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JP4963979B2 - headphone - Google Patents

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JP4963979B2
JP4963979B2 JP2007020680A JP2007020680A JP4963979B2 JP 4963979 B2 JP4963979 B2 JP 4963979B2 JP 2007020680 A JP2007020680 A JP 2007020680A JP 2007020680 A JP2007020680 A JP 2007020680A JP 4963979 B2 JP4963979 B2 JP 4963979B2
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Description

本発明は、外部から侵入する騒音の音圧を低減することができるヘッドホンに関するものである。   The present invention relates to a headphone capable of reducing the sound pressure of noise entering from the outside.

携帯型音楽プレーヤの普及に伴い、個人的に楽音を聞くためのヘッドホンも広く普及している。携帯型音楽プレーヤは騒音レベルの高い街中や、電車、バスなどの乗り物の中で使用されることが多く、プレーヤで再生される楽音とともに外部騒音もヘッドホンを通して聞こえる。騒音の中で楽音を聞くと、楽音が外部騒音でかき消されることがあるため、ユーザーはボリュームを上げて楽音を聞こうとし、ボリュームを上げすぎてヘッドホンから外部に音が漏れ、周囲の人たちに不愉快な思いをさせることがある。また、ヘッドホンで高音質の楽音が再生されても、外部から進入する騒音が楽音に影響を与え、ユーザーが聞くことができる再生音の品質を低下させることもある。   With the spread of portable music players, headphones for personally listening to musical sounds have also become widespread. Portable music players are often used in streets with high noise levels and in vehicles such as trains and buses, and external noises can be heard through headphones as well as music played by the player. When listening to music in the noise, the music may be drowned out by external noise, so the user tries to listen to the music by raising the volume, and the volume increases too much, and the sound leaks from the headphones to the surrounding people. May cause unpleasant feelings. In addition, even when high-quality musical sounds are reproduced with headphones, noise entering from the outside affects the musical sounds, which may reduce the quality of reproduced sounds that can be heard by the user.

そこで、外部から進入してくる騒音を打ち消して騒音の音圧を低減し、ユーザーの耳にはほぼ楽音のみが聞こえるようにしたノイズキャンセル方式のヘッドホンが普及しつつある。ノイズキャンセル方式のヘッドホンの原理は、ヘッドホンに進入してくる騒音をマイクロホンで検知し、検知した騒音信号と逆位相のキャンセルノイズを発生させ、キャンセルノイズで騒音を打ち消すものである。一般的なノイズキャンセル方式のヘッドホンは、一つのスピーカ、したがって一つのボイスコイルを備えている。マイクロホンで集音し電気信号に変換した騒音信号をさらにフィルタや遅延回路に通すことによって、騒音信号とは逆位相のノイズキャンセル信号を生成し、このノイズキャンセル信号と目的の楽音信号を合成(加算)したあと電力増幅し、上記一つのスピーカの一つのボイスコイルに入力するようになっている。   Therefore, noise canceling headphones that are designed to cancel noise entering from the outside and reduce the sound pressure of the noise so that only the musical sound can be heard by the user's ears are becoming widespread. The principle of the noise-canceling headphones is that the noise entering the headphones is detected by a microphone, cancellation noise having a phase opposite to that of the detected noise signal is generated, and the noise is canceled by the cancellation noise. A typical noise-canceling headphone has one speaker and thus one voice coil. The noise signal collected by the microphone and converted into an electrical signal is further passed through a filter and delay circuit to generate a noise cancellation signal with a phase opposite to that of the noise signal, and this noise cancellation signal and the target music signal are synthesized (added). ) Is then amplified and input to one voice coil of the one speaker.

スピーカから出力される音声は、ノイズキャンセル信号と楽音信号の合成信号が音声に変換されたものであり、ノイズキャンセル信号が変換された音声は、ヘッドホンに進入する外部騒音の全部または一部を打ち消し、ユーザーの耳に入る音声はほぼ楽音信号が変換された音声のみとなる。
あるいは、ノイズキャンセル信号と楽音信号を個別に電力増幅したあと、ノイズキャンセル信号と楽音信号を合成し、合成した信号で上記一つのボイスコイルを駆動する方法もある。しかし、二つの電力増幅器がボイスコイルに直列あるいは並列に接続されることになるため、二つの電力増幅器が互いに負荷になるなどの不具合がある。
The sound output from the speaker is the result of converting the combined signal of the noise cancellation signal and the musical sound signal into sound, and the sound converted from the noise cancellation signal cancels all or part of the external noise entering the headphones. The sound that enters the user's ear is almost only the sound converted from the musical sound signal.
Alternatively, there is also a method in which the noise cancellation signal and the tone signal are individually amplified and then the noise cancellation signal and the tone signal are combined, and the one voice coil is driven by the combined signal. However, since the two power amplifiers are connected to the voice coil in series or in parallel, there is a problem that the two power amplifiers become loads with each other.

図2は従来のノイズキャンセル方式ヘッドホンの例を示す。図2において、有底の筒型のヘッドホンハウジング1の開口端にはフランジ部材2が結合されていて、フランジ部材2の外側(図2において左側)の面にはヘッドパッド3が固着されている。ユーザーがこのヘッドホンを使用するとき、ヘッドパッド3の外端面がユーザーの頭部側面に当たり、ヘッドパッド3で囲まれる空間内にユーザーの耳13が位置するようになっている。フランジ部材2は中心に窓孔を有していてリング状に形成され、フランジ部材2の内方の面(図2において右面)には上記窓孔を塞ぐようにしてヘッドホンユニット5が固定されている。ヘッドホンユニット5は、扁平なシャーレ状のベース6と、ベース6の内底部に嵌め込まれた、ベース6より小径でより扁平なシャーレ状のヨーク7と、ヨーク7の内底部中心に固着された扁平なマグネット8と、マグネット8の前側の端面に固着された板状のポールピース9と、円筒状に巻き回されたボイスコイル10と、ドーム状の振動板12と、を有してなる。   FIG. 2 shows an example of a conventional noise cancellation type headphone. In FIG. 2, a flange member 2 is coupled to an open end of a bottomed tubular headphone housing 1, and a head pad 3 is fixed to the outer surface (left side in FIG. 2) of the flange member 2. . When the user uses the headphones, the outer end surface of the head pad 3 hits the user's head side surface, and the user's ear 13 is positioned in the space surrounded by the head pad 3. The flange member 2 has a window hole in the center and is formed in a ring shape. A headphone unit 5 is fixed to the inner surface (right surface in FIG. 2) of the flange member 2 so as to close the window hole. Yes. The headphone unit 5 includes a flat petri dish-like base 6, a petri dish-like yoke 7 that is smaller in diameter and flatter than the base 6 and is fitted to the inner bottom of the base 6, and a flat that is fixed to the center of the inner bottom of the yoke 7. And a plate-shaped pole piece 9 fixed to the front end face of the magnet 8, a voice coil 10 wound in a cylindrical shape, and a dome-shaped diaphragm 12.

シャーレ状のヨーク7の開放側端面とポールピース9の端面とはほぼ同一面にあり、かつ、ポールピース9の外周面と、ヨーク7の開放端側の内周面との間にはリング状の間隙が生じていて、この間隙内に上記ボイスコイル10が進入している。上記リング状の隙間にはマグネット8を源とする磁界が形成され、この磁界の中にボイスコイル10が存在している。上記振動板12は中心部のドーム部を囲んで断面アーチ形のエッジ部が形成され、エッジ部の外周がベース6に固着されて、振動板12が前後方向に振動可能に支持されている。振動板12の上記中心ドーム部とエッジ部の境界にボイスコイル10の一端が固着され、ボイスコイル10はヨーク7にもポールピース9にも接触しないように支持されている。外部のプレーヤの電力増幅器(ドライバ)からボイスコイル10に楽音信号が入力され、ボイスコイル10が楽音信号に従って前後に駆動され、これに伴い振動板12が振動することにより振動板12から音声が発せられる。この音声は、フランジ部材2の中心窓孔を通して、ヘッドパッド3で囲まれているユーザーの耳13に達する。   The open end face of the petri dish-shaped yoke 7 and the end face of the pole piece 9 are substantially in the same plane, and a ring shape is formed between the outer peripheral face of the pole piece 9 and the inner peripheral face of the open end side of the yoke 7. The voice coil 10 has entered the gap. A magnetic field using the magnet 8 as a source is formed in the ring-shaped gap, and the voice coil 10 exists in this magnetic field. The diaphragm 12 is formed with an arch-shaped edge portion surrounding a dome portion at the center, and the outer periphery of the edge portion is fixed to the base 6 so that the diaphragm 12 is supported so as to vibrate in the front-rear direction. One end of the voice coil 10 is fixed to the boundary between the central dome portion and the edge portion of the diaphragm 12, and the voice coil 10 is supported so as not to contact the yoke 7 and the pole piece 9. A musical tone signal is input to the voice coil 10 from a power amplifier (driver) of an external player, and the voice coil 10 is driven back and forth in accordance with the musical tone signal. It is done. This sound reaches the user's ear 13 surrounded by the head pad 3 through the central window hole of the flange member 2.

以上の説明は一般的なヘッドホンの説明で、ノイズキャンセル方式ヘッドホンには、上記の構成に、周辺の騒音を検出するマイクロホンと、このマイクロホンで検出された騒音の逆位相のノイズキャンセル信号を生成する回路、生成したノイズキャンセル信号を楽音信号と合成(加算)してボイスコイル10に入力する合成回路などの信号処理回路が付加される。マイクロホンの位置や信号処理回路の構成には各種の工夫が施されている。図2において、M1〜M4は騒音検出用マイクロホンの配置位置の各種の例を示す。M1はヘッドホン内部に配置した例で、振動板12の直前の空間にマイクロホンの前側をヘッドホンの外側(図2において左側)に向けて配置した例である。M2〜M4はヘッドホンの外側にマイクロホンを配置した例で、M2はフランジ部材2の上部に、M3はフランジ部材2の下部に、M4はハウジング1の外側面に配置した例である。   The above description is a description of a general headphone. In the noise canceling type headphone, a microphone for detecting ambient noise and a noise canceling signal having a phase opposite to that of the noise detected by the microphone are generated in the above configuration. A signal processing circuit such as a synthesis circuit for synthesizing (adding) the generated noise cancellation signal with the musical tone signal and inputting the resultant signal to the voice coil 10 is added. Various ideas are applied to the position of the microphone and the configuration of the signal processing circuit. In FIG. 2, M1 to M4 show various examples of arrangement positions of noise detection microphones. M1 is an example in which the microphone is arranged inside the headphone, and is an example in which the front side of the microphone is arranged in the space immediately before the diaphragm 12 so as to face the outside of the headphone (left side in FIG. 2). M2 to M4 are examples in which microphones are arranged outside the headphones, M2 is an example in which the microphones are arranged on the upper part of the flange member 2, M3 is arranged in the lower part of the flange members 2, and M4 is arranged on the outer surface of the housing 1.

ノイズキャンセル方式ヘッドホンにおいて、より効果的に外部騒音をキャンセルするために各種の工夫がなされている。例えば、特許文献1記載のヘッドホンは、比較的一定の周波数応答を有しながら雑音を低減するために、ダイヤフラム(スピーカの振動板)と外耳道との間に小さな空洞を設け、その空洞に、ダイヤフラムに近接してマイクロホンを配置し、ヘッドホンによって再生される入力電気信号に、上記マイクロホンの出力に基づくフィードバック信号を結合し、その結合信号を電力増幅しダイヤフラムを駆動するように構成されている。図2に示す従来例において、符号M1で示す位置にマイクロホンを配置した例である。   In the noise-canceling headphones, various ideas have been made to cancel external noise more effectively. For example, in the headphones described in Patent Document 1, a small cavity is provided between a diaphragm (speaker diaphragm) and the ear canal in order to reduce noise while having a relatively constant frequency response, and the diaphragm is provided in the cavity. A microphone is arranged in the vicinity of the microphone, and a feedback signal based on the output of the microphone is coupled to an input electric signal reproduced by the headphones, and the combined signal is amplified to drive the diaphragm. In the conventional example shown in FIG. 2, a microphone is arranged at a position indicated by reference numeral M1.

特許文献2には、雑音キャンセル効果を高めるために、外耳付近の合成音をマイクロホンで収音してこの合成音を位相反転し、この位相反転した音声信号と音源からの楽音信号を第1の加算回路で加算し、この加算結果に音源からの楽音信号を第2の加算回路で加算し、この加算結果を増幅してスピーカから外耳道付近に出力するように構成したアクティブノイズイレーサに関する発明が記載されている。
また、特許文献3には、雑音キャンセル効果を高めるために、能動型雑音制御用ヘッドホンに用いるヘッドホンユニットに、防振部材を介してマイクロホンユニットを配設したヘッドホン装置が記載されている。
特許文献1、2記載の発明も特許文献3記載の発明も、ノイズキャンセル方式ヘッドホンの性能向上を目指したものであるが、後述の本願発明の目的を達成することはできない。また、技術思想も異なる。
In Patent Document 2, in order to enhance the noise canceling effect, a synthesized sound near the outer ear is picked up by a microphone, the synthesized sound is phase-inverted, and the phase-reversed audio signal and the tone signal from the sound source are the first. An invention relating to an active noise eraser configured to add by an adder circuit, add a musical tone signal from a sound source to the addition result by a second adder circuit, amplify the addition result and output the result from the speaker to the vicinity of the ear canal is described. Has been.
Patent Document 3 describes a headphone device in which a microphone unit is disposed via a vibration isolation member in a headphone unit used for an active noise control headphone in order to enhance a noise canceling effect.
Although the inventions described in Patent Documents 1 and 2 and the invention described in Patent Document 3 are aimed at improving the performance of the noise-canceling headphones, the object of the present invention described later cannot be achieved. Also, the technical idea is different.

本発明に関連のある公知の発明として、アクティブノイズを低減するアクティブノイズ低減信号処理経路と、トークスルー機能を提供するトークスルー信号処理経路と、アクティブノイズ低減信号処理経路およびトークスルー信号処理経路の一方または両方を使用不可にするためのスイッチング素子を備えたノイズ低減ヘッドセットが提案されている(特許文献4参照)。特許文献4には、上記スイッチング素子は、スイッチング素子に供給される電源がノイズ低減信号経路を動作させるには不十分であるとき、ノイズ低減信号経路を使用不可にする旨の記載がある。この点で、後述の本願発明の作用効果の一部と関連するが、課題の解決手段が本願発明とは全く異なる。   As known inventions related to the present invention, an active noise reduction signal processing path for reducing active noise, a talk through signal processing path for providing a talk through function, an active noise reduction signal processing path, and a talk through signal processing path are provided. A noise reduction headset including a switching element for disabling one or both has been proposed (see Patent Document 4). Patent Document 4 describes that the switching element disables the noise reduction signal path when the power supplied to the switching element is insufficient to operate the noise reduction signal path. In this respect, although it relates to a part of the effects of the present invention described later, the means for solving the problem is completely different from the present invention.

特開平6−343195号公報JP-A-6-343195 特開平9−54592号公報JP-A-9-54592 実開平5−36991号公報Japanese Utility Model Publication No. 5-36991 特開2006−14307号公報JP 2006-14307 A

本発明は、前記従来のノイズキャンセルヘッドホンの問題点を解消することを目的とする。すなわち、従来のノイズキャンセルヘッドホンは、騒音をキャンセルするための信号と楽音信号が電気的に合成されて結合し、信号処理回路を通過するため、楽音信号がノイズキャンセル信号の影響を受けて音質が劣化する。また、はなはだしい場合は、ノイズキャンセル動作をさせた場合と、動作させない場合とで音質差が発生し、ユーザーに違和感を与えるという不具合がある。
また、従来のノイズキャンセルヘッドホンは、ノイズキャンセル動作させるための電源電池を内蔵しているため、ヘッドホンの重量が重くなるという問題、および電源電池が消耗するとノイズキャンセルできないという問題がある。
An object of the present invention is to eliminate the problems of the conventional noise canceling headphones. That is, in the conventional noise cancellation headphones, the signal for canceling the noise and the musical sound signal are electrically combined and combined and pass through the signal processing circuit, so that the musical sound signal is affected by the noise cancellation signal and the sound quality is improved. to degrade. In addition, when the noise cancellation operation is performed, the sound quality difference occurs between the case where the noise cancellation operation is performed and the case where the noise cancellation operation is not performed.
Further, since the conventional noise canceling headphones have a built-in power supply battery for noise canceling operation, there are problems that the weight of the headphones becomes heavy, and noise canceling cannot be performed when the power supply battery is exhausted.

本発明は、ノイズキャンセル信号と楽音信号との磁気的結合、静電的結合を含む電気的な結合関係をできるだけ浅くして、ノイズキャンセル信号が楽音信号に与える影響を少なくし、ノイズキャンセル信号の電力増幅回路と楽音信号の電力増幅回路が互いに負荷となることがなく、加えて音質の良好なノイズキャンセル方式のヘッドホンを提供することを目的とする。
本発明はまた、内臓電池を用いなくてもノイズキャンセルを可能にして、従来のような、重量が重いという問題及び電池の消耗によってノイズキャンセルできないという問題を解消することができるノイズキャンセル方式のヘッドホンを提供することを目的とする。
The present invention reduces the influence of the noise cancellation signal on the musical tone signal by reducing the electrical coupling relationship including the magnetic coupling and the electrostatic coupling between the noise cancellation signal and the musical tone signal as much as possible. It is an object of the present invention to provide a noise canceling type headphone with good sound quality, in which the power amplifying circuit and the power amplifying circuit for the musical sound signal do not load each other.
The present invention also enables noise cancellation without using a built-in battery, and eliminates the problems of heavy weight and noise cancellation that cannot be performed due to battery consumption, as in the prior art. The purpose is to provide.

本発明は、楽音信号によって駆動されるスピーカユニットと、周辺の騒音にしたがって発電する発電体と、発電体で発電された信号によりスピーカユニットのフレームを駆動する圧電素子と、を備えているヘッドホンであって、発電体は、圧電素子とは別の第2圧電素子からなることを最も主要な特徴とする。 The present invention includes a speaker unit which is driven by a tone signal, in headphones is provided with a power generator for generating power in accordance with background noise, and a piezoelectric element for driving the frame of the speaker unit by the signal generated by the power generating body The most important feature of the power generator is that it is composed of a second piezoelectric element different from the piezoelectric element .

スピーカユニットはプレーヤなどの音源から入力される楽音信号のみを再生する。発電体は、周辺の騒音にしたがって発電し、この発電信号によって圧電素子を駆動する。この圧電素子の駆動によってスピーカユニットのフレームが機械的に振動する。この機械的振動によって発生する音が、ヘッドホン内部に侵入してくる騒音に対して逆位相となるようにしておけば、ヘッドホン内部に侵入してくる騒音を打ち消すことができ、ユーザーの耳に、騒音のない、あるいは騒音の少ない楽音信号の再生音を伝えることができる。   The speaker unit reproduces only a musical sound signal input from a sound source such as a player. The power generator generates power in accordance with the surrounding noise, and drives the piezoelectric element by this power generation signal. The frame of the speaker unit is mechanically vibrated by driving the piezoelectric element. If the sound generated by this mechanical vibration is in the opposite phase to the noise entering the headphones, the noise entering the headphones can be canceled, It is possible to transmit a reproduced sound of a musical sound signal with no noise or low noise.

ノイズキャンセルのための圧電素子と楽音信号で駆動されるスピーカユニットは、スピーカユニットのフレームで機械的に直列接続されているのと等価となる。スピーカユニットの振動板は極めて動きやすい構造になっているため、スピーカユニットの音響機械インピーダンスは低い。これに対して圧電素子は例えば圧電セラミックなどで製作されていて材料自体が硬くて動きにくく、音響機械インピーダンスが高い。よって、音響機械インピーダンスの高い圧電素子にスピーカユニットが機械的に直列に結合されているのと等価の構造になっている。
一方、スピーカユニットの電気的な駆動系統と圧電素子の電気的な駆動系統は電気的に分離していて、電気的な結合は浅いため、楽音信号がノイズキャンセル信号によって受ける影響が小さく、高い音質で楽音信号を再生することができる。
A speaker unit driven by a piezoelectric element for noise cancellation and a musical tone signal is equivalent to being mechanically connected in series by a frame of the speaker unit. Since the diaphragm of the speaker unit has a structure that moves extremely easily, the acoustic mechanical impedance of the speaker unit is low. On the other hand, the piezoelectric element is made of, for example, piezoelectric ceramic, and the material itself is hard and difficult to move, and has high acoustic mechanical impedance. Therefore, it has an equivalent structure in which a speaker unit is mechanically coupled in series to a piezoelectric element having high acousto-mechanical impedance.
On the other hand, since the electrical drive system of the speaker unit and the electrical drive system of the piezoelectric element are electrically separated and the electrical coupling is shallow, the musical sound signal is less affected by the noise canceling signal and has high sound quality. Can play music signals.

ノイズキャンセルのための圧電素子は、周辺の騒音にしたがった発電体からの発電信号により駆動されるため、ノイズキャンセル動作のための電源を必要としない。したがって、ヘッドホンにノイズキャンセルのための電源電池を内蔵する必要がなく、ヘッドホンを軽量化することができるとともに、電池の消耗によってノイズキャンセル動作ができなくなるという問題もなくなる。
ヘッドホンの遮音効果を高めておけば、騒音をキャンセルするための圧電素子の駆動力は小さくてもよく、よって、発電体の出力は小さくてもよい。
Since the piezoelectric element for noise cancellation is driven by a power generation signal from a power generator according to the surrounding noise, a power source for noise cancellation operation is not required. Therefore, it is not necessary to incorporate a power supply battery for noise cancellation in the headphones, the headphone can be reduced in weight, and the problem that the noise cancellation operation cannot be performed due to battery consumption is eliminated.
If the sound insulation effect of the headphones is enhanced, the driving force of the piezoelectric element for canceling the noise may be small, and therefore the output of the power generator may be small.

以下、本発明にかかるヘッドホンの実施例について図1を参照しながら説明する。図2に示す従来のヘッドホンの例と同じ構成部分には共通の符号を付している。   An embodiment of a headphone according to the present invention will be described below with reference to FIG. The same reference numerals are given to the same components as those of the conventional headphones shown in FIG.

図1において、筒型のヘッドホンハウジング20は軸線方向の中間部に仕切り壁21を有し、仕切り壁21より前側(図1において左側)と後ろ側がそれぞれ筒部22、24となっている。前側の筒部22内にヘッドホンユニット5が組み込まれ、後ろ側の筒部24には、周辺の騒音にしたがって発電する発電体32が組み込まれている。前側の筒部22の開放端にはリング状のヘッドパッド3が固着されている。ユーザーがこのヘッドホンを使用するとき、ヘッドパッド3の外端面がユーザーの頭部側面に当たり、ヘッドパッド3で囲まれる空間内にユーザーの耳13が位置するようになっている。   In FIG. 1, a tubular headphone housing 20 has a partition wall 21 at an intermediate portion in the axial direction, and the front side (left side in FIG. 1) and the rear side of the partition wall 21 are cylindrical portions 22 and 24, respectively. The headphone unit 5 is incorporated in the front cylinder portion 22, and the power generation body 32 that generates power according to the surrounding noise is incorporated in the rear cylinder portion 24. A ring-shaped head pad 3 is fixed to the open end of the front cylindrical portion 22. When the user uses the headphones, the outer end surface of the head pad 3 hits the user's head side surface, and the user's ear 13 is positioned in the space surrounded by the head pad 3.

ヘッドホンハウジング20の内部にはリング状の支持体35を介してヘッドホンユニット5が固定されている。ヘッドホンユニット5は、扁平なシャーレ状のフレーム6と、フレーム6の内底部に嵌め込まれた、フレーム6より小径でより扁平なシャーレ状のヨーク7と、ヨーク7の内底部中心に固着された扁平なマグネット8と、マグネット8の端面に固着された板状のポールピース9と、円筒状に巻き回されたボイスコイル10と、ドーム状の振動板12と、を有してなる。ヘッドホンユニット5のフレーム6の外周側前端(図1において左端)面は円形をなしていて、この前端面に上記支持体35の内周側後端面が接着等によって結合されている。支持体35の断面形状はアーチ形で、支持体35の外周面が接着その他適宜の手段でヘッドホンハウジング20の内周面に固着されている。支持体35は、後述の圧電素子30の伸縮によりヘッドホンユニット5がヘッドホンハウジング20に対し前後方向に移動するのを許容するように、柔軟性があり、また、音波の通りにくい素材で作られている。   A headphone unit 5 is fixed inside the headphone housing 20 via a ring-shaped support 35. The headphone unit 5 includes a flat petri dish-shaped frame 6, a petri dish-shaped yoke 7 that is smaller in diameter and flatter than the frame 6 and is fitted to the inner bottom of the frame 6, and a flat that is fixed to the center of the inner bottom of the yoke 7. A magnet 8, a plate-shaped pole piece 9 fixed to the end face of the magnet 8, a voice coil 10 wound in a cylindrical shape, and a dome-shaped diaphragm 12. The front end surface (left end in FIG. 1) of the frame 6 of the headphone unit 5 has a circular shape, and the inner peripheral rear end surface of the support 35 is joined to the front end surface by bonding or the like. The cross-sectional shape of the support 35 is an arch shape, and the outer peripheral surface of the support 35 is fixed to the inner peripheral surface of the headphone housing 20 by bonding or other appropriate means. The support 35 is made of a material that is flexible and difficult to pass sound waves so as to allow the headphone unit 5 to move in the front-rear direction with respect to the headphone housing 20 by expansion and contraction of the piezoelectric element 30 described later. Yes.

シャーレ状のヨーク7の開放側端面とポールピース9の端面とはほぼ同一面にあり、かつ、ポールピース9の外周面とヨーク7の開放端側内周面との間にはリング状の間隙があって、この間隙内に上記ボイスコイル10が進入している。上記リング状の隙間にはマグネット8を源とする磁界が形成され、この磁界の中に細い導電線が円筒形状に巻き回されてなるボイスコイル10が存在している。上記振動板12は中心部のドーム部を囲んで断面アーチ形のエッジ部が形成され、エッジ部の外周がフレーム6に固着されて、振動板12が前後方向に振動可能に支持されている。振動板12の上記中心ドーム部とエッジ部の境界に、円筒形のボイスコイル10の軸線方向一端が片持ち的に固着され、ボイスコイル10はヨーク7にもポールピース9にも接触しないように振動板12によって支持されている。外部のプレーヤの電力増幅器(ドライバ)からボイスコイル10に楽音信号が入力されると、ボイスコイル10が楽音信号に従って前後に駆動され、これに伴い振動板12が振動することにより振動板12から音声が発せられる。この音声は、ヘッドパッド3で囲まれているユーザーの耳13に達するように、振動板12をヘッドホンハウジング20の筒部22の開放端側に向けてヘッドホンユニット5が配置されている。   The open end surface of the petri dish-shaped yoke 7 and the end surface of the pole piece 9 are substantially flush with each other, and a ring-shaped gap is formed between the outer peripheral surface of the pole piece 9 and the inner peripheral surface of the open end side of the yoke 7. The voice coil 10 enters the gap. A magnetic field using the magnet 8 as a source is formed in the ring-shaped gap, and a voice coil 10 in which a thin conductive wire is wound in a cylindrical shape exists in the magnetic field. The diaphragm 12 is formed with an arch-shaped edge portion surrounding a dome portion at the center, and the outer periphery of the edge portion is fixed to the frame 6 so that the diaphragm 12 is supported so as to vibrate in the front-rear direction. One end in the axial direction of the cylindrical voice coil 10 is cantilevered at the boundary between the central dome portion and the edge portion of the diaphragm 12 so that the voice coil 10 does not contact the yoke 7 or the pole piece 9. It is supported by the diaphragm 12. When a musical tone signal is input to the voice coil 10 from a power amplifier (driver) of an external player, the voice coil 10 is driven back and forth in accordance with the musical tone signal, and the diaphragm 12 vibrates accordingly. Is emitted. The headphone unit 5 is disposed with the diaphragm 12 facing the open end of the tube portion 22 of the headphone housing 20 so that the sound reaches the user's ear 13 surrounded by the head pad 3.

スピーカユニット5のフレーム6とヘッドホンハウジング20の仕切り壁21の前面側(図1において左面側)には、圧電素子30の一面が固着され、圧電素子30の他方の面には弾性シート40の一面が固着され、弾性シート40の他方の面はスピーカユニット5のフレーム6の後端面に固着されている。換言すれば、スピーカユニット5は、そのフレーム6が弾性シート40と圧電素子30の介在のもとにヘッドホンハウジング20に結合されている。これをより具体的に言えば、スピーカユニット5のフレーム6とヘッドホンハウジング20の間に圧電素子30が配置され、圧電素子30の一面側が上記フレーム6に結合され、圧電素子30の他面側がヘッドホンハウジング20側に結合され、さらに、圧電素子30の他面側とフレーム6との間に機械的フィルタとして機能する弾性シート40が介在している。上記仕切り板21と圧電素子30、圧電素子30と弾性シート40、弾性シート40とフレーム6の固着は、例えば接着によって行われている。
One surface of the piezoelectric element 30 is fixed to the front surface side (left surface side in FIG. 1) of the frame 6 of the speaker unit 5 and the partition wall 21 of the headphone housing 20, and one surface of the elastic sheet 40 is fixed to the other surface of the piezoelectric element 30. Is fixed, and the other surface of the elastic sheet 40 is fixed to the rear end surface of the frame 6 of the speaker unit 5. In other words, the speaker unit 5 has the frame 6 coupled to the headphone housing 20 with the elastic sheet 40 and the piezoelectric element 30 interposed therebetween. More specifically, the piezoelectric element 30 is disposed between the frame 6 of the speaker unit 5 and the headphone housing 20, one surface side of the piezoelectric element 30 is coupled to the frame 6, and the other surface side of the piezoelectric element 30 is headphone. Further , an elastic sheet 40 that is coupled to the housing 20 side and functions as a mechanical filter is interposed between the other surface side of the piezoelectric element 30 and the frame 6. The partition plate 21 and the piezoelectric element 30, the piezoelectric element 30 and the elastic sheet 40, and the elastic sheet 40 and the frame 6 are fixed by, for example, bonding.

上記圧電素子30を備えていることと、この圧電素子30に印加する信号を発電する第2圧電素子32を備えている点が本発明にかかるヘッドホンの実施例の一つの特徴になっている。第2圧電素子32は、ヘッドホンハウジング20の後ろ側筒部24の内周面から半径方向内側に向かって仕切り板21と平行に一体に形成されているリング状の支持壁26に、その中心孔を塞ぐようにして固定されている。第2圧電素子32は、周辺の騒音にしたがって発電する発電体を構成していて、その一面側(図1において右側の外側面側)には、受音部材36が固着されている。受音部材36は、ヘッドホンの周辺の騒音を集音して騒音に応じて振動し、この振動を第2圧電素子32に伝達する機能を持っていて、この機能を効果的に発揮するように、騒音に応じて振動しやすい素材、すなわち、質量が軽くて剛性の高い素材で作られる。また、受音部材36は、円錐形の受音部を有していて、この受音部の面積は第2圧電素子32の受音部との対向面の面積より大きく、受音部材36の振動が第2圧電素子32に集中して伝達されるように工夫されている。図1に示す例では、受音部材36は扁平な円錐台形に形成され、円錐台形の頂部の扁平な面が第2圧電素子32に固着されている。図示の受音部材36は板状の部材を円錐台形状に成形した部材になっているが、質量の軽い素材、例えば発泡樹脂を一体成形した部材としてもよい。受音部材36は、周囲の騒音を受けてヘッドホンハウジング20に対し相対的に振動することができるように、その外周が柔軟性のあるエッジ部材38を介してヘッドホンハウジング20の筒部24の内周面に結合されている。 One feature of the embodiment of the headphone according to the present invention is that it includes the piezoelectric element 30 and a second piezoelectric element 32 that generates a signal applied to the piezoelectric element 30. The second piezoelectric element 32 has a center hole formed in a ring-shaped support wall 26 that is integrally formed in parallel with the partition plate 21 from the inner peripheral surface of the rear cylinder portion 24 of the headphone housing 20 inward in the radial direction. It is fixed so as to block. The second piezoelectric element 32 constitutes a power generation body that generates electric power according to surrounding noise, and a sound receiving member 36 is fixed to one surface side (the right outer surface side in FIG. 1). The sound receiving member 36 collects noise around the headphones, vibrates according to the noise, and has a function of transmitting this vibration to the second piezoelectric element 32 so that this function can be effectively exhibited. It is made of a material that easily vibrates in response to noise, that is, a material that is light in mass and rigid. The sound receiving member 36 has a conical sound receiving portion, and the area of the sound receiving portion is larger than the area of the surface facing the sound receiving portion of the second piezoelectric element 32. It is devised so that the vibration is concentrated and transmitted to the second piezoelectric element 32. In the example shown in FIG. 1, the sound receiving member 36 is formed in a flat truncated cone shape, and the flat surface at the top of the truncated cone shape is fixed to the second piezoelectric element 32. The illustrated sound receiving member 36 is a member obtained by molding a plate-like member into a truncated cone shape. However, a material having a light mass, for example, a foamed resin may be integrally formed. The sound receiving member 36 receives the ambient noise and can vibrate relative to the headphone housing 20, so that the outer periphery of the sound receiving member 36 is inside the tube portion 24 of the headphone housing 20 via a flexible edge member 38. It is connected to the peripheral surface.

第2圧電素子32による発電出力は圧電素子30に印加されるように電気的に接続されている。圧電素子30は一般的に用いられている圧電素子で、第2圧電素子32の発電出力が印加されることにより、ヘッドホンハウジング20の軸線方向に振動(伸縮)する。第2発電素子32は、空気の振動で発電できるもの、したがって機械的インピーダンスが低いものが望ましく、例えば、圧電バイモルフを使用するとよい。圧電素子30は第2圧電素子32の発電信号で駆動されることにより機械的に振動し、スピーカユニット5のフレーム6を駆動する。前記支持体35は、圧電素子30が駆動されて機械的に振動することにより、ヘッドホンハウジング20に対するスピーカユニット5のフレーム6の機械的振動を許容する素材が選択されるとともに、断面アーチ状に形成されている。支持体35がフレーム6の振動を許容することにより、スピーカユニット5全体が圧電素子30で駆動され振動する。   The power generation output by the second piezoelectric element 32 is electrically connected so as to be applied to the piezoelectric element 30. The piezoelectric element 30 is a commonly used piezoelectric element, and vibrates (expands and contracts) in the axial direction of the headphone housing 20 when the power generation output of the second piezoelectric element 32 is applied. The second power generating element 32 is preferably one that can generate power by vibration of air, and therefore has a low mechanical impedance. For example, a piezoelectric bimorph may be used. The piezoelectric element 30 is mechanically vibrated by being driven by the power generation signal of the second piezoelectric element 32 and drives the frame 6 of the speaker unit 5. The support 35 is mechanically vibrated when the piezoelectric element 30 is driven, so that a material that allows mechanical vibration of the frame 6 of the speaker unit 5 relative to the headphone housing 20 is selected and formed in an arch shape in cross section. Has been. When the support 35 allows the frame 6 to vibrate, the entire speaker unit 5 is driven by the piezoelectric element 30 and vibrates.

以上説明した実施例によれば、スピーカユニット5はプレーヤなどから入力される楽音信号で駆動されて楽音が再生される。圧電素子30には、周囲の騒音に応じて発電される発電体としての第2圧電素子32の出力信号すなわち騒音信号が入力され、騒音信号によって駆動され振動するため、圧電素子30とともにスピーカユニット5全体が振動する。この振動は、ヘッドホン内に進入する騒音に対して逆位相となるように、圧電素子30と第2圧電素子32が電気的に接続されていて、圧電素子30が駆動されることによって生じる振動が、ヘッドホン内に侵入する騒音の全部または一部を打ち消し、ユーザーの耳には楽音のみが届き、あるいは騒音のレベルが低くなる。   According to the embodiment described above, the speaker unit 5 is driven by a musical sound signal input from a player or the like to reproduce a musical sound. The piezoelectric element 30 receives the output signal of the second piezoelectric element 32 as a power generator that generates power in accordance with ambient noise, that is, the noise signal, and is driven and vibrated by the noise signal. The whole vibrates. This vibration is generated by driving the piezoelectric element 30 because the piezoelectric element 30 and the second piezoelectric element 32 are electrically connected so as to have an opposite phase to the noise entering the headphones. All or part of the noise entering the headphones is canceled out, and only the musical sound reaches the user's ear or the noise level is lowered.

ノイズキャンセル信号で駆動される圧電素子30と楽音信号で駆動されるスピーカユニット5は、スピーカユニット5のフレーム6で機械的に直列接続されているのと等価となる。スピーカユニット5の振動板12は極めて動きやすい構造になっているため、スピーカユニット5の音響機械インピーダンスは低い。これに対して圧電素子30は例えば圧電セラミックなどで製作されていて材料自体が硬くて動きにくく、音響機械インピーダンスが高い。よって、音響機械インピーダンスの高い圧電素子30にスピーカユニット5が機械的に直列に結合されているのと等価の構造になっていて、ヘッドホンハウジング20から見た振動板12の動きは、楽音信号による振動の向きと圧電素子30による振動の向きが合致した瞬間では振幅が大きく、上記双方の振動の向きが互いに逆であれば振幅は小さくなる。つまり、圧電素子30によるスピーカユニット5の振動板12の動きと、スピーカユニット5の駆動による振動板12の動きが機械的に直列的に重ねられていることになり、ヘッドホン内に侵入する騒音の位相と圧電素子30の駆動によって生成される音声成分の位相とが逆になるように構成することにより、ヘッドホン内に侵入する騒音が、圧電素子30の駆動によって打ち消されることになる。   The piezoelectric element 30 driven by the noise cancellation signal and the speaker unit 5 driven by the tone signal are equivalent to being mechanically connected in series by the frame 6 of the speaker unit 5. Since the diaphragm 12 of the speaker unit 5 has a structure that is extremely easy to move, the acoustic mechanical impedance of the speaker unit 5 is low. On the other hand, the piezoelectric element 30 is made of, for example, piezoelectric ceramic, and the material itself is hard and difficult to move, and has high acoustic mechanical impedance. Therefore, the structure is equivalent to the case where the speaker unit 5 is mechanically coupled in series to the piezoelectric element 30 having high acousto-mechanical impedance, and the movement of the diaphragm 12 as viewed from the headphone housing 20 depends on the tone signal. The amplitude is large at the moment when the direction of vibration coincides with the direction of vibration by the piezoelectric element 30, and the amplitude is small if the directions of both vibrations are opposite to each other. That is, the movement of the diaphragm 12 of the speaker unit 5 by the piezoelectric element 30 and the movement of the diaphragm 12 by the driving of the speaker unit 5 are mechanically overlapped in series. By configuring so that the phase and the phase of the sound component generated by driving the piezoelectric element 30 are reversed, noise entering the headphones is canceled by driving the piezoelectric element 30.

図1に示す実施例において、各部の音響インピーダンス、音圧、電圧などを以下のように定義する。
:騒音成分の音圧
:ヘッドホン内部に入り込む騒音成分の音圧
:騒音成分により受音部材36が受ける力量
:受音部材36の受音面積
ZPZ1:第2圧電素子32のインピーダンス
:Fによって第2圧電素子32が移動する量
:第2圧電素子32の発電電圧
In the embodiment shown in FIG. 1, the acoustic impedance, sound pressure, voltage, etc. of each part are defined as follows.
P 1 : Sound pressure of noise component P L : Sound pressure of noise component entering inside the headphones F 1 : Force received by the sound receiving member 36 due to the noise component S 1 : Sound receiving area of the sound receiving member 36 ZP Z1 : Second piezoelectric Impedance X 1 of element 32: Amount of movement of second piezoelectric element 32 due to F 1 e 1 : Generated voltage of second piezoelectric element 32

騒音成分により受音部材36が受ける力量Fは、
=S・P
である。上記力量Fによって第2圧電素子32が移動する量Xは、
=(1/jω)(F/ZPZ1
である。第2圧電素子32がXだけ移動することによって、第2圧電素子32が発電する電圧eは、
=AX (ただし、Aは定数)
となる。
The amount of force F 1 received by the sound receiving member 36 due to the noise component is:
F 1 = S 1 · P 1
It is. The amount X 1 of the second piezoelectric element 32 is moved by the force F 1 is
X 1 = (1 / jω) (F 1 / ZP Z1 )
It is. By the second piezoelectric element 32 is moved by X 1, the voltage e 1 of the second piezoelectric element 32 is power generation,
e 1 = AX 1 (A is a constant)
It becomes.

イヤパッド3と人体との間で漏れて耳に到達する騒音の周波数成分は低い周波数領域にあることから、図示の実施例では、ノイズキャンセルのための圧電素子30とスピーカユニットのフレーム6との間に弾性シート40を介在させている。弾性シート40は、圧電素子30とスピーカユニットのフレーム6とを機械的に接続する機械的なローパスフィルタないしはハイカットフィルタとして機能し、ノイズキャンセルに有効な低い周波数領域に関して効果的に騒音を除去ないしは低減することができる。   Since the frequency component of the noise that leaks between the ear pad 3 and the human body and reaches the ear is in a low frequency region, in the illustrated embodiment, between the piezoelectric element 30 for noise cancellation and the frame 6 of the speaker unit. The elastic sheet 40 is interposed between the two. The elastic sheet 40 functions as a mechanical low-pass filter or high-cut filter that mechanically connects the piezoelectric element 30 and the frame 6 of the speaker unit, and effectively removes or reduces noise in a low frequency region effective for noise cancellation. can do.

以上のとおり、本発明の実施例によれば、スピーカユニット5の楽音信号による電気的な駆動系統と、ノイズキャンセルのための圧電素子30の電気的な駆動系統は電気的に分離していて、電気的な結合は浅いため、楽音信号がノイズキャンセル信号によって受ける影響が小さく、高い音質で楽音信号を再生することができる。
ノイズキャンセルのために圧電素子30に印加する信号は、周辺の騒音を受けて発電する第2圧電素子32の出力信号であるため、ノイズキャンセル動作のための電源電池を必要とせず、ノイズキャンセル可能なヘッドホンの軽量化を図ることができる。
受音部材36は円錐形の受音部を有し、この受音部の面積は第2圧電素子32の面積より大きく、受音部材36の振動が第2圧電素子32に集中して伝達されるように構成されているため、第2圧電素子32は周囲の騒音をキャンセルするための信号を効率よく発電することができる。
As described above, according to the embodiment of the present invention, the electrical drive system based on the musical tone signal of the speaker unit 5 and the electrical drive system of the piezoelectric element 30 for noise cancellation are electrically separated. Since the electrical coupling is shallow, the musical sound signal is less affected by the noise cancellation signal, and the musical sound signal can be reproduced with high sound quality.
Since the signal applied to the piezoelectric element 30 for noise cancellation is an output signal of the second piezoelectric element 32 that generates power in response to ambient noise, noise cancellation is possible without requiring a power supply battery for noise cancellation operation. Lightweight headphones can be achieved.
The sound receiving member 36 has a conical sound receiving portion. The area of the sound receiving portion is larger than the area of the second piezoelectric element 32, and the vibration of the sound receiving member 36 is concentrated and transmitted to the second piezoelectric element 32. Thus, the second piezoelectric element 32 can efficiently generate a signal for canceling ambient noise.

本発明に係るヘッドホンの実施例を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the Example of the headphones which concern on this invention. 従来のヘッドホンの例を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the example of the conventional headphones.

符号の説明Explanation of symbols

5 スピーカユニット
6 フレーム
10 ボイスコイル
12 振動板
20 ヘッドホンハウジング
30 圧電素子
32 第2圧電素子
35 支持体
36 受音部材
40 弾性フィルタ
5 Speaker unit 6 Frame 10 Voice coil 12 Diaphragm 20 Headphone housing 30 Piezoelectric element 32 Second piezoelectric element 35 Support body 36 Sound receiving member 40 Elastic filter

Claims (7)

楽音信号によって駆動されるスピーカユニットと、
周辺の騒音にしたがって発電する発電体と、
前記発電体で発電された信号によりスピーカユニットのフレームを駆動する圧電素子と、を備えているヘッドホンであって、
前記発電体は、前記圧電素子とは別の第2圧電素子からなるヘッドホン。
A speaker unit driven by a musical sound signal;
A generator that generates electricity according to the surrounding noise;
A piezoelectric element that drives a frame of a speaker unit by a signal generated by the power generator,
The power generator is a headphone comprising a second piezoelectric element different from the piezoelectric element.
前記フレームとヘッドホンハウジングの間に圧電素子が配置され、前記圧電素子の一面側が前記ハウジング側に結合され、前記圧電素子の他面側が前記フレームに結合されている請求項1記載のヘッドホン。   The headphone according to claim 1, wherein a piezoelectric element is disposed between the frame and a headphone housing, one surface side of the piezoelectric element is coupled to the housing side, and the other surface side of the piezoelectric element is coupled to the frame. 前記圧電素子の他面側と前記フレームとの間に機械的フィルタとして機能する弾性シートが介在している請求項2記載のヘッドホン。   The headphone according to claim 2, wherein an elastic sheet functioning as a mechanical filter is interposed between the other surface side of the piezoelectric element and the frame. 前記フレームは音波の通りにくい支持体で前記ヘッドホンハウジングに結合されている請求項乃至3のいずれかに記載のヘッドホン。 The headphone according to any one of claims 2 to 3, wherein the frame is coupled to the headphone housing by a support that hardly allows sound waves to pass through. 前記支持体は、前記圧電素子の駆動により、前記ヘッドホンハウジングに対する前記フレームの振動を許容する請求項4記載のヘッドホン。   The headphone according to claim 4, wherein the support allows vibration of the frame relative to the headphone housing by driving the piezoelectric element. 前記第2圧電素子の一面に周辺の騒音にしたがって振動する受音部材が固着され、前記第2圧電素子の他面は前記ヘッドホンハウジングに実質一体に固定され、前記受音部材の振動にしたがって前記第2圧電素子が発電する請求項乃至5のいずれかに記載のヘッドホン。 A sound receiving member that vibrates in accordance with ambient noise is fixed to one surface of the second piezoelectric element, and the other surface of the second piezoelectric element is substantially integrally fixed to the headphone housing, and the sound receiving member vibrates according to the vibration of the sound receiving member. Headphones according to any one of claims 2 to 5 second piezoelectric element to generate electric power. 前記受音部材は円錐形の受音部を有し、前記受音部の面積は前記第2圧電素子の面積より大きく、前記受音部材の振動が前記第2圧電素子に集中して伝達される請求項6記載のヘッドホン。   The sound receiving member has a conical sound receiving portion, and the area of the sound receiving portion is larger than the area of the second piezoelectric element, and vibration of the sound receiving member is concentrated and transmitted to the second piezoelectric element. The headphone according to claim 6.
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