JP6629283B2 - カナル型イヤホン及びカナル型イヤホンのアダプタ - Google Patents

Description

本発明は、クロスフィールド（ｃｒｏｓｓｆｅｅｄ）機能によって頭内定位を改善したカナル型イヤホン及びカナル型イヤホンのアダプタに関するものである。

特許文献１には、放音部を外耳道入口に挿入して用いるカナル型イヤホンが記載されている。このカナル型イヤホンでは、電気音響変換器であるドライバユニットから発生する音波を、外耳道入口に伝達する導音部として、経路長の異なる独立した２つの導音管を有している。そして、ドライバユニットから発生し、２つの導音管を通過した２つの音波が、聴取者の外耳道入口で合成され、その２つの導音管の経路差を１／２波長とする周波数の音圧を抑制するようになっている。このような構成により、両端閉管共振による望ましくない周波数における音圧ピークを抑制しながら、音域全体の音量の低下を防止でき、イヤホンを装着しない場合と遜色の無い音質を実現できるという効果がある。

しかし、特許文献１のカナル型イヤホンでは、経路長の異なる２つの導音管を、外耳道入口に挿入できる太さの中に収めないといけないので、１つの導音管の断面積が小さくなり、その結果、空気の粘性抵抗で高域が減衰するという問題があった。

そこで、その問題を解決するために、特許文献２に記載されたカナル型イヤホンでは、２つ以上の電気音響変換器であるドライバユニットと、このドライバユニットのそれぞれに付随し、各々の経路長の異なる導音管と、を備えている。そして、２つ以上のドライバユニットから同じ位相で発生し、それぞれの導音管を通過した音波が外耳道入口で合成され、その２つ以上の導音管の間の経路差を１／２波長とする周波数の音圧を抑制するようになっている。このような構成により、両端閉管共振による望ましくない周波数における音圧ピークを抑制しながら、音域全体の音量の低下を防止し、イヤホンを装着しない場合と遜色の無い音圧−周波数特性等を実現できるという効果がある。

特許第４６８１６９８号公報 特許第４９５３４９０号公報

しかしながら、特許文献１、２のカナル型イヤホンを含めたイヤホン及びヘッドホンの音声再生全般の課題として、スピーカの音声再生と比較して、音場が頭の中にできる頭内定位のため、自然環境と比較して不自然であり、臨場感のある再生音を得ることが困難であった。以下、この課題について詳細に説明する。

図１５は、聴取者の耳による音源の知覚を説明する図である。
自然界の音（つまり音源）１は、１点から発生して聴取者２の左耳２Ｌ及び右耳２Ｒの両耳２Ｌ，２Ｒに届く。この時、両耳２Ｌ，２Ｒには、耳介や頭部・身体等の影響を受け、左耳２Ｌと右耳２Ｒとに異なる周波数特性（音色）の音が届く。又、音源１の方向により、到達時間差τが生じる。聴取者２は、それらの情報を基に、音源１の方向・距離等を判断しているものと思われる。
聴取者２の周りに音源１を移動させたときの両耳２Ｌ，２Ｒの音圧差Δｐと位相差Δφを考える。

例えば、公知文献（富士通テン技報、Ｖｏｌ．２，Ｎｏ．２（１９８４年）、藤田・若松・加藤・本島・長野著「側方スピーカを付加したステレオ音場の解析」ｐ．４７、図６「実音源によるΔｐ−Δφ」）に記載されているように、５００Ｈｚの音源１を、聴取者２を中心とする半円上に移動させた場合、聴取者２の左耳２Ｌ及び右耳２Ｒの音圧差Δｐと位相差Δφは、次のようになる。即ち、音圧差Δｐがプラスの領域は、右耳２Ｒの音圧が高く、位相差Δφがプラスの領域は、右耳２Ｒの位相が進んでいる。例えば、聴取者２から見て、正面から右３０°の音源位置では、右耳２Ｒの音圧が４ｄＢ高く、位相が０．４π進んでいる。

図１６は、スピーカを使ったステレオ音源の再生を示す図である。
ステレオ音源の再生では、前方の左側スピーカ３Ｌ及び右側スピーカ３Ｒから、音が両耳２Ｌ，２Ｒで再生されるよう音圧差・位相差をつけた音を送り出し、図１６に近似するような、所望の音場を形成している。この時、左耳２Ｌには、左側スピーカ３Ｌからの直接音である第１音波Ｌと、右側スピーカ３Ｒからの第２遅延音波Ｒａとが届き、右耳２Ｒには、右側スピーカ３Ｒからの直接音である第２音波Ｒと、左側スピーカ３Ｌからの第１遅延音波Ｌａとが届いている。

図１７は、ヘッドホンによるステレオ音源の再生を示す図である。
ヘッドホン再生の音源としては、通常、図１６の再生を前提とした音源が流用されている。そして、ヘッドホン再生では、図１７のように、両耳２Ｌ，２Ｒの近くに左側スピーカ３Ｌ及び右側スピーカ３Ｒが置かれる。この時、左耳２Ｌには左側スピーカ３Ｌからの直接音である第１音波Ｌ、右耳２Ｒには右側スピーカ３Ｒからの直接音である第２音波Ｒが届いている。

この聴取条件では、第１、第２遅延音波Ｌａ，Ｒａの再生が望めないため、図１６のような音場は形成されない。同じく、図１５のような自然界の音の聴取条件とも異なるため、聴取者２の脳が混乱し、頭の中に音源がある、いわゆる頭内定位現象を生じる。この頭内定位現象が、ヘッドホン・イヤホン聴取時の音質悪化の一因となっている。

例えば、従来の特許文献１、２のカナル型イヤホンでは、スピーカ再生を前提とした音源を使いながら、第１、第２音波Ｌ，Ｒだけを再生していて、第１、第２遅延音波Ｌａ，Ｒａの再生を考慮していないので、頭内定位現象による品質悪化の課題がある。

これらを解決するために、従来、例えば、デジタル・シグナル・プロセッサ（以下「ＤＳＰ」という。）を使って頭内定位を改善する提案がされているが、信頼性の高いものが実現されていない。又、ＤＳＰを使ったものは、電子回路を使用するため、構造が複雑で、高価であり、普及の妨げにもなっている。
本発明の目的は、音響回路で遅延回路を作り、第１、第２遅延音波Ｌａ，Ｒａを再生することで、従来のカナル型イヤホンの音質を改善しようとするものである。

本発明のカナル型イヤホンは、左耳用の第１イヤホンと、右耳用の第２イヤホンと、遅延チューブと、ヘルムホルツ吸収回路と、を備えている。

前記左耳用の第１イヤホンは、聴取者の左外耳道へ挿入される第１導音部が突設された第１ハウジングと、前記第１ハウジング内に収容され、左右一対の第１音声信号及び第２音声信号を含むステレオ信号のうちの前記第１音声信号を入力して第１音波に変換する第１ドライバユニットと、を有している。前記右耳用の第２イヤホンは、前記聴取者の右外耳道へ挿入される第２導音部が突設された第２ハウジングと、前記第２ハウジング内に収容され、前記第２音声信号を入力して第２音波に変換する第２ドライバユニットと、を有している。

前記遅延チューブは、音源から前記聴取者の左耳と右耳とに到来する音波の到達距離差に基づいて設定されたチューブ長を有し、前記第２ハウジング内の前記第２音波の位相を所定時間遅れさせた第２遅延音波を、前記第１ハウジングへ導入し、前記第１ハウジング内の前記第１音波の位相を前記所定時間遅れさせた第１遅延音波を、前記第２ハウジングへ導入するものである。更に、前記ヘルムホルツ吸収回路は、前記遅延チューブに設けられ、前記第１遅延音波及び前記第２遅延音波の特定周波数を除去して位相干渉を防止する回路である。

そして、前記第１ハウジングは、前記第１音波と前記第２遅延音波とを合成して第１合成音を再生し、前記第１合成音を前記第１導音部から前記左外耳道へ放出し、前記第２ハウジングは、前記第２音波と前記第１遅延音波とを合成して第２合成音を再生し、前記第２合成音を前記第２導音部から前記右外耳道へ放出する、ことを特徴とする。

本発明のカナル型イヤホンのアダプタは、第１補助ハウジングと、第２補助ハウジングと、遅延チューブと、ヘルムホルツ吸収回路と、を備えている。

第１補助ハウジングは、左右一対の第１音声信号及び第２音声信号を含むステレオ信号のうちの前記第１音声信号を入力して第１音波に変換するカナル型の第１イヤホンに対して、着脱自在に取り付けられ、前記第１音波を聴取者の左外耳道へ放出するものである。前記第２補助ハウジングは、前記第２音声信号を入力して第２音波に変換するカナル型の第２イヤホンに対して、着脱自在に取り付けられ、前記第２音波を前記聴取者の右外耳道へ放出するものである。

前記遅延チューブは、音源から前記聴取者の左耳と右耳とに到来する音波の到達距離差に基づいて設定されたチューブ長を有し、前記第２補助ハウジング内の前記第２音波の位相を所定時間遅れさせた第２遅延音波を、前記第１補助ハウジングへ導入し、前記第１補助ハウジング内の前記第１音波の位相を前記所定時間遅れさせた第１遅延音波を、前記第２補助ハウジングへ導入するものである。更に、前記ヘルムホルツ吸収回路は、前記遅延チューブに設けられ、前記第１遅延音波及び前記第２遅延音波の特定周波数を除去して位相干渉を防止する回路である。

そして、前記第１補助ハウジングは、前記第１音波と前記第２遅延音波とを合成して第１合成音を再生し、前記第１合成音を前記左外耳道へ放出し、前記第２補助ハウジングは、前記第２音波と前記第１遅延音波とを合成して第２合成音を再生し、前記第２合成音を前記右外耳道へ放出する、ことを特徴とする。

本発明のカナル型イヤホンによれば、第１音声信号及び第２音声信号を含むステレオ音声信号のうちの、第１音声信号を第１ドライユニットに加え、第２音声信号を第２ドライバユニットに加え、遅延チューブによって遅延音波を作り、第１、第２ドライバユニットからそれぞれ放出される第１、第２音波と、その第１、第２遅延音波と、をそれぞれ合成して第１、第２合成音を再生するようにしている。更に、遅延チューブに設けられたヘルムホルツ吸収回路により、第１、第２遅延音波の特定周波数を除去して位相干渉を防止している。特に、従来のカナル型イヤホンでは再生されていない遅延音波を加えることで、頭内定位感の軽減、広い音場感、及び立体感を得ることができる。これにより、音源定位感の向上と臨場感の向上が図れる。更に、構造が簡単であるため、信頼性の高い再生機能と低コスト化が可能になる。

本発明のカナル型イヤホンのアダプタによれば、従来のカナル型イヤホンに第１、第２補助ハウジングを着脱自在に取り付け、遅延チューブによって遅延音波を作り、第１、第２補助ハウジング内において、第１、第２音波とその第１、第２遅延音波とをそれぞれ合成して第１、第２合成音を再生するようにしている。更に、遅延チューブに設けられたヘルムホルツ吸収回路により、第１、第２遅延音波の特定周波数を除去して位相干渉を防止している。これにより、音の広がりと、音質が改善され、従来のカナル型イヤホンを使って、手軽に広音場を楽しむことができる。

本発明の参考例におけるカナル型イヤホンの原理を示す概略の構成図 図１（ａ）の模式的な断面図 図１（ｂ）の動作波形図 図３のベクトル表示を示す図 チューブ長Ｈのシミュレーション条件を示す図 チューブ長Ｈのシミュレーション波形 計算例を示す図 チューブ長Ｈが４００ｍｍの実験結果を示す波形図 図１の第１音波Ｌ、第２遅延音波Ｒａ、及び第１合成音（Ｌ＋Ｒａ）の波形図 位相干渉を示す波形図 本発明の実施例１におけるカナル型イヤホンの原理を示す概略の構成図 図９の模式的な断面図 図１０のヘルムホルツ吸収回路５０の原理を説明するための模式図 図９の第１音波Ｌ、第２遅延音波Ｒａ、及び第１合成音（Ｌ＋Ｒａ）の波形図 位相干渉を示す波形図 本発明の実施例２におけるカナル型イヤホンのアダプタを示す概略の構成図 聴取者の耳による音源の知覚を説明する図 スピーカを使ったステレオ音源の再生を示す図 ヘッドホンによるステレオ音源の再生を示す図

本発明を実施するための形態は、以下の好ましい参考例及び実施例の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、明らかになるであろう。但し、図面はもっぱら解説のためのものであって、本発明の範囲を限定するものではない。
［参考例］

（参考例の構成）
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の参考例におけるカナル型イヤホンの原理を示す概略の構成図であり、同図（ａ）は全体の構成図、及び同図（ｂ）は左耳用の第１イヤホンの等価回路図である。更に、図２（ａ）、（ｂ）は、図１（ａ）の模式的な断面図であり、同図（ａ）は全体の断面図、及び同図（ｂ）は左耳用の第１イヤホンの拡大断面図である。

図１（ａ）及び図２（ａ）、（ｂ）に示すように、本参考例のカナル型イヤホン１０は、左右一対の左耳用の第１イヤホン１０Ｌ及び右耳用の第２イヤホン１０Ｒを備えている。第１イヤホン１０Ｌ及び第２イヤホン１０Ｒには、ステレオ音声信号である一対の左耳用の第１音声信号ＳＬ及び右耳用の第２音声信号ＳＲを入力するコード１１が接続されている。第１イヤホン１０Ｌと第２イヤホン１０Ｒとは、同一の構成である。

第１イヤホン１０Ｌは、音響部品を収容するための筐体である第１ハウジング２０Ｌを有している。第１ハウジング２０Ｌ内には、電気音響変換器である第１ドライバユニット３０Ｌが収容されている。第１ドライバユニット３０Ｌは、左耳用の第１音声信号ＳＬを入力して第１音波Ｌに変換するものである。第１ハウジング２０Ｌは、耳側前方の第１前方ハウジング（以下「第１フロントハウジング」という。）２１Ｌと、この背面側の第１後方ハウジング（以下「第１リヤハウジング」という。）２２Ｌと、が接合される構造なっており、その接合箇所付近に、第１ドライバユニット３０Ｌが配設されている。

第１ドライバユニット３０Ｌは、マグネット３１、ボイスコイル３２、及び振動板であるダイヤフラム３３等によって構成されている。この第１ドライバユニット３０Ｌでは、マグネット３１により構成された磁気回路中に、ボイスコイル３２を有するダイヤフラム３３が配置され、そのボイスコイル３２に、コード１１を介して入力された第１音声信号ＳＬに従い、ダイヤフラム３３を駆動し、このダイヤフラム３３の前の空気に対して粗密状態を変化させることにより、入力された第１音声信号ＳＬに応じた第１音波Ｌを放出するような構成になっている。第１ハウジング２０Ｌ内の他のレジスタ等の音響部品は、説明を簡単にするために、図示されていない。

第１フロントハウジング２１Ｌの前方には、聴取者２の左耳２Ｌの左外耳道（左耳孔）へ挿入される第１導音部が突設されている。第１導音部は、第１フロントハウジング２１Ｌの前方へ突設された円筒状の第１導音管２１ａＬと、この第１導音部２１ａＬへ着脱自在に装着される楕円体傘形の第１イヤピース２３Ｌと、により構成されている。第１イヤピース２３Ｌは、左耳孔へ挿入されるため、シリコーンゴム等の弾性部材により形成されている。更に、第１フロントハウジング２１Ｌには、軟質樹脂等で形成された遅延チューブ４０の一端開口部が取り付けられている。

右耳用の第２イヤホン１０Ｒは、左耳用の第１イヤホン１０Ｌと同様に、第２ハウジング２０Ｒを有し、この第２ハウジング２０Ｒ内に、第２ドライバユニット３０Ｒが収容されている。第２ドライバユニット３０Ｒは、右耳用の第２音声信号ＳＲを入力して第２音波Ｒに変換するものである。第２ハウジング２０Ｒは、耳側前方の第２前方ハウジング（以下「第２フロントハウジング」という。）２１Ｒと、この背面側の第２後方ハウジング（以下「第２リヤハウジング」という。）２２Ｒと、が接合される構造なっており、その接合箇所付近に、第２ドライバユニット３０Ｒが配設されている。第２ドライバユニット３０Ｒは、コード１１から入力された第２音声信号ＳＲを第２音波Ｒに変換する機器である。

第２フロントハウジング２１Ｒの前方には、聴取者２の右耳２Ｒの右外耳道（右耳孔）へ挿入される第２導音部が突設されている。第２導音部は、第２フロントハウジング２１Ｒの前方へ突設された円筒状の第２導音管２１ａＲと、この第２導音部２１ａＲへ着脱自在に装着される楕円体傘形の第２イヤピース２３Ｒと、により構成されている。第２イヤピース２３Ｒは、弾性部材により形成されている。更に、第２フロントハウジング２１Ｒには、遅延チューブ４０の他端開口部が取り付けられている。

図１（ａ）で示すように、遅延チューブ４０は、図１５の音源１から聴取者２の左耳２Ｌと右耳２Ｒとに到来する音波の到達距離差（即ち、到達時間差）τに基づいて設定された所定のチューブ長Ｈを有している。そして、遅延チューブ４０は、第２フロントハウジング２１Ｒ内の第２音波Ｒの位相を所定時間遅れさせた第２遅延音波Ｒａを、第１フロントハウジング２１Ｌへ導入すると共に、第１フロントハウジング２１Ｌ内の第１音波Ｌの位相を所定時間遅れさせた第１遅延音波Ｌａを、第２フロントハウジング２１Ｒへ導入する機能を有している。

第１フロントハウジング２１Ｌは、第１ドライバユニット３０Ｌから出力された第１音波Ｌと、遅延チューブ４０から入力された第２遅延音波Ｒａと、を合成して第１合成音（Ｌ＋Ｒａ）を再生し、この第１合成音（Ｌ＋Ｒａ）を第１導音管２１ａＬ及び第１イヤピース２３Ｌを介して左耳孔へ放出する機能を有している。同様に、第２フロントハウジング２１Ｒは、第２ドライバユニット３０Ｒから出力された第２音波Ｒと、遅延チューブ４０から入力された第１遅延音波Ｌａと、を合成して第２合成音（Ｒ＋Ｌａ）を再生し、この第２合成音（Ｒ＋Ｌａ）を第２導音管２１ａＲ及び第２イヤピース２３Ｒを介して右耳孔へ放出する機能を有している。

（参考例の動作）
左耳用の第１イヤホン１０Ｌは、コード１１から送られてくる左耳用の第１音声信号ＳＬを入力する。入力された第１音声信号ＳＬは、第１ドライバユニット３０Ｌによって左耳用の第１音波Ｌに変換される。同様に、右耳用の第２イヤホン１０Ｒは、コード１１から送られてくる右耳用の第２音声信号ＳＲを入力する。入力された第２音声信号ＳＲは、第２ライバユニット３０Ｒよって右耳用の第２音波Ｒに変換される。

左耳用の第１イヤホン１０Ｌで変換された第１音波Ｌは、遅延チューブ４０によって遅延されて位相が遅れた第１遅延音波Ｌａが生成され、右耳用の第２イヤホン１０Ｒの第２フロントハウジング２１Ｒへ送られる。同様に、右耳用の第２イヤホン１０Ｒで変換された第２音波Ｒは、遅延チューブ４０によって遅延されて位相が遅れた第２遅延音波Ｒａが生成され、左耳用の第１イヤホン１０Ｌの第１フロントハウジング２１Ｌへ送られる。

第１フロントハウジング２１Ｌ内において、変換された第１音波Ｌと第２遅延音波Ｒａとが合成され、左耳用の第１合成音（Ｌ＋Ｒａ）が再生される。再生された第１合成音（Ｌ＋Ｒａ）は、第１導音管２１ａＬを経由して、第１イヤピース２３Ｌから聴取者２の左耳孔へ導かれる。第２フロントハウジング２１Ｒ内において、変換された第２音波Ｒと第１遅延音波Ｌａとが合成され、右耳用の第２合成音（Ｒ＋Ｌａ）が再生される。再生された第２合成音（Ｒ＋Ｌａ）は、第２導音管２１ａＲを経由して、第２イヤピース２３Ｒから聴取者２の右耳孔へ導かれる。

本参考例のカナル型イヤホン１０では、従来のカナル型イヤホンでは再生されていない第１、第２遅延音波Ｌａ，Ｒａを第２、第１音波Ｒ，Ｌにそれぞれ加えることで、頭内定位感が軽減されて広い音場感と立体感が得られる。これにより、音源定位感の向上と臨場感の向上が図れる。

（参考例の実験結果）
先ず、図１（ｂ）を参照して、音波合成による位相干渉について考察する。
図３は、図１（ｂ）の動作波形図であり、横軸は時間（ｓ）、縦軸は音圧（ｄＢ）である。

この図３には、左耳用の第１ドライバユニット３０Ｌから出力される第１音波Ｌと、遅延チューブ４０による位相遅れ角度ｘだけ遅れている第２遅延音波Ｒａと、が示されている。

波長をλ、チューブ長をＨ、位相遅れ角度をｘとすると、次式（１）の関係がある。
λ：Ｈ＝２π：ｘ （１）
位相遅れ角度ｘは、式（１）に基づいて、次式（２）から算出できる。
ｘ＝（２π／λ）Ｈ＝ｋＨ （２）
但し、ｋ＝２π／λ＝ω／ｃ
ｋ；波数（波長定数）
ω＝２πｆ；角周波数
ｆ；周波数
ｃ；音速

図４は、図３のベクトル表示を示す図である。
第１音波Ｌと第２遅延音波Ｒａとが合成されて、第１合成音（Ｌ＋Ｒａ）となる。
図４は、式（３）で表せる。
（Ｌ＋Ｒａ・ｃｏｓｘ）^２＋（Ｒａ・ｓｉｎｘ）^２＝（Ｌ＋Ｒａ）^２ （３）
式（３）を展開すると、式（４）になる。
Ｌ^２＋２Ｌ・Ｒａ・ｃｏｓｘ＋（Ｒａ・ｃｏｓｘ）^２
＋（Ｒａ・ｓｉｎｘ）^２
＝Ｌ^２＋Ｒａ^２＋２Ｌ・Ｒａ・ｃｏｓｘ＝（Ｌ＋Ｒａ）^２ （４）
従って、第１合成音（Ｌ＋Ｒａ）は、式（５）のようになる。
（Ｌ＋Ｒａ）＝√（Ｌ^２＋Ｒａ^２＋２Ｌ・Ｒａ・ｃｏｓｘ） （５）

第１ドライバユニット３０Ｌ及び第２ドライバユニット３０Ｒに同位相・同レベルで入力される音声信号の合成音が（Ｌ＋Ｒａ）となる。第１ドライバユニット３０Ｌ及び第２ドライバユニット３０Ｒに同位相・同レベルで入力される音声信号とは、図１６において正面・中央に定位する音である。多くの音楽では、ボーカルとベースを正面・中央に定位させているので、それらが位相干渉の影響を受ける。

正面・中央以外に定位するように意図された音は、左チャンネル及び右チャンネルにレベル差及び位相差をつけて録音されている。この場合の位相干渉は、正面・中央に定位する音よりも小さいと推定される。

最適なチューブ長Ｈの算出例を説明する。
図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃは、チューブ長Ｈのシミュレーションを示す図であり、図５Ａはチューブ長Ｈのシミュレーション条件、図５Ｂはチューブ長Ｈのシミュレーション波形、及び図５Ｃは計算例を示す図である。図５Ｂの波形図の横軸は周波数（Ｈｚ）、縦軸は音圧（ｄＢ）である。

図５Ａに示すように、第１ドライバユニット３０Ｌから出力される第１音波Ｌ、遅延チューブ４０による位相遅れ角度ｘだけ遅れている第２遅延音波Ｒａ、及びチューブ長Ｈの条件を指定する。例えば、音速は３４０ｍ／ｓ、チューブ長Ｈは４００ｍｍ、第１音波Ｌ及び第２遅延音波Ｒａは１、第１低下（ｄｉｐ）周波数は０．４２５ｋＨｚに指定する。そして、左側チャンネル及び右チャンネルに同相及び同振幅で入力される音声信号の出力特性をシミュレートした。

左チャンネル及び右チャンネルに同相及び同振幅で入力される音声信号とは、正面・中央に定位する音源１を想定している。ここには主に、ボーカル及びベースが定位するので、音源再生上、重要な特性になる。このシミュレート結果の波形図が図５Ｂに示されている。更に、図４の式（５）を計算する。この計算結果が図５Ｃに示されている。なお、音速ｃ、チューブ長Ｈ、第１音波Ｌ及び第２遅延音波Ｒａは変更できる。

（Ｉ） 実験結果
図６は、チューブ長Ｈが４００ｍｍの実験結果を示す波形図であり、横軸は周波数（Ｈｚ）、縦軸は音圧（ｄＢ）である。
横方向への音の広がり感を期待して、つまり音の広がり感最大（真横からの音）を想定して、チューブ長Ｈを４００ｍｍにして実験した。矢印１，３，５の周波数では音圧が高く、矢印２，４，６の周波数では音圧が低下している。

図７は、図１の第１音波Ｌ、第２遅延音波Ｒａ、及び第１合成音（Ｌ＋Ｒａ）の波形図であり、横軸は周波数（Ｈｚ）、縦軸は音圧（ｄＢ）である。
左チャンネルだけに第１音声信号ＳＬを加えた時の第１ドライバユニット３０Ｌから出力された第１音波Ｌは、図７の実線のようになった。同じく、第２音声信号ＳＫを加えた時の遅延チューブ４０から出力された第２遅延音波Ｒａは、図７の点線のようになった。又、第１音声信号ＳＬ及び第２音声信号ＳＲを同時に加えた時の第１合成音（Ｌ＋Ｒａ）は破線のようになった。

なお、図７では、第１イヤピース２３Ｌを測定カプラに挿入し、第２イヤピース２３Ｒ側は粘土で密閉して測定している。これは、第１、第２イヤピース２３Ｌ，２３Ｒが耳孔に挿入された状態を想定した測定である。

図８は、位相干渉を示す波形図であり、横軸は周波数（Ｈｚ）、縦軸は音圧（ｄＢ）である。
図７の破線の第１合成音（Ｌ＋Ｒａ）と実線の第１音波Ｌの差を計算したところ、図８のようになった。図８の波形において、矢印１，３，５の周波数では音圧が高く、矢印２，４，６の周波数では音圧が低下している。

この図８を図６と比較すると、矢印１〜６の箇所で、位相干渉による増加・減衰が極めて良く一致していることが分かる。なお、図８の広域側の干渉が減少しているのは、図７の点線の第２遅延音波Ｒａで示すように、遅延チューブ４０による第２音波Ｒの広域の減衰によるものである。
これらの実験結果から、図１の構造は、期待通りの動作をしていると判断される。

（ＩＩ） 試聴と評価
図１のカナル型イヤホン１０を作成して試聴したところ、音の広がりは感じるが、前面中央に定位する、主にボーカルの音質が不満だった。図７の破線で示される第１合成音（Ｌ＋Ｒａ）における４００Ｈｚの位相干渉の影響が大きいことが分かる。

（参考例の効果）
本参考例のカナル型イヤホン１０によれば、次の（１）〜（５）のような効果がある。

（１） 従来のカナル型イヤホンでは再生されていない第１、第２遅延音波Ｌａ，Ｒａを再生し、遅延時間をチューブ長Ｈで調整できるので、頭内定位感の軽減、広い音場感、及び立体感を得ることができる。これにより、音源定位感の向上と臨場感の向上が図れる。
音源にもよるが、従来、両耳２Ｌ，２Ｒの位置に定位していた音は、両耳２Ｌ，２Ｒの外側に１０ｃｍ〜２０ｃｍ程度、離れた場所に定位している。元々、両耳２Ｌ，２Ｒから離れて定位していた音は、更に遠方に定位している。音の横方向の広がりは、従来のカナル型イヤホンよりは非常に改善されている。
（２） 頭内定位改善は、スピーカ聴取時のようにはいかないが、従来のカナル型イヤホンよりは気にならない。音の横方向の広がり感のせいで、頭内定位の不自然さが和らげられている。
（３） 音場が広がったせいで、臨場感のある再生音が得られている。
（４） 各イヤホン１０Ｌ，１０Ｒにおけるドライバユニット３０Ｌ，３０Ｒの数が各１個で良いので、構造が簡単である。そのため、信頼性の高い再生機能と低コスト化が可能になる。
（５） 使用時に、遅延チューブ４０を首の後に掛ければ、第１、第２イヤホン１０Ｌ，１０Ｒが耳から外れ難くなり、使い勝手が良い。

参考例では、図７の第１合成音（Ｌ＋Ｒａ）における４００Ｈｚの位相干渉の影響が大きいので、これを以下のようにして改善している。

（実施例１の構成）
図９は、本発明の実施例１におけるカナル型イヤホンの原理を示す概略の構成図である。更に、図１０は、図９の模式的な断面図である。これらの図９及び図１０において、参考例を示す図１（ａ）及び図２（ａ）中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。

本実施例１のカナル型イヤホン１０Ａでは、遅延チューブ４０の中間に、ヘルムホルツ吸収回路５０が設けられている。
ヘルムホルツ吸収回路５０は、遅延チューブ４０に対して略直角に導通する円筒孔状の筒部５１と、この筒部５１の端部に設けられ、その筒部５１よりも口径が大きな中空円筒状の容器５２と、により構成されている。

図１１（ａ）、（ｂ）は、図１０のヘルムホルツ吸収回路５０の原理を説明するための模式図であり、同図（ａ）は模式的な構造図、及び同図（ｂ）は計算例を示す図である。

図１１（ａ）に示すヘルムホルツ吸収回路５０の模式的な構造物５０Ａは、断面積ｕ及び長さｄを有する円管状の筒部５１と、容積ｖを有するボール状の容器５２と、を合わせた構成になっている。
この構造物５０Ａは、音速をｃとしたとき、次式（６）の共振周波数ω_０で共鳴することが知られている（ヘルムホルツの共鳴）。
ω_０＝ｃ√（ｕ／（ｖ・Δｄ）） （６）
但し、Δｄ；筒部５１の補正長さ
Δｄ＝ｄ＋１．５α
α；定数

図１１（ｂ）に示すように、例えば、音速ｃを３４０ｍ／ｓ、筒部５１の直径を２ｍｍ、筒部５１の断面積ｕを３．１４Ｅ−０６ｍ^２、筒部５１の長さｄを４０ｍｍ、筒部５１の補正長さΔｄを０．０４１５ｍ、容器５２の容積ｖを１．５ｃｃ（＝１．５Ｅ−０６ｍ^３）とした場合、共振周波数ω_０は、３８４．４１８５Ｈｚとなる。なお、図１１（ｂ）において、音速ｃ、筒部５１の直径、筒部５１の長さｄ、及び容積ｖの値は、変更できる。

このような構造物５０Ａは、式（６）に示すように、共振周波数ω_０で電気的なインピーダンスが最小になる性質がある。この原理を応用した製品としては、有孔ボード（吸音壁材）等がある。

（実施例１の動作）
遅延チューブ４０に設けられたヘルムホルツ吸収回路５０は、この遅延チューブ４０を通る遅延音波Ｌａ，Ｒａ中の４００Ｈｚを除去するので、位相干渉を防止できる。

（Ｉ） 実験結果
図１２は、図９の第１音波Ｌ、第２遅延音波Ｒａ、及び第１合成音（Ｌ＋Ｒａ）の波形図であり、横軸は周波数（Ｈｚ）、縦軸は音圧（ｄＢ）である。
左チャンネルだけに第１音声信号ＳＬを加えた時の第１ドライバユニット３０Ｌから出力される第１音波Ｌは、図１２の実線のようになった。同じく、第２音声信号ＳＲを加えた時の遅延チューブ４０から出力される第２遅延音波Ｒａは、図１２の点線のようになった。又、第１音声信号ＳＬ及び第２音声信号ＳＲを同時に加えた時の第１合成音（Ｌ＋Ｒａ）は破線のようになった。
なお、図１２では、第１イヤピース２３Ｌを測定カプラに挿入し、第２イヤピース２３Ｒ側は粘土で密閉して測定している。これは、第１、第２イヤピース２３Ｌ，２３Ｒが耳孔に挿入された状態を想定した測定である。

図１３は、位相干渉を示す波形図であり、横軸は周波数（Ｈｚ）、縦軸は音圧（ｄＢ）である。
図１２の破線の第１合成音（Ｌ＋Ｒａ）と実線の第１音波Ｌの差を計算したところ、図１３のようになった。

この図１３を図８と比較すると、４００Ｈｚ付近で、位相干渉が改善されていることが分かる。又、図１２の破線の第１合成音（Ｌ＋Ｒａ）と図７の破線の第１合成音（Ｌ＋Ｒａ）とを比較すると、音圧特性も改善されている。
これらの実験結果から、図９の構造は、期待通りの動作をしていると判断される。

（ＩＩ） 試聴と評価
図９のカナル型イヤホン１０Ａを作成して試聴したところ、音の広がりと音質の改善が認められた。

（実施例１の効果）
本実施例１のカナル型イヤホン１０Ａによれば、参考例の効果に比べて、音の広がりと音質の改善効果がある。

（実施例２の構成）
図１４は、本発明の実施例２におけるカナル型イヤホンのアダプタを示す概略の構成図であり、実施例１を示す図９中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
本実施例２のアダプタ６０は、従来のカナル型イヤホン１０Ｂに適用されるものであって、左耳用の第１補助ハウジング７０Ｌ、右耳用の第２補助ハウジング７０Ｒ、及び実施例１のヘルムホルツ吸収回路５０を有する遅延チューブ４０により構成されている。

従来のカナル型イヤホン１０Ｂは、左耳用の第１イヤホン１０ＬＢと、右耳用の第２イヤホン１０ＲＢと、を有している。第１イヤホン１０ＬＢは、ステレオ信号の内の第１音声信号ＳＬを入力して第１音波Ｌに変換し、この第１音波Ｌを、前方に突設されたイヤピース２３ＬＢから放出するものである。同様に、第２イヤホン１０ＲＢは、ステレオ信号の内の第２音声信号ＳＲを入力して第２音波Ｒに変換し、この第２音波Ｒを、前方に突設されたイヤピース２３ＲＢから放出するものである。

第１補助ハウジング７０Ｌは、前方に突設されたイヤピース７１Ｌを有し、遅延チューブ４０の一端開口部と連通している。この第１補助ハウジング７０Ｌは、第１イヤホン１０ＬＢのイヤピース２３ＬＢに対して、着脱自在に取り付けられ、そのイヤピース２３ＬＢから放出された第１音波Ｌと、遅延チューブ４０から送られてくる第２遅延音波Ｒａと、を合成して第１合成音（Ｌ＋Ｒａ）を再生し、この第１合成音（Ｌ＋Ｒａ）を、イヤピース７１Ｌを介して左耳２Ｌへ導入するものである。

同様に、第２補助ハウジング７０Ｒは、前方に突設されたイヤピース７１Ｒを有し、遅延チューブ４０の他端開口部と連通している。この第２補助ハウジング７０Ｒは、第２イヤホン１０ＲＢのイヤピース２３ＲＢに対して、着脱自在に取り付けられ、そのイヤピース２３ＲＢから放出された第２音波Ｒと、遅延チューブ４０から送られてくる第１遅延音波Ｌａと、を合成して第２合成音（Ｒ＋Ｌａ）を再生し、この第２合成音（Ｒ＋Ｌａ）を、イヤピース７１Ｒを介して右耳２Ｒへ導入するものである。

遅延チューブ４０は、実施例１と同様に、音源１から聴取者２の左耳２Ｌと右耳２Ｒとに到来する音波の到達距離差（即ち、到達時間差）τに基づいて設定されたチューブ長Ｈを有し、第２補助ハウジング７０Ｒ内の第２音波Ｒの位相を所定時間遅れさせた第２遅延音波Ｒａを、ヘルムホルツ吸収回路５０を介して第１補助ハウジング７０Ｌへ導入すると共に、その第１補助ハウジング７０Ｌ内の第１音波Ｌの位相を所定時間遅れさせた第１遅延音波Ｌａを、第２補助ハウジング７０Ｒへ導入するものである。遅延チューブ４０の中間に設けられたヘルムホルツ吸収回路５０は、実施例１と同様に、第１遅延音波Ｌａ及び第２遅延音波Ｒａの特定周波数（例えば、４００Ｈｚ付近）を除去して位相干渉を防止するものである。

（実施例２の動作）
本実施例２のアダプタ６０を使用する場合、従来のカナル型イヤホン１０Ｂにおける左耳用の第１イヤホン１０ＬＢのイヤピース２３ＬＢへ、第１補助ハウジング７０Ｌを装着すると共に、右耳用の第２イヤホン１０ＲＢのイヤピース２３ＲＢへ、第２補助ハウジング７０Ｒを装着する。

ステレオ信号の第１音声信号ＳＬ及び第２音声信号ＳＲを、コード１１から従来のカナル型イヤホン１０Ｂに入力する。第１音声信号ＳＬは、カナル型イヤホン１０Ｂの第１イヤホン１０ＬＢによって第１音波Ｌに変換され、イヤピース２３ＬＢを介して第１補助ハウジング７０Ｌへ送られる。同時、第２音声信号ＳＲは、カナル型イヤホン１０Ｂの第２イヤホン１０ＲＢによって第２音波Ｒに変換され、イヤピース２３ＲＢを介して第２補助ハウジング７０Ｒへ送られる。

第１補助ハウジング７０Ｌへ送られた第１音波Ｌの位相が、遅延チューブ４０にて所定時間遅れて第１遅延音波Ｌａが生成され、ヘルムホルツ吸収回路５０によって特定周波数（例えば、４００Ｈｚ付近）が除去された後、第２補助ハウジング７０Ｒへ導入される。同時に、第２補助ハウジング７０Ｒへ送られた第２音波Ｒの位相が、遅延チューブ４０にて所定時間遅れて第２遅延音波Ｒａが生成され、ヘルムホルツ吸収回路５０によって特定周波数（例えば、４００Ｈｚ付近）が除去された後、第１補助ハウジング７０Ｌへ導入される。

第１補助ハウジング７０Ｌは、導入された第１音波Ｌと第２遅延音波Ｒａとを合成して第１合成音（Ｌ＋Ｒａ）を再生し、イヤピース７１Ｌを介して左耳２Ｌへ導入する。同時に、第２補助ハウジング７０Ｒは、導入された第２音波Ｒと第１遅延音波Ｌａとを合成して第２合成音（Ｒ＋Ｌａ）を再生し、イヤピース７１Ｒを介して右耳２Ｒへ導入する。これにより、聴取者２は、音楽を聴くことができる。

（実施例２の効果）
本実施例２のアダプタ６０を、従来のカナル型イヤホン１０Ｂに装着すれば、実施例１と略同様の効果が得られ、手軽に広音場を楽しむことができる。

（変形例）
本発明は、上記実施例１及び２に限定されず、種々の利用形態や変形が可能である。例えば、カナル型イヤホン１０，１０Ａの構造は、図２や図１０のものに限定されず、他の構造に変更しても良い。

１ 音源
２ 聴取者
２Ｌ 左耳
２Ｒ 右耳
１０，１０Ａ，１０Ｂ カナル型イヤホン
１０Ｌ，１０Ｒ 第１、第２イヤホン
１０ＬＢ，１０ＲＢ 第１、第２イヤホン
１１ コード
２０Ｌ，２０Ｒ 第１、第２ハウジング
２１Ｌ，２１Ｒ 第１、第２フロントハウジング
２２Ｌ，２２Ｒ 第１、第２リヤハウジング
２１ａＬ，２１ａＲ 第１、第２導音管
２３Ｌ，２３Ｒ 第１、第２イヤピース
２３ＬＢ，２３ＲＢ 第１、第２イヤピース
３０Ｌ，３０Ｒ 第１、第２ドライバユニット
４０ 遅延チューブ
５０ ヘルムホルツ吸収回路
５１ 筒部
５２ 容器
６０ アダプタ
７０Ｌ，７０Ｒ 第１、第２補助ハウジング
７１Ｌ，７１Ｒ 第１、第２イヤピース

Claims (7)

1. 聴取者の左外耳道へ挿入される第１導音部が突設された第１ハウジングと、前記第１ハウジング内に収容され、左右一対の第１音声信号及び第２音声信号を含むステレオ信号のうちの前記第１音声信号を入力して第１音波に変換する第１ドライバユニットと、を有する左耳用の第１イヤホンと、
   前記聴取者の右外耳道へ挿入される第２導音部が突設された第２ハウジングと、前記第２ハウジング内に収容され、前記第２音声信号を入力して第２音波に変換する第２ドライバユニットと、を有する右耳用の第２イヤホンと、
   音源から前記聴取者の左耳と右耳とに到来する音波の到達距離差に基づいて設定されたチューブ長を有し、前記第２ハウジング内の前記第２音波の位相を所定時間遅れさせた第２遅延音波を、前記第１ハウジングへ導入し、前記第１ハウジング内の前記第１音波の位相を前記所定時間遅れさせた第１遅延音波を、前記第２ハウジングへ導入する遅延チューブと、
   前記遅延チューブに設けられ、前記第１遅延音波及び前記第２遅延音波の特定周波数を除去して位相干渉を防止するヘルムホルツ吸収回路と、
   を備え、
   前記第１ハウジングは、前記第１音波と前記第２遅延音波とを合成して第１合成音を再生し、前記第１合成音を前記第１導音部から前記左外耳道へ放出し、
   前記第２ハウジングは、前記第２音波と前記第１遅延音波とを合成して第２合成音を再生し、前記第２合成音を前記第２導音部から前記右外耳道へ放出する、
   ことを特徴とするカナル型イヤホン。
2. 前記第１ハウジングは、
   前記第１ドライバユニットにより区画された前記第１導音部側の第１前方ハウジングと、前記第１前方ハウジングの背面側の第１後方ハウジングと、を有し、
   前記第１前方ハウジングは、
   前記遅延チューブの一端と連通し、前記第１音波と前記第２遅延音波とを合成して前記第１合成音を再生し、
   前記第２ハウジングは、
   前記第２ドライバユニットにより区画された前記第２導音部側の第２前方ハウジングと、前記第２前方ハウジングの背面側の第２後方ハウジングと、を有し、
   前記第２前方ハウジングは、
   前記遅延チューブの他端と連通し、前記第２音波と前記第１遅延音波とを合成して前記第２合成音を再生する、
   ことを特徴とする請求項１記載のカナル型イヤホン。
3. 前記チューブ長により、前記第１遅延音波及び前記第２遅延音波の位相遅れを調整することを特徴とする請求項１又は２記載のカナル型イヤホン。
4. 前記ヘルムホルツ吸収回路は、
   所定の断面積及び長さを有し、一端が前記遅延チューブと連通する筒部と、
   所定の容積を有し、前記筒部の他端に連通する容器と、
   を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のカナル型イヤホン。
5. 左右一対の第１音声信号及び第２音声信号を含むステレオ信号のうちの前記第１音声信号を入力して第１音波に変換するカナル型の第１イヤホンに対して、着脱自在に取り付けられ、前記第１音波を聴取者の左外耳道へ放出する第１補助ハウジングと、
   前記第２音声信号を入力して第２音波に変換するカナル型の第２イヤホンに対して、着脱自在に取り付けられ、前記第２音波を前記聴取者の右外耳道へ放出する第２補助ハウジングと、
   音源から前記聴取者の左耳と右耳とに到来する音波の到達距離差に基づいて設定されたチューブ長を有し、前記第２補助ハウジング内の前記第２音波の位相を所定時間遅れさせた第２遅延音波を、前記第１補助ハウジングへ導入し、前記第１補助ハウジング内の前記第１音波の位相を前記所定時間遅れさせた第１遅延音波を、前記第２補助ハウジングへ導入する遅延チューブと、
   前記遅延チューブに設けられ、前記第１遅延音波及び前記第２遅延音波の特定周波数を除去して位相干渉を防止するヘルムホルツ吸収回路と、
   を備え、
   前記第１補助ハウジングは、前記第１音波と前記第２遅延音波とを合成して第１合成音を再生し、前記第１合成音を前記左外耳道へ放出し、
   前記第２補助ハウジングは、前記第２音波と前記第１遅延音波とを合成して第２合成音を再生し、前記第２合成音を前記右外耳道へ放出する、
   ことを特徴とするカナル型イヤホンのアダプタ。
6. 前記チューブ長により、前記第１遅延音波及び前記第２遅延音波の位相遅れを調整することを特徴とする請求項５記載のカナル型イヤホンのアダプタ。
7. 前記ヘルムホルツ吸収回路は、
   所定の断面積及び長さを有し、一端が前記遅延チューブと連通する筒部と、
   所定の容積を有し、前記筒部の他端に連通する容器と、
   を備えることを特徴とする請求項５又は６記載のカナル型イヤホンのアダプ

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