(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イヤホンを有するスープラオーラルヘッドホンにおいて、
前記イヤホンは、
外部に対して内部空間を区割するシェル本体と、
前記シェル本体に据え付けられ、前記シェル本体の内部空間とともに内部空洞部を後ろ側に形成し、前面と後面を貫通する貫通路を有するクッションと、
前記内部空洞部内に据え付けられ、前記ヘッドホン使用時にオーディオ信号によって作動されて使用者に対して音を再生する音響発生部と、
を含み、
前記貫通路は、使用者が前記ヘッドホンを装着して前記クッションが使用者の耳に接触した状態で、前記内部空洞部と使用者の耳の空洞部を音響的に接続するように設けられ、
前記内部空洞部の総容積は、イヤホンを通過して使用者の耳の空洞に侵入する外部音を受動的に低減するように、約４立方センチメートル以上であり、
前記音響発生部は、前記内部空洞部と前記使用者の耳の空洞部を音響的に接続する前記貫通路をさえぎらないように設けられることを特徴とするスープラオーラルヘッドホン。
【請求項２】
請求項１記載のスープラオーラルヘッドホンにおいて、
前記内部空洞部の総容積は実質的に約１０ｃｃ以上であることを特徴とするスープラオーラルヘッドホン。
【請求項３】
請求項２記載のスープラオーラルヘッドホンにおいて、
前記内部空洞部の総容積はおよそ４立方センチメートルの１０倍であることを特徴とするスープラオーラルヘッドホン。
【請求項４】
請求項１記載のスープラオーラルヘッドホンにおいて、
前記クッションは後面と前面を有し、前記貫通路は前記クッション前面に開口部を形成し、この開口部は直径約１５ミリメートル以下の大きさであることを特徴とするスープラオーラルヘッドホン。
【請求項５】
請求項４記載のスープラオーラルヘッドホンにおいて、
前記貫通路は前記クッション前面に開口部を形成し、この開口部は直径およそ１０から１５ミリメートルの範囲の大きさであることを特徴とするスープラオーラルヘッドホン。
【請求項６】
請求項１記載のスープラオーラルヘッドホンにおいて、
前記クッションは後面と前面を有し、前記貫通路の直径は、前記クッション前面から後面に行くに従い大きくなるように設定されていることを特徴とするスープラオーラルヘッドホン。
【請求項７】
請求項１記載のスープラオーラルヘッドホンにおいて、
さらに、前記内部空洞部の内部に音響減衰部材を備えることを特徴とするスープラオーラルヘッドホン。
【請求項８】
請求項１記載のスープラオーラルヘッドホンにおいて、
前記貫通路は中心軸を有し、前記音響発生部は前記中心軸と中心をずらした位置に設けられていることを特徴とするスープラオーラルヘッドホン。
【請求項９】
請求項１記載のスープラオーラルヘッドホンにおいて、
前記貫通路は中心軸を有し、前記音響発生部は、前記中心軸と完全に離れた位置に設けられていることを特徴とするスープラオーラルヘッドホン。
【請求項１０】
請求項８記載のスープラオーラルヘッドホンにおいて、
前記音響発生部は、前記中心軸に対して傾斜した面上に設けられることを特徴とするスープラオーラルヘッドホン。
【請求項１１】
請求項１記載のスープラオーラルヘッドホンにおいて、
さらに、前記内部空洞部内に据え付けられ、ヘッドホンの使用時に能動的ノイズ低減回路に対してフィードバック信号を供給する音響マイクロホンを含むことを特徴とするスープラオーラルヘッドホン。
【請求項１２】
請求項１１記載のスープラオーラルヘッドホンにおいて、
前記マイクロホンは前記音響発生部の前方に設けられることを特徴とするスープラオーラルヘッドホン。
【請求項１３】
請求項１２記載のスープラオーラルヘッドホンにおいて、
前記マイクロホンは、前記音響発生部の前方であって、前記音響発生部の中心と中心をずらした位置に設けられることを特徴とするスープラオーラルヘッドホン。
【請求項１４】
請求項１３記載のスープラオーラルヘッドホンにおいて、
前記マイクロホンが設けられた第１の面と、前記音響発生部が設けられた第２の面とは実質的に垂直であることを特徴とするスープラオーラルヘッドホン。
【請求項１５】
請求項１４記載のスープラオーラルヘッドホンにおいて、
前記クッションは後面と前面を有し、
前記貫通路は前記クッション後面に開口部を形成し、
前記第２の面は、前記クッション後面の開口部に対して傾斜していることを特徴とするスープラオーラルヘッドホン。
【請求項１６】
請求項１５記載のスープラオーラルヘッドホンにおいて、
前記第２の面は前記クッション後面の開口部に対して傾斜して設定されており、この設定により前記音響マイクロホンが前記貫通路内まで突き出して延びていることを特徴とするスープラオーラルヘッドホン。
【請求項１７】
請求項１記載のスープラオーラルヘッドホンにおいて、
さらに、前記音響発生部を支持する支持構造を含み、
この支持構造は、支持構造上部に前記音響発生部が組み付けられた状態で、前記音響発生部の背面側に、前記内部空洞部より小さい小空洞部を形成し、
この小空洞部は前記内部空洞部の中に設けられ、かつ、前記内部空洞部と分離されていることを特徴とするスープラオーラルヘッドホン。
【請求項１８】
請求項１７記載のスープラオーラルヘッドホンにおいて、
前記小空洞部は、前記内部空洞部から、両者を連結して圧力を均等にする開口部分を除き、音響が伝わらないように分離されていることを特徴とするスープラオーラルヘッドホン。
【請求項１９】
請求項１７記載のスープラオーラルヘッドホンにおいて、
前記小空洞部の壁は前記シェル本体の一部により形成され、
前記シェル本体の前記小空洞部の壁を形成する部分に設けられ、前記小空洞部を前記シェル本体の外部空間と連通させる開口部を含むことを特徴とするスープラオーラルヘッドホン。
【請求項２０】
請求項１９記載のスープラオーラルヘッドホンにおいて、
さらに、前記内部空洞部内であって前記音響発生部の前方に設けられ、ヘッドホンの使用時に能動的ノイズ低減回路に対してフィードバック信号を供給する音響マイクロホンを含むことを特徴とするスープラオーラルヘッドホン。
【請求項２１】
請求項２０記載のスープラオーラルヘッドホンにおいて、
前記マイクロホンは音を感受する前面を有し、また、この前面の反対側に後面を有し、
前記マイクロホンの後面側の内部に圧力を均等化する開口部が形成され、
さらに、前記イヤホンは、前記マイクロホンの後面側内部の前記圧力を均等化する開口部を、前記シェル本体の外側と音が伝わるように連通させ、前記内部空洞部と前記マイクロホン後面側内部の開口部が連通して直接に音響が伝わるのを防止する連通路管を含むことを特徴とするスープラオーラルヘッドホン。
【請求項２２】
請求項２１記載のスープラオーラルヘッドホンにおいて、
前記連通路管は前記小空洞部の内部に通じることを特徴とするスープラオーラルヘッドホン。
【請求項２３】
請求項２１記載のスープラオーラルヘッドホンにおいて、
前記連通路管は前記シェルを通り抜けて前記シェルの外部空間に通じることを特徴とするスープラオーラルヘッドホン。
【請求項２４】
請求項１記載のスープラオーラルヘッドホンにおいて、
前記クッションは、型により成形される、セルフスキンの材料からなることを特徴とするスープラオーラルヘッドホン。
【請求項２５】
請求項１記載のスープラオーラルヘッドホンにおいて、
前記クッションは減衰性のある、可撓性を有する材料からなることを特徴とするスープラオーラルヘッドホン。
【請求項２６】
イヤホンを有するスープラオーラルヘッドホンにおいて、
前記イヤホンは、
外部に対して内部空間を区割するシェル本体と、
前記シェル本体に据え付けられ、前記シェル本体の内部空間とともに内部空洞部を後ろ側に形成し、前面と後面を貫通する貫通路を有するクッションと、
前記内部空洞部内に据え付けられ、前記ヘッドホン使用時にオーディオ信号によって作動されて使用者に対して音を再生する音響発生部と、
前記内部空洞部内に据え付けられ、前記ヘッドホンの使用時に能動的ノイズ低減回路に対してフィードバック信号を供給する音響マイクロホンと、
を含み、
前記貫通路は、使用者が前記ヘッドホンを装着して前記クッションが使用者の耳に接触した状態で、前記内部空洞部と使用者の耳の空洞部を音響的に接続するように設けられ、
前記内部空洞部の総容積は、約１０立方センチメートル以上であり、
前記音響発生部は、前記内部空洞部と前記使用者の耳の空洞部を音響的に接続する前記貫通路をさえぎらないように設けられることを特徴とするスープラオーラルヘッドホン。
【請求項２７】
請求項２６記載のスープラオーラルヘッドホンにおいて、
前記内部空洞部の総容積はおよそ４立方センチメートルの１０倍であることを特徴とするスープラオーラルヘッドホン。
【請求項２８】
請求項２７記載のスープラオーラルヘッドホンにおいて、
前記クッションは後面と前面を有し、前記貫通路は前記クッション前面に開口部を形成し、この開口部は直径約１５ミリメートル以下の大きさであることを特徴とするスープラオーラルヘッドホン。
【請求項２９】
請求項２８記載のスープラオーラルヘッドホンにおいて、
前記貫通路は前記クッション前面に開口部を形成し、この開口部は直径およそ１０から１５ミリメートルの範囲の大きさであることを特徴とするスープラオーラルヘッドホン。
【請求項３０】
請求項２７記載のスープラオーラルヘッドホンにおいて、
前記クッションは後面と前面を有し、前記貫通路の直径は、前記クッションの前面から後面に行くに従い大きくなるように設定されていることを特徴とするスープラオーラルヘッドホン。
【請求項３１】
イヤホンを有するスープラオーラルヘッドホンにおいて、
前記イヤホンは、
外部に対して内部空間を区割するシェル本体と、
前記シェル本体に据え付けられ、前記シェル本体の内部空間とともに内部空洞部を後ろ側に形成し、前面と後面を貫通する貫通路を有するクッションと、
前記内部空洞部内に据え付けられ、前記ヘッドホン使用時にオーディオ信号によって作動されて使用者に対して音を再生する音響発生部と、
前記内部空洞部内に据え付けられ、前記ヘッドホンの使用時に能動的ノイズ低減回路に対してフィードバック信号を供給する音響マイクロホンと、
を含み、
前記貫通路は、使用者が前記ヘッドホンを装着して前記クッションが使用者の耳に接触した状態で、前記内部空洞部と使用者の耳の空洞部を音響的に接続するように設けられ、
前記内部空洞部の総容積は４立方センチメートル以上であり、
前記音響発生部は、前記内部空洞部と前記使用者の耳の空洞部を音響的に接続する前記貫通路をさえぎらないように設けられることを特徴とするスープラオーラルヘッドホン。
【請求項３２】
請求項３１記載のスープラオーラルヘッドホンにおいて、
前記内部空洞部の総容積はおよそ４立方センチメートルの１０倍であることを特徴とするスープラオーラルヘッドホン。
【請求項３３】
請求項３２記載のスープラオーラルヘッドホンにおいて、
前記マイクロホンは、前記音響発生部の前方であって、前記音響発生部の中心と中心をずらした位置に設けられることを特徴とするスープラオーラルヘッドホン。
【請求項３４】
請求項３３記載のスープラオーラルヘッドホンにおいて、
前記マイクロホンが設けられた第１の面と、前記音響発生部が設けられた第２の面とは実質的に垂直であることを特徴とするスープラオーラルヘッドホン。
【請求項３５】
請求項３４記載のスープラオーラルヘッドホンにおいて、
前記クッションは後面と前面を有し、
前記貫通路は前記クッション後面に開口部を形成し、
前記第２の面は、前記クッション後面の開口部に対して傾斜していることを特徴とするスープラオーラルヘッドホン。
【請求項３６】
請求項３５記載のスープラオーラルヘッドホンにおいて、
前記第２の面は前記クッション後面の開口部に対して傾斜して設定されており、この設定により前記音響マイクロホンが前記貫通路内まで突き出して延びていることを特徴とするスープラオーラルヘッドホン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ヘッドホン、特に、ノイズを低減することを可能とするヘッドホンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ヘッドホンの仕様には少なくとも３つのタイプがある。これらのタイプは一般に使用者がどのようにして装着するかにより分類され、それぞれ、アラウンドイヤータイプ（around-the-ear：耳にかぶせるタイプ）、インイヤータイプ（in-the-ear：耳に挿入するタイプ）、オンイヤータイプ（on-the-ear：耳に宛がうタイプ）と呼ばれる。アラウンドイヤータイプのヘッドホンは、耳覆い（earmuff ：イヤマフ）のような大きなイヤホンを備え、耳覆いと同様に耳の周囲全体を覆うようにあてがわれる。このタイプは、通常、非常に効果的にノイズを低減するが、あまり使い心地の良いものではなく、特に眼鏡をかけている人にとっては使い心地がよくない。また、イヤホンが使用者の耳を覆っているため、耳の後部での空気循環が遮られ、暑い天候の時に使用者は暑くて不快に感じる。
【０００３】
ところで、状況によっては、このアラウンドイヤータイプのヘッドホンはノイズを過度に消去することがある。例えば、ある工場の現場や、飛行機の機内などでは、実際にはある程度の外部音が聞こえる方が望ましいような環境がある。機械による騒音の大きい大工場では、工場内の別の場所にいる協働者と連絡をとるために無線機を用いるのが便利な時がある。工場内のノイズレベルが高いので、無線機からのメッセージを聞くためにはイヤホンをつけなければならない。この場合、外部ノイズがイヤホンによって遮断されなければならないのだが、もしイヤホンが外部ノイズを過度に遮断すると、使用者には、そばにいる協働者の会話や、動作中の機械の発生させる有用な音（sound queues）までも聞こえなくなってしまう。別の例として、飛行機の機内においては、操縦士には外部エンジンノイズを効果的に遮断するヘッドホンが必要である。同時に、操縦士は、副操縦士や他の航空補助スタッフなどの近くにいる人々の会話を聞く必要もある。以上のような場合、アラウンドイヤータイプのヘッドホンは、必要以上の働きをすることとなる。
【０００４】
次に、インイヤータイプのヘッドホンは、耳の空洞部である耳殻（concha）内部にはめこむイヤーピースを有するもので、そのノイズ低減力は、通常上記アラウンドイヤータイプに劣る。アラウンドイヤータイプとは異なり、インイヤータイプのヘッドホンは一般的に非常に軽量で小型である。このタイプを非常に快適であると感じる人がいる一方で、非常に多くの人が、耳が敏感なためにイヤーピースを耳に挿入するのを嫌がったり、または、例えば子供などのように耳が小さくイヤーピースのサイズにあわないこともある。このような人々には、このタイプのヘッドホンは適当でない。
【０００５】
３番目のデザイン仕様であるオンイヤータイプのヘッドホンは、上記の２つのタイプに比べると、邪魔さや煩わしさは少ない。このデザイン仕様はスープラオーラルデザインとも呼ばれる。このデザイン仕様では、それぞれのイヤホンはクッションを有し、使用者がヘッドホンを付けたときには上記２つのタイプと異なりこのクッションがただ耳に接触するようなっている。通常、このクッションは連続気泡発泡体の材料でできており、簡単に音を伝達してしまう。このタイプの傾向としては、軽量、小型でとても快適である。しかしながら、従来のオンイヤータイプのヘッドホンは、あまり効果的に外部ノイズを低減できないという欠点がある。このため、このタイプは、ノイズの大きい環境での使用には適していない。
【０００６】
【発明が解決すべき課題】
上記のように、従来のスープラオーラルタイプ（オンイヤータイプ）のヘッドホンは軽量、小型で快適であるが、このタイプのヘッドホンにはアラウンドイヤータイプヘッドホンのように外部ノイズを効果的に低減できないという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、スープラオーラルタイプ（オンイヤータイプ）のヘッドホンにおいて、上記の問題に対応し、効果的に外部ノイズを低減できるようなヘッドホンを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明のスープラオーラルヘッドホンはイヤホンを含み、このイヤホンは、外部に対して内部空間を区割するシェル本体と、前記シェル本体に据え付けられ、前記シェル本体の内部空間とともに内部空洞部を後ろ側に形成し、前面と後面を貫通する貫通路を有するクッションと、前記内部空洞部内に据え付けられ、前記ヘッドホン使用時にオーディオ信号によって作動されて使用者に対して音を再生する音響発生部（driver）と、を含み、前記貫通路は、使用者が前記ヘッドホンを装着して前記クッションが使用者の耳に接触した状態で、前記内部空洞部と使用者の耳の空洞部を音響的に接続（acoustically connect）するように設けられ、前記内部空洞部の総容積は、イヤホンを通過して使用者の耳の空洞に侵入する外部音を受動的（passive ）に低減するように、約４立方センチメートル以上であり、前記音響発生部は、前記内部空洞部と前記使用者の耳の空洞部を音響的に接続する前記貫通路をさえぎらないように設けられるものである。
【０００９】
また、本発明の好適な態様によれば、前記内部空洞部の総容積は実質的に約１０ｃｃ以上であり、たとえば、およそ４立方センチメートルの１０倍である。
【００１０】
また、前記クッションは後面と前面を有し、前記貫通路は前記クッション前面に開口部を形成し、この開口部は直径約１５ミリメートル以下の大きさであり、たとえば、直径およそ１０から１５ミリメートルの範囲の大きさである。また、前記貫通路の直径は、前記クッション前面から後面に行くに従い大きくなる。また、前記内部空洞部は、部分的に音響減衰部材（acoustic damping material ）で満たされている。また、前記貫通路は中心軸を有し、前記音響発生部は前記中心軸と中心をずらした位置に設けられ、たとえば、前記中心軸と完全に離れた位置に設けられている。また、前記音響発生部は、前記貫通路の中心軸に対して傾斜した面上に設けられる。
【００１１】
また、本発明の好適な態様によれば、前記内部空洞部内に据え付けられ、ヘッドホンの使用時に能動的（active）ノイズ低減回路に対してフィードバック信号を供給する音響マイクロホンを含む。前記マイクロホンは前記音響発生部の前方に設けられ、また、前記音響発生部の中心と中心をずらした位置に設けられる。さらに、前記マイクロホンが設けられた第１の面と、前記音響発生部が設けられた第２の面とは実質的に垂直である。さらに、前記貫通路は前記クッション後面に開口部を形成し、前記第２の面（すなわち、前記音響発生部が設けられた面）は前記クッション後面の開口部に対して傾斜して設定されており、この設定により前記音響マイクロホンが前記貫通路内まで突き出して延びている。
【００１２】
また、本発明の好適な態様によれば、前記音響発生部を支持する支持構造を含み、この支持構造は、支持構造上部に前記音響発生部が組み付けられた状態で、前記音響発生部の背面側に、前記内部空洞部より小さい小空洞部を形成する。この小空洞部は前記内部空洞部の中に設けられ、かつ、前記内部空洞部と分離されており、またこの小空洞部は、前記内部空洞部から、両者を連結して圧力を均等にする開口部分を除き、音響が伝わらないように分離されている。さらに、前記小空洞部の壁は前記シェル本体の一部により形成され、また、このシェル本体の小空洞部の壁を形成する部分に設けられ、前記小空洞部を前記シェル本体の外部空間と連通させる開口部を含む。また、この前記小空洞部を前記外部空間と連通させる開口部は、音響的に抵抗性のある網（スクリーン）（acoustically resistive screen ）で覆われている。また、前記クッションは、型により成形される、セルフスキンの、減衰性のある、可撓性を有する材料（material）からなる。
【００１３】
また、本発明の好適な態様によれば、前記フィードバック信号を供給する音響マイクロホンは音を感受する前面を有し、また、この前面の反対側に後面を有し、前記マイクロホンの後面側の内部に圧力を均等化する開口部が形成され、さらに、前記イヤホンは、前記マイクロホンの後面側内部の前記圧力を均等化する開口部を、前記シェル本体の外側と音が伝わるように連通させ、前記内部空洞部と前記マイクロホン後面側内部の開口部が連通して直接に音響が伝わるのを防止する連通路管を含む。また、前記連通路管は前記小空洞部の内部に通じている。また、前記連通路管は前記シェルを通り抜けて前記シェルの外部空間に通じている。
【００１４】
前記目的を達成するため、別の態様における本発明のスープラオーラルヘッドホンはイヤホンを含み、前記イヤホンは、外部に対して内部空間を区割するシェル本体と、前記シェル本体に据え付けられ、前記シェル本体の内部空間とともに内部空洞部を後ろ側に形成し、前面と後面を貫通する貫通路を有するクッションと、を含み、前記貫通路は、使用者が前記ヘッドホンを装着して前記クッションが使用者の耳に接触した状態で、前記内部空洞部と使用者の耳の空洞部を音響的に接続するように設けられ、前記内部空洞部の総容積は、約１０立方センチメートル以上であるものである。
【００１５】
前記目的を達成するため、さらに別の態様における本発明のスープラオーラルヘッドホンはイヤホンを含み、前記イヤホンは、外部に対して内部空間を区割するシェル本体と、前記シェル本体に据え付けられ、前記シェル本体の内部空間とともに内部空洞部を後ろ側に形成し、前面と後面を貫通する貫通路を有するクッションと、前記内部空洞部内に据え付けられ、前記ヘッドホン使用時にオーディオ信号によって作動されて使用者に対して音を再生する音響発生部と、前記内部空洞部内に据え付けられ、前記ヘッドホンの使用時に能動的ノイズ低減回路に対してフィードバック信号を供給する音響マイクロホンと、を含み、前記貫通路は、使用者が前記ヘッドホンを装着して前記クッションが使用者の耳に接触した状態で、前記内部空洞部と使用者の耳の空洞部を音響的に接続するように設けられ、前記内部空洞部の総容積は４立方センチメートル以上であり、前記音響発生部は、前記内部空洞部と前記使用者の耳の空洞部を音響的に接続する前記貫通路をさえぎらないように設けられるものである。
【００１６】
【作用】
このようなスープラオーラル（オンイヤー）の構造により、周囲ノイズを弱め、高品質の信号を再生する、快適かつ軽量で、使いやすいヘッドホンを提供することができる。ノイズの低減は、受動的な（passive ）手段と能動的な（active）手段の両方によって行われる。なお、ここで受動的な（passive ）ノイズ低減とは、電気的信号等によらず機械的な構造によりヘッドホンに侵入するノイズを低減することをいい、能動的な（active）ノイズ低減とは、ヘッドホンの回路における電気的信号等の処理によりノイズを低減することをいう（本発明において同じ）。受動的なノイズ低減は、非常に柔らかいセルフスキンの、減衰性の高い発泡材のクッションと、このクッションの後方に形成された大容量の空洞部を用いることにより達成される。一方、能動的なノイズ低減は、音響的なフィードバック方法により達成される。
【００１７】
本発明によれば、広い周波数範囲にわたって、均一に約１５〜２０ｄｂのノイズを低減するヘッドホンを提供することが可能となる。このノイズ低減は、外部ノイズをかなりの程度弱めるのに十分であるが、近くの人との会話などを含むすべての音を遮断してしまうほどの低減ではない。さらに、本発明のヘッドホンは、同程度のノイズ低減を行う他のデザインのヘッドホンに比べ、かなり小さくて軽量となっている。
【００１８】
本発明のヘッドホンは、耳を頭に押しつけることなく、耳に宛がわれるので、耳の後部は循環する空気にさらされており、その結果、熱がより良く放散される。このように、本発明のヘッドホンによれば、アラウンドイヤータイプに匹敵するノイズ低減の特性を提供することができ、しかも、暑い天候において不快であるという問題もない。
【００１９】
【実施例】
図１には、本発明によるスープラオーラルヘッドホン１０が示されており、図２は、スープラオーラルヘッドホン１０のイヤホン１２を使用者の耳に装着した状態を示す。ヘッドホン１０は、それぞれの耳に用いられる２つのイヤホン１２を含む。各イヤホン１２は、音響発生部とマイクロホン（図１及び図２には示されず）を内蔵する剛性シェル１４と、柔軟性のあるクッション１６を有する。使用者がヘッドホン１０をつけると、このクッション１６が使用者の耳１８にあてがわれる。クッションは、柔軟で、型成形可能であり、セルフスキンで（self skinned）、減衰性が強く（heavily damped）、可撓性が高い（highly compliant）材料によって作られている。ここで、「セルフスキン（self skinned）」というのは、クッションの表面が滑らかで、耳に当てられたときにクッションが耳とぴったり密着し、クッションと耳の間が良くシールされるような材料の性質をいう。「減衰性の強い（heavily damped）」とは、低音透過能力（low sound transmission capability ）を有するような材料の性質をいう。一般的に、減衰性の強い材料では、圧縮後に、元の形に戻る回復率が遅い（例えば、秒の単位である）。「可撓性が高い（highly compliant）」とは、柔らかく、強く押しつけずとも、人間の耳に簡単にぴったりと合う材料の性質をいう。これらすべての特性を有する適切な材料としては、米国特許第４，１５８，０８７号に開示されるようなウレタンの発泡材、もしくはこれと同等の他の材料がよい。
【００２０】
図３及び図４について説明する。図３は、本発明の第一の実施例のスープラオーラルヘッドホン１０のイヤホン１２をクッション１６の側から見た図であり、図４は、このイヤホン１２の断面図である。図３に示すように、クッション１６はまず剛性のあるプレート２０に取り付けられ、プレート２０の反対側がシェル１４に据え付けられる。プレート２０の、クッションが取り付けられた側と反対の側の外周面には、溝２４が形成されたショルダ２２が設けられている。溝２４には、Ｏリング２６が装着される。プレート２０をシェル１４に組み付ける際には、ショルダ２２がＯリングと共にシェル１４にはめ込むようにして取り付けられ、ショルダ２２の外側周囲が密封される。
【００２１】
クッション１６は、クッション１６を貫通して形成された貫通路２８を有する。この貫通路２８は、クッションの後方、シェル１４の内部に設けられた大型の内部空洞部３０を外部と連通させる。クッション１６の使用者の耳に当たる方の側において、貫通路２８は比較的直径の大きい円形の開口を形成する。実際に、この開口が大きいほど、耳の空洞部とシェル１４の空洞部３０との音響的接続はより効果的になる。しかしながら、この開口が大きすぎると、クッション１６が、耳の空洞部を完全に覆うようにして耳とともに密封状態を形成することができず、ノイズを効果的に遮断することができなくなってしまう。このように、この開口は可能なかぎり大きい方がよいが、クッション１６が使用者の耳に密着する機能を損なわない程度の大きさが望ましい。１０００Ｈｚ以上の領域で効果的な受動的ノイズ低減を行うためには、約１０〜１５ミリメートルの開口が用いられる。この開口の音響的に有効な直径を実際の直径よりさらに増加させるために、貫通路２８は、クッション１６を通過するにつれて外側に広がり、クッション１６の反対側にはより大きい直径の開口を形成する。
【００２２】
シェル１４内部の空洞部３０の容積（すなわち、音響的容積）は、耳の空洞部の容積、すなわち耳殻（the concha）と耳介溝（the ear canal ）を合わせた容積の１０倍程度がよい。平均的な大人の場合、耳の空洞部の容積はおよそ４立方センチメートルであるので、本実施例において、シェル１４の空洞部３０の容積は約４０ｃｃである。なお、ここで、空洞部３０の容積が大きいほど、外部からクッション１６を通過して耳に漏れる音をより多く低減することができる。理論的には、耳の空洞部の合計容積の約１０倍の容積を有する空洞部で、約２０ｄＢのノイズ低減を行える。しかし、本発明は、このように大きいサイズの空洞部を用いた場合に限定されるものではなく、約４立方センチメートルもしくはそれ以上、好ましくは、約１０立方センチメートルもしくはそれ以上の容積の空洞部によって、顕著な受動的ノイズ低減を得ることができる。
【００２３】
空洞部３０の伝達関数特性を向上させるために、空洞部３０には、３Ｍ社（Minnesota, Mining and Manufacturing Corporation)から入手可能なシンサレート（Thinsulate：登録商標）など、発泡材または繊維で作られた吸収材３８が満たされている。減衰材である吸収材３８は、空洞部３０に対してより予測可能（predictable ）で、よりなめらかな伝達関数を生成し、空洞部の共鳴を低減する。
【００２４】
音響発生部４０とマイクロホン４２は、シェル１４の内部の、クッション１６を貫通する貫通路２８付近に据え付けられる。音響発生部４０、マイクロホン４２はいずれも、ゴム製もしくはシリコン製のグロメット４４内に形成された、それぞれに対応する別々の開口部内に保持されている。そして、このグロメット４４が、円筒型構造部４８上部の傾斜した天井面４６に設けられた開口部４５に押し込まれる。この円筒型構造部４８は、音響発生部４０の後方に、前記内部空洞部３０より小さな内部小空洞部４９を形成する。
【００２５】
可撓性を有するグロメット４４により、部品の組付けが簡単になるだけでなく、音響発生部４０の周囲が音響的に優秀に密封される。音響発生部４０を中に取り付けた状態でグロメット４４が開口部４５にはめ込まれると、音響発生部４０後部の小空洞部４９は、円筒型構造部４８の側部に形成された圧力を均等化する小さな開口部５０の部分を除いて、完全に大空洞部３０から分離される。音響発生部４０の後方、シェル１４の後面側には、小空洞部３０を外部と連通させる円形開口部５２が設けられている。この円形開口部５２は音響的に抵抗性のあるメッシュ５４に被覆され、この部分の音響抵抗は約１−２×１０7 音響オーム（acoustic ohms ）である。
【００２６】
後面側の開口部５２は、音響発生部４０の低周波性能を低減させないように設けられている。この開口部５２を被覆する抵抗メッシュ５４により、外部から音響発生部４０を通過する高周波数ノイズが受動的に低減される。
【００２７】
圧力を均等化する開口部５０もまた、およそ１−２×１０7 音響オームの音響抵抗を有し、イヤホン１２が使用者の耳につけられると、大空洞部３０内部の圧力を均一にする。この開口部５０を、図示の位置の代わりにシェル１４の後面側に設け、外部に通じるようにしてもよい。
【００２８】
グロメット４４は、マイクロホン４２の設定面が音響発生部４０の設定面に垂直になるようにマイクロホン４２を保持し、また、マイクロホン４２は音響発生部４０の中心軸５６からずれた位置に保持されている。さらに、マイクロホン４２は、音響発生部４０の中心軸５６がマイクロホン４２の設定面内を通るかもしくはこの面の近傍に位置するような向きに設けられている。このような方向に設定された結果、マイクロホン４２と音響発生部４０の間のカップリング遅延が最小限となり（minimum delay coupling）（音響発生部４０の出力がマイクロホン４２に到達するまでの遅延が最小限になる）、マイクロホン４２の前部と音響発生部４０の前部との間に位置する点において、最適なノイズの消去が行われる。
【００２９】
円筒型の構造４８の傾斜した天井面４６は、支持プレートの開口部に対して傾斜している。グロメット４４がこの天井面４６に正しく取り付けられると、マイクロホン４２は貫通路２８の一部を通って、クッション１６の後方の空洞部３０から耳の空洞部まで通じる貫通路の中まで突き出して延びるように設けられる。その結果、マイクロホン４２が、この貫通路２８を遮ることなく使用者の耳に可能なかぎり近い位置に配置される。
【００３０】
本実施例では、音響発生部４０には、フォスタオブジャパン社（Foster of Japan ）から入手可能なモデルＴ０１６Ｈ０２など、可撓性が高く、エクスカーションの高い（high excursion：ダイナミックレンジの広い）音響発生部（例えば、直径１５ミリメートルまたは２０ミリメートル）である。マイクロホン４２は、直径の小さい（例えば６ミリ）電気マイクロホンで、例えば日本のプリモ社（Primo, Inc. of Japan）から入手可能なＥＭ１０９電気マイクロホン（もしくは等価装置）などである。
【００３１】
本発明のヘッドホンにおいては、周囲ノイズが耳介（ear canal ）に入るのを遮断する機械的構造を設けることにより、受動的ノイズ減衰が達成される。図５は、このような機械的構造を等価電気回路により表現した図である。これにより、本発明がどのようにしてノイズ低減の課題を解決するかを視覚的に理解することができる。
【００３２】
この回路図において、識別された信号及び構成要素は、それぞれ次のような音響的意味を有する。
【００３３】
ＰAMIBENT ＝  外部音圧信号
ＰEAR ＝  耳に到達する音圧信号
ＭL ＝  クッション周辺の漏れ量
ＲL ＝  クッション周辺の漏れの抵抗
ＭC ＝  クッションの大きさ（mass）
ＲC ＝  クッションの抵抗
ＣC ＝  クッションのコンプライアンス
ＣE ＝  耳の空洞部のコンプライアンス
ＣH ＝  ヘッドホン空洞部容積のコンプライアンス
ＭO ＝  クッション開口部の大きさ（mass）
この簡易化された回路図により、周囲音が２つのソースから耳に伝えられることが示される。すなわち、クッション１６と耳の間の漏れにより伝わるものと、クッション１６自体を透過して伝わるものである。この回路からわかるように、漏れ及びクッション１６透過による所定レベルの音の伝達においては、耳における音圧（すなわちＰEAR ）はクッション１６に覆われた耳の空洞部の容積（つまり、耳殻（the concha）と耳介溝（the ear canal ）の合計容積）に反比例（inversely proportional）する。従って、クッション１６の後部に位置する空洞部３０を加えてこの容積を増加させることによって、耳での音圧が下がる。さらに、耳での音圧は、クッション１６の減衰性（damping ：ダンピング）（ＲC ）及びクッション１６周辺の漏れ量（ＲL ）にも反比例（inversely proportional）する。このため、非常に柔らかく、高度な減衰性を有する材料で作られた、特別なセルフスキンの型成形されたクッションを用いることによって、小さな力でクッション１６と耳との間を音が漏れないようによくシールすることが可能であるのと同時に、クッション１６自体の透過音に対して効果的なノイズ低減を行うことが可能である。
【００３４】
図６は、本発明の各々の特徴的な構成によって得られる性能の改善を説明した図である。従来からのオンイヤータイプのイヤホン（すなわち本発明の特別なクッションと大きな空洞部を備えないイヤホン）を有するヘッドホンにみられる一般的な受動的ノイズ低減を曲線１００によって示す。曲線１００では、低周波数ではノイズ低減がほとんど見られず、高周波数（例えば５０００Ｈｚ以上）になって初めてノイズ低減が大きくなる。次に、音を減衰する特性の高い、耳とともに優れた密封部を形成するセルフスキンの表面を有する特別なクッションを用いることにより、ノイズ低減はかなり向上し、約１０００Ｈｚ以上でノイズ低減が開始され、そのまま高周波数領域へと続く。これを示したのが曲線１０２である。さらに、曲線１０４に示されるように、クッションの後部に大容積の空洞部を設けることにより、１０００Ｈｚ以下の周波数までノイズ低減の向上する領域が拡大する。さらに、曲線１０６が示すように、マイクロホン生成フィードバックからの能動的ノイズ低減により、１０００Ｈｚよりかなり低い周波数までノイズ低減の向上する領域が拡大する。
【００３５】
本実施例において本発明に対応して構成されたヘッドホン１０のイヤホン１１２のうちの１つを作動させる回路１１０が図７に示される。ヘッドホン１０のもう１つのイヤホンを作動する回路もこれと同一である。本実施例における図７の回路１１０および同回路の能動的ノイズ低減システムには、たとえば米国特許第4,455,675 号における図２〜図１１およびこれらの図に関連する記載により示される回路およびシステムが適用される。図７に示すように、イヤホン１１２内部には、音響発生部１１４及びマイクロホン１１６が設けられている。音響発生部１１４は、ヘッドホンをつけている使用者に対して音を再生する。マイクロホン１１６は、イヤホン１１２と使用者の耳との間に形成された空洞部に存在する低周波数の外部音をピックアップする。前置増幅器１１８は、マイクロホン１１６からの出力信号を増幅し、フィードバック信号を生成する。フィードバック信号は、回路の入力側においてコンバイナ（combiner）回路１２０にフィードバックされる。コンバイナ回路１２０は、このフィードバック信号を入力信号ＶI に加える。入力信号ＶI は、音響発生部１１４によって再生される可聴周波（audio ）を表すものである。コンバイナ回路１２０の出力は、まず、高レベル信号の振幅を限定するコンプレッサ（compressor）回路１２２を通過し、続いて、補償回路（compensator circuit ）１２４を通過する。補償回路１２４は、システムの開ループゲイン（open-loop gain）がナイキスト（Nyquist ）の安定判別法に応じ、振動しないことを確かめる。
【００３６】
補償回路１２４の出力は、電力増幅器１２６に送られ、続いて音響発生部１１４に送られる。電力増幅器１２６は、音響発生部１１４から出力される所望のサウンドレベルを生成するために必要なレベルに信号を増幅する。音響発生部１１４によって生成されたオーディオサウンド（audio sound ：可聴周波音）は、イヤホンのクッションによってイヤホンと使用者の耳の間に形成された空洞部に漏れた周辺ノイズ（図７ではＰN で示される）と結合する。このように、マイクロホン１１６がピックアップする信号は、オーディオ信号に周辺ノイズを加えたものを表している。
【００３７】
次に本発明の第二の実施例について説明する。図８は本発明の第二の実施例のイヤホン１２の音響発生部４０およびマイクロホン４２の部分の断面図である。同図に示したように、第一の実施例に対して、マイクロホン４２の後部側に開口部１５０が穴開けされるという変更がなされている。（注：図８ではマイクロホンは後面側が見えるように据え付けられた状態が示されており、図４ではマイクロホンは前面側が見えるように据え付けられた状態が示されている。）開口部１５０は、連通路管（conduit ）１５２と、シェル１４の壁に設けられた圧力を均等化する開口部１５４によって、シェル１４の外部（もしくは音響発生部４０後部の空洞部４９）と音響が伝わるように連通されている。
【００３８】
このような構成によれば、システムの安定性及び制御という点からは、マイクロホン４２の低周波数応答を考慮する必要はなくなり、低周波数においてシステムのクリッピングレベル（clipping level）が向上するという効果がある。周辺ノイズの観点からは、マイクロホン４２の周波数応答は、（速度マイクロホン  （velocity microphone ）のように）１次ロールオフ（first order roll-off）を有することになる。音響発生部４０は、低周波数において、均一の周波数応答を有する。圧力を均等化する開口部１５４の大きさを適当に選択することによって、システムがクリッピングの前に受け入れることのできる周囲ノイズの最大レベルを増大させることが可能となる。一般的には、１００Ｈｚ以上のノイズ消去に重大な影響を与えずに約３０Ｈｚにおけるロールオフを行えるように、圧力を均等化する開口部の大きさが選択される。
【００３９】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明のスープラオーラルヘッドホンによれば、広い周波数範囲にわたってノイズを低減することが可能となる。ここで、このノイズ低減は、外部ノイズをかなりの程度弱めるのに十分であるが、近くの人との会話などを含むすべての音を遮断してしまうほどの低減ではない。なお、本発明のヘッドホンによれば、アラウンドイヤータイプに匹敵するノイズ低減の特性を提供することが可能となる。
【００４０】
また、本発明のヘッドホンは、上記のようなノイズを低減することが可能であるが、同時に、同程度のノイズ低減を行う他のデザインのヘッドホンに比べ、かなり小さくて軽量となっている。さらに、本発明のヘッドホンは、耳を頭に押しつけることなく、耳に宛がわれるので、耳の後部は循環する空気にさらされており、その結果、熱がより良く放散され、暑い天候において不快であるという問題がない。
【００４１】
以上のように、本発明により、周囲ノイズを低減し、高品質の信号を再生する、小型、軽量かつ快適で、使いやすいヘッドホンを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による２つのスープラオーラルイヤホンを備えたヘッドホンを示す図である。
【図２】  使用者の耳に装着した状態の本発明のスープラオーラルヘッドホンのイヤホン部の側面図である。
【図３】  本発明の第一の実施例のスープラオーラルヘッドホンのイヤホン部をクッションの側から見た図である。
【図４】  本発明の第一の実施例のスープラオーラルヘッドホンのイヤホン部の断面図である。
【図５】  本発明のスープラオーラルヘッドホンのイヤホンの音響的構造の等価回路を示した図である。
【図６】  本発明に種々の態様によるノイズ低減の向上を示したグラフである。
【図７】  本発明を含むシステムのブロック図である。
【図８】  本発明の第二の実施例における音響発生部とマイクロホンの組み合わせた部分を示した図である。
【符号の説明】
１０  スープラオーラルヘッドホン、１２  イヤホン、１４  シェル、１６  クッション、２８  貫通路、３０  内部空洞部、４０  音響発生部、４２  マイクロホン。
【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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【図７】
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【図８】
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