JPWO2004006620A1 - 電気音響変換器 - Google Patents

Abstract

小型で、低音から高音までの広帯域な音響出力が出来、また体感振動単独出力や音楽と同期した体感振動出力を発生出来るイヤホンまたはヘッドホンを提供する。永久磁石とヨークと前記永久磁石の磁束を集中させるために用いられるプレートとから構成された磁気回路と、該磁気回路の空隙に配置したコイルと、このコイルを取り付け、このコイルによって駆動力が与えられる振動板と、柔軟なばねからなるサスペンションを介して前記磁気回路を柔軟に支持する振動伝達部とを備えた振動アクチュエータを搭載したイヤホンまたはヘッドホン。

Description

本発明は、小型で、触覚音、振動音、伝導音等の体感振動（以下体感振動）と広帯域な音を発生できるイヤホンやヘッドホンに関するものである。

図４，５は従来の一般的なイヤホンやヘッドホンの一部破砕側面図である。図４、５に示すように、従来この種のイヤホンやヘッドホンは、外形寸法１３ｍｍや３０ｍｍで、高さ２〜７ｍｍの小型のスピーカ２１を内蔵し、それにより音声を出す機能を有していた。さらに体感振動機能を持たせるため、図６，７に示すような振動発生源となる振動子４をスピーカ２１とは別個に内蔵したイヤホンやヘッドホンも市販されているが、外径寸法が２５ｍｍ以上となっている。
従来のこの種のイヤホンやヘッドホンは、音声と体感振動を発生させるために、それぞれ個別の部品を取り付ける必要があり、部品のコスト高、取り付けスペースの増大、制御回路の煩雑さ、組み立てコスト増加等の問題点があった。また、スピーカ等の音声発生部品は、小型、小口径であることから、低音の出力が小さく、広帯域な音響出力を発生出来ないという問題点があった。
そこで、本発明は、上記の課題を解決し、小型で、体感振動の出力と低音から高音までの広帯域な音響出力を発生出来るイヤホンまたはヘッドホンを提供することを目的とする。

本発明によれば、永久磁石とヨークと前記永久磁石の磁束を集中させるために用いられるプレートとから構成された磁気回路と、該磁気回路の空隙に配置したコイルと、該コイルを取り付け、該コイルによって駆動力が与えられる振動板と柔軟なばねからなるサスペンションを介して、前記磁気回路を柔軟に支持する振動伝達部とを備えた振動アクチュエータを電気音響変換器として搭載したイヤホンまたはヘッドホンが得られる。
また、本発明によれば、前記振動アクチュエータは体感振動を発生させる低周波信号と音を発生する前記低周波信号よりも高い周波数の信号を同時に入力することで、前記体感振動と音を同時に発生するイヤホンまたはヘッドホンが得られる。
また、本発明によれば、前記振動アクチュエータは体感振動および低音を発生する低帯域の周波数の入力信号によって前記磁気回路が振動し、また、中帯域の周波数の入力信号によって前記振動板と前記磁気回路の両方が振動し、また、高帯域の周波数の入力信号によって前記振動板が振動して高音を発生するイヤホンまたはヘッドホンが得られる。
即ち、本発明の振動アクチュエータは、コイルに広帯域信号を印加することにより磁気回路の中にあるコイルが振動し、あるいは磁気回路が振動し、あるいはコイルと磁気回路が双方振動し支持台を介して外部へ振動を伝え、また振動体の振動により空気振動による音響出力として伝達する振動アクチュエータにおいて、体感振動と音響を同時出力可能を特徴とするものである。これによって、従来技術にない音と体感振動で喜怒哀楽を含む情報伝達を可能とする、従来にないメディアを提供するものである。

図１は、本発明の実施の形態によるイヤホンを一部断面して示す外観斜視図である。
図２は、本発明の実施の形態によるヘッドホンを一部断面して示す外観斜視図である。
図３は、図１及び図２のイヤホン及びヘッドホンに搭載された振動アクチュエータの断面図である。
図４は、従来のイヤホンを一部断面して示す外観斜視図である。
図５は、従来のヘッドホンを一部断面して示す外観斜視図である。
図６は、従来の振動発生機能を備えたイヤホンを一部断面して示す外観斜視図である。
図７は、従来の振動発声機能を備えたヘッドホンを一部断面して示す外観斜視図である。
図８は、本発明によるイヤホンまたはヘッドホンに搭載される振動アクチュエータの他の例を示す断面図である。
図９は、図８の下カバーのみの半内面を示す平面図である。
図１０は、本発明によるイヤホンまたはヘッドホンに搭載される振動アクチュエータのさらに他の例を示す断面図である。
図１１は、図１０の振動アクチュエータの底面図である。
図１２は、従来品と図３との振動音圧特性を示すグラフである。
図１３は、従来品と図３との伝導力特性を示すグラフである。
図１４は、本発明品の段付き構造の振動伝達材の空気孔の有（図１０のもの）無（従来例のもの）による音圧特性を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態による電気音響変換器について、図面を参照して説明する。
図１および２を参照して、これらの図に示されたイヤホン及びヘッドホンに搭載した振動アクチュエータ３の外径は、それぞれ、１３ｍｍと１７ｍｍであり、外径は２０ｍｍ以下の電気音響変換器をもって実現出来た。
図１及び図２で用いた振動アクチュエータ３は、図３に示すように、磁気回路は、円盤状の永久磁石３２をヨーク３１とプレート３３との間にはさみこんだ構造を有する内磁構造であり、一部に円形の磁気空隙Ｇを形成している。ボルトやピン等の形状をした中心軸３７は、磁気回路の中心穴に嵌合されており、ヨーク３１、永久磁石３２、およびプレート３３を同軸上に位置決めしている。サスペンション３４は、１枚の円弧状の螺旋形板ばねであり、磁気回路を柔軟に支持している。すなわち、螺旋形板ばねの内端部は、粘着剤、接着剤もしくは樹脂等の弾性材による接着によって、もしくは、かしめ等によりヨーク３１の外周部に固定されており、外端部は振動伝達部３８に固定されている。
一方、コイル３６は、凹形状をなすコイル固定部３９を形成した振動体３５に固定されており、必要に応じて接着剤等により固められる。このコイル３６は磁気回路の磁気空隙Ｇ内に配置されている。
また、振動伝達部３８にはストッパー４０が設けられており、ストッパー４０は振動アクチュエータに過大な電力が印加された際に磁気回路と振動体３５が衝突するのを防ぐ役割を持つ。
磁気回路の構造は、図３の内磁型構造の他に、外磁型もしくはラジアル構造とすることができる。永久磁石３２の磁極の向きは、軸方向であれば、いずれを向いていてもかまわない。
サスペンション３４は、振動伝達部３８とインサートモールド成形、溶着・接着等により一体化されている。
振動体３５は、通常、板状フィルムやコーン紙で構成され、平面状、皿板状、曲面状、コルゲーションもしくはこれらの各々を組み合わせた形状を採用でき、曲面状の場合には単一曲率もしくは異種曲率の組み合わせを採用でき、これらの組み合わせと板厚とにより、所定の音響特性が得られるように設計される。また、振動体３５の外周部は、振動体３５の振幅をより大きく得るために、必要に応じて粘着剤、接着剤、もしくは樹脂等の弾性材を介して振動伝達部３８へ固定されている。中心軸３７の中央部には、空気抜きのための貫通穴があっても良い。
振動伝達部３８は、弾性作用をもたらす樹脂等で作られており、磁気回路、サスペンション３４、振動体３５、及びコイル３６を内蔵するための中空部を備えたケース状に形成されており、この中空部の上下開口を閉じる上カバー４１及び下カバー４２を備えている。この振動伝達部３８、上カバー４１、及び下カバー４２は、空洞を形成し、この空洞がヘルムホルツの共鳴器の原理を満たすように、例えば下カバー４２に任意に放音孔４３を設けている。この放音孔４３以外に空洞への空気の流出入がないように注意する必要がある。
尚、下カバー４２は、磁気回路の過大な振動によるサスペンション３４の塑性変形を防ぐ役割も有する。
なお、振動伝達部３８は、その外側面の一部に外方に突出した端子台４４を一体に形成されている。この端子台４４の上に端子４５が形成されており、この端子４５にはコイル３６のリード線４６が接続されている。この端子４５から、駆動用の信号がコイル３６に印加される。
図３の振動アクチュエータにおいて、今、コイル３６に１００Ｈｚ前後の単一周波数の信号を入力すると、コイル３６は磁気回路の磁気空隙Ｇ中にあるため、フレミングの左手の法則に従い、コイル３６と磁気回路は相対的に入力周波数に同期して振動する。その振動は振動伝達部３８を経由してこの振動アクチュエータから外部へ出力される。これは体感振動であり、音としては低音である。
コイル３６に２ｋＨｚ前後の単一周波数の信号を入力すると、コイル３６と磁気回路は相対的に入力周波数に同期して振動し、コイル３６の振動が振動体３５へ伝わり振動体３５を振動させる。この振動は、周波数が高いため人の可聴域に入り音となって聞こえる。このとき、同時に磁気回路の振動も振動伝達部を通して伝達される。
また、コイル３６に数百から数千Ｈｚの音声や音楽信号を入力すると、振動体３５が振動する。振動体３５は、通常、板状フィルムやコーン紙であるから、この振動アクチュエータは普通のスピーカと同様に音声や音楽を出力することが出来る。
以上のように、本発明のイヤホンまたはヘッドホンの振動アクチュエータの振動は、広帯域周波数のスペクトル特性をもつ。例えば、図１２および図１３の特性グラフに示すように、たとえば１００Ｈｚで振動音は約５５ｄＢＳＰＬであり、４００Ｈｚで伝導力は約０．５５Ｇである。このことから、音と体感振動を個別に出力させることも、同時に出力させることも可能で、従来のバイブレーションモーターの単純なモーター音に比べると、非常に多彩な表現が出来る。
この振動アクチュエータにおいては、磁気回路の共振周波数は、磁気回路の重量とサスペンション３４のばね定数から決まるので、これらの重量及びばね定数を選択することによって磁気回路の共振周波数を音楽の重低音に同期させることができ、これにより、このアクチュエータから出力する曲にアクセントをつけることも可能である。この様にウーハーとしても作用するので、小型のオーディオシステム用として、重低音から高音までひとつの装置から出力が可能となり、あたかもツーウェイ型やスリーウェイスピーカー型の様に作用するイヤホンまたはヘッドホンを提供することが出来る。
図８及び９は、本発明のイヤホン或いはヘッドホンに用いる振動アクチュエータの他の一例である。
この振動アクチュエータの構成は、図３の振動アクチュエータと同様に、永久磁石１０２、ヨーク１０１およびプレート１０３をボルトもしくはピンなどの中心軸１０７で固定してなる内磁構造の磁気回路と、磁気回路を支持する１枚の円弧状螺旋形板ばねからなるサスペンション１０４と、このサスペンションの外端を固定した中空ケース状でストッパー１１０を有する振動伝達部１０８と、該振動伝達部に外端を固定された振動体１０５と、この振動体１０５のコイル固定部１０９に取付けられ磁気回路の磁気ギャップに配置されたコイル１０６と、振動伝達部１０８の中空部の上下開口を閉じる上カバー１１１および下カバー１１２とから構成されている。下カバー１１２は、磁気回路の過大な振動によるサスペンション１０４の塑性変形を防ぐストッパーの役割も有する。
この図８の振動アクチュエータと図３のものとの相違は、ヨーク１０１の外周部の形状が図３におるヨーク３１のそれと異なる点と、端子台４４を備えていない点と、上カバー１１１にも放音孔が設けられ、下カバーの放音孔が大きな穴になっている点である。
図９を参照して、下カバー１１２の内面上に端子１１４が設置されている。こに端子１１４は、コイル１０６の図示しないリード線と接続され、この端子１１４からコイルの駆動用の信号が印加される。該端子１１４は、コイルスプリング、板ばね、コネクタ、金メッキパッド等でも良い。
下カバー１１２の材質は、樹脂、ゴム、布、紙、ガラスエポキシ樹脂、その他の絶縁材、絶縁複合材など絶縁の役割を持つものであれば、どんなものでも用いることができる。
端子１１４の材質は、銅、金、銀、その他の導体材、導体材をメッキ、印刷など導体の役割を持つものであれば、どんなものでも用いることができる。
この実施の形態によれば、端子台を振動伝達部材から外方に突出させる必要がないので、振動アクチュエータの外形寸法を小さくでき、図３の振動アクチュエータに比較してイヤホンやヘッドホンに組み込むことが容易となる。
図１０および図１１に本発明で用いる振動アクチュエータの他の例を示す。この振動アクチュエータの構成も、図３の振動アクチュエータと同様に、永久磁石３０２、ヨーク３０１およびプレート３０３をリベット、ボルトもしくはピンなどの中心軸３０７で固定してなる内磁構造の磁気回路と、磁気回路を支持する１枚の円弧状螺旋形板ばねからなるサスペンション３０４と、このサスペンションの外端を固定した中空ケース状の振動伝達部３０８と、該振動伝達部に外端を固定された振動体３０５と、この振動体３０５のコイル固定部３０９に取付けられ磁気回路の磁気ギャップに配置されたコイル３０６と、振動伝達部３０８の中空部の上下開口を閉じる上カバー３１０および放音孔３１６を有する下カバー３１１、振動伝達部の一部から外方に突出して設けられた端子台３１２、この端子台に取付けられた端子３１３とから構成されている。
図１０の振動アクチュエータと図３の振動アクチュエータとの相違は、前者の振動伝達部３０８が、その内壁部に階段状の段差部３１４を形成されている点と、さらにこの段差部の一部に放音孔３１５を形成されていることである。段差部３１４は、下カバー３１１から上カバーに向かって、振動伝達部の径方向において外向きに階段を昇るような形状として形成されている。図示の例では、サスペンション３０４は、階段の２段目に取付けられており、磁気回路の横揺れを防止している。放音孔３１５は、３段目に下向きに貫通して形成されている。振動体３０５は、４段目に固定されている。
図３のものとのこれらの相違点によって、図１０及び１１の振動アクチュエータは、その背面に接してプリント基板やパネルやその他の壁部が存在して十分なバックキャビティを確保できない場合でも、振動アクチュエータの音圧特性を確保できる。
図１４は、図１１及び１２に示す振動アクチュエータ（背面にパネル付したもの）の音圧特性を示す。５００Ｈｚ〜８ｋＨｚの間で従来より２〜３ｄＢ特性を改善できることがわかる。
したがって、図１０の振動アクチュエータは、筐体壁が振動アクチュエータの背後に接する構造のイヤホンやヘッドホンに用いるのに好適である。
上記図３，図８，図１０の実施の形態において、磁気回路の中心軸として、ボルト、リベット、ビン等を用いているが、これらを用いる代わりに、ヨーク、プレート、永久磁石を接着等の方法で固定しても良い。
なお、通常、音響変換素子を耳に近接させるそうちとしては、頭蓋ヘッドバンドやネックバンドを嵌めて音響変換素子を耳に圧着するタイプのヘッドホンが一般的であるが、そのほかに耳介の中に素子を挿入し係止するインナーイヤータイプ（ヘッドホンと区別してイヤホンと呼ぶことが多い）と、支持アームを耳に掛けて素子を耳の側に配置するイヤフィットタイプがある。
本発明では、上記３タイプを総称するために、「イヤホンまたはヘッドホン」なる用語を用いたものである。

Claims (10)

1. 永久磁石とヨークと前記永久磁石の磁束を集中させるために用いられるプレートとから構成され、一部に磁気空隙を有する磁気回路と、該磁気回路の磁気空隙に配置したコイルと、該コイルを取り付け、該コイルによって駆動力が与えられる振動板と、該磁気回路を支持する柔軟なばねからなるサスペンションと、該サスペンションを固定する振動伝達部とを備えた振動アクチュエータを電気音響変換器として搭載したことを特徴とするイヤホンまたはヘッドホン。
2. 前記振動アクチュエータは体感振動を発生させる低周波信号と音を発生する前記低周波信号よりも高い周波数の信号を同時に入力することで、前記体感振動と音を同時に発生することを特徴とする請求項１に記載のイヤホンまたはヘッドホン。
3. 前記振動アクチュエータは、体感振動および低音を発生する低帯域の周波数の入力信号によって前記磁気回路が振動し、また、中帯域の周波数の入力信号によって前記振動板と前記磁気回路の両方が振動し、また、高帯域の周波数の入力信号によって前記振動板が振動して高音を発生することを特徴とする請求項１または２に記載のイヤホンまたはヘッドホン。
4. 外側を被うカバーと電気的接合のための端子を持ち、該端子が該カバーに配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１に記載のイヤホンまたはヘッドホン。
5. 振動体の内側に電気的接合のための端子が有ることを特徴とする請求項４記載のイヤホンまたはヘッドホン。
6. 前記カバーが空気粘性減衰用の放音孔を有することを特徴とする請求項４記載のイヤホンまたはヘッドホン。
7. 請求項１に記載の振動アクチュエータにおいて、前記磁気回路の外周に配置され、該磁気回路の横揺れを保護するための段付き構造を備えたことを特徴とする請求項１から６のいずれか１に記載のイヤホンまたはヘッドホン。
8. 前記段付き構造部に空気孔を有することを特徴としたイヤホンまたはヘッドホン。
9. 請求項１に記載の振動アクチュエータにおいて、磁気回路の振動共振周波数が６０Ｈｚ〜３００Ｈｚの間にあることを特徴とする請求項１から８のいずれか１に記載のイヤホンまたはヘッドホン。
10. 請求項９に記載のイヤホンまたはヘッドホンにおいて、触覚にて音を感じる「振動音」、「触覚音」、「伝導音」を体感できることを特徴としたイヤホンまたはヘッドホン。

Images