JP6421360B2 - インナーイヤホン - Google Patents

Description

本発明は、音を聞くことで耳の疲れによる難聴などを防止するとともに音質を可変することができるイヤホンに関する。

例えば特許文献1には、外耳道に挿入されるシリコンゴムやウレタンゴム等の樹脂で成型された棒状部材13に積層型圧電アクチュエータ素子あるいは積層型バイモルフ振動子から成る振動体が埋設される構造が開示されており、外耳道に挿入されたときに棒状部材が耳栓として機能するとともに棒状部材の振動で音波を鼓膜に導き、棒状部材の振動を外耳道内壁近傍の軟骨を介して骨伝送として伝達するイヤホンが開示されている。

しかしながら、このイヤホンは振動子が樹脂の中に埋設されているために振動が制限され、骨伝導としても吸音作用を持つ弾性体が介在しているために、音響変換効率や伝達効率が悪い等の欠点が有った。

また、特許文献2には特許文献1の棒状部材に相当し、中央に貫通孔設けた特許文献1と同様な構成のイヤホンが開示されており、特許文献1の文献とは異なる点は、貫通孔を介して外部の音を聞くことができる構成であるが、特許文献1と構造が同様であるため、音響変換効率が悪く、音質を好みに応じて可変することは出来なかった。

特許文献3には、一部が外耳道に挿入されるイヤーパッドと円筒状の筒体と筒体に一体的に設けられた延在部と、延在部に取り付けられた圧電素子が設けられて伝達部材が構成され、イヤーパッドと筒体に貫通する孔を設けて外部の音が聞くことができるようにし、イヤーパッドで音声振動を鼓膜に伝達するとともに、伝達部材で耳珠に当接させて耳珠を介して軟骨振動によっても音声を伝達しようとするものが開示されている。

しかしながらこの特許文献3に開示されているものは、主に耳珠に当接させて再生音を伝達するものであり、外耳道内に弾性変形部材から成るイヤーパッド3と振動部分6が挿入されるものであるが、圧電素子が延在部2aに全体が貼り付けられているために変換効率が悪く、全体の素材を変える以外に音質を変える事もできない等の欠点が有った。

特開2009−232443号公報 特開2014−107828号公報 特開2014−146949号公報

特許文献1、2に記載されているイヤホンは、振動体が外耳道に挿入される部材に外耳道と並行して配置される構造で有ったために主として外耳道に対する軟骨振動主体の音響再生であり、振動子が樹脂の中に埋設されているために振動が制限され、骨伝導としても吸音作用を持つ弾性体を介しているために、音響変換効率や伝達効率が悪い等の欠点が有り、且つ構造的に音質を好みに応じて変えることは出来なかった。

また、特許文献3に開示されているものは、空気伝搬による音声信号と伝達部材で耳珠に当接させて耳珠を介して軟骨振動によっても音声を伝達しようとするものであるが、圧電素子が延在部2aに全体が貼り付けられているために音響変換効率が悪く、且つ構造的に音質を好みに応じて可変することは出来なかった。

また、ハイファイと言われる高音質の殆どのイヤホンは磁気回路を用いて振動板を電気信号によって振動させて音波を外耳道に送り、音波によって鼓膜を振動させるものである。このために従来のイヤホンにおいては、いつも耳元に音源が有ることになり、鼓膜に対して強い音圧を加える事になる。

その場合の音圧レベルは９０dBから100dBに達する事があり、この音圧レベルはカード下で電車の通過音を聞く場合と同じレベルである。
従って、このようなイヤホンは、長時間聴取すると耳が疲労したり、また大音量で聞いたりすると、耳の機能にダメージを与えることから難聴になるなどの問題が有り、一度難聴になってしまうと元の状態には戻らないために、イヤホンで音楽を聴取することが多い若年層が難聴になることは大きな社会問題であった。

このような従来のイヤホンの欠点を無くすために特許文献1から3に示すような骨伝導や軟骨伝導等が提供されているが、音響的に満足できるものは少なく、広帯域の再生すなわち高音質再生に向かない等の欠点が有った。

本発明は長時間聴取しても疲れにくく、骨伝導（軟骨伝導）型のイヤホンでは難しかった高音質のイヤホンを、圧電素子を用いて骨伝導を使いながら実現するとともに、難聴になりにくいイヤホンを提供するものであり、外形L字型の円筒状のケースと、該ケースの一端に一方の端部を固定されケース内部に向かってカンチレバー状に配置した平板状の振動子と、ケースの他方の端部から一部が突出するように挿入され、他方の端部がケースの内部で前記振動子の自由端部と一体に接合された振動体と、前記振動子に電気信号を供給する信号線とから構成することを特徴とするインナーイヤホンである。

本発明のインナーイヤー型イヤホンにおいては、振動子がケースの末端にカンチレバー状に固定され、振動子の周囲をパイプ状のケース内の空間に配置し、ケースに振動を伝えないようにして全ての振動エネルギーを振動体に伝えることができるようにした事により、ケースに伝わることによって減衰する振動が少なくなるもので、更に振動子の自由端を耳に対して振動を伝達する振動体のケース内の端部に取り付ける事により、振動子が振動する範囲を大きく取ることができることになり、振動効率が上がるとともに電気音響変換効率が上がる効果を有するものである。

また、本発明のイヤホンにおいては、従来の骨伝導と比べて振動効率等が上がるのに加え、骨伝導のみならず振動体で空気振動をも生み出すことができ、振動体の質量が振動子に比べて大きくなるので、振動体から発生する音波をある程度抑制しつつ、骨伝導ヘッドホンの長所である「耳穴が痛くならない」「鼓膜に負担がかからない」「衝撃音や周囲の雑音が気にならない」「周囲の音が通常通り聞こえる」「伝音性難聴者によく聞こえる」等の骨伝導（軟骨伝導）の特徴も生かすことで、外耳道に挿入しても、鼓膜に直接与える音圧は再生音の３０％程度で外耳道から骨伝導によって聴取者に伝達する再生音が７０％程度になるために直接鼓膜に振動を伝える音圧が少なく、鼓膜に与える負担が少なくなるので、耳が疲れないインナーイヤホンを提供できるものである。

更に本発明のイヤホンにおいては、上記のように振動子がケースの末端にカンチレバー状に固定され、その自由端を音を発生する振動体の端部に取り付ける事により、振動子の振動範囲を大きく取ることができることになり、従来の骨伝導のみならず振動体で空気振動も生み出すことができる構成にしたことにより、骨伝導の欠点である「イヤホンより大きなドライブパワーが必要」「大きな音量が得られない」「広帯域音の再生に向かない」「感音性難聴者では聞こえにくい」「補聴器では感度を上げるとハウリングが起き易い」等の欠点を改善することができるものである。

そのほか本発明においては、伝達係数や固有振動数の異なる材質を交換できるように振動体を構成し、それらの交換できる部材を介して音を耳に伝達することにより、材料の選択によって再生音の音質を好みのものに替えることができるようにするものである。

更に外耳道に挿入された時に外耳道の端部周囲に来るような位置に耳栓状の防音材を設けることにより、外耳道の入り口を防音材で塞ぐ事により外部雑音を遮断するもので、音楽などを騒音の無い状態で聴取することができるようにしたものである。

また、本発明においては非磁性体でイヤホンの全ての部分を構成することができるためにＭＲＩの中等の磁性体を使うことができない場所で使用することができるものである。

本発明のインナーイヤホンを示すもので、（a）は正面図、（b）は側面図、（c）は正面図に示Ａ−Ｂ断面図である。 本発明のインナーイヤホンの断面図で図1の変形例である。 本発明のインナーイヤホンの他の実施例で、（a）は正面図、（b）は側面図、（c）は（a）のＡ−Ｂ断面図、（d）は（b）のＣ−Ｄ断面図である。 本発明の図3に示す実施例の説明図で断面を示している。 本発明の更に他の実施例である。 本発明の防音材の形状を示すものである。 本発明の使用状態の概念を示す図である。 従来のイヤホンを示す図である。

以下に図面を参照して、本発明のインナーイヤホンの実施例を説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されないものとする。
図1は本発明のインナーイヤホンの実施例で基本形を示す第一の実施例であり、（a）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図に示すＡ−Ｂ断面図である。
ケース1は断面Ｌ字型の円筒状のパイプであり一方は他方より細く形成して有る。
2は圧電バイモルフ素子や圧電アクチュエータ素子等で構成される振動子で、一端をケースの細い方の一方の端部に固定され、他端はケース1内部空間1aにケース1の接触しないように配置されて、解放端はカンチレバー状に自由に振動し得るように構成されている。ケース1の他方の端部には円筒状の振動体3が挿入されておりケース内で端部を振動体2と結合されている。

振動体3と振動子2の結合は、単に接着剤で接着することでも溝などを振動体端部に設けて振動子を挿入することでも実質的な効果は変わらないが、量産性を考えた場合、溝を振動体端部に設けて、振動子の端部を挿入した上で接着することが望ましい。

4は振動体3に一体的に被せられたシリコンチューブで、このイヤホンが外耳道に挿入されたときに抜けるのを防止するとともに、外耳道に挿入するものであるから外耳道を痛めないように耳を保護する役目を持ち、音響的には雑音となる高域のホワイトノイズを吸収することから音質的にも重要なものである。5は振動子に信号を供給するリード線で、一端を振動子2に電気的に結合され、周知の音響機器などから音楽等の電気信号を振動子2に供給するものである。リード線5と振動子2の接続部付近は、ウレタン等の吸音材から成る固定部材7でケースの振動を振動子2に伝わることが無いようにケース1から音響的にシールドされた状態で固定されるものである。
ケース1に挿入された振動体3は強嵌合ではなく、抜け落ちることは無いが振動可能な状態に構成されている。

このような構成において、振動子2に電気信号を供給すると、振動子2は電気信号に応じて振動し、端部が結合された振動体3を振動させるものである。
この実施例においては、上記のように構成したことにより、振動体3を外耳道に挿入した場合、図7に示すように振動体3が外耳道9に接触することによって振動体の振動が外耳道9を通じて聴覚器官に骨伝導（軟骨伝導）によって伝達されるとともに、振動体3の振動によって発生する空気の振動が鼓膜に伝達され、空気振動と骨伝導（軟骨伝導）によって音声として聴取者に聞こえるものである。

本発明においては、振動子2に比べて振動体3の体積や質量が大きい事により振動体が発する空気振動はわずかであるが、振動体2の振動は骨伝導としても聞くことができるので、鼓膜に与える音圧が少なく、疲労等が極めて少なくてすむもので、長時間使用しても疲労することが無いイヤホンを提供することができる。

また、本発明においては、振動子2の一端をケース1端部付近に固定し、固定部分以外は空間に位置するようなカンチレバー構造とし、自由端に振動体3の末端を結合したことにより、振動子2の振動エネルギーを有効に活用することができ、効率よく電気信号を音声信号に変換することができるものである。

図2に示すものは、図1に示す実施例の振動体3を振動しやすく且つ振動効率を高めるために振動体3とケース1の間に弾性体から成るダンパー6を挿入したものである。図に示すダンパー6は断面四角のものを挿入しているが、ドーナツ状の断面円形等のダンパーでも良いことはもちろんである。ダンパー6の形状や個数を適宜変更することにより、振動体3の振動状態が変わる事になり、骨伝導と空気振動による信号伝達の特性を可変することができることはもちろん、音質や再生効率を変化させることができるものである。

図3に示すものは、本発明の発展形である第二の実施例であり、イヤホンの音質を好みに応じて変えることができるようにしたものを示すもので、図1及び図2と同じ部分は同じ番号で示し説明を省略する。

この実施例においては、図1及び図2に示す振動子が3aと3bの2つに分離される構造にしたもので、振動子2と結合される部分を振動ホルダー3bとし、振動子2と結合しない側の端部に凹部33を設けるとともにその内側に雌ねじ34を設け固着手段を構成したものである。
一方雌ねじ34には雄ねじ35を有する振動体の交換部3aが音質調整体として交換可能に振動ホルダー3ｂにねじによって固定されるものである。この振動体の振動ホルダー3bと音質調整体である交換部3aが結合する前の状態は図4に示して有る。

また、振動子2の端部2aは固定部材7によってケース1の一方の端部付近に固定され、固定部材7からケース内部に伸びている振動体2の自由端はケース1内の空間に位置するもので、ケース1と接触することが無いように配置されており、振動体2が電気信号を与えられる事によって自由に振動することができる様にカンチレバー状に固定されているものである。

図5に示すものは、図3、図4に示す実施例の更に他の実施例で、図5の(a)から(d)に示すように、音質調整体である交換部3aの外形や長さを変え、交換することによって音質を変えられるようにした状態を示すものであり、イヤホンを使用する聴取者の耳の構造の違いに合わせて振動体の交換部3aの太さや長さ等の形状を変えることによってそれぞれの聴取者の耳に合った最適な形状を用いることができるようにしたものである。

更に、交換部3aが同一形状でも、アクリル材等のプラスチック、バルサ材等の木を素材としたもの、紙、アルミニュームなどの金属等の異なる材料で構成することにより、それぞれの材料が保有する固有の伝達係数や周波数特性によって、再生音の音質を変えることができるものであり、聴取者の好みに応じて音質を変える事が出来る音質調整体を構成するものである。

特に交換部3aに使用する素材として、木製は柔らかな音、金属は堅い高域に特徴がある音、プラスチックは中低域特性の音とそれぞれ違う特性を持っていることにより、聞く音楽の性質によって変えることも可能である。
図5の（ｄ）は同じ材質でも形状によって音が変えられるようにしたもので、音質調整体である交換部3aの中心が円筒状になるように穴3ｃを設けたもので、交換部3aの外耳に挿入される端部が中空になり、パイプ状になるため共振が外周に移動して更に骨伝導の振動レベルがアップするため、音質も変化するものである。

図6に示すものは、聴取時における外部の音を遮断する目的で、振動体3の音質調整体である交換部3aの外周に装着するドーナツ状のいわゆる防音体8を示すもので、図5に示すように防音体8を交換部3aに挿入した状態で振動ホルダー3bに装着することで、図7に示すように本発明のインナーイヤホンを耳に挿入したときに外耳道9の入り口を防音体8によって塞ぐようになり、聴取がイヤホンを使用時に外耳道9に入る外部の雑音が軽減され、静かな状態で音楽を楽しむことができるものである。

特にＭＲＩ等で検査を受ける人がイヤホンを通して音楽や医師等の指示を聞く場合、ＭＲＩが発生する非常に大きな雑音等を防音材8で遮断する事ができ、この防音材8を装着することによって、外部の騒音が激しい環境下においても音楽や指示を明瞭に聞くことができるものである。また、防音材8の通過周波数は材質により異なる事により、外部の騒音の周波数分布に応じて遮断する騒音を防音材8の材質を選択することによってもっとも効果的に外部音を遮断することができるものである。

更に本発明のイヤホンにおいては、骨伝導による聴取が可能で有ることから、空気中のみならず水中等でも使用することが可能で有る事はもちろんである。

１ ケース
２ 振動子
３ 振動体
３ａ 交換部（音質調整体）
３ｂ 振動ホルダー
４ シリコンチューブ
５ リード線
６ ダンパー
７ 固定部材
８ 防音材
９ 外耳道

Claims (10)

1. 外形Ｌ字型の円筒状のケースと、該ケースの一端に一方の端部を固定されケース内部に向かってカンチレバー状に配置した平板状の振動子と、ケースの他方の端部から一部が突出するように挿入され、他方の端部がケースの内部で前記振動子の自由端部と一体に接合された振動体と、前記振動子に電気信号を供給する信号線とから構成された事を特徴とするインナーイヤホン。
2. 振動体のケースから突出した部分の弾性を有するシリコンチューブで被覆したこと特徴とする請求項１記載のインナーイヤホン。
3. 外形Ｌ字型の円筒状のケースと、該ケースの一端に一方の端部を固定されケース内部に向かってカンチレバー状に構成した平板状の振動子と、ケースの他方の端部に挿入されケースの外側に向かって凹部が形成され、該凹部には螺子の固着手段を有するとともに他方の端部がケースの内部で前記振動子の自由端部と一体に接合された振動ホルダーと、該振動ホルダーの固着手段に交換可能に装着される音質調整体と、前記振動子に電気信号を供給する信号線とを有するインナーイヤホンにおいて、前記振動ホルダーと音質調整体によって振動体を形成した事を特徴とするインナーイヤホン。
4. 振動ホルダーとケースの間に弾性体から成る振動ホルダー固定部材を介在させたことを特徴とする請求項１または３いずれか一項に記載のインナーイヤホン。
5. 音質調整体を木材、金属、ガラス、プラスチックの素材で構成し音質を選択できるようにしたことを特徴とする請求項３記載のインナーイヤホン。
6. 音質調整体の外部をシリコンチューブで被覆したことを特徴とする請求項３記載のインナーイヤホン。
7. 音質調整体の外周に吸音材によってドーナツ状に形成され、外部の音を遮断するように構成した吸音材から成る防音材を装着したことを特徴とする請求項３記載のインナーイヤホン。
8. 外形の異なる音質調整体を複数用意し、使用者の耳の外耳道内径に合わせて変えられるようにしたことを特徴とする請求項３記載のインナーイヤホン。
9. 音質調整体の耳に挿入される側の端部から振動子方向に凹部を設けたことを特徴とする請求項８記載のインナーイヤホン。
10. 振動子とケースの間に空間を有する事を特徴とする請求項１または請求項３いずれか一項に記載のインナーイヤホン。

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