JP4237424B2

JP4237424B2 - 電気音響変換器

Info

Publication number: JP4237424B2
Application number: JP2001117301A
Authority: JP
Inventors: 功伏見; 英司松山; 建治降旗
Original assignee: Star Micronics Co Ltd
Current assignee: Star Micronics Co Ltd
Priority date: 2001-04-16
Filing date: 2001-04-16
Publication date: 2009-03-11
Anticipated expiration: 2021-04-16
Also published as: JP2002315098A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気音響変換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の電気音響変換器として、たとえば特開２０００−６９５９６号公報に開示されたような電気音響変換器が知られている。この特開２０００−６９５９６号公報に開示された電気音響変換器は、柔軟性を有する耳栓部材と電気エネルギーを振動エネルギーに変換する電気振動変換系（圧電振動子）とを有しており、電気振動変換系により得られる振動エネルギーを振動伝達用のレバーを介して耳栓部材へ伝導し、耳栓部材を振動させることにより、耳栓部材と外耳道と鼓膜とで画成された耳内の小気室に発生させた音響信号を感知せしめるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような構成の電気音響変換器においては、以下のような問題点を有していることが新たに判明した。
▲１▼電気振動変換系は、耳栓部材によりレバーを介して中空支持されていることから、電気振動変換系からレバー、耳栓部材へと作用する力（電気振動変換系の駆動力）と等しい力が電気振動変換系の質量に反作用力として加わる。また、電気振動変換系、レバー、及び耳栓部材の質量による機械共振が起こる。これらのことから、耳栓部材と外耳道と鼓膜とで画成された耳内の小気室に発生する気導音の特定周波数以下の伝達効率が低下し、特に低周波音響感度（音圧）が低くなる。
▲２▼柔軟性が高い耳栓部材を用いており、耳栓部材内部における振動伝達の効率が悪い。
▲３▼電気音響変換器を装着した状態で電気振動変換系に対して押し込み方向に外力（押し込み外力）が加わると、耳栓部材そのものも押し込まれてしまい、外耳道内、中耳等が損傷する惧れがある。
▲４▼電気振動変換系に応力が加わると、電気振動変換系とレバーとの接合部に応力が集中して破損する惧れがある。
【０００４】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、音響特性を向上できると共に、外耳道内、中耳等の損傷を回避し、耐久性を高めることが可能な電気音響変換器を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電気音響変換器は、電気信号を機械振動に変換する駆動部と、駆動部にて変換された機械振動を伝達する振動伝達部と、振動伝達部により伝達された機械振動を音響振動として放射する音響放射部と、駆動部を外耳道内壁に支持する第１支持部と、音響放射部を外耳道内壁に支持する第２支持部と、を有することを特徴としている。
【０００６】
本発明に係る電気音響変換器では、第１支持部により、電気信号を機械振動に変換する駆動部が外耳道内壁に支持され、第２支持部により、駆動部から振動伝達部により伝達された機械振動を音響振動として放射する音響放射部が外耳道内壁に支持される。これにより、音響放射部と鼓膜との間に形成される小空間に発生する気導音における特定周波数以下の伝達効率の低下が抑制され、低周波音響感度（音圧）が改善される。
【０００７】
また、本発明に係る電気音響変換器では、駆動部が第１支持部により外耳道内壁に支持されているので、駆動部にて発生する機械振動の一部が第１支持部を介して骨伝導により内耳に達することになる。これにより、聴感上の低周波音量、高周波音質等を改善することができる。
【０００８】
そして、本発明に係る電気音響変換器では、電気音響変換器を装着した状態で駆動部に対して押し込み方向に外力（押し込み外力）が加わったとしても、駆動部は第１支持部により外耳道内壁に支持されているので、音響放射部が過度に押し込まれることはなく、外耳道内、中耳等の損傷を回避することができる。また、電気音響変換器は第１支持部及び第２支持部により支持されるので、駆動部に応力が加わったとしても、駆動部と振動伝達部との接続部分における応力集中が緩和されることになり、耐久性を改善することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明による電気音響変換器の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１０】
まず、図１を参照して、電気音響変換器１の構成について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る電気音響変換器の構造を示す概略断面図である。
【００１１】
電気音響変換器１は、駆動部１１と、振動伝達部２１と、音響放射部３１と、第１支持部４１と、第２支持部５１とを有している。
【００１２】
駆動部１１は、電気信号を機械振動に変換するものであり、電磁型変換器が用いられている。駆動部１１は、ケース１２と、ポールピース１３と、コイル１４、マグネット１５、振動板１６等を含んでいる。
【００１３】
ケース１２は、一端にベース部として用いられる底面部１２ａを有すると共に、他端が開口した円筒状の金属製（たとえば、パーマロイ等）の部材からなる。ケース１２の底面部１２ａの外面側には、ゴム材料等からなる把持部１７が固定されている。
【００１４】
ポールピース１３は、ケース１２の底面部１２ａ内面の中心位置に載置、固定されている。このポールピース１３は、略円柱形状の金属製（たとえば、パーマロイ等）の部材からなる。
【００１５】
コイル１４は、導線が巻回されることにより構成されており、ポールピース１３の外周側に配設されている。コイル１４は、ケース１２の底面部１２ａに接着剤等により固定されている。
【００１６】
マグネット１５は、たとえば環状のプラスチックマグネットからなり、コイル１４の外周側にコイル１４との間に所定の間隙を存した状態で配置されている。マグネット１５は、ケース１２の底面部１２ａに当接して載置されている。
【００１７】
振動板１６（共鳴板、又は弾性板ともいう）は、ケース１２の開口部側に配設されている。本実施形態においては、ケース１２（円筒部）が振動板１６を支持する支持部材としても機能する。振動板１６の中央部には、付加質量としての磁片１８が備えられている。振動板１６は、マグネット１５の静磁界の作用により吸引状態にあり、マグネット１５側に引き付けられて固定状態となる。
【００１８】
上述したように構成された駆動部１１においては、ケース１２の底面部１２ａ、ポールピース１３、振動板１６及びマグネット１５が磁気回路を構成し、マグネット１５による静磁界が振動板１６に作用し、着磁した振動板１６が鉄心側に引き付けられている。マグネット１５は、振動板１６に対してバイアス磁界として作用している。
【００１９】
このような静磁界が成す一方向の磁界に対し、駆動部１１（コイル１４）に交流やパルス等の電気信号が加えられると、その信号電流がコイル１４に流れ、ポールピース１３には電気信号に応じた振動磁界が発生する。この振動磁界の方向がマグネット１５の静磁界と反対方向になる区間で振動板１６はポールピース１３より離れる方向に振れ、静磁界と同一方向になる区間でポールピース１３側に引き付けられる。このような機械的な運動は、電気信号の周波数に依存し、その結果、振動板１６が振動し、機械振動が発生する。
【００２０】
振動伝達部２１は、駆動部１１にて変換された機械振動を音響放射部３１に伝達するものであって、略円柱状の金属製（たとえば、鉄等）又は樹脂製の部材からなる。振動伝達部２１は、一端が振動板１６（磁片１８）に接着等により接合されており、他端が音響放射部３１に接着等により接合されている。
【００２１】
音響放射部３１は、振動伝達部２１により伝達された機械振動を音響振動として放射するものであって、クッションフォーム等の材料からなる。音響放射部３１は、駆動部１１に入力された電気信号に応答して振動し、音響放射部３１と、人間の外耳道６１及び鼓膜６３とで画成される小空間６５内に音響振動を放射する。この音響振動が鼓膜６３を励振することにより、人間が音として感知することになる。音響放射部３１は、外耳道６１及び鼓膜６３とで小空間６５を画成する隔壁としても機能する。
【００２２】
第１支持部４１は、駆動部１１を外耳道６１の内壁に支持するためのものであって、外耳道６１を損傷しない程度の硬度を有する合成樹脂（たとえば、シリコーン樹脂等）からなる。第１支持部４１は、ケース１２の開口部の全周にわたって設けられている。なお、第１支持部４１は、ケース１２の開口部の全周にわたって設けられている必要はなく、少なくとも複数箇所に設けられていればよい。
【００２３】
第２支持部５１は、音響放射部３１を外耳道６１の内壁に支持するためのものであって、クッションフォーム等の材料からなる。本実施形態においては、音響放射部３１と第２支持部５１は、一つの部材（クッションフォーム）により一体形成されている。音響放射部３１と第２支持部５１とが一体形成された部材は、図１に示されるように、ドーム形状を呈しており、第２支持部５１はドーム形状を呈した部材の端部に位置することになる。また、振動伝達部２１の他端は、ドーム形状を呈した部材の頂部に接合されている。
【００２４】
なお、本実施形態においては、第１支持部４１は、ケース１２の開口部の全周にわたって、第２支持部５１と接触するようにシリコーン樹脂系の接着剤を塗布、硬化することにより設けられており、駆動部１１（ケース１２）と第２支持部５１とは第１支持部４１により一体化されている。このように、音響放射部３１が第２支持部５１及び第１支持部４１を介してケース１２に接続されることにより、振動板１６のポールピース１３から離れる方向への移動が規制される。また、第１支持部４１と第２支持部５１とが略同じ位置に配設されており、第１支持部４１による駆動部１１の支持位置と第２支持部５１による音響放射部３１の支持位置とが略同じとなっている。
【００２５】
以上のことから、本実施形態の電気音響変換器１においては、第１支持部４１により、電気信号を機械振動に変換する駆動部１１が外耳道６１の内壁に支持され、第２支持部５１により、駆動部１１から振動伝達部２１により伝達された機械振動を音響振動として放射する音響放射部３１が外耳道６１の内壁に支持される。これにより、音響放射部３１と鼓膜６３との間に形成される小空間６５に発生する気導音における特定周波数以下の伝達効率の低下が抑制され、電気音響変換器１の低周波音響感度（音圧）が改善される。
【００２６】
また、本実施形態の電気音響変換器１においては、駆動部１１が第１支持部４１により外耳道６１の内壁に支持されているので、駆動部１１にて発生する機械振動の一部が第１支持部４１を介して骨伝導により内耳に達することになる。これにより、電気音響変換器１の聴感上の低周波音量、高周波音質等を改善することができる。
【００２７】
そして、本実施形態の電気音響変換器１においては、電気音響変換器１を装着した状態で駆動部１１に対して押し込み方向に外力（押し込み外力）が加わったとしても、駆動部１１は第１支持部４１により外耳道６１の内壁に支持されているので、音響放射部３１が過度に押し込まれることはなく、外耳道６１内、中耳等の損傷を回避することができる。また、電気音響変換器１は第１支持部４１及び第２支持部５１により支持されるので、駆動部１１に応力が加わったとしても、駆動部１１（振動板１６）と振動伝達部２１との接続部分における応力集中が緩和されることになり、耐久性を改善することができる。
【００２８】
本発明の電気音響変換器において、第１支持部で駆動部を外耳道内壁に支持することによって得られる低周波音響感度改善効果を確認する試験を行った。結果を図２及び図３に示す。図２は、本発明の電気音響変換器による実施例の周波数特性に関する線図であり、図３は、比較例の周波数特性に関する線図である。なお、本発明による実施例としては、上述した実施形態のものを用いた。これに対して、比較例は、第１支持部を有さない、すなわち駆動部が第２支持部により音響放射部及び振動伝達部を介して中空支持されている構成としている。
【００２９】
周波数特性の測定方法は、実施例及び比較例とも、以下のとおりである。実耳における装着状態を模擬するために、図４に示されるように、耳介のレプリカを用いたシリコーン製人工耳１０１を用い、この人工耳１０１に電気音響変換器を装着して周波数特性を測定した。外耳道１０３の入口部分はテーパ形状を呈しており、鼓膜位置には１／４インチコンデンサマイクロホン（リオン株式会社製「ＵＣ−１４」）１０５が取付けられている。外耳道１０３の内径ａは６ｍｍに設定されており、外耳道１０３の全長ｂは２８ｍｍに設定されている。外耳道１０３における直線状の部分の長さｃは、２０ｍｍに設定されている。
【００３０】
周波数特性は、Ｍ系列信号を用いた音響測定システム（株式会社コアテックス製「ＣＴＸ１０１０」）により測定している。感度は、電気音響変換器に入力電圧が１ｍＷとなるように１ｋＨｚの正弦波を印加し、小空間内（電気音響変換器、外耳道１０３、及びコンデンサマイクロホン１０５で画成）の音圧レベルをコンデンサマイクロホン１０５に接続した精密級の騒音計（リオン株式会社製「ＮＡ−５４Ａ」）によって測定している。
【００３１】
図２及び図３から分かるように、本発明による実施例の方が、低周波音響感度が改善され又電気音響変換器の持つ共振が抑制されていることが分かる。特に、２ｋＨｚ以下での改善が著しいことも分かる。実施例の１ｋＨｚにおける感度は、９１ｄＢ（１ｍＷ入力）であり、比較例の１ｋＨｚにおける感度は、９７ｄＢ（１ｍＷ入力）である。
【００３２】
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。たとえば、本実施形態においては、駆動部１１として電磁型変換器を用いているが、電気信号を機械振動に変換するものであれば、これに限られることなく他の形式の変換器を用いてもよい。
【００３３】
また、本実施形態においては、第１支持部４１による駆動部１１の支持位置と第２支持部５１による音響放射部３１の支持位置とが略同じとなっているがこれに限られることなく、これらの位置が異なっていてもよい。また、第１支持部４１と第２支持部５１とを一体の部材にて形成するようにしてもよい。
【００３４】
また、本実施形態においては、音響放射部３１と第２支持部５１とが一つの部材により一体形成されているが、これに限られることなく、別体の部材により構成するようにしてもよい。音響放射部３１と第２支持部５１とを別体の部材により構成する場合には、音響放射部３１の硬度を第２支持部５１の硬度よりも高くすることが好ましい。これにより、音響放射部３１における振動伝達の効率の悪化を抑制することができる。
【００３５】
また、質量の大きい駆動部１１を適切に支持して音響特性を向上するためには、第１支持部４１の硬度を第２支持部５１の硬度よりも同じあるいは高く設定することが好ましい。
【００３６】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明にあっては、第１支持部により、電気信号を機械振動に変換する駆動部が外耳道内壁に支持され、第２支持部により、駆動部から振動伝達部により伝達された機械振動を音響振動として放射する音響放射部が外耳道内壁に支持される。これにより、音響放射部と鼓膜との間に形成される小空間に発生する気導音における特定周波数以下の伝達効率の低下が抑制され、低周波音響感度（音圧）が改善される。また、本発明にあっては、駆動部が第１支持部により外耳道内壁に支持されているので、駆動部にて発生する機械振動の一部が骨伝導により内耳に達することになり、聴感上の低周波音量、高周波音質等を改善することができる。
【００３７】
そして、本発明にあっては、音響放射部だけでなく、駆動部も外耳道内壁に支持されているので、電気音響変換器を装着した状態で駆動部に対して押し込み方向に外力（押し込み外力）が加わったとしても、音響放射部が過度に押し込まれることはなく、外耳道内、中耳等の損傷を回避することができる。また、電気音響変換器に応力が加わったとしても、駆動部と振動伝達部との接続部分における応力集中が緩和されることになり、耐久性を改善することができる。
【００３８】
これらの結果、本発明によれば、音響特性を向上できると共に、外耳道内、中耳等の損傷を回避し、耐久性を高めることが可能な電気音響変換器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る電気音響変換器の構造を示す概略断面図である。
【図２】本発明の電気音響変換器による実施例の周波数特性に関する線図であり、周波数と音圧レベルとの関係を示している。
【図３】比較例の周波数特性に関する線図であり、周波数と音圧レベルとの関係を示している。
【図４】人工耳の構造を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１…電気音響変換器、１１…駆動部、１２…ケース、１２ａ…底面部、１３…ポールピース、１４…コイル、１５…マグネット、１６…振動板、１７…把持部、１８…磁片、２１…振動伝達部、３１…音響放射部、４１…第１支持部、５１…第２支持部、６１…外耳道、６３…鼓膜、６５…小空間、１０１…人工耳、１０３…外耳道、１０５…コンデンサマイクロホン。

Claims

電気信号を機械振動に変換する駆動部と、
前記駆動部にて変換された機械振動を伝達する振動伝達部と、
前記振動伝達部により伝達された前記機械振動を音響振動として放射する音響放射部と、
前記駆動部を外耳道内壁に支持する第１支持部と、
前記音響放射部を支持するために前記外耳道内壁に接触する第２支持部と、を有することを特徴とする電気音響変換器。
前記音響放射部と前記第２支持部とは、一つの部材により一体形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電気音響変換器。
前記第１支持部は、前記第２支持部と接触するように前記駆動部に設けられており、
前記駆動部と前記第２支持部とは、前記第１支持部を介して一体化されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気音響変換器。