(57)【要約】【課題】無振動環境下で楽曲を聴取する場合でも、楽曲を聴取しながら発電および蓄電をすることのできる小型、軽量の簡便な電気音響変換器を提供する。【解決手段】第１の振動板２１１と、振動板２１１を振動させるための音声信号が入力される信号入力部２１４を有する振動板駆動部２１３と、振動板２１１の振動時にその背後に生ずる空気の圧力変動によって振動する第２の振動板２２１と、振動板２２１に結合して、その振動板２２１と共に同方向に振動する電磁誘導コイル２２４と、電磁誘導コイル２２４の振動方向に交差する磁束を発生して電磁誘導コイル２２４に起電力を生じさせる発電用磁気回路２２５と、電磁誘導コイル２２４に生じた起電力を直流電力として蓄える蓄電部４４と、を備えた電気音響変換器である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の振動板と、
前記第１の振動板を振動させるための音声信号が入力される信号入力部を有する振動板駆動部と、
前記第１の振動板の振動時にその背後に生ずる空気の圧力変動によって振動する第２の振動板と、
前記第２の振動板に結合して、その第２の振動板と共に同方向に振動する電磁誘導コイルと、
前記電磁誘導コイルの振動方向に交差する磁束を発生して前記電磁誘導コイルに起電力を生じさせる発電用磁気回路と、
前記電磁誘導コイルに生じた起電力を直流電力として蓄える蓄電部と、
を備えていることを特徴とする電気音響変換器。
【請求項２】
前記振動板駆動部の信号入力部に入力される音声信号を加工する信号処理部を備え、
前記信号処理部がその電源として前記蓄電部に接続されていることを特徴とする請求項１記載の電気音響変換器。
【請求項３】
前記第２の振動板は、前記第１の振動板よりも最低共振周波数が低いことを特徴とする請求項１、又は２記載の電気音響変換器。
【請求項４】
前記第１の振動板の背後に形成される気室と、前記第２の振動板の背後に形成される気室とを連通させる連通孔を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気音響変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カナル型その他のインナイヤーヘッドホンや補聴器などとして用いられる電気音響変換器に係わり、特に振動板の振動エネルギーを電気エネルギーとして蓄える発電／蓄電機能を備えた電気音響変換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スピーカと発電機との両機能を兼ね備えた電気音響変換器として、
磁気回路に設けた磁気ギャップ内に配設されたボイスコイルに、外部振動を付加したときに発生する逆起電力を取り出す第１モード位置と、オーディオ聴取時に前記第１モード位置を開放して前記ボイスコイルにオーディオ信号を供給する第２モード位置とを含むスイッチを備えたものが知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２２１７４３号公報（請求項１、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１のように外部振動によりボイスコイルを振動させて発電する構成では、自動車などの振動系内で用いられるものに限られ、振動系内での使用でもボイルコイルが外部振動の振幅方向に向けられていなければボイルコイルを良好に振動させることができない。
【０００５】
一方、ボイスコイルの振動を促すべく、ボイスコイルを外部振動の振幅方向に向けて配置すると、オーディオ聴取時において外部振動が振動板に直接作用して再生音質を劣化させてしまう。
【０００６】
尚、特許文献１には、ボイスコイルの振動を促すために、ボイルコイルを含む振動系部品にウエイトを設ける例が開示されているが、これではスピーカとして低音再生能力を損ない、中高音帯域では再生できなくなることが懸念される。
【０００７】
本発明は以上のような事情に鑑みて成されたものであり、その目的は周囲が無振動の環境下で楽曲を聴取する場合でも、楽曲を聴取しながら発電および蓄電をすることのできる簡便な電気音響変換器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記の目的を達成するため、以下に記載するような電気音響変換器を提供するものである。
（１）第１の振動板２１１と、振動板２１１を振動させるための音声信号が入力される信号入力部２１４を有する振動板駆動部２１３と、振動板２１１の振動時にその背後に生ずる空気の圧力変動によって振動する第２の振動板２２１と、振動板２２１に結合して、その振動板２２１と共に同方向に振動する電磁誘導コイル２２４と、電磁誘導コイル２２４の振動方向に交差する磁束を発生して電磁誘導コイル２２４に起電力を生じさせる発電用磁気回路２２５と、電磁誘導コイル２２４に生じた起電力を直流電力として蓄える蓄電部４４と、を備えていることを特徴とする電気音響変換器。
（２）振動板駆動部２１３の信号入力部２１４に入力される音声信号を加工する信号処理部４１を備え、信号処理部４１がその電源として蓄電部４４に接続されていることを特徴とする上記（１）記載の電気音響変換器。
（３）第２の振動板２２１は、第１の振動板２１１よりも最低共振周波数が低いことを特徴とする上記（１）、又は（２）記載の電気音響変換器。
（４）第１の振動板２１１の背後に形成される気室Ｃ１と、第２の振動板２２１の背後に形成される気室Ｃ２とを連通させる連通孔２３０を備えていることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の電気音響変換器。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る電気音響変換器は、電磁誘導コイルに起電力が生ずるようにしていることから、無振動環境下で楽曲を聴取する場合でも、楽曲を聴取しながら効率よく発電することができる。しかも、電磁誘導コイルに生じた起電力を直流電力として蓄える蓄電部を備えるようにすれば、信号処理部としてノイズキャンセリング機能などを備えたヘッドホンや補聴器などに適用して、蓄電部に蓄えた電力を信号処理部の駆動電力として利用できる。このため、信号処理部の主電源として用いられる電池の交換頻度を下げつつ、長期に亘って高音質の再生音を聴取することが可能となる。又、第２の振動板の最低共振周波数を第１の振動板よりも低くした構成では、第１の振動板の振動負荷を軽減できる。このため、第１の振動板の振動による音声再生帯域を拡大させながら、音源装置の電力消費を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る電気音響変換器の実施形態を示す断面図
【図２】図１に示した電気音響変換器を構成する駆動ユニットの拡大断面図
【図３】駆動ユニットの変更例を示す拡大断面図
【図４】駆動ユニットの他の変更例を示す拡大断面図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面に基づいて本発明を詳しく説明する。先ず、図１に本発明に係る電気音響変換器をカナル型インナイヤーヘッドホンとした例を示す。
【００１２】
図１において、１はヘッドホンの外装をなす筐体であり、この筐体１には主要な構成要素として駆動ユニット２が内蔵されている。図１から明らかなように、駆動ユニット２は動電形スピーカユニットを２つ背向かいに結合したような構造とされている。尚、係る駆動ユニット２は、音声再生機能と発電機能を備えているが、その具体的構成については追って説明する。
【００１３】
筐体１の一端側には、耳孔内に挿入される筒状のノズル１１が形成されており、そのノズル１１の外周には、耳孔の内壁に密着するイヤピース１２が嵌着されている。又、ノズル１１と駆動ユニット２との間において、筐体１には駆動ユニット２から放射された音波を拡散するディフューザ３が内蔵されており、これにより拡散された音波がノズル１１の内部を通じて耳孔内に放出される構成とされている。
【００１４】
一方、筐体１の内部には、駆動ユニット２を挟んでノズル１１とは反対側となる位置において、回路基板４と蓋部材１３とにより区分された空間１４が形成されている。空間１４には信号処理部４１（例えば、デジタルシグナルプロセッサ：ＤＳＰ）が設けられ、その信号処理部４１と音源装置５（例えば、携帯型音楽プレーヤ：ＤＡＰ）が接続コード４２により繋がるようになっている。
【００１５】
信号処理部４１は、音源装置５から接続コード４２を通じて伝送された音声信号に対し、バイノーラルやサラウンド効果などの音場再生処理やノイズキャンセリングなどの処理を施すものであり、これによる信号出力が回路基板４上の入力端子４ａに入力される構成とされている。そして、その種の信号処理部４１を備える構成では、高品位な再生音声を得ることができる。
【００１６】
ここに、空間１４には、信号処理部４１の駆動用主電源として、電池４３（アルカリ乾電池、オキシ水酸化ニッケル電池、ニッケル水素充電池、リチウムイオン充電池、空気亜鉛電池、酸化銀電池など）が設けられているが、その寿命は短く、短期間での交換が必要とされる。例えば、デジタル方式の信号処理では、連続再生時間が１０〜２０時間、ノイズキャンセリングをアナログ方式にした場合でも連続再生時間が２００時間程度である。又、補聴器の場合でも、信号処理部４１によるノイズ低減を図った高機能なデジタル機種では、連続使用時間が２００時間前後に過ぎず、いずれも１日〜１週間程度の煩雑な電池交換を余儀なくされる。
【００１７】
そこで、本発明では、信号処理部４１の補助電源などとして、空間１４内に蓄電部４４を設け、その蓄電部４４に蓄えられた直流電力を信号処理部４１に供給する構成としている。蓄電部４４は、整流器部４５を介して回路基板４の出力端子４ｂに接続されており、これにより上記駆動ユニット２内に生じた起電力が直流電力として蓄電部４４に蓄えられるようにしている。尚、蓄電部４４には、キャパシタ、コンデンサ、リチウムイオン充電池、あるいはニッケル水素充電池などの二次電池が好適に用いられる。
【００１８】
ここで、図２に基づき駆動ユニット２の構成について言及すると、２１０，２２０は略同一形状のフレームであり、その両フレーム２１０，２２０は互いに背面を接合面２００として結合されている。一方のフレーム２１０には、ドーム型の振動板２１１（第１の振動板）の周縁がガスケット２１２により固定され、その振動板２１１が振動板駆動部２１３により所定方向（図２の上下方向）に振動される構成とされている。
【００１９】
振動板駆動部２１３は、音声信号が入力されるボイスコイル２１４（信号入力部）と磁気回路２１５とからなる。このうち、ボイスコイル２１４は、銅やアルミからなる巻腺部２１４ａをボビン２１４ｂの外周に巻き込んで構成され、その一端が振動板２１１の中心部に接着剤などによって固着されている。尚、ボビン２１４ｂは省略することができる。
【００２０】
一方、磁気回路２１５は、コ字形の断面を有するヨーク２１５ａと、ヨーク２１５ａの中心部上に配置したリング状の永久磁石２１５ｂと、永久磁石２１５ｂの上に配したリング状の磁性体からなるトッププレート２１５ｃとにより構成された内磁形であり、トッププレート２１５ｃの周面とヨーク２１５ａとの間はボイスコイル２１４に作用する磁束を発生する磁気ギャップＧ１とされている。そして、その磁気ギャップＧ１にボイルコイル２１４が挿入されることにより、磁気ギャップＧ１における磁束とボイスコイル２１４に流される電流とに対して直交する方向（図２の上下方向）に電磁力が働き、これによってボイスコイル２１４が結合する振動板２１１がボイスコイル２１４と共に同方向に振動することとなる。
【００２１】
他方、フレーム２２０にもドーム型の振動板２２１（第２の振動板）の周縁がガスケット２２２により固定されている。振動板２２１の中心部には電磁誘導コイル２２４が結合されており、その電磁誘導コイル２２４が振動板２２１と共に所定方向（図２の上下方向）に振動する構成とされている。
【００２２】
電磁誘導コイル２２４は、銅やアルミからなる巻腺部２２４ａをボビン２２４ｂの外周に巻き込んで構成され、その一端が振動板２２１の中心部に接着剤などにより固着されている。尚、電磁誘導コイル２２４もそのボビン２２４ｂを省略することができる。
【００２３】
又、フレーム２２０には、振動板２２１と電磁誘導コイル２２４との振動時において、電磁誘導コイル２２４に起電力を生じさせるための磁束を発生する発電用磁気回路２２５が設けられている。
【００２４】
発電用磁気回路２２５は、磁気回路２１５と同じく、コ字形の断面を有するヨーク２２５ａと、ヨーク２２５ａの中心部上に配置したリング状の永久磁石２２５ｂと、永久磁石２２５ｂの上に配したリング状の磁性体からなるトッププレート２２５ｃとにより構成された内磁形であり、トッププレート２２５ｃの周面とヨーク２２５ａとの間は電磁誘導コイル２２４に作用する磁束を発生する磁気ギャップＧ２とされている。そして、その磁気ギャップＧ２に電磁誘導コイル２２４が挿入され、その電磁誘導コイル２２４が磁気ギャップＧ２の磁束を横切る方向に振動することで、電磁誘導コイル２２４に誘導起電力が生じ、その起電力が直流電力として図１に示した蓄電部４４に蓄えられるようにしてある。すなわち、電磁誘導コイル２２４は、図示せぬリード線により図１に示した出力端子４ｂおよび整流器部４５を介して蓄電部４４に接続されている。
【００２５】
特に、本発明において、振動板２２１は空気を媒介して振動板２１１に連動する構成とされている。そのために、図２に示す例では、フレーム２１０，２２０およびヨーク２１５ａ，２２５ａの中心部に、永久磁石２１５ｂ，２２５ｂとトッププレート２１５ｃ，２２５ｃとの中心孔に合致する連通孔２３０を穿ち、その連通孔２３０により振動板２１１の背後（磁気回路２１５側）に形成される気室Ｃ１と、振動板２２１の背後（発電用磁気回路２２５側）に形成される気室Ｃ２とを連通させている。これによれば、振動板２１１の振動により、その背後に位置する気室Ｃ１に空気の圧力変動が生ずると、連通孔２３０を通じて気室Ｃ２内の空気にも同様の圧力変動が生じるために、振動板２１１，２２１を同調的に振動させることができる。要するに、本発明によれば、ボイスコイル２１４に入力した電気信号（音声信号）を振動板２１１の駆動による空気振動（音響信号）に変換しながら、振動板２１１の振動エネルギーを振動板２２１に伝達して発電を行い、これを信号処理部４１の駆動用電力として蓄電することができる。そのため、振動板２１１と振動板２２１とで挟まれた空間は密閉されていることがより好ましい。
【００２６】
尚、磁気回路２１５と発電用磁気回路２２５は、別体として構成することに限らず、例えば両者のヨーク２１５ａ，２２５ａを一体構造の共有物として構成することができる。
【００２７】
又、２つの振動板２１１，２２１は全く同一のものでも良いが、振動板２１１の負荷を軽減する観点からして振動板２２１には振動板２１１よりも最低共振周波数（ｆ０）が低いものを用いることが好ましい。
【００２８】
ここに、ｆ０＝（ｍ／ｃ）０．５｛ｍ：振動系の質量、ｃ：コンプライアンス（スチフネスｓの逆数）｝であらわされるので、振動板の質量ｍを軽くし、コンプライアンスｃ（動き易さ）を大きくし、スチフネスｓ（硬さ）を小さくすれば、最低共振周波数ｆ０は低くなる。
【００２９】
例えば、振動板２２１の口径、厚さ、密度、あるいは電磁誘導コイル２２４の口径、巻線部２２４ａの巻数、線径などを小さくして振動板２２１を軽量化することにより、その最低共振周波数ｆ０を低くすることができる。又、振動板２２１の厚さ、もしくはヤング率を小さくするか、振動板２２１の形状やエッジ部形状などを最適化してスチフネスを小さくすることにより、振動板２２１の最低共振周波数ｆ０を低くすることができる。
【００３０】
一方、振動系における最大発電量の見積は、Mitchesonらにより、バネとダッシュポットの複合モデルとして算出されている。ここに、最大発電量Ｐｍａｘは、
Ｐｍａｘ＝（１／２）Ｘ０２ω３ｍ（Ｘｍａｘ／Ｘ０）｛Ｘ０：変位量、ω：２πｆ、Ｘｍａｘ：最大変位量、ｍ：質量｝であらわされるので、例えば振動板２２１の質量ｍが４ｍｇ、その変位量（振幅）Ｘ０が１μｍ、最大変位量Ｘｍａｘが１０μｍ、周波数ｆが６００Ｈｚであれば、Ｐｍａｘは約１ｍＷとなる。尚、市販のノイズキャンセリング機能を有するカナル型インナイヤーヘッドホンでは消費電力が２０ｍＷ以下、補聴器では１〜２ｍＷであるから、１ｍＷの発電量でも信号処理部４１の駆動用補助電力として十分である。
【００３１】
次に、駆動ユニットの変更例を図３に示して説明する。図３において、係る駆動ユニット２１は、永久磁石２１５ｂ，２２５ｂおよびトッププレート２１５ｃ，２２５ｃを無孔の円板状とし、永久磁石２１５ｂ，２２５ｂの外周側においてフレーム２１０，２２０とヨーク２１５ａ，２２５ａとの底部周縁に連通孔２３０を穿設し、その連通孔２３０を通じて気室Ｃ１，Ｃ２を連通させている点で上記例とは相違している。要するに、図３の駆動ユニット２１は、連通孔２３０の位置のみ相違し、他は図２の駆動ユニット２と同様の構成とされている。そして、図３に示すような駆動ユニット２１でも、振動板２１１の振動による気室Ｃ１内空気の圧力変動を、連通孔２３０を通じて気室Ｃ２に及ぼし、これによって振動板２２１および電磁誘導コイル２２４を振動させながら、電磁誘導コイル２２４に生ずる起電力を直流電力として図１に示した蓄電部４４に蓄えることができる。尚、本変更例の連通孔２３０は、底部周縁において、周状に複数設けても良い。又、連通孔２３０は、第１の振動板２１１側から見たときの形状が円形状の連通孔２３０でもよいし、フレーム２１０，２２０とヨーク２１５ａ，２２５ａとの底部の中心の位置を中心点とする円弧状の連通孔２３０でもよい。
【００３２】
又、図４は発電用磁気回路２２５を外磁形とした例を示す。すなわち、図４において、発電用磁気回路２２５は、センタピース部ｃｐを有する断面Ｔ字形のヨーク２２５ａの外周に、リング状の永久磁石２２５ｂを配置し、センタピース部ｃｐの上端面に円板状の内側トッププレート２２５ｃを設けると共に、永久磁石２２５ｂの上端面にリング状の外側トッププレート２２５ｄを設け、内側トッププレート２２５ｃと外側トッププレート２２５ｄとの間を磁気ギャップＧ２として形成している。そして、図４に示すような駆動ユニット２２でも、振動板２１１の振動時に連通孔２３０を通じて気室Ｃ１，Ｃ２内空気に圧力変動を生じさせ、これによって磁気ギャップＧ２に挿入された電磁誘導コイル２２４と、これが結合する振動板２２１とを同方向に振動させながら、電磁誘導コイル２２４に生ずる起電力を直流電力として図１に示した蓄電部４４に蓄えることができる。
【００３３】
以上説明したように、第１の振動板の振動時にその背後に生ずる空気の圧力変動によって振動する第２の振動板を備え、その第２の振動板に結合する電磁誘導コイルが発電用磁気回路による磁束と交差する方向に振動することにより、電磁誘導コイルに起電力が生ずるようにしていることから、無振動環境下で楽曲を聴取する場合でも、楽曲を聴取しながら効率よく発電することができる。
【００３４】
尚、本発明の実施形態を説明したが、係る電気音響変換器はヘッドホンのみならず、補聴器にも適用することができる。又、上記各実施形態では、２つの振動板２１１，２２１を同一直線上に配置して、それらの振動方向が同一となるようにしたが、両振動板２１１，２２１の振動方向が交差するような配置形態とすることもできる。
【００３５】
更に、蓄電部４４は、ノイズキャンセリングなどを行なう信号処理部４１の補助電源として用いることに限らず、例えば電飾用ＬＥＤを付加した電気音響変換器にして、蓄電部４４をＬＥＤの発光電源として用いることができる。
【符号の説明】
【００３６】
２１１  第１の振動板
２１３  振動板駆動部
２１４  ボイスコイル（信号入力部）
２１５  磁気回路
２２１  第２の振動板
２２４  電磁誘導コイル
２２５  発電用磁気回路
４１  信号処理部
４４  蓄電部
【図１】
2012165129.tif 000003
【図２】
2012165129.tif 000004
【図３】
2012165129.tif 000005
【図４】
2012165129.tif 000006