JP6222839B2 - コンデンサヘッドホン - Google Patents

Description

本発明は、振動板と固定極との間の静電容量の変化を利用して音波を放射するコンデンサヘッドホンに関し、特に、後部音響端子側における音響インピーダンスのリアクタンス成分を抑制するコンデンサヘッドホンに関する。

コンデンサヘッドホンに用いられる電気音響変換器（コンデンサヘッドホンユニットと呼ぶ）には、シングル型と、プッシュプル型とがある。シングル型は、振動板の片側に固定極を配置し、プッシュプル型は、振動板の両側に固定極を配置する。前記シングル型は、低域共振周波数を下げることに問題があるため、全帯域型の実現が困難とされている。そのため、特許文献１、２に示されるように現在実用化されているものの殆どがプッシュプル型である。

一例として、図５に従来のプッシュプル型コンデンサヘッドホンの構成を示す。図５は断面図である。コンデンサヘッドホンは、その基本的な構成として、ヘッドホン筐体５０を備えている。ヘッドホン筐体５０は、ヘッドバンド５５に支持されて聴者の耳部に装着される。
ヘッドホン筐体５０は、略円筒体からなる。聴者の耳部に宛がわれるヘッドホン筐体５０の開口部側は、多孔板５１によってカバーされている。多孔板５１の周縁には、イヤーパッド５２が取り付けられている。また、図示する構成は開放型のヘッドホンを示している。ヘッドバンド５５による支持側の筐体側面には、多数の放音孔５６が設けられる。

また、ヘッドホン筐体５０内には、スピーカとしてのプッシュプル型のコンデンサヘッドホンユニット６０が収納されている。このコンデンサヘッドホンユニット６０は、振動板６１と、その両側に一対の固定極６３，６４とを備えている。振動板６１は、振動板リング６２に所定のテンションがかけられた状態で張設されている。固定極６３、６４は、リング状の絶縁座６６によって周縁部が支持されている。
前記振動板６１には、極めて薄い（１〜３μｍ程度）高分子フィルムが用いられる。この高分子フィルムには、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）やポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などが用いられる。振動板６１の両面には、金属蒸着或いは高抵抗皮膜処理などにより、導電性が付与されている。振動板リング６２は、黄銅合金などの導電材よりなる。

また、固定極６３，６４には、黄銅合金やアルミニウムなどの金属板が用いられる。固定極６３，６４には、音を放出するための多数の孔（直径０．１〜１．０ｍｍ程度）が開けられている。多くの場合、固定極６３，６４には、振動板６１との対向面にエレクトレット材が貼付されている。このエレクトレット材は、帯電処理した高分子フィルムである。このような構成において、振動板６１と固定極６３，６４との間に成極電圧が印加され、固定極６３、６４に音声信号電圧を加えられる。振動板６１と固定極６３、６４間に発生する静電気力によって、振動板６１が変位する。その結果、振動板６１から音波が放射される。

特開昭５８−２７７２０号公報 特開２００８−４２４３６号公報

ところで、前記コンデンサヘッドホンユニット６０の前部側（聴者が耳部を宛がう側）には、前部音響端子６８がある。前部音響端子６８は、イヤーパッド５２による空気室に囲われている。この前部音響端子６８を介して耳に音圧が加えられる。前記のように振動板６１は１〜３μｍと薄く、固定極６３，６４との間に等しく駆動力が得られる。そのため、前部音響端子６８側では、加えた音声信号電圧に対して周波数依存性のない音波を耳に加えることができる。
しかしながら、実際には振動板６１は薄いため、機械的インピーダンスが低い。そのため、コンデンサヘッドホンユニット６０の耳側とは逆側、即ち後部音響端子６９の音響インピーダンスが振動板６１に与える影響は無視できない。この後部音響端子６９の音響インピーダンスが、耳側（前部音響端子６８側）に加えられる音波の周波数応答を劣化させるという問題がある。

図５から図７を用いて具体的に説明する。本願出願人は、図５の構成における後部音響端子６９の音響インピーダンスを段階的に変化させ、それぞれの場合における周波数応答の変化を測定評価した。
図６に示すように、後部音響端子６９の音響インピーダンスを変化させるために、コンデンサヘッドホン５０の後側に、内径７７ｍｍ、高さｈ（ｍｍ）の円筒部材７０を設けた。この円筒部材７０の高さｈ（ｍｍ）を可変とすることで音響質量を変化させた。
このときの周波数応答の測定結果を図７のグラフに示す。図７のグラフにおいて、横軸は周波数（Ｈｚ）、縦軸は振幅の相対レベル（ｄＢｒ）である。また、グラフ中の各線は以下の各構成における周波数応答を示している。実線（カーブＡ）は円筒部材７０を設けない図５の構成の場合の周波数応答を示している。一点鎖線（カーブＢ）は円筒部材７０の高さｈが１２ｍｍの場合の周波数応答を示している。破線（カーブＣ）は円筒部材７０の高さｈが２４ｍｍの場合の周波数応答を示している。

図７のグラフに示されるように、１．５ｋＨｚ付近での共振周波数のレベルは、音響質量が増加するほど（円筒部材７０の高さｈが高くなるほど）減少している。この結果から、後部音響端子６９側に音響リアクタンス（ヘッドホンケースの内容積が形成する音響容量と、放音孔５６の音響質量）があると、共振が発生する。この共振が振動板６１の周波数応答に凹凸を発生させると考えることができる。

図８に、従来のコンデンサヘッドホンの等価回路を示す。図８に示すように、後部音響端子６９側には、音響インピーダンスとして、抵抗性の空気のインピーダンスＲ１と、リアクタンスＸ（ヘッドホンケースの内容積が形成する音響容量と、ヘッドホンケースの開口部の音響質量）が存在する。
前記したように後部音響端子６９側の音響インピーダンスは、耳側に与えられる音波の周波数応答に影響を与える。そのため、後部音響端子６９側には音響リアクタンスＸが存在しないことが望ましい。

本発明は、前記した点に着目してなされたものであり、開放型のコンデンサヘッドホンにおいて、後部音響端子側の音響インピーダンスにおけるリアクタンス成分を無くし、周波数応答の凹凸を抑制することのできるコンデンサヘッドホンを提供することを目的とする。

前記した課題を解決するために、本発明に係るコンデンサヘッドホンは、固定極板に振動板が対向配置されたコンデンサヘッドホンユニットを有し、前記コンデンサヘッドホンユニットの後部側が開放された開放型のコンデンサヘッドホンであって、前記コンデンサヘッドホンユニットの後部側において、後端が開口する環状に設けられると共に、後部音響端子を外部空気と接続する後部音響端子接続部材を備え、前記後部音響端子接続部材の内周面は、後端開口に向けて拡径していることに特徴を有する。
尚、前記後部音響端子接続部材は、その内周面が断面視で凸状の曲線をなすホーン型の部材であることが望ましい。
或いは、前記後部音響端子接続部材は、その内周面が断面視で直線をなすコーン型の部材であってもよい。

このように構成することにより、後部音響端子において、ホーン型、或いはコーン型の音響経路が形成される。そのため、コンデンサヘッドホンユニットの後部音響端子と外部の空気を、リアクタンス成分を持たない状態で音響的に接続することができる。
それによりコンデンサヘッドホンユニットの後部において、音響的にマッチングのとれた状態となる。後部音響端子側の音響インピーダンスは抵抗成分のみとなり、周波数応答の劣化のないコンデンサヘッドホンを得ることができる。

開放型のコンデンサヘッドホンにおいて、後部音響端子側の音響インピーダンスにおけるリアクタンス成分を無くし、周波数応答の凹凸を抑制することのできるコンデンサヘッドホンを得ることができる。

図１は、本発明に係るコンデンサヘッドホンの断面図である。 図２は、図１のコンデンサヘッドホンの等価回路である。 図３は、本発明に係るコンデンサヘッドホンの変形例を示す断面図である。 図４は、本発明に係る他のコンデンサヘッドホンの変形例を示す断面図である。 図５は、従来の開放型コンデンサヘッドホンの断面図である。 図６は、図５のコンデンサヘッドホンの後部側に音響質量を追加した構成を示す断面図である。 図７は、図５、図６のコンデンサヘッドホンの周波数特性を示すグラフである。 図８は、図５のコンデンサヘッドホンの等価回路である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。尚、本発明は、後部側が開放された開放型のコンデンサヘッドホンに適用される。
図１は、本発明に係るコンデンサヘッドホンの断面図である。図１のコンデンサヘッドホン１は、電気音響変換器としてコンデンサヘッドホンユニット５を備えている。このコンデンサヘッドホンユニット５は、図において上下に相対向して接着された一対の振動板リング６、７を備えている。また、それら振動板リング６，７の間には、薄い振動板８が張設されている。

前記振動板リング６，７は、それぞれ正円形の枠体に形成される。また、前記振動板リング６，７は、上下に所定幅の枠面を有している。前記振動板リング６，７は金属製であり、例えばアルミニウム材や黄銅合金等から形成されてよい。
また、前記振動板８は、例えば厚さ１．５μｍの薄いフィルム状に形成されている。この振動板８は、例えばＰＥＴ、ＰＰＳ、ＰＥＮなどの高分子フィルムからなる。

また、図１において前記振動板４の上下には、所定間隔（例えば０．３〜１．０ｍｍ程度）を空けて、固定極９，１０がそれぞれ配置されている。固定極９、１０は、所定厚さ（約０．５ｍｍ）の金属板（例えば黄銅合金やアルミニウムなど）からなる。
固定極９，１０には、多数の孔（図示せず）が開けられている。この多数の孔は、振動板からの音声波を放出するために設けられている。尚、固定極９，１０の振動板８との対向面には、高分子フィルムを帯電処理してなるエレクトレット材が貼付されている。
この一対の固定極９，１０の一面側の周縁部には、絶縁座１１、１２が当接している。この絶縁座１１、１２は絶縁性材料からなる枠体である。絶縁座１１、１２は、接着剤により固定極９，１０を支持している。

また、前記絶縁座１１，１２は、コンデンサヘッドホンユニット５の周縁部に配置されたバッフル板１３の一方の面に、接着剤によって固定されている。前記バッフル板は、環状であり、所定幅を有する。バッフル板１３の他方の面、即ち聴者の耳部側（図において下側）には、イヤーパッド２が設けられている。イヤーパッド２は、所定幅と高さを有する環状である。また、イヤーパッド２は空気室を形成している。前部音響端子２１は、この空気室に覆われている。

一方、バッフル板１３の他方の面には、環状のホーン部材１５（後部音響端子接続部材）が絶縁座１１，１２を覆うように設けられている。この実施の形態において、コンデンサヘッドホン１は後部側が開放された開放型の構成である。そのため、後部音響端子２２はホーン部材１５に囲われている。前記ホーン部材１５の後端は大きく開口している。
また、このホーン部材１５は、図示するように後端開口に向かって内周面が緩やかにカーブしながら拡径している。より詳しくは、その断面において、内周面が凸状の曲線をなすホーン型の形状をしている。このホーン部材１５は、例えば絶縁座１１，１２と同様の絶縁性材料により形成されている。

このようにコンデンサヘッドホンユニット５の後部側が構成されることにより、後部音響端子２２の音響インピーダンスは、空気の音響インピーダンスに結合する。そのときの音響機械等価回路を図２に示す。ここで、空気の音響インピーダンスＲ２は抵抗性のインピーダンスρｃ（空気の固有音響抵抗）であり、音響リアクタンスを持たない。そのため、後部音響端子２２は、抵抗性のインピーダンスで終端されることになる。したがって、周波数応答の凹凸が防止され、所望の周波数帯域においてフラットな周波数応答を得ることができる。

このように本発明に係る実施の形態によれば、コンデンサヘッドホンユニット５の後部音響端子２２側をホーン形状とすることにより、ホーン型の音響経路が形成される。そのため、音響リアクタンス成分を持たない状態でコンデンサヘッドホンユニット５の後部音響端子２２を外部の空気と接続することができる。
それによりコンデンサヘッドホンユニット５の後部が外部の空気と音響的にマッチングのとれた状態となり、後部音響端子２２の音響インピーダンスは抵抗成分のみとなる。その結果、所望する帯域において、周波数応答の劣化のない、コンデンサヘッドホン１を得ることができる。

尚、前記実施の形態においては、後部音響端子２２側に、後部音響端子接続部材としてホーン部材１５を設けたが、本発明に係るコンデンサヘッドホンにあっては、後端開口に向かってテーパ状に拡径していればよい。したがって、図３に示すように、ホーン部材１５に替えて、断面において内周面が直線をなすコーン部材１６を設けてもよい。
また、ホーン部材１５やコーン部材１６の開き角度や高さ寸法は、例えば図４に示すように開き角度を大きく形成する等、任意に設計変更してよい。ホーン部材１５やコーン部材１６の開き角度や高さ寸法を調整することで、所望の周波数応答を持つコンデンサヘッドホン１を得ることができる。

１ コンデンサヘッドホン
２ イヤーパッド
５ コンデンサヘッドホンユニット
６ 振動板リング
７ 振動板リング
８ 振動板
９ 固定極（固定極板）
１０ 固定極（固定極板）
１１ 絶縁座
１２ 絶縁座
１３ バッフル板
１５ ホーン部材（後部音響端子接続部材）
１６ コーン部材（後部音響端子接続部材）
２１ 前部音響端子
２２ 後部音響端子

Claims (3)

1. 固定極板に振動板が対向配置されたコンデンサヘッドホンユニットを有し、前記コンデンサヘッドホンユニットの後部側が開放された開放型のコンデンサヘッドホンであって、
   前記コンデンサヘッドホンユニットの後部側において、後端が開口する環状に設けられると共に、後部音響端子を外部空気と接続する後部音響端子接続部材を備え、
   前記後部音響端子接続部材の内周面は、後端開口に向けて拡径していることを特徴とするコンデンサヘッドホン。
2. 前記後部音響端子接続部材は、その内周面が断面視で凸状の曲線をなすホーン型の部材であ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。
3. 前記後部音響端子接続部材は、その内周面が断面視で直線をなすコーン型の部材であ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。

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