JP6539861B2 - ヘッドホン - Google Patents

Description

本発明は、ヘッドホンに関するものである。

音楽を聞いているユーザーの耳に進入しようとする騒音を打ち消して、ユーザーには音楽のみが聞こえるようにするノイズキャンセル方式のヘッドホンが知られている。従来から知られているノイズキャンセル方式のものは、ヘッドホンに取り付けたマイクロホンによって周囲の騒音を検出し、これとは逆位相の信号を生成し出力するものである。この逆位相の信号は、騒音を打ち消すための信号であって、ノイズキャンセル信号と呼ばれる。一般的なヘッドホンは、一対のヘッドホンユニットを備えているがノイズキャンセル方式においても同様である。

従来のノイズキャンセル方式のヘッドホンユニットは、スピーカーユニットのボイスコイルに、音楽用の信号（オーディオ信号）とノイズキャンセル信号を合成した信号を入力する。２つの信号の合成信号をボイスコイルに入力する前段にオーディオ信号用とノイズキャンセル信号用の電力増幅器を個別に配置する構成であれば、２つの電力増幅器が１つのボイスコイルに並列に接続されることになる。この構成の場合、電力増幅器が互いの負荷になる、音質を低下させる、などの悪影響を生じさせることがある。また、オーディオ信号とノイズキャンセル信号を合成してから、１つの電力増幅器を介してボイスコイルを駆動する構成であれば、２つの信号を合成（ＭＩＸ）するために、音質劣化を生じることがある。

ヘッドホンユニットに搭載されるスピーカーユニットの特性を向上させるものとして、振動板の機械的負荷を低減させる構造が知られている（例えば、特許文献１を参照）。また、ノイズキャンセル方式のヘッドホンユニットにおいて、ノイズキャンセル信号とオーディオ信号との磁気的結合、静電的結合を含む電気的な結合関係をできるだけ浅くし、ノイズキャンセル信号がオーディオ信号に与える影響を少なくするヘッドホンユニットが知られている（例えば、特許文献２を参照）。

特開昭５１−１５１１２１号公報 特開２００８−９９１２７号公報

特許文献１または特許文献２に記載されている構成は、スピーカーユニットが有する振動板と振動板を固定する構造物との間の機械的結合を低減させる緩衝構造体が必要になる。また、２つの電気信号を合成した信号を用いて振動板を駆動するので、オーディオ信号とノイズキャンセル信号の相互干渉が生じて、音質の低下につながる可能性がある。

緩衝構造体を設ける場合、ヘッドホンユニットとヘッドホンケースの間の機械的結合を保つために、ヘッドホンユニットの周囲に音波を通過しない弾性体を用いる必要がある。また、ヘッドホンユニットの音声信号経路に干渉する構造は望ましくなく、干渉を起こすことなく、ノイズキャンセル信号による振動板を駆動させる駆動力を付与できることが望ましい。

本発明は、ヘッドホンユニットの周辺に音質に影響を与える構造体を設けることなく、かつ、オーディオ信号とノイズキャンセル信号が干渉しないように独立した入力系統を備え、振動板において異なる信号を結合し、音波として出力することができる振動板を提供することを目的とする。

本発明は、ノイズキャンセル方式のヘッドホンであって、
メインドームと前記メインドームの周囲に連なるサブドームを備えるドーム型振動板と、
前記メインドームと前記サブドームとの境界部分に取り付けられているボイスコイルと、
前記ボイスコイルが配置される磁気ギャップを含み、前記磁気ギャップに磁界を発生させる磁気回路と、
前記サブドームの少なくとも一面側に形成されている圧電膜と、を有し、
前記ボイスコイルは、楽音信号によって前記ドーム型振動板を動電駆動し、
前記圧電膜は、ノイズキャンセル信号によって前記サブドームを圧電駆動することを主な特徴とする。

本発明によれば、ヘッドホンユニットの周辺に音質に影響を与える構造体を設けることなく、かつ、オーディオ信号とノイズキャンセル信号が干渉しないように独立した入力系統を備え、振動板において異なる信号を結合し、音波として出力することができる。

本発明に係るヘッドホンユニットの例を示す縦断面図である。 上記ヘッドホンユニットが備える振動板の例を示す平面図である。 上記ヘッドホンユニットが備える振動板の一部の例を示す縦断面図である。 上記ヘッドホンユニットが備える振動板の例を示す縦断面図である。

以下、本発明の実施形態について図を参照しながら説明する。なお、以下の説明に用いる図では、ヘッドホンユニット２００が備えるバッフル板を固定するヘッドホンハウジングやバッフル板の前面側の周縁部に固定されるイヤーパッドを省略している。図１に示すヘッドホンユニット２００は、紙面左方向に音波を出力する。ユーザーがこのヘッドホンユニット２００を左右一対に備えるヘッドホンを使用するとき、イヤーパッドの外端面がユーザーの頭部側面に当たり、イヤーパッドで囲まれる空間内にユーザーの耳が位置するようになっている。

ヘッドホンユニット２００は、特徴的な構造を有する振動板１００と、振動板１００に固着されたボイスコイル２０１と、ボイスコイル２０１が進入する隙間を有する磁気回路と、磁気回路を保持するフレーム２０５と、を有してなるスピーカーユニットを有する。
このスピーカーユニットは、いわゆる動電型スピーカーユニットであって、永久磁石を有する磁気回路によって作られた磁界内に配置されるボイスコイル２０１に、楽音信号により電流を流し、振動板１００を所定の方向に振動させて、楽音信号を音波に変化する。なお、磁気回路は、ポールピース２０２、マグネット２０３、ヨーク２０４、によって構成されている。振動板１００の詳細な構造については後述する。

ボイスコイル２０１は、音源装置３０１から入力されるオーディオ信号が流れる配線を円筒状に巻回して形成したコイルである。ボイスコイル２０１には信号入力配線３０２が接続されている。この信号入力配線３０２を介して、音源装置３０１からのオーディオ信号がボイスコイル２０１に入力される。

ボイスコイル２０１が配置されている磁気回路の隙間（磁気ギャップ）は、ポールピース２０２と扁平なシャーレ状のヨーク２０４によって形成されている。ヨーク２０４の内底部中心には扁平なマグネット２０３が固着されていて、ヨーク２０４に固着されたマグネット２０３の端面には板状のポールピース２０２が固着されている。

ヨーク２０４の開放側端面とポールピース２０２の端面は、ほぼ同一面にあり、かつ、ポールピース２０２の外周面とヨーク２０４の開放端側内周面との間にはリング状の磁気ギャップが形成されている。ボイスコイル２０１は、磁気ギャップ内に進入する状態で保持されるようになっている。磁気ギャップにはマグネット２０３を源とする磁界が発生しているので、ボイスコイル２０１は磁界の中に存在していることになる。

フレーム２０５は、扁平なシャーレ状の部材からなり、振動板１００と磁気回路を保持する機能を有する部材であって、中央部分に形成された孔にヨーク２０４が嵌め込まれて固定されている。これによって、フレーム２０５の中央部分に磁気回路が固定される。フレーム２０５の外周縁には、後述するように、振動板１００の外周端が固定されている。このフレーム２０５は、図示しないバッフル板に取り付けられる。

振動板１００は、メインドーム１０１と、メインドーム１０１を囲む周縁部であって断面がアーチ状のサブドーム１０２と、を有してなる。サブドーム１０２の外周はフレーム２０５に固着されている。これによって、ボイスコイル２０１が上に示した状態で所定の位置に保持されるようになっていて、振動板１００は前後方向に（紙面左右方向に）振動可能な状態で支持されている。振動板１００のメインドーム１０１とサブドーム１０２の境界にボイスコイル２０１の一端が片持ち的に固着されていて、ボイスコイル２０１はヨーク２０４にもポールピース２０２にもボイスコイル２０１が接触しないように支持されている。

外部の音源装置３０１（例えば、音楽プレーヤー）から信号入力配線３０２を介してボイスコイル２０１にオーディオ信号が入力されると、オーディオ信号に従ってボイスコイル２０１が前後方向に振動し、この振動に応じた音声が出力される。

ここで、振動板１００について、より詳細に説明する。図２に示すように振動板１００は、正面方向から見た平面形状は円形である。なお、正面方向とは、振動板１００のボイスコイル２０１に電気信号が入力されたときにボイスコイル２０１が駆動して音波を放射する方向をいう。図２に示すように、振動板１００は、中央部分にメインドーム１０１があり、その周辺を取り囲むようにドーナツ状のサブドーム１０２が形成されている。ボイスコイル２０１は、メインドーム１０１とサブドーム１０２の境界部分に配置されている。

図３は、振動板１００を振動方向に直交する方向から見た縦断面形状の例を示す図である。振動板１００は、薄いフィルム状部材を所定の形態に加工したものである。振動板１００は、厚さが２５μｍ程度のフィルムを加熱加圧成形してメインドーム１０１とサブドーム１０２とを形成したものである。メインドーム１０１とサブドーム１０２は、それぞれ、正面方向に盛り上がったアーチ状をなしている。

図４は、振動板１００に圧電膜１２０を形成した状態を示す図である。図４に示すように、サブドーム１０２の正面側の表面に、圧電膜１２０が形成されている。圧電膜１２０は、電界を加えると変位する圧電素子の一種であって、フィルム状の振動板１００の表面に形成された薄膜であり、振動板１００における圧電作用部を構成している。圧電膜１２０の裏表両面に金属蒸着を施して２つの電極を形成し、この電極にノイズキャンセル信号を印加するための配線を接続する。

圧電膜１２０に電界を加えると、電界に応じて面積方向に伸縮する。圧電膜１２０に電界を加えると、圧電膜１２０の伸縮に応じて、サブドーム１０２の表面に力が加わる。なお、図４に示す振動板１００では、圧電膜１２０をサブドーム１０２の正面側にのみ形成しているが、背面側に形成してもよいし、サブドーム１０２の両面に形成してもよい。

図１に戻る。振動板１００の素材は伸縮しにくい素材からなる。振動板１００の周縁部（サブドーム１０２の周縁部）はフレーム２０５に固定されているので、圧電膜１２０による変位がサブドーム１０２に加わると、サブドーム１０２は圧電膜１２０の伸縮に合わせて振動板１００の前後方向に振動するようになる。すなわち、圧電膜１２０に加えた電界に応じてサブドーム１０２には前後方向の駆動力が加わる。この駆動力によってサブドーム１０２が振動して、ノイズキャンセル信号が出力される。

ヘッドホンユニット２００は、サブドーム１０２の圧電膜１２０に電界を加える構成として、ノイズキャンセル信号配線３０５と、ノイズキャンセル信号生成部３０４と、マイクロホン３０３と、を有している。

マイクロホン３０３は、ヘッドホンユニット２００の使用環境における外部騒音を検出して騒音信号に変換してノイズキャンセル信号生成部３０４に入力する。なお、外部騒音とは、ユーザーが聞こうとしている目的音以外の音をいう。ノイズキャンセル信号生成部３０４は、マイクロホン３０３が検出した外部騒音に基づいて、これを打ち消すための信号であるノイズキャンセル信号を生成して出力する。ノイズキャンセル信号は、外部騒音と位相が逆転している信号である。ノイズキャンセル信号配線３０５は、ノイズキャンセル信号生成部３０４から出力されたノイズキャンセル信号を圧電膜１２０に印加するための配線である。前述のように、圧電膜１２０には表裏の両面にプラスとマイナスの２つの信号が印加されるので、ノイズキャンセル信号配線３０５は少なくとも２本ある。しかし、図１においてノイズキャンセル信号配線３０５は、簡略化して１本の信号線として表している。

すでに説明したとおり、圧電膜１２０にノイズキャンセル信号を印加すると、ノイズキャンセル信号に応じてサブドーム１０２の表面に振動板１００の径方向に伸縮力が加わる。サブドーム１０２の外周端部はフレーム２０５に固定され、他方の端部はメインドーム１０１に連なり、これら端部の間はアーチ状になっている。このような構造により、圧電膜１２０による伸縮力は、メインドーム１０１の振動方向（ボイスコイル２０１の振動方向）と同じ方向にサブドーム１０２を振動させる力に変換される。

したがって、振動板１００は、音源装置３０１から出力されたオーディオ信号が信号入力配線３０２を介してボイスコイル２０１に入力される入力系統と、ノイズキャンセル信号が圧電膜１２０に入力される入力系統との、２つの入力系統を備えている。前者を第１入力系統とし、後者を第２入力系統とする。

第１入力系統は、電流によって主に振動板１００のメインドーム１０１を駆動する電流駆動系統である（サブドーム１０２も電流駆動される）。すなわち、振動板１００は、オーディオ信号に基づく電流駆動によって振動することで音楽を出力する。第２入力系統は、電界によって振動板１００のサブドーム１０２を駆動する電界駆動系統である。すなわち、振動板１００は、ノイズキャンセル信号に基づく電界振動によって振動することでノイズキャンセル音を出力する。

以上のように、振動板１００は、２入力と２出力に対応な電気音響変換機構であって、電流駆動のための信号と電界駆動のための信号を振動板１００で結合して音波に変換し出力するものである。電流と電界は相互に干渉しないので、上に示した構成を有する振動板１００は、オーディオ信号とノイズキャンセル信号を加算するなどの信号処理を行ったときに生ずる信号同士の相互干渉は起きず、信号の干渉による悪影響を生じさせない。

また、ヘッドホンユニット２００を固定するための機械的結合構造において、特別な構造はいらず、ヘッドホンユニット２００の周囲に音波を通過させない構造を用いる必要がない。

また、オーディオ信号とノイズキャンセル信号のそれぞれに必要となる信号処理回路をボイスコイル２０１に並列に接続する必要もないから、互いの信号処理回路が負荷になることを防止でき、これによる音質低下を避けることができる。また、オーディオ信号とノイズキャンセル信号を干渉させるような信号合成処理は不要になるから、高音質の楽音を再生し、さらに、外部騒音を打ち消す効果も高まる。

１００ 振動板
１０１ メインドーム
１０２ サブドーム
１２０ 圧電膜
２００ ヘッドホンユニット
２０１ ボイスコイル
２０２ ポールピース
２０３ マグネット
２０４ ヨーク
２０５ フレーム
３０１ 音源装置
３０２ 信号入力配線
３０３ マイクロホン
３０４ ノイズキャンセル信号生成部
３０５ ノイズキャンセル信号配線

Claims (4)

1. メインドームと前記メインドームの周囲に連なるサブドームを備えるドーム型振動板と、
   前記メインドームと前記サブドームとの境界部分に取り付けられているボイスコイルと、
   前記ボイスコイルが配置される磁気ギャップを含み、前記磁気ギャップに磁界を発生させる磁気回路と、
   前記サブドームの少なくとも一面側に形成されている圧電膜と、を有し、
   前記ボイスコイルは、楽音信号によって前記ドーム型振動板を動電駆動し、
   前記圧電膜は、ノイズキャンセル信号によって前記サブドームを圧電駆動するノイズキャンセル方式のヘッドホン。
2. 前記ドーム型振動板は、フィルム状薄膜部材を加熱加圧して前記メインドームと前記サブドームが形成されたものである、
   請求項１記載のノイズキャンセル方式のヘッドホン。
3. ドーム型前記振動板と、前記ボイスコイルと、前記磁気回路は、動電型スピーカーを構成し、
   前記動電型スピーカーを固定するバッフル板と、
   前記バッフル板を固定し、前記動電型スピーカーの背面を覆うハウジングと、
   前記バッフル板の前面側において前記バッフル板の周縁部に固定されるイヤーパッドと、をさらに有する、
   請求項１または２記載のノイズキャンセル方式のヘッドホン。
4. 前記圧電膜の表面には電極が形成され、前記電極を介して前記圧電膜にノイズキャンセル信号が印加される請求項１，２または３記載のノイズキャンセル方式のヘッドホン。
   

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