JPWO2016204045A1 - イヤホン - Google Patents

Abstract

第一の圧電素子（３２）によって振動する第一の振動板（３１）と、第一の振動板（３１）の振動を耳道軟骨に伝達する円筒形状の筐体（２）とを備え、第一の振動板（３１）が筐体（２）の内部に配されているイヤホン（１）を提供する。イヤホン（１）は、第一の振動板（３１）の振動を空気に伝達してしまう音漏れが少ない構造を有する。耳道軟骨は片耳のみの鼓膜に音を伝達するので、定位認識が可能である。ウーハ（３）によって低域の音圧が保たれる。

Description

本発明は、骨伝導により音を伝達するイヤホンに関する。

音響信号によって耳に当接する振動装置を振動させ、その振動を、人骨を介して内耳にある蝸牛管（うずまき管とも呼ばれる）に伝達することで、リンパ液中に浮かぶ聴覚神経に音響信号に記録された音を認識させる骨伝導型のイヤホンが知られている。

骨伝導型のイヤホンは、空気を耳道に密閉せずに音響を伝達するため、例えば音楽鑑賞中にも人の声等の周囲の音を認識できる。しかし、蝸牛管に伝わった音は左右両耳の鼓膜に伝わってしまうため、音の定位（左右の分離）が不十分であった。

この点、特許文献１には、耳道軟骨に音を伝導するイヤホンが開示されている。しかし、開示されたイヤホンは、その構造上、振動装置の振動が耳道軟骨に十分に伝達されるものではない。すなわち、振動によるエネルギーの過半は周囲の空気に伝達される。この結果、いわゆる「音漏れ」が発生し、使用時に周囲に迷惑をかけることとなってしまうものであった。また、空気の疎密波でなく質量をもった物体の振動による音の伝達のため、高周波数の振動が困難であり、高域の音響特性に劣るものであった。

特開２０１５−０５３６４０号公報

本発明は、高音質で、定位認識が可能であり、かつ、音漏れの少ない、骨伝導型のイヤホンを提供することを課題とする。

本発明のイヤホンは、
第一の圧電素子によって振動する第一の振動板と、
前記第一の振動板に配設されて前記第一の振動板の振動を耳道軟骨に伝達する筐体とを備え、
前記筐体は円筒形状であり、
前記第一の振動板が前記筐体の内部に配されている。

この構成によれば、円筒形状の筐体が耳道軟骨に密接し、第一の振動板の振動の多くを耳道軟骨に伝達することができる。また、第一の振動板が筐体の内部に配されており、第一の振動板の振動を受ける空気を筐体内に封入しておくことができる。

本発明のイヤホンにおいて、
前記筐体は、前記円筒形状の断面における直径方向に設けられた支持部を備え、
前記第一の振動板は、一端が前記支持部に接続され、前記筐体における円筒の軸に沿って配置されている。

この構成によれば、第一の振動板と筐体の全体が、音叉のように安定して振動する。

本発明のイヤホンにおいて、
前記第一の振動板は、前記支持部に接続されている一端と逆側の他端に錘を有する。

この構成によれば、第一の振動板の共振周波数（Ｆ０）を下げることができ、低域の周波数特性が好ましいものとなる。

本発明のイヤホンにおいて、
前記支持部は、前記筐体の耳道側に設けられる。

この構成によれば、第一の振動板の振動が耳道側から伝達される。よって、耳道軟骨に伝達されずに音漏れとなる振動が減少する。

本発明のイヤホンは、
２枚以上の前記第一の振動板を備え、前記２枚以上の前記第一の振動板のうちの２枚は、互いに直交する方向に振動する。

この構成によれば、直交する方向に振動する２枚の第一の振動板が存在する。よって、振動が、支持部や筐体の形状に影響されることが少なく、耳道軟骨に確実に伝達される。

本発明のイヤホンは、
前記筐体とイヤホン本体とを備え、
前記筐体と前記イヤホン本体との間に振動伝達緩衝機構を備える。

この構成によれば、イヤホン本体に伝達される振動が減少し、音漏れが減少する。

本発明のイヤホンは、
第二の圧電素子によって振動する第二の振動板と、
前記筐体に設けられ前記第二の振動板の発生する空気振動を耳道に伝達する孔部とを備える。

この構成によれば、第一の振動板の振動（主に低域）を耳道軟骨に伝達して骨伝導型のイヤホンとして動作するとともに、第二の振動板の振動（主に高域）を空気振動として鼓膜に伝達することができる、低域、高域共に、十分な音圧を得ることができる。

本発明のイヤホンによれば、高音質で、定位認識が可能であり、かつ、音漏れの少ない骨伝導型のイヤホンが提供される。

図１は、イヤホンの使用状況を示す図である。 図２Ａは、イヤホンの概略構成を示す図（筐体の断面図）である。(実施例１) 図２Ｂは、イヤホンの概略構成を示す図（筐体を耳道側から見た図）である。(実施例１) 図３は、周波数特性を示す図である。(実施例１) 図４Ａは、イヤホンの概略構成を示す図（筐体の断面図）である。(実施例２) 図４Ｂは、イヤホンの概略構成を示す図（筐体を耳道側から見た図）である。(実施例２) 図５は、振動板の構成を示す図である。(実施例３)

図１は、イヤホン１の使用状態を示す図である。イヤホン１が耳道７に挿入されている。イヤホン１は、耳道７に挿入されないイヤホン本体５及び耳道７に挿入される円筒形状の筐体２を備え、耳道７に確実に挿入される筐体２から耳道軟骨６に低域の振動が伝達される。一方、高域の音は、後述するツイータ４によって、空気振動（疎密波）として耳道７に伝達される。

イヤホン本体５と筐体２との間に、緩衝具５１が設けられている。緩衝具５１は、例えば軟質のプラスチックであり、筐体２の振動のイヤホン本体５への伝達を減少させる振動伝達緩衝機構として機能する。緩衝具５１が設けられることで、イヤホン１は、筐体２の振動をイヤホン本体５に伝達し難くし、イヤホン本体５の振動が空気に伝達されることによる音漏れを少なくできる。なお、緩衝具５１は筐体２の円筒部のみに設けられることで十分であり、円筒内部の空洞部（電気配線等を有する）に干渉しない。つまり、緩衝具５１は、筐体２の内壁に沿って空洞部分を塞がないように配置される。

なお、高域の音を空気振動として耳道７に伝達する構造（ツイータ４）、及び緩衝具５１については、それらを備えることが好ましいが、必ずしも設けなくともよい。具体的な設計の範囲で取捨選択して差し支えない。

以下、本発明のイヤホン１の筐体２、及び音を発生する振動板の具体的な構成について、実施例により説明する。

図２Ａ及び図２Ｂは、イヤホン１の概略構成を示す図である。図２Ａは筐体２の断面図であり、図２Ｂは筐体２を耳道７側（図２Ａの右方）から見た図である。筐体２は、円筒形状のイヤピース（筐体本体）２１に支持部２２及び孔部２３を設けたものである。

支持部２２は、筐体２の耳道７側の端部に設けられ、かつ、円筒形状の断面における直径方向に沿って設けられている。すなわち、支持部２２は、筐体２の円筒形状における断面の直径方向に沿って延びた板状であり、両端がイヤピース２１の内壁に接続されている。孔部２３は、イヤピース２１の内壁と支持部２２との間に存在する空間（隙間）である。

筐体２には、ウーハ３及びツイータ４が配設されている。ウーハ３は、第一の振動板３１に第一の圧電素子３２を付設したものであり、その一端が、支持部２２に埋設（接続）されている。第一の圧電素子３２に電圧を印加して振動させると、第一の振動板３１が振動し、ウーハ３は、支持部２２を介してイヤピース２１に振動を伝達する。イヤピース２１の振動は、耳道軟骨６（図１）に伝達される。なお、ウーハ３は、１枚の圧電素子を用いたユニモルフ型であるが、２枚の圧電素子を用いたバイモルフ型や多数（３枚以上）の圧電素子を積層した積層型であってもよい。

第一の振動板３１及び第一の圧電素子３２において、支持部２２が接続された一方端とは反対側の他方端には、錘３３が付されている。錘３３のそれぞれは、第一の振動板３１及び第一の圧電素子３２の共振周波数を低下させ、ウーハ３の周波数特性を改善する。

ウーハ３の一方端は、筐体２の耳道７側の端部に設けられ、かつ、円筒形状の断面における直径方向に沿って設けられた支持部２２に埋設されるため、ウーハ３は、筐体２における円筒の軸に沿って延びるように配設される。よって、ウーハ３は、円筒形状のイヤピース２１の各所にほぼ均一な振動を伝達する。なお、ウーハ３は、第一の圧電素子３２に電圧が印加されると、第一の振動板３１と第一の圧電素子３２との境界に直交する方向に沿って振動する。

ツイータ４は、第二の振動板４１に第二の圧電素子４２を付設した圧電素子型のスピーカである。第二の圧電素子４２に電圧を印加して振動させると、第二の振動板４１が振動し、ツイータ４は、筐体２内に音（空気の疎密波）を出力する。出力された音は、空気を媒体として、孔部２３を通り、耳道７に伝達される。

図３は、イヤホン１、ウーハ３及びツイータ４の周波数特性を示す図である。図３に示すように、ウーハ３の周波数特性３Ｆは、錘３３の効果により、低域において音圧が高い。一方、ツイータ４の周波数特性４Ｆは、圧電素子型ツイータの特性により、高域において音圧が高い。これらが総合され、イヤホン１の周波数特性１Ｆは、低域においても高域においても音圧が高いものとなる。

ウーハ３で発生した振動はイヤピース２１を介して耳道軟骨６に伝達され、ツイータ４から出力された音は耳道７に伝達される。いずれも、イヤホン１を装着した側のみの鼓膜に伝達されることとなる（左右両耳の鼓膜に伝わらない）。これにより、左右の耳に別々のイヤホン１を装着した場合に、左右の音が確実に分離され、音の定位が得られる。

以上詳細に説明したように、本実施例のイヤホン１は、ウーハ３で発生した振動を骨伝導で、ツイータ４から出力された音を空気伝導で伝達することにより、良好な周波数特性を得ることができる。また、左右の音が分離され、音の定位を得ることができる。

そして、第一の振動板３１が筐体２内に配設され、イヤホン１の装着時において、筐体２内の空気が筐体２でほぼ密封されていること、及び第一の振動板３１の一部が、筐体２の耳道７側の端部に設けられ、かつ、円筒形状の断面における直径方向に設けられた支持部２２に埋設されることにより、第一の振動板３１及び筐体２の振動が効率的に耳道軟骨６に伝達され、音漏れを少なくすることができる。

なお、ツイータ４を設けずにウーハ３のみの音を伝導することも可能である。

本実施例２のイヤホンは、ウーハ３の構成が実施例１のイヤホン１と異なる。他の箇所については実施例１と同様であり、詳細な説明を省略する。

図４Ａ及び図４Ｂは、イヤホン２０の概略構成を示す図である。図４Ａは筐体２の断面図、図４Ｂは筐体２を耳道７側（図４Ａの右方）から見た図である。図２Ａ及び図２Ｂと比較すると、実施例２のイヤホン２０は、支持部２２がツイータ４の側（図面左方）に設けられ、第一の振動板３１及び第一の圧電素子３２が耳道７の側（図面右方）に設けられている。

このように、ウーハ３の支持部２２による支持位置を実施例１のイヤホン１と逆向きに設けることも、骨伝導型のイヤホン２０であれば容易である。音波が空気中を伝わるものではないので、ウーハ３の支持位置は任意に設計できる。ただし、本実施例のイヤホン２０においては、ウーハ３の振動がイヤホン本体５に伝達されることを抑制するため、イヤホン本体５と筐体２との間に緩衝具５１を設けることが特に好ましい。

本実施例２のイヤホン２０は、実施例１のイヤホン１と同様の効果を有する。

本実施例３のイヤホンは、複数のウーハ３を用いるものである。他の箇所については実施例１又は２のイヤホン１，２０と同様であり、詳細な説明を省略する。

図５は、振動板の構成を示す図であり、実施例２における図４Ｂに相当する図である。つまり、実施例３における図５については、耳道７の側から筐体２の内部を見たものに相当する。

図５に示すイヤホンは、２枚のウーハ３ａ及び３ｂが設けられている。ウーハ３ａ及び３ｂは、実施例１又は２のイヤホン１，２０におけるウーハ３と同一のものである。ウーハ３ａと３ｂとは、振動方向（振動板３１ａ（３１ｂ）と圧電素子３２ａ（３２ｂ）との境界に直交する方向）が、９０度相違する。

ウーハ３ａ及び３ｂの振動は、支持部２２を介してイヤピース２１に（そして耳道軟骨６に）伝達される。この際、振動方向によっては、イヤピース２１と支持部２２との相対的な接続関係に依存して、耳道軟骨６に伝達される振動が減衰してしまう（空気に伝達されてしまう）可能性が否定しきれない（具体的にいずれかの角度の振動が減衰すると主張するものではなく、可能性が皆無ではないことを指摘するものである）。９０度相違する角度で２つの振動を与えることで、実施例３のイヤホンは、かかる減衰を緩和することができる。すなわち、実施例３のイヤホンは、音漏れを減少させる効果が期待される。

なお、本実施例３のイヤホンにおけるウーハ３（３ａ、３ｂ等）は２つに限らず、３つ以上を設けてもよい。また、実施例３のイヤホンは、ウーハ３ａ、３ｂ等の振動方向の相違による角度も、任意に設計してよい。例えば、本実施例３のイヤホンにおいては、支持部２２の設けられた直径方向に平行な方向にウーハ３ｂを振動させ、直交する方向にウーハ３ａを振動させたが、ウーハ３ａ、３ｂのそれぞれの振動方向が４５度傾斜した２方向になるようウーハ３ａ、３ｂを振動させてもよい。

本実施例３のイヤホンは、実施例１及び２のイヤホン１，２０と同等の効果を、確実に得ることができる。

この発明は、この発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、この発明の範囲を限定するものではない。すなわち、この発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。

なお、本願については、２０１５年６月１７日に出願された日本国特許出願２０１５−１２２０３４号を基礎とする優先権を主張し、本明細書中に日本国特許出願２０１５−１２２０３４号の明細書、特許請求の範囲、図面全体を参照として取り込むものとする。

本発明は、音漏れが少なく、小型軽量の骨伝導型のイヤホンであり、多くの音響機器製造業者及び個人による利用が考えられる。

１，２０ イヤホン
１Ｆ イヤホンの周波数特性
２ 筐体
２１ イヤピース
２２ 支持部
２３ 孔部
３、３ａ、３ｂ ウーハ
３１、３１ａ、３１ｂ 第一の振動板
３２、３２ａ、３２ｂ 第一の圧電素子
３３ 錘
３Ｆ ウーハの周波数特性
４ ツイータ
４１ 第二の振動板
４２ 第二の圧電素子
４Ｆ ツイータの周波数特性
５ イヤホン本体
５１ 緩衝具
６ 耳道軟骨
７ 耳道

本発明の第１の観点に係るイヤホンは、
第一の圧電素子によって振動する第一の振動板と、
前記第一の振動板に配設されて前記第一の振動板の振動を耳道軟骨に伝達する円筒形状の筐体とを備え、
前記筐体は、前記円筒形状の断面における直径方向に設けられた支持部を備え、
前記第一の振動板が前記筐体の内部に配され、一端が前記支持部に接続され、前記筐体における円筒の軸に沿って配置されている。

また、この構成によれば、第一の振動板と筐体の全体が、音叉のように安定して振動する。

本発明の第２の観点に係るイヤホンは、
第一の圧電素子によって振動する第一の振動板と、
前記第一の振動板に配設されて前記第一の振動板の振動を耳道軟骨に伝達する円筒形状の筐体とを備え、
前記第一の振動板が前記筐体の内部に配されており、
２枚以上の前記第一の振動板を備え、前記２枚以上の前記第一の振動板のうちの２枚は、互いに直交する方向に振動する。

本発明の第３の観点に係るイヤホンは、
第一の圧電素子によって振動する第一の振動板と、
前記第一の振動板に配設されて前記第一の振動板の振動を耳道軟骨に伝達する円筒形状の筐体と、
イヤホン本体と、を備え、
前記第一の振動板が前記筐体の内部に配されており、
前記筐体と前記イヤホン本体との間に振動伝達緩衝機構を備える。

本発明の第４の観点に係るイヤホンは、
第一の圧電素子によって振動する第一の振動板と、
第二の圧電素子によって振動する第二の振動板と、
前記第一の振動板に配設されて前記第一の振動板の振動を耳道軟骨に伝達する円筒形状の筐体とを備え、
前記第一の振動板が前記筐体の内部に配されており、
前記筐体に設けられ前記第二の振動板の発生する空気振動を耳道に伝達する孔部を備える。

Claims (7)

1. 第一の圧電素子によって振動する第一の振動板と、
   前記第一の振動板に配設されて前記第一の振動板の振動を耳道軟骨に伝達する筐体とを備え、
   前記筐体は円筒形状であり、
   前記第一の振動板が前記筐体の内部に配されている、イヤホン。
2. 前記筐体は、前記円筒形状の断面における直径方向に設けられた支持部を備え、
   前記第一の振動板は、一端が前記支持部に接続され、前記筐体における円筒の軸に沿って配置されている、請求項１に記載のイヤホン。
3. 前記第一の振動板は、前記支持部に接続されている一端と逆側の他端に錘を有する、請求項２に記載のイヤホン。
4. 前記支持部は、前記筐体の耳道側に設けられる、請求項２に記載のイヤホン。
5. ２枚以上の前記第一の振動板を備え、前記２枚以上の前記第一の振動板のうちの２枚は、互いに直交する方向に振動する、請求項１に記載のイヤホン。
6. 前記筐体とイヤホン本体とを備え、
   前記筐体と前記イヤホン本体との間に振動伝達緩衝機構を備える、請求項１に記載のイヤホン。
7. 第二の圧電素子によって振動する第二の振動板と、
   前記筐体に設けられ前記第二の振動板の発生する空気振動を耳道に伝達する孔部とを備える、請求項１に記載のイヤホン。

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