(57)【要約】  イヤホンは、音響トランスデューサ及び、音響トランスデューサの第１の側に音響的に結合した第１の音響チャンバと、音響トランスデューサの第２の側に音響的に結合した第２の音響チャンバとを含むハウジングを含む。ハウジングは、第１の音響チャンバと第２の音響チャンバとを音響的に結合するポートをさらに含む。音響抵抗物質は、ポートに近接して配置される。
2019507547.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
音響トランスデューサ；
前記音響トランスデューサの第１の側に音響的に結合した第１の音響チャンバと、
前記音響トランスデューサの第２の側に音響的に結合した第２の音響チャンバと、
前記第１の音響チャンバと前記第２の音響チャンバとを音響的に結合するポートと、
を備えるハウジング；及び
前記ポートに近接して配置された音響抵抗物質
を備えるイヤホン。
【請求項２】
前記ポートの面積は、約０．４×１０−６ｍ２〜約４０×１０−６ｍ２の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載のイヤホン。
【請求項３】
前記ポートの長さは、約０．１ミリメートル〜約１０ミリメートルの範囲にあることを特徴とする請求項１に記載のイヤホン。
【請求項４】
前記音響抵抗物質は、約１０ＭＫＳレイル〜約２００００ＭＫＳレイルの範囲のインピーダンスを有することを特徴とする請求項１に記載のイヤホン。
【請求項５】
前記音響抵抗物質は、プラスティック、布地、金属、透過性材料、織布材料、スクリーン材料、及びメッシュ材料のうちの少なくとも１つを備えることを特徴とする請求項１に記載のイヤホン。
【請求項６】
前記ポートは、低周波数において約２×１０６音響オーム〜８×１０７音響オームの音響インピーダンスの抵抗成分を有することを特徴とする請求項１に記載のイヤホン。
【請求項７】
アクティブノイズ消去回路をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のイヤホン。
【請求項８】
前記第１の音響チャンバは、前記第２の音響チャンバから前記音響トランスデューサによって離間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。
【請求項９】
前記イヤホンの周波数応答は、低周波数において実質的に線形であることを特徴とする請求項１に記載のイヤホン。
【請求項１０】
前記イヤホンの周波数応答は、１００Ｈｚ未満の周波数において高信号値及び低信号値と略同じであることを特徴とする請求項１に記載のイヤホン。
【請求項１１】
低信号値における前記イヤホンの周波数応答と、高信号値における前記イヤホンの周波数応答との差は、１０〜１００Ｈｚの周波数において３ｄＢ未満であることを特徴とする請求項１に記載のイヤホン。
【請求項１２】
前記ポートは、高周波数において前記音響トランスデューサの周波数応答における減衰を提供することを特徴とする請求項１に記載のイヤホン。
【請求項１３】
音響トランスデューサ；
アクティブノイズ消去回路；
前記音響トランスデューサを少なくとも部分的に取り囲む第１の音響チャンバと、
前記第１の音響チャンバに近接するポートであって、前記ポートは約０．４×１０−６ｍ２〜約４０×１０−６ｍ２の範囲の面積を有する、ポートと、
を備えるハウジング；及び
前記ポートに近接して配置された音響抵抗物質
を備える、イヤホン。
【請求項１４】
前記ポートは、前記第１の音響チャンバを前記イヤホンの外部環境に音響的に結合することを特徴とする請求項１３に記載のイヤホン。
【請求項１５】
前記ポートは、前記第１の音響チャンバを前記第２の音響チャンバに音響的に結合することを特徴とする請求項１３に記載のイヤホン。
【請求項１６】
前記ポートの長さは、約０．１ミリメートル〜約１０ミリメートルの範囲にあることを特徴とする請求項１３に記載のイヤホン。
【請求項１７】
前記音響抵抗物質は、約１０ＭＫＳレイル〜約２００００ＭＫＳレイルの範囲のインピーダンスを有することを特徴とする請求項１３に記載のイヤホン。
【請求項１８】
前記音響抵抗物質は、プラスティック、布地、金属、透過性材料、織布材料、スクリーン材料、及びメッシュ材料のうちの少なくとも１つを備えることを特徴とする請求項１３に記載のイヤホン。
【請求項１９】
前記ポートは、低周波数において約２×１０６音響オーム〜８×１０７音響オームの音響インピーダンスの抵抗成分を有することを特徴とする請求項１３に記載のイヤホン。
【請求項２０】
前記イヤホンの周波数応答は、低周波数において実質的に線形であることを特徴とする請求項１３に記載のイヤホン。
【請求項２１】
前記イヤホンの周波数応答は、１００Ｈｚ未満の周波数における高信号値及び低信号値と略同じであることを特徴とする請求項１３に記載のイヤホン。
【請求項２２】
低信号値における前記イヤホンの周波数応答と、高信号値における前記イヤホンの周波数応答との差は、１０〜１００Ｈｚの周波数において３ｄＢ未満であることを特徴とする請求項１３に記載のイヤホン。
【請求項２３】
前記ポートは、高周波数において前記音響トランスデューサの周波数応答における減衰を提供することを特徴とする請求項１３に記載のイヤホン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は一般的にイヤホンに関し、より具体的には周波数応答を均一にするためにポート構造を含むイヤホンに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１に示すように、人間の耳１０は感覚器官（図示せず）に通じる外耳道１２を含む。
頭の外側の耳の部分である耳介１１は、耳珠１６及び対珠１８によって部分的に画定された、外耳道１２に隣接する空洞である甲介１４を含む。イヤホンは、耳介を覆って、甲介の中に、又は外耳道の中に、着用されるように一般的には設計される。
【０００３】
高圧及び大音量の変位の事象中には、イヤホン中で空気圧が増大し、音質を低下させる。例えば、所定の高圧及び大音量の変位の事象（例えば、イヤホンが使用者の耳の中に挿入される、取り外される、又は再配置されるとき）は、知覚できる甲高い音又は他の音の歪みを生じさせる場合がある。頭のサイズ、耳の形状及びサイズにおける違いが、イヤホンの応答及び出力の使用者に亘る違いを生じさせるので、この歪みは人によって異なる場合がある。これら問題を軽減するための１つの解決法は、イヤホン内で増大する場合のある空気圧を緩和するために役に立つ均圧ポートを含むことである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７９１６８８８明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
後述されるすべての実施例及び特徴は、すべての技術的に可能な方法で組み込むことができる。
【０００６】
１つの観点において、イヤホンは音響トランスデューサと、この音響トランスデューサの第１の側部に音響的に結合した第１の音響チャンバ（ａｃｏｕｓｔｉｃ  ｃｈａｍｂｅｒ）及び音響トランスデューサの第２の側部に音響的に結合した第２の音響チャンバを備えるハウジングと、を含む。ポートは、第１の音響チャンバ及び第２の音響チャンバに音響的に結合する。音響抵抗物質は、このポートに接近して配置される。
【０００７】
実施形態は以下の特徴のうちの１つ、又はそれらのいずれかの組み合わせを含むことができる。一実施例において、ポートの面積は約０．４×１０−６ｍ２から約４０×１０−６ｍ２までの範囲である。ポートの長さは約０．１ミリメータから約１０ミリメータまでの範囲とすることができる。音響抵抗物質は、約１０ＭＫＳレイル（ＭＫＳ  Ｒａｙｌｓ）から約２０，０００ＭＫＳレイルまでの範囲とすることができる。音響抵抗物質は、プラスティック、布地、金属、透過性材料、織布材料、スクリーン材料、及びメッシュ材料のうちの少なくとも１つを備える。ポートは、低周波において約２×１０６音響オーム〜約８×１０７音響オームの音響インピーダンスの抵抗成分を有することができる。
【０００８】
実施形態は、以下の特徴のうちの１つを含むか、又はそれらのいずれかの組み合わせを含むことができる。一実施例によれば、イヤホンはアクティブノイズ消去回路を含む。第１の音響チャンバは、音響トランスデューサによって第２の音響チャンバから分離することができる。イヤホンの周波数応答は、低周波において実質的に線形であってよい。イヤホンの周波数応答は、１００Ｈｚ未満の周波数において、高信号値及び低信号値でほぼ同じであってよい。低信号値でのイヤホンの周波数応答と高信号値でのイヤホンの周波数応答との差は、１０〜１００Ｈｚの周波数において３ｄＢ未満とすることができる。ポートは、高周波数において音響トランスデューサの周波数応答における減衰を提供することができる。
【０００９】
別の観点では、音響トランスデューサ及びアクティブノイズ消去回路。ハウジングは、音響トランスデューサを部分的に取り囲む第１の音響チャンバを備える。ポートは第１の音響チャンバに接近している。ポートは、約０．４×１０−６ｍ２〜約４０×１０−６ｍ２の範囲の面積を有する。音響抵抗物質はポートに接近して配置される。実施形態は、以下の特徴、又はそれらのいずれかの組み合わせのうちの１つを含むことができる。一実施例では、ポートは第１の音響チャンバをイヤホンの外部環境に音響的に結合する。一実施例のポートは、第１の音響チャンバを第２の音響チャンバに結合する。ポートの長さは、約０．１ミリメートル〜約１０ミリメートルの範囲にある。音響抵抗物質は、約１０ＭＫＳ  レイル〜約２０，０００ＭＫＳ  レイルの範囲のインピーダンスを有する。音響抵抗物質は、プラスティック、布地、金属、透過性材料、織布材料、スクリーン材料、及びメッシュ材料のうちの少なくとも１つを備える。ポートは、低周波数において約２×１０６音響オーム〜約８×１０７音響オームの音響インピーダンスの抵抗成分を有する。イヤホンの周波数応答は、低周波において実質的に線形であってよい。イヤホンの周波数応答は、１００Ｈｚ未満の周波数において、略同じ高信号値及び低信号値であってよい。低信号値でのイヤホンの周波数応答と高信号値でのイヤホンの周波数応答との差は、１０〜１００Ｈｚの周波数において３ｄＢ未満とすることができる。ポートは、高周波数において音響トランスデューサの周波数応答における減衰を提供することができる。
【００１０】
他の特徴、目的、及び利点は、以下の詳細な説明及び図面から明白となるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ヒトの耳を示す図である。
【図２Ａ】耳の中に配置されたイヤホンの斜視図である。
【図２Ｂ】イヤホンの等角図である。
【図３】イヤホンの第１の実施例の断面図である。
【図４】本明細書に記載された原理に従って構成されたポートを含む、いくつかのポート構成の音響インピーダンスを比較するグラフである。
【図５】イヤホンの第２の実施例の断面図である。
【図６】図５のイヤホンの一部の拡大図である。
【図７】従来のポートを組み込むイヤホンと、本明細書に記載された原理に従うポートを組み込むイヤホンと、における、低信号レベル及び高信号レベルに対する音響出力対周波数を示すグラフである。
【図８】イヤホンの周波数応答の調整に対する、ポートの抵抗性インピーダンスの調節の効果を示すグラフである。
【図９】イヤホンの周波数応答の調整に対する、ポートの質量の調節の効果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
イヤホンは、耳の周り、耳の上、又は耳の中にぴったり合い、外耳道の中に音響エネルギーを放射する装置を参照する。イヤホンは、ヘッドホン、イヤピース（ｅａｒｐｉｅｃｅｓ）、ヘッドセット、イヤバッズ（ｅａｒｂｕｄｓ）、又はスポーツヘッドホンを参照する場合があり、有線又は無線とすることができる。イヤホンは、音声信号を音響エネルギーに変換するための音響ドライバを含む。耳の周り又は耳の上に装着するイヤホンは、通常は耳の中に装着するイヤホン（例えば耳介内に収容することができるイヤホン）に使用される音響ドライバより大きい。以下の図面及び説明は１つのイヤホンを示しているが、イヤホンは１つの独立型のユニットであっても、それぞれの耳に対して１つの一対のイヤホンであってもよい。一方のイヤホンは他方のイヤホンに、例えばヘッドバンドによって、又は音声信号をイヤホン中の音響ドライバに導くリード線によって機械的に接続することができる。イヤホンは、音声信号を無線で受信するための部品を含むことができる。イヤホンは、アクティブノイズ低減（ａｃｔｉｖｅ  ｎｏｉｓｅ  ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ：ＡＮＲ）システムの部品を含むことができる。
【００１３】
イヤホンにおける低周波、高圧、及び大音量の変位事象が、甲高い音又は他の歪みのような可聴アーチファクトを結果的に生じさせることがあり得る。これら事象は、例えばイヤホンが使用者の耳の中に挿入されるか、又は取り外されるとき、使用者が衝撃又は振動を経験するとき、及び／又はイヤホンが着用されている間に損傷するか、又は再配置されるときに生じる。この歪みは、頭のサイズ、耳の形、及び耳のサイズにおける違いが使用者に亘るイヤホンの応答及びアウトプットにおける変化をもたらすので、人によって変わる場合がある。さらに、これら大音量の変位事象は、ＡＮＲシステムが同様に応答における大音量の変位を生成するので、ＡＮＲシステムを有するイヤホンにおいてさらに悪化する。
【００１４】
イヤホン中に生成される圧力を放出し、イヤホンのフィット間のばらつきを減少させるためにいくつかの構成を使用することができる。例えば、耳の周りのイヤホンは小さな管を使用して、イヤーカップ（ｅａｒ  ｃｕｐ）の中に生成される圧力を放出するとともに均一にすることができる。同様に、耳中のイヤホンは小さな孔を使用して、圧力を放出するとともに均一にすることができる。これら管、開口部、ベント、又は孔は、ポートとして参照することができる。本明細書においてさらに詳細に述べるように、これらポートは、抵抗成分及び無効成分（ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）（質量又は周波数依存成分とも称される）を含む複素インピーダンスを有する。
【００１５】
サイズの制約によって、特に耳の中に装着するイヤホンでは、これらポートは通常はサイズが小さい（いくつかの例においては１／２ｍｍ若しくはそれ未満である）。したがって、低周波数（例えば１００Ｈｚ未満）におけるポートインピーダンスは、抵抗成分及び低周波数におけるドライバ挙動（例えば低信号レベル及び高信号レベルにおけるドライバの周波数応答によって特徴づけられるような）によって支配され、（例えば耳において測定される）イヤホンの周波数応答を非線形にさせる。非線形性は、大きな粒子速度及びポートを通じた変位によって引き起こされる場合があり、通常は低周波数及び高圧、並びに大音量の変位事象中（例えば、イヤホンを着用するか、又は外す間、及び／又は大きな電圧信号をイヤホンのドライバに送るとき）に生じる。これら事象は、ポートインピーダンスの変化及びドライバの応答の変化を引き起こし得、これらのいずれか又は両方はイヤホンの応答を非線形にならせる。非線形挙動は低周波数で主に見られるが、二次的影響は高周波でもまた見られる。
【００１６】
１つの例では、ポーとは比較的大きな直径の孔（従来のイヤホンのポートに比較して）によって構成され、低周波数、高圧、及び大音量の変位事象中にイヤホン中に増大する場合のある空気圧を緩和するために抵抗性メッシュによって覆われる。抵抗性メッシュは、プラスティック、布地、金属、とりわけ織布材料又は透過性材料から構成された多孔質材料を含むことができる。そのようなポート構成では、インピーダンス（及び実効インピーダンス）の抵抗成分は、低周波数において従来のポートより大きい。結果として、そのようなポートは、低周波数の出力を維持又は増加させつつ、粒子速度及びポートを通じた変位を軽減する（及びそれによってイヤホンの、特に挙動がイヤホンのポートによって支配される低周波数における、周波数応答における非線形性を軽減する）ことができる。いくつかの例（例えば、耳の中に装着するイヤホンを含む用途における）では、インピーダンスの無効成分は、高周波数において従来のポートより小さく、このことは、耳の中に装着するイヤホンの用途に対して好適なポートサイズを提供するのを助ける。
空間的制約がそれほど問題とならない他の用途では、高周波数におけるインピーダンスの無効成分は従来のポートと同じ又は大きくてもよい。高周波数（例えば３ｋＨｚ〜８ｋＨｚ）では、ポートはシステムに減衰を付加して、共鳴を制御するのを助ける。さらに、本明細書に記載するように、バフェット（ｂｕｆｆｅｔ）（すなわち、高圧を引き起こし、マイクロホンにクリッピングをもたらす場合がある、イヤホンの動き又は振動のような物理的事象）及びイヤホンの他の性能特性は、悪影響を受けることがない。いくつかの例では、ポートのサイズ並びにメッシュの抵抗は、望ましい音質及び特性を達成するように調節することができる。１つの実施はフロント‐ツー‐バックポートアーキテクチャ（ｆｒｏｎｔ−ｔｏ−ｂａｃｋ  ｐｏｒｔ  ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ）を使用し、そこではポートはドライバの前部及び後部キャビティ（チャンバとも称される）間に位置付けられる。しかし、他の実施はフロント‐ツー‐アウトサイドポーテドデザイン（ｆｒｏｎｔ−ｔｏ−ｏｕｔｓｉｄｅ  ｐｏｒｔｅｄ  ｄｅｓｉｇｎ）を含むことができ、そこではポートは前部キャビティとイヤホンの外部環境との間に位置付けられる。
【００１７】
図２Ａ及び２Ｂに示すように、イヤホン１００は、ハウジング１０２並びに着用者の耳１０の甲介１４内にフィットするように設計された本体領域１０６及び外耳道１２への入り口又は外耳道の中に配置される出口領域１０４を有するクッション（すなわちイヤチップ（ｅａｒ  ｔｉｐ））を有することができる。イヤチップは、イヤホンの音響成分を着用者の耳の物理的構造へ結合する。示されたイヤチップは本体領域１０６及び出口領域１０４を含むが、これら領域及び／又はさらなる領域を含む、或いはこれら領域を除いた、他のイヤチップの構成を使用することができる。有線のイヤホンの場合には、プラグ２０２がイヤホンを音声信号源、例えばＣＤプレーヤー、セルフォン、タブレット、コンピュータ、ＭＰ３プレーヤー、若しくはＰＤＡ（図示せず）に接続することができ、又は同時に２つ以上の装置のタイプへの接続を可能にするマルチプルプラグ（図示せず）を有することができる。無線機器対応のイヤホンの場合には、プラグ２０２は除外することができる。電子機器モジュール２０４は、例えばその音量を制御するか、又は均等化を提供することによって、音声信号を修正するための電気回路を含むことができる。また、この回路はイヤホンにノイズ消去信号を提供することができる。また、電子機器モジュール２０４は、上述した音声信号源の１つ又は他の１つによって出力された信号をイヤホンに接続するための、手動の又は自動のいずれかのスイッチング電気回路も含むこともできる。有線のイヤホンの場合には、コード２０６が音声信号源からの音声信号をイヤホンに伝達することができる。いくつかの例では、信号は、ブルートゥース（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標））又は他の無線通信方法（例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）  Ｌｏｗ  Ｅｎｅｒｇｙ  （ＢＬＥ）、Ｎｅａｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  （ＮＦＣ）、ＩＥＥＥ  ８０２．１、他のローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）又はパーソナルエリアネットワーク（ＰＡＮ）プロトコル、磁気誘導、等）を使用して無線で通信することができ、コード２０６は含まれない。代替的に又は追加的に、無線リンクが電気回路を１つ以上の音声信号源に接続することができる。
【００１８】
図３に示されるように、イヤホン１００のハウジング１０２は、ドライバ（すなわち、音響トランスデューサ）１１６の両側にハウジングのシェル１１３及び１１５によってそれぞれ画定された後部音響チャンバ１１２及び前部音響チャンバ１１４を含む。いくつかの例では、１４．８ｍｍの直径のドライバが使用される。他のサイズ及びタイプの音響トランスデューサを、例えばイヤホン１００の望ましい周波数応答に応じて使用することができる。ドライバ１１６は、前部及び後部音響チャンバ１１４及び１１２を分離する。ハウジングのシェル１１５は、前部チャンバ１１４をノズル１２６を介して、少なくとも外耳道１２への入り口まで、いくつかの実施形態ではクッション１０６を通じて外耳道１２の中まで、延ばすことができる。ノズルは、音響抵抗素子（ａｃｏｕｓｔｉｃ  ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  ｅｌｅｍｅｎｔ）１１８を含むことができる開口部１２７で終端することができる。いくつかの例では、抵抗素子１１８は、図示されているように、ノズルの端部というよりはノズル１２６内に配置される。別の例では、ノズル１２６は除外される。
【００１９】
均圧（ＰＥＱ）ポート１１９は、前部音響チャンバ１１４と後部音響チャンバ１１２とを音響的に結合する。ＰＥＱポート１１９は、（ａ）イヤホン１００が耳１０の中（又は上）に挿入されるか、又は耳１０から取り外されるとき、（ｂ）イヤホン１００を装着している人がショック又は振動を感じるとき、又は（ｃ）イヤホン１００が装着中に損傷されるか、又は再配置されるときに、外耳道１２及び前部チャンバ１１４内で増加する場合のある空気圧を軽減するのに役立つ。ＰＥＱポート１１９は湾曲した構成を有するように示されているが、他の例では、それは（例えば図５及び６に示されるように）真直ぐとすることができる。ＰＥＱポート１１９は、従来のＰＥＱポートの設計に比較するとかなり大きな面積を有し、好ましくは約０．４×１０−６ｍ２〜約４０×１０−６ｍ２の面積を有する。この面積は、イヤホンのサイズの制約内にフィットしつつ、イヤホンの非線形挙動を軽減するのに十分大きいはずである。ＰＥＱポート１１９は、好ましくは約０．１ｍｍ〜約１０ｍｍの長さを有する。抵抗性メッシュ１２０は、ＰＥＱポート１１９に、又はその近傍（別の実施態様においては内部）に位置付けられる。本明細書に記載されているように、抵抗性メッシュ１２０はほとんどすべての多孔性材料を備えることができ、約１０ＭＫＳレイル〜約２０，０００ＭＫＳレイルの範囲の音響インピーダンスを有することができる。ＰＥＱポート１１９は図３ではドライバの前部キャビティと後部キャビティとの間の通気孔として示されているが、他の例ではＰＥＱポート１１９は前部キャビティからイヤホンの外部環境へ通気することができる。
【００２０】
ポートを有するイヤホンによって提供することができる受動的減衰（ｐａｓｓｉｖｅ  ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ）の量は、ポートを通じた音響インピーダンスによって制限されることが多い。一般的には、より大きなインピーダンスが好ましい。しかし、所定のポート形状が、適切なシステム性能を有するために必要とされることが多い。ポートは音響出力を改善し、音声応答を均一化し、過圧事象中の通気経路を提供するために使用される。インピーダンスは多くの方法で変化させることができ、そのいくつかは関連している。インピーダンスは周波数依存性を有し、インピーダンスを周波数の範囲を超えて増加させる、及び／又はインピーダンスを別の周波数の範囲で減少させることが好ましい場合がある。インピーダンスは２つの成分：抵抗成分（ＤＣ流れ抵抗Ｒ）並びに無効又は質量成分（ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｏｒ  ｍａｓｓ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）ｊωＭを有し、ここでωは周波数であり、Ｍ＝ρｌ／Ａである。Ｍは音響質量であり、ｌはポートの長さであり、Ａはポートの断面積であり、ρは空気の密度である。合計インピーダンスは、問題となっている特定の周波数において、音響インピーダンス｜ｚ｜の大きさ又は絶対値を決定することによって計算することができる。ＰＥＱポート１１９は、低周波数（例えば、１００Ｈｚ未満の周波数）において約２×１０６音響オーム〜約８×１０７音響オームの音響インピーダンスの抵抗成分を好ましくは有する。
【００２１】
図４は、本明細書に記載された原理に従って構成されたポートを含むいくつかのポート構成の音響インピーダンスを比較するグラフ４００を示す。グラフは３つのポート構成：標準的な耳内のＰＥＱ（曲線４０２）、標準的な耳周りのＰＥＱ（曲線４０４）、及び本明細書に記載された原理に従うＰＥＱ（曲線４０６）に対する音響インピーダンス対周波数を表示する。示されるように、曲線４０６の抵抗性ＰＥＱは、標準的な耳内の又は耳周りのＰＥＱに比べて、低周波数（そこではインピーダンスの抵抗成分が支配的である）における高いインピーダンスを有する。いくつかの例では、図４におけるように、抵抗性ＰＥＱは、標準的な耳内の又は耳周りのＰＥＱに比べて高周波数（そこではインピーダンスの無効成分が支配的である）における低いインピーダンスを有するが、他の例では高周波数におけるインピーダンスは、標準的な耳内の又は耳周りのＰＥＱと同じか、又はそれより高い場合がある。高周波数におけるインピーダンスは、望ましい用途に基づいて、例えばポートの長さを変化させることによって調整することができる。低い周波数における、より高いインピーダンスは、結果的に低い粒子速度及びポートを通じた変位をもたらし、したがって低周波数の出力を維持又は増加させつつ、イヤホンの、特に低周波数における線形性を改善する。ＰＥＱポート１１９は、例えばイヤホン１００が使用者の耳１０の中に挿入される、若しくは使用者の耳１０の中から取り外されるときの、又はイヤホンの使用中の過圧状態の回避を容易化する。前部音響チャンバ１１４において高まった圧力はＰＥＱポート１１９を介して後部音響チャンバ１１２へ、そしてそこから１つ以上の後部キャビティポートを介して環境へ逃げる。一つの例では、後部キャビティは２つのポート１２２及び１２４（後述でより詳細に述べる）を含むが、他の例ではこれらポートのうちの１つのみを含むことができる。さらに、ＰＥＱポート１１９は、存在する場合がある他のリークと平行して作用する一定のリークを提供するように使用することができる。このリークは、個人に亘るイヤホンの応答を標準化するのを助ける。
【００２２】
後部チャンバ１１２は、後部チャンバ１１２がポート（質量ポートとも称される）１２２のようなリアクタンス素子（ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｅｌｅｍｅｎｔ）及びこれもまたポート１２４として形成することができる抵抗素子（ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  ｅｌｅｍｅｎｔ）の一方又は両方を含む場合を除いて、シェル１１３によってドライバ１１６の背面の周りでシールされる。リアクタンスポート（ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｐｏｒｔ）１２２及び抵抗ポート（ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  ｐｏｒｔ）１２４は、後部音響チャンバ１１２をイヤホンの外部環境と音響的に結合し、それによって上述した空気圧を軽減する。この開示は、ポートをリアクタンス性又は抵抗性と称しているが、実際にはいずれのポートもリアクタンス性及び抵抗性の両方を有することができる。所定のポートを記載するのに使用される用語は、どちらの効果が支配的であるかを示す。リアクタンスポート１２２のようなリアクタンスポートは管状に形成された開口部を含むことができ、その中に別様にシールされた音響チャンバ（例えば、後部チャンバ１１２）を含むことができる。抵抗ポート１２４のような抵抗素子は、音響抵抗を提供する材料によって覆われた音響チャンバの壁に小さな開口部を含むことができる。この材料は、いくらかの空気及び音響エネルギーがチャンバの壁を通過することを可能にするワイヤ又は布地スクリーンを含むことができ、ほとんどの多孔性材料を備えることができる。
【００２３】
リアクタンスポート１２２は、約０．５ｍｍ〜約２ｍｍの直径を好ましくは有する。リアクタンスポート１２２は、約５ｍｍ〜約２５ｍｍの長さを好ましくは有する。抵抗ポート１２４は、約１．７ｍｍの直径と、好ましくは約１ｍｍの長さとを有し、２６０ＫＭＳレイルの抵抗性材料（例えば、布又はいずれかの他の好適な材料）によって覆われている。これら寸法は、リアクタンスポート１２２に望まれる音響特性、及び前部チャンバ１１４の中で増加してポート１１９によって後部チャンバ１１２に伝達される圧力のための逃げ道の両方を提供する。前部チャンバ１１４からＰＥＱポート１１９を通じて後部チャンバポート１２２及び１２４を出るインピーダンスの合計絶対値は、好ましくは１０Ｈｚにおいて約４×１０８ｋｇ／ｍ４×秒より小さい。また別の例では、インピーダンスの合計絶対値は１０Ｈｚにおいて約２×１０８ｋｇ／ｍ４×秒より小さくすることができる。ポート１２２及び１２４は、後部音響チャンバ１１２からイヤホンの外部環境への移送を提供する。さらに、移送されたシステムにおいて前部から後部へのＰＥＱポート１１９を使用するときの受動的な減衰の観点からの有意義な利益を受けるために、ポート１２２及び１２４のインピーダンスのＰＥＱポート１１９のインピーダンスに対する比は、好ましくは０．２５より大きく、より好ましくは１ｋＨｚにおいて約１．６である。
【００２４】
ポート１１９、１２２、及び１２４はシステムの出力を増加させるように機能し、それによってアクティブノイズ低減を改善して、均圧を提供する。ＡＮＲイヤホンでは、合計システムノイズ削減を改善することができる周波数におけるこれらポートのインピーダンスを最大化することが望ましい。インピーダンスが所定の周波数において圧力を通気するために低いことが好ましい場合があるが、インピーダンスが他の周波数においては低周波数の出力を増加させる、及び／又は受動的減衰を最大化するために高いことが好ましい場合がある。ポートは、そのようなインピーダンスの調整が、インピーダンスがインピーダンスの設計によってＤＣ抵抗成分及び周波数依存無効成分の両方を有することができるように生じることを可能にし、それら成分それぞれの値は、望ましい用途のために最適化することができる。
【００２５】
クッション１０６、キャビティ１１２及び１１４、ドライバ１１６、音響抵抗素子１１８、ＰＥＱポート１１９、並びにポート１２２及び１２４は、イヤホン１００の性能に影響する場合がある音響特性を有する。これら特性は、イヤホンのための望ましい周波数応答を得るために調節することができる。アクティブ又はパッシブ均等化回路のようなさらなる要素もまた、周波数応答を調節するために使用することができる。後部チャンバ１１２は、好ましくは約０．１ｃｍ３〜約３．０ｃｍ３の容積を有し、より好ましくは約０．５ｃｍ３の容積（この容積は（トランスデューサの内側の）ドライバ１１６のダイアフラムの後ろの容積を含む）を有するが、金属、ＰＣＢ、プラスティック、又はハンダによって占有される容積は含まない。ドライバを除くと、前部チャンバ１１４は、好ましくは約０．０５ｃｍ３〜約３ｃｍ３の容積を有し、より好ましくは約０．２５ｃｍ３の容積を有する。
【００２６】
いくつかの例では、リアクタンスポート１２２及び抵抗ポート１２４は、音響リアクタンス及び音響抵抗を同時に提供する、すなわちそれらそれぞれが独立して後部チャンバ１１２をフリースペースに結合する。対照的に、リアクタンス及び抵抗は１つの経路において、リアクタンスポートの管の内側に金属スクリーンのような抵抗素子を配置することによって、順次提供され得る。平行なリアクタンスポート及び抵抗ポートをして具現化された平行なリアクタンス素子及び抵抗素子は、一連のリアクタンス素子及び抵抗素子を使用する実施形態に比較して、増加された低周波数応答を提供する。平行な抵抗は低周波数出力を実質的に弱めることはないが、一連の抵抗は弱める。平行なポートを有する小さな後部キャビティを使用することは、イヤホンが、改善された低周波数出力及び、低周波数出力と高周波数出力との間の望ましいバランスを有することを可能にする。
【００２７】
上述の要素のいくつか又はすべては、特定の周波数応答を（電子的にではなく）達成するために、組み合わせの形で使用することができる。いくつかの例では、更なる周波数応答形成を、イヤホンの音響再生をさらに調整するために使用することができる。これを達成する１つの方法は、回路を使用するパッシブな電気的均一化によるものである。そのような回路はイヤホンとインラインで、例えば電子機器モジュール２０４（図２Ａ）の内側に格納することができる。アクティブノイズ低減回路又はワイヤレス音声回路が存在する場合には、そのような動力回路を、アクティブ均一化を提供するために使用することができる。
【００２８】
図５及び６では、イヤホン５００のまた別の一例は、ハウジングのシェル３１３及び３１５によってそれぞれドライバ（例えば音響トランスデューサ）３１６の両側に画定された後部音響ャンバ３１２及び前部音響チャンバ３１４を含む。いくつかの例では、１４．８ｍｍの直径のドライバが使用される。他のサイズ及びタイプの音響トランスデューサを、例えばイヤホンの望ましい周波数応答に応じて使用することができる。ドライバ３１６は、前部及び後部の音響チャンバ３１４及び３１２を分離する。前部チャンバ３１４は、前部チャンバ３１４を使用者の耳（図示しない）に結合するノズル３０８及びイヤチップ３１０を含むことができる。他の例では、ノズル３０８は除外することができる。
【００２９】
図３に示すように、ＰＥＱポート３１９は前部チャンバ３１４と後部音響チャンバ３１２とを音響的に結合する。ＰＥＱポート１１９は、一般的に真直ぐな構成を有するとして示されているが、この構成は（例えば図３に示されるように）湾曲させることができる。ＰＥＱポート３１９は、過圧事象中（例えばイヤホン３００が耳の中に、又は耳の上に挿入されるとき）に外耳道及び前部チャンバ３１４内で増加する場合のある空気圧を緩和するように作用する。上述に説明したように、その圧力は次いで後部チャンバ３１４中の１つ以上のポートを通じて環境中に放出される。図３に示すように、抵抗性メッシュ３２０がＰＥＱポート１１９に、又はその近傍に（別の実施様態ではその内側に）位置付けられる。ＰＥＱポート１１９は、図３に関して説明したのと同じ面積及び長さの寸法並びに音響インピーダンス特性を好ましくは有する。さらに、抵抗性メッシュ３２０は、図３に関して説明したのと同じ材料特性を好ましくは有する。図５では、ＰＥＱポート３１９は前部及び後部キャビティ間の通気孔として示されているが、他の例ではＰＥＱポート３１９は前部キャビティからイヤホンの外部環境へ通気することができる。
【００３０】
後部チャンバ３１２は、後部チャンバ３１２が（マスポートとも称される）ポートのようなリアクタンス素子の一方又は両方、及びこれもまた（この断面図には示されていない）ポートとして形成することができる抵抗素子を含む場合を除いて、シェル３１３によってドライバ３１６の後ろ側の周りをシールされる。リアクタンス素子及び抵抗素子は、後部音響チャンバ３１２をイヤホンの外部環境と音響的に結合する。リアクタンス素子及び抵抗素子は、図３に関して上述したのと同じ寸法及び特性を好ましくは有する。
【００３１】
低周波数においてポートのインピーダンスを増加させることは、いくつかの重要な効果をもたらす。例えば、ポート構成が特に低周波数において線形性を改善し、システムに対する低周波数における出力を増加させる。さらに、ポート構成が高周波数においてシステムに減衰を付与し、共振の制御を助ける。従来のポートと比較すると、ここに記載されたポートは、抵抗成分と直列に存在する比較的小さな質量を有することができ、質量成分はより高い周波数応答の形状に亘る制御を提供するために使用することができる。抵抗性メッシュ及びポートの面積は、システムの抵抗及び質量を設定するか、又はシステムの抵抗及び質量に影響するように調節することができる。
【００３２】
図７は、従来のポートを組み込んだイヤホンと、本明細書に記載された原理に従うポートを組み込まれたイヤホンとにおける、低信号レベル（例えば、５０ｍＶ未満）及び高信号レベル（例えば、５００ｍＶより大きい）に対する音響出力対周波数を示すグラフ７００を示す。図７における曲線は、例えば参照マイクロホンを介して、外耳道におけるイヤホンの周波数応答を測定することによって、生成されている。ＡＮＲシステムにおいては、周波数応答もまた、フィードバックマイクロホンを使用して測定することができ、この測定は線形性の観点から図７に示された結果と同様の結果を生じさせると期待される。図７では、曲線７０２及び７０４が、低信号レベル及び高信号レベルのそれぞれにおいて従来のポートを組み込んでいるイヤホン中の周波数応答を示す。示されているように、１００Ｈｚ未満の周波数では、低信号レベル及び高信号レベルにおける応答には殆ど１５ｄＢの差がある。したがって、従来のポートを組み込んでいるイヤホンに対する応答は、低周波数において相対的に非線形となる。曲線７０６及び７０８は、低信号レベル及び高信号レベルのそれぞれにおける、本明細書に記載された原理に従うポートを組み込んだイヤホンの周波数応答を示す。示されるように、低信号値及び高信号値における応答には非常に小さな差しかない（すなわち、２つの曲線間の間隔は実質的に狭い）。この線形性における改善は、可聴歪みによる問題を軽減し、かつＡＮＲシステムにおいてマイクロホンの不安定性及び過圧によるアーチファクト及び問題を軽減する。さらに、本明細書に記載された原理に従うポートを使用することによって、低信号値における出力は、約６ｄｂだけ増加した。ＡＮＲシステムにおいて、この低信号レベルにおける増加した出力は、より効果的かつ効率的なノイズ消去をもたらし、低周波数減衰の量を増加させ、イヤホンの有効範囲を改善する。
【００３３】
従来は、線形性はＰＥＱの面積及び長さを増加させることによって改善されてきており、それによって音響インピーダンスの無効成分を維持若しくは増加しつつ、抵抗成分を減少させていた。対照的に、本明細書に記載された例においては、音響インピーダンスの抵抗成分は増加している。ポートの抵抗を増加させることは、圧力通気路における関連して増加された抵抗の故にバフェットパフォーマンスに負の影響を与えると予想されていた。しかし、ポートの面積及びメッシュ材料によって提供される抵抗を調節することによって、ポートの線形性、及びしたがって耳において測定されるイヤホンの線形性が改善された。この線形性における改善は、同じ、又は改善されたバフェットパフォーマンスを提供しつつ、低周波数における増加したインピーダンスを可能にした。
【００３４】
図８及び図９は、本明細書に記載された原理に従うポートの抵抗及び質量（リアクタンス）それぞれを変化させる効果を図示するグラフ８００及び９００を示す。これら図に示すように、ポートの抵抗性インピーダンスを（その寸法及び抵抗物質を介して）調節すること、及び／又はポートの質量を（その寸法を介して）調節することは、それぞれイヤホンのための望ましい周波数応答の調整を可能にする。図８に示すように、抵抗性インピーダンスが増加するにつれて低周波数出力は増加し、図９に示すように、リアクタンスインピーダンスが減少するにつれて減衰が高周波数において改善される。
【００３５】
外耳道効果（ｅａｒ  ｃａｎａｌ  ｅｆｆｅｃｔ）による高周波における前部キャビティの変化を制御するために、質量要素をヘッドホンの前部キャビティと外耳道との間に配置することができる。いくつかの例では、この質量要素は、その全体が参照によって組み込まれる特許文献１に記載されているように、ノズルの形態をとることができる。本明細書に記載れた原理に従うポートの使用は、外耳道変化効果を減少させることができ、ノズルのような質量要素に対する必要なしに、同様の変化量を可能にする。
【００３６】
多くの実施例が記載されてきた。それでもなお、さらなる変形を、本明細書に記載された発明概念の範囲から逸脱すること無く行うことができ、したがって、他の実施形態は特許請求の範囲に記載された発明の範囲内にあることが理解されるだろう。
【符号の説明】
【００３７】
１０                耳
１２                外耳道
１４                甲介
１００              イヤホン
１０２              ハウジング
１０４              出口領域
１０６              本体領域、クッション
２０２              プラグ
２０４              電子機器モジュール
２０６              コード
１１２              後部音響チャンバ
１１３              シェル
１１４              前部音響チャンバ
１１５              シェル
１１６              ドライバ、音響トランスデューサ
１１８              音響抵抗素子
１１９              均圧（ＰＥＱ）ポート
１２０              抵抗性メッシュ
１２２              リアクタンスポート
１２４              抵抗ポート
１２６              ノズル
１２７              開口部
３００              イヤホン
３０８              ノズル
３１０              イヤチップ
３１２              後部音響ャンバ
３１３              シェル
３１４              前部音響チャンバ
３１５              シェル
３１６              ドライバ、音響トランスデューサ
３１９              ＰＥＱポート
３２０              抵抗性メッシュ
５００              イヤホン
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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