(57)【要約】【課題】耳に押し当てて使用する携帯音響機器において、振動系、すなわち音響変換素子の最低共振周波数を低下させると同時に、カップリングの条件に依存せずに常に特性変化の少ない周波数特性を与える。【解決手段】携帯音響機器の筐体６の前面壁６１に放音孔３を設け、前面壁６１との間に前気室２を形成する共に、筐体６の背面壁６２との間に背気室４を形成するように筐体内に音響変換素子１を支持固定し、筐体６の周囲外郭６３の最小内側幅Ｗを人の耳甲介腔部の標準直径以下に設定し、放音孔３の周囲であって前面壁６１に筐体外部へ通じるダクト５を設ける。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用者が耳甲介腔部に押し当てて受聴する携帯音響機器において、
当該携帯音響機器の筐体の前面壁に放音孔を設け、
前記前面壁との間に前気室を形成する共に、前記筐体の背面壁との間に背気室を形成するように前記筐体内に音響変換素子を支持固定し、
前記筐体の周囲外郭の最小内側幅を人の耳甲介腔部の標準直径以下に設定し、
前記放音孔の周囲であって前記前面壁に筐体外部へ通じるダクトを設けたことを特徴とする携帯音響機器。
【請求項２】
使用者が耳甲介腔部に押し当てて聴取する携帯音響機器において、
当該携帯音響機器の筐体の前面壁に放音孔が設け、
前記前面壁との間に前気室を形成する共に、前記筐体の背面壁との間に背気室を形成するように前記筐体内に音響変換素子を支持固定し、
前記筐体の周囲外郭の最小内側幅を人の耳甲介腔部の標準直径以上に設定し、
前記放音孔の中心と前記周囲外郭の内側との距離に少なくとも前記標準値の半分を下回る部分を設け、
前記放音孔の周囲であって前記背面壁に筐体外部へ通じるダクトを設けたことを特徴とする携帯音響機器。
【請求項３】
ダクトが、放音孔から人の耳甲介腔部の標準直径の半分以内の位置に設けられたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の携帯音響機器。
【請求項４】
ダクトに生ずる音響抵抗を増大させる音響抵抗材を前記ダクトの筐体内部側の開口部に設けたことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の携帯音響機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、使用者が放音孔を耳甲介腔（ｃｏｎｃｈａ：コンカ）部に押し当てて受聴する携帯電話などの携帯音響機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話機、小型の無線通信機、小型の携帯ラジオ、小型の録音再生機等の携帯音響機器に内蔵され、レシーバ（受話器）やスピーカの機能として、音声信号を音響変換素子に入力して話声や音楽などの音声に変換して出力する受話音響部品がある。この受話音響部品を用いた携帯音響機器では、音声の受聴を行う場合には使用者は機器筐体に設けられた放音孔（携帯電話機では受話口とも呼ばれている）を耳甲介腔部に押し当てることにより行う。一般に、携帯音響機器に受話音響部品を実装する際には、構成として、音響変換素子の振動板（ダイヤフラム）背面に位置する部分、すなわち背気室の容積を十分に大きく確保しないと、振動系のスティフネス（容量の逆数）が増加し、特に低域の出力音圧特性が劣化してしまうという問題がある。これは、音響変換素子を含む振動系全体の共振周波数ｆ０が、振動系の等価質量と等価容量の積の１／２乗に反比例するためである。しかし、一般に携帯用を意図した小型の音響機器では、実装容積の制約から、背気室を大きくとることが困難となる場合が多い。また、小型の音響機器に適用する受話音響部品は、その音響機器の筐体の大きさに合わせて小径の音響変換素子が実装されるが、このような小径の音響変換素子では、大径のものに比較して、ダイヤフラムを含めた振動系の質量が小さく、またスティフネスも大きくなりがちで、受話音響部品単体の最低共振周波数ｆ０が高くなる傾向がある。
【０００３】
この問題の解決のために、受話音響部品を内蔵する筐体において、背気室の後面に、筐体外部へ通じる抜き孔（放音孔）を設け、該背面孔に起因する音響質量を付加、調整することで、背気室の容積を拡大することなく、ダイヤフラムを含めた音響振動系全体の最低共振周波数ｆ０を下げ、低域の特性改善を図ろうとする技術が、広く一般的に知られている。また、この放音孔を設けたことに起因して挿入する音響抵抗を調整し、再生周波数帯域の拡大を行うことも知られている。この知見を利用し、インナーイヤーヘッドホンと称するヘッドホンにおいて低域の特性改善を図る技術（例えば、特許文献１〜５）がある。
インナーイヤーヘッドホンは、この発明が対象とする携帯音響機器とは使用形態も異なるが、この発明を理解する手助けとして、特許文献１を引用しその構造や特性について説明する。
【０００４】
図６は特許文献１に記載されている耳孔内へ挿入するタイプのヘッドホンの構造を模式的に示す断面図、図７はその装着の様子を示す模式図、図８はその音響構造に対応する音響等価回路示す回路図である。
図６において、一部多孔質の素材で構成されている筐体６の内部には、筐体６の放音孔３に向かい合い、かつ前気室２を形成するよう音響変換素子１が収納されている。また、音響変換素子１の背面には筐体６との間に背気室４が設けられている。さらに、筐体６の背面には背気室４と連接する低域特性補正用のダクト５０が設けられている。
【０００５】
図８に示すように、この構造の音響等価回路は、信号源Ｖ、音響変換素子１の機械振動系が持つ等価音響抵抗Ｒ０、等価音響質量Ｍ０、前気室２が持つ音響容量と一体として表現した等価音響容量Ｃ０で表される回路１０を有する。また、背気室４が持つ音響容量Ｃｂ、低域特性補正用のダクト５０の持つ音響質量Ｍｄ、筐体６の一部を多孔質の素材を用いて構成したことによって生ずる音響抵抗Ｒｄが回路構成として加わる。さらに、構成として、図７に示すようにこのヘッドホンを耳孔２２に挿入した際の、耳孔２２内の音響容量Ｃｆ、筐体６と耳孔２２との微小な隙間で生ずる音響抵抗Ｒｒ、音響質量Ｍｒが示されている。
【０００６】
この種のヘッドホンにおいては、ダクト５０を配置したことによって付与される音響質量Ｍｄと、筐体６の一部を多孔質の素材を用いて構成したことによって生ずる音響抵抗Ｒｄとが、背気室４の音響容量Ｃｂに対して、各々並列に配置される。したがって、上述した一般的な知見と同様、背気室４の音響容量Ｃｂを変化させなくても、振動系全体としては、音響変換素子１の等価音響質量Ｍ０にダクト５０の音響質量Ｍｄが加算されることに相当し、音響振動系全体の最低共振周波数ｆ０が下がることになる。また、これと並列に挿入される音響抵抗Ｒｄは、筐体６の一部を多孔質の素材を用いて構成したことに起因するが、これが大きければ、共振系のＱが小さくなり再生帯域は広がるものの、中低域の音圧が低下する。逆にこの音響抵抗Ｒｄが小さい場合には、共振系のＱが大きくなり、最低共振周波数ｆ０近傍の音圧が高くなるものの、再生帯域は狭くなることになる。その結果として、このヘッドホンにおいては、ダクト５０の配置によって、再生周波数の下限が下がる効果があるとともに、音響質量Ｍｄと音響抵抗Ｒｄを独立に制御可能であるので、音圧と帯域のバランスの調整が容易になるということである。
【０００７】
また、特許文献２〜５においても、耳孔内に挿入するタイプのインナーイヤーヘッドホンに対して、特許文献１の場合と同様、背気室４に音響質量と音響抵抗を付与することによって、振動系全体の共振周波数を下げる効果を得ようとしているものであり、この音響質量Ｍｄと音響抵抗Ｒｄの与え方に変形を加えている構成に過ぎない。
【０００８】
ここで、この耳孔２２内に挿入するタイプのヘッドホンでは、図７に示すように、耳孔２２と筐体６とのカップリング部分が、ほぼ密閉されるように設計されている場合が殆どである。この場合、筐体６と耳孔２２とで囲まれる空間の音響容量Ｃｆは、概ね２ｃｃ程度の容積相当と換算されるように、極めて小さく、かつ、ほぼ固定的な容積に相当するものである。筐体６の形状や材質に依存するが、筐体６と耳孔２２とで微小な隙間で生ずる。音響抵抗Ｒｒはその隙間による漏れに伴う粘性抵抗が主成分である。この粘性抵抗に起因する比較的大きな音響抵抗Ｒｒ、微小な音響質量Ｍｒ、小さな音響容量Ｃｆとを合わせることにより、非常に高い音響インピーダンスを持つことになる。また、この音響抵抗Ｒｒと音響質量Ｍｒ、および耳孔内の音響容積Ｃｆとの関係によって、ハイパスフィルタが構成されたのと同等の効果を生じ、隙間が全くない場合に比較して、低域の特性が遮断されたような特性となる特徴がある。ただし、いずれにしても、上記のインナーイヤーヘッドホンにおいては、カップリングの条件（それに伴う音響容積Ｃｆ、音響抵抗Ｒｒ、音響質量Ｍｒ）が、使用者に因らず殆ど変動しないことを想定しており、ダクト５０に起因する音響質量Ｍｄ、筐体６に起因する音響抵抗Ｒｄを予め固定的に設定できることが特徴となっている。
【０００９】
上記のように、インナーイヤーヘッドホンでは、耳孔２２と筐体６の間のカップリングが非常によい（殆ど隙間を生じていない、生じていても僅かな）場合のみを想定しているため、背気室４に設定すべきダクト５０に起因する音響質量Ｍｄや筐体６に起因する音響抵抗Ｒｄの条件は、音響変換素子１の振動系の条件と、耳孔と筐体６とのカップリングの条件とが決まれば、ほぼ一意に決定が可能である。したがって、この音響質量Ｍｄおよび音響抵抗Ｒｄの挿入位置もダイヤフラム背面方向への一意に決定が可能である。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１−１６６６９６号公報（図１）
【特許文献２】
特開昭６１−１２３３００号公報（図１）
【特許文献３】
特開平７−１７０５９０号公報（図４）
【特許文献４】
特開平７−１７０５９１号公報（図４）
【特許文献５】
特開平８−１７２６９１号公報（図１）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来のヘッドホンは以上のように構成されているが、携帯電話機のような携帯音響機器においては次のような問題がある。使用者が携帯音響機器の放音孔を耳に押し当てた際に、耳甲介腔部と携帯音響機器の筐体との間に常に隙間が生じることになる。この場合、背気室に固定的な音響質量Ｍｄおよび音響抵抗Ｒｄを設定し、振動系に対して直列（単一ループ内）に挿入することだけでは、使用者や受話音響部品の筐体の保持位置に依存する使用条件によって、カップリングに起因する音響容積Ｃｆ、音響抵抗Ｒｒ、音響質量Ｍｒの変化が周波数特性に直接反映されてしまうという問題がある。
【００１２】
図４は人の耳を正面から見た説明図であるが、人の耳甲介腔部２３は、一般に直径２５ｍｍ（以下、標準直径とする。）の円筒で近似されることが知られている。したがって、耳甲介腔部２３に当てて使用する携帯音響機器でも、放音孔の周囲に少なくとも人の耳甲介膣部の標準直径以上の円が入るような筐体で構成されていれば、耳甲介腔部２３と筐体とのカップリングが隙間なく、常に安定的になされると考えることができる。この場合には、耳孔内に挿入するタイプのインナーイヤーヘッドホンと同様に、背気室に設定すべきダクトに起因する音響質量Ｍｄや、筐体に起因する音響抵抗Ｒｄの条件を一意に決定可能とする。
【００１３】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、振動系、すなわち音響変換素子の最低共振周波数を低下させると同時に、カップリングの条件に依存せずに常に特性変化の少ない周波数特性を与えることを可能にする携帯音響機器を得ることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る携帯用音響機器は、使用者が耳甲介腔部に押し当てて受聴する携帯音響機器において、当該携帯音響機器の筐体の前面壁に放音孔を設け、前面壁との間に前気室を形成する共に、筐体の背面壁との間に背気室を形成するように筐体内に音響変換素子を支持固定し、筐体の周囲外郭の最小内側幅を人の耳甲介腔部の標準直径以下に設定し、放音孔の周囲であって前面壁に筐体外部へ通じるダクトを設けたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の各形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による携帯音響機器の部分構造を示す正面図と断面図である。図２は図１に示される携帯音響機器の使用状態を示す説明図、図３は図１および図２に対応する音響等価回路を示す回路図である。なお、各図において、図６乃至図８と同一または相当する部分は同一符号を付して示す。
図１において、携帯音響機器の筐体６の放音孔３の内側に支持固定された音響変換素子１が示される。筐体６は円筒または多角形筒の周囲外郭６３を有し、その最小内幅Ｗが人の耳甲介膣部の標準直径を下回るサイズに設定されている。筐体６の前面壁６１には放音孔３を備えている。筐体６の内部には放音孔３と向かい合い、かつ前面壁との間に所定の前気室２を形成するよう音響変換素子１が支持固定されている。音響変換素子１の背面には、筐体６の背面壁６２との間に所定の背気室４が設けられている。また、筐体６の前面壁６１には、放音孔３の周囲１２．５ｍｍ（耳甲介腔部の標準直径の半分）以内の位置に、背気室４と連接し筐体外部へ通じる低域特性補正用のダクト５が設けられている。このダクト５の筐体内部側の開口部には、ダクト５に生ずる音響抵抗を増大させる音響抵抗布（音響抵抗材）７が被うように貼り付けられている。
図２（ａ）は受話音響部品を組み込んだ携帯音響機器を耳に当てた状態を示し、図２（ｂ）はその時の筐体６と耳甲介腔部２３との位置関係を示す。
【００１６】
図３において、音響等価回路は、信号源Ｖ、音響変換素子１の機械振動系の持つ等価音響抵抗Ｒ０、等価音響質量Ｍ０、前気室２のもつ音響容量と一体として表現した等価音響容量Ｃ０の直列接続を有する。また、背気室４のもつ音響容量Ｃｂは、低域特性補正用のダクト５の持つ音響質量Ｍｄ、ダクト５に貼り付けた音響抵抗布７によって生ずる音響抵抗Ｒｄを有する。Ｒｒａｄは、図２において、筐体６と耳甲介腔部２３との隙間から音が放射される際の放射インピーダンスであり、隙間が大きい（概ね１〜２ｍｍ以上の幅がある）場合には、それ以上の隙間が開いた場合でも、ほぼ一定の抵抗値として概略表現が可能である。また、耳孔内の音響容量Ｃｆ、それぞれ筐体６と耳甲介腔部とで覆われる部分の音響容量Ｃｃと音響質量Ｍｃが存在する。
【００１７】
次に、図３の音響等価回路を用いて、この実施の形態１の動作について説明する。
背気室４に連接して設けたダクト５による音響質量Ｍｄと音響抵抗布７による音響抵抗Ｒｄは、直接、耳甲介腔部２３に起因する音響インピーダンスに接続される。その結果、放音孔３からダクト５を経由して背気室４に戻るフィードバック回路が形成されることになる。このとき、全体の振動系には、音響質量Ｍｄと音響抵抗Ｒｄが付与されると共に、放射インピーダンスＲｒａｄおよび耳孔内の音響質量Ｃｆ、耳甲介腔部２３の音響容量Ｃｃと音響質量Ｍｃ（Ｃｃ，Ｍｃは耳甲介腔部の実質的な負荷インピーダンス）が挿入されるループとは独立のループが形成されていることが分かる。このとき、筐体６の耳甲介腔部２３への押し当て方が変化することによって、放射インピーダンスＲｒａｄはあまり大きく変化しない。一方、耳孔２２内の音響容量Ｃｆ、耳甲介腔部の音響容量Ｃｃおよび音響質量Ｍｃは、容易に、かつ大きく変化するが、このＭｄ，Ｒｄの挿入されるループでは、放射インピーダンスＲｒａｄの変化が小さいために、Ｃｃ，Ｍｃの変化の影響を受けにくくなる。つまり、Ｍｄ，Ｒｄを独立したループに挿入したことによって、系全体の最低共振周波数を下げることができると共に、カップリング条件の変化に伴う負荷インピーダンス変化に対しては特性変化が少なく、常時良好な周波数特性が得ることができる。
【００１８】
以上のように、この実施の形態１によれば、携帯音響機器の筐体６の周囲外郭６３の最小内側幅Ｗを人の耳甲介腔部の標準直径以下に設定し、放音孔３の周囲の前面壁６１に筐体外部へ通じるダクト５を設けて音響変換素子１の最低共振周波数を低減する音響質量、音響抵抗を生成するようにしたので、携帯音響機器を使用者が耳甲介腔部に押し当てて使用する際には、振動系、すなわち音響変換素子の最低共振周波数ｆ０を低下させると同時に、カップリングの条件に依存せずに常に特性変化の少ない周波数特性を与える効果が得られる。
また、ダクト５を放音孔３から人の耳甲介腔部の標準直径の半分以内の位置に設けているので、携帯音響機器を使用者が耳甲介腔部に押し当てて使用する際には、放音孔３とダクト５の両方が同時に使用者の耳甲介腔部の範囲に位置するようになり、音響変換素子１の最低共振周波数を低減する音響質量、音響抵抗の生成を確実にすることができ、さらに、音響抵抗布７をダクト５の筐体内部側の開口部に設けるようにしたことで、ダクト５に生ずる音響抵抗を増大させることができる効果が得られる。
【００１９】
実施の形態２．
実施の形態１では、筐体６の筒状からなる周囲外郭の最小内側幅が人の耳甲介腔部の標準直径以下とする場合を想定したが、この実施の形態２では、標準直径以上の最小内側幅を持つ筐体に関し、実施の形態１と同様に機能することについて述べる。
図５はこの発明の実施の形態２に係る携帯音響機器の使用状態を示す説明図である。内部構造としては、図１を参考にして説明する。筐体６の周囲外郭６３の最小内側幅Ｗは、人の耳甲介腔部の標準直径、すなわち２５ｍｍ以上あるものとする。また、放音孔３の中心と筐体６の周囲外郭６３との距離に少なくとも標準直径の半分、すなわち１２．５ｍｍを下回る部分を設ける。さらに、放音孔３の周囲であって、背面壁６２に筐体外部へ通じるダクト５１を設ける。携帯音響機器において、このような構成を持たせることにより、実施の形態１と全く同様のカップリング条件、および音響等価回路が成立する。また、ダクト５１に生ずる音響抵抗を増大させる音響抵抗布７を当該ダクト５１の筐体内部側の開口部に設けるようにしてもよい。
【００２０】
以上のように、この実施の形態２によれば、携帯音響機器の筐体６の周囲外郭６３の最小内側幅Ｗを人の耳甲介腔部の標準直径以上に設定し、放音孔の中心と周囲外郭６３の内側との距離に少なくとも標準直径の半分を下回る部分を設け、音響変換素子１の最低共振周波数を低減する音響質量、音響抵抗を生成するように放音孔３の周囲であって背面壁６２に筐体外部へ通じるダクト５１を設けるようにしたので、実施の形態１と同様に、耳甲介腔部に放音面を押し当てて使用した場合にでも、振動系、すなわち音響変換素子の最低共振周波数ｆ０を低下させると同時に、カップリングの条件に依存せずに常に特性変化の少ない周波数特性を与える効果が得られる。また、ダクト５１を放音孔３から人の耳甲介腔部の標準直径の半分以内の位置に設けているので、携帯音響機器を使用者が耳甲介腔部に押し当てて使用する際には、放音孔５１とダクト３の両方が同時に使用者の耳甲介腔部の範囲に位置するようになり、音響変換素子１の最低共振周波数を低減する音響質量、音響抵抗の生成を確実にすることができ、さらに、音響抵抗布７をダクト５１の筐体内部側の開口部に設けようにしたことで、ダクト５１に生ずる音響抵抗を増大させることができる効果が得られる。
【００２１】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、使用者が耳甲介腔部に押し当てて受聴する携帯音響機器において、当該携帯音響機器の筐体の前面壁に放音孔を設け、前面壁との間に前気室を形成する共に、筐体の背面壁との間に背気室を形成するように筐体内に音響変換素子を支持固定し、筐体の周囲外郭の最小内側幅を人の耳甲介腔部の標準直径以下に設定し、放音孔の周囲であって前面壁に筐体外部へ通じるダクトを設けるように構成したので、耳甲介腔部に放音面を押し当てて使用する携帯音響機器に適用した場合にでも、振動系、すなわち音響変換素子の最低共振周波数を低下させると同時に、カップリングの条件に依存せずに常に特性変化の少ない周波数特性を与える効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による携帯音響機器の部分構造を示す構造図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る携帯音響機器の使用状態を示す説明図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る音響等価回路を示す回路図である。
【図４】人の耳を正面から見た構成について示す説明図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係る携帯音響機器の使用状態を示す説明図である。
【図６】従来の耳孔内へ挿入するタイプのヘッドホンの構造を模式的に示す断面図である。
【図７】従来のヘッドホンの装着の様子を示す模式図である。
【図８】従来のヘッドホンの音響構造に対応する音響等価回路示す回路図である。
【符号の説明】
１  音響変換素子、２  前気室、３  放音孔、４  背気室、５，５１  ダクト、６  筐体、７  音響抵抗布（音響抵抗材）、６１  前面壁、６２  背面壁、６３  周囲外郭、Ｖ  信号源、Ｃ０  等価音響容量、Ｍ０  等価音響質量、Ｒ０  等価音響抵抗、Ｃｂ  音響容量、Ｍｄ  音響質量、Ｒｄ  音響抵抗、Ｒｒａｄ  放射インピーダンス。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2004221881.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004221881.tif 000009
【図８】
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