電式でないスピーカとの大きな相違である。

上記の問題を解決するためには、圧電ツイータに対して直列に、過電流を防止するための抵抗（保護抵抗）を付加することが考えられる。しかし、保護抵抗は出力音圧を低下さセルこととなり、イヤホンやヘッドホンに実装することは容易でない。

圧電素子に直列に抵抗を備える回路としては、特許文献１に示すように、共振周波数を調整するための抵抗が開示されている。しかし、電源及びアンプを含む回路の全体として設計されたものであり、プラグを介して各種のアンプに接続されるイヤホンやヘッドホンの単体としての設計に利用できるものではない。

特開２０１６−１６３４３７号公報

本発明は、圧電ツイータを利用したイヤホン及びヘッドホンであって、圧電ツイータが故障した場合にもアンプに過電流が流れることのないものを提供することを課題とする。

本発明のイヤホン及びヘッドホンは、
振動板に圧電素子を付設したツイータと、
振動板に圧電素子を付設したものではないウーハと、
前記ツイータ及び前記ウーハに電気信号を送信するためのコードと、
保護抵抗とを備え、
前記コードは、主コードがツイータコードとウーハコードとに分岐して前記ツイータと前記ウーハとを電気的に並列接続し、
前記保護抵抗は、前記主コード又は前記ツイータコードに設けられることを特徴とする。

この特徴によれば、圧電ツイータが故障した場合にも、保護抵抗によって電流が制限され、アンプに過電流が流れることがない。

本発明のイヤホン及びヘッドホンは、
前記ツイータ及び前記ウーハを収容する筐体を備え、
前記保護抵抗は、前記筐体内部に配されることを特徴とする。

この特徴によれば、保護抵抗が筐体内部に配され、コードと干渉することがない。すなわち、使用時にコードの移動や湾曲を妨げてしまうことがない。

本発明のイヤホン及びヘッドホンは、
音響出力機器に前記コードを接続するためのプラグを備え、
前記保護抵抗は、前記プラグ内部に配されることを特徴とする。

この特徴によれば、保護抵抗がプラグ内部に配され、コードと干渉することがない。すなわち、使用時にコードの移動や湾曲を妨げてしまうことがない。

本発明のイヤホンは、
右耳用イヤホンと、
左耳用イヤホンと、
前記右耳用イヤホンの前記コードと前記左耳用イヤホンの前記コードとを結合する結合材を備え、
前記保護抵抗は、前記結合材内部に配されることを特徴とする。

この特徴によれば、保護抵抗が結合材内部に配され、コードと干渉することがない。すなわち、使用時にコードの移動や湾曲を妨げてしまうことがない。

本発明のイヤホン及びヘッドホンは、
前記保護抵抗の抵抗値は、前記ツイータを短絡させた場合の、前記コード、前記ウーハ及び前記保護抵抗による合成抵抗が４Ω以上となる抵抗値であることを特徴とする。

この特徴によれば、圧電ツイータが故障した場合においても、アンプに接続される回路は４Ω以上の抵抗を有する。アンプに過電流が流れてしまうことがない。

本発明のイヤホン及びヘッドホンは、
前記保護抵抗の抵抗値は、前記ツイータ及び前記ウーハへの与電圧が、前記保護抵抗を設けない場合の前記ツイータ及び前記ウーハへの与電圧に対して２分の１以上となる抵抗値であることを特徴とする。

この特徴によれば、保護抵抗を付した場合のウーハ及びツイータへの与電圧が付さない場合の２分の１以上となる。すなわち、保護抵抗による音圧低下が３ｄＢ以下となり、保護抵抗を付することによる音質の劣化が抑制される。

本発明によれば、圧電ツイータが故障した場合にもアンプに過電流が流れることのないイヤホン及びヘッドホンが提供される。

図１は、イヤホンの構成を示す図である。（実施例１）図２は、筐体の構成を示す図である。（実施例１）図３は、イヤホンの回路を示す図である。（実施例１）図４は、筐体の構成を示す図である。（実施例２）図５は、イヤホンの回路を示す図である。（実施例２）図６は、イヤホンの回路を示す図である。（実施例３）図７は、イヤホンの回路を示す図である。（実施例３）

以下、本発明の実施例を説明する。

図１は、イヤホンの構成を示す図である。イヤホン１は、２つの筐体１１ａ、１１ｂ、結合材１２、プラグ１３を備える。

筐体１１ａ（１１ｂ）と結合材１２との間は、主コード２ａ（２ｂ）で接続され、結合材１２において主コード２ａ、２ｂが結合されて１本の主コード２となり、主コード２がプラグ１３に接続されている。

結合材１２とプラグ１３との間は、主コード２で接続されている。

図２は、筐体の構成を示す図である。筐体１１ａは左耳用のものであり、筐体１１ｂは右耳用のものである。図は筐体１１ａを示すが、筐体１１ｂについても同様である。

筐体１１ａは、内部に、ツイータ５ａ及びウーハ６ａを備えている。ツイータ５ａは、振動板５１ａに圧電素子５２ａを付設して圧電方式のものである。ウーハ６ａは電磁方式のものである。ツイータ５ａとウーハ６ａとは、電気的に並列に接続されている。

図３は、イヤホンの回路を示す図である。主コード２は、アースコード３ｅ、左チャネル信号コード３ａ、右チャネル信号コード３ｂを有している。音響機器に接続されたプラグ１３から、左チャネル信号コード３ａ及び右チャネル信号コード３ｂに音響信号が伝送される。

結合材１２において、アースコード３ｅは、主コード２ａ、２ｂの両方に接続される。左チャネル信号コード３ａは主コード２ａに、右チャネル信号コード３ｂは主コード２ａに、それぞれ接続される。

筐体１１ａには、主コード２ａ、すなわち左チャネル信号コード３ａ及びアースコード３ｅが接続される。筐体１１ｂには、主コード２ｂ、すなわち右チャネル信号コード３ｂ及びアースコード３ｅが接続される。

筐体１１ａ内において、左チャネル信号コード３ａとアースコード３ｅとの間で、ツイータコード３ｔａを介したツイータ５ａと、ウーハコード３ｗａを介したウーハ６とが、並列に接続されている。

左チャネル信号コード３ａには、保護抵抗４ｘが設けられている。

筐体１１ｂについても、筐体１１ａと同様である。

以下、イヤホン１の抵抗値について検討する。

プラグ１３から、筐体１１ａ内のツイータコード３ｔａとウーハコード３ｗａとの分岐点までの主コード２、２ａの抵抗をＲｃとする。ツイータ５ａ（ツイータコード３ｔａを含むものとするが、実質的にツイータ５ａのみ）の抵抗（インピーダンス）をＲｔとする。ウーハ６ａ（ウーハコード３ｗａを含むものとするが、実質的にウーハ６ａのみ）の抵抗（インピーダンス）をＲｗとする。また保護抵抗４ｘの抵抗値をＲｐとする。

プラグ１３を介してイヤホン１に接続されるアンプから見たイヤホン１の抵抗値Ｒ_１は、
である。圧電ツイータ５ａは、実質的にはコンデンサであり、抵抗値Ｒｔは大きい。ＲｔがＲｗに対して十分に大きいものとすれば、抵抗値Ｒ_１は以下のように近似される。

ツイータ５ａが故障し、短絡した場合に、アンプから見たイヤホン１の抵抗値Ｒ_２は、数１においてＲｔ＝０とし、
である。

ここで、アンプは４Ωのインピーダンスのスピーカを駆動できるものとし、アンプに過電流が流れないためには、Ｒ_２≧４Ωであればよい。多くのイヤホンにおいてＲｃ＝２Ωであるので、Ｒｐ≧２Ωとなる保護抵抗を用いることで、Ｒ_２≧４Ωとすることができる。

ツイータ５ａ及びウーハ６ａへの与電圧Ｖ_１は、アンプの出力電圧をＶとして、
である。保護抵抗４ｘがない場合のツイータ５ａ及びウーハ６ａへの与電圧Ｖ_０は、アンプの出力電圧をＶとして、
である。

保護抵抗による音圧低下が３ｄＢ以下となり、保護抵抗を付することによる音質の劣化が抑制されるためには、Ｖ_１／Ｖ_０≧（１／２）となることが必要である。数４、数５より、
であり、ＲｔがＲｗに対して十分に大きいものとすれば、Ｖ_１／Ｖ_０は以下のように近似される。

Ｒｐ≦Ｒｃ＋Ｒｗとなる保護抵抗を用いることで、Ｖ_１／Ｖ_０≧（１／２）とすることができる。多くのイヤホンにおいてＲｃ＝２Ωであるので、ウーハのインピーダンスＲｗが広く用いられるＲｗ＝８Ωであるとすると、Ｒｐ≦１０Ωとなる保護抵抗を用いることで、Ｖ_１／Ｖ_０≧（１／２）とすることができる。

２Ω≦Ｒｐ≦１０Ωとなる保護抵抗４ｘを用いることで、保護抵抗４ｘによってアンプに過電流が流れず、かつ、保護抵抗４ｘを付することによる音質の劣化が抑制されたイヤホンとなる。

以上詳細に説明したように、本実施例のイヤホン１によれば、保護抵抗４ｘによってアンプに過電流が流れることを防止する。また、保護抵抗４ｘを付することによる音質の劣化が３ｄＢ以下とできる。圧電ツイータが故障した場合にもアンプに過電流が流れることのない、音質の良いイヤホンが提供される。

また、保護抵抗４ｘが筐体１１ａ、１１ｂ内に設けられているので、イヤホン使用時の主コード２，２ａ，２ｂの移動、湾曲が妨げられることがない。

なお、主コード２においてアースコード３ｅを１本とし、結合具１２において分岐したが、分岐をなくして主コード２でも２本のアースコード３ｅを用いてもよい。

また、筐体１１ａ、１１ｂの２つでなく、いずれか１つのみを備えたモノラルイヤホンとしてもよい。

本実施例は、保護抵抗を設ける位置が実施例１と相違するものである。他の点は実施例１と同様であり、詳細な説明を省略する。

図４は、筐体の構成を示す図である。実施例１において左チャネル信号コード３ａに設けられた保護抵抗４ｘに替えて、ツイータコード３ｔａに保護抵抗４ｙが設けられている。

図５は、イヤホンの回路を示す図である。この図に基づいてイヤホン１の抵抗値を求める。

プラグ１３を介してイヤホン１に接続されるアンプから見たイヤホン１の抵抗値Ｒ_１は、
である。

ツイータ５ａが故障し、短絡した場合に、アンプから見たイヤホン１の抵抗値Ｒ_２は、数８においてＲｔ＝０とし、
である。

アンプに過電流が流れないためには、Ｒ_２≧４Ωであればよい。多くのイヤホンにおいてＲｃ＝２Ωであるので、ウーハのインピーダンスＲｗが広く用いられるＲｗ＝８Ωであるとすると、Ｒｐ≧（８／３）Ω≒２．７Ωとなる保護抵抗を用いることで、Ｒ_２≧４Ωとすることができる。

保護抵抗４ｙ、ツイータ５ａ、ウーハ６ａの合成抵抗は、保護抵抗４ｙの抵抗値Ｒｐが大きいほど大きな値となる。すなわち、Ｒｐが大きくなると、ウーハ６ａへの与電圧は大きくなる。ツイータ５ａへの与電圧はウーハ６ａへの与電圧の値をＲｔとＲｐで按分した際のＲｔの側に相当する値となるが、Ｒｔが大きな値であるので、ツイータ５ａへの与電圧が大きく減少することはない。すなわち、Ｒｐを大きくしても、保護抵抗による音圧低下が問題となることはない。

Ｒｐ≧（８／３Ａ）Ωとなる保護抵抗４ｙを用いることで、保護抵抗４ｙによってアンプに過電流が流れず、かつ、保護抵抗４ｙを付することによる音質の劣化のないイヤホンとなる。Ｒｐの値を実施例１よりも大きくすることが可能である。ただし、ツイータ５ａの音質に鑑み、過大な値としないことが好ましい。

以上詳細に説明したように、本実施例のイヤホン１によっても、保護抵抗４ｙによってアンプに過電流が流れることを防止し、保護抵抗４ｙを付することによる音質の劣化が小さく、イヤホン使用時の主コード２，２ａ，２ｂの移動、湾曲が妨げられることがない、音質の良いイヤホンが提供される。

図６は、イヤホンの回路を示す図である。実施例１における保護抵抗４ｘに替えて、保護抵抗４ｚが、プラグ１３内部に設けられている。

図７は、イヤホンの回路を示す図である。実施例１における保護抵抗４ｘに替えて、保護抵抗４ｚが、結合材１２内部に設けられている。

図６、図７のいずれにおいても、保護抵抗４ｚによってイヤホン使用時の主コード２，２ａ，２ｂの移動、湾曲が妨げられることがない。また、イヤホン１の抵抗の計算は実施例１と同一である。

以上詳細に説明したように、本実施例のイヤホン１によっても、保護抵抗４ｚによってアンプに過電流が流れることを防止し、保護抵抗４ｚを付することによる音質の劣化が小さく、イヤホン使用時の主コード２，２ａ，２ｂの移動、湾曲が妨げられることがない、音質の良いイヤホンが提供される。

以上、実施例１〜３において、イヤホンについて説明した。圧電ツイータを利用する場合に音響信号を伝達する電気回路上に保護抵抗を設けることは、イヤホンに限らず、ヘッドホンにおいても可能である。本発明は、ヘッドホンにも適用可能である。

圧電ツイータが故障した場合にもアンプに過電流が流れることのないイヤホン又はヘッドホンである。多くのイヤホン又はヘッドホンの生産者による利用が考えられる。

１イヤホン
１１ａ筐体
１１ｂ筐体
１２結合材
１３プラグ
２主コード
２ａ主コード（左チャネル用）
２ｂ主コード（右チャネル用）
３ａ左チャネル信号コード
３ｂ右チャネル信号コード
３ｅアースコード
３ｔａツイータコード
３ｔｂツイータコード
３ｗａウーハコード
３ｗｂウーハコード
４ｘ保護抵抗
４ｙ保護抵抗
４ｚ保護抵抗
５ａツイータ
５ｂツイータ
６ａウーハ
６ｂウーハ

Claims

振動板に圧電素子を付設したツイータと、
振動板に圧電素子を付設したものではないウーハと、
前記ツイータ及び前記ウーハに電気信号を送信するためのコードと、
保護抵抗とを備え、
前記コードは、主コードがツイータコードとウーハコードとに分岐して前記ツイータと前記ウーハとを電気的に並列接続し、
前記保護抵抗は、前記主コード又は前記ツイータコードに設けられることを特徴とする、イヤホン及びヘッドホン。
前記ツイータ及び前記ウーハを収容する筐体を備え、
前記保護抵抗は、前記筐体内部に配されることを特徴とする、請求項１に記載のイヤホン及びヘッドホン
音響出力機器に前記コードを接続するためのプラグを備え、
前記保護抵抗は、前記プラグ内部に配されることを特徴とする、請求項１に記載のイヤホン及びヘッドホン
右耳用イヤホンと、
左耳用イヤホンと、
前記右耳用イヤホンの前記コードと前記左耳用イヤホンの前記コードとを結合する結合材を備え、
前記保護抵抗は、前記結合材内部に配されることを特徴とする、請求項１に記載のイヤホン。
前記保護抵抗の抵抗値は、前記ツイータを短絡させた場合の、前記コード、前記ウーハ及び前記保護抵抗による合成抵抗が４Ω以上となる抵抗値であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のイヤホン及びヘッドホン。
前記保護抵抗の抵抗値は、前記ツイータ及び前記ウーハへの与電圧が、前記保護抵抗を設けない場合の前記ツイータ及び前記ウーハへの与電圧に対して２分の１以上となる抵抗値であることを特徴とする、請求項５に記載のイヤホン及びヘッドホン。