(57)【要約】【課題】カナル型イヤホンを外耳道に挿入したときにそのイヤホンのスピーカからの直接波の影響を抑制して、微弱な外耳道共鳴音を含む反射波の音響特性を高精度で計測する。【解決手段】カナル型イヤホンは、イヤホン筐体２と、イヤホン筐体２内に配置されたスピーカ１と、イヤホン筐体２の一端から外側に突出して取り付けられた筒状のノズル３と、ノズル３の外周を囲むように取り付けられて外耳道６に差し込まれたときに外耳道６の全周にわたって外耳道６表面との間に密着してしかもノズル３の外周を囲む環状空間２０を形成するように構成されたイヤチップ４と、環状空間内２０に配置されたマイク５と、を有する。イヤチップ４は、外耳道６に差し込まれたときに外耳道６に通じる気孔を有してもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イヤホン筐体と、
前記イヤホン筐体内に配置されたスピーカと、
前記イヤホン筐体の一端から外側に突出して取り付けられた筒状のノズルと、
前記ノズルの外周を囲むように取り付けられて外耳道に差し込まれたときにその外耳道の全周にわたって外耳道表面との間に密着してしかも前記ノズルの外周を囲む環状空間を形成するように構成されたイヤチップと、
前記環状空間内に配置されたマイクと、
を有することを特徴とするカナル型イヤホン。
【請求項２】
前記イヤチップは、前記外耳道に差し込まれたときにその外耳道に通じる気孔を有すること、を特徴とする請求項１に記載のカナル型イヤホン。
【請求項３】
前記マイクの受音部が、外耳道に接する前記イヤチップの壁面の内側に接して取り付けられていること、を特徴とする請求項１に記載のカナル型イヤホン。
【請求項４】
イヤホン筐体と、
前記イヤホン筐体内に配置されたスピーカと、
前記イヤホン筐体の一端から外側に突出して取り付けられた筒状のノズルと、
前記ノズルの外周を囲むように取り付けられて外耳道に差し込まれたときにその外耳道の全周にわたって外耳道表面との間に密着してしかも前記ノズルの外周を囲む環状空間を形成するように構成されたイヤチップと、
前記ノズル内に埋め込まれて受音部が前記環状空間に向かって開放されたマイクと、
を有することを特徴とするカナル型イヤホン。
【請求項５】
イヤホン筐体と、前記イヤホン筐体内に配置されたスピーカと、前記イヤホン筐体の一端から外側に突出して取り付けられた筒状のノズルと、前記ノズルの外周を囲むように取り付けられて外耳道に差し込まれたときにその外耳道の全周にわたって外耳道表面との間に密着してしかも前記ノズルの外周を囲む環状空間を形成するように構成されたイヤチップと、前記スピーカから校正音が発せられたときにその校正音による直接波とその校正音が外耳道を通って外耳道の奥の鼓膜で反射した反射波とを受信するマイクと、を備えたマイク内蔵カナル型インナーイヤホンを用いるときの共鳴周波数を算出する共鳴周波数算出装置において、
前記スピーカに校正音を生成させる校正音生成部と、
前記マイクで受信した校正音のインパルス応答を算出するインパルス応答算出部と、
前記インパルス応答算出部で算出されたインパルス応答から直接波を検出する直接波検出部と、
前記直接波検出部で検出された直接波の振幅を抑制する直接波振幅抑制部と、
前記直接波振幅抑制部の出力を周波数変換する周波数変換部と、
前記周波数変換部の出力に基づいて共鳴周波数を算出する共鳴周波数算出部と、
を有することを特徴とする共鳴周波数算出装置。
【請求項６】
イヤホン筐体と、前記イヤホン筐体内に配置されたスピーカと、前記イヤホン筐体の一端から外側に突出して取り付けられた筒状のノズルと、前記ノズルの外周を囲むように取り付けられて外耳道に差し込まれたときにその外耳道の全周にわたって外耳道表面との間に密着してしかも前記ノズルの外周を囲む環状空間を形成するように構成されたイヤチップと、前記スピーカから校正音が発せられたときにその校正音による直接波とその校正音が外耳道を通って外耳道の奥の鼓膜で反射した反射波とを受信するマイクと、を備えたカナル型イヤホンの使用方法であって、
前記イヤチップを前記外耳道に挿入し、
前記スピーカに校正音を生成させ、
前記校正音を前記マイクで受信し、
前記マイクで受信した校正音のインパルス応答を算出し、
前記校正音のインパルス応答から直接波を検出し、
前記検出された直接波の振幅を抑制し、
前記直接波の振幅が抑制された校正音のインパルス応答信号を周波数変換し、
前記周波数変換された結果に基づいて共鳴周波数を算出し、
前記算出された共鳴周波数に基づいて前記スピーカの特性を調整すること、
を特徴とするカナル型イヤホンの使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耳穴（外耳道）内に挿入して耳穴を塞ぐようにして使用するカナル型イヤホンおよびその使用方法、ならびに、カナル型イヤホン使用時の共鳴周波数を算出する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯音楽プレーヤーなどのＡＶ音響機器に好適なイヤホンとして、耳穴内に挿入して耳穴を密閉するようにして使用するカナル型イヤホンが知られている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−３４１７８４号公報
【特許文献２】特開２００５−２８６５００号公報
【特許文献３】特開２００１−２１１４９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
イヤホンで聴く音楽は必ずしもステレオ聴取時と比べて高音質とは言い切れない。イヤホン装着により、イヤホン自体が反射体となり、外耳道共鳴周波数が変化することが音質劣化の要因のひとつと考えられている。しかも、外耳道は個人差があることから、その共鳴周波数も異なる。
【０００４】
そこで、個人毎の音響特性の取得をするために、マイクを内蔵したイヤホンを用いることが考えられる。ここで、超小型マイクをイヤホン先端に付けた場合は、共鳴ピーク検出可能であるが、マイクが突き出るので安全上実用的でない。そこで、イヤホン筐体内部へのマイク実装が必要になる。この場合、イヤホンは耳に装着することから小型軽量化が図られ、マイクはスピーカ直近に配することとなる。しかしながら、この配置下では共鳴ピークはスピーカからの直接音に埋もれて検出困難となる。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、カナル型イヤホンを外耳道に挿入したときにそのイヤホンのスピーカからの直接波の影響を抑制して、微弱な外耳道共鳴音を含む反射波をマイクで受音し、音響特性を高精度で計測することを目的とする。
【０００６】
なお、マイク内蔵のイヤホンについては、特許文献２および３に開示がある。
【０００７】
特許文献２は、マイクをイヤホンスピーカ近くに装備する技術が開示されている。しかし、この文献におけるマイクの使用目的は外部雑音を拾い、外部音レベルに合わせてスピーカ音量を調整するための補聴器である。このために、外部音を積極的に拾う必要があり、マイクはスピーカの裏側（外耳道から遠ざかる側）に配置され、また、ハウリング防止から、スピーカからの直接音・振動が極力、マイクに戻らないような工夫がされている。したがって、本発明のようにスピーカ音をマイクで拾うための構成とは大きく異なる。
【０００８】
一方、特許文献３に開示されたイヤホンは、カナル型密閉イヤホンではなく、通常のイヤホンである。したがって、ノズルやイヤチップは存在せず、また、マイクは耳穴付近に位置し、本発明のカナル型のように外耳道内には配されない構造となっている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係るカナル型イヤホンは、イヤホン筐体と、前記イヤホン筐体内に配置されたスピーカと、前記イヤホン筐体の一端から外側に突出して取り付けられた筒状のノズルと、前記ノズルの外周を囲むように取り付けられて外耳道に差し込まれたときにその外耳道の全周にわたって外耳道表面との間に密着してしかも前記ノズルの外周を囲む環状空間を形成するように構成されたイヤチップと、前記環状空間内に配置されたマイクと、を有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係るカナル型イヤホンの他の態様は、イヤホン筐体と、前記イヤホン筐体内に配置されたスピーカと、前記イヤホン筐体の一端から外側に突出して取り付けられた筒状のノズルと、前記ノズルの外周を囲むように取り付けられて外耳道に差し込まれたときにその外耳道の全周にわたって外耳道表面との間に密着してしかも前記ノズルの外周を囲む環状空間を形成するように構成されたイヤチップと、前記ノズル内に埋め込まれて受音部が前記環状空間に向かって開放されたマイクと、を有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る共鳴周波数算出装置は、イヤホン筐体と、前記イヤホン筐体内に配置されたスピーカと、前記イヤホン筐体の一端から外側に突出して取り付けられた筒状のノズルと、前記ノズルの外周を囲むように取り付けられて外耳道に差し込まれたときにその外耳道の全周にわたって外耳道表面との間に密着してしかも前記ノズルの外周を囲む環状空間を形成するように構成されたイヤチップと、前記スピーカから校正音が発せられたときにその校正音による直接波とその校正音が外耳道を通って外耳道の奥の鼓膜で反射した反射波とを受信するマイクと、を備えたマイク内蔵カナル型インナーイヤホンを用いるときの共鳴周波数を算出する共鳴周波数算出装置において、前記スピーカに校正音を生成させる校正音生成部と、前記マイクで受信した校正音のインパルス応答を算出するインパルス応答算出部と、前記インパルス応答算出部で算出されたインパルス応答から直接波を検出する直接波検出部と、前記直接波検出部で検出された直接波の振幅を抑制する直接波振幅抑制部と、前記直接波振幅抑制部の出力を周波数変換する周波数変換部と、前記周波数変換部の出力に基づいて共鳴周波数を算出する共鳴周波数算出部と、を有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係るカナル型イヤホンの使用方法は、イヤホン筐体と、前記イヤホン筐体内に配置されたスピーカと、前記イヤホン筐体の一端から外側に突出して取り付けられた筒状のノズルと、前記ノズルの外周を囲むように取り付けられて外耳道に差し込まれたときにその外耳道の全周にわたって外耳道表面との間に密着してしかも前記ノズルの外周を囲む環状空間を形成するように構成されたイヤチップと、前記スピーカから校正音が発せられたときにその校正音による直接波とその校正音が外耳道を通って外耳道の奥の鼓膜で反射した反射波とを受信するマイクと、を備えたカナル型イヤホンの使用方法であって、前記イヤチップを前記外耳道に挿入し、前記スピーカに校正音を生成させ、前記校正音を前記マイクで受信し、前記マイクで受信した校正音のインパルス応答を算出し、前記校正音のインパルス応答から直接波を検出し、前記検出された直接波の振幅を抑制し、前記直接波の振幅が抑制された校正音のインパルス応答信号を周波数変換し、前記周波数変換された結果に基づいて共鳴周波数を算出し、前記算出された共鳴周波数に基づいて前記スピーカの特性を調整すること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、スピーカから発せられた校正音をマイクが直接受信することが抑制され、それにより、外耳道の共鳴音を含む音響特性の計測を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。
【００１５】
［第１の実施形態］
図１は本発明の第１の実施形態に係るイヤホンを外耳道に装着した状態を示す概略縦断面図である。
【００１６】
本実施形態に係るイヤホンは、外耳道（耳穴）６に挿入して用いられるカナル型インナーイヤホンであって、スピーカ１と、スピーカ１を囲むイヤホン筐体２と、イヤホン筐体２のスピーカ１に対向する位置で外側に突出するように取り付けられた円筒状のノズル３と、ノズル３外周に取り付けられたイヤチップ４とを有する。イヤチップ４は、たとえば柔軟なゴム製であって、外耳道６に挿入されたときに外耳道６の内面全周と密着して耳栓のように外耳道６を密封するものであることが望ましい。イヤチップ４内には、ノズル３を囲むように環状空間２０が形成されている。環状空間２０の外耳道６挿入側は閉じており、イヤホン筐体２側は開口している。
【００１７】
環状空間２０内にマイク５が取り付けられていて、マイク５の受音部２１は外耳道６の奥に向けられている。
【００１８】
スピーカ１は、通常の音声を出力できるほか、このイヤホンを外耳道６に装着した状態での外耳道６の共鳴周波数を算出するための校正音を出力できる。スピーカ１で生成された校正音は、外耳道６内を伝播し、その奥の鼓膜７で反射して外耳道反射音８としてマイク５の受音部２１に到達する。マイク５がノズル３の外側の環状空間２０内に配置されていることにより、スピーカ１で生成された校正音のうちで、外耳道６を通らずに直接マイク５の受音部２１に到達する部分は少ない。
【００１９】
仮に、イヤホン筐体２内にマイク５を設置した場合は、マイク５はその近くにスピーカ１があることから、外耳道反射音に比べて音圧の大きいスピーカ１からの直接音をそのまま受音してしまう。その場合は、微弱な外耳道共鳴音は周波数特性に現れにくくなる。
【００２０】
これに対して、本実施形態のようにマイク５をスピーカ筐体２外部のイヤチップ４内部の環状空間２０内に配置すると、スピーカ１からの直接波はノズル３を介することで回折減音し、イヤホン筐体２内にあるときと比べて、その伝播エネルギーは大幅に減少する。イヤホン筐体２内にマイク５を設置した場合は、筐体共鳴増音することも見逃せない。したがって、本実施形態により、相対的に、ノズル３、外耳道６を介して鼓膜７で反射した外耳道伝播エネルギーの受信感度は向上する。
【００２１】
図２は、実際に、ヒトの外耳道を模擬した外耳道模型に第１の実施形態のイヤホンを装着して得たマイク実測結果を示すグラフである。ここで、マイク５として、口径４ｍｍのものを用いた。また、図３は、第１の実施形態のイヤホンのスピーカを用いて校正音を発生させ、模擬外耳道の鼓膜位置に別のマイク（図示せず）を配置して周波数特性を実測した結果を示すグラフである。図２と図３の外耳道の周波数特性を比較すると、共鳴ピークＡ，Ｂ，Ｃが計測できていることがわかる。
【００２２】
［第２の実施形態］
図４は本発明の第２の実施形態に係るイヤホンを示す概略縦断面図であり、図５は図４のＶ−Ｖ矢視側面図である。
【００２３】
この実施形態では、イヤチップ４の外耳道６の奥に向いた位置に気孔２６が形成されている。これにより、イヤチップ４の遮音性能が低下し、マイク５の受音感度が向上する。
【００２４】
通常、イヤチップ４はイヤホン筐体２に比べて質量も軽く、遮音性能は低い。そのため、マイク５をイヤチップ４内部に配置しても遮音されずに受信可能となる。しかし、対象とする１２ｋＨｚ以上の高音域の共鳴周波数を感度よく受音するには、より遮音性を下げる必要がある。そこで、イヤチップ４に気孔２６を設けることで受音感度を上げることができる。
【００２５】
［第３の実施形態］
図６は本発明の第３の実施形態に係るイヤホンを示す概略縦断面図である。この実施形態では、マイク５がイヤチップ４内の環状空間２０内に配置されていて、マイク５の受音部２１は環状空間２０の外側のイヤチップ４壁に接している。このイヤホンが外耳道６に挿入されて装着されたとき、マイク５の受音部２１はイヤチップ４の壁を介して外耳道６の表面に接する。このためマイク５で、外耳道６内に伝わる空気伝播音に加えて、固体伝播音を計測することができる。
【００２６】
一般論として、外耳道６を伝播する音響特性を計測するには、空気伝播音の計測が正確であるが、共鳴周波数の特定だけであるならば、共鳴時には外耳道６表面にも共鳴増幅したエネルギーが伝わることから、外耳道６表面の固体伝播音にも、その共鳴周波数は含まれる。そこで、マイクの受音部２１を、イヤチップ４を介して外耳道６表面に押し付けて共鳴周波数の同定を行なうことができる。
【００２７】
［第４の実施形態］
図７は本発明の第４の実施形態に係るイヤホンを示す概略縦断面図である。この実施形態では、マイク５はイヤホン筐体２外部のノズル３内に内蔵され、マイク５の受音部２１はイヤチップ４内の環状空間２０に面している。このイヤホンが外耳道６に挿入されて装着されたとき、マイク５の受音部２１は外耳道６内部に面することになる。そのため、マイク５は、スピーカ１から発した校正音を直接受信せずに、ノズル３および外耳道６を介して鼓膜７で反射した外耳道伝播音を受信することになる。これにより、外耳道６の共鳴音を含む音響特性の計測を実現することができる。
【００２８】
マイク５の受音部２１はノズル３内側でなく、外側、すなわち、イヤチップ４内にあることから、第１の実施形態と同様に、直接音の寄与は小さくなり、反射波の計測はしやすくなる。
【００２９】
［第５の実施形態］
図８は本発明の第５の実施形態に係るイヤホンおよびこのイヤホンと協動する共鳴周波数算出装置３０とを示す模式的縦断面図である。
【００３０】
この実施形態では、マイク５がイヤホン筐体２内部に配置され、インパルス応答で算出したスピーカ１からマイク５で受音する直接音９を抑制あるいは除去することにより、直接波に埋もれた微弱な外耳道共鳴音を含む反射波の音響特性の計測を実現する。
【００３１】
スピーカ１からの直接音９に隠れがちの微弱な外耳道反射音８を高精度で検出するという目的は第１ないし第４の実施形態と同様であるが、この第５の実施形態では、信号処理により直接波に埋もれた微弱な外耳道特性を再現する共鳴周波数算出装置３０を有することに特徴がある。
【００３２】
共鳴周波数算出装置３０は、スピーカ１にランダム校正音を生成させる校正音生成部１２と、マイク５で受信した校正音のインパルス応答を算出するインパルス応答算出部１３と、インパルス応答算出部１３で算出されたインパルス応答から直接波（直接音）を検出する直接波検出部１４と、直接波検出部１４で検出された直接波の振幅を抑制する直接波振幅抑制部１５と、直接波振幅抑制部１５の出力を周波数変換する周波数変換部１６と、周波数変換部１６の出力に基づいて共鳴周波数を算出する共鳴周波数算出部１７と、を有する。
【００３３】
この実施形態によれば、校正音生成部１２によってランダム校正音をスピーカ１から出力し、マイク５での受信信号により、インパルス応答算出部１３でインパルス応答を算出する。
【００３４】
直接波検出部１４でインパルス応答の直接波（直接音）と反射波（反射音）とを分離し、直接波振幅抑制部１５で、原点から一番大きな波形に相当する直接波成分を抑制、あるいは削除する。そして、反射波の寄与を向上させた状態で、周波数変換部１６でＦＦＴ（フーリエ周波数変換）分析をし、共鳴周波数算出部１７で周波数特性上の共鳴ピークを再現する。
【００３５】
図９は、第５の実施形態に係るイヤホンを試作し、これを外耳道６に装着した状態で、マイク５で検出されたインパルス応答波形の実測結果を示すグラフである。また、図１０は図９のインパルス応答波形に基づくマイク内蔵イヤホンの周波数特性実測結果を示すグラフであり、図１１は図９に示すインパルス応答波形の実測結果から直接波を除去した場合の周波数特性結果を示すグラフである。
【００３６】
図９には、多重反射が顕著に現れている。このときの周波数特性は図１０の実線に示すように、直接音が支配的となり、共鳴ピークは現れていない。
【００３７】
これに対して、図９の点線四角形で囲んだ直接波を削除した状態で、周波数変換した周波数特性を得ると、その結果は図１１に示すように、共鳴ピークが明確に現れる。
【００３８】
［他の実施形態］
以上説明した各実施形態は単なる例示であって、本発明はこれらに限定されるものではない。たとえば、第５の実施形態では、マイク５がイヤホン筐体２内部に配置されるものとしたが、マイク５の配置位置を第１ないし第４の実施形態のいずれかと同様にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るイヤホンを外耳道に装着した状態を示す概略縦断面図。
【図２】第１の実施形態のイヤホンによるマイク実測結果を示すグラフ。
【図３】第１の実施形態のイヤホンにより、模擬外耳道の鼓膜位置での周波数特性実測結果を示すグラフ。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るイヤホンを示す概略縦断面図。
【図５】図４のＶ−Ｖ矢視側面図。
【図６】本発明の第３の実施形態に係るイヤホンを示す概略縦断面図。
【図７】本発明の第４の実施形態に係るイヤホンを示す概略縦断面図。
【図８】本発明の第５の実施形態に係るイヤホンおよびこのイヤホンと協動する共鳴周波数算出装置とを示す模式的縦断面図。
【図９】第５の実施形態に係るイヤホンのマイクで検出されたインパルス応答波形の実測結果を示すグラフ。
【図１０】図９のインパルス応答波形に基づくマイク内蔵イヤホンの周波数特性実測結果を示すグラフ。
【図１１】図９に示すインパルス応答波形の実測結果から直接波を除去した場合の周波数特性結果を示すグラフ。
【符号の説明】
【００４０】
１…スピーカ
２…イヤホン筐体
３…ノズル
４…イヤチップ
５…マイク
６…外耳道
７…鼓膜
８…耳道反射音
９…直接音
１２…校正音生成部
１３…インパルス応答算出部
１４…直接波検出部
１５…直接波振幅抑制部
１６…周波数変換部
１７…共鳴周波数算出部
【図１】
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【図２】
2009284097.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2009284097.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2009284097.tif 000012
【図１１】
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