WO2014162409A1 - イヤホン装置 - Google Patents

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真祐 小沼
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パイオニア株式会社
東北パイオニア株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R1/10—Earpieces; Attachments therefor ; Earphones; Monophonic headphones
    • H04R1/1016—Earpieces of the intra-aural type

Definitions

  • the present invention relates to an earphone device using a piezoelectric element.
  • Patent Document 1 describes an earphone in which a flat piezoelectric acoustic body is disposed obliquely in an insertion tube inserted into the ear canal.
  • the earphone described in Patent Document 1 has problems such as insufficient low frequency and difficulty in adjusting frequency characteristics.
  • An object of the present invention is to provide an earphone device that can sufficiently reproduce a low frequency and can adjust a frequency characteristic.
  • the invention according to claim 1 is an earphone device, comprising: a piezoelectric element that vibrates when an electric signal is input; a baffle connected to the piezoelectric element; and a housing that houses the baffle.
  • the baffle is fixed to the housing directly or through another member.
  • the earphone device includes a piezoelectric element that vibrates when an electric signal is input, a baffle connected to the piezoelectric element, and a housing that houses the baffle, and the baffle is It is fixed to the housing directly or via other members.
  • a baffle is housed in a housing, and a piezoelectric element is connected to the baffle.
  • the baffle is fixed to the housing directly or via other members. By inputting the electric signal, the piezoelectric element vibrates and emits a sound wave.
  • the baffle is plate-shaped.
  • One aspect of the above-described earphone device has a space surrounded by one surface of the piezoelectric element, one surface of the baffle, and the housing. Preferably the space is sealed. Thereby, the reproduction
  • Another aspect of the above-described earphone device includes a sound guide that guides sound from the other surface of the piezoelectric element, the other surface of the baffle, and a space surrounded by the housing. Sound waves generated by the vibration of the piezoelectric element are output to the user's external auditory canal through this sound guide section.
  • a part of the end portion of the baffle is fixed to the housing via a sealing material.
  • the baffle has a longitudinal direction and a lateral direction, and the longitudinal direction is fixed to the housing via a sealing material.
  • the housing includes a side wall portion substantially parallel to the vibration direction of the baffle inside, and the baffle is fixed to the side wall portion via a sealing material.
  • the side wall portion includes a step portion that is substantially perpendicular to the vibration direction of the baffle, and the baffle is fixed to the side wall portion and the step portion via a sealing material.
  • the sealing material is an acrylic rubber adhesive or an elastic adhesive.
  • the piezoelectric element may be any of a unimorph type, a bimorph type, and a laminated type.
  • the baffle in this earphone device functions as a baffle in the sense of separating the sound radiated from one surface of the piezoelectric element from the sound radiated from the other surface of the piezoelectric element. Further, by fixing the baffle to the housing via a sealing material, the baffle also has a function as a diaphragm that vibrates together with the piezoelectric element.
  • FIG. 1 shows the appearance of the earphone device according to the embodiment.
  • the earphone device 1 is inserted into the user's ear canal and outputs sound corresponding to the input signal. Note that the earphone device is normally used as a pair of left and right earphone devices, but FIG. 1 shows only one earphone device for convenience of explanation.
  • the earphone device 1 includes a housing 2 and an ear plug portion 3.
  • the housing 2 accommodates a piezoelectric element to be described later, and includes a cover 2a and a base portion 2b.
  • the base portion 2b and the cover 2a are integrated with an adhesive or the like.
  • the ear plug portion 3 is a portion that is inserted into the user's ear canal, and outputs sound waves from the opening 3 a at the tip thereof.
  • FIG. 2A is a cross-sectional view of the X1-X1 cross section in FIG. 1
  • FIG. 2B is a cross-sectional view of the X2-X2 cross section in FIG.
  • FIG. 3 shows a state in which the cover 2a of the housing 2 is removed and the inside is exposed.
  • 4 is a cross-sectional view taken along the line X3-X3 in FIG.
  • a baffle plate 4 and a piezoelectric element 5 are housed inside the housing 2.
  • the baffle plate 4 is a flat plate having a rectangular planar shape, and has a longitudinal direction and a lateral direction.
  • the baffle plate 4 is provided with a rectangular opening extending in the longitudinal direction near the center in the short direction, and the piezoelectric element 5 is fitted in the rectangular opening.
  • the piezoelectric element 5 is bonded to the rectangular opening with an adhesive (not shown).
  • any of a unimorph type, a bimorph type, and a laminated type may be used.
  • Piezoelectric elements have various structures based on an element in which a piezoelectric body is sandwiched between two electrodes. A diaphragm is attached to the electrode depending on the application. Usually, the vibration amplitude is the largest at a specific frequency. In the embodiment, it is preferable to use a piezoelectric element capable of obtaining a maximum amplitude at a frequency at which a peak is desired in the frequency characteristics.
  • the monomorph type is a structure in which a thin piezoelectric element and a metal plate are bonded together, and is often used for piezoelectric speakers and the like.
  • the piezoelectric element expands and contracts in the plane, warpage occurs because the dimensions of the bonded metal plates remain the same.
  • the vibration and displacement generated by the voltage applied to the piezoelectric element are used.
  • the bimorph type has a structure in which two piezoelectric elements are bonded together, and is used when a relatively large displacement is obtained. When an operative voltage is applied to each of the two piezoelectric elements, the expansion and contraction directions are reversed, causing warping.
  • the laminated type is a structure in which a large number of piezoelectric elements are stacked to form a rod shape, and uses displacement in the thickness direction.
  • the baffle plate 4 integrated with the piezoelectric element 5 is fitted in the base 2b of the housing 2.
  • the baffle plate 4 connected to the piezoelectric element 5 is fixed to the base portion 2 b of the housing 2 via a seal material 15.
  • the baffle plate 4 is fixed to the base portion 2 b of the housing 2 via the sealing material 15 only on the two sides 4 a and 4 c in the longitudinal direction.
  • the two short sides 4b and 4d of the baffle plate 4 are fixed to the base portion 2b of the housing 2 with an adhesive. That is, the two sides 4a and 4c in the longitudinal direction of the baffle plate 4 are fixed to the housing 2 via the sealing material, and the two sides 4b and 4d in the short direction are directly fixed to the housing 2 with an adhesive.
  • the baffle plate 4 is bonded to the side wall portion 2c inside the base portion 2b by a sealing material 15.
  • the side wall 2c of the base 2b is substantially parallel to the vibration direction 70 of the baffle plate 4.
  • the baffle plate 4 is bonded to the side wall portion 2c of the base portion 12b through the sealing material 15 as in FIG. 4A, but the example of FIG. A larger amount of the adhesive as the sealing material 15 is applied.
  • the ease of vibration of the baffle plate 4 can be adjusted by adjusting the amount of the adhesive used as the sealing material 15.
  • a step portion 2d is provided inside the base portion 2b, and the baffle plate 4 is disposed on the step portion 2d with a sealing material 15 interposed therebetween. That is, the baffle plate 4 is fixed to the side wall portion 2c and the step portion 2d of the base portion 2b through the sealing material 15.
  • the step 2 d is substantially perpendicular to the vibration direction 70 of the baffle plate 4.
  • the step portion 2d may be formed on four sides of the base portion 2b.
  • an acrylic rubber adhesive can be used as the sealing material. This is a liquid adhesive in which rubber or acrylic is dissolved in a solvent, and the solvent is dried and bonded after being applied and bonded. Or you may use an elastic adhesive etc. as a sealing material. All of the above have a certain elasticity after drying.
  • a cord 10 for supplying an electric signal is attached to the end of the housing 2 opposite to the ear pad 3. Specifically, a small opening for inserting a cord is provided at the end of the housing 2, and the cord 10 is inserted into the opening.
  • the piezoelectric element 5 in the housing 2 is connected to a flexible substrate or the like, and the cord 10 is electrically connected to the flexible substrate or the like in the housing 2. As a result, the electric signal from the cord 10 is supplied to the piezoelectric element 5.
  • a space 7 is formed between the cover 2a of the housing 2 and the baffle plate 4 inside the housing 2.
  • the baffle plate 4 is hermetically sealed by one surface (upper surface in the drawing), one surface of the piezoelectric element 5 (upper surface in the drawing), and the inner surface of the cover 2a of the housing 2.
  • a space 7 is formed.
  • a space 8 is also formed by the surface (the lower surface in the figure) and the inner surface of the base portion 2 b of the housing 2, and this space is connected to a cylindrical space 9 inside the ear plug portion 3. .
  • the spaces 8 and 9 form a sound guide portion that guides sound to the user's ear canal.
  • the two sides 4a and 4c in the longitudinal direction of the baffle plate 4 are fixed to the housing 2 via the sealing material 15, and the two sides 4b and 4d in the short direction are the housing. It is fixed directly to.
  • the entire circumference of the baffle plate 4, that is, the four sides 4 a to 4 d may be fixed to the housing 2 via the sealing material 15.
  • the earphone Due to the structure of the human ear, the earphone preferably has a frequency characteristic that has a peak near 3 kHz and a dip near 8 kHz as shown in FIG.
  • the earphone has a frequency characteristic as shown in FIG. 6A, it is known that the listener feels that the frequency characteristic is flat for human hearing.
  • a suitable frequency characteristic as shown in FIG. 6B can be obtained.
  • the frequency characteristic is flat in a frequency band below the primary resonance. Since the piezoelectric element is a capacitive element, a frequency characteristic suitable for the earphone can be realized using a network composed of a resistor and a capacitor.
  • the present invention can be used for earphones.

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Abstract

　イヤホン装置は、ハウジング内にバッフル板が収容され、バッフル板には圧電素子が接続されている。バッフル板は直接又は他の部材を介してハウジングに固定されている。電気信号を入力することにより、圧電素子が振動し、音波を発する。

Description

イヤホン装置
　本発明は、圧電素子を用いたイヤホン装置に関する。
　圧電素子を用いたイヤホンが知られている。例えば、特許文献１は、外耳道に挿入される挿入チューブ内に平板型の圧電音響体を斜めに配置したイヤホンを記載している。
特開平９－２５２４９６号公報
　しかし、特許文献１に記載のイヤホンでは、低域が十分に出ない、周波数特性を調整することが難しいなどの問題がある。
　本発明が解決しようとする課題としては、上記のものが例として挙げられる。本発明は、低域を十分に再生することができ、周波数特性の調整が可能なイヤホン装置を提供することを目的とする。
　請求項１に記載の発明は、イヤホン装置であって、電気信号を入力することで振動する圧電素子と、前記圧電素子に接続されたバッフルと、前記バッフルを収容するハウジングと、を備え、前記バッフルは、直接又は他の部材を介して前記ハウジングに固定されていることを特徴とする。
実施例に係るイヤホン装置の外観を示す斜視図である。 実施例に係るイヤホン装置の構造を示す断面図である。 実施例に係るイヤホン装置の内部構造を示す斜視図である。 実施例に係るイヤホン装置の内部構造を示す断面図である。 実施例に係るイヤホン装置の他の内部構造を示す斜視図である。 望ましい特性、及び、実施例に係るイヤホン装置の特性を示す。
　本発明の好適な実施形態では、イヤホン装置は、電気信号を入力することで振動する圧電素子と、前記圧電素子に接続されたバッフルと、前記バッフルを収容するハウジングと、を備え、前記バッフルは、直接又は他の部材を介して前記ハウジングに固定されている。
　上記のイヤホン装置は、ハウジング内にバッフルが収容され、バッフルには圧電素子が接続されている。バッフルは直接又は他の部材を介してハウジングに固定されている。電気信号を入力することにより、圧電素子が振動し、音波を発する。好適にはバッフルは板状である。
　上記のイヤホン装置の一態様は、前記圧電素子の一の面と、前記バッフルの一の面と、前記ハウジングとによって囲まれた空間を有する。好適には前記空間は密閉されている。これにより、低域の再生能力が向上する。
　上記のイヤホン装置の他の一態様は、前記圧電素子の他の面と、前記バッフルの他の面と、前記ハウジングによって囲まれた空間から音を導く音導部を有する。この音導部を通じて、圧電素子の振動による音波がユーザの外耳道に出力される。
　上記のイヤホン装置の他の一態様では、前記バッフルの端部の一部がシール材を介して前記ハウジングに固定されている。他の一態様では、前記バッフルは長手方向と短手方向とを有し、該長手方向がシール材を介して前記ハウジングに固定されている。バッフルをシール材を介してハウジングに固定することにより、圧電素子とバッフルが一体の振動板として機能する。
　上記のイヤホン装置の他の一態様では、前記ハウジングはその内部に前記バッフルの振動方向と略平行な側壁部を備え、前記バッフルはシール材を介して前記側壁部に固定されている。さらに他の一態様では、前記側壁部は前記バッフルの振動方向と略垂直な段部を備え、前記バッフルはシール材を介して前記側壁部及び前記段部に固定されている。
　好適な例では、前記シール材はアクリルゴム系接着剤、又は、弾性粘着剤である。また、前記圧電素子は、ユニモルフ型、バイモルフ型、積層型のいずれかである。
　なお、このイヤホン装置におけるバッフルは、圧電素子の一の面から放射される音と同圧電素子の他の面から放射される音を分離する意味ではバッフルとして機能する。また、このバッフルをシール材を介してハウジングに固定することによって、同バッフルは圧電素子とともに振動する振動板としての機能も有している。
　以下、図面を参照して本発明の好適な実施例について説明する。
　図１は、実施例に係るイヤホン装置の外観を示す。イヤホン装置１は、ユーザの外耳道に挿入され、入力信号に対応する音を出力する。なお、イヤホン装置は通常は左右のイヤホン装置のペアで使用されるが、図１では説明の便宜上１つのイヤホン装置のみを示す。
　イヤホン装置１は、ハウジング２と、イヤープラグ部３とを備える。ハウジング２は、内部に後述する圧電素子を収容しており、カバー２ａとベース部２ｂとを備える。ベース部２ｂとカバー２ａとは接着剤などにより一体化されている。イヤープラグ部３は、ユーザの外耳道に挿入される部分であり、その先端の開口３ａから音波を出力する。
　図２（Ａ）は図１におけるＸ１－Ｘ１断面の断面図であり、図２（Ｂ）は図１におけるＸ２－Ｘ２断面の断面図である。図３はハウジング２のカバー２ａを取り外して内部を露出した状態を示している。図４は、図３におけるＸ３ーＸ３断面の断面図である。
　図示のように、ハウジング２の内部には、バッフル板４と、圧電素子５が収容されている。図３に示されるように、バッフル板４は、平面形状が矩形の平板であり、長手方向と短手方向とを有する。バッフル板４は、短手方向の中央付近に長手方向に延びる矩形の開口が設けられており、その矩形の開口に圧電素子５がはめ込まれている。圧電素子５は、矩形の開口に対して図示しない接着剤により接着されている。
　圧電素子５としては、ユニモルフ型、バイモルフ型、積層型のいずれを使用してもよい。圧電素子は圧電体を２枚の電極で挟んだ素子を基本として各種の構造を有する。用途により電極に振動板などが取り付けられている。通常、特定の周波数で振動の振幅が最も大きくなる。実施例では、周波数特性においてピークを作りたい周波数で最大振幅が得られる圧電素子を使用するのが好ましい。
　モノモルフ（ユニモルフ）型は、薄手の圧電素子と金属板を貼り合わせた構造であり、圧電スピーカなどによく用いられる。圧電素子が面内で伸び縮みするときに、貼り合わせた金属板の寸法はそのままであるため反りが生じる。圧電素子に加える電圧により発生する振動や変位を利用する。バイモルフ型は、２枚の圧電素子を貼り合わせた構造であり、比較的大きな変位を得る場合に用いられる。２枚の圧電素子のそれぞれに作動的な電圧を加えると、伸縮方向が反対になるため反りを生じる。積層型は、多数の圧電素子を重ねて棒状にした構造であり、厚み方向の変位を利用する。
　圧電素子５と一体化されたバッフル板４は、ハウジング２のベース部２ｂにはめ込まれている。図４（Ａ）に示すように、圧電素子５に接続されたバッフル板４は、シール材１５を介してハウジング２のベース部２ｂに固定されている。図３の例では、バッフル板４は、その長手方向の２辺４ａ、４ｃにおいてのみシール材１５を介してハウジング２のベース部２ｂに固定されている。一方、バッフル板４の短手方向の２辺４ｂ、４ｄは、接着剤によりハウジング２のベース部２ｂに固定されている。即ち、バッフル板４の長手方向の２辺４ａ、４ｃはシール材を介してハウジング２に固定されており、短手方向の２辺４ｂ、４ｄは接着剤によりハウジング２に直接固定されている。
　次に、バッフル板４をハウジング２に固定する方法を説明する。図４（Ａ）の例では、ベース部２ｂの内部の側壁部２ｃに対して、バッフル板４がシール材１５により接着されている。ベース部２ｂの側壁部２ｃは、バッフル板４の振動方向７０と略平行となっている。
　図４（Ｂ）の例では、図４（Ａ）と同様にベース部１２ｂの側壁部２ｃに対してバッフル板４がシール材１５を介して接着されているが、図４（Ａ）の例よりもシール材１５としての接着剤を多めに塗布している。シール材１５として使用する接着剤を塗布する量を調整することにより、バッフル板４の振動しやすさを調整することができる。
　図４（Ｃ）の例では、ベース部２ｂの内側に段部２ｄが設けられており、バッフル板４はシール材１５を介して段部２ｄ上に配置される。即ち、バッフル板４はシール材１５を介して、ベース部２ｂの側壁部２ｃ及び段部２ｄに固定される。段部２ｄはバッフル板４の振動方向７０と略垂直となっている。この例では、バッフル板４の裏側にまでシール材１５があるので、図４（Ａ）、４（Ｂ）の例と比較して、バッフル板４の振動が制限される。なお、段部２ｄは、ベース部２ｂの４辺に形成されていてもよく、図３に示すようにバッフル板４が２辺のみでハウジング２に固定される場合にはその２辺のみに形成されてもよい。
　このように、シール材１５を介してバッフル板４をハウジング２に固定することにより、バッフル板４の動きがハウジング２によって阻害されにくくなる。シール材としては、例えばアクリルゴム系接着剤を用いることができる。これはゴム、アクリル類を溶剤に溶かした液状の接着剤で、塗布して貼り合わせた後に溶剤が乾燥して接着されるものである。もしくはシール材として弾性粘着剤などを用いてもよい。上記のいずれも乾燥後も一定の弾性を有している。
　図２（Ｂ）に示すように、ハウジング２のイヤーパット部３と反対側の端部には電気信号を供給するコード１０が取り付けられている。詳しくは、ハウジング２の端部にコードを挿入するための小さな開口が設けられており、コード１０はその開口に挿入されている。ハウジング２内の圧電素子５はフレキシブル基板などに接続されており、コード１０はハウジング２内でそのフレキシブル基板などに電気的に接続されている。これにより、コード１０からの電気信号が圧電素子５に供給される。
　図２（Ｂ）に示すように、ハウジング２の内部において、ハウジング２のカバー２ａとバッフル板４との間には空間７が形成されている。具体的には、バッフル板４の１つの面（図中の上側の面）と、圧電素子５の１つの面（図中の上側の面）と、ハウジング２のカバー２ａの内面とにより、密閉された空間７が形成されている。このように、圧電素子５の１つの面を含む密閉空間を形成することにより、低域の再生能力を向上させることができる。
　一方、図２（Ｂ）、図４（Ａ）～（Ｃ）に示すように、バッフル板４の他の１つの面（図中の下側の面）と、圧電素子５の他の１つの面（図中の下側の面）と、ハウジング２のベース部２ｂの内面によっても空間８が形成されており、この空間はイヤープラグ部３の内部の筒状の空間９に接続されている。この空間８及び９により、音をユーザの外耳道に導く音導部が形成されている。
　なお、上記の実施例では、図３に示すようにバッフル板４の長手方向の２辺４ａ、４ｃがシール材１５を介してハウジング２に固定され、短手方向の２辺４ｂ、４ｄはハウジングに直接固定されている。その代わりに、図５に示すように、バッフル板４の全周、即ち、４辺４ａ～４ｄをシール材１５を介してハウジング２に固定することとしてもよい。
　次に、イヤホン装置１の周波数特性について説明する。イヤホンは、人間の耳の構造上、図６（Ａ）に示すように３ｋＨｚ付近にピークがあり、８ｋＨｚ付近にディップがあるような周波数特性を有することが好ましい。イヤホンが図６（Ａ）のような周波数特性であるとき、人間の聴感上、聴取者は周波数特性がフラットであるように感じることが知られている。
　上述の実施例において、圧電素子５として、３ｋＨｚ前後に１次共振モードを持つ圧電素子を用いることで、図６（Ｂ）に示すような好適な周波数特性を得ることができる。実施例においては、バッフル板４の一の面は密閉空間により密閉されているので、１次共振以下の周波数帯域では周波数特性はフラットになる。なお、圧電素子は容量性素子であるので、抵抗とコンデンサからなるネットワークを用いてイヤホンに好適な周波数特性を実現することができる。
　本発明は、イヤホンに利用することができる。
　１　イヤホン装置
　２　ハウジング
　３　イヤープラグ部
　４　バッフル板
　５　圧電素子
　１５　シール材

Claims (12)

  1. 　電気信号を入力することで振動する圧電素子と、
    　前記圧電素子に接続されたバッフルと、
    　前記バッフルを収容するハウジングと、を備え、
    　前記バッフルは、直接又は他の部材を介して前記ハウジングに固定されていることを特徴とするイヤホン装置。
  2. 　前記圧電素子の一の面と、前記バッフルの一の面と、前記ハウジングとによって囲まれた空間を有することを特徴とする請求項１に記載のイヤホン装置。
  3. 　前記空間は密閉されていることを特徴とする請求項２に記載のイヤホン装置。
  4. 　前記圧電素子の他の面と、前記バッフルの他の面と、前記ハウジングによって囲まれた空間から音を導く音導部を有することを特徴とする請求項２に記載のイヤホン装置。
  5. 　前記バッフルの端部の一部がシール材を介して前記ハウジングに固定されていることを特徴とする請求項１に記載のイヤホン装置。
  6. 　前記バッフルは長手方向と短手方向とを有し、該長手方向がシール材を介して前記ハウジングに固定されていることを特徴とする請求項５に記載のイヤホン装置。
  7. 　前記ハウジングはその内部に前記バッフルの振動方向と略平行な側壁部を備え、
    　前記バッフルはシール材を介して前記側壁部に固定されていることを特徴とする請求項６に記載のイヤホン装置。
  8. 　前記側壁部は前記バッフルの振動方向と略垂直な段部を備え、
    　前記バッフルはシール材を介して前記側壁部及び前記段部に固定されていることを特徴とする請求項７に記載のイヤホン装置。
  9. 　前記シール材はアクリルゴム系接着剤であることを特徴とする請求項６に記載のイヤホン装置。
  10. 　前記シール材は弾性粘着剤であることを特徴とする請求項６に記載のイヤホン装置。
  11. 　前記圧電素子は、ユニモルフ型、バイモルフ型、積層型のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載のイヤホン装置。
  12. 　前記バッフルは板状であることを特徴とする請求項１に記載のイヤホン装置。
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