(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線電話用の共振器であって、該共振器は、前記無線電話のスピーカが受ける負荷インピーダンス変化を最小化することにより、該スピーカを外部音響漏洩から実質的に離隔するためのものであり、前記無線電話は、スピーカから音響を出力するためのイヤホンポートをもつハウジングを有し、前記無線電話用の共振器は、
第１チャネル経路及び第２チャネル経路を画定するハウジングを備え、該第１チャネル経路は、スピーカとイヤホンポートとの間に音響を搬送するためのものであり、前記第２チャネル経路は、スピーカと内部共振器空洞との間に音響を搬送するためのものであり、前記第２チャネル経路及び内部共振器空洞の寸法は、インピーダンスが実質的に低い経路を与えて、外部音響漏洩に起因する音響インピーダンス変化をマスクし、もって所定の共振性能を与えるものである
ことを特徴とする共振器。
【請求項２】
前記内部共振器空洞は、共振器ハウジングの開放面を通して露出され、前記イヤホンポートをもつハウジングによりシールされる、請求項１に記載の共振器。
【請求項３】
前記内部共振器空洞は、共振器ハウジング内に包囲される、請求項１に記載の共振器。
【請求項４】
複数の内部共振器空洞と、スピーカと各内部共振器空洞との間に音響を搬送するチャンネル経路とを備えた、請求項１〜３のいずれか１項に記載の共振器。
【請求項５】
前記第２チャネル経路及び内部共振器空洞は、音声応答においてナルを形成し、前記共振器は、前記ナルを補償するように配置された、改善された低周波数応答を有するスピーカとともに使用するようにされている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の共振器。
【請求項６】
改善された低周波数応答を有するスピーカを備える、請求項５に記載の共振器。
【請求項７】
前記第２チャネル経路及び内部共振器空洞は、音声応答においてナルを形成し、前記共振器は、前記ナルを補償するための補償フィルタとともに使用するようにされている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の共振器。
【請求項８】
前記補償フィルタは、前記無線電話のデジタル信号プロセッサにより実施される、請求項７に記載の共振器。
【請求項９】
バンドパスフィルタを備えた請求項７に記載の共振器。
【請求項１０】
イヤホンポートをもつ無線電話ハウジングを有する無線電話用の音響挿入体において、請求項１〜９のいずれか１項に記載の共振器と、スピーカとを備えたことを特徴とする音響挿入体。
【請求項１１】
バンドパスフィルタを備えた請求項１０に記載の無線電話用音響挿入体。
【請求項１２】
前記無線電話のデジタル信号プロセッサにより実施されるバンドパスフィルタを備えた、請求項１０に記載の無線電話用音響挿入体。
【請求項１３】
前記スピーカは、指定の共振性能を補足する低周波数応答を有する請求項１０に記載の音響挿入体。
【請求項１４】
イヤホンポートをもつ無線電話ハウジングと、スピーカと、請求項１〜９のいずれか１項に記載の共振器とを備えたことを特徴とする無線電話。
【請求項１５】
イヤホンポートをもつ無線電話ハウジングと、請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の音響挿入体とを備えたことを特徴とする無線電話。
【請求項１６】
前記無線電話ハウジングは、共振器のハウジングの少なくとも一部分を形成する請求項１４又は１５に記載の無線電話。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、イヤホン音響装置の改良に係り、より詳細には、移動電話に使用されるイヤホンに係る。
【０００２】
【背景技術】
最近、移動電話の音質を改善することが著しく叫ばれている。これは、製品小型化の推進が高い音質という目標に相反するために、設計者が今後挑戦していく課題である。小型のイヤホンスピーカへ移行する際の１つの問題は、低い周波数の出力効率にロスが生じることである。これと共に、低い周波数（３００Ｈｚ−１０００Ｈｚ）におけるスピーカの出力は、音響条件の変化により敏感であり、ユーザ間に大きな性能のばらつきを生じさせる。性能ばらつきの要因となる第１の音響パラメータは、「音響漏洩」と称され、これは、ユーザの耳と電話のフロントカバーとの間の予想し得ない密封状態による低周波音質の悪化に関連している。このようにして生じる音響漏洩は、電話のイヤホンからのスピーチを、低い周波数の内容が不充分であるために弱く且つか細く響かせることになる。
【０００３】
漏洩許容型でない標準的なイヤホン設計は、ユーザの耳により課せられる音響負荷の変動により大きな音質変化を経験する。その結果、低い周波数の音響性能が悪化し、イヤホンを通して出力されるスピーチを弱く且つか細く響かせることになる。漏洩許容型の設計は、広範囲なユーザ及び動作条件にわたって予想可能で且つ安定した音質を与える。
【０００４】
現在利用できる最も進歩した漏洩許容型の設計は、電話のフロントカバー内に指定の音響漏洩を導入することによりスピーカが外部の負荷条件にあまり敏感でないようにする。実際に、スピーカは、フロントカバーから数分の１ミリメーター離れて保持され、そして音響エネルギーが電話の内部に「漏洩」される。この内部漏洩は、低い周波数におけるスピーカの出力が外部の負荷変動にあまり依存しないようにする。しかしながら、この漏洩許容設計は、実際上、実現化が困難である。
【０００５】
【発明の開示】
本発明によれば、イヤホンポートをもつハウジングとスピーカとを有した無線電話用の共振器において、ハウジングと、スピーカとイヤホンポートとの間に音響を搬送する第１チャンネルと、内部空洞と、スピーカと内部空洞との間に音響を搬送する第２チャンネルとを備え、指定の共振性能を与える共振器が提供される。
第２チャンネル及び内部空洞は、ヘルムホルツ共振器を形成し、その共振は、第２チャンネル、内部空洞の物理的寸法及びイヤホンポートの面積によって制御される。従って、本発明は、所与のイヤホンポートに対し内蔵型の音響解決手段を提供する。内蔵型の音響解決手段は、多数の理由で望ましいものである。
【０００６】
第１に、その漏洩許容特性は、電話の内部特性とは独立している。従って、漏洩許容特性は、無線電話の経年変化及び内部音響特性と共に変化せず、それ故、この内蔵型音響解決手段は、既存の漏洩許容解決手段より信頼性が高い。更に、漏洩許容性能は、電話の設計とは独立したものであり、種々の異なる電話に対して同じイヤホン解決手段を使用することができる。
第２に、この設計は、電話への埃及び水分の侵入を防止する。大きなイヤホンポートを必要とする現在の漏洩許容解決手段とは異なり、本発明の設計は、小さなスピーカポートで良好に機能し、従って、スピーカの保護性を高める。又、音響システムが電話の内部電子装置等から分離されているので、イヤホンポートを通して侵入する埃や水は、これら内部電子装置に到達せず、従って、敏感な電子部品にダメージを及ぼすことはない。
【０００７】
第３に、非漏洩許容型電話に比して、無線電話へ音響エネルギーが過剰に漏れることはない。即ち、スピーカとマイクロホンとの間の音響結合は、標準的な非漏洩許容型電話の場合と同じである。従って、本発明による設計は、スピーカからの音響エネルギーが電話へ漏れ込むときに現在の漏洩許容型システムに生じるスピーカとマイクロホンとの間の潜在的に不所望な音響結合を回避する。
本発明の共振器の内部空洞は、共振器ハウジングの開放面を通して露出することができる。この開放面は、無線電話の厚みを減少するために無線電話のハウジングの一部分によって閉じることができる。或いは又、共振器の内部空洞は、無線電話ハウジングのイヤホン部分の形状に設計上の制約が課せられないように、共振器ハウジング内に包囲することもできる。
【０００８】
共振器は、複数の内部空洞と、スピーカと各内部空洞との間に音響を搬送するチャンネルとを備えている。特定の用途に必要とされる音響特性に基づいて選択が行なわれる。
又、イヤホンポートをもつハウジングを有する無線電話用の音響挿入体であって、本発明による共振器と、スピーカとを備えた挿入体も提供される。
スピーカは、指定の共振性能を補足する低周波数応答を有する。これは、より安定した高質の音声性能を生じる合成フラット応答を与える。
又、イヤホンポートをもつハウジングと、スピーカと、本発明による共振器とを備えた無線電話も提供される。共振器及びスピーカは、音響挿入体の一部分を形成する。
【０００９】
無線電話は、より安定した高質の音声性能を生じる合成フラット応答を与えるために、指定の共振性能を補償する補償フィルタを備えているのが好ましい。このような補償フィルタは、指定の共振性能を補足する低周波数応答を有するスピーカによって実現できる。或いは又、補償フィルタは、デジタル信号プロセッサによって実現されてもよい。この別のやり方が好ましい。というのは、例えば、低周波数応答が改善されたスピーカより著しく安価な従来型スピーカを使用できるからである。
【００１０】
無線電話ハウジングは、共振器のハウジングの少なくとも一部分を形成することができる。例えば、共振器の内部空洞を包囲するために、共振器ハウジングの開放面をカバーするように使用されてもよい。
内部空洞又は複数の空洞がリングを形成してもよい。或いは又、方形、長方形等を形成してもよい。
【００１１】
【発明を実施するための最良の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態を一例として説明する。
図１は、本発明による音響共振器を含むことのできる典型的な無線電話を示す図である。この無線電話は、フロントハウジング即ちカバー１と、リアハウジング２とを備え、これらは、電話の電子装置を収容すると共に、フロント及びリアハウジングに除去可能に取り付けられるバッテリ３を収容する。フロントハウジング１は、電話のスピーカからユーザの耳へ音声を出力するためのイヤホンポート４を含むイヤホン領域と、ユーザから電話のマイクロホンへ音声を入力するためのマイクロホンポートを含むマウスピース領域とを有する。
【００１２】
図２は、本発明の実施形態による無線電話のイヤホン領域を前及び横から見た図である。無線電話は、スピーカ６と、電話のスピーカを変化する負荷の影響から分離するための共振器即ち音響サブシステムとを備えている。音響サブシステムは、ＡＬＴＲ即ち音響漏洩許容リングと称されている。これは、共振器ハウジング２０を含み、このハウジングは、ここに示す実施形態では、２つのイヤホンポート４を有する無線電話のフロントカバー１のイヤホン領域によってその一部が形成される。共振器ハウジング２０は、シールされた音響空洞７を包囲し、この音響空洞は、ここに示す実施形態では、リングの形態である。このリングは、スピーカ６を密接に嵌合できるスペースを形成し、従って、スピーカのダイアフラムにより発生される音響圧力は、イヤホンポート４のみを経て放射し、スピーカの後方へは放射しない。各イヤホンポート４ごとに共振器ハウジング２０内に２つの音響経路が形成され、即ちスピーカ６から各イヤホンポート４へのイヤホン経路と、スピーカ６から音響空洞７へのリング経路８とが形成される。この実施形態では、リングポートが各イヤホン経路から分岐しているが、全く別々のものであってもよい。
【００１３】
スピーカ６は、イヤホン経路と、無線電話のフロントカバー１のポート４とを経てユーザの耳へ音響を放射する。又、音響は、リング経路８を経て音響空洞７へも搬送される。音響空洞７及びリング経路８は、ヘルムホルツ共振器を形成し、その応答は、音響空洞７、リング経路８の物理的寸法及びイヤホンポート４の面積によって決定される。この構成では、ＡＬＴＲは、通常のイヤホン音響システムに対して側部分岐共振器として働き、図６ａ−６ｃを参照して以下に述べるようにイヤホン応答を安定化することができる。
音響空洞７は、連続的であってもよいし、又は小さな個々の空洞に分割されてもよい。即ち、リングである必要はない。その選択は、特定の用途に要求される音響特性に依存する。
【００１４】
本発明のこの実施形態によるＡＬＴＲは、種々様々なユーザに対し種々の周波数範囲においてイヤホンの音響伝達関数を安定化するように実施することができる。典型的な無線電話イヤホンに対するＡＬＴＲの実施例を以下に示す。
スピーカの半径＝６．５ｍｍ
スピーカの高さ＝３．０ｍｍ
イヤホンポートの面積＝２．０ｍｍ2
音響（リング）空洞：
内部半径＝７．０ｍｍ
外部半径＝８．８ｍｍ
内部容積＝３１０．０ｍｍ3
リングの高さ＝３．５ｍｍ
リングの材料厚み＝０．５ｍｍ
リング経路の直径＝０．４ｍｍ（２つの同じ経路）
リング経路の長さ＝１０．０ｍｍ
共振周波数＝約４８０Ｈｚ
【００１５】
図３は、上記寸法をもつ図２に示したＡＬＴＲの周波数応答を示す。この応答において減衰は無視されており、従って、ナルは、実際の場合に予想されるものより相当に深い。図３における破線は、減衰が存在する状態の「典型的な応答」を示している。ナルの深さは、図６ａ−６ｃを参照して以下に説明するフラットな合成応答を得るために、スピーカ６／ＤＳＰの応答に一致される。この一致は経験的に導出されるのが好ましい。というのは、現在の数値モデリング技術によって充分に正確な推定を得ることは困難だからである。基本的システムにおける減衰が不充分な場合には、発泡材のような適当な材料を使用してリング経路８の抵抗値を増加することにより付加的な減衰を導入することができる。或いは又、リング経路の縦横比を増加して（即ち細いスリットにして）、減衰を増加することもできる。しかしながら、この後者のやり方は、あまり好ましくない。というのは、リング経路の機械的な設計に対して小さな公差を必要とし、製造中の障害となり易いからである。
【００１６】
ＡＬＴＲは、図２ではスピーカの周りに長方形の空洞として設計されるが、その製品に適したいかなる形状にモールドすることもできる。共振周波数を決定するのに重要なものは、音響空洞７の容積、リング経路の面積、リング経路の長さ及びイヤホンポート４の面積だけであり、フォームファクタは、無関係である。
ＡＬＴＲは、モールドプロセス中に無線電話のフロントカバーに完全に一体化することができる。或いは又、ＡＬＴＲは、個別に製造することもでき、この場合には、一体的な共振器をもつ（スピーカを伴ったり伴わなかったりして）音響挿入体として形成することもできるし、又はカバーと結合してＡＬＴＲを構成する挿入体として形成することもできる。
【００１７】
音響空洞は、一般に、個別の製造によって更に正確に形成することができ、特に、ＡＬＴＲを２つの半部分で組み立て、両部分を結合して密封された音響空洞７を形成することができる。これを行う実施形態が図４に示されている。
この実施形態では、無線電話のフロントカバー１は、音響空洞領域の一部分を形成するように拡張される。斜影付けされた区分１０は、ＡＬＴＲサブ組立体を含む音響挿入体であり、製造中に無線電話ハウジングに挿入される。この挿入体のリップは、カバー１の延長部分の周りにクリップされてそれを位置保持する。無線電話のフロントカバー１は、挿入体１０の一部分を受け入れるために窪みが設けられ、そのイヤホン経路をイヤホンポート４に整列する。これは、音響空洞７へ音響圧力が漏れないよう確保するために良好な嵌合でなければならない。ＡＬＴＲからの音響の漏れを更に防止するために、ＡＬＴＲサブ組立体と無線電話のフロントカバー１の拡張部分との間にシールが設けられる。このシールは、現在のスピーカに使用される接着剤形式のものでよい。シール及びクリップは、電話の他部分からイヤホンを分離する上で役立ち、従って、フロントカバー及びＡＬＴＲサブ組立体は、良好にシールされた内部空洞を形成するよう確保し、電話の他の特性に関わりなく指定の周波数特性を与えることができる。スピーカは、現在のハンドセット設計の場合と同様に、ＡＬＴＲサブ組立体の下部に固定することができる。
【００１８】
この実施形態は、望ましいものである。というのは、高価なモールドプロセスを伴わずに包囲された空洞を容易に実現することができ、そして無線電話のフロントハウジング１の製造に多大なコストを被ることなくサブ組立体のリング経路８及びイヤホン経路を所要の公差で形成できるからである。
図５は、図４のＡＬＴＲサブ組立体設計の一般的な外観を三次元で示す。この図から明らかなように、無線電話のフロントカバーとは個別にこの部分を設計することにより、リング経路において所要の公差を容易に達成することができる。というのは、穴あけのためにそれらに容易にアクセスできるからである。
【００１９】
図２と４の比較により、特定の製品ケースの要件に適合するためにＡＬＴＲの形状をいかに変更できるかが明らかである。例えば、図２では、音響（リング）空洞がスピーカ６の周囲にあり、一方、図４では、音響（リング）空洞が主として電話のフロントカバー１とスピーカ６との間にサンドイッチされる。これらの端部要素間の変動も受け入れることができる。
本発明の音響効果について説明する。
低い周波数においては、スピーカに与えられるインピーダンスは、ユーザの耳とフロントカバーとの間に形成される空洞の特性により生じる音響負荷によって左右される。
【００２０】
理想的な状態のもとでは、耳とフロンとカバーとの間に密封された空洞が形成され、従って、比較的高い負荷インピーダンスがスピーカに与えられる。このような状態のもとでは、良好に設計されたシステムは、低い周波数において充分な音響圧力を発生するのにほとんど問題はなく、３００Ｈｚ以上のフラットな応答を維持する。
しかしながら、耳とフロントカバーとの間の空洞が完全に密封されない状態のもとでは（通常はこのような状態である）、スピーカに与えられる負荷インピーダンスが減少する。これは、低い周波数においてスピーカの放射効率を低下し、その結果、イヤホンの音質が低下する。
【００２１】
ＡＬＴＲは、スピーカが経験する負荷インピーダンスの変化を最小にすることによりスピーカの放射効率の変化を減少する。
ＡＬＴＲは、同様の周波数範囲にわたり外部音響漏洩により影響されるところまで延びる（例えば、３００Ｈｚないし１０００Ｈｚ）低インピーダンスの音響経路をスピーカに与えることによりこれを達成する。
この低インピーダンス経路の効果は、耳／フロントカバー境界の可変密封状態により生じる音響インピーダンス変化からスピーカがマスクされることである。ＡＬＴＲにより影響される周波数範囲内でスピーカにより感知されるほとんどの負荷は、ＡＬＴＲの負荷特性である。それ故、イヤホンの周波数応答は、充分に定義されない外部音響条件にはあまり依存せず、ＡＬＴＲにより課せられる良好に定義される内部条件に大きく依存する。
【００２２】
ＡＬＴＲによりイヤホンに導入される低インピーダンス経路は、イヤホン応答にナルを形成する（図６ａ参照）。これを補償するために、スピーカは、ナルを補足する改善された低周波数応答を有するように設計することができる（図６ｂ参照）。このようなスピーカがＡＬＴＲに取り付けられると、両方の応答が合成されて、図６ｃに示すようなほぼフラットな応答が形成される。
ＡＬＴＲシステムの帯域巾（ｆsb）にわたり、スピーカは、低いインピーダンスに向かって連続的に駆動される。その結果、その放射効率はＡＬＴＲによって左右され、外部の負荷変動に対してあまり敏感でなくなる。それ故、イヤホンの周波数応答は、広い範囲の動作条件にわたってフラットに保たれ、種々様々な異なるユーザに対してより安定した高質の音響性能を発生する。
【００２３】
改善された低周波数応答をもつスピーカを使用するのとは別に、例えば、電話のデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を使用することにより電子的に実施される適当なバンドパスフィルタに関連して標準的な低コストスピーカを使用することができる。ＤＳＰフィルタは、ＡＬＴＲ応答のナルを補償し、複合周波数応答にわたってより多くの制御を与え、そして低コストのスピーカを使用できるように設計される。
或いは又、ＤＳＰを用いて低周波ブーストを発生するのではなく、改善された低周波数スピーカを使用するか又は他の手段により音響システム自体から低周波ブーストを得ることもできる。低周波ブーストは、スピーカの直前にあるイヤホン経路及びある容積の空洞４０（図４）で共振システムを形成し、ＡＬＴＲ側部分岐共振器により導入されるナルを補償するようにこの共振システムを同調できることを利用することにより、自動的に発生することができる。しかしながら、実際には、この解決策は、ＤＳＰ方法を使用するよりも複雑となる。
【００２４】
本発明の１つの特に有用な実施形態は、イヤホン能動的ノイズ打消し（ＥＡＮＣ）のような音響特徴を採用する電話である。これらの特徴は、電話の音響装置が、安定した良好に定められた応答を有することを必要とし、そしてＡＬＴＲのような実際の音響漏洩許容システムの使用は、ＥＡＮＣのような音声システムが、電話の形式に関わりなく、より健全な、ひいては、より信頼性のある性能をもつことができるようにする。
以上の説明に鑑み、請求の範囲内で種々の変更がなされ得ることが当業者に明らかであろう。例えば、ある漏洩許容スピーカ設計は、スピーカの後部にポートを必要とする。このようなシステムでは、スピーカの設置は、最も近い表面から少なくとも１ｍｍの間隙を設けねばならない。本発明のＡＬＴＲは、スピーカの後部の下に城壁形態で突出することができ、従って、スピーカの後方に必要な間隙を形成しつつ、束縛のない後部音響放射を許すことができる。換言すれば、リング空洞は、必要な間隙とほぼ同じ量だけスピーカより深くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ハンドポータブル無線電話の斜視図である。
【図２】  本発明の実施形態によるイヤホン及び音響サブシステムの側面及び平面図である。
【図３】  図２に示す音響サブシステムの周波数応答を示すグラフである。
【図４】  本発明の実施形態によるイヤホン及び音響サブシステムの側面図である。
【図５】  図４の音響サブシステムを形成する挿入体を三次元的に示す図である。
【図６ａ】  本発明の実施形態による音響サブシステムの周波数応答を示す図である。
【図６ｂ】  図６ａに示す音響サブシステムの周波数応答を補足する周波数応答であって、例えば、スピーカにより与えられる周波数応答を示す図である。
【図６ｃ】  図６ａ及び６ｃに示す周波数応答の合成から得られるフラットな周波数応答を示す図である。
【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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