JP6596680B2 - ヘッドホンの結線構造およびヘッドホン - Google Patents

Description

本発明は、ヘッドホンの結線構造およびヘッドホンに関するものである。

従来の電気音響変換器、例えばスピーカやヘッドホンは、アナログ信号を入力信号とし、アナログ信号の強弱や周波数に応じて振動板を駆動させて音波を出力するものである。したがって、音源装置からの信号がデジタル信号であったとしても、音源装置と電気音響変換器との間に「デジタル−アナログ変換装置」を配置して一旦アナログ信号に変換してから電気音響変換器に入力する必要があった。

近年では、音源装置からのデジタル信号をアナログ信号に変換することなく、デジタル信号のまま電気音響変換器に入力して、デジタル信号の疎密に応じて振動板を駆動させて音波を出力することができるようにする信号変換装置が開発されている。（例えば、特許文献１を参照）。

特許第４８８３４２８号明細書

上記のような信号変換装置を応用した電気音響変換器を左右のイヤピースに組み込むことで、音源から駆動ユニットに至るまでの全てをデジタル信号にするヘッドホンを構成できる。

左右一対のイヤピースに組み込まれる電気音響変換器の一方には音源からの信号が信号変換装置を介してデジタル入力され、かつ、他方の電気音響変換器には一方の電気音響変換器との間に配置される信号線を介して信号が入力されるヘッドホンが知られている。電気音響変換器の間を接続する信号線は「渡りケーブル」と呼ばれる接続ケーブルである。渡りケーブルは、主にヘッドバンドの内部か、ヘッドバンドに沿って配置される。

一般にデジタル信号は、信号線を介して伝送される途中において外来雑音が混入しても、伝送先（受け手）で信号補正処理を行うことで、その影響を排除しやすい。ここで、外来雑音の原因として、外部から信号線に至る電磁波などが挙げられる。ヘッドホンにおける渡りケーブルは、ヘッドホンを装着する使用者の頭上部を通過する態様になるから、外部からの電磁波を受けやすい位置にあたり、上記のような外来雑音が混入しやすい。

特許文献１に記載されているような信号変換装置を応用して構成する電気音響変換器を用いると、渡りケーブルによって伝送される信号は振動板を駆動させるために信号変換されたデジタル信号である。この場合、伝送されたデジタル信号によって直接的に振動板を駆動させることから、伝送先に当たる電気音響変換器において信号補正処理は行われない。

伝送先において信号補正処理が行われないデジタル信号によって、振動板を駆動させるということは、渡りケーブルから混入した雑音を含んだデジタル信号によって振動板が駆動されることになる。そうすると、信号線の途中（伝送途中）で混入した外来雑音の影響を排除することなく、雑音が混入しているデジタル信号に基づいて音波を出力する状態になる。このように、雑音耐性が高いと言われるデジタル信号を用いて直接的に振動板を駆動させて音波を出力する場合であっても、外部雑音の影響を受けて「音の質（音質）」が低下することがある。このような課題は、従来から知られている「外来雑音の混入を阻止。外来雑音を排除する」という課題とは異なる課題であって、これに対する解決手段は知られていない。

上記の課題を解決するために、左右それぞれの振動板の直近に信号変換装置を配置することがある。しかし、このような方法ではコストが上昇するとともに、左右の信号変換装置でそれぞれ信号処理用の回路が必要になるなど、構造が複雑化するという課題があった。

また、一方の電気音響変換器から出力される音波は、雑音が混入していないデジタル信号に応じたものになり、他方の音響変換器から出力される音波は、雑音が混入しているデジタル信号に応じたものになる。そすると、左右一対の電気音響変換器において、左側の電気音響変換器からの出力音と右側の電気音響変換器からの出力音の感度や音質に差が生じることがある。

また、デジタル信号は、高周波成分を多く含むので、渡りケーブルから外部に対して非常に大きな不要輻射を生じさせる可能性もある。

本発明は、左右一対の電気音響変換器に用いられる渡りケーブルへの外来雑音の進入を防ぎ、質の良い音波を出力できる電気音響変換器を接続する結線構造および、電気音響変換器を提供することを目的とする。

本発明は、
デジタル信号によって振動板を駆動し音波に変換する一対のヘッドホンユニットを有するヘッドホンの結線構造であって、
左右一対で構成される前記ヘッドホンユニットの一方にのみ信号処理回路を備え、
前記信号処理回路は、第１信号線を介して前記デジタル信号の音源と接続され、
前記ヘッドホンユニットの一方に備える駆動ユニットに、信号ケーブルを介して前記信号処理回路からのデジタル信号が直接入力され、
前記一方のヘッドホンユニットと他方のヘッドホンユニットとは連結部材により連結され、
前記他方のヘッドホンユニットに備える駆動ユニットは、前記連結部材に沿って配設された第２信号線を介して前記信号処理回路と接続され、前記他方のヘッドホンユニットに備える駆動ユニットに、前記第２信号線を介して前記信号処理回路からのデジタル信号が直接入力され、
前記一対のヘッドホンユニットはそれぞれ一つの前記振動板に対して複数のボイスコイルを有し、
前記複数のボイスコイルには、それぞれ正極入力線と負極入力線からなる一対の信号線が個別に接続されて個別のデジタル信号が入力され、
前記他方のヘッドホンユニットの前記駆動ユニットに接続される前記正極入力線と負極入力線を一対とした複数対の前記第２信号線は、一対ごとに前記正極入力線と負極入力線が撚り線構造になっていることを最も主要な特徴とする。

本発明によれば、振動板の駆動がデジタル方式である左右一対の電気音響変換器に用いられる渡りケーブルへの外来雑音の進入を防ぎ、質の良い音波を出力できる。

本発明に係る電気音響変換器の例を示す斜視図である。 上記電気音響変換器の一部を拡大した拡大分解図である。 上記電気音響変換器の結線構造の例における端部付近を拡大した部分拡大図である。 上記電気音響変換器の構造の例を示す機能ブロック図である。 上記電気音響変換器の結線構造の別の例における端部付近を拡大した部分拡大図である。

以下、本発明に係る結線構造および、電気音響変換器の実施形態について図面を参照しながら説明する。

●電気音響変換器
まず、電気音響変換器の実施形態について説明する。図１に示すように、ヘッドホン１００は、電気音響変換器が組み込まれるイヤピースであるヘッドホンユニット１０１を左右一対に有してなる。ヘッドホンユニット１０１はそれぞれ、ヘッドパッド３０の両端に連結されている支持部材２０に保持されている。ヘッドホンユニット１０１は、使用者の耳周辺に接触するイヤパッド４１と、イヤパッド４１が取り付けられるハウジング４０と、を有してなる。イヤパッド４１の接触面の外形は、使用者の耳の周囲を覆うことができるように略長円状になっている。ハウジング４０の外形も、イヤパッド４１に倣って略長円状になっている。なおハウジング４０、イヤパッド４１の形状は上記略長円状には限らない。これらの形状は従来から用いられている略円形でも良く、多角形であってもよい。

ハウジング４０の内部には、電気信号を音波に変換する電気音響変換機構が配置されている。電気音響変換機構は、デジタル信号が入力信号として印加されるボイスコイルと、ボイスコイルに印加されるデジタル信号に応じて振動し音波を出力する振動板と、を有してなる。電気音響変換機構はまた、磁気ギャップを含む磁気回路を有する。ボイスコイルは、磁気ギャップ内に位置している。ハウジング４０を保持している支持部材２０は、ハウジング４０の外側に取り付けられていて、ヘッドパッド３０の長手方向に連結するようになっている。支持部材２０は、長手方向の先端に向かって先細りの縦長形状を有している。

ボイスコイルに印加されるデジタル信号は、通常の音源装置から出力されるデジタル信号に対して、所定の変調処理（信号変換処理）が施されたデジタル信号である。音源装置から出力されるデジタル信号がＰＣＭ信号であっても、電気音響変換機構において振動板に印加されるデジタル信号は、同じ信号形式ではない。例えば、パルス密度変調（ＰＤＭ）信号である。以下、振動板に印加されるデジタル信号は同様とする。

支持部材２０には、内部空間が形成されていて、後述する信号処理回路２１（図４参照）が収められている。なお、信号処理回路２１は、左右一対のハウジング４０の一方に係る支持部材２０の内部空間にのみ収められている。信号処理回路２１が収められている支持部材２０の下端部には、音源からの信号入力線である第１信号線（接続ケーブル５１）が接続されるインターフェースが設けられている。

左右のハウジング４０を保持する左右の支持部材２０は、互いにヘッドパッド３０を介して繋がっている。また、左右の支持部材２０は、バネ性を有する湾曲バー１０を介して繋がっている。湾曲バー１０は、その両端部が支持部材２０の前方側の上端部と後方側の上端部に取り付けられている。この湾曲バー１０によって、ヘッドホン１００を使用するときの側圧が与えられる。このとき、湾曲バー１０が、ヘッドバンドとしての機能も併せ持つ。なお、本実施形態においては、この湾曲バー１０には、後述する第２信号線が収納される。また、湾曲バー１０の代わりにヘッドパッド３０にバネ性を持たせて側圧を与えるように構成してもよい。このとき、ヘッドパッド３０がヘッドバンドとしての機能も併せ持つ。

ここで、ヘッドホン１００が備えるヘッドホンユニット１０１の構造について説明する。図４に示すように、ヘッドホンユニット１０１は、信号処理回路２１と駆動ユニット４０１とを有してなる。駆動ユニット４０１は、信号処理回路２１から供給されるデジタル信号から直接的に音波へと変換して音を出力する電気音響変換機構である。

駆動ユニット４０１は、磁気ギャップを含む磁気回路と、磁気ギャップ内に配置されるボイスコイルと、ボイスコイルに電気信号を印加したときに、印加された電気信号に応じて振動する振動板と、を有してなる。この振動板の振動によって、電気信号が音波に変換されて出力される。駆動ユニット４０１に印加される信号は、すでに述べたように、例えばパルス密度変調によるデジタル信号であって、各駆動ユニット４０１は、１つの振動板に対して複数のボイスコイルを有している。

信号処理回路２１は、第１信号線である接続ケーブル５１を介してデジタル音源である音源装置５０と接続されている。

信号処理回路２１が配置される側の駆動ユニット４０１は、信号ケーブル４０４を介して信号処理回路２１と電気的に接続されている。信号処理回路２１が配置されない側の駆動ユニット４０１は、第２信号線である渡りケーブル１１を介して信号処理回路２１と電気的に接続されている。

駆動ユニット４０１が備えるボイスコイルは、例えば４個であって、これらが１つの振動板に取り付けられている。各ボイスコイルに、信号処理回路２１で処理されたデジタル信号が個別に印加される。信号処理回路２１と各ボイスコイルを接続する信号線は、１つのボイスコイル当たり２本必要になる。１本が正極入力線であり、もう一本が負極入力線である。この正極入力線と負極入力線が１対として１つのボイスコイルに対する信号ケーブル４０４および渡りケーブル１１を構成する。

●結線構造
次に、本発明に係る結線構造の実施形態について説明する。図２は、一方のヘッドホンユニット１０１において、支持部材２０の外側のカバーとハウジング４０を取り外した状態の例を示す分解拡大図である。図２に示すように、支持部材２０の内部には、信号処理回路２１が収納されている。信号処理回路２１は、信号変換部と、信号変換プログラムが記憶される記憶部と、信号変換部において変換処理されたデジタル信号の出力端子であるケーブルソケット２２と、を有してなる。信号処理回路２１は、支持部材２０の外形と同様に、下方向に向けて先細りになる形状を有している。なお、信号処理回路２１の形状はこれに限られるものではない。

信号変換部および信号変換プログラムは、音源装置５０から入力されたデジタル信号に対して所定の信号変換処理、例えばパルス密度変調等に対応した信号へ変換する処理を実行する。この信号変換部および信号変換プログラムによって信号変換処理が行われ、生成されたデジタル信号は、ケーブルソケット２２に接続される渡りケーブル１１を介して、他方の駆動ユニット４０１へと伝送される。伝送されたデジタル信号は、駆動ユニット４０１が有する複数のボイスコイルのそれぞれに対して個別に印加される。

渡りケーブル１１は、正極入力線と負極入力線を一対として撚り合わせた撚り線構造によって構成されている。すでに説明したとおり、駆動ユニット４０１はボイスコイルを４個備えているので、撚り線である渡りケーブル１１は４本必要になる。図２において示すように、渡りケーブル１１は例えば、２対ごとにケーブルプラグ１２が取り付けられていて、このケーブルプラグ１２がケーブルソケット２２に嵌めこまれて接続されるようになっている。渡りケーブル１１の他方の端部は、ボイスコイルの引出配線に結線される。これによって、他方の駆動ユニット４０１が、一方の駆動ユニット４０１側に配置されている信号処理回路２１と接続される。

図３は、図２において示される領域Ａの部分を拡大した拡大図である。図３に示すように渡りケーブル１１は、湾曲バー１０を構成するバネ材１３の被覆によって湾曲バー１０の内部に配設されている。１本の湾曲バー１０の内部に２対の渡りケーブル１１が配設されている。これは、湾曲バー１０の太さに起因するものであって、より径が太い湾曲バー１０を用いれば、４対の渡りケーブル１１を１本の湾曲バー１０の内部に配設することもできる。また、渡りケーブル１１をヘッドパッド３０の内部に配設してもよい。

なお、バネ材１３の端部は湾曲バー１０の径方向にＬ字状に折り曲げられている。このＬ字状の端部が支持部材２０の上端部に嵌まり、支持部材２０に湾曲バー１０が取り付けられる。

●結線構造の効果
信号処理回路２１から駆動ユニット４０１に伝送される信号は振動板を直接駆動するためのデジタル変調処理が施された信号である。このデジタル信号は矩形波であるデジタル信号の羅列として振動板に印加され、直接的に振動板を振動させて音波を出力するので、信号補正処理は行われない。したがって、伝送途中において外来雑音がデジタル信号に混入した場合、混入した雑音によって本来伝送される信号パターンに差異が生じ、音源装置からの信号に基づく音波を正常に出力できなくなる。ひいては、出力される音の質を低下させることになる。

上記にて説明した渡りケーブル１１のように、正極入力線と負極入力線を１対として撚り合わせた撚り線構造にした結線構造を用いれば、上記のような外来雑音の影響を排除することができる。正極入力線を流れるデジタル信号と負極入力線を流れるデジタル信号は、符号が反転しているので、正極入力線と負極入力線を１対として撚り合わせることにより、線間結合性が良くなる。これによって、外来雑音への耐性を向上させることができ、特定のボイスコイルに対する入力デジタル信号の雑音の影響を抑制することができる。

また、正極入力線と負極入力線を１対として撚り合わせて線間結合性が高められることによって、高調波成分を多く含むデジタル信号を流しても、渡りケーブル１１からの不要輻射を抑えることができる。

上記のように外来雑音の影響を排除できる結線構造を用いた電気音響変換器であれば、デジタル音源からのデジタル信号をアナログ変換することなく、フルデジタル構成にしても、音の質や感度を低下させることなく、高音質の出力を維持することができる。

●結線構造の電磁シールド構造
なお、渡りケーブル１１は、図５に示されるように１対の撚り線をまとめた電磁シールド１４を用いて被覆を施してもよい。また、１つのケーブルソケット２２に取り付けられる２対または４対の撚り線構造をまとめた電磁シールド構造を用いて被覆を施してもよい。また、湾曲バー１０が電磁シールド構造を有していてもよい。これらの電磁シールドにおいて、その一端は基準電圧（ＧＮＤ電圧）に接続される。この基準電圧への接続点は信号処理回路がある側で接続されることが望ましい。

上記のシールド構造は、電磁遮蔽特性を有する網状部材を用いて構成してもよい。また、導電性チューブを用いてもよい。

渡りケーブル１１に電磁シールド構造を施すことで、外来雑音に対する耐性をより向上させることができる。また、このような電磁シールド構造は外部に対する不要輻射を抑制する効果も合わせ持つ。

１０ 湾曲バー
１１ 渡りケーブル
２１ 信号処理回路
４０ ハウジング
５１ 接続ケーブル
１００ ヘッドホン
１０１ ヘッドホンユニット
４０１ 駆動ユニット

Claims (7)

1. デジタル信号によって振動板を駆動し音波に変換する一対のヘッドホンユニットを有するヘッドホンの結線構造であって、
   左右一対で構成される前記ヘッドホンユニットの一方にのみ信号処理回路を備え、
   前記信号処理回路は、第１信号線を介して前記デジタル信号の音源と接続され、
   前記ヘッドホンユニットの一方に備える駆動ユニットに、信号ケーブルを介して前記信号処理回路からのデジタル信号が直接入力され、
   前記一方のヘッドホンユニットと他方のヘッドホンユニットとは連結部材により連結され、
   前記他方のヘッドホンユニットに備える駆動ユニットは、前記連結部材に沿って配設された第２信号線を介して前記信号処理回路と接続され、前記他方のヘッドホンユニットに備える駆動ユニットに、前記第２信号線を介して前記信号処理回路からのデジタル信号が直接入力され、
   前記一対のヘッドホンユニットはそれぞれ一つの前記振動板に対して複数のボイスコイルを有し、
   前記複数のボイスコイルには、それぞれ正極入力線と負極入力線からなる一対の信号線が個別に接続されて個別のデジタル信号が入力され、
   前記他方のヘッドホンユニットの前記駆動ユニットに接続される前記正極入力線と負極入力線を一対とした複数対の前記第２信号線は、一対ごとに前記正極入力線と負極入力線が撚り線構造になっている、
   ヘッドホンの結線構造。
2. 前記第２信号線は、前記正極入力線と前記負極入力線を一対にまとめて覆う電磁シールド構造を備える、
   請求項１記載のヘッドホンの結線構造。
3. 前記第２信号線は、前記正極入力線と前記負極入力線を個別に覆う電磁シールド構造を備える、
   請求項１または２記載のヘッドホンの結線構造。
4. 前記電磁シールド構造は、網状部材からなる、
   請求項２または３記載のヘッドホンの結線構造。
5. 前記電磁シールド構造は、導電性チューブからなる、
   請求項２または３記載のヘッドホンの結線構造。
6. ハウジング内に駆動ユニットが組み込まれている左右一対のヘッドホンユニットと、
   長手方向に湾曲し、両端部に前記ヘッドホンユニットを有するヘッドバンドと、
   前記ヘッドバンドに沿って前記ヘッドホンユニットのそれぞれに組み込まれている前記駆動ユニットを接続する結線構造を備えるヘッドホンであって、
   前記結線構造は、請求項１乃至５のいずれかに記載の結線構造である、
   ことを特徴とするヘッドホン。
7. 前記結線構造は、前記ヘッドバンドに沿って配置されている、
   請求項６記載のヘッドホン。
   

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