ヘッドフォン

ヘッドホンは、ユーザーの頭の上または周囲に装着される一対の小型スピーカードライバーです。これらは電気音響 変換器であり、電気信号を対応する音に変換します。スピーカーは音を空中に放出し、近くにいる人なら誰でも聞くことができますが、ヘッドホンを使用すると、1人のユーザーだけが音源をプライベートに聞くことができます。ヘッドホンはイヤフォン^[1]または口語的には缶^[2]とも呼ばれます。耳を覆うタイプ (耳の周り) と耳を覆うタイプ (耳の上) のヘッドホンは、ドライバーを所定の位置に保持するために頭の上からバンドを使用します。イヤホンまたはイヤピース^[1]と呼ばれる別のタイプは、ユーザーの外耳道に差し込む個別のユニットで構成されています。このカテゴリでは、ワイヤレス技術を使用したコードレスのエアバッズが開発されています。3番目のタイプは骨伝導ヘッドホンで、通常は後頭部に巻き付けて外耳道の前に置き、外耳道を開いたままにします。電気通信の分野では、ヘッドセットはヘッドホンとマイクの組み合わせです。

ヘッドホンは、オーディオアンプ、ラジオ、CDプレーヤー、ポータブルメディアプレーヤー、携帯電話、ビデオゲームコンソール、電子楽器などの信号源に、コードを使用して直接接続するか、Bluetooth、DECT、FMラジオなどのワイヤレス技術を使用して接続します。最初のヘッドホンは、19世紀後半に交換手が手を自由にするために開発されました。当初、オーディオ品質は平凡でしたが、高忠実度ヘッドホンの発明により一歩前進しました。^{[3] [4]}

ヘッドホンは、様々なオーディオ再生品質機能を発揮します。電話用に設計されたヘッドセットは通常、オーディオマニアが音楽を聴くために設計された高価なユニットのような高忠実度の音を再生できません。ケーブルを使用するヘッドホンには通常、ヘッドホンを音源に接続するための1 ⁄ 4インチ (6.4 mm) または1 ⁄ 8インチ (3.2 mm) の電話ジャックがあります。一部のヘッドホンはワイヤレスで、携帯電話やデジタルプレーヤーなどのソースデバイスから電波によってオーディオ信号を受信するために Bluetooth 接続を使用します。^[5]ウォークマン効果の結果、1980 年代から、ヘッドホンは歩道、食料品店、公共交通機関などの公共の場所で使用され始めました。^[6]ヘッドホンは、ライブコンサートやサウンドレコーディングのサウンドをミキシングするオーディオエンジニアや、観客に聞こえないようにヘッドホンを使用して次の曲をキューイングするDJ、航空機のパイロット、コールセンターの従業員など、さまざまな専門的な状況の人々にも使用されています。

ヘッドフォンは、電話を操作するときに手を自由にする必要性から生まれました。^[7]電話が発明されて間もない1880年代には、電話交換手が電話受話器を取り付けるために頭部装置を使い始めました。^[8]受話器は、耳の横に固定するクランプによって頭部に取り付けられました。^[9]ヘッドマウントにより交換手は手を自由にし、電話の発信者と受話器の配線を簡単に接続できるようになりました。^[10]ヘッドマウント型電話受話器は単数形ではヘッドフォンと呼ばれていました。^{[11] [12]}これらのヘッドマウント型電話受話器は、現代のヘッドフォンとは異なり、イヤピースが1つしかありませんでした。^[13]

1890年代までに、英国のエレクトロフォン社は2つのイヤピースを備えた盗聴装置を開発した。この装置は電話回線を介して盗聴システムを構築し、顧客はロンドン中の劇場やオペラハウスで行われる公演のライブフィードに接続できるようになった。このサービスの加入者は、顎の下に接続され長い棒で保持される巨大なイヤフォンを介して公演を聞くことができた。^[14]

フランスの技術者アーネスト・メルカディエは1891年にインイヤーヘッドホンの特許を取得しました。^{[15] [14]}当時、ドイツの会社シーメンス・ブラザーズも電話交換手用のヘッドホンを販売していましたが、耳の外側に装着するタイプではありました。シーメンス・ブラザーズのヘッドホンは現代のヘッドホンに似ていました。電話交換手が使用するヘッドホンのほとんどは、依然として片方の耳しか付いていませんでした。^[16]

ヘッドフォンは、ラジオ放送の黎明期に生まれた無線電信の分野で登場した。初期の無線電信の開発者の中には、電話受話器のスピーカーを無線受信回路の電気信号の検出器として使う人もいた。 ^{[17] 1902年までに、}リー・ド・フォレストなどの無線電信の革新者は、受信回路の信号を聞くために、頭部に装着する電話受話器を2台共同で使用していた。^[18]頭部に装着する電話受話器2台は、単数形でヘッドホンと呼ばれていた。^{[17] 1908年までに、ヘッドピースは単に}ヘッドホンと表記されるようになり、^[19] 1年後には複合語のヘッドフォンが使われるようになった。^[20]

無線通信士用のヘッドホンを最初に作った会社の一つが、1909年のホルツァー・キャボット社だ。 ^[21]この会社は、電話交換手用のヘッドレシーバーや家庭用の通常の電話受話器も作っていた。^[21]ヘッドホンを最初に作った会社に、ナサニエル・ボールドウィン社もある。^{[22]彼は、}アメリカ海軍へのヘッドセットの最初の主要サプライヤーだった。^[23] 1910年、日曜の礼拝中に説教が聞こえないことに気づいた彼は、電話用ヘッドセットの試作品を発明した。^[24]彼はそれを海軍にテスト用に提供し、海軍は即座に100台を発注した。ワイヤレス・スペシャルティ・アパラタス社は、ボールドウィン・ラジオ社と提携して、注文に応えるためユタ州に製造施設を設立した。^[25]これらの初期のヘッドホンは、シングルエンド型またはバランスド・アーマチュア型のムービングアイアンドライバー^[26]を使用していた。一般的なシングルエンド型では、永久磁石の極の周りに巻かれたボイスコイルが使用され、これらの極は柔軟な鋼鉄製振動板の近くに配置されていました。コイルを流れるオーディオ電流によって磁石の磁場が変化し、振動板にさまざまな力が加わって振動し、音波が生成されます。高感度が求められたためダンピングは使用されておらず、振動板の周波数応答は共振により大きなピークを示し、音質が悪くなっていました。これらの初期モデルにはパッドがなく、長時間の装着には不快なことが多かったです。インピーダンスはさまざまで、電信や電話で使用されていたヘッドフォンのインピーダンスは 75 オームでした。初期の無線で使用されていたヘッドフォンは、感度を高めるために細いワイヤをより多く巻いていました。1,000 ～ 2,000 オームのインピーダンスが一般的で、水晶受信機と三極管受信機の両方に適していました。1919 年頃にBrandesが製造したものなど、非常に感度の高いヘッドフォンは、初期の無線作業でよく使用されていました。

1958年、ミルウォーキー出身のオーディオマニアでジャズミュージシャンのジョン・C・コスが最初のステレオヘッドフォンを製作した。^{[27] [26]}

使用者の外耳道に差し込む小型のイヤホン型イヤピースは、最初は補聴器用に開発された。これらはトランジスタラジオで広く使われるようになり、1954年にリージェンシーTR-1が発売されて商業的に登場した。歴史上最も人気のあるオーディオ機器であるトランジスタラジオは、ラジオをどこでも聞けるようにすることで聴取習慣を変えた。イヤホンは可動鉄心または圧電結晶のいずれかを使用して音を出す。今日ポータブル用途で最も一般的に使用されている3.5mmのラジオおよび電話コネクタは、少なくとも1964年に発売されたソニーEFM-117Jトランジスタラジオ以来使用されている。^{[28] [29]} 1979年に ウォークマンポータブルテーププレーヤーに使用されたことで人気が高まった。

ヘッドホンは、据え置き型のCDプレーヤーやDVD プレーヤー、ホームシアター、パソコン、ポータブル デバイス (デジタル オーディオ プレーヤー/ MP3 プレーヤー、携帯電話など) で、ヘッドホン ジャックが装備されている限り使用できます。コードレスヘッドホンは、ケーブルで音源に接続されません。代わりに、FM、Bluetooth、Wi-Fiなどの無線または赤外線伝送リンクを使用してエンコードされた無線または赤外線信号を受信します。これらは電池駆動の受信システムであり、ヘッドホンはそのコンポーネントの 1 つにすぎません。コードレス ヘッドホンは、サイレント ディスコやサイレント ギグなどのイベントで使用されます。

プロフェッショナルオーディオ分野では、ライブの場では、DJ ミキサーを使用するディスクジョッキーや、信号源を監視するサウンドエンジニアがヘッドフォンを使用します。ラジオスタジオでは、 DJ はマイクに話しかけるときにヘッドフォンを使用し、スピーカーをオフにして自分の声を監視しながら音響フィードバックを除去します。スタジオレコーディングでは、ミュージシャンや歌手がヘッドフォンを使用してバックトラックやバンドに合わせて演奏したり歌ったりします。軍事用途では、さまざまな種類のオーディオ信号がヘッドフォンを使用して監視されます。

有線ヘッドフォンは、ケーブルでオーディオ ソースに接続されます。最も一般的なコネクタは、6.35 mm ( 1 ⁄ 4インチ) と 3.5 mm の電話コネクタです。より大きな 6.35 mm コネクタは、固定された家庭用または業務用機器でより一般的です。3.5 mm コネクタは、現在でもポータブル アプリケーションで最も広く使用されているコネクタです。6.35 mm と 3.5 mm のデバイスを変換するためのアダプタが利用可能です。  

ワイヤレス ヘッドフォンはアクティブ コンポーネントであるため、バッテリー、充電コントローラー、スピーカー ドライバー、ワイヤレストランシーバーなどの内部ハードウェアが必要なため、コストが高くなる傾向があります。一方、有線ヘッドフォンはパッシブ コンポーネントであり、スピーカーの駆動をオーディオ ソースにアウトソーシングします。

一部のヘッドフォン コードには、音量調節用のシリアル ポテンショメータが装備されています。

有線ヘッドホンには、取り外し不可能なケーブルや取り外し可能な補助オス-オスプラグが装備されているものがあり、また、2つのポートを備え、別の有線ヘッドホンを並列回路で接続できるものもあります。並列回路では、オーディオ信号を分割して他の参加者と共有できますが、2つの入力からのオーディオを同時に聞くこともできます。外付けオーディオスプリッターを使用すれば、この機能を後付けできます。^[30]

聴覚閾値の設定、難聴の医学的診断、その他の聴覚関連疾患の特定、職業上の聴覚保護プログラムにおける聴覚状態のモニタリングなど、聴覚学の分野では、聴覚システムの状態を評価するために、特別に設計された様々なタイプのヘッドホンやイヤホンも使用されている。^[31]特定のモデルのヘッドホンは、校正が容易で、検査施設間で結果を比較できるため、標準として採用されている。^[32]

耳覆い型ヘッドフォンは、調整が最も簡単で、長年標準とみなされていたため、聴覚学では歴史的に最も一般的に使用されています。一般的に使用されているモデルは、Telephonics Dynamic Headphone (TDH) 39、TDH-49、TDH-50 です。耳の中に入れる型または挿入型のイヤホンは、両耳間の減衰レベルが高く、6,000 Hz と 8,000 Hz のテスト時に変動が少なく、耳道の閉塞によるテストの問題を回避できるため、今日ではより一般的に使用されています。挿入型イヤホンの一般的なモデルは、Etymotic Research ER-3A です。耳覆い型イヤホンは、拡張された高周波数範囲 (8,000 Hz ～ 20,000 kHz) の聴力閾値を確立するためにも使用されます。エティモティック・リサーチER-2Aインサートイヤホンとともに、ゼンハイザーHDA300とコスHV/1Aサーカムオーラルイヤホンは、ANSI規格で規定されている拡張高周波範囲の基準等価閾値音圧レベル値を持つ唯一のモデルです。^{[33] [32] [34]}

オージオメーターとヘッドフォンは一緒に校正する必要があります。校正プロセスでは、オージオメーターからヘッドフォンへの出力信号が騒音計で測定され、信号がオージオメーターの音圧レベルと周波数の測定値と正確であることを確認します。校正は、外耳の伝達関数を模倣することを目的とした音響カップラーでイヤホンを使用して行われます。最初のオージオメーター校正プロセスでは特定のヘッドフォンが使用されるため、同じメーカーとモデルであっても、他のヘッドフォンと交換することはできません。^[32]

ほとんどのヘッドフォンは小型のダイナミック スピーカーであるため、ダイナミック スピーカーの電気的特性はヘッドフォンに容易に適用できます。

ヘッドフォンには、高インピーダンスと低インピーダンス（通常は 1 kHz で測定）のものがあります。低インピーダンスのヘッドフォンは 16 ～ 32 オームの範囲で、高インピーダンスのヘッドフォンは約 100 ～ 600 オームです。ヘッドフォンのインピーダンスが増加すると、それを駆動するために（特定の電流で）より高い電圧が必要になり、特定の電圧でのヘッドフォンの音量は低下します。近年、新しいヘッドフォンのインピーダンスは、バッテリー駆動のCMOSベースのポータブル電子機器で利用できる低電圧に対応するために、一般的に低下しています。その結果、バッテリー駆動の電子機器でより効率的に駆動できるヘッドフォンが生まれました。その結果、新しいアンプは、比較的低い出力インピーダンスの設計に基づいています。

ヘッドフォンのインピーダンスは、アンプの出力制限のために懸念される。現代のヘッドフォンはアンプで駆動され、インピーダンスの低いヘッドフォンはより大きな負荷をかける。アンプは理想的ではなく、供給できる電力量を制限する出力インピーダンスも持っている。均一な周波数応答、適切なダンピングファクター、歪みのないサウンドを確保するには、アンプの出力インピーダンスは、駆動するヘッドフォンの1/8未満（理想的には可能な限り低い）でなければならない。出力インピーダンスがヘッドフォンのインピーダンスに比べて大きい場合、歪みが大幅に大きくなる。^[35]したがって、インピーダンスの低いヘッドフォンは音量が大きく効率的である傾向があるが、より高性能なアンプも必要となる。インピーダンスの高いヘッドフォンはアンプの制限に対してより耐性があるが、与えられた出力レベルに対してより小さな音量しか出ない。

歴史的に、多くのヘッドフォンは比較的インピーダンスが高く、多くの場合 500 オームを超えていたため、高インピーダンスの真空管アンプでも問題なく動作しました。対照的に、現代のトランジスタ アンプは出力インピーダンスが非常に低いため、低インピーダンスのヘッドフォンでも動作します。残念ながら、これは古いオーディオ アンプやステレオでは、現代の低インピーダンスのヘッドフォンで低品質の出力を生成することが多いことを意味します。この場合、外付けヘッドフォン アンプが役立つ場合があります。

感度は、イヤピースがどれだけ効率的に入力電気信号を可聴音に変換するかの尺度です。したがって、特定の電気駆動レベルに対してヘッドフォンがどれだけ大きいかを示します。これは、ミリワットあたりの音圧レベルのデシベル（dB（SPL）/mW）またはボルトあたりの音圧レベルのデシベル（dB（SPL）/V）で測定できます。[ 36 ]残念^ながら 、両方の定義が広く使用されており、互換性があることがよくあります。ヘッドフォンアンプの出力電圧（電力ではない）は、ほとんどの一般的なヘッドフォンで基本的に一定であるため、dB / mWをオームの法則を使用してdB / Vに変換すると、より便利な場合があります。

${\displaystyle \mathrm {dB(SPL)} /\mathrm {V} =\mathrm {dB(SPL)} /\mathrm {mW} -10\cdot \log _{10}{\frac {\mathrm {インピーダンス} }{1000}}}$

1 ボルトあたりの感度がわかれば、ヘッドフォンの最大音量は、アンプの最大出力電圧から簡単に計算できます。たとえば、感度が 100 dB (SPL)/V のヘッドフォンの場合、1平方根平均二乗(RMS)電圧を出力するアンプは、最大音量 100 dB を生成します。

高感度ヘッドフォンをパワーアンプと組み合わせると、危険なほど大きな音量になり、ヘッドフォンを損傷する可能性があります。最大音圧レベルは好みの問題ですが、110～120 dB を超えないように推奨する情報源もあります。対照的に、米国労働安全衛生局は、長期的な聴力低下を避けるために平均 SPL を 85 dB(A) 以下にすることを推奨しています。一方、欧州連合規格 EN 50332-1:2013 では、85 dB(A) を超える音量には警告を出し、偶発的な聴力障害を避けるために絶対最大音量 (40～4,000 Hz のノイズを使用して定義) を 100 dB 以下にすることを推奨しています。^[37] この規格によれば、感度が90、100、110dB（SPL）/Vのヘッドフォンは、聴覚障害のリスクを減らすために、最大音量設定でそれぞれ3.162、1.0、0.3162RMSボルト以下のアンプで駆動する必要があります。

ヘッドフォンの感度は通常約80～125dB/mWで、通常は1kHzで測定されます。^[38]

ヘッドホンのサイズは、忠実度と携帯性のバランスに影響します。一般的に、ヘッドホンのフォームファクタは、サーカムオーラル（オーバーイヤー）、スープラオーラル（オンイヤー）、イヤホン、インイヤーの4 つのカテゴリに分類できます。

有線ヘッドフォンは、通常ヘッドフォン ジャックに接続されたケーブルを使用してソース デバイスに直接電気的に接続します。

現代のワイヤレスまたはコードレスイヤホンには、2 つのイヤホンをソースデバイスまたはイヤホン同士を接続するコードがありません。Bluetooth などのワイヤレス技術を使用してオーディオを受信します。歴史的には、「ワイヤレス」は無線受信機への接続を指し、ワイヤレスと呼ばれていました。

一部のモデルでは、両方のオーディオ ストリームが 1 つのイヤホンに送信され、そのイヤホンが 1 つのストリームをもう 1 つのイヤホンに転送します。その他のモデルでは、各イヤホンがソース デバイスから直接オーディオ ストリームを受信します。前者の配置には、従来のシステムと互換性があるという利点があり、後者の配置には、1 つのオーディオ ストリームを転送する必要があるイヤホンの電力消費が少ないという利点があります。

2つのイヤホン間の接続もワイヤレスであるため、真のワイヤレスステレオ（TWS）と呼ばれ、バッテリー寿命が長くなり、左右のチャンネルで完全な伝送が可能になり、片方だけを装着した場合にソース信号の欠落が発生するのを防ぐことができます。^[39]

サーカムオーラル ヘッドフォン(フルサイズ ヘッドフォンまたはオーバーイヤー ヘッドフォンと呼ばれることもあります) には、耳を包み込む円形または楕円形のイヤーパッドが付いています。これらのヘッドフォンは耳を完全に包み込むため、外部のノイズを減衰させるために頭部に完全に密着するように設計できます。サーカムオーラル ヘッドフォンはサイズが大きいため重くなることがあり、重量が 500 グラム (1 ポンド) を超えるものもあります。重量による不快感を軽減するために、人間工学に基づいたヘッドバンドとイヤーパッドの設計が必要です。これらは、レコーディングでドラマーがよく使用します。

耳覆い型ヘッドフォンまたはオンイヤー型ヘッドフォンには、耳の周りではなく耳に押し付けるパッドが付いています。1980年代には、パーソナル ステレオによく付属していました。このタイプのヘッドフォンは、一般的に耳覆い型ヘッドフォンよりも小型で軽量であるため、外部のノイズの減衰が少なくなります。耳覆い型ヘッドフォンは、耳の周りに装着する耳覆い型ヘッドフォンに比べて、耳に圧力がかかるため、不快感を感じることがあります。イヤーカップの素材によって快適さが変わる場合があります。

イヤホンは外耳道に直接装着する非常に小さなヘッドホンで、外耳道に面しているが挿入はしない。イヤホンは持ち運びが簡単で便利だが、不快だと感じる人も多い。^{[40] [検証失敗]}音響遮断効果はほとんどなく、周囲の騒音が入り込む余地があるため、ユーザーはそれを補うために危険なほど音量を上げてしまう可能性があり、聴力低下を引き起こすリスクがある。^{[40] [41]}その一方で、イヤホンを使用すると周囲の音をよりよく認識できる。トランジスタラジオの初期の頃から、イヤホンは個人用音楽機器にバンドルされているのが一般的だった。快適さのためにフォームパッドやゴムパッド付きで販売されることもある。(少なくとも1984年から使用されている「イヤフォン」という用語は、2001年以降、AppleのMP3プレーヤーの成功までピークには至らなかった。^[42] )

インイヤーヘッドフォンは、インイヤーモニター (IEM)またはカナルフォンとも呼ばれ、耳の穴に挿入するイヤホンと同様の携帯性を備えた小型ヘッドフォンです。IEM は高品質のインイヤーヘッドフォンであり、オーディオエンジニアやミュージシャン、オーディオマニアによって使用されています。

インイヤーヘッドホンの外殻は、プラスチック、アルミニウム、セラミック、その他の金属合金など、さまざまな材料でできています。インイヤーヘッドホンは外耳道にフィットするため、滑り落ちやすく、周囲の騒音をかなり遮断します。歩行中、運転中、または車両交通の近くやその中を走行中など、安全上またはその他の理由で音が必要なときに、周囲の音が聞こえないことが問題になることがあります。^[43]一部のインイヤーヘッドホンは、必要に応じて外部の音を聞くことができるように、内蔵マイクを使用しています。^{[44] [45]}

汎用またはカスタムフィットの外耳道プラグは、シリコンゴム、エラストマー、またはフォームで作られています。低価格のデバイスでは、このようなプラグは交換可能な場合があり、外耳道から外れて詰まるリスクが高まります。カスタムインイヤーヘッドフォンは、外耳道の鋳型を使用してカスタム成形されたプラグを作成し、快適性と遮音性を高めています。^[40]

一部のワイヤレスイヤホンには充電ケースが付属しています。

耳覆い型ヘッドフォンと耳覆い型ヘッドフォンは、イヤーカップの種類によってさらに区別されます。

オープンバック

イヤーカップの背面が開いているヘッドフォン。これにより、ヘッドフォンからより多くの音が漏れ、より多くの周囲の音がヘッドフォンに入りますが、環境からの音も取り込まれるため、より自然な、またはスピーカーのようなサウンドが得られます。

セミオープン

このヘッドフォンは、オープンバック ヘッドフォンとクローズドバック ヘッドフォンの妥協案ともいえるデザインです。 「セミオープン」という用語は純粋にマーケティング目的に過ぎないと考える人もいます^{(誰ですか? )}。セミオープン ヘッドフォンという用語の正確な定義はありません。オープンバック アプローチでは、振動板の外側で音を遮断する手段がほとんどなく、クローズドバック アプローチでは振動板の外側に実際に密閉されたチャンバーがありますが、セミオープン ヘッドフォンには、開口部または通気口からいくらかの音を通しながら、音を部分的に遮断するチャンバーがあります。

密閉型

クローズドバック（密閉型）スタイルでは、イヤーカップの背面が閉じられています。通常、周囲のノイズの一部を遮断します。クローズドバック ヘッドフォンは通常、オープンバック ヘッドフォンよりも強い低周波を生成できます。

ヘッドセットは、ヘッドホンとマイクを組み合わせたものです。ヘッドセットは、ハンズフリー操作で電話の受話器と同等の機能を提供します。ヘッドセットの用途には、電話の使用のほか、航空、劇場またはテレビスタジオのインターコム システム、コンソールまたは PC ゲームなどがあります。ヘッドセットは、片耳用 (モノラル) または両耳用 (両耳にモノラルまたはステレオ) のいずれかで作られています。ヘッドセットのマイク アームは、マイクをユーザーの口の前に持つ外部マイク タイプ、またはマイクがイヤホンに収納され、中空のチューブによって音声がイヤホンに届くボイスチューブ タイプのいずれかです。

電話ヘッドセットは、固定電話システムに接続します。電話ヘッドセットは、電話の受話器の代わりに機能します。標準のコード付き電話用のヘッドセットには、一般に RJ-9 コネクタと呼ばれる標準の4P4Cが取り付けられています。多くの DECT 電話やその他のアプリケーション用に、2.5 mm ジャック ソケット付きのヘッドセットも用意されています。コードレスのBluetoothヘッドセットも用意されており、携帯電話で使用されることがよくあります。ヘッドセットは、特にコール センターの作業員など、電話を多用する仕事で広く使用されています。また、両手を自由にして電話で会話したい人もヘッドセットを使用しています。

古いモデルの電話機では、ヘッドセットのマイクのインピーダンスが元の受話器のインピーダンスと異なるため、電話ヘッドセット用の電話アンプが必要です。電話アンプは、電話ヘッドセット アダプタと同様の基本的なピン配置を提供しますが、マイクとスピーカーの音声増幅も提供します。ほとんどのモデルの電話アンプは、マイクとスピーカーの音量調節、ミュート機能、ヘッドセットと受話器の切り替え機能を備えています。電話アンプは、電池またはAC アダプタで動作します。

通信ヘッドセットは双方向通信に使用され、通常はヘッドフォンと付属のマイクで構成されています。このようなヘッドセットは、航空、軍事、スポーツ、音楽、多くのサービス指向の分野など、さまざまな職業で使用されています。用途、必要なノイズ減衰、必要な通信の忠実度に応じて、さまざまな形やサイズがあります。

周囲からの不要な音は、パッシブ ノイズ アイソレーションによって耳から音を排除するか、または多くの場合はアイソレーションと組み合わせてアクティブノイズ キャンセレーションによって軽減できます。

パッシブ ノイズ アイソレーションとは、基本的に、耳の上または耳の中にあるイヤホンの本体を、音を遮断するパッシブ イヤープラグとして使用することです。最も減衰効果が高いヘッドフォンの種類は、耳かけ型と耳覆い型の両方の密閉型ヘッドフォンです。開放型とイヤホン型のヘッドフォンは、ある程度のパッシブ ノイズ アイソレーションを提供しますが、他のものよりはるかに効果は低くなります。一般的な密閉型ヘッドフォンは 8 ～ 12 dB を遮断し、インイヤー型は 10 ～ 15 dB を遮断します。一部のモデルは、ドラマーが録音した音をモニターしながら、ドラムから直接出る音を可能な限り減らすことができるよう、特にドラマー向けに設計されています。このようなヘッドフォンは、周囲のノイズを約 25 dB 削減できるとされています。

アクティブノイズ キャンセリング ヘッドフォンは、マイク、アンプ、スピーカーを使用して周囲のノイズを拾い、増幅し、位相を反転した形で再生します。これにより、マイクによって拾われて反転されない目的の音源に影響を与えることなく、環境からの不要なノイズをある程度キャンセルできます。回路を駆動するには、通常はバッテリーなどの電源が必要です。アクティブ ノイズ キャンセリング ヘッドフォンは周囲のノイズを 20 dB 以上減衰できますが、アクティブ回路は主に、鋭い音や声ではなく、一定の音や低周波数に効果があります。一部のノイズ キャンセリング ヘッドフォンは、主に航空機、電車、自動車の低周波エンジン音や走行音を低減するように設計されており、他の種類のノイズがある環境では効果が低くなります。

ヘッドフォンはさまざまな種類のトランスデューサーを使用して電気信号を音に変換します。

ムービングコイルドライバーは、一般的に「ダイナミック」ドライバーと呼ばれ、ヘッドフォンで最も一般的に使用されているタイプです。ヘッドフォンのフレームに取り付けられた固定磁石要素で構成され、静磁場を生成します。ヘッドフォンの磁石は、通常、フェライトまたはネオジムでできています。軽いワイヤーコイルであるボイスコイルは、磁石の磁場内に吊り下げられ、振動板に取り付けられています。振動板は通常、軽量で質量比剛性の高いセルロース、ポリマー、炭素材料、紙などで作られています。オーディオ信号の変化する電流がコイルを通過すると、変化する磁場が生成され、静磁場に反応してコイルに変化する力が加わり、コイルと取り付けられた振動板が振動します。振動する振動板が空気を押して音波を生成します。

静電ドライバーは、薄い帯電振動板（通常はコーティングされたPET フィルム膜）で構成され、2 つの穴あき金属板（電極）の間に吊り下げられています。電気音響信号が電極に印加されて電界が生成され、この電界の極性に応じて、振動板がプレートの 1 つに引き寄せられます。空気が穴を通り抜け、膜を駆動する連続的に変化する電気信号と組み合わされて、音波が生成されます。静電ヘッドフォンは通常、ムービングコイル型ヘッドフォンよりも高価で、比較的一般的ではありません。さらに、信号を増幅して膜を偏向させるには、多くの場合 100 ～ 1,000 ボルトの範囲の電位を必要とする特殊なアンプが必要です。

非常に薄くて軽い振動膜（多くの場合、わずか数マイクロメートルの厚さ）と可動金属部品がまったくないため、静電型ヘッドフォンの周波数応答は通常、約 20 kHz の可聴限界をはるかに超えて拡張されます。高周波応答とは、低中帯域の歪みレベルが可聴周波数帯域の上限まで維持されることを意味しますが、これは一般に可動コイル ドライバーでは当てはまりません。また、可動コイル ドライバーの高周波領域で通常見られる周波数応答のピークはありません。適切に設計された静電型ヘッドフォンは、他のタイプよりも大幅に優れた音質を生み出すことができます。^{[引用が必要]}

静電型ヘッドフォンには、100 V から 1 kV を超える電圧を生成する電圧源が必要で、ユーザーの頭に装着されます。絶縁体が発明されて以来、実際の危険はありません。大きな電流を流す必要がないため、故障が発生した場合でも、装着者への電気的危険がさらに制限されます。

エレクトレットドライバーは、静電ドライバーと同じ電気機械的手段で機能します。ただし、エレクトレット ドライバーには永久電荷が組み込まれていますが、静電ドライバーには外部ジェネレータによってドライバーに電荷が適用されます。エレクトレット ヘッドフォンと静電ヘッドフォンは比較的一般的ではありません。元のエレクトレットは通常、静電ドライバーよりも安価で、技術的機能と忠実度が低かったです。2009 年から 2013 年にかけての特許出願が承認されており、異なる材料、つまり「フッ素化環状オレフィン エレクトレット フィルム」を使用することで、周波数応答チャートの読み取り値が 100 db で 50 kHz に達することを示しています。これらの新しい改良されたエレクトレットを従来のドーム型ヘッドフォン ドライバーと組み合わせると、日本オーディオ協会によって Hi Res Audio プログラムに参加する価値があると認められるヘッドフォンを製造できます。米国特許 8,559,660 B2。7,732,547 B2。7,879,446 B2。7,498,699 B2。

平面磁気型（オルトダイナミック型とも呼ばれる）ヘッドフォンは、静電型ヘッドフォンと同様の技術を使用していますが、基本的な違いがいくつかあります。平面磁気型スピーカーと同様に動作します。

平面磁気ドライバーは、埋め込まれたワイヤ パターンを含む比較的大きな膜で構成されています。この膜は、反対方向に並んだ 2 組の永久磁石の間に吊り下げられています。膜に埋め込まれたワイヤを通過する電流によって磁場が生成され、永久磁石の磁場と反応して膜の動きが誘発され、音が生成されます。

バランスドアーマチュアは、他の多くの磁気トランスデューサシステムに見られるような振動板へのストレスを排除することで、要素の電気効率を高めることを主な目的とした音響トランスデューサ設計です。左の図に模式的に示されているように、このトランスデューサは、永久磁石の磁場内で移動できるように回転する可動磁気アーマチュアで構成されています。磁場の中心に正確に位置すると、アーマチュアに正味の力がかからないため、「バランスド」と呼ばれます。右の図に示されているように、コイルに電流が流れると、アーマチュアが一方または他方に磁化され、ピボットを中心にアーマチュアが一方または他方にわずかに回転して、振動板が動いて音が出ます。

この設計は機械的に安定しておらず、わずかな不均衡によりアーマチュアが磁石の一方の極にくっついてしまいます。アーマチュアを「バランス」位置に保持するには、かなり強い復元力が必要です。これにより効率は低下しますが、この設計は他のどの設計よりも少ない電力でより多くの音を出すことができます。^{[説明が必要]}バランスド・アーマチュア・トランスデューサーは、1920年代にボールドウィン・マイカ・ダイヤフラム・ラジオ・ヘッドフォンとして普及し、第二次世界大戦中に軍の音響駆動電話で使用するために改良されました。これらのいくつかは、狭帯域の音声信号に対して20%から40%という驚異的な電気音響変換効率を達成しました。

現在では、アーマチュア型ドライバーは主にインイヤーヘッドホンや補聴器にのみ使用されており、その高い効率性と小型サイズが大きな利点となっている。^[47]一般的に、聴覚スペクトルの両端（20Hz以下および16kHz以上）で制限されており、その潜在能力を最大限に発揮するには他のタイプのドライバーよりも優れた密閉性が必要である。ハイエンドモデルでは、複数のアーマチュア型ドライバーを採用し、パッシブクロスオーバーネットワークを使用して周波数範囲を分割しているものがある。アーマチュア型ドライバーと小型のムービングコイル型ドライバーを組み合わせて、低音出力を高めたものもある。

ラジオ受信機用の最も初期のスピーカーでは、コーンにバランスド・アーマチュア・ドライバーが使用されていました。^[48]

熱音響効果は、導体の可聴周波数のジュール熱から音を発生させますが、この効果は磁気的ではなく、スピーカーを振動させません。2013年に、熱音響メカニズムに基づくカーボンナノチューブ細糸イヤホンが清華大学の研究グループによって実証されました。^[49]製造されたCNT細糸イヤホンには、CNT細糸熱音響チップと呼ばれる動作要素があります。このようなチップは、シリコンウェーハで支えられたCNT細糸アレイの層で構成され、CNT糸から基板への熱漏れを抑えるために、マイクロファブリケーション法によってウェーハ上に一定の深さの周期的な溝が作られています。^[要出典]

ヘッドフォンではあまり一般的ではないが、トランスデューサー技術には、Heil Air Motion Transformer (AMT)、圧電フィルム、リボン平面磁気、磁歪、プラズマまたはイオンなどがあります。最初のHeil AMTヘッドフォンは ESS Laboratories によって販売され、基本的には同社のスピーカーの 1 つからフルレンジで駆動される ESS AMT ツイーターでした。世紀の変わり目以降、AMT ヘッドフォンを製造したのはスイスの Precide だけです。圧電フィルム ヘッドフォンは最初に Pioneer によって開発され、同社の 2 つのモデルは空気の動きの最大量を制限する平らなフィルム シートを使用していました。現在、TakeT は AMT トランスデューサーに似た形状の圧電フィルム ヘッドフォンを製造していますが、Precide ドライバーと同様に、振動板上のトランスデューサーの折り畳みのサイズが異なります。また、専用のツイーター/スーパーツイーター パネルを組み込むことで、2 ウェイ設計も採用しています。これにより、放射面積が与えられた場合、トランスデューサーの各移動時に移動できる空気の総量が増加します。

磁歪ヘッドホンは、 Bonephonesというラベルで販売されることもあり、頭の側面を振動させ、骨伝導で音を伝える仕組みです。これは、両耳を塞がれてはいけない状況や、聴覚神経系に影響を及ぼさない理由で聴覚障害のある人にとって特に役立ちます。ただし、磁歪ヘッドホンは、耳の正常な働きに依存する従来のヘッドホンと比較すると、忠実度が限られています。さらに、1980年代半ばには、フランスの会社Audio ReferenceがHenri Bondarによって発明されたPlasmasonicプラズマヘッドホンを販売しようとしました。^{[50] [51]}実際に機能している例は残っていません。ヘッドホン内の空気の容積が少ないため、プラズマまたはイオントランスデューサーはフルレンジドライバーになることができますが、必要な高温と高電圧が非常にまれです。

ヘッドフォンは、プライバシーのため、または公共の図書館で聴く場合のように他人の迷惑にならないために、他の人に音が聞こえないようにすることができます。また、同価格帯のスピーカーよりも高いレベルの音の忠実度を提供することもできます。ヘッドフォンがこれを実現できる理由の 1 つは、ヘッドフォンで室内補正処理を行う必要がないことです。高品質のヘッドフォンは、3 dB 以内で 20 Hz まで非常にフラットな低周波応答を実現できます。スピーカーが低周波を再生するには比較的大きな (多くの場合 15 インチまたは 18 インチ)スピーカー ドライバーを使用する必要がありますが、ヘッドフォンは幅がわずか 40 ～ 50 ミリメートル (インイヤー モニターヘッドフォンの場合はさらに小さい) のスピーカー ドライバーで、低周波とサブベースの周波数を正確に再生できます。ヘッドフォンの優れた低周波パフォーマンスは、耳に非常に近いため、比較的少量の空気を動かすだけで済むことから可能になります。

「周波数応答4Hz～20kHz」などの宣伝文句は大抵誇張表現で、20Hz未満の周波数での製品の応答は通常非常に小さい。^{[52]ヘッドフォンは、3D位置オーディオ処理アルゴリズムを使用する}ビデオゲーム にも役立ちます。ヘッドフォンを使用すると、プレーヤーは画面外の音源（敵の足音や銃声など）の位置をより正確に判断できるようになります。

ウォークマンの発売以来、現代のヘッドフォンはステレオ録音を聞くために特に広く販売され、使用されているが、ステレオサウンドの再現の性質に関しては主観的な議論がある。ステレオ録音は、2つのチャンネル間の問題の音の音量と位相差を介して、水平方向の奥行きの手がかり（ステレオ分離）の位置を表す。2つのスピーカーからの音が混ざると、脳が方向を見つけるために使用する位相差が生じる。ほとんどのヘッドフォンでは、右チャンネルと左チャンネルがこのように結合しないため、ファントムセンターの錯覚は失われたように知覚される可能性がある。ハードパンニングされた音も、片側からではなく、片方の耳でしか聞こえない。

バイノーラル録音では、異なるマイク技術を使用して方向を位相として直接エンコードします。2 kHz 未満の振幅差はほとんどなく、ダミーヘッドが使用されることが多いです。ヘッドフォンを通して驚くほどリアルな空間印象を生み出すことができます。商業録音では、ほとんどの場合、バイノーラルではなくステレオ録音が使用されます。これは、スピーカーで聴く方がヘッドフォンで聴くよりも一般的だからです。

チャンネル間の周波数依存クロスフィードを使用することで、ヘッドフォンでのステレオサウンドの空間効果を変更し、スピーカー再生の表現をより近づけることができます。

ヘッドセットは従来の電話受話器に比べて人間工学的な利点があります。ヘッドセットを使用すると、コールセンターのエージェントは受話器を手に持ったり、頭を横に傾けて受話器を支えたりする必要がなくなり、より良い姿勢を保つことができます。^[53]

ヘッドホンをかなり大きな音量で使用すると、一時的または永久的な聴覚障害や難聴を引き起こす可能性があります。特に地下鉄の駅、飛行機、大勢の人混みなどの騒がしい場所では、ヘッドホンの音量は背景の騒音と競合することがよくあります。大音量設定のヘッドホンによって作り出される高音圧レベルに長時間さらされると、聴力を損傷する可能性があります。^{[54] [55]}中所得国および高所得国のティーンエイジャーと若年成人（12〜35歳）の約50％が、個人用オーディオ機器やスマートフォンで安全ではないレベルの音を聞いています。^[56]しかし、ある聴覚専門家は2012年（スマートフォンが主な個人用リスニングデバイスとして世界中で採用される前）に、「5％未満のユーザーが音量レベルを選択し、聴力損失のリスクがあるほど頻繁に聴いている」ことを発見しました。^[57] 国際電気通信連合は最近、「安全なリスニングデバイス/システムのためのガイドライン」を発行し、音への曝露が80デシベル、A特性dB(A)を超えないようにし、週40時間を最大にすることを推奨しました。^[58]欧州連合も個人用リスニングデバイスのユーザーに対して同様の制限（80dB(A)で週40時間以内）を設定し、音への曝露が3dB増加するごとに、その時間を半分に減らさなければならない（83dB(A)で20時間以内、86dB(A)で週10時間、89dB(A)で週5時間など）。ほとんどの大手スマートフォンメーカーは現在、デバイスに何らかの安全機能や音量制限機能、警告メッセージを組み込んでいる。^{[59] [60]}しかし、このような慣行は、音量レベルを自分で設定するという個人的な選択を好む一部の購入者からは賛否両論の反応を得ている。

ヘッドフォンを駆動するデバイスの音量を制限する一般的な方法は、出力電力を制限することです。この方法には、ヘッドフォンの効率に依存するという望ましくない影響が加わります。つまり、最大許容電力を生成するデバイスは、効率の低い高インピーダンスの機器と組み合わせると十分な音量を生成できない可能性があります。一方、同じ量の電力でも、効率の非常に高いイヤホンでは危険なレベルに達する可能性があります。

いくつかの研究では、激しい運動をしているときに音量を危険なレベルまで上げる傾向があることがわかっています。^[61]フィンランドの研究^[62]では、運動をする人はヘッドフォンの音量を通常の半分に設定し、30分間だけ使用することを推奨しています。

聴覚障害のリスク以外にも、ヘッドホンで大音量の音楽を聴くと集中力が散漫になり、怪我や事故につながる危険性があります。^{[63] [64]} ノイズキャンセリングヘッドホンはさらに危険を伴います。いくつかの国や州では、運転中や自転車に乗るときにヘッドホンを着用することを違法としています。^[43]

Apple AirPodsなどのインイヤーヘッドホンへの曝露による接触性皮膚炎の報告も多数あります。^{[65] [66]}接触性皮膚炎は、金、ゴム、染料、アクリレート、またはメタクリレートを含むインイヤーヘッドホンによって引き起こされます。^[65]しかし、インイヤーヘッドホンへの曝露が接触性皮膚炎を引き起こすことを証明する研究は行われておらず、むしろインイヤーヘッドホンの使用と接触性皮膚炎の症例には相関関係があるという研究結果が出ています。^[65]

ヘッドフォンの使用による聴覚リスクは、日常業務の一環として電子機器や通信機器のヘッドセットを着用しなければならない労働者（パイロット、コールセンターやディスパッチオペレーター、音響技師 、消防士など）にも当てはまり、聴覚障害は曝露時間によって異なります。国立労働安全衛生研究所（NIOSH）は、時間加重平均として8時間の労働日で85 dB（A）を超える音響曝露を推奨していません。^[67] NIOSHは、しばしば「時間強度トレードオフ」と呼ばれる3 dB交換率を使用しています。これは、音響曝露レベルが3デシベル増加した場合、曝露時間を半分に短縮する必要があることを意味します。NIOSHは、コールセンターオペレーター、^[68]消防士、^[69]ミュージシャン、音響技師など、通信機器のヘッドセットを着用しなければならない労働者の聴覚を保護することを目的とした文書をいくつか発行しました。^{[70] [71]}

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