JP6767638B2 - 骨伝導スピーカ及び骨伝導ヘッドホン装置 - Google Patents

骨伝導スピーカ及び骨伝導ヘッドホン装置 Download PDF

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Description

本開示は、空気を介さず対象物に振動を伝えて音を認識させる骨伝導スピーカ及び骨伝導ヘッドホン装置に関するものである。
特許文献１は、振動ドライバから発生した機械的振動と、振動板により変換された機械的振動とを使用者に伝達し、高域の音質を改善し、かつ周囲への音漏れを低減した骨伝導スピーカ及び骨伝導ヘッドホン装置を開示する。
特許第５５５５８１１号公報
本開示は、骨伝導スピーカ及び骨伝導ヘッドホン装置を提供する。
本開示における骨伝導スピーカは、空気を介さず対象物に振動を伝えて音を認識させる骨伝導スピーカであって、磁気回路と振動板とを有し、音を振動に変換する振動ドライバと、振動ドライバの磁気回路側を保持し、対象物に接触して振動を対象物に伝える振動体と、振動ドライバと非接触状態で振動ドライバの振動板側を覆い、振動体と共に振動ドライバを略密閉する蓋体とを備える。
また、本開示における骨伝導ヘッドホン装置は、骨伝導スピーカと、骨伝導スピーカを人の頭部に接触させる保持体とを備える。
本開示における骨伝導スピーカ及び骨伝導ヘッドホン装置は、構造が簡単であり、且つ、振動エネルギーの効率を改善することができる。
図１は、本開示に係る骨伝導ヘッドホン装置の外観を示す斜視図である。 図２は、骨伝導マイクを備える骨伝導ヘッドホン装置の使用態様を示す図である。 図３は、骨伝導スピーカの外観を振動体側から示す斜視図である。 図４は、骨伝導スピーカを分解した状態で示す斜視図である。 図５は、骨伝導スピーカの断面を示す図である。 図６は、振動ドライバの動作説明図である。
以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
なお、発明者は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面及び以下の説明を提供するのであって、これらによって請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
（実施の形態）
［骨伝導ヘッドホン装置の構成］
図１は、本開示に係る骨伝導ヘッドホン装置の外観を示す斜視図である。
図２は、骨伝導マイクを備える骨伝導ヘッドホン装置の使用態様を示す図である。
同図に示すように、骨伝導ヘッドホン装置２００は、バンド状の保持体２０１と、保持体２０１の両端部にそれぞれ配置された骨伝導スピーカ１００とを備えている。また本実施の形態の場合、骨伝導ヘッドホン装置２００は、骨伝導マイク２０２を備えたヘッドセットとなっており、トランシーバ３０１と接続されるものとなっている。
［保持体２０１］
保持体２０１は、使用者の後頭部又は首部に巻き掛け状に装着される適度な弾性を有する材料、例えばポリプロピレン等の合成樹脂や、アルミニウム、ステンレス等の金属により略Ｕ字形状、または略Ｃ字形状に構成されている。
骨伝導マイク２０２は、マイクケーブル２２１を介して保持体２０１に接続される。保持体２０１は、耳かけ２１１を有し、耳かけ２１１が使用者の耳に掛けられることで頭部に装着される。保持体２０１は、ヘッドセットケーブル２１０を介してトランシーバ３０１に接続される。
［トランシーバ３０１］
トランシーバ３０１は、例えば、衣服の一部に取り付けられ、通信相手が所有する外部機器との通信を行う。
［骨伝導マイク２０２］
骨伝導マイク２０２は、例えば、留め金具などによってヘルメット２０８の顎紐２０９などに取り付けられる。
［骨伝導スピーカの構成］
図３は、骨伝導スピーカの外観を振動体側から示す斜視図である。
図４は、骨伝導スピーカを分解した状態で示す斜視図である。
図５は、骨伝導スピーカの断面を示す図である。
これらの図に示す骨伝導スピーカ１００は、空気を介さず対象物に振動を伝えて音を認識させるスピーカであって、振動ドライバ１０１と、支持体１０２と、振動体１０３と、蓋体１０４とを備える。
［振動ドライバ１０１］
振動ドライバ１０１は、音声信号を機械的振動に変換する電磁型のドライバであって、磁気回路１１１と、振動板１１２と、コイル１１３とを備えている。また本実施の形態の場合、振動板１１２には、ウエイト１１４が取り付けられている。
［コイル１１３］
コイル１１３は音声信号に基づき磁界を発生させるいわゆるボイスコイルである。本実施の形態の場合、振動ドライバ１０１が薄い立方体形状であるため、コイル１１３は、矩形の筒状に電線が巻き付けられたものとなっている。
［磁気回路１１１］
磁気回路１１１は、音声信号に基づきコイル１１３により発生する磁界と相互作用をするための磁気ギャップを形成する回路であり、マグネット１１５と、第一ヨーク１１６と、第二ヨーク１１７とを備えている。
［マグネット１１５］
マグネット１１５は、コイル１１３が挿通状態で配置される磁気ギャップに定常的な磁界を供給する永久磁石である。本実施の形態の場合、振動ドライバ１０１の外観形状に対応しマグネット１１５も薄い立方体形状となっている。
［ヨーク］
第一ヨーク１１６、および、第二ヨーク１１７は、マグネット１１５から発生した磁界を磁気ギャップにまで取り回し、磁気回路を形成する部材であり、磁性材料で形成されている。
本実施の形態の場合、第一ヨーク１１６は、矩形の箱形状であり、底部の中央にマグネット１１５が配置されている。第二ヨーク１１７は、矩形の板形状であり、第一ヨーク１１６の反対側のマグネット１１５の面に取り付けられている。第一ヨーク１１６と第二ヨーク１１７との間には矩形の隙間が形成されており、この隙間がコイル１１３が挿入される磁気ギャップとなっている。
［振動板１１２］
振動板１１２は、マグネット１１５の一端部に取り付けられ、マグネット１１５と共に磁気回路１１１に対して相対的に振動する部材である。また、振動板１１２は、ダイアフラム１１９を介してフレーム１１８に取り付けられている。
［ダイアフラム１１９］
ダイアフラム１１９は、振動板１１２よりも柔軟な部材、例えばゴムなどでできたシート状の部材であり、一般的なスピーカのエッジに相当する部材である。
［フレーム１１８］
フレーム１１８は、磁気回路１１１の第一ヨーク１１６の外周に取り付けられ、磁気回路１１１から振動板１１２側に向かって突出した矩形環形状の部材である。フレーム１１８は、ダイアフラム１１９を介して振動板１１２を所定の位置に保持する部材である。
［ウエイト１１４］
ウエイト１１４は、振動板１１２に取り付けられ、振動ドライバ１０１の共振周波数を変更する部材である。本実施の形態の場合、ウエイト１１４は振動板１１２より平面視において一回り小さく、振動板１１２より厚みの厚い板状の部材であり、アクリルなどの樹脂で形成されている。
振動ドライバ１０１は、音声信号が入力されると振動板１１２とマグネット１１５等の磁気回路１１１とが逆位相で相対的に振動するものとなっている。
［振動体１０３］
振動体１０３は、振動ドライバの磁気回路側を保持し、骨伝導用の振動を伝える箱状の部材である。振動体１０３は、エラストマー等の弾性材料で形成され、接触部１３１と、壁部１３２と、第一フランジ部１３３とを一体に備えている。振動体１０３は、具体的には、使用者の頭部等、体の一部に接触させるイヤーパッドである。
［接触部１３１］
接触部１３１は、振動ドライバ１０１の磁気回路１１１側を一方の面で保持し、他方の面で使用者の頭部などの対象物に接触する。接触部１３１は、箱形状の振動体１０３の底部に該当する部分である。保持する振動ドライバ１０１が立方体形状であるため、接触部１３１の形状は矩形の板状である。
接触部１３１は、振動ドライバ１０１が取り付けられている部分である保持部１３１１と、保持部１３１１の外縁に位置し、振動ドライバ１０１が取り付けられていない部分である周縁部１３１２とから成る。周縁部１３１２は、振動体１０３の底部のうち、保持部１３１１以外の部分であるから額縁形状である。
一例として、図５の断面図における接触部１３１の一辺の長さを２１ｍｍとすると、保持部１３１１の一辺の長さは１５ｍｍ程度であり、周縁部１３１２の縁部分の長さは左右それぞれ３ｍｍ程度である。
先に述べたように振動体１０３は弾性材料により形成されているため、周縁部１３１２は後述する壁部１３２と共にバネのように機能し、振動ドライバ１０１の振動を効率よく対象物に伝達することができる。
ここで、図５に示すように、保持部１３１１は、周縁部１３１２および壁部１３２よりも肉厚が少し厚くなっている。このように、保持部１３１１の厚みを変えることにより、振動ドライバ１０１を取り付ける際に、取り付け位置を容易に決定することができる。さらに、保持部１３１１と周縁部１３１２との境界で厚みを変えることにより、バネとして機能させる部分の長さを規定することができる。
また、周縁部１３１２の面積や厚み、弾性率、硬度を変えることで共振周波数を変えることができる。例えば、４００Ｈｚ付近に共振周波数をチューニングすることで音声を聞くのに適した骨伝導スピーカ１００とすることができる。また、周縁部１３１２をより柔らかくすることで、２００Ｈｚ付近に共振周波数を設定し、音楽を聴くのに適した骨伝導スピーカ１００とすることも可能である。
［壁部１３２］
壁部１３２は、振動ドライバと非接触状態で接触部１３１から起立する部分である。本実施の形態の場合、接触部１３１が矩形であるため、壁部１３２は矩形の環形状となっている。上述したように、壁部１３２とこれに連続する周縁部１３１２と、振動体１０３を形成する材質の弾性によりバネのように機能し、振動ドライバ１０１の振動を効率よく対象物に伝達する。
［第一フランジ部１３３］
第一フランジ部１３３は、壁部１３２から外方に向かって突出するフランジ状の部分である。本実施の形態の場合、第一フランジ部１３３は、壁部１３２の振動板１１２側の端部から連続して外方に向かって突出しており、矩形の環形状となっている。
第一フランジ部１３３は、振動体１０３よりも剛性の高い支持体１０２に支持されることにより、振動ドライバ１０１が振動した際の振動の支点として機能する。音声信号などにより振動ドライバ１０１が振動した場合でも、第一フランジ部１３３がほとんど振動しないため、保持体２０１等に保持された支持体１０２に振動が伝わることが無い。そのため、効率的に振動ドライバ１０１の振動を対象物に伝えることが可能となる。
［蓋体１０４］
蓋体１０４は、振動ドライバ１０１の振動板１１２やウエイト１１４などと非接触状態で振動ドライバ１０１の振動板１１２側を覆い、振動体１０３と共に振動ドライバを略密閉する部材である。本実施の形態の場合、蓋体１０４は、振動体１０３と同じ箱形状であり、振動体１０３の開口部と蓋体１０４の開口部とが付き合わされた状態で配置されている。従って、蓋体１０４の第二フランジ部１４１は、振動体１０３の第一フランジ部１３３に重ね合わされており、支持体１０２は、重ね合わされた第一フランジ部１３３と第二フランジ部１４１とを挟持することにより振動体１０３と蓋体１０４との略密閉状態を形成している。本実施の形態では、蓋体１０４の材質は、振動体１０３と同じものである。このように、振動体１０３と蓋体１０４とを同一形状、同一材料とすることで、部品点数が減り、製造コストを削減することができる。
ここで、「略密閉」とは、振動体１０３、および、蓋体１０４の少なくとも一方に音声信号を伝送するための電線２０３が貫通する孔が設けられていることを意味している。骨伝導スピーカ１００の使用時には電線２０３が孔に貫通することにより、振動体１０３および蓋体１０４の内部は空気的に密閉された状態となる。
蓋体１０４は、振動板１１２の振動により生じる空気の振動を受け止めて蓋体１０４自体が振動する。蓋体１０４は、当該振動をフランジ部を介して振動体１０３に伝えることで、振動ドライバ１０１の振動のエネルギーを振動体１０３に集中させ、効率的に振動を対象物に伝える機能を備えている。
また、振動体１０３と同様に蓋体１０４の第二フランジ部１４１が振動の支点となるため、蓋体１０４の振動が支持体１０２に伝わることなく効果的に振動体１０３に伝えることが可能となる。
［支持体１０２］
支持体１０２は、振動体１０３を介して振動ドライバ１０１を支持する構造部材である。支持体１０２は、振動体１０３の第一フランジ部１３３を支持しているので、振動ドライバ１０１をほぼ自由に振動できるように支持している。また、支持体１０２は、骨伝導ヘッドホン装置の保持体２０１などにより骨伝導スピーカ１００を保持させるための部分である。
本実施の形態の場合、支持体１０２は、振動ドライバ１０１を囲うように配置された矩形の筒状となっており、インロー状態で嵌め合わされる第一支持体１２１と第二支持体１２２とを備えている。また、第一支持体１２１と第二支持体１２２との間には第一フランジ部１３３と第二フランジ部１４１とを合わせた厚さよりも短いギャップが設けられている。第一支持体１２１と第二支持体１２２とを嵌め合わせた状態で当該ギャップに第一フランジ部１３３と第二フランジ部１４１とを重ね合わせて嵌め込むにより、支持体１０２は、第一フランジ部１３３と第二フランジ部１４１とを厚さ方向に全周にわたって挟んでいる。これにより、振動体１０３と蓋体１０４との内部空間を略密閉状態にし、蓋体１０４の振動が振動体１０３に伝わりやすくなっている。
また、第一支持体１２１は、有底の筒形状となっており、底部の中心には電線２０３を配線するための孔が設けられている。
［動作および効果］
図６は、振動ドライバの動作説明図である。
音声信号がコイル１１３に伝わると、磁気回路１１１とウエイト１１４を含む振動板１１２とが相対的に（反対向きに）振動する。磁気回路１１１の振動は、振動体１０３に直接伝わり周縁部１３１２の弾性により接触部１３１が振動する（振動Ｖ１）。振動板１１２の振動は、振動体１０３および蓋体１０４の内部空気を振動させ、蓋体１０４は、内部空気の振動を機械的振動に変換し振動体１０３へ伝達する（振動Ｖ２）。
ここで、振動体１０３および蓋体１０４の振動は、第一フランジ部１３３および第二フランジ部１４１を支点として振動しているため、支持体１０２は振動ドライバ１０１が振動してもほとんど振動しない。
以上の動作により、振動ドライバ１０１が振動した際のエネルギーの多くを振動体１０３の接触部１３１の機械的な振動に集中させることができる。従って、使用者に対して効率よく骨伝導により音を認識させることが可能となる。
また、振動板１１２から生じる空気振動が蓋体１０４を経由して機械的振動に変換されることで接触部１３１以外の部分の振動が低減する。さらに、蓋体１０４が空間を介して支持体１０２、特に第一支持体１２１により覆われているため、音漏れを軽減することが可能となる。
さらに、本実施の形態では、振動ドライバ１０１を保持する振動体１０３として、使用者の頭部等、体の一部に接触させるイヤーパッドを用いているので、従来の骨伝導スピーカに比べ、構造が簡単である。これにより、製造工程を簡略化することができ、また、小型化や低コスト化を図ることが可能となる。
また、本実施の形態では、振動ドライバ１０１と振動体１０３の壁部１３２との間に空間を設けて周縁部１３１２を形成している。周縁部１３１２は、弾性材料で形成されているためバネ特性を有する。このように構成することで、振動ドライバ１０１の振動をバネにより増幅して使用者に伝達することが出来る。
なお、本開示は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせてもよい。また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本開示の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本開示の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本開示に含まれる。
なお、本実施の形態では、骨伝導スピーカ１００を薄い立方体形状として説明したが、骨伝導スピーカ１００全体の形状や各部材の形状は特に限定されるものでは無い。例えば、振動ドライバ１０１やコイル１１３、磁気回路１１１、振動板１１２などは円柱（円筒）形状などであってもよく、これに伴い振動体１０３や蓋体１０４、支持体１０２の形状も円筒形状であってもよい。
また、振動体１０３と蓋体１０４の材質および形状を同じものとしたが、これに限定されるものでは無い。例えば、蓋体１０４の硬度を振動体１０３の硬度よりも硬く、または、柔らかくしても構わない。また、振動体１０３と蓋体１０４の形状を異なるものとしても構わない。
また、振動板１１２の材質は、特に限定されるものでは無く、樹脂や金属、紙などであってもよい。また、振動板１１２とウエイト１１４とを別体として説明したが、これらが一体になっていても構わない。
また、振動体１０３の接触部１３１（保持部１３１１および周縁部１３１２）と、壁部１３２と、第一フランジ部１３３とは一体成型されるとしたが、これに限定されるものではない。これらを別途成型した後に組み合わせるとしてもよい。この場合、少なくとも周縁部１３１２はバネ特性を持たせるために弾性材料により形成する必要がある。
また、骨伝導ヘッドホン装置２００では、保持体２０１の両端部にそれぞれ骨伝導スピーカ１００を設けたが、一端のみに骨伝導スピーカ１００を設けてもよい。一端のみに設ける場合は、他端側に骨伝導スピーカ１００に代えてパッドを設けるなどすればよい。また、保持体２０１を使用者の頭部に巻き掛ける形状にして構成してもよい。また、保持体２０１を使用せず、耳掛けタイプ等のヘッドホン装置として構成してもよい。
本開示は、骨伝導スピーカ及び骨伝導ヘッドホン装置に適用可能である。具体的には、携帯電話機、スマートフォン等に、携帯音楽端末などに本開示は適用可能である。
１００ 骨伝導スピーカ
１０１ 振動ドライバ
１０２ 支持体
１０３ 振動体（イヤーパッド）
１０４ 蓋体
１１１ 磁気回路
１１２ 振動板
１１３ コイル
１１４ ウエイト
１１５ マグネット
１１６ 第一ヨーク
１１７ 第二ヨーク
１１８ フレーム
１１９ ダイアフラム
１２１ 第一支持体
１２２ 第二支持体
１３１ 接触部
１３１１ 保持部
１３１２ 周縁部
１３２ 壁部
１３３ 第一フランジ部
１４１ 第二フランジ部
２００ 骨伝導ヘッドホン装置
２０１ 保持体
２０２ 骨伝導マイク
２０３ 電線
２０８ ヘルメット
２０９ 顎紐
２１０ ヘッドセットケーブル
２２１ マイクケーブル
３０１ トランシーバ

Claims (6)

  1. 空気を介さず対象物に振動を伝えて音を認識させる骨伝導スピーカであって、
    磁気回路と振動板とを有し、音を振動に変換する振動ドライバと、
    前記振動ドライバの前記磁気回路側を保持し、前記対象物に接触して前記振動ドライバの振動を前記対象物に伝える振動体と、
    前記振動ドライバと非接触状態で前記振動ドライバの前記振動板側を覆い、前記振動体と共に前記振動ドライバを略密閉する蓋体とを備え、
    前記振動体は、前記振動ドライバを一面で保持し、他面で前記対象物と接触する板状の保持部と、弾性材料で形成されており、前記保持部の外縁に位置し、前記保持部と共に前記対象物と接触する周縁部と、前記周縁部から起立する壁部とを備える骨伝導スピーカ。
  2. 前記振動体は、前記対象物である使用者の体の一部に接触させるイヤーパッドである請求項１に記載の骨伝導スピーカ。
  3. 空気を介さず対象物に振動を伝えて音を認識させる骨伝導スピーカであって、
    磁気回路と振動板とを有し、音を振動に変換する振動ドライバと、
    前記振動ドライバの前記磁気回路側を保持し、前記対象物に接触して前記振動ドライバの振動を前記対象物に伝える振動体と、
    前記振動ドライバと非接触状態で前記振動ドライバの前記振動板側を覆い、前記振動体と共に前記振動ドライバを略密閉する蓋体とを備え、
    前記振動体と前記蓋体とは同じ形状である骨伝導スピーカ。
  4. 空気を介さず対象物に振動を伝えて音を認識させる骨伝導スピーカであって、
    磁気回路と振動板とを有し、音を振動に変換する振動ドライバと、
    前記振動ドライバの前記磁気回路側を保持し、前記対象物に接触して前記振動ドライバの振動を前記対象物に伝える振動体と、
    前記振動ドライバと非接触状態で前記振動ドライバの前記振動板側を覆い、前記振動体と共に前記振動ドライバを略密閉する蓋体とを備え、
    前記骨伝導スピーカは、前記振動体を介して前記振動ドライバを支持する支持体を備え、
    前記振動体は、外方に向かって突出する第一フランジ部を備え、前記蓋体は、外方に向かって突出し、前記第一フランジ部に重ね合わせることができる第二フランジ部を備え、前記支持体は、重ね合わされた前記第一フランジ部と前記第二フランジ部とを挟持する骨伝導スピーカ。
  5. 前記振動ドライバは、
    前記振動板に取り付けられ、共振周波数を変更するウエイトを備える請求項１〜４のいずれか一項に記載の骨伝導スピーカ。
  6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の骨伝導スピーカと、
    前記骨伝導スピーカを前記使用者の頭部に接触させる保持体とを備える骨伝導ヘッドホン装置。
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