WO2004064446A1

WO2004064446A1 - 携帯音響機器

Info

Publication number: WO2004064446A1
Application number: PCT/JP2003/016607
Authority: WO
Inventors: Bunkei Matsuoka; Yasutaka Mizutani
Original assignee: Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha
Priority date: 2003-01-14
Filing date: 2003-12-24
Publication date: 2004-07-29
Also published as: US20050123159A1; JP2004221881A; CN1692675A

Abstract

　携帯音響機器の筐体６の前面壁６１に放音孔３を設け、前面壁６１との間に前気室２を形成する共に、筐体６の背面壁６２との間に背気室４を形成するように筐体内に音響変換素子１を支持固定し、筐体６の周囲外郭６３の最小内側幅Ｗを人の耳甲介腔部の標準直径以下に設定し、放音孔３の周囲であって前面壁６１に筐体外部へ通じるダクト５を設ける。

Description

明細書携帯音響機器技術分野

この発明は、使用者が放音孔を耳甲介腔（ c o n c h a ：コン力）部に押し当てて受聴する携帯電話などの携帯音響機器に関するものである

背景技術

. 携帯電話機、小型の無線通信機、小型の携帯ラジオ、小型の録音再生機等の携帯音響機器に内蔵され、レシーバ（受話器）やスピーカの機能として、音声信号を音響変換素子に入力して話声や音楽などの音声に変換して出力する受話音響部品がある。この受話音響部品を用いた携帯音響機器では、音声の受聴を行う場合には使用者は機器筐体に設けられた放音孔（携帯電話機では受話口とも呼ばれている）を耳甲介腔部に押し当てることにより行う。一般に、携帯音響機器に受話音響部品を実装する際には、構成として、音響変換素子の振動板（ダイヤフラム）背面に位置する部分、すなわち背気室の容積を十分に大きく確保しないと、振動系のスティフネス（容量の逆数）が増加し、特に低域の出力音圧特性が劣化してしまうという問題がある。これは、音響変換素子を含む振動系全体の共振周波数: f 0が、振動系の等価質量と等価容量の積の 1 / 2 乗に反比例するためである。しかし、一般に携帯用を意図した小型の音響機器では、実装容積の制約から、背気室を大きくとることが困難となる場合が多い。また、小型の音響機器に適用する受話音響部品は、その音響機器の筐体の大きさに合わせて小径の音響変換素子が実装されるが、このような小径の音響変換素子では、大径のものに比較して、ダイヤフラムを含めた振動系の質量が小さく、またスティフネスも大きくなりがちで、受話音響部品単体の最低共振周波数 f 0が高くなる傾向があるこの問題の解決のために、受話音響部品を内蔵する筐体において、背気室の後面に、筐体外部へ通じる抜き孔（放音孔）を設け、該背面孔に起因する音響質量を付加、調整することで、背気室の容積を拡大することなく、ダイヤフラムを含めた音響振動系全体の最低共振周波数 f 0を下げ、低域の特性改善を図ろうとする技術が、広く一般的に知られている。また、この放音孔を設けたことに起因して挿入する音響抵抗を調整し、再生周波数帯域の拡大を行うことも知られている。この知見を利用し、ィンナ一ィヤーへヅドホンと称するへヅドホンにおいて低域の特性改善を図る技術が、例えば特開平 1 — 1 6 6 6 9 6号公報、特開昭 6 1 - 1 2 3 3 0 0号公報、特開平 7 - 1 7 0 5 9 0号公報、特開平 7— 1 7 0 5 9 1号公報、特開平 8— 1 7 2 6 9 1号公報等に記載されている

インナーィャ一ヘッドホンは、この発明が対象とする携帯音響機器とは使用形態も異なるが、この発明を理解する手助けとして、上記特開平 1 - 1 6 6 6 9 6号公報を引用しその構造や特性について説明する。第 6図は上記文献に記載されている耳孔内へ挿入するタイプのへッドホンの構造を模式的に示す断面図、第 7図はその装着の様子を示す模式図、第 8図はその音響構造に対応する音響等価回路示す回路図である。第 6図において、一部多孔質の素材で構成されている筐体 6の内部には、筐体 6の放音孔 3に向かい合い、かつ前気室 2を形成するよう音響変換素子 1が収納されている。また、音響変換素子 1の背面には筐体 6 との間に背気室 4が設けられている。さらに、筐体 6の背面には背気室 4と連接する低域特性補正用のダクト 5 0が設けられている。

第 8図に示すように、この構造の音響等価回路は、信号源 V、音響変換素子 1の機械振動系が持つ等価音響抵抗 R 0、等価音響質量 M 0、前気室 2が持つ音響容量と一体として表現した等価音響容量 C 0で表される回路 1 0を有する。また、背気室 4が持つ音響容量 C b、低域特性補正用のダクト 5 0の持つ音響質量 M d、筐体 6の一部を多孔質の素材を用いて構成したことによって生ずる音響抵抗 R dが回路構成として加わる。さらに、構成として、第 7図に示すようにこのヘッドホンを耳孔 2 2に揷入した際の、耳孔 2 2内の音響容量 C f 、筐体 6 と耳孔 2 2 との微小な隙間で.生ずる音響抵抗 R r、音響質量 M rが示されている。

この種のへッドホンにおいては、ダクト 5 0を配置したことによって付与される音響質量 M dと、筐体 6の一部を多孔質の素材を用いて構成したことによって生ずる音響抵抗 R dとが、背気室 4の音響容量 C bに対して、各々並列に配置される。したがって、上述した一般的な知見と同様、背気室 4の音響容量 C bを変化させなくても、振動系全体としては、音響変換素子 1の等価音響質量 M 0にダクト 5 0の音響質量 M dが加算されることに相当し、音響振動系全体の最低共振周波数 f 0が下がることになる。また、これと並列に挿入される音響抵抗 R dは、筐体 6 の一部を多孔質の素材を用いて構成したことに起因するが、これが大きければ、共振系の Qが小さくなり再生帯域は広がるものの、中低域の音圧が低下する。逆にこの音響抵抗 R dが小さい場合には、共振系の Qが大きくなり、最低共振周波数 f 0近傍の音圧が高くなるものの、再生帯域は狭くなることになる。その結果として、このヘッドホンにおいては、ダクト 5 0の配置によって、再生周波数の下限が下がる効果があるとともに、音響質量 M dと音響抵抗 R dを独立に制御可能であるので、音圧と帯域のバランスの調整が容易になるということである。

また、上記他の文献に記載されているものも、耳孔内に揷入するタイプのインナーィヤーへヅドホンに対して、上記特開平 1— 1 6 6 6 9 6 号公報で述べたと同様、背気室 4に音響質量と音響抵抗を付与することによって、振動系全体の共振周波数を下げる効果を得ようとしているものであり、この音響質量 M dと音響抵抗 R dの与え方に変形を加えているに過ぎないものである。

ここで、この耳孔 2 2内に揷入する夕ィプのへッドホンでは、第 7図に示すように、耳孔 2 2 と筐体 6 とのカップリング部分が、ほぼ密閉されるように設計されている場合が殆どである。この場合、筐体 6 と耳孔 2 2 とで囲まれる空間の音響容量 C f は、概ね 2 c c程度の容積相当と換算されるように、極めて小さく、かつ、ほぼ固定的な容積に相当するものである。筐体 6の形状や材質に依存するが、筐体 6 と耳孔 2 2 とで微小な隙間で生ずる。音響抵抗 R rはその隙間による漏れに伴う粘性抵抗が主成分である。この粘性抵抗に起因する比較的大きな音響抵抗 R r 、微小な音響質量 M r、小さな音響容量 C f とを合わせることにより、非常に高い音響インピーダンスを持つことになる。また、この音響抵抗 R r と音響質量 M r、 'および耳孔内の音響容積 C f との関係によって、ハイパスフィル夕が構成されたのと同等の効果を生じ、隙間が全くない場合に比較して、低域の特性が遮断されたような特性となる特徴がある。ただし、いずれにしても、上記のインナ一ィヤーヘッドホンにおいては、カップリングの条件（それに伴う音響容積 C f 、音響抵抗 R r、音響質量 M r ) が、使用者に因らず殆ど変動しないことを想定しており、ダクト 5 0に起因する音響質量 M d、筐体 6 に起因する音響抵抗 R dを予め固定的に設定できることが特徴となっている。

上記のように、インナーィヤーヘッドホンでは、耳孔 2 2 と筐体 6の間のカヅプリングが非常によい（殆ど隙間を生じていない、生じていても僅かな）場合のみを想定しているため、背気室 4に設定すべきダクト 5 0に起因する音響質量 M dや筐体 6に起因する音響抵抗 R dの条件は、音響変換素子 1の振動系の条件と、耳孔と筐体 6 とのカップリングの条件とが決まれば、ほぼ一意に決定が可能である。したがって、この音響質量 M dおよび音響抵抗 R dの挿入位置もダイヤフラム背面方向への一意に決定が可能である。

従来のへッドホンは以上のように構成されているが、携帯電話機のような携帯音響機器においては次のような問題がある。使用者が携帯音響機器の放音孔を耳に押し当てた際に、耳甲介腔部と携帯音響機器の筐体との間に常に隙間が生じることになる。この場合、背気室に固定的な音響質量 M dおよび音響抵抗 R dを設定し、振動系に対して直列（単一ループ内）に挿入することだけでは、使用者ゃ受話音響部品の筐体の保持位置に依存する使用条件によって、カツプリングに起因する音響容積 C f 、音響抵抗 R r、音響質量 M rの変化が周波数特性に直接反映されてしまうという問題がある。

第 4図は人の耳を正面から見た説明図であるが、人の耳甲介腔部 2 3 は、一般に直径 2 5 m m (以下、標準直径とする。）の円筒で近似されることが知られている。したがって、耳甲介腔部 2 3に当てて使用する携帯音響機器でも、放音孔の周囲に少なくとも人の耳甲介膣部の標準直径以上の円が入るような筐体で構成されていれば、耳甲介腔部 2 3 と筐体とのカップリングが隙間なく、常に安定的になされると考えることができる。この場合には、耳孔内に挿入するタイプのインナ一ィヤーへヅドホンと同様に、背気室に設定すべきダクトに起因する音響質量 M dや、筐体に起因する音響抵抗 R dの条件を一意に決定可能とする。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、振動系、すなわち音響変換素子の最低共振周波数を低下させると同時に、力ップリングの条件に依存せずに常に特性変化の少ない周波数特性を与えることを可能にする携帯音響機器を得ることを目的とする。発明の開示

この発明に係る携帯用音響機器は、使用者が耳甲介腔部に押し当てて受聴する携帯音響機器において、当該携帯音響機器の筐体の前面壁に放音孔を設け、前面壁との間に前気室を形成すると共に、筐体の背面壁との間に背気室を形成するように筐体内に音響変換素子を支持固定し、筐体の周囲外郭の最小内側幅を人の耳甲介腔部の標準直径以下に設定し、放音孔の周囲であって前面壁に筐体外部へ通じるダクトを設けたものでる。

このことによって、耳甲介腔部に放音面を押し当てて使用する携帯音響機器に適用した場合にでも、振動系、すなわち音響変換素子の最低共振周波数を低下させるど同時に、力ップリングの条件に依存せずに常に特性変化の少ない周波数特性を与える効果がある。図面の簡単な説明

第 1図は、この発明の実施の形態 1による携帯音響機器の部分構造を示す構造図である。

第 2図は、この発明の実施の形態 1に係る携帯音響機器の使用状態を示す説明図である。

第 3図は、この発明の実施の形態 1に係る音響等価回路を示す回路図である。

第 4図は、人の耳を正面から見た構成について示す説明図である。第 5図は、この発明の実施の形態 2に係る携帯音響機器の使用状態を示す説明図である。

第 6図は、従来の耳孔内へ挿入するタイプのへッドホンの構造を模式的に示す断面図である。

第 7図は、従来のへッドホンの装着の様子を示す模式図である。

第 8図は、従来のへッドホンの音響構造に対応する音響等価回路示す回路図である。発明を実施するための最良の形態

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための最良の形態について、添付の図面に従って説明する。

実施の形態 1 .

第 1図 A , Bはこの発明の実施の形態 1による携帯音響機器の部分構造を示す正面図と断面図である。第 2図 A , Bは第 1図に示される携帯音響機器の使用状態を示す説明図、第 3図は第 1図および第 2図に対応する音響等価回路を示す回路図である。なお、各図において、第 6図乃至第 8図と同一または相当する部分は同一符号を付して示す。

第 1図において、携帯音響機器の筐体 6の放音孔 3の内側に支持固定された音響変換素子 1が示される。筐体 6は円筒または多角形筒の周囲外郭 6 3を有し、その最小内幅 Wが人の耳甲介膣部の標準直径を下回るサイズに設定されている。筐体 6の前面壁 6 1には放音孔 3を備えている。筐体 6の内部には放音孔 3と向かい合い、かつ前面壁との間に所定の前気室 2を形成するよう音響変換素子 1が支持固定されている。音響変換素子 1の背面には、筐体 6の背面壁 6 2 との間に所定の背気室 4が設けられている。また、筐体 6の前面壁 6 1には、放音孔 3の周囲 1 2 . 5 m m (耳甲介腔部の標準直径の半分）以内の位置に、背気室 4と連接し筐体外部へ通じる低域特性補正用のダクト 5が設けられている。このダクト 5の筐体内部側の開口部には、ダクト 5に生ずる音響抵抗を増大させる音響抵抗布（音響抵抗材） 7が被うように貼り付けられている第 2図 Aは受話音響部品を組み込んだ携帯音響機器を耳に当てた状態を示し、第 2図 Bはその時の筐体 6 と耳甲介腔部 2 3 との位置関係を示す。

第 3図において、音響等価回路は、信号源 V、音響変換素子 1の機械振動系の持つ等価音響抵抗 R 0、等価音響質量 M 0、前気室 2のもつ音響容量と一体として表現した等価音響容量 C 0の直列接続を有する。また、背気室 4のもつ音響容量 C bは、低域特性補正用のダクト 5の持つ音響質量 M d、ダクト 5に貼り付けた音響抵抗布 7によって生ずる音響抵抗 R dを有する。 R r a dは、第 2図において、筐体 6 と耳甲介腔部 2 3 との隙間から音が放射される際の放射ィンピーダンスであり、隙間が大きい（概ね 1〜 2 m m以上の幅がある）場合には、それ以上の隙間が開いた場合でも、ほぼ一定の抵抗値として概略 ¾現が可能である。また、耳孔内の音響容量 C f 、それそれ筐体 6 と耳甲介腔部とで覆われる部分の音響容量 C cと音響質量 M cが存在する。

次に、第 3図の音響等価回路を用いて、この実施の形態 1の動作について説明する。

背気室 4に連接して設けたダクト 5による音響質量 M dと音響抵抗布 7による音響抵抗 R dは、直接、耳甲介腔部 2 3に起因する音響インピ一ダンスに接続される。その結果、放音孔 3からダクト 5を経由して背気室 4に戻るフィードバック回路が形成されることになる。このとき、全体の振動系には、音響質量 M dと音響抵抗 R dが付与されると共に、放射ィンピ一ダンス R r a dおよび耳孔内の音響質量 C f 、耳甲介腔部 2 3の音響容量 C cと音響質量 M c ( C c , M cは耳甲介腔部の実質的な負荷インピーダンス）が挿入されるループとは独立のループが形成されていることが分かる。このとき、筐体 6の耳甲介腔部 2 3への押し当て方が変化することによって、放射ィンピ一ダンス : R r a dはあまり大きく変化しない。一方、耳孔 2 2内の音響容量 C f 、耳甲介腔部の音響容量 C cおよび音響質量 M cは、容易に、かつ大きく変化するが、この M d , R dの挿入されるループでは、放射インピーダンス R r a dの変化が小さいために、 C c， M cの変化の影響を受けにくくなる。つまり、 M d， R dを独立したループに挿入したことによって、系全体の最低共振周波数を下げることができると共に、カップリング条件の変化に伴う負荷インピーダンス変化に対しては特性変化が少なく、常時良好な周波数特性が得ることができる。

以上のように、この実施の形態 1は、携帯音響機器の筐体 6の周囲外郭 6 3の最小内側幅 Wを人の耳甲介腔部の標準直怪以下に設定し、放音孔 3の周囲の前面壁 6 1 に筐体外部へ通じるダクト 5 を設けて音響変換素子 1の最低共振周波数を低減する音響質量、音響抵抗を生成するようにしたものである。したがって、携帯音響機器を使用者が耳甲介腔部に押し当てて使用する際には、振動系、すなわち音響変換素子の最低共振周波数 f 0を低下させると同時に、カップリングの条件に依存せずに常に特性変化の少ない周波数特性を与える効果が得られる。

また、この実施の形態 1は、ダクト 5 を放音孔 3から人の耳甲介腔部の標準直径の半分以内の位置に設けているので、携帯音響機器を使用者が耳甲介腔部に押し当てて使用する際には、放音孔 3 とダクト 5の両方が同時に使用者の耳甲介腔部の範囲に位置するようになり、音響変換素子 1の最低共振周波数を低減する音響質量、音響抵抗の生成を確実にすることができる。さらに、音響抵抗布 7をダクト 5の筐体内部側の開口部に設けるようにしたことで、ダクト 5 に生ずる音響抵抗を増大させることができる効果が得られる。実施の形態 2 .

実施の形態 1では、筐体 6の筒状からなる周囲外郭の最小内側幅が人の耳甲介腔部の標準直径以下とする場合を想定したが、この実施の形態 2では、標準直怪以上の最小内側幅を持つ筐体に関し、実施の形態 1 と同様に機能することについて述べる。

第 5図はこの発明の実施の形態 2に係る携帯音響機器の使用状態を示す説明図である。内部構造としては、第 1図を参考にして説明する。筐体 6の周囲外郭 6 3の最小内側幅 Wは、人の耳甲介腔部の標準直径、すなわち 2 5 m m以上あるものとする。また、放音孔 3の中心と筐体 6の周囲外郭 6 3 との距離に少なくとも標準直径の半分、すなわち 1 2 . 5 m mを下回る部分を設ける。さらに、放音孔 3の周囲であって、背面壁 6 2に筐体外部へ通じるダクト 5 1を設ける。携帯音響機器において、このような構成を持たせることにより、実施の形態 1 と全く同様のカツプリング条件、および音響等価回路が成立する。また、ダクト 5 1に生ずる音響抵抗を増大させる音響抵抗布 7を当該ダクト 5 1の筐体内部側の開口部に設けるようにしてもよい。

以上のように、この実施の形態 2は、携帯音響機器の筐体 6の周囲外郭 6 3の最小内側幅 Wを人の耳甲介腔部の標準直径以上に設定し、放音孔の中心と周囲外郭 6 3の内側との距離に少なくとも標準直径の半分を下回る部分を設け、音響変換素子 1の最低共振周波数を低減する音響質量、音響抵抗を生成するように放音孔 3の周囲であって背面壁 6 2に筐体外部へ通じるダクト 5 1を設けるようにしたものである。したがって、実施の形態 1 と同様に、耳甲介腔部に放音面を押し当てて使用した場合にでも、振動系、すなわち音響変換素子の最低共振周波数 f 0を低下させると同時に、カップリングの条件に依存せずに常に特性変化の少ない周波数特性を与える効果が得られる。また、ダクト 5 1 を放音孔 3から人の耳甲介腔部の標準直径の半分以内の位置に設けているので、携帯音響機器を使用者が耳甲介腔部に押し当てて使用する際には、放音孔 5 1 とダクト 3の両方が同時に使用者の耳甲介腔部の範囲に位置するようになり、音響変換素子 1の最低共振周波数を低減する音響質量、音響抵杭の生成を確実にすることができる。さらに、音響抵抗布 7をダクト 5 1の筐体内部側の開口部に設けようにしたことで、ダクト 5 1 に生ずる音響抵抗を増大させることができる効果が得られる。産業上の利用可能性

近年、携帯電話の普及が著しいが、携帯電話では、人によって耳孔に対するカップリングが異なる場合が多い。したがって、この発明の携帯音響機器は、力ップリングの条件に依存せずに常に特性変化の少ない周波数特性を与えることができるので、携帯電話器へ適用されれば、その効果は大いに期待できるものと考えられる。

Claims

請求の範囲

1 . 使用者が耳甲介腔部に押し当てて受聴する携帯音響機器において、当該携帯音響機器の筐体の前面壁に放音孔を設け、

前記前面壁との間に前気室を形成する共に、前記筐体の背面壁との間に背気室を形成するように前記筐体内に音響変換素子を支持固定し、前記筐体の周囲外郭の最小内側幅を人の耳甲介腔部の標準直径以下に設定し、

前記放音孔の周囲であって前記前面壁に筐体外部へ通じるダクトを設けたことを特徴とする携帯音響機器。

2 . ダクトが、放音孔から人の耳甲介腔部の標準直径の半分以内の位置に設けられたことを特徴とする請求項 1記載の携帯音響機器。

3 . ダクトに生ずる音響抵抗を増大させる音響抵抗材を前記ダクトの筐体内部側の開口部に設けたことを特徴とする請求項 1記載の携帯音響機

4 . ダクトに生ずる音響抵抗を増大させる音響抵抗材を前記ダクトの筐体内部側の開口部に設けたことを特徴とする請求項 2記載の携帯音響機

5 . 使用者が耳甲介腔部に押し当てて聴取する携帯音響機器において、当該携帯音響機器の筐体の前面壁に放音孔が設け、

前記前面壁との間に前気室を形成する共に、前記筐体の背面壁との間に背気室を形成するように前記筐体内に音響変換素子を支持固定し、前記筐体の周囲外郭の最.小内側幅を人の耳甲介腔部の標準直径以上に設定し、

前記放音孔の中心と前記周囲外郭の内側との距離に少なくとも前記標準値の半分を下回る部分を設け、

前記放音孔の周囲であって前記背面壁に筐体外部へ通じるダクトを設けたことを特徴とする携帯音響機器。

6 . ダクトが、放音孔から人の耳甲介腔部の標準直径の半分以内の位置に設けられたことを特徴とする請求項 5記載の携帯音響機器。

7 . ダクトに生ずる音響抵抗を増大させる音響抵抗材を前記ダクトの筐体内部側の開口部に設けたことを特徴とする請求項 5記載の携帯音響機器 o

8 . ダクトに生ずる音響抵抗を増大させる音響抵抗材を前記ダクトの筐体内部側の開口部に設けたことを特徴とする請求項 6記載の携帯音響機器。