(57)【要約】【課題】キャンセル信号と楽音信号との電気的な結合関係を浅くして、キャンセル信号が楽音信号に与える影響を少なくし、キャンセル信号と楽音信号双方の電力増幅回路が互いに負荷とならず、音質が良好で、内臓電池が消耗しても楽音信号に基づく再生音を聴くことができるノイズキャンセル方式のヘッドホンを得る。【解決手段】一つの振動板７０と振動板７０を駆動する二つのボイスコイル６１，６２を備えた一つのスピーカユニット５０を有し、一方のボイスコイルには楽音信号を、他方のボイスコイルには騒音検出用マイクロホン２０で検出された騒音信号に基づくノイズキャンセル信号を入力する。ボイスコイル６０はセンタータップ付きとし、ボイスコイルの一端側に楽音信号を、ボイスコイルの他端側にノイズキャンセル信号を入力してもよい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つの振動板とこの一つの振動板を駆動する二つのボイスコイルを備えた一つのスピーカユニットを有してなり、
一方のボイスコイルには楽音信号を、他方のボイスコイルには騒音検出用マイクロホンで検出された騒音信号に基づくノイズキャンセル信号を入力することを特徴とするヘッドホン。
【請求項２】
一つの振動板とこの一つの振動板を駆動するセンタータップ付きボイスコイルを備えた一つのスピーカユニットを有してなり、
ボイスコイルの一端とセンタータップ間には楽音信号を、ボイスコイルの他端とセンタータップ間には騒音検出用マイクロホンで検出された騒音信号に基づくノイズキャンセル信号を入力することを特徴とするヘッドホン。
【請求項３】
ノイズキャンセル信号は、内臓電池を電源として動作する電力増幅器を介してボイスコイルに入力される請求項１または２記載のヘッドホン。
【請求項４】
一方のボイスコイルと他方のボイスコイルは、一方が他方に層状に重ねられている請求項１記載のヘッドホン。
【請求項５】
一方のボイスコイルと他方のボイスコイルはそれぞれ複数層に巻き重ねられ、一方のボイスコイルの両端と他方のボイスコイルの両端は互いに異なった位置から引き出されている請求項１記載のヘッドホン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部騒音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。
【背景技術】
【０００２】
携帯型音楽プレーヤの普及に伴い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。
【０００３】
そこで、外部から進入してくる騒音を打ち消し、ユーザーの耳には楽音のみが聞こえるようにしたノイズキャンセルヘッドホンが普及しつつある。ノイズキャンセル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ー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。
【０００４】
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を打ち消し、ユーザーの耳に入る音声は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、上記一つのボイスコイル直前でノイズキャンセル信号と楽音信号を合成する方法もある。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。
【０００５】
図４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４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４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の内方の端面（図４において右端面）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。
【０００６】
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、この磁界に中にボイスコイル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ドーム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。
【０００７】
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、周辺の雑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４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の直前の空間に外側を向けて配置した例である。Ｍ２〜Ｍ４はヘッドホンの外側に配置した例で、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。
【０００８】
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４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。
【０００９】
特許文献２記載の発明は、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ものである。
特許文献１記載の発明も特許文献２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。
【００１０】
本願発明の構成に関連のある公知技術として次のものがある。その一つは、一つの磁気回路に２個のボイスコイルを作用させるようにしたもので、１個の磁気回路で２枚の振動板を駆動するように構成したものである（特許文献３参照）。１個のボイスコイルと１枚の振動板、他の１個のボイスコイルと他の１枚の振動板がそれぞれ対となっている。１枚の振動板をスピーカとして機能させ、他の１枚の振動板をサウンダーとして、すなわち、携帯電話などの呼び出し音発生手段として機能させることができる。あるいは、ダイナミック型スピーカとマグネチック型の両機能を持たせることができる。
【００１１】
特許文献３の関連発明として、磁気回路とボイスコイルで音声を発生する第１の振動板を備え、磁気回路全体を第２の振動板によりケーシングに対して遥動自在に支持し、第１の振動板で音声を発生すると、第２の振動板で支持された磁気回路が振動してケーシングに伝達されるように構成された振動・スピーカユニットが知られている（特許文献４参照）。特許文献４には、第２の振動板によるケーシングの振動は、携帯電話におけるバイブレータとして、あるいはヘッドホンの低音振動として利用できる旨の記載がある。
【００１２】
【特許文献１】特開平６−３４３１９５号公報
【特許文献２】実開平5−36991号公報
【特許文献３】特開平１１−２５２６８３号公報
【特許文献４】特開２０００−１６５９８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
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不具合を生じることがある。
【００１４】
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。
【００１５】
本発明はまた、騒音をキャンセルするためのボイスコイルに入力するノイズキャンセル信号の電力（パワー）は小さくても騒音をキャンセルすることができるようにして、内臓電池の寿命を長く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。仮に、内臓電池が消耗してノイズキャンセル回路が動作しなくなっても、ノイズキャンセル機能のない一般のヘッドホンと同様に楽音信号に基づく再生音を聴く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。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、一つの振動板とこの一つの振動板を駆動する二つのボイスコイルを備えた一つのスピーカユニットを有してなり、一方のボイスコイルには楽音信号を、他方のボイスコイルには騒音検出用マイクロホンで検出された騒音信号に基づくノイズキャンセル信号を入力することを最も主要な特徴とする。
あるいは、一つの振動板とこの一つの振動板を駆動するセンタータップ付きボイスコイルを備えた一つのスピーカユニットを有してなり、ボイスコイルの一端とセンタータップ間には楽音信号を、ボイスコイルの他端とセンタータップ間には騒音検出用マイクロホンで検出された騒音信号に基づくノイズキャンセル信号を入力することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
楽音信号とノイズキャンセル信号によってそれぞれ実質的に異なるボイスコイルが駆動され、ヘッドホン内部で騒音がノイズキャンセル信号に基づく逆位相の音声により音響的に打ち消され、ユーザーの耳には楽音信号に基づく音声のみが届く。実質的に異なる上記ボイスコイルは個別の電力増幅器（ドライバ）で駆動され、双方の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。
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ボイスコイルに入力するノイズキャンセル信号の電力（パワー）は小さくても騒音をキャンセルすることができるため、内臓電池の寿命を長くすることができる。仮に、内臓電池が消耗してノイズキャンセル回路が動作しなくなっても、楽音信号によって駆動されるボイスコイルは、ノイズキャンセル機能のない一般のヘッドホンのボイスコイルと同様に動作するため、楽音信号に基づく音声を聴くことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明にかかるヘッドホンの実施例について図１ないし図３を参照しながら説明する。ヘッドホンのハウジングおよびその周辺、例えばヘッドパッドなどの構成は、図４に示す従来例と同様の構成で差し支えないので、本発明の主要部をなすヘッドホンユニットとその駆動回路を中心に説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１、図２において、符号６０はボイスコイルを、７０は振動板を示している。振動板７０は、ドーム状に形成された中心部の振動板本体７１と、この振動板本体７１の周囲を囲んで形成された断面ドーム状のエッジ部７２からなり、エッジ部７２の外周縁部がベース５６に固着されている。振動板７０はベース５６から浮いた状態で支持されるように、ベース５６は振動板７０に対向する部分が窪んでいる。ボイスコイル６０は細い線材を円筒形状になるように巻き回したもので、筒の一端が、振動板７０の上記振動板本体７１とエッジ部７２との境界位置に固着されている。ボイスコイル６０は、第１のボイスコイル６１と第２のボイスコイル６２からなり、この二つのボイスコイル６１，６２が一つの振動板７０に固着されて一つの振動板７０を駆動するように構成されている点に特徴がある。
【００２０】
図３は上記ボイスコイル６０を得るための巻線の例を示す。図３において、巻線治具の外周に、まず第１のボイスコイル６１となる線材を密接して層状に順に巻き、続いて折り返して重ね巻きして２層構成のボイスコイルを形成する。これが第１のボイスコイル６１で、その両端の端末線６３を同じ位置から引き出しておく。図３において、巻線の１ターンごとに示した数字の１〜８までが１層目、９〜１５までが２層目である。次に、第１のボイスコイル６１の上に第１のボイスコイル６１となる線材を同様にして密接して層状に順に巻き、続いて折り返して重ね巻きして２層構成のボイスコイルを形成する。したがって、全体として４層構成になる。これが第２のボイスコイル６２で、その両端の端末線６４を同じ位置から引き出しておく。ただし、第１のボイスコイル６１の端末線６３とは異なる位置、例えば、ボイスコイル６０の中心を挟んだ反対側から引き出しておく。図３において、巻線の１ターンごとに示した数字の１６〜２３までが３層目、２４〜３０までが４層目である。図２に示す例では、ベース５６の中心を挟んで互いに反対側から第１のボイスコイル６１の端末線６３と第２のボイスコイル６２の端末線６４が引き出されている。第１、第２のボイスコイルの両端の端末線は一対として同じ位置から引き出すことがヘッドホンユニットの組立上便利であり、そのためには第１、第２のボイスコイルそれぞれを偶数回巻回すとよい。
【００２１】
図２において、上記振動板７０、ボイスコイル６０、ベース５６は、ヘッドホンユニット５０の一部を構成している。ヘッドホンユニット５０は、上記振動板７０、ボイスコイル６０、ベース５６のほかに、ヨーク５７、マグネット５８、ポールピース５９を有している。ベース５６は扁平なシャーレ状の部材で、ベース５６の内底部にベース５６より小径でより扁平なシャーレ状のヨーク５７が嵌め込まれている。ヨーク５７の内底部中心には扁平なマグネット５８が固着され、マグネット５８の前端（図２において左端）面に板状のポールピース５９が固着されている。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形成されている。この間隙内に、円筒状に巻き回されて振動板７０に固着された上記ボイスコイル６０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６０が存在している。ボイスコイル６０は、ポールピース９の外周面およびヨーク７の開放端側内周面から離間している。ベース５６には、ベース５６と振動板７０で囲まれた空間を外部に連通させて振動板７０が自由に振動することができるようにするために、ベース５６を厚さ方向に貫通する複数の孔５６１が形成されている。
【００２２】
上記のように構成されたヘッドホンユニット５０が図４に示すようなヘッドホンハウジング内に組み込まれ、ヘッドホンハウジングにはヘッドパッドが設けられてヘッドホンが構成される。
【００２３】
図１は、以上説明したヘッドホンの駆動回路例を示す。図１において、一つの振動板７０を駆動するボイスコイル６０は二つのボイスコイル６１，６２を備えている。ヘッドホンの外側または内側の適宜の位置には騒音検出用マイクロホン２０が配置されている。マイクロホン２０で検出され変換された騒音信号は信号処理回路２１に入力される。信号処理回路２１では、マイクロホン２０で検出される騒音信号に対して逆位相のノイズキャンセル信号を生成するなど適宜の信号処理を行う。信号処理回路２１は、アナログ信号処理回路で構成してもよいし、デジタル信号として処理する例えばＤＳＰ（デジタル信号処理回路）で構成してもよい。信号処理回路２１から出力されるノイズキャンセル信号は電力増幅回路２２に入力され、電力増幅回路２２によって第１のボイスコイル６１が駆動される。ヘッドホンには電源電池２３が内蔵されていて、この内臓電池２３が信号処理回路２１、電力増幅回路２２を動作させる電源となっている。第２のボイスコイル６２は、ＣＤプレーヤ、ＭＰ３プレーヤ、その他任意のプレーヤに接続され、プレーヤの電力増幅回路を介して楽音信号で駆動される。なお、第１のボイスコイル６１を楽音信号で駆動し、第２のボイスコイル６２をノイズキャンセル信号で駆動してもよい。
【００２４】
以上説明した実施例によれば、ノイズキャンセル信号のみが入力されるボイスコイルと、楽音信号のみが入力されるボイスコイルを備えているため、ノイズキャンセル信号と楽音信号は振動板７０の駆動部すなわちボイスコイル６０が振動板７０に固着されている部分で機械的に合成されることになる。したがって、第１、第２のボイスコイルの電気的結合は静電的にも磁気的にも浅いため、双方の電力増幅回路が互いに負荷になってしまうことがなく、楽音信号が騒音信号の影響を受けることがなく、音質が良好な再生音を得ることができる。
ノイズキャンセル用ボイスコイルに加えるノイズキャンセル信号のパワーは、ヘッドホンの遮音設計が良好であれば小さくて済むことから、内臓電池の寿命を長くすることができる利点がある。
また、内臓電池が消耗してしまっても、プレーヤから楽音信号が入力されれば楽音信号に基づいて音声を再生することができる。
【実施例２】
【００２５】
ボイスコイルは１本の細線を連続的に重ね巻きし、センタータップを出すことによって実質的に第１のボイスコイルと第２のボイスコイルを有するのと同一としてもよい。ボイスコイルの一端とセンタータップ間には楽音信号を、ボイスコイルの他端とセンタータップ間には騒音検出用マイクロホンで検出された騒音信号に基づくノイズキャンセル信号を入力することにより、前記実施例１と同じ作用効果を得ることができる。実施例１における第１、第２のボイスコイルそれぞれの一端を接続することによっても、センタータップを出したものと同一の構成になる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明にかかるヘッドホンの実施例を示す電気回路図である。
【図２】本発明にかかるヘッドホンの実施例の要部を示す縦断面図である。
【図３】本発明にかかるヘッドホンに適用可能なボイスコイルの製造方法の例および構成例を示す模式図である。
【図４】従来のヘッドホンの例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
２０    騒音検出用マイクロホン
２１    信号処理回路
２２    電力増幅回路
２３    内臓電池
５０    ヘッドホンユニット
６０    ボイスコイル
６１    第１のボイスコイル
６２    第２のボイスコイル
７０    振動板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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