KR102651750B1 - 음향 장치 - Google Patents

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Abstract

청취자의 귀에 장착해서 사용되고, 노이즈 캔슬을 실시하는 음향 장치를 제공한다. 음향 장치는, 외이도와 걸림 결합하고, 주위음을 차음하는 차음부와, 상기 차음부보다도 고막측에 배치되고, 음향 신호를 출력하는 발음부와, 상기 차음부에 의해 주위음을 차음하는 차음 위치 부근에 배치되고, 주위음을 수음하는 수음부와, 상기 수음부가 수음한 주위음에 따라서 상기 음향 신호를 처리하는 처리부와, 상기 발음부, 상기 수음부, 및 상기 처리부를 수용하는 하우징을 구비한다. 상기 차음부는, 상기 하우징을 외이도 입구 부근에서 지지하는 이어피스를 포함한다.

Description

음향 장치
본 명세서에서 개시하는 기술은, 청취자가 주로 귀에 장착해서 사용하는 음향 장치에 관한 것이다.
재생 장치나 수신기로부터 출력된 전기 신호를 귀 또는 고막에 근접된 스피커로 음향 신호로 변환하는 소형의 음향 변환 장치 즉 이어폰이 널리 보급되고 있다. 이러한 종류의 음향 재생 장치는, 착용한 청취자 본인에게만 들리도록 음향을 내보내기 때문에, 다양한 환경에서의 이용에 제공되고 있다.
예를 들어, 커널형 이어폰은, 귀의 구멍(외이도: ear canal)에 이어피스를 깊게 삽입해서 사용하는 형상이다. 이러한 종류의 이어폰에서는, 발음(發音) 소자가, 이어피스의 외이도 걸림 결합부로부터 보아, 고막과 반대측에 배치되는 것이 일반적이다(예를 들어, 특허문헌 1을 참조할 것).
또한, 이어폰이나 헤드폰에 있어서, 외부 환경의 노이즈(소음)를 제거하거나 또는 저감시킨 양호한 재생 음장 공간을 제공하는 노이즈 캔슬 시스템이 알려져 있다. 예를 들어 액티브한 노이즈 저감을 행하는 액티브 방식의 노이즈 저감 시스템에서는, 마이크로폰으로 외래 노이즈를 수음(收音)하고, 그 수음한 노이즈의 음성 신호로부터, 노이즈와는 음향적으로 역상의 노이즈 캔슬 신호를 생성한다. 이 노이즈 캔슬 신호를, 음악 등의 본래의 청취 목적인 음성 신호와 합성하여 스피커로 음향 재생함으로써, 외래 노이즈를 음향적으로 상쇄한다.
노이즈 캔슬에는, 피드 포워드 방식과, 피드백 방식이 있다. 피드 포워드 방식에서는, 귀에 가까운 위치에서 수음한 소리(소음)를 해석, 및 청취자의 고막 위치에서의 소음 파형을 예측하여, 소음을 제거하는 신호(역위상 파형)를 생성한다. 또한, 피드백 방식에서는, 음향 장치의 하우징 내부에 마련된 마이크에 의해 하우징 내부에서 수음된 소리(소음)에 대해서 노이즈 캔슬링 처리를 실시한다(특허문헌 2를 참조할 것).
일본 특허 공개 제2016-86281호 공보 일본 특허 공개 제2016-174376호 공보
본 명세서에서 개시하는 기술의 목적은, 청취자의 귀에 장착해서 사용되고, 노이즈 캔슬을 실시하는 음향 장치를 제공하는 데 있다.
본 명세서에서 개시하는 기술은,
외이도의 입구 부근에 배치되고, 주위음을 수음하는 수음부와,
상기 수음부보다도 고막측에 배치되고, 음향 신호를 출력하는 발음부
를 구비하는 음향 장치이다.
음향 장치는, 외이도와 걸림 결합하여 주위음을 차음하는 차음부를 더 구비하고, 상기 발음부는, 상기 차음부보다도 고막측에 배치되고, 상기 수음부는, 상기 차음부에 의해 주위음을 차음하는 차음 위치 부근에 배치된다. 또한, 음향 장치는, 상기 수음부가 수음한 주위음에 기초하여 피드 포워드 방식의 노이즈 캔슬링을 실시하는 처리부를 더 구비하고 있다.
또한, 음향 장치는, 상기 발음부, 상기 수음부, 및 상기 처리부를 수용하는 하우징을 더 갖는다. 상기 차음부는, 상기 하우징을 외이도 입구 부근에서 지지하는 이어피스를 포함하고, 상기 발음부가 고막측을 향하도록, 상기 하우징을 지지한다.
본 명세서에서 개시하는 기술에 의하면, 청취자의 외이도 입구 부근에 장착해서 사용되고, 피드 포워드 방식에 의해 노이즈 캔슬을 실시하는 음향 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 명세서에 기재된 효과는, 어디까지나 예시이며, 본 발명의 효과는 이것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이, 상기 효과 이외에, 추가로 부가적인 효과를 발휘하는 경우도 있다.
본 명세서에서 개시하는 기술의 또 다른 목적, 특징이나 이점은, 후술하는 실시 형태나 첨부하는 도면에 기초하는 보다 상세한 설명에 의해 밝혀질 것이다.
도 1은, 노이즈 캔슬링 시스템(100)의 기본적인 구성예를 나타낸 도면이다.
도 2는, 음향 장치(200)의 외관 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은, 하우징(210) 단체의 외관 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는, 이어피스(250)의 단면 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는, 음향 장치(200)의 단면을 나타낸 도면이다.
도 6은, 음향 장치(200)를 청취자의 귀에 장착한 모습을 나타낸 도면이다.
도 7은, 음향 장치(200)를 청취자의 귀에 장착한 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 8은, 반력을 저감하도록 구성한 이어피스(250)의 단면을 나타낸 도면이다.
도 9는, 반력을 저감하도록 구성한 이어피스(250)의 단면(하우징(210)을 장착하고, 또한, 하우징(210)이 경사진 경우)을 나타낸 도면이다.
도 10은, 반력을 저감하도록 구성한 이어피스(250)의 단면의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 11은, 반력을 저감하도록 구성한 이어피스(250)의 단면의 다른 예(하우징(210)을 장착하고, 또한, 하우징(210)이 경사진 경우)를 나타낸 도면이다.
도 12는, 하우징(210)이 원하지 않는 방향으로는 경사지기 어려워지도록 구성한 이어피스(250)의 상면도이다.
도 13은, 하우징(210)이 원하는 방향으로만 경사지도록 구성한 이어피스(250)의 상면도이다.
도 14는, 음향 장치(200)의 변형예를 나타낸 도면이다.
도 15는, 도 14에 도시한 음향 장치(200)에서 사용되는 이어피스(250)의 통부(252)의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 16은, 음향 장치(200)의 다른 변형예를 나타낸 도면이다.
도 17은, 하우징(210) 내에 음향 특성을 조정하기 위한 공간을 마련한 음향 장치(200)의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 18은, 하우징(210) 내에 음향 특성을 조정하기 위한 공간을 마련한 음향 장치(200)의 다른 구성예를 나타낸 도면이다.
도 19는, 하우징(210) 내에 음향 특성을 조정하기 위한 공간을 마련한 음향 장치(200)의 또 다른 구성예를 나타낸 도면이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 명세서에서 개시하는 기술의 실시 형태에 대하여 상세히 설명한다.
본 명세서에서는, 커널형과 같은, 청취자의 귀에 장착해서 사용되는, 소형이면서, 또한, 피드 포워드 방식의 노이즈 캔슬 기능을 갖는 음향 장치에 대하여, 이하에서 제안한다.
노이즈 캔슬 기능을 갖는 음향 장치는, 원하는 음향 신호를 재생하는 발음부와, 외부 환경의 노이즈(소음) 등을 포함하는 주위음을 수음하는 수음부와, 수음부가 수음한 주위음에 따라서 발음부로부터 출력하는 음향 신호를 처리하는 처리부를 구비하고 있다.
발음부는, 예를 들어 다이나믹 스피커나 밸런스드 아마추어, 피에조 소자, 또는 정전형 스피커 등의 발음 소자, 또는 이들 복수의 발음 소자 중 어느 2 이상을 조합하여 구성된다.
원하는 음향 신호는, 음악 등의 재생 신호이며, 예를 들어 휴대형 오디오 재생 기기 혹은 스마트폰이나 태블릿 등의 다기능 정보 단말기와 같은 외부 기기로부터 음향 장치에 공급된다.
수음부는, 소형의 마이크로폰으로 구성되고, 발음부에서 음향 신호를 한창 출력하고 있는 도중에 발생하는, 외부 환경의 노이즈(소음) 등을 포함하는 주위음을 수음한다. 본 실시 형태에서는, 수음부는 피드 포워드 방식의 노이즈 캔슬링에 사용되는 마이크로폰으로 한다.
처리부는, 수음부에서 수음한 주위음에 기초하여, 주위음이 최소로 되는 캔슬 신호를 생성한다. 구체적으로는, 수음부에서 수음한 주위음의 신호 파형을 해석하여, 주위음을 제거하는 역위상의 신호를 발생시키고, 주위음에 이 역위상의 신호를 겹침으로써 주위음을 제거하도록 한다. 이에 의해, 고막 위치에서의 주위음을 저감시킨다. 피드 포워드 방식의 경우, 처리부에서는, 주위음이 고막에 도달했을 때 어떠한 파형이 될지를 추측하고, 그 추측 결과에 기초하여, 주위음이 최소로 되는 캔슬 신호를 생성한다.
도 1에는, 노이즈 캔슬링 시스템(100)의 기본적인 구성예를 나타내고 있다. 이하, 각 부에 대하여 설명한다. 도시한 노이즈 캔슬링 시스템(100)은, 발음부로서의 드라이버 유닛(110)과, 수음부로서의 마이크로폰(120)과, 처리부로서의 신호 처리부(130)를 구비하고 있다.
신호 처리부(130)는, DSP(Digital Signal Processor)(131)와, 시스템 컨트롤러(132)를 구비하고 있다. DSP(131)는, 시스템 컨트롤러(132)의 제어하에서, 음향 신호의 처리를 실행한다.
음악 소스의 재생 신호는, 오디오 입력 단자(도시생략)를 통해 노이즈 캔슬링 시스템(100)에 도입되면, AD 변환기(ADC)(133)로 디지털 변환한 후에, DSP(131)에 입력된다. 여기에서 말하는 음악 소스는, 휴대형 오디오 재생 기기 혹은 스마트폰이나 태블릿 등의 다기능 정보 단말기와 같은 외부 기기 등이다. 단, 음향 소스가 Bluetooth(등록상표)나 Wi-Fi 등의 무선에 의해 재생 신호를 전송하는 경우에는, 오디오 입력 단자 및 AD 변환기(133) 대신에, 무선 인터페이스를 장비하면 된다.
또한, 마이크로폰(120)으로 수음된 외부 환경의 노이즈(소음) 등을 포함하는 주위음 신호는, 마이크로폰 증폭기(121)로 증폭되고, 또한 AD 변환기(ADC)(134)로 디지털 변환한 후에, DSP(131)에 입력된다.
DSP(131) 내에서는, 이퀄라이저(135)가, 음악 소스로부터의 재생 신호의 주파수 특성을 조정한다. 또한, 노이즈 캔슬 엔진부(136)가, 마이크로폰(120)으로부터 도입된 주위음의 신호의 파형을 해석하여, 주위음을 제거하는 역위상의 캔슬 신호를 발생시킨다. 본 실시 형태에서는, 피드 포워드 방식에 의한 노이즈 캔슬을 실시하므로, 노이즈 캔슬 엔진부(136)는, 청취자의 고막 위치에서의 주위음의 파형을 예측하여, 주위음을 제거하는 캔슬 신호를 발생시킨다. 또한, 노이즈 캔슬 엔진부(136)는, 소프트웨어 처리에 의해 실장할 수 있다. 그리고, 합성부(137)는, 파형 정형한 후의 재생 신호에 캔슬 신호를 가산하여, 합성 신호를 생성한다.
DSP(131)로부터 출력되는 합성 신호는, DA 변환기(DAC)로 아날로그 변환하고, 이어폰 증폭기(111)로 더 증폭한 후, 드라이버 유닛(110)으로부터 음향 출력된다. 드라이버 유닛(110)으로부터 출력된 음향 신호는, 주위음과 함께, 청취자의 고막에 도달된다. 여기서, 음향 신호에는, 주위음과 역위상의 캔슬 신호가 중첩되어 있다(전술). 이 때문에, 주위음에 이 캔슬 신호가 겹침으로써, 주위음만이 제거되므로, 청취자는 조용히 음악 등을 즐기는 것이 가능해진다.
마이크로폰(120)으로 관측되는 주위음 신호와, 실제로 고막에 도달하는 주위음의 상관이 클수록, 노이즈 캔슬링의 효과가 크다. 따라서, 마이크로폰(120)을 외이도 내 또는 외이도 입구 부근에 배치함으로써, 마이크로폰(120)으로 관측되는 주위음과 고막에 도달하는 주위음의 상관을 보다 크게 할 수 있다.
본 명세서에서 제안하는 노이즈 캔슬 기능이 있는 음향 장치는, 커널형과 같은, 청취자의 귀에 장착해서 사용되는 것을 상정하고 있다. 이러한 종류의 소형의 음향 장치는, 일반적으로, 이어피스를 사용하여 외이도 입구 부근에 삽입해서 사용된다. 이 경우, 주위음은 어느 정도 이어피스로 차음되므로, 이어피스로부터 새어 들어 온 주위음이 실제로 고막에 도달하는 주위음의 대부분을 차지한다. 따라서, 마이크로폰(120)은, 주위음을 차음하는 차음 위치 부근, 바꿔 말하면 이어피스 부근에 배치되는 것이, 마이크로폰(120)으로 관측되는 주위음 신호와 고막에 도달하는 주위음의 상관이 커져서, 노이즈 캔슬링의 효과가 커지게 된다고 할 수 있다.
또한, 본 명세서에서 제안하는 음향 장치는, 피드 포워드 방식의 노이즈 캔슬 기능을 갖는 것을 상정하고 있다. 피드 포워드 방식의 노이즈 캔슬링을 실시할 때, 드라이버 유닛(110)과 고막 간을 음파가 전반하는 시간 t1과, 주위음이 마이크로폰(120)의 근방으로부터 고막으로 전반하는 시간 t2와, 마이크로폰(120)으로 관측된 주위음 신호의 처리 시간 t3의 관계에 의해, 노이즈 캔슬링의 효과가 얻어지는 주파수 대역이 결정된다. 또한, 시간 t3은, 신호 처리부(130) 내에서, 마이크로폰(120)의 입력 신호를 해석하고, 캔슬 신호를 생성하여, 합성부(137)에 의해 재생 신호에 캔슬 신호를 가산하여 출력하는 소요 시간에 상당한다. 노이즈 캔슬링 시스템(100)에 있어서의, 캔슬되어야 할 주위음에 대한 시스템 입출력의 시간 어긋남 Δt는, 이하의 식 (1)로 표현된다.
예를 들어, 어떤 주파수에 있어서 20㏈ 이상의 노이즈 캔슬링양을 확보하고자 한 경우에는, 상기 지연 Δt가 캔슬하려고 하는 신호의 위상 5도 상당 이내로 억제할 필요가 있다고 생각된다.
피드 포워드 방식에서는, 이어폰(혹은 헤드폰)의 외부에 마이크로폰(120)이 배치되지만, 외이도로부터 멀리 외측에 배치하면, 마이크로폰(120)으로 관측되는 주위음과 고막에 도달하는 주위음의 상관이 작아지기 때문에, 바람직하지 않다. 마이크로폰(120)의 위치를 (차음 위치 부근에서) 일정하게 한 경우, 시간 t2가 일정해지므로, 드라이버 유닛(110)과 고막 간을 음파가 전반하는 시간 t1이 짧을수록, 노이즈 캔슬링의 효과가 얻어지는 주파수 대역은 고역까지 확대된다.
일반적인 노이즈 캔슬링 이어폰에서는, 발음 소자가 이어피스의 외이도 걸림 결합부로부터 보아, 고막과 반대측에 배치되고, 발음 소자가 이어피스의 외이도 걸림 결합부로부터 보아, 고막과 반대측에 배치되며(예를 들어, 특허문헌 1을 참조할 것), 발음 소자로부터 고막측으로 연장되는 음도부(音導部)를 갖고, 음도부에 이어피스가 부착되는 구조이다. 이 경우, 이어피스의 길이 분만큼 음파의 전반 시간이 걸려버린다. 또한, 주위음 검출용 마이크로폰은, 외이도로부터 멀리 외측에 배치되게 된다.
이에 반하여, 본 명세서에서 제안하는 음향 장치는, 외이도와 걸림 결합하여 주위음을 차음하는 차음부로서의 이어피스와, 이어피스보다도 고막측에 배치되고, 음악 등의 재생 신호를 출력하는 발음부로서의 드라이버 유닛(110)과, 이어피스에 의해 주위음을 차음하는 차음 위치 부근에 배치되어, 주위음을 수음하는 수음부로서의 마이크로폰(120)과, 마이크로폰(120)이 관측한 주위음에 따라서 재생 신호를 처리하는 신호 처리부(130)와, 이들 드라이버 유닛(110), 마이크로폰(120) 및 신호 처리부(130)를 수용하는 하우징으로 구성된다.
본 명세서에서 제안하는 음향 장치에서는, 드라이버 유닛(110)은, 이어피스의 외이도와의 걸림 결합부보다도 고막측에 배치된다. 따라서, 드라이버 유닛(110)과 고막 간의 거리가 단축됨으로써, 드라이버 유닛(110)으로부터 출력되는 음파의 전반 경로에서의 위상 지연이 저감되므로, 노이즈 캔슬링의 효과가 얻어지는 주파수 대역은 고역까지 확대될 수 있다. 드라이버 유닛(110)이 이어피스에 의한 차음 위치보다도 고막 근처에 배치됨으로써, 지연에 의한 영향을 억제하여, 노이즈 캔슬링의 효과를 높일 수 있다고 할 수도 있다.
또한, 본 명세서에서 제안하는 음향 장치에서는, 마이크로폰(120)이 이어피스에 의해 주위음을 차음하는 차음 위치 부근에 배치된다. 캔슬하고 싶은 노이즈는, 이어피스로부터 누설되어 고막까지 도달하는 주위음이다. 따라서, 마이크로폰(120)을 차음 위치 부근에 최적으로 배치함으로써, 실제로 캔슬하고 싶은 주위음을 마이크로폰(120)으로 관측하는 것이 가능해진다. 즉, 마이크로폰(120)으로 관측되는 주위음 신호와 고막에 도달하는 주위음의 상관이 커져서, 노이즈 캔슬링의 효과를 크게 할 수 있다.
부언하면, 캔슬하는 대상이 되는, 이어피스로부터 누설되어 고막까지 도달하는 주위음은, 실제로는, 음향 장치를 장착한 청취자의 이개나 헤드부 그리고 신체로부터의 반사의 영향을 받은 음향 신호이다. 본 실시 형태에서는, 마이크로폰(120)이 배치되는 차음 위치는 외이도의 입구 부근에 상당하므로, 마이크로폰(120)은 음향 장치를 장착한 청취자의 이개나 헤드부 그리고 신체로부터의 반사의 영향을 받은 주위음을 관측할 수 있어, 이 관점에서도, 노이즈 캔슬링의 효과를 높일 수 있다.
도 2에는, 본 실시 형태에 따른 음향 장치(200)의 외관 구성을 나타내고 있다. 음향 장치(200)는, 하우징(210)과, 이어피스(250)를 포함한다.
하우징(210)은, 드라이버 유닛(110)과, 마이크로폰(120)과, 신호 처리부(130)와, 이들 각 부의 구동 전원으로서의 전지를 내장하고 있다(모두, 도 2에서는 도시를 생략하였음). 또한, 하우징(210)에는, 휴대형 오디오 재생 기기 혹은 스마트폰이나 태블릿 등의 다기능 정보 단말기와 같은 외부 기기(음악 소스)로부터 재생 신호를 도입하기 위한 이어폰 케이블이 접속되는 경우도 있지만, 도 2에서는 간소화를 위해서 도시를 생략하였다.
도 3에는, 하우징(210) 단체의 외관 구성을 나타내고 있다. 하우징(210)은, 중공의 원통 형상을 이루고, 내부에 드라이버 유닛(110)과, 마이크로폰(120)과, 신호 처리부(130)와, 이들 각 부의 구동 전원으로서의 전지를 내장하고 있다. 하우징(210)은, 탄성 혹은 가소성이 있는 실리콘 고무나 엘라스토머, 또는 ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등의 플라스틱, 혹은 금속 등으로 구성된다.
도 3 중에는, 음향 소자로서의 드라이버 유닛(110) 및 마이크로폰(120)의 배치예를 각각 파선으로 나타내고 있다. 드라이버 유닛(110)의 위치는, 이어피스(250)의 외이도와의 걸림 결합부보다도 고막측으로 된다. 또한, 마이크로폰(120)의 위치는, 이어피스(250)에 의해 주위음을 차음하는 차음 위치 부근이 된다. 하우징(210)의 마이크로폰(120)을 배치한 위치 부근의 벽면에는, 마이크로폰(120)이 주위음을 도입하기 위한 1 이상의 음공(音孔)(211)이 뚫려 형성되어 있다.
도 4에는, 이어피스(250)의 단면 구성을 나타내고 있다. 이어피스(250)는, 외이도의 내벽과 걸림 결합하는 베벨부(251)와, 하우징(210)을 보유 지지하는 통부(252)로 구성된다. 이어피스(250)는, 탄성 혹은 가소성이 있는 실리콘 고무나 엘라스토머 등으로 구성된다.
도 5에는, 이어피스(250)의 단면에, 하우징(210)을 부착한 모습을 나타내고 있다. 하우징(210) 및 이어피스(250)는 모두, 대략 회전 형상이며, 하우징(210)의 중심축이 이어피스(250)의 중심축과 거의 일치하도록, 하우징(210)은 통부(252)에 의해 지지되어 있다. 이어피스(250)는 타원 형상 또는 외이도 형상을 따르는 형상이어도 된다. 또한, 하우징(210)이 이어피스(250)에 부착된 상태에 있어서, 당해 음향 장치(200)가 청취자의 귀에 장착되었을 때에는, 드라이버 유닛(110)의 위치는, 이어피스(250)의 외이도와의 걸림 결합부보다도 고막측으로 되어, 마이크로폰(120)의 위치는, 이어피스(250)에 의해 주위음을 차음하는 차음 위치 부근이 된다.
도 6에는, 도 2 내지 도 5에 도시한 음향 장치(200)를 청취자의 귀에 장착한 모습을 나타내고 있다. 외이도는, 입구에서부터 고막까지 약 2.5 내지 3㎝이며, 이물의 침입을 방지하기 위해서 S자형으로 굽어 있다. 입구에 가까운 쪽의 굽음은 제1 커브, 안쪽은 제2 커브라 불리고 있다. 따라서, 음향 장치(200)는, 외이도(제1 커브)를 따른 형상이 아니면, 안쪽 깊숙이까지 삽입할 수 없다. 안쪽깊숙이까지 삽입할 수 없으면, 드라이버 유닛(110)과 고막 간의 거리가 길어져, 그 길이만큼 음파의 전반 시간 t1이 길어지기 때문에, 노이즈 캔슬링의 효과가 저하된다.
하우징(210)의 중심축이 이어피스(250)의 중심축에 대해서(적어도 일정 각도의 범위에서) 임의의 각도로 경사질 수 있도록, 음향 장치(200)를 구성하면, 외이도의 보다 깊숙이까지(바꿔 말하면, 고막의 근처까지), 음향 장치(200)를 삽입하는 것이 가능해진다.
도 7에는, 음향 장치(200)를 청취자의 귀에 장착한 다른 예를 나타내고 있다. 여기에서는, 이어피스(250)에 대한 하우징(210)의 중심축(701)이 가변으로 되도록 구성되어 있다. 외이도(제1 커브)의 형상을 따르도록, 하우징(210)의 중심축(701)이 이어피스(250)의 중심축(702)에 대해 경사짐으로써, 음향 장치(200)를, 도 6에 도시한 예보다도, 외이도의 안쪽 깊숙이까지 삽입할 수 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 이어피스(250)는, 외이도의 내벽과 맞닿는 베벨부(251)와, 통부(252)를 구비하고 있다. 그리고, 중공의 통부(252)에 하우징(210)을 삽입함으로써, 하우징(210)은 이어피스(250)에 지지되어 있다. 따라서, 베벨부(251)의 중심축에 대해서 하우징(210)의 중심축의 경사 각도가 가변으로 되도록, 이어피스(250)가 하우징(210)을 지지하도록 구성하면 된다.
이어피스(250)를, 탄성 혹은 가소성이 있는 실리콘 고무나 엘라스토머 등을 사용하여 구성함으로써, 경사 각도가 가변으로 되도록, 이어피스(250)가 하우징(210)을 지지할 수 있다. 또한, 하우징(210)도 탄성 혹은 가소성이 있는 실리콘 고무나 엘라스토머 등을 사용하여 구성함으로써, 하우징(210)의 선단도 외이도의 내벽과 맞닿아, 외이도(제1 커브)의 형상에 따를 수 있다.
단, 베벨부(251)의 중심축에 대해서 하우징(210)의 중심축이 경사진 각도의 크기에 따라서 반력이 작용하므로, 이 반력이 베벨부(251)를 통해 외이도의 벽면에 가해지기 때문에, 음향 장치(200)를 장착한 청취자의 육체적 부담이 되어버린다.
그래서, 베벨부(251)의 중심축에 대해서 하우징(210)의 중심축이 경사졌을 때에 작용하는 반력을 저감하도록 이어피스(250)를 구성해도 된다.
도 8에는, 하우징(210)이 경사졌을 때의 반력을 저감하도록 구성한 이어피스(250)의 단면을 예시하고 있다. 도시한 예에서는, 참조 번호 801 및 802로 나타낸 바와 같이, 이어피스(250)의 선단면에, 중심축을 중심으로 하는 파면 형상을 형성하고 있다. 이 때문에, 이어피스(250)의 선단면은, 강도가 저하되어, 반경 방향으로 굽어지기 쉬워진다. 이 결과, 통부(251)는 선단면에 대해서 휘기 쉬워져서, 하우징(210)이 경사졌을 때의 반력이 저하된다.
도 9에는, 도 8에 도시한 이어피스(250)의 단면에, 하우징(210)을 부착한 모습을 나타내고 있다. 이어피스(250)의 선단면의 파면 형상 부분(801 및 802)이 변형되기 쉽게 되어 있으므로, 도시한 바와 같이 하우징(210)의 중심축(701)이 이어피스(250)의 중심축(702)에 대해 경사지더라도, 하우징(210)의 중심축(701)을 이어피스(250)의 중심축(702)으로 되돌리려고 하는 반력은 저감된다.
또한, 도 10에는, 하우징(210)이 경사졌을 때의 반력을 저감하도록 구성한 이어피스(250)의 단면의 다른 예를 나타내고 있다. 도시한 예에서는, 이어피스(250)의 단면을 H 형상으로 구성하고, 그 H 형상의 양단의 플랜지(1001 및 1002)로 집힌 웹(복판(腹板))(1003)에 통부(252)를 형성하여, 이어피스(210)를 지지하도록 구성되어 있다. 도 10을, 도 4와 비교하면, 하우징(210)의 선단이 외이도의 벽면과 맞닿아 모멘트가 발생했을 때의 지지점이, 이어피스(250)의 선단면으로부터, 거의 중앙의 웹(1003)까지 세트 백되어 있다. 따라서, 이어피스(250)의 선단이 외이도의 벽면으로부터 외력이 가해진 경우에, 도 10에 도시한 구성예의 쪽이 보다 커지고, 경사각도 커진게 된다. 바꿔 말하면, 베벨부(251)의 중심축에 대해서 하우징(210)의 중심축이 동일한 각도만큼 경사졌을 때, 도 4 내지 도 10에 도시한 구성예의 쪽이, 작용하는 반력을 저감시킬 수 있다.
도 11에는, 도 10에 도시한 이어피스(250)의 단면에, 하우징(210)을 부착한 모습을 나타내고 있다. 도 8과는 달리, 이어피스(250)의 단면이 H 형상이며, 이어피스(250)의 선단면이 개구부로 되고, 통부(252)를 지지하는 웹(1003)이 플랜지(1001 및 1002)에 대해서 변형되기 쉽게 되어 있다. 또한, 도시한 바와 같이 하우징(210)의 중심축(701)이 이어피스(250)의 중심축(702)에 대해 경사질 때의 지지점이 세트 백되어 있는 분만큼, 하우징(210)의 중심축(701)을 이어피스(250)의 중심축(702)으로 되돌리려고 하는 반력은 저감된다. 또한, 웹(1003)의 판 두께를 작게 함으로써, 반력을 더 저감시킬 수 있다.
한편, 하우징(210)이 이어피스(250)에 대해 경사졌을 때의 반력을 저감시키도록 구성한 경우에는, 하우징(210)이 이어피스(250)에 대해 모든 각도로 경사지기 쉬워져, 하우징(210)이 불필요한 방향으로 굽어져 청취자의 귀에 장착할 때 손이 많이 가게 될 것이 염려된다. 이 때문에, 하우징(210)이 원하지 않는 방향으로는 경사지기 어렵게 하거나, 혹은 원하는 방향으로만 경사지도록, 이어피스(250)를 구성하도록 해도 된다.
도 12에는, 하우징(210)이 원하지 않는 방향으로는 경사지기 어려워지도록 구성한 이어피스(250)의 상면도를 나타내고 있다. 도시한 이어피스(250)에는, 베벨부(251)와 통부(252)의 사이에 한 쌍의 리브(1201 및 1202)가 형성되어 있다. 이 때문에, 통부(252)(혹은, 통부(252)에 지지된 하우징(210)(도 12에서는 도시를 생략하였음))는, A 방향으로는 경사지기 쉬운 상태 그대로이지만, B 방향으로는 경사지기 어렵게 된다.
또한, 도 13에는, 하우징(210)이 원하는 방향으로만 경사지도록 구성한 이어피스(250)의 상면도를 나타내고 있다. 도시한 이어피스(250)에는, 베벨부(251)와 통부(252)의 사이에는, 스펀지(1301)와 같은 탄성체가 채워져 있다. 이 때문에, 통부(252)(혹은, 통부(252)에 지지된 하우징(210)(도 13에서는 도시를 생략하였음))는, 스펀지(1301)의 간극으로 되어 있는 C 방향으로 경사지기 쉽지만, 그 이외의 방향으로 경사질 때에는 높은 부하가 걸린다.
계속해서, 하우징(210)의 내부 구성에 대하여, 상세히 설명한다.
도 3에 도시한 바와 같이, 하우징(210)은, 중공의 원통 형상을 이루고, 내부에 드라이버 유닛(110)과, 마이크로폰(120)이 수용되어 있다. 또한, 도 3에서는 도시를 생략하였지만, 노이즈 캔슬링 등의 처리를 실시하는 신호 처리부(130)나, 구동 전원으로서의 전지도, 하우징(210) 내에 배치되어 있다.
드라이버 유닛(110)의 위치는, 이어피스(250)의 외이도와의 걸림 결합부보다도 고막측으로 된다. 드라이버 유닛(110)과 고막 간의 거리가 단축됨으로써, 드라이버 유닛(110)으로부터 출력되는 음파의 전반 경로에서의 위상 지연이 저감되므로, 노이즈 캔슬링의 효과가 얻어지는 주파수 대역은 고역까지 확대될 수 있다. 드라이버 유닛(110)이 이어피스(250)에 의한 차음 위치보다도 고막 근처에 배치됨으로써, 지연에 의한 영향을 억제하여, 노이즈 캔슬링의 효과를 높일 수 있다고 할 수도 있다.
또한, 마이크로폰(120)의 위치는, 이어피스(250)에 의해 주위음을 차음하는 차음 위치 부근으로 된다. 하우징(210)의 마이크로폰(120)을 배치한 위치 부근의 벽면에는, 마이크로폰(120)이 주위음을 도입하기 위한 1 이상의 음공(211)이 뚫려 형성되어 있다. 캔슬하고 싶은 노이즈는, 이어피스(250)의 간극으로부터 외이도 내에 누설되어 고막까지 도달하는 주위음이다. 따라서, 마이크로폰(120)이 이어피스(250)의 차음 위치 부근에서 주위음을 수음함으로써, 실제로 캔슬하고 싶은 주위음을 마이크로폰(120)으로 관측하는 것이 가능해진다. 즉, 마이크로폰(120)으로 관측되는 주위음 신호와 고막에 도달하는 주위음의 상관이 커져서, 노이즈 캔슬링의 효과를 크게 할 수 있다.
캔슬하는 대상이 되는, 이어피스로부터 누설되어 고막까지 도달하는 주위음은, 실제로는, 음향 장치를 장착한 청취자의 이개나 헤드부 그리고 신체로부터의 반사의 영향을 받은 음향 신호이다. 도 6 또는 도 7로부터도 알 수 있는 바와 같이, 마이크로폰(120)의 음공(211)은 외이도의 입구 부근에 배치되게 되므로, 마이크로폰(120)은 음향 장치를 장착한 청취자의 이개나 헤드부 그리고 신체로부터의 반사의 영향을 받은 주위음을 관측할 수 있고, 이 관점에서도, 노이즈 캔슬링의 효과를 높일 수 있다.
도 14에는, 음향 장치(200)의 변형예를 나타내고 있다. 도 5에 도시한 음향 장치(200)의 구성예에서는, 하우징(210)의 후단부는, 이어피스(250)의 통부(252)로부터 돌출 설치되어 있다. 이에 반하여, 도 14에 도시한 음향 장치(200)의 구성예에서는, 하우징부(210)는, 후단부까지 통부(252) 내에 삽입되어 있고, 그만큼 선단측의 드라이브 유닛(110)을 고막에 접근시킬 수 있어, 노이즈 캔슬링의 효과가 높아진다. 또한, 마이크로폰(120)이 배치되는 위치도 통부(252)로 덮여버린다. 그래서, 도 15에 도시한 바와 같이 음공(211)에 대응하는 통부(252)의 벽면에도 마이크로폰(120)용의 음공(1501)이 뚫려 형성되어 있다.
체적 효율을 향상시키기 위해서, 소형의 마이크로폰을 설치하도록 해도 된다. 도 16에는, 소형화한 마이크로폰(120)을 이어피스(250) 내의 안쪽 깊숙한 위치에 배치한, 음향 장치(200)의 구성예를 나타내고 있다.
스피커 등의 음향 출력 장치에 있어서는, 진동판의 전면 또는 배면에, 음향 특성을 조정하기 위한 공간을 마련하는 것이 종종 행해지고 있다.
본 실시 형태에 따른 음향 장치(200)에 있어서도, 마찬가지로, 음향 특성을 조정하기 위한 공간을 마련하는 것이 바람직하다. 도 17에는, 하우징(210) 내에서, 드라이버 유닛(110)의 고막측 및 고막과 반대측에 각각 전면 공간(1701)과 배면 공간(1702)을 마련한 모습을 나타내고 있다.
음향 장치(200)를 외이도 내에 수용하는 경우, 드라이버 유닛(110)의 전면 또는 배면에 음향 특성을 조정하기 위한 공간을 하우징(210)에 마련하는 것이 곤란하다는 것이 상정된다. 그래서, 하우징(210) 내의 임의의 장소에 음향 특성을 조정하기 위한 공간을 마련하고, 그 공간으로부터 하우징(210)의 고막측의 선단까지를 음도부로 접속하도록 해도 된다.
도 18에는, 하우징(210) 내에 음향 특성을 조정하기 위한 공간을 마련한 음향 장치(200)의 다른 구성예를 나타내고 있다. 상기 도면에서는, 하우징(210) 내에서, 드라이버 유닛(110)의 고막과 반대측에, 전면 공간(1801)을 마련함과 함께, 전면 공간(1801)으로부터 하우징(210)의 고막측의 선단까지를, 튜브형의 음도부(1802)로 접속하여, 음향 특성을 조정하기 위한 공간을 확보하고 있다.
도 19에는, 하우징(210) 내에 음향 특성을 조정하기 위한 공간을 마련한 음향 장치(200)의 또 다른 구성예를 나타내고 있다. 상기 도면에서는, 하우징(210) 내에서, 드라이버 유닛(110)의 고막과 반대측에, 전면 공간(1901) 및 배면 공간(1902)의 양쪽을 마련하여, 음향 특성을 조정하기 위한 공간을 확보하고 있다. 또한, 전면 공간(1901)으로부터 하우징(210)의 고막측의 선단까지를, 튜브형의 음도부(1903)로 접속하고 있다.
지금까지, 하우징(210) 내에서의 처리부(130)나 전지의 배치에 대해서는 특별히 언급해오지 않았다. 드라이버 유닛(110)이나 마이크로폰(120) 등의 음향 소자와는 상이하고, 처리부(130)나 전지는, 음향 특성상의 배치의 제약을 받지 않는다. 따라서, 예를 들어 처리부(130)와 전지를 조합해서 모듈화하여 취급하고, 하우징(210) 내에서 드라이버 유닛(110) 및 마이크로폰(120)과 함께 구분해서 배치하도록 해도 된다. 각 모듈을 유연성이 있는 배선재로 전기적으로 결합하고, 하우징(210)을 실리콘 고무나 엘라스토머 등의 탄성이 있는 부재로 구성하여, 하우징(210)의 변형에 따라서 각 모듈의 상대 위치가 조금이라도 변화할 수 있도록 하여, 장착감이 좋은 음향 장치(200)를 실현할 수 있다.
또한, 처리부(130) 및 전지는, 음악 소스로 되는 외부 기기측의 것을 사용 할 수 있다. 음악 소스는, 예를 들어 휴대형 오디오 재생 기기 혹은 스마트폰이나 태블릿 등의 다기능 정보 단말기 등이다. 이와 같은 경우, 하우징(210)으로부터는, 드라이버 유닛(110) 및 마이크로폰(120)에 전기적으로 결합하는 코드가 돌출되어, 외부 기기와 접속한다.
또한, 하우징(210) 내에 탑재된 처리부(130) 및 전지와, 유선 접속(또는 무선 접속)되는 외부 기기를 전환하여 사용할 수 있도록, 음향 장치(200)를 구성할 수도 있다. 예를 들어, 하우징(210) 내에, 내부의 처리부(130) 및 전지와 외부 기기의 각각에 접속할 수 있는 커넥터 중 어느 것에 택일적으로 접속하는 교환 기능을 장비하도록 해도 된다.
마지막으로, 본 명세서에서 제안하는 음향 장치의 효과에 대하여 정리하기로 한다.
본 명세서에서 제안하는 음향 장치에 의하면, 드라이버 유닛(110)을 고막측에 배치함으로써, 드라이버 유닛(110)과 고막 간의 거리가 단축되어, 음파의 전반 경로에서의 위상 지연이 저감됨으로써, 고역에 이르기까지 노이즈 캔슬링의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 명세서에서 제안하는 음향 장치에 의하면, 마이크로폰(120)을 이어피스에 의해 주위음을 차음하는 차음 위치 부근에 배치하여, 실제로 캔슬하고 싶은 주위음을 마이크로폰(120)으로 관측함으로써, 노이즈 캔슬링의 효과를 크게 할 수 있다. 또한, 마이크로폰(120)은, 외이도 입구 부근에 배치되므로, 음향 장치를 장착한 청취자의 이개나 헤드부 그리고 신체로부터의 반사의 영향을 받은 주위음을 관측하기 때문에, 노이즈 캔슬링의 효과는 더욱 높아진다.
이상, 특정한 실시 형태를 참조하면서, 본 명세서에서 개시하는 기술에 대하여 상세히 설명해 왔다. 그러나, 본 명세서에서 개시하는 기술의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 당업자가 해당 실시 형태의 수정이나 대용을 할 수 있음은 자명하다.
본 명세서에서 개시하는 기술은, 청취자의 귀에 장착해서 사용되고, 노이즈 캔슬링을 실시하는 다양한 타입의 음향 장치에 적용할 수 있다.
요컨대, 예시라고 하는 형태에 의해 본 명세서에서 개시하는 기술에 대하여 설명해 온 것으로, 본 명세서의 기재 내용을 한정적으로 해석해서는 안 된다. 본 명세서에서 개시하는 기술의 요지를 판단하기 위해서는, 청구범위를 참작해야만 한다.
또한, 본 명세서의 개시 기술은, 이하와 같은 구성을 취하는 것도 가능하다.
(1) 외이도의 입구 부근에 배치되고, 주위음을 수음하는 수음부와,
상기 수음부보다도 고막측에 배치되고, 음향 신호를 출력하는 발음부
를 구비하는 음향 장치.
(1-1) 외이도와 걸림 결합하여, 주위음을 차음하는 차음부와,
상기 차음부보다도 고막측에 배치되고, 음향 신호를 출력하는 발음부와,
상기 차음부에 의해 주위음을 차음하는 차음 위치 부근에 배치되고, 주위음을 수음하는 수음부
를 구비하는 음향 장치.
(3) 외이도와 걸림 결합하여 주위음을 차음하는 차음부를 더 구비하고,
상기 발음부는, 상기 차음부보다도 고막측에 배치되고,
상기 수음부는, 상기 차음부에 의해 주위음을 차음하는 차음 위치 부근에 배치되는, 상기 (1)에 기재된 음향 장치.
(3) 상기 수음부가 수음한 주위음에 따라서 상기 음향 신호를 처리하는 처리부를 더 구비하는, 상기 (2)에 기재된 음향 장치.
(4) 상기 처리부는, 상기 수음부가 수음한 주위음에 기초하여 노이즈 캔슬링을 실시하는, 상기 (3)에 기재된 음향 장치.
(4-1) 상기 처리부는, 피드 포워드 방식의 노이즈 캔슬링을 실시하는, 상기 (4)에 기재된 음향 장치.
(5) 상기 발음부, 상기 수음부, 및 상기 처리부를 수용하는 하우징을 더 갖는, 상기 (3)에 기재된 음향 장치.
(6) 상기 차음부는, 상기 하우징을 외이도 입구 부근에서 지지하는 이어피스를 포함하는, 상기 (5)에 기재된 음향 장치.
(7) 상기 이어피스는, 상기 발음부가 고막측을 향하도록, 상기 하우징을 지지하는, 상기 (6)에 기재된 음향 장치.
(8) 상기 하우징은, 대략 원통 형상을 갖고,
상기 이어피스는, 상기 하우징의 중심축의 경사 각도가 가변으로 되도록, 상기 하우징을 지지하는, 상기 (6) 또는 (7)중 어느 것에 기재된 음향 장치.
(9) 상기 이어피스는, 외이도의 내벽과 맞닿는 베벨부와, 상기 베벨부 내에서 상기 하우징을 보유 지지하는 통부를 구비하고, 상기 베벨부의 중심축에 대한 상기 하우징의 중심축의 경사 각도가 가변으로 되도록, 상기 하우징을 지지하는, 상기 (8)에 기재된 음향 장치.
(10) 상기 하우징은, 상기 이어피스에 의해 주위음을 차음하는 차음 위치 부근에, 상기 수음부용의 음공이 뚫려 형성되어 있는, 상기 (6) 내지 (9) 중 어느 것에 기재된 음향 장치.
(11) 상기 이어피스는, 외이도의 내벽과 맞닿는 베벨부와, 상기 베벨부 내에서 상기 하우징을 보유 지지하는 통부를 구비하고,
상기 음공은, 상기 베벨부의 내측에 배치되는, 상기 (10)에 기재된 음향 장치.
(12) 상기 이어피스는, 상기 베벨부 내에서 상기 하우징을 보유 지지하는 통부를 구비하고,
상기 통부는, 상기 음공에 대응하는 장소에 개구부를 갖는, 상기 (11)에 기재된 음향 장치.
(13) 상기 하우징은, 상기 발음부로부터 출력되는 음향의 음향 특성을 조정하기 위한 전면 공간 또는 배면 공간 중 적어도 한쪽을 갖는, 상기 (5) 내지 (12) 중 어느 것에 기재된 음향 장치.
(14) 상기 하우징은, 상기 전면 공간과, 상기 전면 공간으로부터 상기 하우징의 고막측의 선단까지 연장되는 음도부를 구비하는, 상기 (13)에 기재된 음향 장치.
(15) 상기 하우징은, 상기 전면 공간 및 상기 배면 공간을 후방에 구비하는, 상기 (13)에 기재된 음향 장치.
100: 노이즈 캔슬 시스템
110: 드라이버 유닛
111: 이어폰 증폭기
120: 마이크로폰
121: 마이크로폰 증폭기
130: 신호 처리부
131: DSP(Digital Signal Processor)
132: 시스템 컨트롤러
133: AD 변환기(ADC)
134: AD 변환기(ADC)
135: 이퀄라이저
136: 노이즈 캔슬 엔진부
137: 합성부
138: DA 변환기(DAC)
200: 음향 장치
210: 하우징
211: 음공
250: 이어피스
251: 베벨부
252: 통부

Claims (15)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 외이도의 입구 부근에 배치되고, 주위음을 수음하는 수음부와,
    상기 수음부보다도 고막측에 배치되고, 음향 신호를 출력하는 발음부와,
    외이도와 걸림 결합하여 주위음을 차음하는 차음부와,
    상기 수음부가 수음한 주위음에 따라서 상기 음향 신호를 처리하는 처리부로서, 상기 수음부가 수음한 주위음에 기초하여 노이즈 캔슬링을 실시하는 처리부와,
    상기 발음부, 상기 수음부, 및 상기 처리부를 수용하는 하우징
    을 포함하고,
    상기 발음부는 상기 차음부보다도 고막측에 배치되고,
    상기 수음부는 상기 차음부에 의해 주위음을 차음하는 차음 위치 부근에 배치되고,
    상기 차음부는, 상기 하우징을 외이도 입구 부근에서 지지하는 이어피스를 포함하고,
    상기 이어피스는, 상기 하우징의 중심축의 경사 각도가 가변으로 되도록, 상기 하우징을 지지하고, 외이도의 내벽과 맞닿는 베벨부와, 상기 베벨부 내에서 상기 하우징을 보유 지지하는 통부를 구비하고,
    상기 하우징은, 상기 이어피스에 의해 주위음을 차음하는 차음 위치 부근에, 상기 수음부용의 음공이 뚫려 형성되어 있고,
    상기 음공은, 상기 베벨부의 내측에 배치되고, 통부에 덮이지 않는,
    음향 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제4항에 있어서,
    상기 이어피스는, 상기 발음부가 고막측을 향하도록, 상기 하우징을 지지하는, 음향 장치.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 하우징은, 원통 형상을 갖는, 음향 장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제4항에 있어서,
    상기 통부는, 상기 음공에 대응하는 장소에 개구부를 갖는, 음향 장치.
  13. 제4항에 있어서,
    상기 하우징은, 상기 발음부로부터 출력되는 음향의 음향 특성을 조정하기 위한 전면 공간 또는 배면 공간 중 적어도 한쪽을 갖는, 음향 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 하우징은, 상기 전면 공간과, 상기 전면 공간으로부터 상기 하우징의 고막측의 선단까지 연장되는 음도부를 구비하는, 음향 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 하우징은, 상기 전면 공간 및 상기 배면 공간을 후방에 구비하는, 음향 장치.
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