JP6210595B2 - コンデンサヘッドホンユニット - Google Patents

Description

この発明は、振動板の固有共振を抑えることで、周波数特性を改善したコンデンサヘッドホンユニットに関する。

コンデンサヘッドホンユニットは、例えば振動板に所定の直流電圧（成極電圧）を印加した状態で、前記振動板に対峙する固定極に音声再生用の信号電圧を加えられる。これにより、固定極と振動板との間に発生する静電引力および斥力により振動板が振動し、音声波が生成される。
そして、この振動板の振動に伴って生ずる音声波は、固定極に穿設された複数の開口（貫通孔）を通って、コンデンサヘッドホンを装着した利用者の耳に到達するように構成されている。

前記したコンデンサヘッドホンユニットを構成する振動板には、一般に合成樹脂膜が用いられている。この合成樹脂膜に金属膜が蒸着等の手段により成膜される。そして、合成樹脂膜は、所定の張力が付与された状態で、支持リングによって保持されている。したがって前記振動板は、特定の固有共振を有する。この固有共振は周波数特性の平坦化を疎外する要因であり、例えばヘッドホンにおいては、音質を左右する。

ところで、このコンデンサヘッドホンユニットに機能が類似するコンデンサマイクロホンユニットにおいては、振動板と固定極の間隔は１０μｍ〜０．２ｍｍ程度ある。したがって、固定極に施される開口（貫通孔）は、振動板を薄空気層で制動するように設計される。このためにコンデンサマイクロホンユニットにおいては、振動板の全体が薄空気層による制動抵抗を受けることになり、振動板の固有共振は発生しない。なおこれに関する基礎論文が、非特許文献１に開示されている。

前記したコンデンサマイクロホンユニットにおいては、薄空気層の働きにより振動板の固有共振は生じない。対して、この発明の対象とするコンデンサヘッドホンユニットにおいては、振動板と固定極との間隔は概ね０．５ｍｍ以上に設定される。そのため、従来技術のコンデンサヘッドホンユニットでは、薄空気層の働きによる制動を期待できない。これは、音波を放射する機能を持たせるために振動板の振幅が大きいことを要因としている。

加えて、固定極には音声波を効率的に透過させる必要があることから、多くの開口を設ける必要がある。これらの理由により、コンデンサヘッドホンユニットを構成する振動板は、前記したコンデンサマイクロホンユニットと同様に薄空気層によって制動させることは構造上において不可能である。

そこで、本件出願人はコンデンサヘッドホンユニットにおいて、前記した振動板を制動する手段として、振動板に対峙する固定極の背面側に、複数の音響抵抗孔を備えた抵抗板を前記固定極と平行に配置した構成について先に提案をしている。これは特許文献１に開示されている。

特開２０１０−２８８１０７号公報

山本武雄：「薄流体層と均一に分布した多数の孔でできた音響系の等価回路」電気通信学会誌、４８巻７号、１１８３〜１１８９頁

ところで、特許文献１に開示されたコンデンサヘッドホンユニットにおいては、前記したとおり複数の音響抵抗孔を備えた抵抗板を、振動板に対峙する固定極の背面側に備えるものである。したがってヘッドホンユニットの部品点数が増加し、必然的に組み立て工数も増加するなどの課題が残されたものとなり、改良の余地がある。

したがって、この発明は特に部品点数を増加させることなく、振動板の固有共振の発生を効果的に抑えることができるコンデンサヘッドホンユニットを提供することを課題とするものである。

前記した課題を解決するためになされたこの発明に係るコンデンサヘッドホンユニットは、支持リングに所定の張力をもって取り付けられた振動板と、前記振動板に対峙して配置され複数の貫通孔が施された固定極とを備えたコンデンサヘッドホンユニットであって、前記振動板を取り付けた支持リングの内周側近傍において、前記振動板と前記固定極を外周部で保持する絶縁座との間に、隙間の狭い薄空気層が形成され、前記薄空気層により、振動板の振幅動作に制動を加えるように構成したことを特徴とする。

この場合、前記薄空気層は前記振動板が取り付けられた支持リングの内周に沿って、連続して環状に形成されることが望ましい。

この発明に係る一つの好ましい形態においては、前記薄空気層は前記支持リングから振動板の中央部に向かう一定の領域において、同一寸法の隙間によって形成される。また、好ましい他の一つの形態においては、前記薄空気層は前記支持リングから振動板の中央部に向かって、隙間が漸次増大するようにして形成される。

加えて、この発明に係るコンデンサヘッドホンユニットは、振動板を挟んで、振動板の両側にそれぞれ固定極が備えられ、振動板に成膜された金属膜に成極電圧が加えられると共に、前記各固定極に互いに逆相の信号電圧が加えられるプッシュプル駆動型コンデンサヘッドホンユニットに好適に利用することができ、前記振動板が取り付けられた支持リングの内周側近傍において、前記振動板の両面に前記薄空気層がそれぞれ形成された構成が採用される。

この発明に係るコンデンサヘッドホンユニットによると、振動板を取り付けた支持リングの内周側近傍において隙間の狭い薄空気層が形成される。この薄空気層は空気の流れに抵抗が生ずるために、振動板の振幅動作に制動を加えるように作用する。この構成により薄空気層による制動抵抗を振動板の周縁部においてのみ作用させることができる。

すなわち、前記振動板は支持リングの近傍において制動抵抗が加わる。そのため振動板を所定の張力をもって固定する前記した支持リングを終端とする振動の反射作用を効果的に低減できる。これにより、固有モードの共振作用の発生を抑えた振動板を構成することができる。
したがって、振動板に生ずる特定の固有共振を排除することができ、周波数特性の平坦化を実現したコンデンサヘッドホンユニットを提供することができる。

この発明に係るコンデンサヘッドホンユニットを一方の面から視た固定極の正面図である。 図１に示すコンデンサヘッドホンユニットを分解した状態の中央断面図である。 コンデンサヘッドホンユニットを駆動する回路構成の一例を示した結線図である。 コンデンサヘッドホンユニットの要部の拡大断面図である。 コンデンサヘッドホンユニットの他の例を示す要部の拡大断面図である。

以下、この発明に係るコンデンサヘッドホンユニットについて、図に示す実施の形態に基づいて説明する。なお、以下に説明する各図においては、同一部分もしくは同一の機能を果たす部分を同一符号で示しているが、紙面の都合により一部の図面においては代表的な部分に符号を付け、詳細な構成はその他の図面に付けた符号を引用して説明する場合もある。

図１および図２は、振動板を挟んで振動板の両側にそれぞれ固定極が備えられたプッシュプル駆動型のコンデンサヘッドホンユニット１を示している。図１はヘッドホンユニット１を一方の面から視た固定極の正面図である。図２はヘッドホンユニットを分解した中央断面図である。

前記振動板１１には、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）や、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）などの合成樹脂膜が用いられる。この合成樹脂膜の例えば一方の面には、図示していないが金（Ａｕ）などの金属膜が成膜されている。
そして、前記振動板１１は所定の張力が付与された状態で、金属素材によりリング状に成形された一対の支持リング１２，１２間に保持されている。

前記振動板１１を間にして、前後に一対の固定極１３，１３が配置される。すなわち、各固定極１３，１３は、例えばアルミニウムなどの金属素材によりそれぞれ円板状に形成される。そして、図２に示されているように、その周縁がリング状に形成された一対の絶縁座１４，１４によってそれぞれ支持される。なおこの場合、固定極１３はその周縁において、必要に応じて接着剤を用いて絶縁座１４に対して固定される。
また前記各絶縁座１４，１４の対向する位置には、それぞれリング状の凹み部１４ａが形成されている。この各凹み部１４ａ，１４ａに前記振動板１１を保持する一対の支持リング１２，１２が挟まれる形態で取り付けられる。これによりコンデンサヘッドホンユニット１が構成されている。

図１に示すように、前記固定極１３にはその全面にわたって複数の貫通孔１３ａが形成される。この貫通孔１３ａを介して振動板１１により生成される音声波が取り出される。そして、一方の固定極１３が使用者の耳側である前面側に配置される。他方の固定極１３は、前記振動板１１を介した背面側に配置される。
このヘッドホンユニット１は、図示しないイヤーパット等を有する周知のヘッドホンハウジング内に収容される。

図３は前記したコンデンサヘッドホンユニット１に接続される駆動回路の一例を示したものである。この駆動回路には入力トランス２１と、成極電圧発生用の直流電源２２が備えられる。
前記入力トランス２１の１次側巻線２１ａは、音声信号源２３に接続されている。また入力トランス２１の２次側巻線２１ｂには、中間タップ２１ｃが引き出されている。この中間タップ２１ｃには前記直流電源２２の負極端子が接続されている。直流電源２２の正極端子は、前記した振動板１１に成膜された金属膜に接続されている。

さらに、前記入力トランス２１の２次側巻線２１ｂにおける一端部は、前記一方の固定極１３に接続されている。また、２次側巻線２１ｂにおける他端部は、前記他方の固定極１３に接続されている。
前記直流電源２２は、前記振動板１１に成膜された金属膜に対して、例えば５００Ｖ程度の成極電圧を印加する。また前記した音声信号源２３から入力トランス２１の１次側巻線２１ａに加えられる信号電圧は、２次側巻線２１ｂによって一方が正相で他方が逆相の関係にされて、前記各固定極１３にそれぞれ加えられる。

この構成により、振動板１１は両側の固定極１３によるプッシュプル作用により駆動される。そして、振動板１１は、前記音声信号源２３からの音声信号に基づいて振動し、音声波を生成する。
振動板１１により生成される音声波は、固定極１３に施された複数の貫通孔１３ａを介して使用者の耳に向かって供給される。

図４は、図１〜図３に示したコンデンサヘッドホンユニット１の要部、特にその周縁部を拡大断面図で示したものである。
図４に示すように振動板１１を挟んで、その両側にはそれぞれ固定極１３が配置されている。この振動板１１と固定極１３との隙間間隔ｇ１は、概ね０．５ｍｍ以上に設定されている。

そして、この実施の形態においては、振動板１１と固定極１３を保持する絶縁座１４との間に、隙間の狭い薄空気層１７が振動板１１の両面に形成されている。薄空気層１７は、振動板１１を取り付けた支持リング１２の内周側近傍に形成される。
この薄空気層１７を形成する振動板１１と絶縁座１４との隙間間隔ｇ２は、例えば０．１ｍｍに設定される。図４に示す例においては、前記薄空気層１７は前記支持リング１２から振動板１１の中央部に向かう一定の領域において、同一寸法の隙間（０．１ｍｍ）となるように構成されている。
加えて、前記薄空気層１７は前記振動板１１が取り付けられた支持リング１２の内周に沿って、連続して環状に形成されている。

この構成によると、振動板１１の中央部付近の振幅は、最大で０．５ｍｍ程度確保されるので、十分な音圧を得ることができる。また振動板１１の周縁部の振幅は小さいので、振動板１１が絶縁座１４に接触するという問題は生じない。

前記した構成のコンデンサヘッドホンユニット１によると、前記した発明の効果の欄に記載したとおり、振動板１１を取り付けた支持リング１２の内周側近傍において、隙間の狭い薄空気層１７が形成される。そのため、この薄空気層１７による制動抵抗を振動板１１の周縁部においてのみ作用させることができる。

したがって、振動板１１を所定の張力をもって固定する支持リング１２を終端とする振動の反射作用を効果的に低減することができ、振動板１１の固有モードの共振作用の発生を抑えたコンデンサヘッドホンユニットを提供することができる。
すなわち、振動板１１に生ずる特定の固有共振を排除することができるので、周波数特性の平坦化を実現することが可能となる。

図５は、コンデンサヘッドホンユニットの他の例を示すものである。図５は、すでに説明した図４と同様にコンデンサヘッドホンユニットの周縁部を拡大断面図で示したものである。
この図５に示すコンデンサヘッドホンユニット１において、薄空気層１７は振動板１１を取り付けた支持リング１２の内周側近傍に形成される。さらに薄空気層１７は、前記支持リング１２から振動板１１の中央部に向かって、隙間が漸次増大した状態に形成されている。
そして、前記薄空気層１７は、振動板１１が取り付けられた支持リング１２の内周に沿って、連続して環状に形成されている。この点については、前記した図４に示す構成と同様である。

図５に示す構成によると、振動板１１の周縁部において、支持リング１２に近づくにしたがって、薄空気層１７による振動板１１に対する制動抵抗が増大することになる。
したがって、支持リング１２を終端とする振動板１の振動の反射点がより不明確となる。そのため、図４に基づいて説明した構成に対して、振動板１１に生ずる固有共振の排除特性をさらに高めることができる。

なお、以上に説明した実施の形態において、振動板の両側にそれぞれ固定極を備えたプッシュプル駆動型コンデンサヘッドホンユニットを例示している。しかし、この発明はプッシュプル駆動型に限らず、シングル駆動型のコンデンサヘッドホンユニットにおいても、同様の作用効果を得ることができる。また、円形のコンデンサユニットを用いて例示したが、方形のコンデンサユニットにおいても同様の作用効果を得ることができる。方形のコンデンサユニットは、振動板、支持リング、固定極、絶縁座のそれぞれが方形からなるものである。

１ コンデンサヘッドホンユニット
１１ 振動板
１２ 支持リング
１３ 固定極
１３ａ 貫通孔
１４ 絶縁座
１４ａ 凹み部
１７ 薄空気層
２１ 入力トランス
２１ａ １次側巻線
２１ｂ ２次側巻線
２１ｃ 中間タップ
２２ 直流電源
２３ 音声信号源

Claims (5)

1. 支持リングに所定の張力をもって取り付けられた振動板と、前記振動板に対峙して配置され複数の貫通孔が施された固定極とを備えたコンデンサヘッドホンユニットであって、
   前記振動板を取り付けた支持リングの内周側近傍において、前記振動板と前記固定極を外周部で保持する絶縁座との間に、隙間の狭い薄空気層が形成され、前記薄空気層により、振動板の振幅動作に制動を加えることを特徴とするコンデンサヘッドホンユニット。
2. 前記薄空気層は、前記振動板が取り付けられた支持リングの内周に沿って、連続して環状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載されたコンデンサヘッドホンユニット。
3. 前記薄空気層は、前記支持リングから振動板の中央部に向かう一定の領域において、同一寸法の隙間によって形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載されたコンデンサヘッドホンユニット。
4. 前記薄空気層は、前記支持リングから振動板の中央部に向かって、隙間が漸次増大する状態に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載されたコンデンサヘッドホンユニット。
5. 前記振動板を挟んで、振動板の両側にそれぞれ固定極が備えられ、振動板に成膜された金属膜に成極電圧が加えられると共に、前記各固定極に互いに逆相の信号電圧が加えられるプッシュプル駆動型コンデンサヘッドホンユニットであって、
   前記振動板が取り付けられた支持リングの内周側近傍において、前記振動板の両面に前記薄空気層がそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載されたコンデンサヘッドホンユニット。

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