JP7347927B2 - 電気音響変換器及び音響機器 - Google Patents

Description

本発明は耳に装着して音を伝える電気音響変換器、及びこの電気音響変換器を使用した音響機器に関するものであり、特に、電気機械変換器で生じる機械振動によって筐体を振動させて気導音を発生させる電気音響変換器、及びこの電気音響変換器と音源等を含んで構成される音響機器に関する。

装着者に音を伝える電気音響変換器、及びこの電気音響変換器を使用した音響機器に関し、従来、様々なものが知られている。このような音響機器の一つである、あるイヤホンでは、耳に装着する電気音響変換器（イヤホン本体）の筐体の内側に振動板を配置するとともに筐体には音の出口となる音口を設け、振動板から発生される音を音口から出力するように構成している。またイヤホン本体の筐体に組み込んだ電気機械変換器で電気信号を機械振動に変換し、その機械振動で筐体を振動させることによって気導音（外耳道の空気を振動させて伝わる音）や骨導音（頭蓋骨を振動させて伝わる音）を発生させて聴覚に音を伝える、音口を持たないものも知られている。

音口を持たない音響機器としては、例えば特許文献１に示されているような、骨導音を生じさせる骨伝導イヤホンが既知である。この骨伝導イヤホンは、楕円体状に形成されるとともに内側（特許文献１では正面側と称している）と外側（特許文献１では背面側と称している）に凸部を設けた形態をなす骨伝導振動部を有し、耳甲介腔に装着した際には、骨伝導振動部の長さ方向の一端部が耳珠及び耳甲介腔の壁部に圧接され、他端部が対珠及び耳甲介腔の壁部に圧接され、外側凸部が耳珠に圧接され、更に内側凸部が耳甲介腔の壁部における外耳道の入口周辺に圧接されるように構成されている。

また特許文献２には、棒状の骨伝導スピーカ部とリング状の振動伝達部を備える受話装置が開示されている。ここで骨伝導スピーカ部は、その長手方向の一端が支持部を介して振動伝達部と結合し、珠間切痕付近から耳介の外側に突出する構成をしており、振動伝達部は、耳珠と対珠に圧接される大きさで形成されている。

特開２０１２－２２２６８２号公報 特開２００７－１０３９８９号公報

ところで特許文献１の骨伝導イヤホンは、耳甲介腔に装着した際に外から見える部分が大きく、目立ちやすいという問題を抱えている。また、装着者毎に千差万別の形状となる耳介に対して安定して装着できるようにするには、外形形状に様々な工夫が求められることになる。更に最近は、電気音響変換器から発せられる振動に基づく音（例えば音楽など）を聴きながら周囲の音も聴取したいとする要望がある。しかし特許文献１の骨伝導イヤホンを耳甲介腔に装着すると、外耳道は塞がれることになる。このため、この電気音響変換器を使用しながら周囲の音をそのまま聴取することは困難である。

一方、特許文献２の受話装置は、振動伝達部をリング形状等にすることより、耳甲介腔に装着した状態でも外耳道は開放されていて、電気音響変換器による音を聴きながら周囲の音声を聴取することが可能であるとされている。しかし、骨伝導スピーカ部は珠間切痕の外側に配置されているため、発生させた音が外部へ放出されやすい構造となっている。また、骨伝導スピーカ部に加えて振動伝達部も外から見えるため、特に目立ちやすくなっている。

なお従来の補聴器の中には、補聴器本体と補聴器本体にコードを介して接続されるとともに耳せんを取り付けた小型のイヤホンとを備え、補聴器本体は耳介の外側に引っ掛ける一方、イヤホンを外耳道内に挿入して使用する、ＲＩＣ（Ｒｅｃｅｉｖｅｒ Ｉｎ ｔｈｅ Ｃａｎａｌ）タイプと呼ばれる耳かけ型補聴器がある。この補聴器によれば、補聴器本体は耳介の裏側に配置されて見えづらくなり、またイヤホンは外耳道内に挿入されて隠れるため、装着していても目立ちにくくなる。しかし、外耳道内にイヤホンを配置するため、イヤホンの音口に耳垢等が詰まって音が小さくなったり、音が出なくなったりする等の問題が生じることがある。また耳垢等で汚れた場合、簡単には洗うことができないため、使い勝手の点で難がある。更に、外耳道内は湿度が高いため、音口からイヤホンの内部に入り込んだ湿気がイヤホン内で結露することによって故障することもある。

本発明はこのような問題点を解決することを課題とするものであり、耳に装着していても目立ち難いうえに耳垢等の詰まりによる不具合も生じることがなく、また、発生させた音を聴取しながら周囲の音を聴くことも可能な電気音響変換器及び音響機器を提供することを目的とする。

本発明の電気音響変換器は、電気信号を機械振動に変換する電気機械変換器と、前記電気機械変換器を内部に収容し該電気機械変換器による機械振動によって振動して気導音を発生可能であって、外耳道内に挿入して使用される筐体と、該筐体に連結するとともに該電気機械変換器に電気信号を伝えるコードと、を備え、前記筐体は、外耳道内に挿入した際に外耳道の奥側に位置する内側筐体部分と外耳道の入口側に位置する外側筐体部分とを備え、該内側筐体部分と該外側筐体部分はともに殻状であって剛性を有し、該外側筐体部分で前記コードと連結し、前記電気機械変換器は、前記筐体を、外耳道の軸方向に沿って振動させるものであって、前記電気機械変換器による機械振動によって前記内側筐体部分から発生する音と前記外側筐体部分から発生する音の位相は互いに逆相になることを特徴とする。

このような電気音響変換器において、前記筐体は、楕円体形状、卵形形状、柱形状又は錐形状であることが好ましい。

また前記電気機械変換器は、前記電気機械変換器による機械振動によって前記内側筐体部分から発生する音と前記外側筐体部分から発生する音の位相は互いに逆相になることが好ましい。

そして、前記コードは、耳介に装着可能な形状で形成されるとともに弾性変形可能な装着部を有することが好ましい。

また本発明の音響機器は、上述した電気音響変換器の何れかを用いることが好ましい。

本発明の電気音響変換器、及びこれを用いた音響機器は、電気機械変換器による機械振動によって筐体を振動させ、これによって筐体から気導音を発生させるものである。また筐体は外耳道内に挿入して使用される。すなわち、筐体は外耳道の内側で隠れるため、耳に装着していても目立ち難くなる。また筐体に音口を設けることなく音を発することができるため、耳垢等の詰まりによる不具合も生じることがない。

ところで、装着者の外耳道の断面形状は様々である。このため、筐体が楕円体形状、卵形形状、柱形状又は錐形状である場合、外耳道は筐体で完全に塞がることがないため、筐体から発せられる気導音を聴取しながら周囲の音を聴くこともできる。

本発明に従う電気音響変換器の一例であるイヤホンの一実施形態を示した図である。 図１に示したイヤホン本体部に関し、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は側面図である。 図１に示したイヤホン本体部の分解斜視図である。 図１に示したイヤホン本体部を外耳道内に挿入した状態を示す図である。 本発明に従うイヤホンの他の実施形態を示した図であって、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は耳に装着した状態を示す図である。 本発明に従うイヤホンの更に他の実施形態を示した図であって、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は耳に装着する直前の状態を示す図であり、（ｃ）は耳に装着した状態を示す図である。

以下、図面を参照しながら本発明に従う電気音響変換器の一例であるイヤホン本体、及び音響機器の一例であるイヤホンの一実施形態について説明する。図１に示すように本実施形態のイヤホン１は、左右の耳のそれぞれに装着される一対のイヤホン本体２と、これらのイヤホン本体２に接続されるコード３とにより構成されている。

イヤホン本体２は、コード３に連結する筐体４を備えている。筐体４は、装着者の外耳道内に挿入されるものであって、その大きさは、装着者の外耳道の大きさに合わせて変更可能であるが、一般的には、８ｍｍ以下の外径になるように形成することが好ましい。また、図示した筐体４は外形が楕円体形状になるものであるが、卵形形状、柱形状、錐形状でもよい。

本明細書等における楕円体形状とは、図２に示すように、ｘｙｚ直交座標の原点に筐体４の中心を置いたときに、下記の式（数１）を満たす曲面の少なくとも一部のことをいう。ここで、下記の式（数１）におけるａ、ｂ、ｃは、互いに直交する３つの半軸の長さであって、ａはｘ方向における半軸長であり、ｂはｙ方向における半軸長であり、ｃはｚ方向における半軸長である。なお、楕円体形状には、２つの半軸長が等しい回転楕円体形状や、３つの半軸長が等しい球体形状も含まれる。

また卵形形状とは、例えば２次元平面における放物線や懸垂線（カテナリー曲線）などの曲線を、対称軸で回転させた際に形成される曲面の少なくとも一部のことをいう。そして柱形状とは、互いに対向する２つの平面と柱面とで取り囲まれる形状であって、例えば円柱形状や四角柱形状である。なお、２つの平面は互いに傾いていてもよい。また柱面は、軸線方向の途中で形が変化する（例えば軸線方向一端側は円柱面であって、軸線方向中間部では断面形状が円から四角に変化し、軸線方向他端側では四角柱面になるものなど）ものでもよい。また錐形状とは、空間内の一点から放射状に伸びる直線によって形作られる形状であって、例えば円錐形状や四角錐形状である。なお、本明細書等における錐形状には、円錐形状や四角錐形状における尖った頭部を切り取った錘台形状（円錐台形状や四角錐台形状など）も含まれる。

また、図３に示すように筐体４は、２つの筐体部分（内側筐体部分５、外側筐体部分６）で構成されている。なお内側筐体部分５は、図４に示すように筐体４が外耳道内に挿入された際に外耳道の奥側に位置する部分であり、外側筐体部分６は、この状態において外耳道の入口側に位置する部分である。また外側筐体部分６は、コード３が連結する部分でもある。ここで内側筐体部分５と外側筐体部分６は、殻状に形成されていて、その内部には、コード３に接続される電気機械変換器７がアーマチュアの端部以外は筐体４に当接しないように配置されている。なお筐体４は、音の出口となる音口を持たないものであって、コード３を内部に引込むための孔を除いて開口は設けられていない。

そして外側筐体部分６の内部には、図３に示すように対をなす凹部８が設けられている。凹部８は、電気機械変換器７における後述するアーマチュアの端部を嵌め込んで、この端部を位置決めする部位である。また外側筐体部分６には、突起状に形成されたストッパー９も設けられている。ここでストッパー９は、電気機械変換器７における後述する構造部が通常通り動く際はこの構造部に接触しないものの、例えば筐体４を落下させて構造部が過度に動いた際は、これに接触するように形成されている。すなわち、落下等によって筐体４に衝撃が加わっても、ストッパー９によって構造部が破損する不具合を有効に防止することができる。なお内側筐体部分５にも、凹部８及びストッパー９と同様のものが設けられている。

電気機械変換器７は、コード３を介して伝えられる電気信号を機械振動に変換するものである。本実施形態の電気機械変換器７は、特開２０１７－１４７６７８号公報に記載されている電気機械変換器と同様の構成となる、バネの復元力を利用したバランスド・アーマチュア型の電気機械変換器であって、図３に示すように、構造部１０、アーマチュア１１、及び一対の弾性部材１２で構成される。ここで構造部１０は、図示は省略するが、少なくとも２対の磁石と、これらの磁石による磁束を導くヨークと、コード３からの電気信号が供給されるコイルとを一体的に配置したものである。またアーマチュア１１は、構造部１０の内部空間を貫く平板状の部材であって、構造部１０と磁気回路を構成するとともに、磁気回路の磁気力に基づく変位方向に変位するものである。そして弾性部材１２は、アーマチュア１１に対して上述した変位方向の両側にそれぞれ配置され、アーマチュア１１の構造部１０に対する相対的変位に応じた復元力をアーマチュア１１に付与するものである。また構造部１０には、コイルの両端部とコード３とを電気的に接続するための２つの電気端子が設けられている。このような電気機械変換器７によれば、一辺を５ｍｍ程度の大きさに製作しても、音声帯域で十分な音量が得られるうえ、省電力化も実現することができる。

このような電気機械変換器７は、アーマチュア１１の両端部が内側筐体部分５と外側筐体部分６の凹部８に嵌め込まれ、筐体４に固定される。なお、本実施形態の内側筐体部分５と外側筐体部分６は、外周を接着剤で固定し密閉されている。また、筐体４に固定された状態において電気機械変換器７の中心は、図２（ｂ）に示すように筐体４の中心に一致する。そしてこの状態において電気機械変換器７が機械振動する方向は、内側筐体部分５と外側筐体部分６の合わせ位置Ｍのラインが作る平面に対して垂直方向であって、内側筐体部分５と外側筐体部分６は、図２（ｂ）において矢印で示す方向（外耳道内に挿入した際に、外耳道に沿う方向）に振動する。

そして上述したコード３は、図１に示すように他の機器に接続するためのジャック１３と、ジャック１３に電気的に接続されるとともに柔軟性を有するオーディオコード部１４と、オーディオコード部１４に連結され、耳介に装着可能な所定の形状に形成されるとともに弾性変形可能なコード装着部１５を備えている。ここでコード装着部１５は、直線状部分１５ａと、左又は右の耳介に引っ掛けることが可能な形状となる曲線状部分１５ｂで構成されている。なお直線状部分１５ａは、１０ｍｍ～２０ｍｍ程度の長さで形成される。また直線状部分１５ａは、外側筐体部分６に対して接着剤によって固定されていて、筐体４の内部は密閉されている。そして曲線状部分１５ｂは、左と右ではそれぞれ鏡面対称な形で形成されている。

なお、本実施形態におけるイヤホン１は、内側筐体部分５と外側筐体部分６を形成する素材としてＡＢＳ樹脂（アクリルニトリル・ブタジエン・スチレン共重合樹脂）を使用している。また、外耳道は一般に縦長の断面形状であるため、内側筐体部分５と外側筐体部分６の外形形状は、これらが合わさった際に、図２に示すｘ、ｙ方向が短軸（長さは約７ｍｍ）であって、これに直交するｚ方向（外耳道の上下方向）が長軸（回転軸で長さは約８ｍｍ）になる回転楕円体形状をなすように形成されるものである。またコード装着部１５は、細い線材をエラストマー樹脂で被覆したケーブル（外径は約０．９ｍｍ）を使用している。また直線状部分１５ａは、長さが約１５ｍｍである。

このような形態になるイヤホン１は、例えばコード装着部１５における直線状部分１５ａと曲線状部分１５ｂとの連結部を指で摘まみ、筐体４を外耳道に挿入するとともに、曲線状部分１５ｂを耳介の外側に引っ掛けるようにして装着される。すなわち、筐体４は外耳道内に配置されるため外側からは見え難く、またコード装着部１５は細いため、耳に装着していても目立つことがない。

そしてコード３を介して電気機械変換器７に電気信号が印加されると、構造部１０とアーマチュア１１との間で生じる機械振動によって筐体４が振動する。すなわち、筐体４自体が振動板として機能して気導音を発生させるため、印加した電気信号に応じた音を聴覚に伝えることができる。

なお筐体４を外耳道に挿入した際、筐体４は外耳道の内面に接触していてもよいし、外耳道の内面から離れていてもよい。本実施形態のイヤホン１を使用して確認したところ、筐体４が外耳道の内面に接触していても、また離れていても、音の聴取に影響は殆ど認められなかった。また他の実施形態として、外径が７．４ｍｍになる球体形状の筐体４を使用した場合も、音の聴取は良好であった。なお、筐体４は外耳道の内面に接触している場合は、コード装着部１５の弾性によって筐体４が外耳道の内面に軽く押される力が作用するため、外耳道内での筐体４の位置が安定しやすくなる。また、筐体４の外形は丸みを帯びていて角がないため、外耳道の内面に接触しても傷みを伴うことはない。

ところで、装着者の外耳道の断面形状は様々である。このため、筐体４を外耳道に挿入した際も、外耳道は筐体４で完全に塞がることはない。すなわち、筐体４を外耳道内に挿入していても、外界の音は外耳道内を伝播するため、筐体４から発せられる気導音を聴取しながら周囲の音を聴くこともできる。また、外耳道が完全に塞がれていないため、装着時における閉塞感も抑制することができる。

また、本実施形態の電気機械変換器７は筐体４の中心に配置されていて、内側筐体部分５と外側筐体部分６は、図２（ｂ）に矢印で示す方向に振動する。このため、内側筐体部分５と外側筐体部分６の合わせ位置Ｍを境として、内側筐体部分５から発生する気導音と外側筐体部分６から発生する気導音の位相は互いに逆相になる。従って、筐体４の大きさと比較して十分離れた位置では、内側筐体部分５から発生する気導音と外側筐体部分６から発生する気導音とが互いに打ち消し合うことになるため、音が殆ど聞えなくなる。外耳道に挿入した状態で筐体４から音が発せられた場合、筐体４に対して外耳道の外側の音響インピーダンスは小さく、外耳道の内側の音響インピーダンスが大きくなるため、外耳道の外側では音が小さく、内側では音が大きくなり、外耳道の外側では殆ど音が聞こえない。

また、上述したように筐体４は密閉されているため、内部に水や汗等が浸入することがない。すなわち、水分の浸入に伴う故障のおそれがないうえ、耳垢等が付着して汚れても簡単に水洗いすることが可能であって、清潔に使用することができる。

上述したイヤホン１は、他の機器と有線接続されるものであったが、例えば図５に示すように無線接続されるように構成してもよい。図５（ａ）に示すイヤホン１６は、上述した筐体４を含むイヤホン本体２と、コード３におけるコード装着部１５を備えていて、コード装着部１５は、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）の如き無線通信機能を備えるとともに電池等を内蔵した無線通信本体部１７に接続されるものである。このような構成になるイヤホン１６は、図５（ｂ）に示すように、筐体４を外耳道に挿入しつつ、コード装着部１５は耳介の前方から後方上部に向けて延在させ、更に無線通信本体部１７は耳介の裏側上部に位置するようにして、耳介に引っ掛けるようにして装着する。すなわち、筐体４は外耳道内で隠れるうえ、無線通信本体部１７は耳介の裏側に配置されて見えづらくなっているため、装着していても目立つことはない。なお、コード装着部１５と無線通信本体部１７は、取り外しできないように一体的に連結してもよいし、コネクタ等を使用して両者が分離できるようにしてもよい。

なお、例えば上述した無線通信本体部１７の筐体を利用することによって、耳かけ型補聴器のような他の音響機器に応用することも可能である。ここで、耳かけ型補聴器として構成するには、図示した筐体内に、マイクロホンや、マイクロホンからの電気信号を増幅するとともに信号処理して出力するＤＳＰ（デジタル・シグナル・プロセッサ）、電池などが内蔵されるようにすればよい。またこの筐体に、外部から水分が浸入しにくくなる構造を適用する（例えば開閉部にパッキンを設ける）ことによって、補聴器全体に防水機能を持たせることも可能である。

また、他の機器と無線接続されるように構成するにあたっては、図６に示す如き形態を採用してもよい。図６（ａ）に示すイヤホン１８は、前述のイヤホン１６に対してコード装着部１５の曲線状部分１５ｂを省略し、直線状部分１５ａを、直接、無線通信本体部１９に接続したものである。このような形態になるイヤホン１８は、図６（ｂ）に示すように、筐体４を外耳道の奥に向かって挿入していくことによって、図６（ｃ）に示すように、無線通信本体部１９が耳介に収まって保持されるように構成されている。このようなイヤホン１８によれば、コード装着部１５の長さを短くすることができるため、持ち運び時にはコード装着部１５が絡みにくくなるうえ、外耳道の奥に向かって挿入していくだけで装着が完了するという利点がある。

以上、本発明に従う電気音響変換器、及び音響機器について具体的な実施形態に基づいて説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に従う範疇で種々の変更を加えたものも含む。例えば上述した内側筐体部分５と外側筐体部分６は、図２に示すように原点を通るｙｚ平面で付き合わさるように構成されていて、両者の合わせ位置Ｍは筐体４のセンターになっているが、合わせ位置は筐体４のセンターからｘ方向にずれていてもよい。また合わせ位置の向きもｙｚ平面で付き合わさるものに限られず、例えばｘｙ平面に対して平行につき合わさるように構成してもよい。また、内側筐体部分５と外側筐体部分６を形成する素材は合成樹脂に限られず、軽量で剛性のある種々の材料を採用することができる。そしてコード３におけるコード装着部１５は、上述した実施形態では、直線状部分１５ａと曲線状部分１５ｂは同一の素材であったが、それぞれを別の素材で形成したり、新たな部材を装着したりしてもよい。例えば、直線状部分１５ａのコシが弱く、筐体４を外耳道に挿入しにくい場合は、直線状部分１５ａの外径を太いものに替えたり、直線状部分１５ａを補強する部材を取り付けたりしてもよい。また、耳介に装着した際の傷みの軽減や安定性の向上を図るべく、曲線状部分１５ｂの外径を太くしたり、これを柔らかな素材で形成したりしてもよい。

１、１６：イヤホン（音響機器）
２：イヤホン本体（電気音響変換器）
３：コード
４：筐体
７：電気機械変換器
１５：コード装着部（装着部）

Claims (4)

1. 電気信号を機械振動に変換する電気機械変換器と、
   前記電気機械変換器を内部に収容し該電気機械変換器による機械振動によって振動して音を発生させ、外耳道内に挿入して使用される筐体と、該筐体に連結するとともに該電気機械変換器に電気信号を伝えるコードと、を備え、
   前記筐体は、外耳道内に挿入した際に外耳道の奥側に位置する内側筐体部分と外耳道の入口側に位置する外側筐体部分とを備え、該内側筐体部分と該外側筐体部分はともに殻状であって剛性を有し、該外側筐体部分で前記コードと連結し、
   前記電気機械変換器は、前記筐体を、外耳道の軸方向に沿って振動させるものであって、
   前記電気機械変換器による機械振動によって前記内側筐体部分から発生する音と前記外側筐体部分から発生する音の位相は互いに逆相になることを特徴とする電気音響変換器。
2. 前記筐体は、楕円体形状、卵形形状、柱形状又は錐形状であることを特徴とする請求項１に記載の電気音響変換器。
3. 前記コードは、耳介に装着可能な形状で形成されるとともに弾性変形可能な装着部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の電気音響変換器。
4. 請求項１～３の何れか一項に記載の電気音響変換器を用いたことを特徴とする音響機器。

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