JP6275125B2 - イヤホン組付体と、イヤホンにおいて音響出力をフィルタリングする方法 - Google Patents

Description

本開示は音声再生の分野に関し、詳しくはイヤホンを使用した音声再生の分野に関する。本開示の複数の側面は、コンシューマリスニング装置に対する補聴器から高品質オーディオリスニング装置にわたるインイヤー式リスニング装置のためのイヤホンに関する。

関連出願の相互参照
本願は、２０１２年５月２２日に出願されてその全体がここに参照として組み入れられる米国特許出願第１３／４７７８７４号の優先権を主張する。

ミュージシャン、録音スタジオエンジニア及びライブ音声エンジニアは、ステージ及び録音スタジオでの演奏をモニタリングするべく、個人用「インイヤー式」モニタリングシステムを利用している。インイヤー式システムは、ミュージシャン又はエンジニアの耳へ音楽ミックスを、他のステージ又はスタジオ音声との競合なしに直接送達する。かかるシステムは、ミュージシャン又はエンジニアに対し楽器及びトラックのバランス及び音量の制御性増加をもたらし、かつ、ミュージシャン又はエンジニアが低音量設定においても良好な音質で聴き取ることを守る役割を果たす。インイヤー式モニタリングシステムは、従来型のフロアウェッジ又はスピーカの改善された代替を提供し、ひいてはミュージシャン及び音声エンジニアのステージ及びスタジオでの仕事の仕方が著しく変わった。

さらに、多くのコンシューマは、音楽、ＤＶＤサウンドトラック、ポッドキャスト又は携帯電話会話のいずれを聴く場合でも高品質オーディオ音声を望んでいる。ユーザは、バックグラウンドの周囲音をユーザの外部環境から有効に遮断する小さなイヤホンを望む。

補聴器、インイヤー式システム及びコンシューマリスニング装置は典型的に、リスナーの耳の少なくとも部分的に内側に係合されるイヤホンを利用する。典型的なイヤホンは、ハウジング内に取り付けられたダイナミック可動コイル型又はバランスドアーマチュア型いずれかの設計の一以上のドライバを有する。典型的に音は、単数又は複数のドライバの出力ポートから、円筒状音ポート又はノズルを通ってユーザの外耳道内へと送達される。

多重ドライバイヤホンは、特にベースギター又はバスドラムに典型的な低周波数レンジにおいて、より正確な周波数応答をもたらす。良好な品質の音出力は、特定の音域に対して特定のドライバを最適化することによって実現される。特定のドライバであれば、特定の周波数レンジに対して特別に設計することができるからである。加えて、多重ドライバイヤホンは、それほどの歪みなしに大きな音量をもたらすことができるので、高デシベル設定でも澄んだ音を得ることができる。しかしながら、以下に詳述するように、イヤホンの性能又は音質を最適化するには、低周波数ドライバからもたらされる高周波をフィルタリングすることも望まれる。

関連分野において、ラウドスピーカでは、低域通過フィルタとして機能するパッシブな電気的方法が一般的である。ラウドスピーカ・クロスオーバ設計は、主に各スピーカがその有効レンジで動作できるように、かつ、特定の周波数を再生するようには設計されていないドライバへの損傷を回避するように、低域通過及び高域通過フィルタを作るべく簡単な一次パッシブ電気回路ネットワークを使用する場合が多い。適切に設計されたクロスオーバはまた、重なる周波数域を再生する多重音響ソース間の破壊的な位相相互作用を最小限にする。適切に対にされた低域通過及び高域通過フィルタはまた、ドライバの並列する電気回路ネットワークが、ソース増幅器に対して極めて低い負荷インピーダンスを示すことを防止する。パッシブネットワークは、低域通過フィルタを電気的に作るべくインダクタを使用する場合が多い。インダクタの性能はそのコイル巻き数に直接関連する。

しかしながら、多重ドライバイヤホン設計については、低域通過フィルタのためのインダクタの使用は、現実の実装において２つの大きなハードルを提示する。第１に、多くの巻き数の必要性から、かなり大きなパッケージサイズになることである。第２に、インダクタ体積のユニット当たりの巻き数を最大化するべく利用される小ゲージのワイヤを使用することにより、ＤＣ抵抗値が著しく高くなることである。このＤＣ抵抗は、レシーバと電気的に直列に配置されるとレシーバ出力感度の低下をもたらす。これは、イヤホンの音質に悪影響を及ぼす。ここに開示される実施形態は、上述したインダクタを低周波数ドライバとともに使用する場合の現実的な実装を圧倒することを目的とする。しかしながら、これは、ここに開示される任意の実施形態とともに実装されるインダクタを排除するものではない。

低周波数ドライバから出力された望ましくない高周波数の音は、ドライバ出力からイヤホン出力までの音道の長さを増加させることによってフィルタリングすることができる。小さな断面積のダクトにおける音伝達に対する慣性のインピーダンス効果又はダクトにおける音伝達に対する空気の質量負荷である音響慣性は、空気密度をρ_０、メートル単位の管長さをＬ、平方メートル単位の管断面積をＡ、ラジアン単位の音波角周波数をωとした場合、Ｚ_Ａ＝（ρ_０Ｌ／Ａ）ｊω（単位はｋｇ／ｍ^４）によって計算することができる。

上記式により例示されるように、管の音響インピーダンスは、管長さ及び励起信号周波数双方に正比例し、かつ、管断面積に反比例する。この音響質量要素は、音響圧力源に対する無効（すなわちエネルギー吸収）負荷を表すので、そのようなものとしては、電気ドメインの電圧源に対する無効負荷を表すインダクタ要素に類似する。音響ドメインにおいて、この慣性負荷は、周波数に伴って線形的に増加するインピーダンスを表し、ひいては一次低域通過音響フィルタ要素として機能する。したがって、低周波数ドライバが生成する高周波音波を音響的に弁別するのに有効な方策は、十分に大きな管長さを十分に小さな管断面積と組み合わせて利用することとなる。しかしながら、外耳道に装着されるイヤホンは体積が極めて小さく、当業界で一般に使用される音響配管にとって、必要な管長さをイヤホンケーシング内に収めることは非常に難しい。

例えば、微妙な低域通過音響フィルタ効果をもたらすべく又は共振ピークを目標周波数にチューニングするべく短いシリコーン製の管を実装することができるが、インイヤー式イヤホンの小さな体積内に長い管をコイル状にし又は折り畳む必要がある。これは、所望の性能を達成するべく利用できない可能性がある。ここに開示される実施形態のいずれかとともに管を使用することができるが、現行のイヤホンの幾何学形状により、特に多重ドライバイヤホンにとって、高周波音波を丸め落とすための適切な長さを与えるように管を使用することは難しいことがわかっている。

米国特許第７，３６９，６７０（Ｂ２）号明細書 ベルギー特許出願公開第７９７１３９（Ａ１）号明細書 特開２００８−１９３４４９号公報 米国特許出願公開第２００９／１４７９８１（Ａ１）号明細書

本開示はイヤホンドライバ組付体を企図する。以下では、いくつかの側面の基本的な理解が得られるように、本開示の簡略化された概要が提示される。これは、本発明の鍵となる又は決定的に重要な要素を特定すること又は本発明の範囲を線引きすることを意図したものではない。以下の概要は単に、以下に述べる詳細な説明の前置きとして、本開示の概念を簡略化された形式で提示するにすぎない。

一つの典型的実施形態においてイヤホン組付体は、ハウジングと、第１音響出力を生成するべく構成された第１ドライバと、第２音響出力を生成するべく構成された第２ドライバと、当該ハウジングに結合されたノズルとを有する。細長い通路が第１ドライバに接続されかつハウジング内に包含される。細長い通路は、一定の長さ及び断面積を有し、かつ、ハウジングの内部に複数の曲がり部を有する蛇行経路を含む。細長い通路の長さ及び断面積は、第１ドライバの音響出力からの音の少なくとも可聴部分をフィルタリングするための音響フィルタとして構成される。

もう一つの典型的実施形態において、イヤホン組付体は、音を出力するノズルを受け入れるべく構成されたハウジングと、それぞれが当該ハウジング内に配置された出力部を有する複数のドライバとを含む。当該ドライバの少なくとも一つは、ノズルに音響的に結合された細長い通路に接続される。細長い通路は、ハウジング内に配置された異なる形の通路のネットワークからなる。細長い通路は、Ｘ、Ｙ及びＺ方向それぞれに延びる。細長い通路の長さ及び断面積は、複数のドライバの少なくとも一つから出力された音波の少なくとも可聴部分をフィルタリングするべく構成される。

もう一つの典型的実施形態において、イヤホンにおいて音響出力をフィルタリングする方法が開示される。方法は、積み重ねられた複数層から細長い通路を形成することと、当該細長い通路と音響出力を与えるべく構成された少なくとも一つのドライバとをイヤホンケーシング内に収容することとを含む。方法はさらに、少なくとも一つのドライバの出力部を細長い通路に接続することと、当該少なくとも一つのドライバからの音響出力の少なくとも一部を音響的にフィルタリングするべく、当該音響出力が当該細長い通路内に受け入れられるように構成することとを含む。

本開示が例示されるが添付図面に限られるわけではない。

イヤホンの典型的実施形態の分解図を示す。 図１の典型的実施形態の一部の正面左側の斜視図を示す。 図１の典型的実施形態の他の一部の、もう一つの正面左側の斜視図を示す。 図２Ａに示された図１の典型的実施形態の一部の正面左側の分解図を示す。 図１の典型的実施形態の他の一部の、典型的実施形態の背面左側を示す。 図３Ａの背面左側の分解図を示す。 もう一つの典型的実施形態の分解図を描く。 もう一つの典型的実施形態の右側面図を描く。 図５Ａの典型的実施形態の正面右側の分解図を描く。 イヤホン組付体用ケースの一部の、もう一つの典型的実施形態の正面右側の分解斜視図を示す。 図６Ａのケースの一部の背面左側の分解斜視図を示す。 典型的な迷路／多岐管組付体、４インチ管及び１インチ管の周波数応答のグラフ比較を示す。 典型的実施形態のフロー図を示す。

図１はイヤホン組付体の分解図を描く。イヤホン１００はケース１０２ａ及びカバー１０２ｂを含む。これらは一緒になってイヤホンのためのハウジング又はケーシングを形成する。ケーブル１２０がハウジングに接続されて入力信号をコネクタ１０９に与える。この入力信号は典型的に、イヤホン１００によって再生されるべく望まれたオーディオ信号の形態にある。ドライバ組付体１０８を、支承器１０６のハウジング内に配置することができる。支承器１０６はドライバ組付体１０８を保持する。コネクタ１０９は、ケース１０２ａ及びカバー１０２ｂによってハウジング内の所定位置に保持される。ドライバ組付体１０８を音響的にノズル１１２に接続するべく、ノズル結合部１１０が設けられる。ノズル１１２は、ねじ付きカラー１１４によってユーザが交換できるように構成可能である。ケース１０２ａとカバー１０２ｂとの追加的な密封を与えるべくかつイヤホン１００の製造を補助するべく、ケース１０２ａ又はカバー１０２ｂの一方に案内ピン１４０を配置することができる。

図１、２Ａ〜２Ｃに示されるように、ドライバ組付体１０８は、デュアル低周波数ドライバ１２２、中間周波数ドライバ１２４、高周波数ドライバ１２６、ポロン（登録商標）製であり得る音響シール１１６、多岐管１１８、迷路１１９及びクロスオーバー可撓性ＰＣＢ１２８を含む。ドライバ１２２、１２４及び１２６は、イヤホン１００のためのハウジング内にある多岐管１１８及び迷路１１９上に互いに隣接して配置することができる。迷路１１９及び多岐管１１８はそれぞれ箱状又は角柱状に形成することができる。迷路１１９及び多岐管１１８は一緒になって、ドライバ１２２、１２４及び１２６を取り付けるための一体構造物を形成することができる。特に、デュアル低周波数ドライバ１２２を迷路１１９上に取り付け、かつ、中間周波数ドライバ１２４及び高周波数ドライバ１２６を多岐管１１８の共通面上に取り付けることができる。一つの典型的実施形態において、ドライバ１２２、１２４及び１２６は、噴出孔なしに形成することができる。これにより、イヤホンハウジング内に小さくかつコンパクトな構造物が得られる。

迷路１１９及び多岐管１１８は一緒になってデュアル低周波数ドライバ１２２からの音響出力を受け入れる細長い通路１３０を形成し、一緒に及び別個に音響フィルタ構造物として機能する。多岐管１１８には、中間周波数ドライバ１２４からの音響出力を受け入れる中間周波数ポート１３２、及び高周波数ドライバ１２６からの音響出力を受け入れる高周波数ポート１３４も設けられる。細長い通路１３０、中間周波数ポート１３２及び高周波数ポート１３４はそれぞれが、迷路１１９及び多岐管１１８から形成される共通の一体構造物を共有することができる。

音響シール１１６には、多岐管高周波数ポート１３４及び中間周波数ポート１３２からの出力を受け入れるべく構成された第１ポート１３６が設けられる。音響シール１１６には、細長い通路１３０からの出力を受け入れるべく構成された第２ポート１３８も設けられる。音響シール１１６の第１ポート１３６は、高周波数ドライバ１２６及び中間周波数ドライバ１２４のためのミキシング領域として機能することができる。しかしながら、ドライバ１２２、１２４、１２６の様々な出力をミックスするべくかつイヤホンの音質を最適化するべく、音響シール１１６を任意数の異なる方法で配列することができることも企図される。例えば、中間周波数ドライバ１２４の音出力を、音響シール１１６の中でデュアル低周波数ドライバ１２２からの音出力とミックスし得ることが企図される。これは、イヤホンのための特定の設計パラメータに依存する。ドライバの特定の経路に対して音響抵抗又は減衰器を加えるようにドライバの経路を引き回すことが望ましい。例えば、低周波数ドライバ経路に高減衰が必要とされ、かつ、中間周波数ドライバ及び低周波数ドライバが同様の減衰を共有することができる。

迷路１１９及び多岐管１１８の典型的実施形態が図３Ａ及び３Ｂに示される。この実施形態において、図３Ｂに分解図として示されるように迷路１１９は、一連の積み重ねられた層又は板１１９ａ〜１１９ｆとして形成される。同様に多岐管１１８も、一連の積み重ねられた層又は板１１８ａ〜１１８ｃから形成することができる。積み重ねられた層は、金属又は他の適切な材料からなる。

細長い通路１３０は迷路１１９を形成しかつ多岐管１１８を通って進行する。細長い通路１３０は、ハウジング１０２ａ、１０２ｂ内に包含された迷路１１９及び多岐管１１８を通るように巻かれかつねじられた複数の曲がり部を有する長い入り組んだ道状のチャネルである。細長い通路１３０は本質的に、イヤホン１００の限られた体積内へと折り畳まれた長い管として機能する。細長い通路１３０又は長い経路は、音響伝送路として機能する。簡略的には、低周波数レンジの低域通過フィルタとして機能する。換言すれば、多岐管１１８の中の細長い通路１３０は、デュアル低周波数ドライバ１２２から出力された高周波数エネルギーを減衰させる。

低周波チャネル１３０は、層１１９ａ、１１９ｃ、１１９ｅ、１１８ａ及び１１８ｃとポート１３０ａ、１３０ｃ、１３０ｅ、１３０ｇ及び１３０ｉとが交互に与えられ、かつ、層１１９ｂ、１１９ｄ、１１９ｆ及び１１８ｂと、迷路１１９及び多岐管１１８に形成された細長い通路１３０ｂ、１３０ｄ、１３０ｆ及び１３０ｈのネットワークとが交互に与えられることによって形成される。ポート１３０ａ、１３０ｃ、１３０ｅ、１３０ｇ及び１３０ｉ並びに細長い通路１３０ｂ、１３０ｄ、１３０ｆ及び１３０ｈはそれぞれ、音が迷路１１９及び多岐管１１８を通って進行するための入力部及び出力部の双方として機能する。

細長い通路１３０ｂ、１３０ｄ、１３０ｆ及び１３０ｈは、層１１９ｂ、１１９ｄ、１１９ｆ及び１１８ｂの中に切り出され又は形成された細長いチャネルを含む。この細長いチャネルは、特定層の最大表面積において長さ方向及び幅方向に延びる。層１１９ｂ、１１９ｄ、１１９ｆ及び１１８ｂは、積み重ねられた層の第１部分集合とみなすことができる。層１１９ｂ、１１９ｄ、１１９ｆ及び１１８ｂには、異なる形の細長い通路１３０ｂ、１３０ｄ、１３０ｆ及び１３０ｈが形成される。層１１９ａ、１１９ｃ、１１９ｅ、１１８ａ及び１１８ｃは、積み重ねられた層の第２部分集合とみなすことができる。ポート１３０ａ、１３０ｃ、１３０ｅ、１３０ｇ及び１３０ｉによって音は、第２部分集合の積み重ねられた層のそれぞれを通って第１部分集合の積み重ねられた層の隣接する一つの中へと進むことができる。図３Ｂに示されるように、第１部分集合及び第２部分集合は、それぞれが交互するように構成することができる。

細長い通路１３０ｂ、１３０ｄ、１３０ｆ及び１３０ｈは、特定層において利用可能な表面積量に応じて長さを異ならせるように形成することができる。例えば、多岐管１１８の層１１８ｂは、迷路１１９の層１１９ｂ、１１９ｄ、１１９ｆよりも表面積が大きいので長い細長いチャネル１３０ｈを与えることができる。細長い通路１３０ｂ、１３０ｄ、１３０ｆ及び１３０ｈは、デュアル低周波数ドライバ１２２からの音が進行する経路又は通路の入り組んだ組み合わせを形成する。細長い通路１３０ｂ、１３０ｄ、１３０ｆ及び１３０ｈのネットワークは、音が進行する有効長さを与える多くの異なる構成で形成することができる。細長い通路１３０は、不規則的な蛇行経路として形成し、並びに、例えば渦巻状、波状等のような、図３Ｂに描かれる異なる形状及び配列で形成することができる。細長い通路を実現する他の形状及び構成も企図される。

さらに図３Ｂに示されるように、細長い通路１３０は、迷路１１９及び多岐管１１８を貫通するＸ、Ｙ及びＺの３次元すべての音経路を与える。加えて、細長い通路１３０は、通路１３０における必須量の音響慣性を与えるべく迷路１１９及び多岐管１１８全体にわたり不変の直径又は同じ直径で形成することができる。音は細長い通路１３０の中をＸ、Ｙ及びＺ方向それぞれに移動する。その結果、迷路１１９及び多岐管１１８が占める相当量の体積によって、デュアル低周波数ドライバ１２２から音が進行する経路が与えられ、ひいては低周波数ドライバ１２２からの音響出力がフィルタリングされる。

高周波数ポート１３４及び中間周波数ポート１３２は、低周波チャネル１３０と同様の方法を使用して形成することができる。中間周波数ポート１３２は、層１１８ａ〜１１８ｃに別個のスロット又は開口１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃを形成することによって、多岐管１１８の連続する層１１８ａ〜１１８ｃの中に形成することができる。同様に高周波数ポート１３４も、層１１８ａ〜１１８ｃに別個のスロット又は開口１３４ａ、１３４ｂ及び１３４ｃを形成することによって、多岐管１１８の連続する層１１８ａ〜１１８ｃの中に形成することができる。

層１１９ａ〜１１９ｆ及び１１８ａ〜１１８ｃは、迷路１１９及び多岐管１１８に正確な断面を形成するのに必要な厳密な制御及び精度を許容する新規なレーザ切削法によって形成することができる。層１１９ａ〜１１９ｆ及び１１８ａ〜１１８ｃは、ここに開示される幾何学的構成に形成される金属、プラスチック又は他の適切な材料から形成することができる。迷路１１９及び多岐管１１８の別個の層１１９ａ〜１１９ｆ及び１１８ａ〜１１８ｃは、接着又は溶接して一緒にすることができる。一つの典型的実施形態において、迷路１１９及び多岐管１１８の各層は、その周囲沿いの外縁に沿ってレーザ溶接することができる。この場合、迷路１１９及び多岐管１１８の層１１９ａ〜１１９ｆ及び１１８ａ〜１１８ｃは、当該縁の表面を当該層の最大表面積に直交する方向にレーザ溶接することができる。迷路１１９及び多岐管１１８の別個の層１１９ａ〜１１９ｆ及び１１８ａ〜１１８ｃを固定するべく、業界周知の他の方法も企図される。迷路の層１１９ａ〜１１９ｆ及び多岐管の層１１８ａ〜１１８ｃは、レーザ切削してレーザ溶接又は接着により一緒にすることができる。しかしながら、マイクロリソグラフィ、ステレオリソグラフィ又は３Ｄ印刷のような、迷路１１９及び多岐管１１８を形成する業界周知の他の方法が使用できることも企図される。

図３Ｂに示されるように、層１１９ａ〜１１９ｆ及び１１８ａ〜１１８ｃとして形成された細長い通路１３０は、迷路１１９の幅若しくは長さよりも又は迷路１１９及び多岐管１１８を形成する別個の層１１９ａ〜１１９ｆ及び１１８ａ〜１１８ｃの各幅及び長さよりも、かなり長い経路長さを与える。その結果、細長い通路又はチャネル１３０ｂ、１３０ｄ、１３０ｆ及び１３０ｈは、迷路１１９の単位体積当たり、かなり増加された長さを細長い通路１３０に与える。

多岐管１１８の設計が占めるのは、非常に小さな（体積的）空間なので、高周波数の音をフィルタリングする音響技術のみが使用される。細長い通路１３０は、入り組んだ道状の通路を迷路１１９及び多岐管１１８に形成する。繰り返しになるが、迷路１１９及び多岐管１１８は本質的に、インイヤー式イヤホンの空間制約体積内に折り畳まれかつ収め得る長い管として機能する。イヤホンの体積は空間が制約されている。特に、多くの部材をイヤホンケーシング内に収めなければならない。上述のように、例えばドライバ組付体１０８、音響シール１１６、ノズル結合部１１０等すべてをイヤホンケーシング内に収めなければならない。

一つの典型的実施形態において、迷路内の細長い通路１３０の長さの対体積比は１．５ｍ^−２を超える。業界において典型的に使用されるシリコーン配管に対しては、長さ対体積比は近似的に０．２７ｍ^−２である。これは、一つの典型的実施形態において迷路が、典型的なシリコーン管と比べてほぼ６倍の音道長さを与えることを意味する。これは有利なことに、イヤホン内で高周波数音をフィルタリングするのに望ましい量を与える。

迷路における細長い通路の、低域通過フィルタとしての効率のもう一つの尺度は、音響質量対体積比である。音響質量は、上述した式によって管に対して計算することができる慣性として言及することもできる。ここに記載されるように、イヤホンにおける小量の空間内に必須量の慣性を与えることは難しい。しかしながら、近似的に１．３×１０^１３ｋｇ／ｍ^７の音響質量対体積比を与えることの困難性の克服が、迷路によって支援される。典型的なシリコーン管は４．２×１０^１１ｋｇ／ｍ^７の音響質量対体積比を与える。これが意味するのは、当該迷路設計が、典型的なシリコーン管に可能な所与の体積における音響質量の近似的に３１倍の音響質量を与えるということである。

図７は、体積が９３ｍｍ^３の１インチ長さの管と、体積が３７２ｍｍ^３の４インチ管と、ここに記載される迷路１１８／多岐管１１９の、体積が６５ｍｍ^３かつ有効長さが４インチの設計との比較を示す。グラフは、迷路１１８／多岐管１１９の設計が、かなり改善したカットオフ周波数及び低域通過フィルタ応答を与えることができること、さらに重要なことには、この性能改善が、業界で使用される典型的な管に必要な体積よりもかなり少ない体積であるにもかかわらず与えられることを示す。迷路１１９は多岐管１１８と一緒になって、業界で典型的に使用される等価長さの管の体積の１／６で、５倍を超える音響質量を与える。これは、カットオフ周波数を３３０Ｈｚから７５Ｈｚへ下方シフトさせて良好な性能の低域通過フィルタ応答をもたらす。加えて、迷路１１９及び多岐管１１８の設計は、業界で典型的に使用される１インチ管よりも小さな体積であり、かつ、良好な性能の低域通過フィルタ応答を与える。

迷路の小さな断面積を通過する音響体積速度の流れに関連する粘性損失は、大まかには１６００Ｈｚで存在する伝送路の半波長共振を減衰させるべく有効に機能する。この共振周波数は、伝送路応答関数のインピーダンス最小値に一致する。減衰が不在であれば、このインピーダンスヌルが、望ましくない高周波数音波の通過を許容する。しかしながら、迷路１１９及び多岐管１１８の小さな断面が与える十分な粘性減衰があれば、こうした高周波数音波は、迷路１１９及び多岐管１１８を通って伝送されることが防止される。

細長い通路１３０によって、（多重ドライバイヤホンの場合の）低周波数のみを再生することに集中されるデュアル低周波数ドライバ１２２の音響出力信号を、オーディオ信号の低周波数成分のみ専用とすることができる。これにより、以下のいくつかの利点が得られる。（１）低周波成分の出力レベルを、一つ又は２つのドライバシステムにおいては厳密に調整することが難しい場合が多い中間及び低周波オクターブバンドから独立して調整することができることと、（２）低域通過フィルタのカットオフ周波数（ニー）を細長い通路１３０の内部音響経路の幾何学形状（断面積及び長さ）によって設定及び制御できることと、（３）中間周波数から高周波数までのエネルギーを生成する単数又は複数のドライバにとってもはやソース素材の低周波成分を生成する必要がなくなることにより、高周波成分が、大きな低周波エクスカーションの頂部で変調しており、かつ、オリジナルソース素材を意図されたとおりに中実に再生していない相互変調型ひずみの潜在性が低減されることである。

一つの典型的実施形態において、迷路１１９の断面積は、０．０１５５インチ×０．０１６０インチ（０．０００２３２５平方インチ）のような正方形であり得る。一つの実施形態において、内蔵装置の細長い通路１３０の経路長さは４．２３インチ（１０７ｍｍ）の長さであり、かつ、経路幅又は直径は０．０１５インチであり得る。これにより、迷路が集中音響質量要素として機能する８００Ｈｚまでの周波数レンジにおいて、一次フィルタ（オクターブスロープ当たり−６ｄＢ）に対して６３Ｈｚの望ましいカットオフ周波数（２０Ｈｚについての−３ｄＢ位置）がもたらされる。

代替的実施形態において、様々なドライバからの音をフィルタリングすることができるように、多重の細長い通路を迷路１１９及び多岐管１１８の中に作ることができる。一例では、デュアル低周波数ドライバ１２２及び中間周波数ドライバ１２４の双方に、迷路１１９又は多岐管１１８のいずれかにおいて延長通路を設けることができる。その結果、イヤホンから望ましい音出力特性を得るべく、各ドライバから高周波数の音をフィルタリングすることができる。低周波数ドライバ１２２と同様に、中間周波数ドライバから高周波数を丸め落とすことが有利である。これを達成するべく、迷路１１９及び多岐管１１８の通路を、高いニーに低域通過フィルタを設けるように構成し、又は中間周波数ドライバ１２４から出力された高周波数を丸め落とすことに集中させることができる。中間周波数ドライバのための音響フィルタを設けることにより、（１）改善された周波数応答を与えるべく高周波数ドライバ１２６との周波数重複を低減し、（２）高周波数ドライバ１２６に対して電気的フィルタリングを使用する必要をなくし、及び（３）望ましい周波数応答形状を目的としてピーク周波数を低域側へシフトさせるべく中間周波数ドライバ１２４の信号経路に追加的な慣性を導入することができる。

もう一つの代替的実施形態において、迷路１１９及び多岐管１１８は一緒になって、衝撃吸収台を取り付けるための取付位置として機能し、又はケース部品若しくはハウジング部品を一緒に保持する補助となることができる。例えば、機械的動作を目的として延長外形を迷路１１９の層１１９ａ〜ｆ及び多岐管１１８の層１１８ａ〜ｃに統合することによって部品の複雑性及びコストを低減することができる。迷路１１９又は多岐管１１８の層１１９ａ〜ｆ、１１８ａ〜ｃのいずれか又はすべては、この目的のため、ａ）単数又は複数の部品の組み付けを補助する標識又はキーイング外形、ｂ）衝撃取り付け材料に統合される外形、ｃ）ハウジング内のドライバ半組付体の位置決めを補助する幾何学的（３Ｄ）外形、又はｄ）装飾目的の美容要素若しくは工業デザイン要素を作ることのような、ただしこれらに限られない目的のために、延びる脚又は接続箇所を増強するべく利用することができる。

もう一つの代替的実施形態において、抵抗を増加させてイヤホンに対する望ましい音出力に応じた別個のドライバ応答をカスタマイズするべく、細長い通路１３０、中間周波数ポート１３２、高周波数ポート１３４及び／又は迷路１１９の層１１９ａ〜１１９ｆ若しくは多岐管１１８の層１１８ａ〜１１８ｃの中に抵抗減衰を加えることができる。

多岐管の構造物の中に統合された抵抗減衰の一例を図４に示す。ここで、図３Ａ及び３Ｂに描かれた実施形態と同じ参照番号は、同じ部材を示す。図４に示される典型的実施形態は、図３Ａ及び３Ｂに示される実施形態と同様であるが、減衰機構として機能する内蔵行列体４３２ｃを有する追加層４１８ｃが多岐管４１８に形成されている点が異なる。図４に示されるように、小孔（直径が４０から８０ミクロン）の［ｎ×ｍ］行列体４３２ｃが多岐管４１８の層４１８ｃの中に形成される。小孔の行列体４３２ｃは、ここに記載される迷路４１９に使用される慣性法とは異なる機構である粘性減衰目的のための標的音響抵抗値を満たすように設計される。この特定の実施形態において、中間周波数経路にわたって均一に分散された直径８０ミクロンの孔の９行×６列（５４孔）が使用されて行列体４３２ｃを形成する。これにより、異なる抵抗値によって中間周波数ポート又は経路４３２ａ〜４３２ｄを減衰するための柔軟な方法が得られる。加えて、この方法を使用すれば、迷路４１９及び多岐管４１８に形成された経路４３０、４３２又は４３４のいずれかを独立的に減衰することができる。

一つの典型的実施形態において層４１８ｃは、ニッケル電鋳層であって非常に薄く（大まかに０．００１インチの厚さ）形成することができる。加えて、層４１８ｂ及び４１８ｄは、ステンレス鋼から形成することもできる。薄い電鋳層４１８ｃを挟み込むステンレス鋼の層４１８ｂ及び４１８ｄを橋渡しするのに十分な幅（近似的に０．００５インチ）の当該全周囲まわりには、シーム溶接部を形成することができる。これにより異種金属層４１８ｃが組付体の中にロックされるので、多岐管４１８を形成する堅固な一体構造物が得られる。

図５Ａ及び５Ｂは、迷路３１９及び多岐管３１８のもう一つの典型的実施形態を描く。この設計は、図３Ａ及び３Ｂにおいて示されかつ上述された設計と同様であって、先の実施形態における同じ番号の部材は同じ部材を示す。しかしながら、多岐管１１９の前にある最終経路３３０ｈは、形状及び構成が異なる。加えて、低周波出力部３３０、中間周波出力部３３２及び高周波出力部３３４は、イヤホンの設計に基づいて異なる位置に配列することができる。

図６Ａ及び６Ｂは、内部の細長い通路２０２ａ、２０２ｂがケース２００自体に直接形成されたもう一つの代替的実施形態を描く。この実施形態では、当該ドライバの一以上からの音が通って進行しなければならない経路長さを増加させるべく、イヤホンのケース２００を使用することができる。これに対応した音響慣性の増加が、望ましくない高周波数を減衰させる。細長い通路２０２ａ、２０２ｂは、１１個の曲げ部が細長いチャネル２０２ａ、２０２ｂに存在するように形成することができる。その結果、通路２０２ａ、２０２ｂの経路はハウジングにおいて１１回、方向を１８０度変える。しかしながら、細長い通路２０２ａ、２０２ｂの追加的な形状及び構成も企図される。加えて、細長い通路は、追加的な経路長さを得るべくイヤホンハウジング内の任意の場所に形成することもできる。

ケース２００は、一以上の内部チャネル２０２ａが、ケース２００の内側部分上においてケース２００に統合されて形成されるように型成形又は形成することができる。対応するチャネル２０２ｂを備えたカバー２０４を、ケース２００の内側部分上に配置することができる。その結果、一以上のドライバからの音がノズル（図示せず）に入って最終的にユーザの外耳道に入る前に進行する細長い通路２０２ａ、２０２ｂが形成される。カバー２０４には、３個の位置合わせピン２０６を設けることができる。位置合わせピン２０６は、ケース２００の内側表面上の孔２０８の中に位置決めかつ接着されるように構成することができる。カバー２０４は、業界周知のテープ、膜又は任意の他の適切なカバーから形成することもできる。

ケース２００の内部の細長い通路２０２ａ、２０２ｂへ音を引き回すべく一以上のドライバを、内部の細長い通路２０２ａ、２０２ｂにおいてケース２００の内側を向くように外向きに配列することができる。ドライバの出力部は、入力ポート２１２において細長い通路２０２ａ、２０２ｂの方を向くことができる。一以上のドライバから出力された音はその後、ケース２００の中を細長いチャネル２０２ａ、２０２ｂへと入力ポート２１２を通るように引き回される。イヤホンの追加的な部材（例えばドライバ、クロスオーバー可撓性ＰＣＢ、コネクタ、音響シール、すべて図示せず）もケース２００内に配列することができる。当該イヤホン部材すべてを収容するべくカバー（図示せず）をケース２００に固定することができる。ノズル（図示せず）のための孔２１０がケース２００に設けられる。

上述した実施形態と同様、この配列も、当該ドライバの一以上から出力された望ましくない高周波数の音のフィルタリングを補助することができる。特に、上述の実施形態と同様、ハウジングにおける細長いチャネル２０２ａ、２０２ｂの延長によって、当該ドライバの一以上の出力からの高周波数の音の望ましいフィルタリングを得ることができる。

ここに開示される典型的実施形態の動作を、図１〜３Ｂ及び図８に示されるフロー図に関して以下に記載する。イヤホンにおいて音信号を再生するべくケーブル１２０は、携帯型装置、ｍｐ３プレーヤ、ボディパック型送信機等のような入力部１４２又は音源からの信号を出力する。信号はその後、コネクタ１０９を介してクロスオーバー可撓性ＰＣＢ１２８へと伝達される。クロスオーバー可撓性ＰＣＢ１２８は、当該信号をその信号の低、中間及び高周波数部分に分割し、その信号の低、中間及び高周波数部分を対応するデュアル低周波数ドライバ１２２、中間周波数ドライバ１２４又は高周波数ドライバ１２６へと引き回す。各信号により当該ドライバは、迷路１１９及び多岐管１１８を通るように音を出力する。中間及び高周波数ドライバ１２４及び１２６から出力された音はそれぞれ、中間周波数ポート１３２及び高周波数ポート１３４を介して多岐管を直接通るように出力される。しかしながら、デュアル低周波数ドライバ１２２が出力した音は、迷路１１９及び多岐管１１８に形成された細長い通路１３０を通る。この場合、細長い通路１３０の音響慣性が一次低域通過フィルタを与える。低周波数ドライバ１２２から出力された音は、当該フィルタのコーナー周波数を超える望ましくない高周波数が減衰される。

高周波数ポート１３４からの音及び中間周波数ポート１３２からの音はその後、音響シール１１６の第１ポート１３６へと出力される。音響シール１１６の第１ポート１３６は、高周波数ドライバ１２６及び中間周波数ドライバ１２４からの出力を混合する。音響シール１１６の第２ポート１３８は、デュアル低周波数ドライバ１２２からの出力を細長い通路１３０を介して受け入れる。その後、音響シール１１６の第１ポート１３６及び第２ポート１３８からの出力は別個にノズル結合部１１０へと伝達される。ノズル結合部１１０からの別個の各出力はノズル１１２へと与えられる。ノズル１１２は当該出力を、ノズル１１２の端部に音が到達するまでずっと音響的に別個に維持するように構成することもできる。ノズル１１２は、ユーザの耳に挿入されかつイヤホン１００をユーザの耳に結合するスリーブ（図示せず）と係合する。ノズル１１２は音を、ユーザの外耳道に直接発射するように構成される。図８のフロー図は一般に、音がどのようにして、図１〜５Ｂの実施形態に開示されるイヤホンを通って進行するのかを図示する。

本発明の複数の側面を、その例示的実施形態に関して説明してきた。開示された発明の範囲及び要旨の範囲内にある多数の他の実施形態、修正例及び変形例が、本開示全体のレビューから当業者に想到されるであろう。例えば、当業者にとって、例示的な図面に示されたステップが記載の順序以外で実行されてもよいこと、及び例示の一以上のステップが本開示の複数の側面に応じてオプションとなり得ることがわかるであろう。

Claims (23)

1. イヤホン組付体であって、
   ハウジングと、
   第１音響出力を生成するべく構成された第１ドライバと、
   第２音響出力を生成するべく構成された第２ドライバと、
   前記ハウジングに結合されたノズルと、
   前記第１ドライバに接続されかつ前記ハウジング内に包含された細長い通路と、
   前記細長い通路の一部を形成する通路を含む多岐管と
   を含み、
   前記細長い通路は一定の長さ及び断面積を有し、かつ、前記ハウジングの内部に複数の曲がり部を有する蛇行経路を含み、
   前記細長い通路の前記長さ及び断面積は、前記第１ドライバの音響出力部からの音の少なくとも可聴部分をフィルタリングする音響フィルタとして構成され、
   前記細長い通路の少なくとも一部分は迷路を形成し、
   前記迷路は複数の層を含み、
   前記迷路の前記層の一以上が、前記層の最大表面積において長さ方向、幅方向又はこれらの組み合わせの方向に延びる細長いチャネルを形成し、
   前記多岐管は複数の層を含み、
   前記多岐管の層の一以上が細長いチャネルを形成し、
   前記多岐管の層の一以上に形成された細長いチャネルは、前記迷路の層の一以上に形成された細長いチャネルの長さよりも長いイヤホン組付体。
2. イヤホン組付体であって、
   ハウジングと、
   第１音響出力を生成するべく構成された第１ドライバと、
   第２音響出力を生成するべく構成された第２ドライバと、
   前記ハウジングに結合されたノズルと、
   前記第１ドライバに接続されかつ前記ハウジング内に包含された細長い通路と、
   前記細長い通路の一部を形成する通路を含む多岐管と
   を含み、
   前記細長い通路は一定の長さ及び断面積を有し、かつ、前記ハウジングの内部に複数の曲がり部を有する蛇行経路を含み、
   前記細長い通路の前記長さ及び断面積は、前記第１ドライバの音響出力部からの音の少なくとも可聴部分をフィルタリングする音響フィルタとして構成され、
   前記細長い通路の少なくとも一部分は迷路を形成し、
   前記迷路は複数の層を含み、
   前記迷路の前記層の一以上が、前記層の最大表面積において長さ方向、幅方向又はこれらの組み合わせの方向に延びる細長いチャネルを形成し、
   前記多岐管は、前記第２ドライバから直接音を受け入れる追加の通路をさらに含み、
   前記第２ドライバは前記第１ドライバよりも高周波数の音を出力するべく構成されるイヤホン組付体。
3. 前記一以上の層の前記細長いチャネルは波状又は渦巻状の形として形成される請求項１又は２のイヤホン組付体。
4. 前記多岐管には減衰機構が設けられ、
   前記減衰機構は、前記多岐管を形成する層の中へと形成された複数の孔を含む請求項１又は２のイヤホン組付体。
5. 前記細長い通路の形の少なくとも一部分は渦巻状又は波状である請求項１又は２のイヤホン組付体。
6. 前記細長い通路は前記ハウジングの一部分の中に一体的に形成される請求項１又は２のイヤホン組付体。
7. 前記細長い通路は不変の直径を有する請求項１又は２のイヤホン組付体。
8. 前記迷路は角柱の形に形成される請求項１又は２のイヤホン組付体。
9. イヤホン組付体であって、
   音を出力するノズルを受け入れるべく構成されたハウジングと、
   それぞれが前記ハウジング内に配置された出力部を有する複数のドライバと
   を含み、
   前記ドライバの少なくとも一つは前記ノズルに音響的に結合された細長い通路に接続され、
   前記細長い通路は、前記ハウジング内に配置された異なる形の通路のネットワークから形成され、
   前記細長い通路は、Ｘ、Ｙ及びＺ方向それぞれに延び、
   前記細長い通路の長さ及び断面積は、前記複数のドライバの前記少なくとも一つから出力された音波の少なくとも可聴部分をフィルタリングするべく構成され、
   前記細長い通路の少なくとも一部分は迷路を形成し、
   前記迷路は複数の層を含み、
   前記迷路の前記層の一以上には前記層の最大表面積において、長さ方向、幅方向又はこれらの組み合わせの方向に延びる細長いチャネルが形成され、
   前記イヤホン組付体は、多岐管をさらに含み、
   前記多岐管は、前記細長い通路の少なくとも一部を与える経路を与え、
   前記多岐管は複数の層を含み、
   前記多岐管の前記層の一以上は細長いチャネルを形成し、
   前記多岐管の前記層の一以上に形成された細長いチャネルは、前記迷路の一以上に形成された細長いチャネルよりも長いイヤホン組付体。
10. 前記細長い通路の経路の少なくとも一部分は波状又は渦巻状の形を含む請求項９のイヤホン組付体。
11. 前記多岐管には減衰機構が設けられ、
    前記減衰機構は、前記多岐管を形成する層の中へと形成された複数の孔を含む請求項９のイヤホン組付体。
12. 前記迷路は角柱の形に形成される請求項９のイヤホン組付体。
13. イヤホンにおいて音響出力をフィルタリングする方法であって、
    複数の積み重ねられた層から細長い通路を形成することと、
    前記細長い通路とイヤホンケーシング内に音響出力を与えるべく構成された少なくとも一つのドライバとを収容することと、
    前記少なくとも一つのドライバの出力部を前記細長い通路に接続し、かつ、前記細長い通路内に受け入れられる前記音響出力を、前記少なくとも一つのドライバからの前記音響出力の少なくとも一部分を音響的にフィルタリングするべく構成することと、
    多岐管を設けることであって、前記細長い通路の一部は前記多岐管内に形成されることと、
    前記多岐管を一連の積み重ねられた層から形成することと
    を含む方法。
14. 前記複数の積み重ねられた層及び前記通路は迷路を形成し、
    前記積み重ねられた層の第１部分集合が、異なる形から形成された通路を有する請求項１３の方法。
15. 前記積み重ねられた層の第２部分集合が孔を有し、
    前記孔は音が、前記第２部分集合の積み重ねられた層のそれぞれを通って前記第１部分集合の積み重ねられた層の隣接する一つの中に入ることを許容する請求項１４の方法。
16. 前記積み重ねられた層を一緒にレーザ溶接することをさらに含む請求項１４の方法。
17. 前記複数の積み重ねられた層は、前記第１部分集合及び前記第２部分集合が交互にされた層を含む請求項１５の方法。
18. 前記少なくとも一つのドライバは低周波数ドライバであり、
    前記細長い通路は前記低周波数ドライバからの高周波数の音をフィルタリングするべく構成される請求項１３の方法。
19. 前記多岐管を形成する層に複数の孔を設けることによって前記多岐管に減衰機構を設けることをさらに含む請求項１３の方法。
20. 前記細長い通路の経路の少なくとも一部分を波状又は渦巻状の形に形成することをさらに含む請求項１３の方法。
21. 前記細長い通路をＸ、Ｙ及びＺ方向それぞれに延びるように形成することをさらに含む請求項１３の方法。
22. 前記多岐管は３Ｄ印刷によって形成される請求項１３の方法。
23. 前記多岐管はマイクロリソグラフィによって形成される請求項１３の方法。

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