特開 2023-10017 音響変換装置及びこれを備えるヘッドセット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023010017

(43)【公開日】2023-01-20

(54)【発明の名称】音響変換装置及びこれを備えるヘッドセット

(51)【国際特許分類】

   H04R 9/04 20060101AFI20230113BHJP

   H04R 9/08 20060101ALI20230113BHJP

   H04R 9/06 20060101ALI20230113BHJP

   H04R 1/10 20060101ALI20230113BHJP

   H04R 9/02 20060101ALI20230113BHJP

【ＦＩ】

H04R9/04 102

H04R9/08

H04R9/06 Z

H04R1/10 101A

H04R9/02 102A

H04R9/04 105A

H04R9/04 104A

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021113760

(22)【出願日】2021-07-08

(71)【出願人】

【識別番号】000112565

【氏名又は名称】フォスター電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】岩瀬 潤

(72)【発明者】

【氏名】岡▲崎▼ 今日子

(72)【発明者】

【氏名】小池 千秋

【テーマコード（参考）】

5D012

【Ｆターム（参考）】

5D012BA03

5D012BA06

5D012BB03

5D012BB04

5D012CA02

5D012CA04

5D012GA01

5D012GA03

(57)【要約】

【課題】発音機能と集音機能を備える製品の小型化を図る。
【解決手段】音響変換装置１０は、振動板２０と、振動板２０の振動方向を軸方向として配置され、直接又は部材を介して振動板２０に支持された第１ボイスコイル５０及び第２ボイスコイル６０と、を備え、第１ボイスコイル５０は、音響信号の入力により駆動され振動板２０を振動させる発音用のボイスコイルとして構成され、第２ボイスコイル６０は、外部の音により振動する振動板２０と一体に振動され音響信号を出力する集音用のボイスコイルとして構成されている。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

振動板と、
前記振動板の振動方向を軸方向として配置され、直接又は部材を介して前記振動板に支持された第１ボイスコイル及び第２ボイスコイルと、を備え、
前記第１ボイスコイルは、音響信号の入力により駆動され前記振動板を振動させる発音用のボイスコイルとして構成され、
前記第２ボイスコイルは、外部の音により振動する前記振動板と一体に振動され音響信号を出力する集音用のボイスコイルとして構成されている、
音響変換装置。

【請求項2】

前記第１ボイスコイルと前記第２ボイスコイルは、互いに同一の内径を有し、軸方向に並んで配置されている請求項１に記載の音響変換装置。

【請求項3】

前記第１ボイスコイルと前記第２ボイスコイルは、互いに異なる内径を有し、一方のボイスコイルが、他方のボイスコイルの径方向の内側に配置されている、請求項１に記載の音響変換装置。

【請求項4】

前記第１ボイスコイル及び前記第２ボイスコイルのうち、外側のボイスコイルは、ボイスコイルボビンを介して前記振動板に支持されており、内側のボイスコイルは、前記振動板に直接支持されている請求項３に記載の音響変換装置。

【請求項5】

前記ボイスコイルボビンは、当該ボイスコイルボビンの内外を連通させる開口部を有し、
前記内側のボイスコイルは、前記開口部を通って配線される配線部を有する請求項４に記載の音響変換装置。

【請求項6】

前記外側のボイスコイルは、発音用ボイスコイルを構成する前記第１ボイスコイルであり、
前記内側のボイスコイルは集音用のボイスコイルを構成する前記第２ボイスコイルである、請求項３～請求項５の何れか１項に記載の音響変換装置。

【請求項7】

磁性体で構成され、前記第１ボイスコイル及び前記第２ボイスコイルの軸方向に沿って対向して配置されたトッププレート及びボトムプレートと、前記トッププレートと前記ボトムプレートとの間に配置されるマグネットと、
を有する磁気回路を備え、
前記トッププレートは、前記第１ボイスコイル及び前記第２ボイスコイルを各々配置する磁気ギャップを有し、
前記マグネットは、前記磁気ギャップの両側に配置され、互いに逆向きの磁界を形成する複数のマグネットを有する、請求項１～請求項６の何れか１項に記載の音響変換装置。

【請求項8】

ハウジングと、
前記ハウジングに収容された請求項１～請求項７の何れか１項に記載の音響変換装置と、
を有するヘッドセット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、音響変換装置及びこれを備えるヘッドセットに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、発音用のスピーカと集音用のマイクを備えるイヤフォンマイクが開示されている。このイヤフォンマイクでは、筐体としてのハウジングにスピーカが収容されており、ハウジングと一体をなす音筒部にマイクが収容されている。音筒部は、装着時に外耳道内に延び、外耳道内で発生した音がマイクで集音される構成となっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５－１２６２６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記特許文献１に記載された技術では、ハウジングの内部においてスピーカとマイクとが別々に設けられている。このため、各部品の収容スペースを別々に確保すると、ハウジングが大型化し、ヘッドセット等の製品の小型化に対応することが難しいという課題がある。

【0005】

本開示は上記課題を解決するためになされたものであり、発音機能と集音機能を備える製品の小型化を図ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の第１の態様に係る音響変換装置は、振動板と、前記振動板の振動方向を軸方向として配置され、直接又は部材を介して前記振動板に支持された第１ボイスコイル及び第２ボイスコイルと、を備え、前記第１ボイスコイルは、音響信号の入力により駆動され前記振動板を振動させる発音用のボイスコイルとして構成され、前記第２ボイスコイルは、外部の音により振動される前記振動板と一体に振動され音響信号を出力する集音用のボイスコイルとして構成されている。

【0007】

第１の態様に係る音響変換装置では、振動板と、振動板に支持された第１ボイスコイル及び第２ボイスコイルを備えている。第１ボイスコイル及び第２ボイスコイルは、振動板の振動方向を軸方向として配置され、直接又は部材を介して振動板に支持されている。

【0008】

ここで、第１ボイスコイルは、発音用のボイスコイルとして構成されている。従って、第１ボイスコイルは音響信号の入力により駆動され、振動板を振動させることで音響変換装置が発音する。また、第２ボイスコイルは、集音用のボイスコイルとして構成されており、振動板が外部の音の空気振動を受け止めて振動するのと同時に振動し、その音を電気信号に変換する。従って、第２ボイスコイルは振動板の振動により振動し、第２ボイスコイルを流れる電気信号を音響信号として出力することで、音響変換装置は振動板の外部の音を集音する。

【0009】

このように、本開示の音響変換装置では、発音用のボイスコイルと集音用のボイスコイルとが、共通の振動板を介して一体に設けられ、従来、互いに独立して構成された音響変換装置であったスピーカの発音機能とマイクの集音機能とを一体化している。このため、スピーカとマイクを別々に配置した構成と比較して省スペース化を図ることができ、その結果、音響変換装置が搭載されるヘッドセット等の製品の小型化を図ることができる。

【0010】

また、発音用のボイスコイルと集音用のボイスコイルとは別々のコイルで構成され、コイル毎に巻き数や線材を使い分けることができる。これにより、発音及び集音の性能を必要に応じて最適化させることができる。

【0011】

ところで、従来、集音用のマイクでノイズを集音し、集音されたノイズと逆位相の音波をスピーカで発生させ、ノイズを打ち消す技術が知られている（アクティブノイズキャンセリング（ＡＮＣ））。このような技術において、集音用のマイクと発音用のスピーカとを離間した位置に設けると、マイクで集音する音波と、スピーカから発せられた逆位相の音波との間に少なからず位相差が生じる。従って、マイクで集音した音波に対して、理想的な逆位相の音波を生成しても、マイクとスピーカとの間に距離があると、距離に応じた位相差が生じ、完全にノイズを打ち消すことが難しい。
また、個々のマイクやスピーカの位相特性は完全に一致しているものではなく、個体差がある。このため、マイクとスピーカの位相がずれた箇所においてノイズを打ち消そうとした場合、ノイズを打ち消すことができず、最悪の場合はノイズを増幅させるおそれがある。

【0012】

ここで、本開示では、集音機能と発音機能とが共通の振動板で構成され、一体化されている。このため、集音位置と発音位置が一致しており、集音と発音とが１つの音響変換装置で構成されているため、集音位置と発音位置との距離による位相差をなくすことができる。また、集音用のマイクと発音用のスピーカとが別々に構成されることによる固体差の問題を解決できる。したがって、ノイズキャンセリングの性能を高めることが可能となる。

【0013】

本開示の第２の態様に係る音響変換装置は、第１の態様に記載の構成において、前記第１ボイスコイルと前記第２ボイスコイルは、互いに同一の内径を有し、軸方向に並んで配置されている。

【0014】

第２の態様に係る音響変換装置では、第１ボイスコイルと第２ボイスコイルとが互いに同一の内径を有し、軸方向に並んでいるため、音響変換装置を径方向に小型化することができる。

【0015】

本開示の第３の態様に係る音響変換装置は、第１の態様に記載の構成において、前記第１ボイスコイルと前記第２ボイスコイルは、互いに異なる内径を有し、一方のボイスコイルが、他方のボイスコイルの内側に配置されている。

【0016】

第３の態様に係る音響変換装置では、第１ボイスコイルと第２ボイスコイルとが互いに異なる内径を有し、一方のボイスコイルが他方のボイスコイルの内側に配置されている。このように、二つのボイスコイルを径方向に並べて配置することにより、音響変換装置を軸方向に小型化させることができる。

【0017】

本開示の第４の態様に係る音響変換装置は、第３の態様に記載の構成において、第１ボイスコイル及び前記第２ボイスコイルのうち、外側のボイスコイルは、ボイスコイルボビンを介して前記振動板に支持されており、内側のボイスコイルは、前記振動板に直接支持されている。

【0018】

第４の態様に係る音響変換装置では、内側のボイスコイルは、振動板に直接支持されており、軽量化されている。このため、外側のボイスコイルを発音用とした場合、その出力に対し振動系の負荷が低減されるので、振動板の振幅（音圧）が低下することを抑制する。

【0019】

ボイスコイルの有効長とは、磁気ギャップにおけるボイスコイルの平均径の円周長と巻数の積によって示される。また、力係数とは、磁気ギャップにおける磁束密度とボイスコイルの有効長との積によって示される。

【0020】

磁気回路の中央側では配置スペースの制約から大きなマグネットを配置することが難しく、内側のボイスコイルの磁気ギャップでは外側のボイスコイルの磁気ギャップに比べて大きな磁束を確保することが難しい。内側のボイスコイルは、外側のボイスコイルに比べて小径になるが、ボイスコイルボビンを備えない構成とすることで、磁気ギャップ内の巻き線の層数を増やすことができ、ボイスコイルの有効長を長く設定することが可能になる。例えば、内側のボイスコイルを発音用とし、外側のボイスコイルを集音用とした場合、ボイスコイルボビンを備えない構成とすることで小径の内側のボイスコイルであっても、力係数を充分に確保することができ、振動板の振幅の低下を補うことが可能な駆動力を得ることができる。このように、内側のボイスコイルの有効長を長くすることで、力係数を向上させることができるため、内側のボイスコイルにおいても、所望の駆動力を確保することができ、スピーカとしての出力音圧を充分に確保できる。また、内側のボイスコイルを集音用とし、外側のボイスコイルを発音用とした場合においても、内側のボイスコイルの有効長を長くして力係数を向上させることができるため、所望の起電力を確保することができる。

【0021】

本開示の第５の態様に係る音響変換装置は、第４の態様に記載の構成において、前記ボイスコイルボビンは、当該ボイスコイルボビンの内外を連通させる開口部を有し、前記内側のボイスコイルは、前記開口部を通って配線される配線部を有している。

【0022】

第５の態様に係る音響変換装置では、内側のボイスコイルは、外側のボイスコイルが巻き付けられたボイスコイルボビンの開口部を通って配線部を引き出すことができる。これにより、内側のボイスコイルの配線部の引き回しを簡単にすることができ、製造工程を容易にすることができる。

【0023】

本開示の第６の態様に係る音響変換装置は、第３の態様～第５の態様の何れか１態様に記載の構成において、前記外側のボイスコイルは、発音用ボイスコイルを構成する前記第１ボイスコイルであり、前記内側のボイスコイルは集音用のボイスコイルを構成する前記第２ボイスコイルである。

【0024】

第６の態様に係る音響変換装置では、集音用の第２ボイスコイルを発音用の第１ボイスコイルの内側に配置して、発音用のボイスコイルを大径化させている。これにより、入力された音響信号に対する振動板の振幅を高め、スピーカとしての出力音圧を確保することができる。

【0025】

本開示の第７の態様に係る音響変換装置は、第１の態様～第６の態様の何れか１態様に記載の構成において、磁性体で構成され、前記第１ボイスコイル及び前記第２ボイスコイルの軸方向に沿って対向して配置されたトッププレート及びボトムプレートと、前記トッププレートと前記ボトムプレートとの間に配置されるマグネットと、を有する磁気回路を備え、前記トッププレートは、前記第１ボイスコイル及び前記第２ボイスコイルを各々配置する磁気ギャップを有し、前記マグネットは、前記磁気ギャップの両側に配置され、互いに逆向きの磁界を形成する複数のマグネットを有する。

【0026】

第７の態様に係る音響変換装置では、磁性体で構成されたトッププレートとボトムプレートの間にマグネットが配置されることで磁気回路が形成されている。ここで、トッププレートは、第１ボイスコイル及び第２ボイスコイルを各々配置する磁気ギャップを有しており、当該磁気ギャップの両側には、互いに逆向きの磁界を形成する複数のマグネットが配置されている。従って、これらのマグネットの形成する磁界により、トッププレートにおける磁気ギャップの磁束密度が高まり、磁気ギャップの内側に配置されたボイスコイルに充分な磁束を付与することができる。

【0027】

本開示の第８の態様に係るヘッドセットは、ハウジングと、前記ハウジングに収容された第１の態様～第７の態様の何れか１態様に記載の音響変換装置と、を有する。

【0028】

第８の態様に係るヘッドセットでは、利用者の耳に装着されるヘッドセットのハウジングに発音用の第１ボイスコイルと集音用の第２ボイスコイルとを一体に構成する振動板を有する音響変換装置が配置される。これにより、ハウジング内において、発音用のスピーカと集音用のマイクとを個別に設ける必要がなく、ハウジング内における音響変換装置の収容スペースを省スペース化することができるため、ヘッドセットの小型化を図ることができる。

【発明の効果】

【0029】

本開示によれば、発音機能と集音機能を備えるヘッドセット等の製品の小型化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】本実施形態に係る音響変換装置を適用したヘッドセットの側面図である。

【図2】図１の２－２線に沿って切断した状態を示すヘッドセットの断面図であり、ヘッドセットの装着状態を示す図である。

【図3】本実施形態に係る音響変換装置を振動板の正面から見た斜視図である。

【図4】図３の４－４線に沿って切断した状態を示す音響変換装置の断面図である。

【図5】本実施形態に係る音響変換装置の振動板を背面側から見た斜視図である。

【図6】本実施形態に係る音響変換装置の磁気回路を示す模式図である。

【図7】本実施形態に係る音響変換装置の第１の変形例を示す図３に対応する断面図である。

【図8】本実施形態に係る音響変換装置の第２の変形例を示す図３に対応する断面図である。

【図9】本実施形態に係る音響変換装置の第３の変形例を示す図３に対応する断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0031】

以下、本実施形態に係る音響変換装置１０を適用したヘッドセット１について図１～図６を参照して説明する。なお、説明の便宜上、ヘッドセット１の装着時に外耳道の鼓膜側を前方側、外耳道の入口側又は耳介側を後方側という。

【0032】

（全体構成）
図１に示されるように、ヘッドセット１は、内部に機能部品を収容した中空のハウジング２を有している。ハウジング２は、ハウジング２の前部を構成するフロントハウジング２Ａとハウジング２の後部を構成するリアハウジング２Ｂが前後方向に嵌合して形成されている。

【0033】

図２に示されるように、ヘッドセット１は、一例として、カナル型のイヤフォンとされており、フロントハウジング２Ａの前端部には、装着時に利用者の外耳道Ｅ内に挿入される外耳道挿入部２Ｃが設けられている。外耳道挿入部２Ｃは、略円筒状に形成されており、外耳道Ｅ内とハウジング２の内部とを連通させている。

【0034】

外耳道挿入部２Ｃの外周には、イヤピース３が装着されている。イヤピース３は、イヤチップ、イヤパッド、イヤキャップとも呼ばれており、例えば、シリコーンゴムなどの弾性材料からなる。イヤピース３は、外耳道挿入部２Ｃの外周に嵌め込まれる円筒部３Ａと、円筒部３Ａの先端に設けられた半球カバー状の密着部３Ｂを有している。ヘッドセット１の装着状態では、イヤピース３の密着部３Ｂが外耳道Ｅの壁面に密着して外耳道を密閉する。

【0035】

ハウジング２において、外耳道挿入部２Ｃの後方には、空間部４が形成されている。空間部４には、発音機能と集音機能を備える音響変換装置１０が収容されている。

【0036】

（音響変換装置）
図３及び図４に示されるように、音響変換装置１０は、振動板２０と、振動板２０を支持するフレーム３０を有している。

【0037】

本実施形態の振動板２０は、一例として、ドーム型の振動板であり、合成樹脂や布、紙、金属材料等で形成することができる。振動板２０は、前方側を向く正面側に凸をなすように湾曲したドーム状のキャップ部２２と、キャップ部２２の径方向外側に形成されたリング状の連結部２４と、連結部２４の径方向外側に形成されたコーン状のコーン部２６を有している。そして、コーン部２６の周縁部には、リング状のエッジ部２８が接合されている。また、エッジ部２８において、周縁部の下面側には、フレーム３０に接合する接合部２８Ａが形成されている。

【0038】

フレーム３０は、円筒状に形成されており、合成樹脂や金属材料等で形成することができる。フレーム３０において軸方向の前端には、円形枠状の振動板支持部３２が形成されている。振動板支持部３２は、振動板２０のエッジ部２８に設けた接合部２８Ａに接着等の方法で接合され、振動板２０の外縁を保持している。これにより、振動板２０の正面側の空間と背面側の空間が区画されている。

【0039】

また、図３に示されるように、振動板支持部３２には、フレーム３０の内外を連通させるフレーム開口部３４が形成されている。本実施形態では、振動板支持部３２において、径方向に対向する位置に二つのフレーム開口部３４が形成されている。フレーム開口部３４は、一例として、振動板支持部３２の側面を径方向に貫通し、前方側に開口した切り欠き部で構成されている。二つのフレーム開口部３４からは、フレーム３０の内側に収容された第１ボイスコイル５０の配線部５０Ａと第２ボイスコイル６０の配線部６０Ａがそれぞれ引き出されている。

【0040】

フレーム３０は、振動板支持部３２の軸方向の後端に一体形成された大径筒部３６を有する。この大径筒部３６は、振動板２０の背面側に空間部を形成する筐体を構成し、第１ボイスコイル５０と第２ボイスコイル６０が収容されている。

【0041】

更に、フレーム３０は、大径筒部３６後方側に小径筒部３８を有している。小径筒部３８は、大径筒部３６よりも小径の空間部であり、大径筒部３６の後端から径方向内側に張り出した段差部４０を介して大径筒部３６と一体に形成されている。この小径筒部３８には、磁気回路７０が収容されている。

【0042】

なお、図３に示すように、フレーム３０の段差部４０は、大径筒部３６の底壁を構成している。段差部４０には、軸方向（板厚方向）に貫通する複数の空気孔４２が形成されており、空気孔４２を通って振動板２０の背面側の空気が外部と連通される。

【0043】

上述したように、上記構成のフレーム３０には、第１ボイスコイル５０、第２ボイスコイル６０、及び磁気回路７０が収容されている。

【0044】

（第１ボイスコイル）
図３及び図４に示されるように、第１ボイスコイル５０は、連結部２４とコーン部２６との接続部に支持されている。第１ボイスコイル５０は、振動板２０の振動方向（前後方向）を軸方向として巻回されており、ボイスコイルボビン５２を介して振動板２０に支持されている。

【0045】

ボイスコイルボビン５２は一例として、合成樹脂や紙、アルミニウム合金等の軽量な素材から成る矩形のシート材を筒状に丸めて形成する。また、ボイスコイルボビン５２は、シート材の端部同士を離間させた開口部５４を有しており、開口部５４を通じてボイスコイルボビン５２の内外が連通されている。ボイスコイルボビン５２は、軸方向の前端が接着等の方法で振動板２０の背面に固定されている。これにより、ボイスコイルボビン５２を介して第１ボイスコイル５０が振動板２０に支持されている。

【0046】

第１ボイスコイル５０の軸方向の長さは、ボイスコイルボビン５２の軸方向の長さに対して充分に短く設定されており、第１ボイスコイル５０の軸方向の両端部からは、第１ボイスコイル５０によって巻回されていないボイスコイルボビン５２の非巻回部が露出している。なお、第１ボイスコイル５０は、径方向に多層構造を成すように巻回することが好ましい。これにより、第１ボイスコイル５０の軸方向の長さを短く設定した場合でも、ボイスコイルの有効長を確保することができる。

【0047】

本実施形態において、第１ボイスコイル５０は、発音用のボイスコイルとして構成され、上述した振動板２０に結合され、後述する磁気回路７０の第１磁気ギャップＧ１に配置されることにより、音響変換装置１０の発音機能部（スピーカ）を構成する。即ち、第１ボイスコイル５０には、図示しない制御部の制御により、音響信号に相当する電気信号が入力される。電気信号は、第１ボイスコイル５０と磁気回路７０との間に磁気反発及び吸引作用を発生させ、第１ボイスコイル５０を駆動（振動）させると同時に振動板２０を振動させて発音する。

【0048】

ここで、第１ボイスコイル５０の端部には、フレーム３０の外部に引き出された配線部５０Ａが形成されている。配線部５０Ａは、振動板２０の背面に沿って振動板２０の外縁に至り、フレーム開口部３４を通って外部に引き出されている。配線部５０Ａの先端は、フレーム３０の外面に沿って後方側に延在し、端子板９０に接続されている。

【0049】

（第２ボイスコイル）
第１ボイスコイル５０の径方向の内側には、第１ボイスコイル５０よりも小径の第２ボイスコイル６０が配置されている。この第２ボイスコイル６０は、キャップ部２２と連結部２４との接続部に支持されており、第１ボイスコイル５０に対して同心円状に配置されている。

【0050】

ここで、第２ボイスコイル６０は、軸方向の前端が、接着等の方法により振動板２０の背面に直接固定されている。従って、ボイスコイルボビンを介さずに直接固定しているので、第１ボイスコイル５０と比較して小径であっても、磁気ギャップ内の巻き線の層数を増やすことができ、ボイスコイルの有効長を確保することができる。このように、ボイスコイルの有効長を確保する観点では、第２ボイスコイル６０は、径方向に多層構造を成すように巻回することが好ましい。

【0051】

なお、第２ボイスコイル６０は、ボイスコイルボビンを備えない構成とすることで、ボイスコイルボビンに巻回する構成と比較して軽量化されているが、軽量化を一層促進する観点では、第２ボイスコイル６０の線材は、第１ボイスコイル５０の線材よりも断面積の小さな線材にすることが好ましい。

【0052】

第２ボイスコイル６０の端部には、フレーム３０の外部に引き出された配線部６０Ａが形成されている。配線部６０Ａは、ボイスコイルボビン５２の開口部５４を通ってボイスコイルボビン５２の外部に引き出されている。そして、配線部６０Ａは、振動板２０の背面に沿って振動板２０の外縁に至り、フレーム開口部３４を通って外部に引き出されている。配線部６０Ａの先端は、フレーム３０の外面に沿って後方側に延在し、端子板９０に接続されている。

【0053】

上記構成の第２ボイスコイル６０は、集音用のボイスコイルとして構成されている。第２ボイスコイル６０は、振動板２０に結合され、後述する磁気回路７０の第２磁気ギャップＧ２に配置されることにより、音響変換装置１０の集音機能部（マイク）を構成する。即ち、振動板の外部（本実施形態では外耳道Ｅ内）の空気の振動を受けて振動板２０が振動すると同時に、磁気回路の中で第２ボイスコイル６０が振動し、ボイスコイルの両端に起電力を生じさせる。これにより、第２ボイスコイル６０を流れる電気信号を音響信号として出力することで、振動板２０の外部の音を集音する。

【0054】

第２ボイスコイル６０は、第１ボイスコイル５０の内側に配置されており、第１ボイスコイルよりも小径となっている。しかし、上述したように、ボイスコイルの有効長を長く設定することで、力係数を向上させ、起電力を確保している。従って、集音用のマイクとして所望の感度を得ることができる。

【0055】

上述のように、集音機能を有する第２ボイスコイル６０によって、ヘッドセット１のアクティブノイズキャンセリング（ＡＮＣ）機能を実現することができる。即ち、第２ボイスコイル６０による集音機能でノイズを集音し、集音されたノイズと逆位相の音波を第１ボイスコイル５０による発音機能で発音させ、ノイズを打ち消すことができる。

【0056】

ここで、従来、ヘッドセットにアクティブノイズキャンセリング機能を実装する場合、集音用のマイクと発音用のスピーカとがハウジング内の離間した位置に設けられることが一般的であった。しかし、マイクとスピーカとを離間した位置に設けると、マイクで集音する音波と、スピーカから発せられた逆位相の音波との間に少なからず位相差が生じる。このため、マイクで集音した音波に対して、理想的な逆位相の音波を生成しても、マイクから離れた位置にあるスピーカで出力することで距離に応じた位相差が生じ、完全にノイズを打ち消すことが難しいという課題があった。
また、個々のマイクやスピーカの位相特性は完全に一致しているものではなく、固体差がある。このため、マイクとスピーカの位相がずれた箇所においてノイズを打ち消そうとした場合、ノイズを打ち消すことができず、最悪の場合はノイズを増幅させるおそれがあった。

【0057】

そこで、発明者らは、発音用の第１ボイスコイル５０と集音用の第２ボイスコイル６０とを、共通の振動板２０を介して一体に設ける構成を考案した。これにより、発音位置と集音位置の間の距離に基づく位相のずれを考慮しなくてもよく、マイクとスピーカの個体差に基づく位相特性を考慮しなくてもよいため、ノイズキャンセリング性能の精度を向上させることが可能となる。

【0058】

また、集音機能を有する第２ボイスコイル６０によって、ノイズキャンセリング機能だけでなく、生体認証機能を実現することができる。第２ボイスコイル６０による集音機能で利用者の外耳道Ｅ内の空気の振動を収集し、これらの音響特性を生体識別信号として生体認証を行うことができる。

【0059】

（磁気回路）
図４に示されるように、フレーム３０の小径筒部３８には、磁気回路７０が収容されている。磁気回路７０は、トッププレート７２、ボトムプレート７４、及びマグネット８０を主要部として構成されている。本実施形態では、トッププレート７２及びボトムプレート７４は、フレーム３０内で前後方向に対向配置されており、トッププレート７２とボトムプレート７４との間にマグネット８０が配置されている。

【0060】

トッププレート７２は、第１～第３プレート７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃを備える。第１～第３プレート７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃは、磁性体で形成されており、磁気回路７０のヨークを構成している。第１プレート７２Ａは、リング状の板材であり、トッププレート７２の外周部を構成する。第２プレート７２Ｂは、第１プレート７２Ａよりも小径のリング状の板材であり、第１プレート７２Ａの径方向の内側に配置されている。第３プレート７２Ｃは、第２プレート７２Ｂよりも小径の円盤状の板材であり、第２プレート７２Ｂの径方向の内側に配置されている。第１～第３プレート７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃは、径方向に所定の間隔を空けて同心円状に配置されている。第１プレート７２Ａと第２プレート７２Ｂの間の空隙が第１磁気ギャップＧ１を構成し、第２プレート７２Ｂと第３プレート７２Ｃとの間の空隙が第２磁気ギャップＧ２を構成している。

【0061】

本実施形態では、第１磁気ギャップＧ１に第１ボイスコイル５０が配置されている。また、第２磁気ギャップＧ２に第２ボイスコイル６０が配置されている。

【0062】

第１プレート７２Ａは、外周縁部がフレーム３０の段差部４０に配置されており、第１プレート７２Ａを基準に磁気回路７０の位置決めが行われる。第１プレート７２Ａには、周方向に沿って複数の切り欠き部７６が形成されており、複数の切り欠き部７６は、フレーム３０の段差部４０に形成された空気孔４２に対応している。これにより、フレーム３０の空気孔４２を回避した位置で、第１プレート７２Ａが段差部４０に支持されている。

【0063】

ボトムプレート７４は、円盤状の板材であり、トッププレート７２と対向して配置されている。ボトムプレート７４は、トッププレート７２と同様に磁性体で形成され、磁気回路７０のヨークを構成している。

【0064】

マグネット８０は、同心円状に配置された第１～第３マグネット８２，８４，８６を備える。第１マグネット８２は、リング状であり、第１プレート７２Ａとボトムプレート７４との間に配置されている。第２マグネット８４は、第１マグネット８２よりも小径のリング状であり、第２プレート７２Ｂとボトムプレート７４との間に配置されている。第３マグネット８６は、第２マグネット８４よりも小径の円柱状であり、第３プレート７２Ｃとボトムプレート７４との間に配置されている。

【0065】

図６では、磁気回路７０の磁力線を模式的に示している。この図６に示されるように、本実施形態の磁気回路７０では、トッププレート７２に形成された第１磁気ギャップＧ１及び第２磁気ギャップＧ２の両側にそれぞれマグネットが配置されている。また、隣接するマグネット同士は、互いに逆向きの磁界を形成する。

【0066】

従って、例えば、第１磁気ギャップＧ１では、第２マグネット８４によって、ボトムプレート７４と第１マグネット８２を経て、第１磁気ギャップＧ１を通る磁力線の磁気回路が形成されている。当該磁気回路では、第１マグネット８２が反発マグネットとなり、第２マグネット８４の磁気漏洩を抑制している。これにより、第１磁気ギャップＧ１の磁束密度が高まり、第１磁気ギャップＧ１の内側に配置された第１ボイスコイル５０の駆動力を高めることができる。また、第２磁気ギャップＧ２では、第３マグネット８６によって、第２磁気ギャップＧ２と第２マグネット８４を経て、ボトムプレート７４を通る磁力線の磁気回路が形成されている。当該磁気回路では、第２マグネット８４が第３マグネット８６の反発マグネットとなっている。

【0067】

上記構成の磁気回路７０の後方には、端子板９０が設けられている。端子板９０には、第１ボイスコイル５０及び第２ボイスコイル６０の配線部５０Ａ，６０Ａに加えて、端子板９０と図示しない制御部とを電気的に接続するコード９２（図１参照）が接続されている。

【0068】

（作用並びに効果）
以上説明したように、本実施形態に係る音響変換装置１０では、振動板２０と、振動板２０に支持された第１ボイスコイル５０及び第２ボイスコイル６０を備えている。第１ボイスコイル５０及び第２ボイスコイル６０は、振動板２０の振動方向を軸方向として配置され、直接又はボイスコイルボビン５２等の部材を介して振動板２０に支持されている。

【0069】

ここで、第１ボイスコイル５０は、発音用のボイスコイルとして構成されている。また、第２ボイスコイル６０は、集音用のボイスコイルとして構成されている。即ち、音響変換装置１０では、発音用のボイスコイルと集音用のボイスコイルとが、共通の振動板２０を介して一体に設けられているため、従来のスピーカとマイクのように、発音機能を備える音響変換装置と集音機能を備える音響変換装置とを別々に配置した構成と比較して省スペース化を図ることができる。このため、音響変換装置１０が搭載されるヘッドセット１の小型化を図ることができる。

【0070】

また、発音用のボイスコイルと集音用のボイスコイルとを別々のボイスコイル５０，６０で構成したため、ボイスコイル毎に巻き数や線材を使い分けることができる。従って、ボイスコイルの用途に応じて性能を最適化させることができる。

【0071】

更に、上記実施形態では、集音用のボイスコイルと発音用のボイスコイルとが共通の振動板２０で支持されているため、集音位置と発音位置が一致しているこれにより、集音用のボイスコイルを使用して集音した音に対して逆位相の音波を生成し、発音用のボイスコイルで出力すると、集音位置と発音位置との距離による位相差をなくすことができる。従って、ノイズを打ち消す理想的な逆位相の音波の位相と振動板から出力される音波の位相とのずれをなくすことができるため、ヘッドセット１のノイズキャンセリング機能を向上させることが可能である。

【0072】

また、本実施形態では、第１ボイスコイル５０と第２ボイスコイル６０とが互いに異なる内径を有し、第１ボイスコイル５０の内側に第２ボイスコイル６０が配置されている。このように、二つのボイスコイルを径方向に並べて配置する構成としたので、音響変換装置１０を軸方向に小型化させることができる。

【0073】

また、本実施形態では、ボイスコイルボビン５２を介して第１ボイスコイル５０が振動板２０に支持されている。また、内側の第２ボイスコイル６０は、振動板２０に直接支持されており、ボイスコイルボビンを備えずに軽量化されている。このため、発音用のボイスコイルを構成する第１ボイスコイル５０の出力に対し振動系の負荷が低減されるので、振動板２０の振幅（音圧）が低下することを抑制できる。

【0074】

ところで、磁気回路７０の中央側では配置スペースの制約から大きなマグネットを配置することが難しく、内側の第２ボイスコイル６０が配置された磁気ギャップＧ２では外側の第１ボイスコイル５０が配置される磁気ギャップＧ１に比べて大きな磁束を確保することが難しい。また、内側の第２ボイスコイル６０は、外側の第１ボイスコイル５０よりも小径のボイスコイルとなるため、ボイスコイルの有効長が短くなり、振動板２０の振幅が低下し易い。このように、集音用の第２ボイスコイル６０を第１ボイスコイル５０の径方向の内側に配置すると、構造的には、内側の第２ボイスコイル６０の起電力が低下し易い。しかしながら、本実施形態の第２ボイスコイル６０では、ボイスコイルボビンを備えない構成とすることで、ボイスコイルの有効長を長く設定し、力係数を向上させることができる。その結果、小径の第２ボイスコイル６０においても、所望の起電力を確保することができる。

【0075】

また、本実施形態では、ボイスコイルボビン５２の開口部５４を通って、第２ボイスコイル６０の配線部６０Ａを引き出すことができる。これにより、第２ボイスコイル６０の配線部６０Ａの引き回しを簡単にすることができ、製造工程を容易にすることができる。

【0076】

また、本実施形態では、集音用の第２ボイスコイル６０を発音用の第１ボイスコイル５０の径方向の内側に配置することにより、集音用の第２ボイスコイル６０よりも発音用の第１ボイスコイル５０を大径化させている。これにより、第１ボイスコイル５０の磁気回路を形成するマグネットを大型化させ、磁気ギャップＧ１で大きな磁束を確保することができるため、入力された音響信号に対する振動板の振幅を高めることができる。その結果、発音用の第１ボイスコイル５０で、所望の出力音圧を確保することができる。

【0077】

更に、本実施形態に係る磁気回路７０によれば、トッププレート７２は、第１ボイスコイル５０を配置する第１磁気ギャップＧ１と第２ボイスコイル６０を配置する第２磁気ギャップＧ２を有しており、第１磁気ギャップＧ１及び第２磁気ギャップＧ２の両側には、互いに逆向きの磁界を形成するマグネット（第１～第３マグネット８２，８４，８６）がそれぞれ配置されている。従って、マグネット８０の形成する磁界により、第１磁気ギャップＧ１及び第２磁気ギャップＧ２の磁束密度が高まるため、第１ボイスコイル５０に充分な駆動力を付与し、第２ボイスコイル６０に充分な起電力を付与することができる。
[補足説明]

【0078】

以上、本開示の実施形態について説明したが、各構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜組み合わせや変更を行うことができる。例えば、上記実施形態では、第１ボイスコイルがボイスコイルボビンを介して振動板に支持される構成としたが、これに限らない。図７に示す第１の変形例に係る音響変換装置１００のように、第１ボイスコイル１０２と第２ボイスコイル１０４が振動板２０に直接支持される構成としてもよい。この場合、第２ボイスコイル１０４の配線部は、第１ボイスコイル１０２の径方向内側で振動板２０に設けた第１貫通孔から正面側に引き出され、その後、第１ボイスコイル１０２を跨いで第１ボイスコイル１０２の径方向外側で振動板２０に設けた第２貫通孔から背面側に引き出され、振動板２０の背面側でフレーム開口部から外部に引き出すことが可能である。

【0079】

若しくは、第１ボイスコイルと第２ボイスコイルとが、別々のボイスコイルボビンを介して振動板に支持される構成としても良い。

【0080】

また、第１の変形例に係る音響変換装置１００の磁気回路１０６では、円盤状の底壁部１０８Ａと底壁部１０８Ａの周縁部から立設する側壁部１０８Ｂと、側壁部１０８Ｂの上端から径方向外側に突出したフランジ部１０８Ｃとを有するポット型のヨーク１０８を備える。ヨーク１０８の内部には、リング状の第２マグネット８４と円柱状の第３マグネット８６が収容され、ヨーク１０８の側壁部１０８Ｂと第２プレート７２Ｂとの間の空隙に第１磁気ギャップＧ１が形成されている。このように、本発明は、上記実施形態に係る円盤状のボトムプレート７４に替えて、ポット型のヨーク１０８を適用しても実施可能である。この場合、ポット型のヨーク１０８をフレーム３０と一体に形成してもよい。

【0081】

また、上記実施形態では、同心円状に配置された第１ボイスコイルと第２ボイスコイルとが、振動板の背面に別々に固定される構成としたがこれに限らない。例えば、図８に示す第２の変形例に係る音響変換装置２００のように、共通のボイスコイルボビン２０２を介して振動板２０４に支持される構成としてもよい。音響変換装置２００では、振動板２０４に支持されたボイスコイルボビン２０２に第１ボイスコイル２０６と第２ボイスコイル２０８とを径方向に重ねて巻回することで同心円状に配置している。なお、音響変換装置２００では、発音用の第１ボイスコイル２０６の径方向の内側に集音用の第２ボイスコイル２０８が巻回されている。この場合、磁気回路は、ポット型のヨーク２１２と円盤状のトッププレート２１４、及び円柱状のマグネット２１６を有する内磁型の磁気回路２１０を適用することができる。磁気回路２１０では、ヨーク２１２の側壁部とトッププレート２１４との間に形成された磁気ギャップＧ３に、第１ボイスコイル２０６と第２ボイスコイル２０８が配置されている。

【0082】

なお、図８に示す第２の変形例では、磁気ギャップＧ３の外側にマグネットが配置されない構成としたが、磁気回路の構成は適宜変更可能である。例えば、円柱状のマグネット２１６の径方向外側にリング状のマグネットを配置して、磁気ギャップＧ３の両側にマグネットが配置される磁気回路としてもよい。

【0083】

また、上記実施形態では、第１のボイスコイルと第２ボイスコイルが同心円状に配置される構成としたが、本発明はこれに限らない。図９に示す第３の変形例に係る音響変換装置３００に示されるように、同一の内径を有する第１ボイスコイル３０２と第２ボイスコイル３０４が、軸方向に並んで配置される構成としてもよい。音響変換装置３００では、第１ボイスコイル３０２及び第２ボイスコイル３０４が、筒状のボイスコイルボビン３０６を介して振動板３０８に支持されており、発音用の第１ボイスコイル３０２の軸方向上方側（前方側）に集音用の第２ボイスコイル３０４が配置されている。

【0084】

第３の変形例に係る磁気回路３１０は、ポット型のヨーク３１２と、ヨーク３１２の底壁部に積層された円柱状の第１マグネット３１４及び第２マグネット３１６を有する。上方側の第１マグネット３１４の上面には、円盤状のトッププレート３１８が配置され、ヨーク３１２の側壁部とトッププレート３１８との間に第２ボイスコイル３０２を配置した磁気ギャップＧ４が形成される。また、第１マグネット３１４と第２マグネット３１６の間には、円盤状のミドルプレート３２０が配置され、ヨーク３１２の側壁部とミドルプレート３２０との間に第１ボイスコイル３０４を配置した磁気ギャップＧ５が形成される。

【0085】

また、本発明は、上記実施形態及び各変形例のように、第１ボイスコイルと第２ボイスコイルとが同軸的に配置されている構成に限らない。例えば、第１ボイスコイルに対して偏心した位置に第２ボイスコイルを配置してもよい。

【0086】

また、上記実施形態及び変形例では、発音用の第１ボイスコイルの内側に集音用の第２ボイスコイルを配置する構成としたが、これに限らず、集音用の第２ボイスコイルの内側に発音用の第１ボイスコイルを配置してもよい。

【0087】

また、上記実施形態及び変形例の振動板はドーム型の振動板で構成したが、振動板の形態は適宜変更して実施することができる。例えば、コーン型振動板や、平面振動板でもよい。

【0088】

また、上記実施形態及び変形例のように、各ボイスコイルの形状は円形の構成に限らない。例えば、トラック形（長円形）や角形等に適宜変更して実施することができる。

【符号の説明】

【0089】

１ ヘッドセット
２ ハウジング
１０ 音響変換装置
２０ 振動板
５０ 第１ボイスコイル
５０Ａ 配線部
５２ ボイスコイルボビン
５４ 開口部
６０ 第２ボイスコイル
６０Ａ 配線部
７０ 磁気回路
７２ トッププレート
７４ ボトムプレート
８０ マグネット
１００ 音響変換装置
１０２ 第１ボイスコイル
１０４ 第２ボイスコイル
１０６ 磁気回路
２００ 音響変換装置
２０６ 第１ボイスコイル
２０８ 第２ボイスコイル
３００ 音響変換装置
３０２ 第１ボイスコイル
３０４ 第２ボイスコイル
Ｅ 外耳道
Ｇ１ 第１磁気ギャップ（磁気ギャップ）
Ｇ２ 第２磁気ギャップ（磁気ギャップ）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】