(57)【要約】【課題】例えば、ドアの開閉音や使用者の頭部の動きなどによって気圧が急激に変動したとしても、不愉快な超低音の雑音が発生することを防止することができる防音保護具を得る。【解決手段】人の頭部に人の耳を覆って装着することができる本体ケーシング２０と、本体ケーシング２０内に配置され本体ケーシング内に侵入する音波を検知して音声信号に変換するマイクロホン１０と、マイクロホン１０で変換される音声信号と逆位相の信号を生成する位相反転器３２と、位相反転器３２で生成される逆位相信号によって駆動され逆位相のキャンセル音を発するスピーカ３５と、を有し、マイクロホン１０は、低音域の出力が減衰する速度型コンデンサーマイクロホンである。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
人の頭部に人の耳を覆って装着することができる本体ケーシングと、
本体ケーシング内に配置され本体ケーシング内に侵入する音波を検知して音声信号に変換するマイクロホンと、
上記マイクロホンで変換される音声信号と逆位相の信号を生成する位相反転器と、
上記位相反転器で生成される逆位相信号によって駆動され逆位相のキャンセル音を発するスピーカと、を有し、
上記マイクロホンは、低音域の出力が減衰する速度型コンデンサーマイクロホンである防音保護具。
【請求項２】
速度型コンデンサーマイクロホンは、振動板と対向する固定電極に、無指向性を保つことができる程度の孔が固定電極を厚さ方向に貫通して形成されている請求項１記載の防音保護具。
【請求項３】
固定電極の孔は１箇所にのみ形成されている請求項２記載の防音保護具。
【請求項４】
速度型コンデンサーマイクロホンの出力信号は、周波数特性を所望の特性に整えるフィルタとアンプを介してスピーカに入力される請求項１記載の防音保護具。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、イヤマフ（耳覆い）型の防音保護具に関するもので、特に、能動型雑音低減装置を備えたものにおいて、不愉快な超低周波数の雑音が生じないように工夫したことを特徴とするものである。
【背景技術】
【０００２】
大きな騒音の中で行動しなければならない場合、例えば、空港や航空機の整備場など、大きなエンジン音の中で整備作業を行う場合、作業員は大きな騒音で耳を傷めないようにイヤマフ型の防音保護具を装着する。防音保護具には、それ自体の外部騒音遮断効果を高めた受動型と、内部に侵入してきた騒音をマイクロホンで検出して、騒音と逆位相のキャンセル音を発することにより騒音を打ち消すようにした能動型がある。上記騒音のことを「環境騒音」といい、上記逆位相の音を発するための信号を「消音信号」といい、逆位相の音源を「二次音源」という。本考案は能動型の防音保護具に関する。
【０００３】
従来の能動型防音保護具においては、環境騒音から逆位相のキャンセル音を得るためのマイクロホンとして、出力信号の周波数特性が低音域から高音域まで平坦な圧力型の無指向性マイクロホンが用いられている。図５は、圧力型無指向性マイクロホンの例を示す。図５において、有底円筒状のユニットケース１内には、振動板リング２、外周縁部が振動板リング２の一方の面に固着された振動板３、リング状のスペーサ４、固定電極５、絶縁ホルダ６、回路基板７がこの順に収納されている。振動板３は樹脂製の薄膜からなり、一面側は電極になっている。振動板３の外周部と固定電極５の外周部との間にスペーサ４が介在し、スペーサ４の厚さに相当する僅かな隙間が振動板３と固定電極５との間に形成されている。ユニットケース１の底部には音波が侵入する孔１１が適宜数形成され、これらの孔１１に振動板１１が対向している。ユニットケース１の開口端側の縁部が内方に折り曲げられて回路基板７の外周縁部を押圧し、この押圧力で絶縁ホルダ６、固定電極５、スペーサ４、振動板３、振動板リング２がこの順にケース１の内底面に向かって押圧され、ケース１内に固定されている。
【０００４】
上記孔１１から音波が侵入すると、振動板３が音波を受けて振動する。振動板３と固定電極５とでコンデンサーを構成していて、振動板３の振動に従ってコンデンサーの容量が変化する。このコンデンサー容量の変化は電圧の変化として出力される。こうしてマイクロホンにより電気音響変換されることになる。このコンデンサーマイクロホンは、振動板３の固定電極５側の空間が密閉されていて、圧力型の無指向性マイクロホンとなっている。
【０００５】
圧力型コンデンサーマイクロホンとは、空気の圧力変動を電気信号に変換する形式のコンデンサーマイクロホンである。この動作原理から、ドアの開閉音や使用者の頭部の動きによって振動板３にかかる気圧が急激に変動すると、この気圧の変動を大振幅の超低音域の音波として検知する。したがって、圧力型コンデンサーマイクロホンを環境騒音検知手段として備えている防音保護具によれば、上記大振幅の超低音域の音波として検知された信号に基づき、これを打ち消そうとする消音信号を発生させ、この消音信号に基づいて二次音源から超低音域の音が発せられる。この超低音域の音は環境騒音を打ち消すものではないから、超低周波数の雑音となり、防音保護具の使用者に不快感を与えることになる。
【０００６】
二次音源において環境騒音の打消しに寄与しない上記超低音域の音波を減衰させるには、（１）信号処理回路において消音信号を減衰させる方法、（２）防音保護具内部と外部とをつなぐ空気通路を形成して、内部と外部との間に音響回路を構成する方法、が考えられる。
上記（１）のように、信号処理回路において低音域を減衰させるために、一般的にはコンデンサーＣと抵抗Ｒによるフィルタ回路が用いられる。しかし、かかるＣとＲによるフィルタ回路を用いると、位相の周波数特性が遅れ方向に変化するため、二次音源による雑音低減効果が損なわれることがある。また、上記コンデンサーＣに代えて低周波用コイルＬと抵抗Ｒによるフィルタ回路を用いることも考えられる。しかし、低周波用コイルＬは大きなインダクタンスのものが必要であり、部品の寸法が大きくなり、イヤマフ型防音保護具のような携帯型の器具には適さない。
上記（２）の従来例のように、防音保護具内部と外部との間に音響回路を構成する方法によれば、防音保護具内部と外部とをつなぐ空気通路によって、防音保護具自らが持つ低音域の遮音特性が犠牲となることがある。
【０００７】
本考案に関連のある先行技術として、双指向性マイクロホンを本体ケーシング内に配設するとともに、本体ケーシングの前部に音声取り入れ用の孔を設け、この孔からマイクロホンの音声感知面およびノイズキャンセリング面まで通じる音声通路をそれぞれ形成してなるマイクロホン装置がある（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。このマイクロホン装置は、マイクロホンの双指向性が損なわれないようにすることを目的とする。
【０００８】
他の先行技術として、無指向性のマイクロホンを使用しながら周囲騒音をキャンセルするようにした音声入力装置がある（特許文献３参照）。この音声入力装置は、第１と第２の無指向性マイクロホンを音響的に時間差が生じるように配置し、第２の無指向性マイクロホンから入力された音声信号を遅延回路により遅延した上で反転回路により位相反転し、この位相反転された第２の無指向性マイクロホンからの音声信号と第１の無指向性マイクロホンからの音声信号とを加算増幅器で加算するものである。
【０００９】
上記各特許文献記載の考案は、構成の一部が本願考案の構成の一部に似ているが、本願考案を示唆するものではない。
【００１０】
【特許文献１】特開２０００−１８４４８９号公報
【特許文献２】特開平７−９９６９７号公報
【特許文献３】特開平５−２８４５８８号公報
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【００１１】
図５に示すような圧力型コンデンサーマイクロホンを環境騒音検出手段として用いた能動型防音保護具によれば、前述のとおり、出力信号の周波数特性が低音域から高音域まで平坦な圧力型の無指向性マイクロホンが用いられているために、ドアの開閉音や使用者の頭部の動きによって振動板３にかかる気圧が急激に変動した場合に、不愉快な超低音の雑音を発生する難点があった。このことを、特性線図を用いて説明する。図３に示す特性線図は圧力型マイクロホンと速度型マイクロホンの周波数応答を示すもので、実線が圧力型、破線が速度型である。圧力型は低音域から高音域まで平坦な特性になっている。この平坦な特性を持っていることが上記のような問題点につながる。これに対して速度型は低音域が減衰している。この速度型を用いれば、ドアの開閉音や使用者の頭部の動きによって気圧が急激に変動したとしても応答しにくく、不愉快な超低音の雑音が発生することを防止することができる可能性がある。
【００１２】
本考案は、以上のような従来技術の問題点を解消するためになされたもので、例えば、ドアの開閉音や使用者の頭部の動きなどによって気圧が急激に変動したとしても、不愉快な超低音の雑音が発生することを防止することができる防音保護具を提供することを目的とする。
本考案の他の目的は、上記防音保護具を簡単な構成で安価に提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本考案は、人の頭部に人の耳を覆って装着することができる本体ケーシングと、本体ケーシング内に配置され本体ケーシング内に侵入する音波を検知して音声信号に変換するマイクロホンと、上記マイクロホンで変換される音声信号と逆位相の信号を生成する位相反転器と、上記位相反転器で生成される逆位相信号によって駆動され逆位相のキャンセル音を発するスピーカと、を有し、上記マイクロホンは、低音域の出力が減衰する速度型コンデンサーマイクロホンであることを最も主要な特徴とする。
【考案の効果】
【００１４】
速度型コンデンサーマイクロホンは低音域の出力が減衰する特性を持っているため、例えば、ドアの開閉音や使用者の頭部の動きなどによって気圧が急激に変動したとしても、急激な気圧の変動に基づく超低音域の出力信号が減衰し、この出力信号を源とする不快な超低音域の雑音の発生が軽減される。
【考案を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本考案にかかる防音保護具の実施例を、図面を参照しながら説明する。
図１において、防音保護具は、本体ケーシング２０を有し、本体ケーシング２０の開口端にはこの開口端を塞いでバッフル板２３が固定されている。バッフル板２３の外側面外周部には、人の耳を囲んで人の頭部の側面に圧着することができるイヤパッド２１が固着されている。バッフル板２３とイヤパッド２１で囲まれる空間２２にはマイクロホン１０が適宜の固定手段によって配置されている、マイクロホン１０は速度型コンデンサーマイクロホンで、その具体的な構成は後で説明する。
【００１６】
バッフル板２３にはスピーカ３５を取り付けるための孔が設けられ、この孔位置にスピーカ３５が取り付けられている。バッフル板３５の内側面と本体ケーシング２０の内側面とで密閉空間２４が形成されている。マイクロホン１０の音声信号出力はマイクロホンアンプ３１によって増幅され、アンプ３１の出力は位相反転器３２で位相が反転されるようになっている。位相が反転された音声信号はフィルタ３３を経てパワーアンプ３４に入力され、パワーアンプ３４によってスピーカ３５が駆動されるようになっている。したがって、スピーカ３５は上記位相が反転された音声信号で駆動されることになる。図１では、マイクロホンアンプ３１、位相反転器３２、フィルタ３３、パワーアンプ３４が本体ケーシング２０の外側に描かれているが、これらは本体ケーシング２０内の回路基板などに組み込むことができる。本体ケーシング２０には上記各回路を駆動する電源電池も装填される場合もある。
【００１７】
本体ケーシング２０自体およびイヤパッド２１は、環境騒音の内部への侵入を遮断することができるように、その構造や材質などが選択され、イヤマフ型でありかつ受動型の防音保護具としてある程度機能することができる。しかし、上記のように、マイクロホン１０からスピーカ３５に至る回路を備えていることにより、能動型防音保護具として動作する。すなわち、前記空間２２に侵入する環境騒音はマイクロホン１０で検出され、アンプ３１で増幅された後、位相反転器３２で位相が反転され、この反転信号はフィルタ３３で周波数特性が整えられ、パワーアンプ３４によりスピーカ３５が上記反転信号に従って駆動される。スピーカ３５の駆動によって発せられる音波は、空間２２に侵入する環境騒音の位相を反転した音波であるため、空間２２に侵入する環境騒音がスピーカ３５から発せられる音波で打ち消される。こうして、環境騒音が人の耳に障害をもたらすほどの大きな騒音であっても、図示の実施例にかかる防音保護具を装着することによって防音され、人の耳を保護することができる。
【００１８】
上記速度型コンデンサーマイクロホン１０の具体的な構成を図２に示す。図２において、有底円筒状のユニットケース１内には、振動板リング２、外周縁部が振動板リング２の一方の面に固着された振動板３、リング状のスペーサ４、固定電極５、絶縁ホルダ６、回路基板７がこの順に収納されている。振動板３は樹脂製の薄膜からなり、一面側は電極になっている。振動板３の外周部と固定電極５の外周部との間にスペーサ４が介在し、スペーサ４の厚さに相当する僅かな隙間が振動板３と固定電極５との間に形成されている。この例における絶縁ホルダ６は円筒形状になっていて、固定電極５の背面側に比較的大きな空間が生じている。ユニットケース１の底部には音波が侵入する孔１１が適宜数形成され、これらの孔１１に振動板１１が対向している。ユニットケース１の開口端側の縁部が内方に折り曲げられて回路基板７の外周縁部を押圧し、この押圧力で絶縁ホルダ６、固定電極５、スペーサ４、振動板３、振動板リング２がこの順にケース１の内底面に向かって押圧され、ケース１内に固定されている。
【００１９】
ここまで説明してきた構成が図５に示す圧力型コンデンサーマイクロホンの構成と大きく異なる点は、固定電極５に例えば一つの孔５１が固定電極５を厚さ方向に貫通して形成されている点である。孔５１の径が大きすぎると、あるいは孔５１の数が多くなる（例えば、周方向に等間隔に６個程度）と、指向性が生じるので、孔５１は、無指向性を保つことができる程度の大きさ又は数にする。固定電極５に孔５１を形成することにより、振動板３の背面側の空間と固定電極５の背面側の空間とが連通され、振動板３に圧力がかかったとき、孔５１を介して空気が逃げる空間が確保されることになる。このような構成にすることにより、空気の流れによって振動板３が振動し、電気音響変換する速度型コンデンサーマイクロホンを得ることができる。
【００２０】
図３に破線で示す曲線は、上記のように構成された速度型コンデンサーマイクロホンの周波数応答を示しており、低周波数領域のレベルが減衰している。具体的には、２００Ｈｚ付近から減衰が始まり、周波数が低くなるにしたがって大きく減衰している。これを実線で示す圧力形コンデンサーマイクロホンの周波数応答と比較すると、低周波数領域のレベルが減衰していることが明確に分かる。図４は、本考案の上記実施例における受動時の騒音低減効果を破線ａで、能動時の騒音低減効果を実線ｂで示す。横軸は周波数である。太い実線ｃは外部騒音を示す。
【００２１】
図６は、図４に対応して圧力型コンデンサーマイクロホンを備えた従来の防音保護具の騒音低減効果を示す。受動時の騒音低減効果を破線ａで、能動時の騒音低減効果を実線ｂで示す。太い実線ｃは外部騒音を示す。
図４と図６を比較すると、能動時の騒音低減効果が図４に示す本考案の実施例の方が、図６に示す従来例よりも小さくなっている。より詳細に観察すると、人が知覚しやすい２００Ｈｚ以上の周波数帯域では、能動時の騒音低減効果は本願考案の実施例も従来例もほぼ同じ遮音効果を発揮している。これに対して、１００ＨＺ以下の帯域では、本願考案の実施例の方が従来例よりも能動時の騒音低減効果が低下している。換言すれば、１００Ｈｚ以下の低い周波数帯域では、本願考案の実施例の方が、２次信号が減少している。また、５０Ｈｚにおいて、受動時と能動時の差を、本願考案の実施例の場合と従来例の場合とで比較すると、本願考案の実施例の場合４ｄＢであるのに対し、従来例は１０ｄＢである。このことからも、本願考案の実施例では、能動動作時に低周波数領域における騒音低減効果が低下していることが分かる。
【００２２】
以上のことから、例えば、ドアの開閉音や使用者の頭部の動きなどによって気圧が急激に変動したとき、もともと環境騒音でないにもかかわらず、上記気圧変動を環境騒音として検知してしまうことを軽減し、上記気圧変動に伴う不愉快な超低音の雑音が発生することを防止することができる。
また、本考案の実施例によれば、マイクロホンを速度型コンデンサーマイクロホンにすることによって大きな効果を得ることができ、騒音低減効果の大きいイヤマフ型の能動型防音保護具を安価に提供することができる。
本考案は、大きな騒音下で行動しなければならないあらゆる場合に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本考案にかかる防音保護具の実施例を示す模式図である。
【図２】上記実施例中の速度型コンデンサーマイクロホンを示す縦断面図である。
【図３】上記速度型コンデンサーマイクロホンの周波数応答を圧力型コンデンサーマイクロホンの周波数応答と比較して示す特性線図である。
【図４】上記実施例における受動時の騒音低減効果と能動時の騒音低減効果を比較するために外部騒音とともに示す特性線図である。
【図５】従来の防音保護具に用いられる圧力型コンデンサーマイクロホンを示す縦断面図である。
【図６】圧力型コンデンサーマイクロホンを用いた従来の防音保護具における受動時の騒音低減効果と能動時の騒音低減効果を比較するために外部騒音とともに示す特性線図である。
【符号の説明】
【００２４】
３    振動板
５    固定電極
１０    マイクロホン
２０    本体ケーシング
３２    位相反転器
３３    フィルタ
３５    スピーカ
５１    孔
【図１】
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【図２】
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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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