特開 2023-164201 イヤホン

(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】P2023164201

(43)【公開日】2023-11-10

(54)【発明の名称】イヤホン

(51)【国際特許分類】

   H04R 1/10 20060101AFI20231102BHJP

【ＦＩ】

H04R1/10 104Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022075607

(22)【出願日】2022-04-29

(71)【出願人】

【識別番号】316001928

【氏名又は名称】オーツェイド株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100090413

【弁理士】

【氏名又は名称】梶原 康稔

(72)【発明者】

【氏名】渡部 嘉幸

【テーマコード（参考）】

5D005

【Ｆターム（参考）】

5D005BA12

(57)【要約】

【課題】 低価格化を図りつつ、特に高周波数域における電磁式発音体の特性を改善し、全体として広帯域の音声再生を可能とする。
【解決手段】
電磁式スピーカ３０から放出された音は、太線矢印ＦＳＰで示すように、前記隙間４４を通過して、後部筐体２４の放音穴２６へと放出される。この場合において、放出された音波（空気の振動）は、前記隙間４４を通過するとともに、同時に振動板４０にも直接放射される。これにより、振動板４０が、電磁式スピーカ３０から出力される高周波域の音波によって振動板４０が共振するようになる。このため、電磁式スピーカ３０の出力音に対して、矢印ＦＨで示す振動板４０の高音が重畳されるようになる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電磁式発音体を筐体内部に実装するイヤホンにおいて、
前記電磁式発音体の放音側に、その放音によって振動する振動体を設け、
前記筐体の放音穴から、前記電磁式発音体による音と、前記振動体の振動によって生ずる音の両方が放出されることを特徴とするイヤホン。

【請求項2】

前記振動体は、その外周と前記筐体内壁との間に隙間を有し、かつ、外周以外の少なくとも一点が固定されていることを特徴とする請求項１記載のイヤホン。

【請求項3】

前記振動体を、前記電磁式発音体からの放音によって共振する構造としたことを特徴とする請求項１記載のイヤホン。

【請求項4】

前記振動体の共振が、前記電磁式発音体による発音の高周波域で生ずるようにしたことを特徴とする請求項３記載のイヤホン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は電磁式発音体（電磁式スピーカ）を用いたイヤホンの改良に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、住宅環境の変化に伴い、近隣騒音などに配慮する必要から、大型のオーディオ装置などで音楽を楽しむことが難しくなってきた。一方で、通信速度の向上に伴い、音楽ソースの配信環境などが向上し、スマートホンやポータブルオーディオプレイヤーを用いた音楽再生機のイヤホンやヘッドホンが広く普及している。更に、高速化する音楽配信に合わせて非常に解像度の高いデジタル音源であるハイレゾ音源の普及も進み、ポータブル音楽再生でも高音質の音楽を聴くことが可能になった。また、同時に、ハイレゾ音源ではより解像度の高い信号源を再生するため、イヤホンやヘッドホンなどにおいても、４０ｋＨｚ以上の高周波域の再生が要求されるようになってきている（下記非特許文献１参照）。

【0003】

加えて、電磁式スピーカの場合、インダクタ成分を有するため、高周波域におけるインピーダンスが高くなり、高周波域の音の再生が難しくなる。これに対し、例えば下記特許文献１には、高音質イヤホンにおいて、低周波数域を電磁式スピーカで再生し、高周波数域を圧電セラミックスにより再生するというハイブリッドな構成が考案されている。これは、低周波域でインピーダンスが低くなる電磁式（インダクタ成分）スピーカと、高周波域でインピーダンスが低くなるセラミック式（キャパシタンス成分）スピーカのそれぞれの利点を活用した手法であると考えることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開2016-86404号公報（特許第5860561号）

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】JAS Journal 2014 Vol.54 No.5 9月号，日本オーディオ協会「ハイレゾの定義と運用」(https://www.jas-audio.or.jp/hi-res/definition)

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上述した特許文献１記載の背景技術では、電磁式スピーカのインダクタ成分と、セラミック式スピーカのキャパシタ成分が接続されることで、発振現象が生ずる可能性があり、その対策として、例えば、抵抗やコンデンサなどの受動素子を、外付けで接続する必要があった。加えて、高周波域までリニアな特性を有する高性能な圧電セラミックスを使用するため、前述の受動素子などの付加も合わせると、製品価格が上昇してしまうという課題があった。

【0007】

本発明は、かかる点に着目したもので、その目的は、低価格化を図りつつ、特に高周波数域における電磁式発音体の特性を改善し、全体として広帯域の音声再生を可能とすることである。他の目的は、コストの増大，大型化，高価格化を回避しつつ、イヤホンの性能向上を図ることである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、電磁式発音体を筐体内部に実装するイヤホンにおいて、前記電磁式発音体の放音側に、その放音によって振動する振動体を設け、前記筐体の放音穴から、前記電磁式発音体による音と、前記振動体の振動によって生ずる音の両方が放出されることを特徴とする。主要な形態の一つによれば、前記振動体は、その外周と前記筐体内壁との間に隙間を有し、かつ、外周以外の少なくとも一点が固定されていることを特徴とする。他の形態によれば、前記振動体を、前記電磁式発音体からの放音によって共振する構造としたことを特徴とする。更に他の形態によれば、前記振動体の共振が、前記電磁式発音体による発音の高周波域で生ずるようにしたことを特徴とする。本発明の前記及び他の目的，特徴，利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、電磁式発音体の放音側に振動板を設け、これが電磁式発音体の放音に伴って振動するようにしたので、高周波域における電磁式発音体の放音特性を改善し、全体として広帯域の音声再生を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施例１のイヤホンの基本構造を示す主要断面図である。

【図2】前記実施例１におけるイヤホン全体，電磁式スピーカ，振動板の出力放音特性を示すグラフである。

【図3】本発明の実施例２のイヤホンの主要断面図である。

【図4】(A)は前記実施例２の分解図であり、(B)は振動板の振動の様子を示す図である。

【図5】前記実施例２における出力放音特性を示すグラフである。(A)はイヤホン全体，(B)は電磁式スピーカ，(C)は振動板の放音特性をそれぞれ示す。

【図6】本発明の実施例３のイヤホンの主要断面図である。

【図7】(A)は前記実施例３の分解図であり、(B)は振動板の支持体を示す図である。

【図8】前記実施例３における振動板取付けの様子を示す斜視図である。

【図9】前記実施例３における出力放音特性を示すグラフである。(A)はイヤホン全体，(B)は電磁式スピーカ，(C)は振動板の放音特性をそれぞれ示す。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて詳細に説明する。

【実施例0012】

最初に、図１～図２を参照して、本発明の基本的な形態について説明する。図１には、本発明のイヤホンの原理的な構造が示されている。同図において、イヤホン１０の筐体（ハウジングないしケース）２０は、電気信号が入力される前部筐体２２と、再生音が放出される後部筐体２４を備えている。前部筐体２２には、電磁式発音体ないし電磁式スピーカ３０及び振動板４０が設けられている。振動板４０は、電磁式スピーカ３０の放音側に配置されており、その中心４２が固定されている。振動板４０と前部筐体２２との間には、隙間４４が形成されている。後部筐体２４には、放音穴２６が形成されている。筐体２０に対する各部の固定は、例えば接着剤で行う。

【0013】

次に、基本的な作用を説明すると、電磁式スピーカ３０から放出された音は、太線矢印ＦＳＰで示すように、前記隙間４４を通過して、後部筐体２４の放音穴２６へと放出される。この場合において、放出された音波（空気の振動）は、前記隙間４４を通過するとともに、同時に振動板４０にも直接放射される。これにより、振動板４０が、放射された音波によって振動するようになる。ここで、例えば、振動板４０として金属板を用い、その共振周波数を高周波域に設定すると、電磁式スピーカ３０から出力される高周波域の音波によって振動板４０が共振するようになる。このため、電磁式スピーカ３０の出力音に対して、矢印ＦＨで示す振動板４０の高音が重畳されるようになり、イヤホン全体としては、振動板４０が高周波数域の音を補うツイータとして作用する２ウエイ方式の機能を発揮するようになる。

【0014】

図２には、イヤホン１０の出力音圧特性の一例が示されている。図２(A)は、電磁式スピーカ３０の音圧特性（点線グラフＧ２Ａ参照）と、同スピーカ３０の共振により振動する振動板４０の音圧特性（実線グラフＧ２Ｂ参照）を示す図である。電磁式スピーカ３０のインピーダンスＺは、Ｚ＝２πｆＬ（ｆは周波数，Ｌはコイルのインダクタンス）となるため、高周波域になると、インピーダンスＺが増加し、コイルに対する流入電流が抑制される。その結果、高周波域における音圧が徐々に低下する。一方、振動板４０の音圧は、その共振周波数が基軸になり、かつ金属板のように剛性の高いものを用いているため、高周波域の音を共振現象により発生する。イヤホン１０からは、これらグラフＧ２Ａ，Ｇ２Ｂの音が重畳されて出力されるようになり、図２(B)のグラフＧ２Ｃで示すように、電磁式スピーカ３０の高周波域の音圧低下を、振動板４０の共振音圧によって補う音圧特性が得られるようになる。

【0015】

本実施例によれば、イヤホンの低音再生用に電磁式スピーカを用い、高音再生用に前記電磁式スピーカが発生する音波により共振する振動板を用いることとした。共振する振動板を用いることで、その材質，直径，厚みなどを、前記電磁式スピーカの高音域における音圧調整に利用することができる。同時に複数の能動的な発音体を用いる必要がないため、放音における消費電力を抑制することができ、かつ、広帯域再生可能なイヤホンを供給することができる。更に、単に振動板を付加するだけであることから、コストを抑制するのみではなく、省スペース化も可能となり、大型化や高価格化を回避しつつ、イヤホンの性能向上を図ることができる。

【実施例0016】

次に、図３～図５を参照して、本発明の具体例である実施例２について説明する。図３及び図４には、実施例２のイヤホンの構成が示されている。図３は主要断面を示し、図４(A)は分解した状態を示す。これらの図において、イヤホン１００の筐体１１０は、前部筐体１１２と、後部筐体１１４によって構成されている。前部筐体１１２には、縮径した放音穴１１６が設けられている。また、前部筐体１１２と後部筐体１１４との空間内には、後述する放音ユニット１５０が設けられている。

【0017】

放音ユニット１５０の電磁式スピーカ１２０には、後部筐体１１４側において、リード線１２２，導線１２４を介して音声信号が供給されるようになっている。電磁式スピーカ１２０の放音側には、プロテクタ１３０が設けられており、複数の放音穴（図示の例では４つ）１３２が均等の間隔で設けられている。また、プロテクタ１３０の中央には取付穴１３４が設けられており、ブッシュ１３６が取り付けられている。そして、このブッシュ１３６の先端に、振動板１４０が取り付けられている。これら、電磁式スピーカ１２０，プロテクタ１３０，ブッシュ１３６，振動板１４０によって、放音ユニット１５０が構成されており、これが、前部筐体１１２と後部筐体１１４とによって形成された円筒状の空間内に設けられている。

【0018】

以上の各部のうち、電磁式スピーカ１２０には、例えば直径１０ｍｍのものを採用し、その端部を、後部筐体１１４に接着剤で固定する。後部筐体１１４には、音声信号を流すためのリード線１２２を挿入し、このリード線１２２から分岐する正負の導線１２４を電磁式スピーカ１２０の入力端子に半田で電気的に接合する。

【0019】

電磁式スピーカ１２０の放音面に設けたプロテクタ１３０としては、保護を目的としてステンレス製の厚み０．３ｍｍのものを使用する。プロテクタ１３０には、放音穴１３２として、直径２ｍｍの穴を４個設けている。また、プロテクタ１３０の中心部の直径２．５ｍｍの取付穴１３４に、ＡＢＳ樹脂製の固定用ブッシュ１３６を接着剤にて固定した。更に、ブッシュ１３６の先端部を振動板１４０の中心穴１４２に挿入して、同じく接着剤にて固定した。その後、これら電磁式スピーカ１２０，プロテクタ１３０，ブッシュ１３６，振動板１４０による放音ユニット１５０を、前部筐体１１２と後部筐体１１４の円筒状内部空間に実装する。最後に、前部筐体１１２と後部筐体１１４の円筒開口を、一方の凸部を他方の凹部に挿入して嵌め込み、接着剤で固定する。このようにして、イヤホン１００が完成する。

【0020】

このようなイヤホン１００の全体の動作を説明すると、電磁式スピーカ１２０に、リード線１２２から導線１２４を介して音声信号を供給すると、電磁式スピーカ１２０から音が放出されるようになる。この音は、電磁式スピーカ１２０の前面にあるプロテクタ１３０の放音穴１３２から放出され、振動板１４０と前部筐体１１２の隙間１４４（図３参照）を通って、前部筐体１１２の前方へ放出される（図３の矢印ＦＳＰ参照）。その際に、音波は、振動板１４０にも当たる。このため、音波の空気振動により振動板１４０が共振して音を発生する（図３の矢印ＦＨ参照）。すなわち、電磁式スピーカ１２０の音に振動板１４０の共振音が重畳された音を得ることができ、これが放音穴１１６から出力される。

【0021】

次に、上記実施例における音圧特性の一例について、図５のグラフも参照して説明する。同図は、前記振動板１４０として、直径９ｍｍ，厚み０．１７ｍｍ，ブッシュ１３６に取り付ける中心穴１４２の内径１．７ｍｍ，のステンレス板を用いたときの音圧特性を示す。このような振動板１４０の共振周波数等について事前に数値解析を行ったところ、約１２．１ｋＨｚに、図４(B)に示すような屈曲モードの共振変位が発生することが分かっている。同図中、細線は屈曲前の状態を示し、太線は屈曲時の状態を示す。従って、電磁式スピーカ１２０から放射された音波によって振動板１４０が共振振動を起こすと、１２．１ｋＨｚ近傍の音が増長されることになる。

【0022】

以上のようなイヤホン１００の出力音圧特性を、ＩＥＣ：７１１カプラを利用し、１０ｍＷの出力で周波数掃引して測定した結果、図５(A)のような結果が得られた。同図の音圧特性は、イヤホン１００の全体の特性であり、電磁式スピーカ１２０と振動板１４０の特性が重畳された結果になっている。そこで、ブッシュ１３６及び振動板１４０を取り外した比較例のイヤホンを作成し、同様の特性測定を行ったところ、図５(B)のような結果が得られた。このグラフは、電磁式スピーカ１２０単体での特性と考えることができる。そこで、図５の(A)と(B)の差(A)－(B)を求めたところ、図５(C)のようなグラフになった。このグラフは、振動板１４０の共振で得られた音圧特性になる。図５(C)に示すように、１２．３ｋＨｚに音圧のピークがあり、前述の数値解析の結果得られた「１２．１ｋＨｚ」とほぼ一致していることから、本発明の有用性が認められる。