JP6528664B2 - ウェアラブルデバイス - Google Patents

Description

この開示は、ウェアラブルデバイスに関し、より特定的には、音声を発する機能を備えるウェアラブルデバイスに関する。

近年、スマートフォンやタブレットに代表されるスマートデバイスの普及が進んでいる。これらスマートデバイスの中には、スピーカーを搭載し、ユーザーに対して情報を提供する種類が存在する。しかしながら、スマートデバイスの多くは小型であるため、スピーカーに用いられる振動体（コーン）も自ずと小型のものに限定される。そのため、スマートデバイスのような小型デバイスに搭載されるスピーカーから放射される音は、音圧レベルが低くなり、聞き取りにくい傾向にある。

小型デバイスに搭載されるスピーカーの音圧レベルを上げる技術に関し、特開平１０−１３６４８９号公報（特許文献１）は、携帯端末に搭載した振動板の両側から位相が互いに１８０度ずれた音を発生させ、振動板の一方の側から出る音を、長さを音の波長の２分の１の奇数倍にした管を通過させることによって位相を反転させ、筐体の開口から外部に放射することにより、音圧レベルを増加させる構成を開示している。

また、特開２０１４−１２０８５３号公報（特許文献２）は、スピーカーが組み込まれる筐体の内部で発生した熱を筐体の外部に放出するための一又は複数の通気孔を備え、少なくとも一つの通気孔が、筐体の内部に送出される音波をヘルムホルツ共鳴器としての音孔として機能させ、低音域の音圧を増幅させる構成を開示している。

特開平１０−１３６４８９号公報 特開２０１４−１２０８５３号公報

ウェアラブルデバイスは、ユーザーに長時間にわたって身に着けられるため、従来の情報端末（たとえば、スマートフォン）などに比して、小型化および軽量化についての改良をより求められる。

そのため、ウェアラブルデバイスは、筐体のサイズを大きくすることなく、プロセッサや通信チップなどの発熱デバイスからの伝熱によりユーザーが感じる不快感を低減させることが求められる。

また、スピーカーを搭載するウェアラブルデバイスは、スピーカー（振動体）のサイズを大きくすることなく、ウェアラブルデバイスのユーザーが音声をより容易に聞き取れるようにすることが求められる。

この点について、特許文献１に開示される技術は、携帯端末における音圧改善にのみ言及しており、携帯端末における熱設計については何ら言及されていない。

一方、特許文献２に開示される技術は、携帯端末における音圧改善に加えて、排熱改善についても言及している。しかしながら、同技術は、スマートフォンなどの携帯端末に関するものであって、ユーザーの身体に長時間にわたって接することを想定していない。

本開示は、上記のような問題を解決するためになされたものであって、ある局面における目的は、筐体のサイズを大きくすることなくユーザーの熱的な不快感を低減し、かつ、ユーザーが容易に音声を聞き取ることができるウェアラブルデバイスを提供することである。

ウェアラブルデバイスは、ユーザーがウェアラブルデバイスを装着したときに当該ユーザーと対向する身体がわ面を有するとともに、身体がわ面とは異なる面に第１および第２の孔を有する筐体と、筐体の内部に配置され、身体がわ面の延在方向と同方向に延在する内部隔壁と、内部隔壁により身体がわ面の側に形成される第１の空間内に第２の孔と関連付けて配置される振動体と、内部隔壁により第１の空間とは反対の側に形成される第２の空間内に配置され、動作時に発熱する部位を含む回路基板と、第１の空間において、振動体から第２の孔までの音の伝搬経路より長い、振動体から第１の孔までの音の伝搬経路を形成するとともに、振動体から第１の孔までの音の伝搬経路において、振動体の最低共振周波数よりも低い周波数での共振を生じさせるための導波部材とを有する。

好ましくは、第１および第２の孔は、筐体を構成する面のうち、ユーザーがウェアラブルデバイスを装着したときに当該ユーザーの頭部と対向する面に設けられる。

好ましくは、導波部材は、第１の孔と第１の空間とを連通し、両端が開口された管路を含み、振動体から導波部材に向けて放射される音を振動体の最低共振周波数よりも低い所定の周波数で共振させるように、管路の長さ、管路の軸に対する水平の断面積、および第１の空間のうち管路が占める空間を除いた空間の容積が設定される。

好ましくは、筐体は第１の孔を複数有する。導波部材は、複数の第１の孔どうしを連通する管路を含む。振動体は、管路内に露出するように設けられる。管路の長さは、振動体から管路に向けて放射される音を、振動体の最低共振周波数よりも低い所定の周波数で共振させるように設けられる。

好ましくは、導波部材は、第１の孔と振動体とを連通する管路を含む。振動体は、管路内に露出するように設けられる。管路は、一端が閉鎖、他端が第１の孔へ開口するように設けられる。管路の長さは、振動体から管路に向けて放射される音を、振動体の最低共振周波数よりも低い所定の周波数で共振させるように設けられる。

好ましくは、導波部材は、一端が閉鎖、他端が第１の孔へ開口するように設けられ、一端から他端までを非直線の経路で連通する管路を含む。管路の長さは、当該管路の長さの２倍の波長をもつ音波の周波数が、振動体の最低共振周波数よりも低い所定の周波数域にとなるように設けられる。

好ましくは、所定の周波数域は、第１フォルマント周波数の各周波数および第２フォルマント周波数の各周波数のうち少なくともいずれか１つの周波数を含む。

好ましくは、内部隔壁は断熱材により構成される。
好ましくは、筐体の身体がわ面と対向する側で延在する熱拡散板と、回路基板のうち少なくとも動作時に発熱する部位と熱拡散板とを接続するための伝熱部材とをさらに有する。熱拡散板の熱伝導率は、内部隔壁の熱伝導率より大きい。

好ましくは、回路基板に電力を供給するための電池をさらに有する。電池は、第２の空間に設けられる。

一実施形態に従うウェアラブルデバイスは、筐体のサイズが制限されている場合であっても、ユーザーの熱的な不快感を低減し、かつ、ユーザーが容易に音声を聞き取ることができる。

実施形態１に従うウェアラブルデバイスの使用状態の一例について説明する図である。 実施形態１に従うウェアラブルデバイスの構成例について説明する図である。 実施形態１に従うウェアラブルデバイスの内部構成例を説明する図である。 フォルマント周波数について説明する図である。 関連するウェアラブルデバイスのスピーカーの音圧特定について説明する図である。 関連するウェアラブルデバイスの構成例を説明する図である。 ヘルムホルツ共振器について説明する図である。 ヘルムホルツ共振器を利用するスピーカーの音圧特性を説明する図である。 実施形態１に従うウェアラブルデバイスのスピーカーの音圧特性を説明する図である。 実施形態１に従う表示部の構成例について説明する図である。 実施形態２に従うウェアラブルデバイスの構成例について説明する図である。 両端が開口された開管における音の共振について説明する図である。 実施形態２に従うウェアラブルデバイスのスピーカーの音圧特性について説明する図である。 実施形態２に従うウェアラブルデバイスのスピーカーの音圧特性について説明する図である。 実施形態３に従うウェアラブルデバイスの構成例について説明する図である。 一端が開口され、他端が閉鎖される閉管における音の共振について説明する図である。 実施形態３に従うウェアラブルデバイスのスピーカーの音圧特性について説明する図である。 実施形態３に従うウェアラブルデバイスのスピーカーの音圧特性について説明する図である。 実施形態４に従うウェアラブルデバイスの構成例について説明する図である。 音響迷路について説明する図である。 実施形態４に従うウェアラブルデバイスのスピーカーの音圧特性について説明する図である。

以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付し、その説明は繰り返さない。

［実施形態１−ヘルムホルツ共振］
＜Ａ．全体構成＞
図１は、実施形態１に従うウェアラブルデバイス１００の使用状態の一例について説明する図である。図１を参照して、ユーザーはウェアラブルデバイス１００をベルトなどに装着している。図１に示されるように、ユーザーは、ウェアラブルデバイス１００を使用する間は常に、自身の身体に接するように保持する。

ウェアラブルデバイスは、後述する発音部材によってユーザーに音声を発する。また、ウェアラブルデバイス１００には、無線通信回路（不図示）が内蔵されており、本デバイスのユーザーは、遠隔地などに設置される他の装置（不図示）と情報のやり取りを行うことができる。

ウェアラブルデバイス１００には、オプションとしてケーブル２２０を介して表示部２００を接続することができる。ユーザーは、ウェアラブルデバイス１００が受信した映像を表示部２００を介して視ることができる。

＜Ｂ．ウェアラブルデバイス１００＞
（ｂ１．構成）
図２は、実施形態１に従うウェアラブルデバイスの構成例について説明する図である。図２を参照して、ウェアラブルデバイス１００は、ユーザーがウェアラブルデバイス１００を装着したときに、ユーザーの身体と対向する面（以下、「身体がわ面」とも称する。）と逆側の面（以下、「正面」とも称する。）に操作ボタン１１および電源ボタン１２が配置され、後述する電池６０を保持するための電池保持部１４を下部に有する。電池保持部１４は、着脱可能な電池蓋１６を有する。ウェアラブルデバイス１００のユーザーは、電池蓋１６を取り外して電池６０の交換などを行う。

ウェアラブルデバイス１００の上面には、汎用インターフェース１８と、ＨＭＤ（Head Mounted Display）接続部２０と、マイク／イヤホン接続部２２と、振動体前面開口２６と、振動体背面開口２８とが、側面には外部電源接続部２４が設けられている。

汎用インターフェース１８と他のデバイスとの接続方法は、汎用プロトコルを用いて行われる。汎用プロトコルの例としては、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）やＰＣＩｅ（Peripheral Component Interconnect Express）バス等が挙げられる。汎用インターフェース１８には、たとえば、マイクロスコープカメラ（不図示）が接続され、ユーザーは、肉眼で確認できないものをマイクロスコープカメラを用いて撮影し、表示部２００を介して視ることができる。また、他の例として、汎用インターフェース１８にはＧＰＳ（Global Positioning System）レシーバーが接続され、ユーザーまたはウェアラブルデバイス１００と通信する装置は、ウェアラブルデバイス１００の位置を確認することができる。

ＨＭＤ接続部２０は、後述する表示部２００のＨＭＤ接続端子２１０と接続可能に構成される。マイク／イヤホン接続部２２は、マイクおよびイヤホン（不図示）を接続可能に構成される。ユーザーは、騒音などで後述するウェアラブルデバイス１００の発音部材３０の音声が聞き取りにくい環境の場合に、イヤホンを通じて聞き取ることができる。

外部電源接続部２４は、携帯型リチウム電池（不図示）などのバッテリーを接続するための端子であって、ウェアラブルデバイス１００の駆動時間のより長時間化を実現する。

図３は、実施形態１に従うウェアラブルデバイス１００の内部構成例を説明する図である。図３（ａ）は、実施形態１に従うウェアラブルデバイス１００を上面から見た図である。中央に振動体前面開口２６が振動体３２と関連付けて設けられ、その両端に、振動体背面開口２８が設けられる。

（ｂ２．熱設計）
図３（ｂ）は、図３（ａ）の切断線ｉ−ｉにおけるウェアラブルデバイス１００の断面図である。図３（ｂ）を参照して、ウェアラブルデバイス１００は、樹脂材料で形成される筐体５０の内部に各種デバイスが配置されている。ウェアラブルデバイス１００は、身体がわ面１２０に、ベルトクリップ７０を有する。ユーザーはベルトクリップ７０を自身のベルトにひっかけてウェアラブルデバイス１００を保持する。

筐体１１０の内部には、身体がわ面１２０の延在方向と同方向に設けられる内部隔壁５０が配置される。内部隔壁５０は、筐体１１０の内部空間を、身体がわ面１２０の側に形成される身体側空間と、身体側空間とは逆側に形成される正面側空間とに区分けし、これらの空間の間での空気の流動を禁止する。内部隔壁５０は、アクリルなどの樹脂材料で形成される。

身体がわ面１２０および内部隔壁５０は、一様な面であってもよいし、凹凸を含む面であってもよい。また、内部隔壁５０は、身体がわ面１２０と平行である必要はない。具体的には、内部隔壁５０は、筐体１１０の内側の面のうち身体がわ面１２０に対応する面と、身体側空間が接するように設けられればよい。

正面側空間には、ウェアラブルデバイス１００の使用（動作）時に発熱するプロセッサや無線通信回路などの発熱部位４２を含むメイン基板４０が配置されている。そのため、ウェアラブルデバイス１００は、使用時に発熱部位４２が発熱したとしても、熱抵抗の大きい身体側空間の空気層によって、ユーザーに熱が伝わりにくい、という構成を有する。この構成により、ユーザーは、ウェアラブルデバイス１００を長時間にわたって身に着けていても、ウェアラブルデバイス１００の熱による不快を感じにくくなる。

メイン基板４０の上部にはＨＭＤ接続部２０を接続するコネクタ４４が設けられる。正面側空間と接する筐体１１０の内側の面のうち、内部隔壁５０と対向する面と、メイン基板４０との間には、熱拡散板４８が配置される。熱拡散板４８は、内部隔壁５０よりも熱伝導率が高い材料で形成される。一例として、熱拡散板４８は、アルミニウムで形成される。なお、他の局面において、熱拡散板４８は、筐体１１０の身体がわ面１２０と対向する側で延在するように配置されてもよい。

熱拡散板４８と発熱部位４２との間には、シリコーンなどの伝熱部材４６が配置され、発熱部位４２が発する熱を熱拡散板４８へと伝える。これにより、発熱部位４２の発する熱は筐体１１０の正面側へ、そして筐体１１０の外側の空間（以下、「外部空間」とも称する。）へと拡散される。これにより、ウェアラブルデバイス１００は、ユーザーの熱的な不快感を低減することができる。

なお、上記の例では、筐体１１０の内部空間は、内部隔壁５０によって２つに区分けされているが、これに限られない。筐体１１０の内部に複数の内部隔壁を設けることによって内部空間が３つ以上に区分けされていてもよく、たとえば、正面側空間と身体側空間との間に第３の空間を設けられていてもよい。

また、図３において、１カ所の発熱部位４２に対して１カ所の伝熱部材４６が配置される構成を開示しているが、複数の発熱部位に対して複数の伝熱部材４６を配置する構成であってもよい。

また、メイン基板４０の銅箔残存率が高いなど、基板自体の熱伝導率が高い場合には、メイン基板４０と熱拡散板４８との間に伝熱部材４６を配置してもよい。

操作ボタン１１には、操作基板４９が接している。操作基板４９は、内部にスイッチ（不図示）を実装しており、操作ボタン１１の押圧によって当該スイッチのオン／オフが切り替えられる。

正面側空間の下部には、電池６０が収納できるスペースが設けられる。電池６０は、ウェアラブルデバイス１００の使用時に、メイン基板４０に電力を供給するとともに、発熱する。電池６０から発せられる熱は、身体側空間の空気層によって、ユーザーには伝わりにくい。そのため、ウェアラブルデバイス１００は、ユーザーの熱的な不快感を低減することができる。

（ｂ３．発音部材３０）
筐体１１０の内部の身体側空間には、発音部材３０が配置される。図３（ｃ）は図３（ａ）の切断線ｉｉ−ｉｉにおけるウェアラブルデバイス１００の断面図である。発音部材３０に設けられる振動体３２は、メイン基板４２から電力を供給されることによって振動し、振動体前面開口２６および振動体背面開口２８から外部空間へと音波を放射する。本例において、振動体３２は、外径１３ｍｍの円形であるとする。

振動体３２は、外部空間の側の面（以下、「振動体３２の前面」とも称する。）が外部空間に向かって露出しており、内部空間の側の面（以下、「振動体３２の背面」とも称する。）が身体側空間に向かって露出するように構成される。

振動体前面開口２６は、外部空間と身体側空間とを連通する複数の孔であって、振動体３２の前面から放射される音を外部空間へと放射する。なお、別の局面において、振動体前面開口２６は、複数の孔ではなく、振動体３２と同程度の大きさの１つの孔であってもよい。

振動体背面開口２８は、外部空間と身体側空間とを連通する孔であって、振動体３２の背面から放射される音を外部空間へと放射する。振動体３２の前面から放射される音と、振動体３２の背面から放射される音とは、位相が１８０度異なる。これらの音が身体的空間内で互いに打ち消しあわないように、発音部材３０の周囲に外壁１４０が設けられている。

振動体前面開口２６および振動体背面開口２８は、筐体１１０を構成する面のうち、ウェアラブルデバイス１００の装着時に、ユーザーの頭部と対向する面であって、かつ、ユーザーの頭部により近い面に設けられる。なお、他の局面において、振動体前面開口２６および振動体背面開口２８は、身体がわ面１２０とは異なる面に設けられてもよい。

振動体背面開口２８からは、その両端が開口された管路１３０が身体側空間に向かって設けられている。管路１３０は、振動体３２の背面から放射される音（音波）を外部空間へと導く導波部材としての役割を果たす。振動体３２の背面は、管路１３０内に露出するように構成される。

管路１３０は、振動体３２の前面から振動体前面開口２６までの音の伝搬経路よりも長い、振動体３２の背面から振動体背面開口２８までの音の伝搬経路を形成する。

管路１３０は、振動体３２の背面から放射される音（音波）を共振によって増幅し、ウェアラブルデバイス１００のスピーカーの音圧特性を改善する。ここで、「スピーカー」とは、発音部材３０、振動体３２、振動体前面開口２６および振動体背面開口２８が設けられた筐体１１０、管路１３０、などのウェアラブルデバイス１００の音声に関するデバイスによって構成される音響装置のことをいう。

（ｂ４．スピーカーの音圧特性）
人の話し声を聞き取り、内容を理解するためには、概ね３００Ｈｚ〜３ｋＨｚの周波数帯にわたって十分な音圧レベルが必要とされるとともに、当該周波数帯において、できるだけ均一な音圧レベルであることが好ましい。また、この周波数帯の中でも、特にフォルマント周波数の音圧レベルが低いと、人の話声を聞き取りにくくなる。

フォルマント周波数とは、人の音声のスペクトルにおける、時間的に移動している複数のピーク周波数をいう。図４に示されるように、周波数の低い順に第１フォルマント周波数、第２フォルマント周波数、・・・と呼ばれる。その中でも、特に人の音声の聞き取りに重要なのは、第１フォルマント周波数および第２フォルマント周波数であって、これらが母音の音質を決定する。

一方で、ウェアラブルデバイス１００は人に長時間身に着けられるという性質上、筐体１１０のサイズは、小さいことが望ましい。そのため、ウェアラブルデバイス１００が採用する振動体３２は、小型（本例では外径１３ｍｍ）になってしまう。

ここで、仮に振動体背面開口２８が設けられておらず、振動体３２の前面から放射される音のみによってユーザーに音声を伝える構成について説明を行う。

図５は、関連するウェアラブルデバイス１００Ｘのスピーカーの音圧特定について説明する図である。図６（ａ）〜（ｃ）に示されるように、ウェアラブルデバイス１００Ｘの基本的な構成はウェアラブルデバイス１００と同じであるが、振動体背面開口２８および、管路１３０が設けられていない点で異なる。

ウェアラブルデバイス１００Ｘのスピーカーは、概ね振動体３２の前面から放射される音によってのみ音圧特性が決まる。そのため、図５を参照して、振動体３２の最低共振周波数ｆｓである約９００Ｈｚより低い周波数の音圧レベルは、１オクターブ毎に概ね１５ｄＢずつ減少する。これにより、１ｋＨｚ以上の中高音域の音圧レベルと、１ｋＨｚ未満の低音域の音圧レベルとの均衡が崩れる。その結果、ユーザーは、ウェアラブルデバイス１００Ｘのスピーカーの音声を聞き取りにくくなってしまう。

上記音圧特性の問題を改善するために、図３に示される実施形態に従うウェアラブルデバイス１００は、振動体背面開口２８および管路１３０を有する。より具体的には、ウェアラブルデバイス１００は、振動体背面開口２８および管路１３０によって、振動体３２の背面から放射される音をヘルムホルツ共振させることによって増幅する。

図７は、ヘルムホルツ共振器について説明する図である。図７（ａ）を参照して、スピーカー５００は、キャビネット５１０と、キャビネットの内部空間と外部空間とを連通するダクト５２０と、振動体５３０が設けられている。キャビネット５１０およびダクト５２０は空気で満たされている。

振動体５３０は、振動することによって外部空間に向けて音を放射するとともに、キャビネットの内部空間である空気ばねを圧縮および伸長させる。このとき、ダクト５２０の容積に相当する空気は質量Ｍの物体、キャビネットの内部空間は空気ばねとして作用し、図６（ｂ）に示される振動系を構成する。この振動系は、下記の式（１）に表される共振周波数ｆｈを有し、質量Ｍの物体（ダクト５２０の空気）は、当該共振周波数ｆｈで大きく振動する。

式（１）において、ｃは音速、Ｓはダクト５２０の断面積、Ｖはキャビネット５１０の容積、Ｌはダクト５２０の長さ、ｒはダクト５２０の等価半径を表す。

スピーカー５００の音圧特性は、振動体５３０の前面から放射された音の音圧特性と、振動体５３０の背面から放射され、ヘルムホルツ共振によって増幅された音の音圧特性とを足し合わせた合成特性となる。

スピーカー５００は、ダクト５２０の構造（断面積、長さ）およびキャビネット５１０の容積を調整されることによって、共振周波数ｆｈを振動体５３０の最低共振周波数ｆｓよりも低い周波数に設定される。その結果、スピーカー５００は、振動体５３０の背面から放射される音の低周波数域を増幅させることができる。これにより、スピーカー５００は、図８に示されるように、低い周波数域であっても高い音圧レベルの音圧特性を有することとなる。

上述のヘルムホルツ共振の特性を用いて、実施形態に従うウェアラブルデバイス１００の管路１３０の構造を調節する。本実施形態において、一例として、管路１３０は、断面積Ｓが６．０×１０^−５（ｍ^２）、長さＬが３．５×１０^−２（ｍ）、等価半径ｒが４．４×１０^−３（ｍ）であって、身体側空間のうち管路１３０が占める空間を除いた空間の容積Ｖは２．７×１０^−５（ｍ^３）であるとする。

この場合、筐体１１０および管路１３０によるヘルムホルツ共振周波数ｆｈは、式（１）に基づいて約４１０Ｈｚとなる。図９は、実施形態１に従うウェアラブルデバイス１００のスピーカーの音圧特性を説明する図である。

図９に示されるように、ウェアラブルデバイス１００のスピーカーの音圧特性は、振動体３２の背面から放射される音をヘルムホルツ共振させて増幅する。これにより、１ｋＨｚ以上の中高音域の音圧レベルと、１ｋＨｚ未満の低音域の音圧レベルとの均衡が保たれる。そのため、ユーザーは、当該スピーカーの音声を容易に聞き取ることができる。

また、ヘルムホルツ共振周波数ｆｈは、母音「ｕ」、「ｉ」の第１フォルマント周波数と「ｏ」、「ｅ」の第１フォルマント周波数の概ね中間である４１０Ｈｚに設定される。これにより、母音「ｕ」「ｉ」「ｏ」「ｅ」のフォルマント周波数の音圧レベルは、概ね均等に増幅される。その結果、ユーザーは、よりウェアラブルデバイス１００のスピーカーの会話音声を聞き取りやすくなる。

なお、実施形態に従うウェアラブルデバイス１００は、振動体３２の最低共振周波数ｆｓ（９００Ｈｚ）に比して、ヘルムホルツ共振周波数ｆｈ（４００Ｈｚ）を約０．４倍に設定される。これにより、６００〜７００Ｈｚの音圧レベルが下がる、音圧特性の谷が生じてしまう。しかし、この音圧特性の谷は、母音「ｅ」の第１フォルマント周波数と「ａ」の第１フォルマント周波数との中間の周波数域に存在する。そのため、ユーザーは、音圧特性の谷によって、ウェアラブルデバイス１００のスピーカーから発せられる会話音声の聞き取りを妨げられない。

なお、ヘルムホルツ共振周波数ｆｈは、本実施形態において４１０Ｈｚ程度に設定されているが、筐体１１０および管路１３０の構造を変更することによって容易に変更される。人の音声を聞き取るという目的の場合、ヘルムホルツ共振周波数ｆｈは、３５０〜５００Ｈｚ程度に設定されることが好ましい。

（ｂ５．小括）
上記によれば、実施形態に従うウェアラブルデバイス１００は、ＣＰＵなど動作時に発熱するデバイスと、ユーザーとの間に身体側空間を設けられる。この身体側空間が熱抵抗として働くため、ウェアラブルデバイス１００は、本デバイスによるユーザーの熱的な不快感を抑制することができる。

さらに、本ウェアラブルデバイス１００は、振動体３２の前面から放射される音に加えて、振動体３２の背面から放射される音を利用することで低周波数域の音圧レベルを改善することができる。その結果、ユーザーは、ウェアラブルデバイス１００のスピーカーから放射される音声を容易に聞き取ることができる。

（ｂ６．オプションとしての表示部２００）
図１０は、実施形態１に従う表示部２００の構成について説明する図である。表示部２００は、ＨＭＤ接続端子２１０と、ケーブル２２０と、ディスプレイ２３０と、マイク２４０と、カメラ２５０とを有する。

ＨＭＤ接続端子２１０は、ウェアラブルデバイス１００のＨＭＤ接続部２０と接続可能に構成される。

ディスプレイ２３０は、ウェアラブルデバイス１００から出力される映像をケーブル２２０を介して表示する。マイク２４０は、ウェアラブルデバイス１００のユーザーの音声を収集し、ウェアラブルデバイス１００へ出力する。また、カメラ２５０は、ウェアラブルデバイス１００のユーザーの視界とほぼ同等の映像を取得可能に構成され、取得した映像をウェアラブルデバイス１００へ出力する。

［実施形態２−開管共鳴管］
上記の例では、振動体３２の背面から放射される音を、身体側空間を利用したヘルムホルツ共振によって増幅する構成を説明した。以下の実施形態２−４において、振動体３２の背面から放出される音を、他の構成によって増幅させ、スピーカーの音圧特性を改善する構成について説明する。

図１１は、実施形態２に従うウェアラブルデバイス１００Ａについて説明する図である。本実施形態に従うウェアラブルデバイス１００Ａの基本構成は、上記実施形態に従うウェアラブルデバイス１００と略同じであるため、相違する点についてのみ説明する。

図１１（ａ）は、ウェアラブルデバイス１００Ａの上面を説明する図である。図１１（ｂ）、（ｃ）は、図１１（ａ）の切断線ｉｉｉ−ｉｉｉ、ｉｖ−ｉｖにおけるウェアラブルデバイス１００Ａの断面図である。

図１１（ｂ）を参照して、ウェアラブルデバイス１００Ａの内部空間には、身体側空間と正面側空間とを区切る内部隔壁５０Ａが設けられる。内部隔壁５０Ａは、両空間との間の空気の流動を制限する。

図１１（ａ）および（ｃ）を参照して、筐体１１０を構成する面のうちＨＭＤ接続部２０などが配置される上面には、振動体前面開口２６を間に挟んで振動体背面開口２８Ａ−１および２８Ａ−２（以下、「振動体背面開口２８Ａ」と総称する場合もある。）が配置される。

また、筐体１１０の内部空間のうち身体側空間には、振動体背面開口２８Ａ−１および２８Ａ−２とを連通する開管１３０Ａが設けられる。開管１３０Ａは、鈍角の折り曲げ部を２カ所と、略直角の折り曲げ部を２カ所有し、これにより管の長さＬを調整される。また、振動体３２の背面は、開管１３０Ａが占める空間に露出される。

開管１３０Ａの断面積Ｓは、本実施形態において、一例として、７（ｍｍ）×１０（ｍｍ）の長方形であって、開管１３０Ａの実質的な長さＬは、０．５６ｍであるとする。

両端が開口された開管１３０Ａは、振動体３２の背面から放射される音をその内部の空間で共振させて増幅する。以下にその説明を行う。

図１２は、両端が開口された開管における音の共振について説明する図である。図１２（ａ）および（ｂ）に示されるように、両端が開口された開管では、両端の開口部で自由端反射がおこる。そのため、特定の周波数の音波は、両端を節とする定在波を形成する。図１２（ａ）に示されるように、基本的には、管の長さの２倍（２Ｌ）の波長をもつ周波数で共振が生じる。

また、この周波数の整数倍の周波数でも共振が生じるが、実質的にスピーカーの音圧特性に影響を与えるのは２倍の周波数までである。図１２（ｂ）では、管の長さＬの波長をもつ周波数で共振が生じている。

本実施形態において、開管１３０Ａの長さＬは、０．５６ｍであるので、開管１３０Ａは、振動体３２の背面から放射される音（振動体３２から開管１３０Ａに向けて放射される音）を３０２Ｈｚ、６０４Ｈｚ、・・・の周波数について増幅する。

図１３は、実施形態２に従うウェアラブルデバイス１００Ａのスピーカーの音圧特性について説明する図である。振動体３２の背面から放射される音は、開管１３０Ａによって共振され、特に１ｋＨｚ未満の低音域の音圧レベルを増幅する。これにより、図１３に示されるように、ウェアラブルデバイス１００Ａのスピーカーの音圧特性は、振動体３２の前面から放射される音の音圧特性に比べ、１ｋＨｚ以上の中高音域の音圧レベルと、１ｋＨｚ未満の低音域の音圧レベルとの均衡が保たれる。したがって、ユーザーは、ウェアラブルデバイス１００Ａのスピーカーの音声を聞き取りやすくなる。

また、開管１３０Ａの気柱の固有振動数である３０２Ｈｚは、母音「ｕ」および「ｉ」の第１フォルマント周波数に近い周波数である。また、同じく固有振動数である６０４Ｈｚは、母音「ｏ」および「ｅ」の第１フォルマント周波数に近い周波数である。そのため、ウェアラブルデバイス１００Ａのユーザーは、本デバイスのスピーカーから放射される会話音声を、より容易に聞き取ることができる。

加えて、ウェアラブルデバイス１００Ａの使用時に発熱する部位を含むメイン基板４０は、正面側空間に配置される。そのため、ウェアラブルデバイス１００Ａは、長時間にわたってユーザーに装着されたとしても、身体側空間が熱抵抗として働くため、ユーザーの熱的な不快感を抑制することができる。

なお、上記の例では、開管１３０Ａの長さＬは０．５６ｍであったがこれに限られない。振動体３２の最低共振周波数ｆｓ（本例では９００Ｈｚ）より低い周波数の固有振動数を有する管の長さであればよい。たとえば、開管１３０Ａの長さを０．４３ｍにした場合のウェアラブルデバイス１００Ａのスピーカーの音圧特性を図１４に示す。

この場合においても、振動体３２の背面から放射される音は、開管１３０Ａの共振によって母音「ｕ」「ｉ」「ｏ」「ｅ」の第１フォルマント周波数について増幅される。そのため、ユーザーは、本デバイスのスピーカーから放射される会話音声を容易に聞き取ることができる。

また、上記の例では、筐体１１０は、振動体背面開口を２カ所設けられているが、これに限られず、３カ所以上の振動体背面開口が設けられてもよい。この場合、開管１３０Ａは、振動体背面開口どうしを連通する管路であって、振動体が当該管路に露出するように設けられればよい。

また、図１１において、振動体３２は、開管１３０Ａの長さ方向の中央部に配置されているが、振動体３２の配置場所はこれに限られない。振動体３２は、開管１３０Ａの長さ方向のどの位置に配置されていてもよい。

［実施形態３．閉管共鳴管］
図１５は、実施形態３に従うウェアラブルデバイス１００Ｂについて説明する図である。本実施形態に従うウェアラブルデバイス１００Ｂの基本構成は、上記実施形態に従うウェアラブルデバイス１００と略同じであるため、相違する点についてのみ説明する。

図１５（ａ）は、ウェアラブルデバイス１００Ｂを上面から見た図である。図１５（ｂ）、（ｃ）は、図１５（ａ）の切断線ｖ−ｖ、ｖｉ−ｖｉにおけるウェアラブルデバイス１００Ｂの断面図である。

図１５（ｂ）を参照して、ウェアラブルデバイス１００Ｂの内部空間には、身体側空間と正面側空間とを区切る内部隔壁５０Ｂが設けられる。内部隔壁５０Ｂは、両空間との間の空気の流動を禁止する。

図１５（ａ）および（ｃ）を参照して、筐体１１０を構成する面のうちＨＭＤ接続部２０などが配置される上面には、振動体前面開口２６および振動体背面開口２８Ｂが配置される。

また、筐体１１０の内部空間のうち身体側空間には、振動体背面開口２８Ｂと振動体３２の背面とを連通する閉管１３０Ｂが設けられる。閉管１３０Ｂの一端は振動体背面開口２８Ｂへ開口されており、他端は閉鎖されている。また、閉管１３０Ｂは、略直角の折り曲げ部を３カ所有し、管の長さＬを調整される。振動体３２の背面は、閉管１３０Ｂが占める空間に露出している。

閉管１３０Ｂの断面積Ｓは、本実施形態において、一例として、７（ｍｍ）×１０（ｍｍ）の長方形であって、管の実質的な長さＬは、０．３０ｍであるとする。

一端が開口され、他端が閉鎖された閉管１３０Ｂは、振動体３２の背面から放射される音をその内部の空間で共振させて増幅する。以下にその説明を行う。

図１６は、一端が開口され、他端が閉鎖される閉管における音の共振について説明する図である。図１６（ａ）および（ｂ）に示されるように、閉鎖部では空気が振動できないため、音波の固定端反射が起こり、開口部では空気が自由に振動できるので自由端反射が起こる。そのため、特定の周波数の音波は、閉鎖部を腹、開口部を節とする定在波を形成する。

そのため、図１６（ａ）に示されるように、管の長さＬの４倍の波長をもつ周波数で共振する。また、この周波数の奇数倍の周波数でも共振が生じるが、実質的にスピーカーの音圧特性に影響を与えるのは３倍の周波数までである。図１６（ｂ）では、管の長さＬの４分の３倍の波長をもつ周波数で共振が生じている。

本実施形態において、閉管１３０Ｂの長さＬは、０．３０ｍであるので、閉管１３０Ｂは、振動体３２の背面から放射される音（振動体３２から閉管１３０Ｂに向けて放射される音）を２８０Ｈｚ、８４０Ｈｚ、・・・の周波数について増幅する。

図１７は、実施形態３に従うウェアラブルデバイス１００Ｂのスピーカーの音圧特性について説明する図である。図１７を参照して、振動体３２の背面から放射される音は、開管１３０Ｂによって共振され、特に１ｋＨｚ未満の低音域の音圧レベルを増幅する。これにより、本デバイスのスピーカーは、振動体３２の前面から放射される音の音圧特性に比べ、１ｋＨｚ以上の中高音域の音圧レベルと、１ｋＨｚ未満の低音域の音圧レベルとの均衡が保たれる。したがって、ユーザーは、ウェアラブルデバイス１００Ｂのスピーカーの音声を聞き取りやすくなる。

また、閉管１３０Ｂの気柱の固有振動数である２８０Ｈｚは、母音「ｕ」および「ｉ」の第１フォルマント周波数に近い周波数である。また、同じく固有振動数である８４０Ｈｚは、母音「ａ」の第１フォルマント周波数および「ｏ」の第２フォルマント周波数に近い周波数である。そのため、これらのフォルマント周波数について、閉管１３０Ｂは、振動体３２の背面から放射される音を増幅することができる。その結果、ユーザーは、ウェアラブルデバイス１００Ｂのスピーカーから放射される会話音声を、より容易に聞き取ることができる。

加えて、ウェアラブルデバイス１００Ｂの使用時に発熱する部位を含むメイン基板４０は、正面側空間に配置される。そのため、ウェアラブルデバイス１００Ｂは、長時間にわたってユーザーに装着されたとしても、身体側空間が熱抵抗として働くため、ユーザーの熱的な不快感を抑制することができる。

なお、上記の例では、閉管１３０Ｂの長さＬは０．３０ｍであったがこれに限られない。振動体３２の最低共振周波数ｆｓ（本例では９００Ｈｚ）より低い周波数の固有振動数を有する管の長さであればよい。たとえば、閉管１３０Ｂの長さを０．２１ｍにした場合のスピーカー３０の音圧特性を図１８に示す。

この場合においても、振動体３２の背面から放射される音は、閉管１３０Ｂの共振によって母音「ｕ」「ｉ」「ｏ」「ｅ」の第１フォルマント周波数について増幅される。そのため、ユーザーは、ウェアラブルデバイス１００Ｂのスピーカーから放射される会話音声を容易に聞き取ることができる。

［実施形態４−音響迷路］
図１９は、実施形態４に従うウェアラブルデバイス１００Ｃについて説明する図である。本実施形態に従うウェアラブルデバイス１００Ｃの基本構成は、上記実施形態に従うウェアラブルデバイス１００と略同じであるため、相違する点についてのみ説明する。

図１９（ａ）は、ウェアラブルデバイス１００Ｃを上面から見た図である。図１９（ｂ）、（ｃ）は、図１９（ａ）の切断線ｖｉｉ−ｖｉｉ、ｖｉｉｉ−ｖｉｉｉにおけるウェアラブルデバイス１００Ｃの断面図である。

図１９（ｂ）を参照して、ウェアラブルデバイス１００Ｃの内部空間には、身体側空間と正面側空間とを区切る内部隔壁５０Ｃが設けられる。内部隔壁５０Ｃは、両空間との間の空気の流動を禁止する。

図１９（ａ）および（ｃ）を参照して、筐体１１０を構成する面のうちＨＭＤ接続部２０などが配置される上面には、振動体前面開口２６および振動体背面開口２８Ｃが配置される。

また、筐体１１０の内部空間のうち身体側空間には、振動体背面開口２８Ｃと振動体３２の背面とを連通する閉管１３０Ｃが設けられる。閉管１３０Ｃは、鈍角の折り曲げ部を３カ所、略直角の折り曲げ部を３カ所有し、管の長さＬを調整される。また、振動体３２の背面は、閉管１３０Ｃが占める空間に露出している。

閉管１３０Ｃの断面積Ｓは、本実施形態において、一例として、７（ｍｍ）×１０（ｍｍ）の長方形であって、管の実質的な長さＬは、０．５４ｍであるとする。

折り曲げ部を有する閉管１３０Ｃは、音響迷路として機能し、振動体３２の背面から放射される音を利用してウェアラブルデバイス１００Ｃのスピーカーの音圧特性を改善する。以下にその説明を行う。

図２０は、音響迷路について説明する図である。図２０（ａ）を参照して、振動体３２Ｘの背面から閉管１３０Ｘの内部空間に向かって音を放射される。一方、振動体３２Ｘの前面からは、閉管１３０Ｘの外部空間に向かって音を放射される。

閉管１３０Ｘは、折り曲げ部を有する。そのため、振動体３２Ｘの背面から放射される音の伝搬経路は、非直線である。この構造によって、閉管１３０Ｘの気柱は共振しにくくなり、振動体３２Ｘの背面から放射される音の高周波成分は、伝搬経路における非直線の折り曲げ部で減衰される。これにより、振動体３２Ｘの背面から放射される音が振動体３２Ｘの前面から放射される高周波成分の音に悪影響を与えることを防ぐ。なお、「非直線」とは、図１９に示されるように、複数の直線部を所定の角度で組み合わせて構成されてもよいし、湾曲部、屈曲部を含むように構成されてもよい。

また、振動体３２Ｘの前面および背面から放射される音は、互いに位相が１８０度異なる。そのため、振動体３２Ｘの背面から放射される音のうち、閉管１３０Ｘの実質的な長さの２倍の波長をもつ音に関しては、閉管１３０Ｘの開口部に到達したときに、振動体３２Ｘの前面から放射される音と位相が揃う。したがって、図２０（ｂ）に示されるように、閉管１３０Ｘの実質的な長さの２倍の波長、および当該波長を奇数で除した波長をもつ周波数の音は、増幅される。

一方、振動体３２Ｘの背面から放射される音のうち、閉管１３０Ｘの実質的な長さに等しい波長をもつ音に関しては、閉管１３０Ｘの開口部に到達したときに、振動体３２の前面から放射される音と位相が１８０度ずれる。そのため、図２０（ｂ）に示されるように、閉管１３０Ｘの実質的な長さの波長、および当該波長を整数で除した波長をもつ周波数の音は、減衰する。

また、図２０（ｂ）に示されるように、これら増幅または減衰される度合いは、上述した伝搬経路の折り曲げ部による高周波成分減衰の影響を受け、周波数が高くなるほど小さくなる。

図２１は、実施形態４に従うウェアラブルデバイス１００Ｃのスピーカーの音圧特性について説明する図である。

本実施形態に従う閉管１３０Ｃの長さＬは０．５４ｍであるので、振動体３２の背面から放射される音（振動体３２から開管１３０Ｃに向けて放射される音）のうち、３１６Ｈｚ、９４８Ｈｚ、・・・の音について増幅される。これにより、１ｋＨｚ以上の中高音域の音圧レベルを大きく下回る約５００Ｈｚ以下の低音域の音圧レベルを増大させることができる。

なお、振動体３２の背面から放射される音のうち、６３２Ｈｚ、１２６３Ｈｚ、・・・の音については減衰される。これにより、約５００Ｈｚ〜９００Ｈｚの低音域の音圧レベルは、減衰される。しかしながら、振動体３２の背面から放射される音は、１ｋＨｚ以上の中高音域の音圧レベルに比して、より小さい音圧レベルである約５００Ｈｚ以下の低音域の音圧レベルを増大させることができる。これにより、ウェアラブルデバイス１００Ｃのスピーカーの音圧特性は、振動体３２の前面から放射される音の音圧特性に比べ、１ｋＨｚ以上の中高音域の音圧レベルと、１ｋＨｚ未満の低音域の音圧レベルとの均衡が保たれる。したがって、ユーザーは、ウェアラブルデバイス１００Ｃのスピーカーの音声を聞き取りやすくなる。

また、増幅される周波数である３１６Ｈｚは、母音「ｕ」および「ｉ」の第１フォルマント周波数に近い周波数である。その結果、ユーザーは、ウェアラブルデバイス１００Ｃのスピーカーから放射される会話音声を、より容易に聞き取ることができる。

加えて、ウェアラブルデバイス１００Ｃの使用時に発熱する部位を含むメイン基板４０は、正面側空間に配置される。そのため、ウェアラブルデバイス１００Ｃは、長時間にわたって装着されたとしても、身体側空間が熱抵抗として働くため、ユーザーの熱的な不快感を抑制することができる。

また、他の局面において、閉管１３０Ｃの内部に吸音材を配置してもよい。これにより、振動体３２の背面から放射される音の高周波成分を、閉管１３０Ｃの折り曲げ部による減衰に加え、さらに吸音材による減衰させることができる。この構成は、特に、閉管１３０Ｃの長さＬの波長もつ周波数の音の減衰量を抑制することができる。

また、図１９に示される図では、閉管１３０Ｃは複数個所の折り曲げ部を有しているが、これに限られない。具体的には、閉管１３０Ｃは、少なくとも１つの折り曲げ部を有し、振動体３２の背面から放射される音の伝搬経路が非直線となればよい。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

２６ 振動体前面開口、２８，２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ 振動体背面開口、３０，５００ スピーカー、３２，５３０ 振動体、４０ メイン基板、４２ 発熱部位、４６ 伝熱部材、４８ 熱拡散板、５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ 内部隔壁、６０ 電池、１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ ウェアラブルデバイス、１１０ 筐体、１３０ 管路、１３０Ａ 開管、１３０Ｂ，１３０Ｃ 閉管。

Claims (10)

1. ウェアラブルデバイスであって、
   ユーザーが前記ウェアラブルデバイスを装着したときに当該ユーザーと対向する身体がわ面を有するとともに、前記身体がわ面とは異なる面に第１および第２の孔を有する筐体と、
   前記筐体の内部に配置され、前記身体がわ面の延在方向と同方向に延在する内部隔壁と、
   前記内部隔壁により前記身体がわ面の側に形成される第１の空間内に前記第２の孔と関連付けて配置される振動体と、
   前記内部隔壁により前記第１の空間とは反対の側に形成される第２の空間内に配置され、動作時に発熱する部位を含む回路基板と、
   前記第１の空間において、前記振動体から前記第２の孔までの音の伝搬経路より長い、前記振動体から前記第１の孔までの音の伝搬経路を形成するとともに、前記振動体から前記第１の孔までの音の伝搬経路において、前記振動体の最低共振周波数よりも低い周波数での共振を生じさせるための導波部材とを備える、ウェアラブルデバイス。
2. 前記第１および第２の孔は、前記筐体を構成する面のうち、ユーザーが前記ウェアラブルデバイスを装着したときに当該ユーザーの頭部と対向する面に設けられる、請求項１に記載のウェアラブルデバイス。
3. 前記導波部材は、前記第１の孔と前記第１の空間とを連通し、両端が開口された管路を含み、
   前記振動体から前記導波部材に向けて放射される音を前記振動体の最低共振周波数よりも低い所定の周波数で共振させるように、前記管路の長さ、前記管路の軸に対する水平の断面積、および前記第１の空間のうち前記管路が占める空間を除いた空間の容積が設定される、請求項１または２に記載のウェアラブルデバイス。
4. 前記筐体は前記第１の孔を複数有し、
   前記導波部材は、前記複数の第１の孔どうしを連通する管路を含み、
   前記振動体は、前記管路内に露出するように設けられ、
   前記管路の長さは、前記振動体から前記管路に向けて放射される音を、前記振動体の最低共振周波数よりも低い所定の周波数で共振させるように設けられる、請求項１または２に記載のウェアラブルデバイス。
5. 前記導波部材は、前記第１の孔と前記振動体とを連通する管路を含み、
   前記振動体は、前記管路内に露出するように設けられ、
   前記管路は、一端が閉鎖、他端が前記第１の孔へ開口するように設けられ、
   前記管路の長さは、前記振動体から前記管路に向けて放射される音を、前記振動体の最低共振周波数よりも低い所定の周波数で共振させるように設けられる、請求項１または２に記載のウェアラブルデバイス。
6. 前記導波部材は、一端が閉鎖、他端が前記第１の孔へ開口するように設けられ、前記一端から前記他端までを非直線な経路で連通する管路を含み、
   前記振動体は、前記管路内に露出するように設けられ、
   前記管路の長さは、当該管路の長さの２倍の波長をもつ音波の周波数が、前記振動体の最低共振周波数よりも低い所定の周波数域となるように設けられる、請求項１または２に記載のウェアラブルデバイス。
7. 前記所定の周波数域は、第１フォルマント周波数の各周波数および第２フォルマント周波数の各周波数のうち少なくともいずれか１つの周波数を含む、請求項３〜６のいずれか１項に記載のウェアラブルデバイス。
8. 前記内部隔壁は断熱材により構成される、請求項１〜７のいずれか１項に記載のウェアラブルデバイス。
9. 前記筐体の前記身体がわ面と対向する側で延在する熱拡散板と、
   前記回路基板のうち少なくとも動作時に発熱する部位と前記熱拡散板とを接続するための伝熱部材とをさらに備え、
   前記熱拡散板の熱伝導率は、前記内部隔壁の熱伝導率より大きい、請求項１〜８のいずれか１項に記載のウェアラブルデバイス。
10. 前記回路基板に電力を供給するための電池をさらに備え、
    前記電池は、前記第２の空間に設けられる、請求項１〜９のいずれか１項に記載のウェアラブルデバイス。