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ヘッドホンは、ユーザーの耳の上または頭の周りに装着する小型のスピーカーユニットのペアです。これらは電気信号を対応する音に変換する電気音響変換器です。ヘッドホンは、近くにいる人全員が聞こえるように音を空中に放出するスピーカーとは対照的に、1人のユーザーがオーディオソースをプライベートに聞くことができます。ヘッドホンはイヤホン[ 1 ]または口語的に缶[ 2 ]とも呼ばれます。耳を覆うサーカムオーラル型と耳を覆うスプラオーラル型のヘッドホンは、頭の上のバンドを使用してドライバーを所定の位置に保持します。イヤホンまたはイヤーピース[ 1 ]と呼ばれる別のタイプは、ユーザーの耳の穴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ドが開発されています。 3つ目のタイプは骨伝導ヘッドホンで、通常は後頭部を包み込むように装着し、耳道の前に位置させるため、耳道は開いたままになります。通信の分野では、ヘッドセットとはヘッドホンとマイクを組み合わせたものです。
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、ビデオゲーム機、電子楽器などの信号源に、コードを使って直接接続するか、Bluetooth、DECT、FMラジオなどのワイヤレス技術を使って接続します。最初のヘッドホンは、19世紀後半に電話交換手が両手を自由に使えるようにするために開発されました。当初、音質は平凡でしたが、高忠実度ヘッドホンの発明によって大きく進歩しました。[ 3 ]
ヘッドホンは、さまざまなオーディオ再生品質能力を備えています。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で音を再生することはできません。ケーブルを使用するヘッドホンは、通常、ヘッドホンをオーディオソースに接続するための 1/4 インチ (6.4 mm) または 1/8 インチ (3.2 mm) の電話ジャックを備えています。一部のヘッドホンはワイヤレスで、Bluetooth接続を使用して、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でオーディオ信号を受信します。[ 4 ] 1980 年代から始まったウォークマン効果の結果、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るようになりました。[ 5 ]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、聴衆に聞こえないように次の曲をキューイングするためにヘッドホンを使用するディスクジョッキー (DJ)、航空機のパイロット、コールセンターの従業員など、さまざまな職業の人々に使用されています。後者の2種類の従業員は、マイク内蔵のヘッドホンを使用する。
ヘッドホンは、電話を操作する際に両手を自由にする必要性から生まれた。[ 6 ] 1880年代、電話の発明後まもなく、電話交換手は電話受話器を頭部に装着する装置を使用し始めた。[ 7 ]受話器は、耳の横に固定するクランプで頭部に取り付けられた。[ 8 ]頭部に装着することで交換手の両手が自由になり、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った。[ 9 ]頭部に装着する電話受話器は、単数形ではヘッドホンと呼ばれた。[ 10 ] [ 11 ]これらの頭部に装着する電話受話器は、現代のヘッドホンとは異なり、片耳しかなかった。[ 12 ]
1890年代までに、イギリスのエレクトロフォン社によって2つのイヤホンを備えた聴取装置が開発されました。この装置は電話回線を通して聴取システムを構築し、顧客がロンドン中の劇場やオペラハウスでの公演の生中継に接続できるようにしました。このサービスの加入者は、顎の下に装着され、長い棒で支えられた一対の巨大なイヤホンを通して公演を聴くことができました。[ 13 ]
1891年、フランスのエンジニア、エルネスト・メルカディエは、耳掛け式のヘッドホンを特許取得した。[ 14 ] [ 13 ]この頃、ドイツのシーメンス・ブラザーズ社も、電話交換手用のヘッドピースを販売していたが、これは耳の外側に装着するものの、2つのイヤホンが付いていた。シーメンス・ブラザーズ社のヘッドピースは、現代のヘッドホンに似ていた。電話交換手が使用するヘッドギアの大部分は、依然としてイヤホンが1つしか付いていなかった。[ 15 ]
ヘッドホンは、ラジオ放送の黎明期にあたる無線電信の分野で登場しました。初期の無線電信開発者の中には、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用することを選択した者もいました。 [ 16 ] 1902年までに、リー・デ・フォレストなどの無線電信の革新者たちは、受信回路の信号を聞くために、2つのヘッドマウント型電話受話器を共同で使用していました。[ 17 ] 2つのヘッドマウント型電話受話器は、単数形ではヘッド電話と呼ばれていました。[ 16 ] 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、[ 18 ]その1年後には複合語のヘッドホンが使用されるようになりました。[ 19 ]
無線通信士用のヘッドホンを最初に製造した企業の 1 つは、1909 年のHoltzer-Cabot 社でした。 [ 20 ]同社は電話交換手用のヘッド受信機と家庭用の通常の電話受話器も製造していました。[ 20 ]ヘッドホンの初期の製造業者のもう 1 つはNathaniel Baldwinでした。[ 21 ]彼は米国海軍にヘッドセットを最初に供給した主要サプライヤーでした。[ 22 ] 1910 年、日曜礼拝中に説教が聞こえないことに動機づけられ、彼は電話用ヘッドセットの試作品を発明しました。[ 23 ]彼はそれを海軍にテスト用に提供し、海軍はすぐに 100 台を注文しました。Wireless Specialty Apparatus Co. は Baldwin Radio Company と提携して、注文に対応するためにユタ州に製造施設を設立しました。[ 24 ]これらの初期のヘッドホンは、シングルエンドまたはバランスドアーマチュアを備えたムービング アイアン ドライバーを使用していました。[ 25 ]一般的なシングルエンド型は、永久磁石の極にボイスコイルを巻き付け、それを柔軟な鋼製振動板の近くに配置していました。コイルを流れる音声電流によって磁石の磁場が変化し、振動板に変化する力が加わることで振動板が振動し、音波が発生しました。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、振動板の周波数特性は共振によって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、長時間装着すると不快な場合が多かったのです。インピーダンスは様々で、電信や電話で使用されるヘッドホンのインピーダンスは75オームでした。初期の無線ラジオで使用されるものは、感度を高めるために細い線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、これは鉱石ラジオと三極管受信機の両方に適していました。1919年頃にブランデス社が製造したような非常に高感度のヘッドホンは、初期のラジオ放送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ホンを製作した。[ 26 ] [ 25 ]
耳の穴に差し込む小型のイヤホンは、当初は補聴器用に開発されました。これらは、1954年にRegency TR-1の発売とともに市販されたトランジスタラジオで広く使用されるようになりました。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、どこでもラジオを聴けるようにすることで、リスニング習慣を変えました。イヤホンは、ムービングアイアンドライバーまたは圧電結晶を使用して音を生成します。現在ポータブル機器で最も一般的に使用されている3.5mm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Sony EFM-117Jトランジスタラジオ以来使用されています。[ 27 ] [ 28 ] 1979年にウォークマンポータブルテーププレーヤーで使用されたことで、その人気はさらに高まりました。
有線ヘッドホンは、据え置き型のCD / DVDプレーヤー、ホームシアター、パーソナルコンピュータ、または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）で使用できます。ただし、これらのデバイスにヘッドホンジャックが装備されていることが条件です。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。これらはバッテリー駆動の受信システムであり、ヘッドホンはその構成要素にすぎません。コードレスヘッドホンは、サイレントディスコなどのイベントで使用されます。
プロのオーディオ分野では、ライブパフォーマンスにおいて、DJ（ディスクジョッキー）がDJミキサーを使用する際や、サウンドエンジニアが信号源をモニタリングする際にヘッドホンが使用されます。ラジオスタジオでは、DJはマイクに向かって話す際にスピーカーをオフにし、自分の声をモニタリングしながら音響フィードバックを防ぐためにヘッドホンを使用します。スタジオ録音では、ミュージシャンや歌手がヘッドホンを使用して、伴奏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、様々な種類の音声信号がヘッドホンを使用してモニタリングされます。
有線ヘッドホンは、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、6.35mm（1/4インチ）と3.5mm（1/8インチ）のフォンコネクタです。6.35mm コネクタは、家庭用または業務用機器の固定設置型でより一般的です。3.5mmコネクタは、ポータブル機器で最も広く使用されているコネクタです。6.35mmコネクタと3.5mmコネクタを変換するためのアダプタも市販されています。
ワイヤレスヘッドホ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、オーディオアンプ、ワイヤレス送受信機などの内部ハードウェアが必要となるため、価格が高くなる傾向があります。一方、有線ヘッドホンはパッシブコンポーネントであり、トランスデューサーは接続先のオーディオソースによって駆動されます。
有線ヘッドホンには、先端にプラグが付いた取り外し不可能なケーブル、またはヘッドホン本体にソケットがあり、取り外し可能なオス-オスケーブルが付いている場合があります。外部オーディオ分配器を使用すると、別の有線ヘッドホンを並列回路に接続でき、オーディオ信号を分割して別の参加者と共有できます。[ 29 ]ヘッドホンコードの中には、音量調節用のポテンショメータが付いているものもあります。
聴覚学の分野では、聴力閾値の設定、難聴の医学的診断、その他の聴覚関連疾患の特定、および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のために、特別に設計されたさまざまなタイプのヘッドホンまたはイヤホンが使用されています。[ 30 ]校正の容易さと検査施設間での結果の比較が可能であることから、特定のヘッドホンモデルが標準として採用されています。[ 31 ]
耳掛け型ヘッドホンは、歴史的に見て、調整が最も容易で長年標準とされてきたため、聴覚学で最も一般的に使用されてきました。よく使用されるモデルは、Telephonics Dynamic Headphone (TDH) 39、TDH-49、およびTDH-50です。耳内挿入型イヤホンは、両耳間減衰レベルが高く、6,000 Hz および 8,000 Hz のテスト時に変動が少なく、耳道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。よく使用される挿入型イヤホンのモデルは、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。 Etymotic Research ER-2A 挿入型イヤホンに加え、Sennheiser HDA300 および Koss HV/1A 密閉型イヤホンは、ANSI規格で規定されている拡張された高周波数帯域の基準相当閾値音圧レベル値を持つ唯一のモデルです。[ 32 ] [ 31 ] [ 33 ]
聴力計とヘッドホンは一緒に校正する必要があります。校正プロセスでは、聴力計からヘッドホンへの出力信号をサウンドレベルメーターで測定し、信号が聴力計の音圧レベルと周波数の読み取り値に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ように設計された音響カプラにイヤホンを装着して行います。聴力計の初期校正プロセスでは特定のヘッドホンが使用されるため、同じメーカーやモデルであっても、他のヘッドホンと交換することはできません。[ 31 ]
ほとんどのヘッドホンは小型のダイナミック型スピーカーであるため、ダイナミック型スピーカーの電気的特性をヘッドホンに容易に適用することができる。
ヘッドホンには、高インピーダンスと低インピーダンスのものがあります。低インピーダンスのヘッドホンは16～32 オーム、高インピーダンスのヘッドホンは100～600オームの範囲です 。インピーダンスは通常1kHzで測定されます 。高インピーダンスのヘッドホンはより高い電圧を必要とし、同じ電圧でも音量は小さくなります。近年、バッテリー駆動の携帯電子機器で利用可能な低電圧に対応するため、新しいヘッドホンのインピーダンスは一般的に低くなっています。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を備えています。
ヘッドホンのインピーダンスは、アンプの出力制限のため問題となります。インピーダンスの低いヘッドホンは、より大きな負荷となります。アンプは理想的ではなく、出力インピーダンスがあるため、供給できる電力が制限されます。周波数特性が均一で、適切な減衰係数があり、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、駆動するヘッドホンのインピーダンスの 8 分の 1 未満である必要があります。出力インピーダンスがヘッドホンのインピーダンスに比べて大きい場合、歪みが著しく大きくなる可能性があります。[ 34 ]したがって、インピーダンスの低いヘッドホンは、音量が大きく効率が良い傾向がありますが、より高性能なアンプも必要とします。インピーダンスの高いヘッドホンは、アンプの制限に対してより寛容ですが、一定のアンプ出力レベルでは音量が小さくなります。
歴史的に見ると、多くのヘッドホンはインピーダンスが比較的高く、500 オームを超えるものも多く、高インピーダンスの真空管アンプとうまく接続できました。一方、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ホンにも対応できます。つまり、古いオーディオ機器では、一部の最新の低インピーダンスヘッドホンでは音質が低下する可能性があります。このような場合は、外部ヘッドホンアンプを使用することが有効です。
感度とは、イヤホンが入力された電気信号を可聴音にどれだけ効率的に変換するかを示す尺度です。つまり、特定の電気駆動レベルにおけるヘッドホンの音量の大きさを表します。感度は、ミリワットあたりの音圧レベル（dB (SPL)/mW）またはボルトあたりの音圧レベル（dB (SPL) / V）で測定できます。[ 35 ]どちらの定義も広く使用されて おり、しばしば互換的に使用されます。ヘッドホンアンプの出力電圧（ただし電力ではない）は、ほとんどの一般的なヘッドホンで基本的に一定であるため、オームの法則を使用してdB/mWをdB/Vに変換すると、多くの場合、より有用になります。
電圧あたりの感度が分かれば、アンプの最大出力電圧からヘッドホンの最大音量を簡単に計算できます。例えば、感度が100 dB (SPL)/Vのヘッドホンの場合、実効値(RMS)の出力電圧を持つアンプは、最大音量100 dB (SPL)を生成します。
高感度ヘッドホ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、ヘッドホンが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、110～120 dB (SPL)を超えないように推奨する情報源もあります。一方、米国労働安全衛生局は、 長期的な聴力損失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おり、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表示し、偶発的な聴覚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。[ 36 ]この規格では、聴覚障害のリスクを軽減するために、感度が 90、100、110 dB (SPL)/Vのヘッドホンは、最大音量設定でそれぞれ 3.162、1.0、0.3162 RMS ボルト以下のアンプで駆動する必要があります。
ヘッドホンの感度は通常1kHzで測定され 、80～125dB/mWの値が一般的である。[ 37 ]
ヘッドホンのサイズは、音質と携帯性のバランスに影響を与える可能性があります。一般的に、ヘッドホンの形状は、耳を覆うタイプ（オーバーイヤー）、耳に装着するタイプ（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。
耳を覆うタイプのヘッドホン（フルサイズヘッドホン、オーバーイヤーヘッドホンとも呼ばれる）は、耳をすっぽりと覆う円形または楕円形のイヤーパッドを備えています。耳を完全に覆う構造のため、頭部に密着するように設計することで、外部の騒音を効果的に遮断できます。ただし、サイズが大きいため、重量が重くなる場合があります。そのため、重量による不快感を軽減するには、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不可欠です。
耳を覆うタイプのヘッドホン、またはオンイヤーヘッドホンは、イヤーパッドが耳を包み込むのではなく、耳に押し当てる構造になっています。 1980年代には、パーソナルステレオに付属する製品としてよく見られました。このタイプのヘッドホンは、一般的に耳を覆うタイプのヘッドホンよりも小型軽量で、外部ノイズの遮断効果は劣ります。また、耳を覆うタイプのヘッドホンと比べて、耳への圧迫感から不快感を感じる場合もあります。イヤーカップの素材によって、装着感は異なります。
耳にフィットするタイプのヘッドホンは、装着者の外耳または耳道に個別に装着されます。
イヤホン、あるいは最近ではイヤーバッド[ a ]は、耳の穴に挿入するのではなく、耳の外耳に直接装着する非常に小さなヘッドホンです。イヤホンは持ち運びやすく便利ですが、多くの人が不快に感じています。 [ 39 ]イヤホンは音響遮断性がほとんどなく、周囲の騒音が入り込む余地があります。ユーザーは音量を上げることでこれを補おうとしますが、騒がしい環境では難聴のリスクが高まります。[ 39 ] [ 40 ]一方で、イヤホンを使用すると周囲の状況をよりよく認識できます。トランジスタラジオの初期の頃から、イヤホンは一般的に携帯音楽機器に同梱されてきました。快適性を高めるために、フォームパッドやゴムパッドが付属して販売されることもあります。
インイヤーヘッドホン（カナルフォンとも呼ばれる）は、耳の穴に直接挿入する小型のヘッドホンで、イヤホンと同様の携帯性を備えています。インイヤーモニター（IEM）は、より高音質なインイヤーヘッドホンで、オーディオエンジニアやミュージシャン、オーディオマニアなどに使用されています。
汎用またはカスタムフィットの耳栓は、シリコーンゴム、エラストマー、またはフォームで作られています。低価格帯の機器では、このようなプラグは交換可能な場合があり、外れて耳道に詰まるリスクが高まります。カスタムインイヤーヘッドホンは、耳道の型を使用してカスタム成形されたプラグを作成し、快適性と遮音性を向上させます。[ 39 ]
インイヤーヘッドホンは耳の穴に装着するため、外れやすく、周囲の騒音をかなり遮断します。運転中、歩行中、または交通量の多い場所やその周辺を走行中など、安全上の理由などで音が重要な合図となる場合、周囲の音が聞こえないことは問題となる可能性があります。[ 41 ]一部のインイヤーヘッドホンは内蔵マイクを使用して、必要に応じて外部の音を聞くことができます。[ 42 ] [ 43 ]
耳を覆うタイプのヘッドホンと、耳の上に載せるタイプのヘッドホンは、イヤーカップの形状によってさらに区別することができます。
ヘッドセットとは、ヘッドホンとマイクが一体化したものです。ヘッドセットは、ハンズフリー操作が可能な電話機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は、電話以外にも、航空、劇場やテレビスタジオのインターホンシステム、コンソールゲームやPCゲームなどがあります。ヘッドセットには、片耳用（モノラル）と両耳用（両耳モノラルまたはステレオ）があります。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保持する外部マイクタイプと、マイクがイヤーピース内に内蔵され、中空のチューブを通して音声がマイクに届くボイスチューブタイプがあります。
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、電話機の受話器の代わりに使用されます。標準的なコード付き電話機用のヘッドセットには、一般的にRJ-9コネクタと呼ばれる標準的な4P4C コネクタが装備されています。多くのDECT電話機やその他の用途向けに、2.5mmジャックソケットを備えたヘッドセットも販売されています。コードレスBluetoothヘッドセットも販売されており、携帯電話でよく使用されています。ヘッドセットは、特にコールセンターの従業員など、電話を頻繁に使用する仕事で広く利用されています。また、両手を自由に使える状態で電話をしたい人にも使用されています。
旧型の電話機では、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、電話機用アンプが必要になります。電話機用アンプは、電話機用ヘッドセットアダプタと同様の基本的なピン配列を備えているだけでなく、マイクとスピーカーの両方の音声を増幅します。ほとんどの電話機用アンプには、スピーカーとマイクの音量調節、ミュート機能、ヘッドセットと受話器の切り替え機能が備わっています。電話機用アンプは、電池またはACアダプタで動作します。
通信用ヘッドセットは双方向通信に使用され、通常はヘッドホンとマイクで構成されています。航空、軍事、スポーツ、音楽、その他多くのサービス業など、さまざまな分野で使用されています。用途、必要なノイズ低減性能、通信の忠実度に応じて、形状やサイズも多種多様です。
周囲の不要な音は、受動的な遮音によって耳から音を遮断することによって低減できる。また、多くの場合、遮音と併用して能動的なノイズキャンセリングによって低減できる。
パッシブノイズアイソレーションとは、基本的にイヤホン本体を耳の上または耳の中に装着し、音を遮断するパッシブ耳栓として使用することです。最も遮音効果が高いヘッドホンは、インイヤー型ヘッドホンと、密閉型ヘッドホン（耳を覆うタイプと耳の上に装着するタイプの両方）です。オープンバック型とイヤホンも多少のパッシブノイズアイソレーション効果がありますが、他のタイプに比べるとはるかに劣ります。一般的な密閉型ヘッドホンは8～12dB 、インイヤー型は10～15dBの遮音 効果があります。ドラマー向けに特別に設計されたモデルもあり、ドラマーが録音された音をモニタリングしながら、ドラムからの音をできるだけ低減できるようになっています。このようなヘッドホンは、周囲の騒音を約25dB低減できると謳っています 。
アクティブノイズキャンセリングヘッドホンは、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、位相を反転させて再生します。これにより、マイクで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打ち消すことができます。これらのヘッドホンは、回路を駆動するために通常はバッテリーなどの電源を必要とします。アクティブノイズキャンセリングヘッドホンは周囲のノイズを20dB以上減衰させることができます が、アクティブ回路は鋭い音や声よりも、主に一定の音や低周波数に対して効果を発揮します。一部のノイズキャンセリングヘッドホンは、航空機、列車、自動車の低周波エンジン音や走行音を低減することを主な目的として設計されており、他の種類のノイズがある環境では効果が劣ります。
有線ヘッドホンは、ケーブルを使用して音源機器と直接電気的に接続され、通常はヘッドホンジャックで接続されます。
現代のワイヤレスイヤホンやコードレスイヤホンは、左右のイヤホンを音源機器やイヤホン同士で接続するコードがなく、Bluetoothなどのワイヤレス技術によって音声を受信します。歴史的には、「ワイヤレス」とは無線受信機への接続を指し、無線機として知られていました。
一部のモデルでは、両方のオーディオストリームが片方のイヤホンに送信され、そこからもう一方のイヤホンに転送されます。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。前者の方式は、従来のシステムとの互換性があるという利点があり、後者の方式は、一方のオーディオストリームを転送するイヤホンの消費電力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）と呼ばれることもあり、バッテリー寿命が長く、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が欠落する可能性を回避できます。[ 45 ]
ヘッドホンは、電気信号を音に変換するために、さまざまな種類の変換器を使用しています。
ムービングコイル型ドライバー（一般的には「ダイナミック型」ドライバーと呼ばれる）は、ヘッドホンで最もよく使われるタイプです。ヘッドホンのフレームに固定された磁石が静磁場を発生させます。ヘッドホンの磁石は通常、フェライトまたはネオジムでできています。ボイスコイル（細いコイル）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、軽量で剛性対質量比の高いセルロース、ポリマー、カーボン素材、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流れると、静磁場に反作用する変化する磁場が発生し、コイルに変化する力が加わって、コイルと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発生させます。
MEMSスピーカーはPCB基板上に製造される。[ 46 ]
静電型ドライバーは、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）を2枚の穴あき金属板（電極）の間に吊り下げた構造になっています。電気的な音響信号が電極に印加されると電界が発生し、その電界の極性に応じて振動板が一方の電極板に引き寄せられます。空気が穴を通して押し出され、振動板を駆動する電気信号が連続的に変化することで音波が発生します。静電型ヘッドホンはムービングコイル型ヘッドホンよりも高価で、普及率も比較的低いのが現状です。また、振動板を振動させるための信号を増幅するには専用のアンプが必要で、100～1,000 ボルトの電圧が必要となる場合が多いです。
極めて薄く軽量な振動板（厚さわずか数マイクロメートル程度）と、可動金属部品が一切存在しない構造により、静電型ヘッドホンの周波数特性は通常、可聴域の約20kHzをはるかに超える周波数まで伸びます 。この高周波特性は、低域から中域にかけての歪みレベルが可聴域の上限まで維持されることを意味し、これはムービングコイル型ドライバーでは一般的に見られない特徴です。また、ムービングコイル型ドライバーで高域によく見られる周波数特性のピークも存在しません。適切に設計された静電型ヘッドホンは、他のタイプのヘッドホンよりもはるかに優れた音質を実現できます。
静電型ヘッドホンは、100Vから1kVを超える電圧を発生させる電源を必要とし 、装着者の頭部に装着されます。絶縁体の発明以来、実際の危険性はなくなりました。大きな電流を供給する必要がないため、故障時の装着者への電気的危険性はさらに低減されます。
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動作します。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、静電ドライバーでは外部ジェネレーターによってドライバーに電荷が供給されます。エレクトレットヘッドホンと静電ヘッドホンは比較的まれです。また、初期のエレクトレットは、静電ヘッドホンよりも一般的に安価で、技術的能力と忠実度が劣っていました。2009年から2013年まで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に達することが示されています。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ヘッドホンドライバーと組み合わせると、日本オーディオ協会がハイレゾオーディオプログラムに参加するに値すると認めるヘッドホンを製造できます。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（オルソダイナミック型とも呼ばれる）ヘッドホンは、静電型ヘッドホンと同様の技術を使用していますが、いくつかの根本的な違いがあります。平面磁気型スピーカーと同様の動作原理です。
平面磁気ドライバーは、埋め込まれたワイヤー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、互いに逆向きに配置された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ーに電流を流すと磁場が発生し、それが永久磁石の磁場と反応して膜を振動させ、音を発生させます。
バランス型アーマチュアは、他の多くの磁気トランスデューサシステムに見られる振動板へのストレスを排除することで、素子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の設計です。左の図に概略的に示すように、永久磁石の磁場内で移動できるように回転軸が取り付けられた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、アーマチュアには正味の力がかからないため、「バランス型」と呼ばれます。右の図に示すように、コイルに電流が流れると、アーマチュアがどちらかの方向に磁化され、回転軸を中心にわずかに回転し、振動板が動いて音を発します。
この設計は機械的に安定しておらず、わずかなアンバランスでもアーマチュアが磁石の一方の極に張り付いてしまう。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となる。このため効率は低下するものの、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生成できる。1920年代にバルドウィン・マイカ・ダイアフラム・ラジオ・ヘッドホンとして普及したバランスド・アーマチュア・トランスデューサーは、第二次世界大戦中に軍用音声電話で使用するために改良された。これらのいくつかは、狭帯域音声信号に対して20%から40%という驚異的な電気音響変換効率を達成した。
今日では、高効率と小型サイズが大きな利点となるインイヤーヘッドホンや補聴器にのみ一般的に使用されています。[ 47 ]一般的に、聴覚スペクトルの両端（例えば、20 Hz 未満と 16 kHz 以上）では制限があり、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す。ハイエンドモデルでは、複数のアーマチュア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する場合があります。低音出力を増やすために、アーマチュアドライバーと小型のムービングコイルドライバーを組み合わせたものもあります。
ラジオ受信機用の初期のスピーカーは、コーンにバランスドアーマチュアドライバーを使用していた。[ 48 ]
熱音響効果は、導体の可聴周波数ジュール加熱によって音を発生させるものであり、磁気を伴わず、スピーカーを振動させることもない。2013年、清華大学の研究グループが熱音響機構に基づいたカーボンナノチューブ細糸イヤホンを実証した。[ 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素子がある。このチップは、シリコンウェハ上に支持された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制するために、ウェハ上に一定の深さの周期的な溝が微細加工法によって作られている。
ヘッドホンにはあまり一般的ではないトランスデューサー技術には、ハイルエアモーショントランスフォーマー（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。最初のハイルAMTヘッドホンはESS Laboratoriesによって販売され、基本的に同社のスピーカーの1つからESS AMTツイーターをフルレンジで駆動したものでした。20世紀初頭以降、スイスのPrecideだけがAMTヘッドホンを製造しています。圧電フィルムヘッドホンは最初にパイオニアによって開発され、同社の2つのモデルは、空気の移動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ホ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にバリエーションがあります。さらに、専用のツイーター/スーパートゥイーターパネルを組み込むことで2ウェイ設計を採用しています。振動板の折り畳み形状により、より広い表面積のトランスデューサーをより小さなスペースに収めることができます。これにより、放射面積が一定であれば、トランスデューサの1回の振動で移動できる空気の総量が増加します。
磁歪式ヘッドホンは、骨伝導によって音を伝えるために頭の側面に振動することで機能します。これは、耳を塞ぐことができない状況や、聴覚の神経系に影響を与えない理由で聴覚を失った人に特に役立ちます。ただし、磁歪式ヘッドホンは、耳の通常の働きに依存する従来のヘッドホンに比べて忠実度が制限されます。さらに、1980 年代半ばに、Audio Reference というフランスの会社が、アンリ・ボンダーが発明したプラズマヘッドホン Plasmasonic を販売しようとしました。[ 50 ] [ 51 ]現在、動作している例は知られていません。ヘッドホン内の空気の体積が小さいため、プラズマまたはイオン変換器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のため、非常にまれです。
ヘッドホンは、プライバシーを守るため、あるいは公共図書館などで音楽を聴く際に周囲の人に迷惑をかけないようにするため、他の人に音を聞かれ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質を実現することも可能です。その理由の一つは、ヘッドホンでは部屋の音響補正処理が不要であることです。高品質のヘッドホンは、20 Hz まで 3 dB 以内の極めてフラットな低域周波数特性を実現できます。スピーカーは低域を再生するために比較的大きな（多くの場合 15 インチまたは 18 インチ）スピーカーユニットを使用する必要がありますが、ヘッドホンは幅 40 ～ 50 ミリメートル（インイヤーモニターヘッドホンの場合はさらに小さい）のスピーカーユニットで低音域と超低音域を正確に再生できます。ヘッドホンの優れた低域性能は、耳に非常に近い位置にあるため、比較的小さな量の空気を動かすだけで済むことから実現しています。
「周波数応答4 Hz～20 kHz」といった宣伝文句は、通常誇張表現です。20 Hz より低い周波数での製品の応答は、一般的に非常に小さいです。 [ 52 ]ヘッドホンは、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。ヘッドホンを使用すると、プレイ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ます。
ウォークマンの発売以来、現代のヘッドホンはステレオ録音のリスニングに広く普及し、広く使われるようになったが、ステレオ音の再現性については主観的な議論が続いている。ステレオ録音は、左右のチャンネル間の音量と位相の差によって、水平方向の奥行き情報（ステレオ分離）の位置を表現する。2つのスピーカーからの音が混ざり合うことで、脳が方向を特定するために利用する位相差が生じる。ほとんどのヘッドホンでは、左右のチャンネルがこのように混ざり合わないため、ファントムセンターの錯覚が失われてしまうことがある。また、左右に大きくパンニングされた音も、片側からではなく片耳からしか聞こえない。
バイノーラル録音は、異なるマイク技術を用いて方向を位相として直接符号化し、2kHz以下の周波数帯域では振幅差をほとんどなくします。 多くの場合、ダミーヘッドが使用されます。ヘッドホンを通して、驚くほどリアルな空間的な印象を生み出すことができます。しかし、市販の録音では、ほとんどの場合、バイノーラルではなくステレオ録音が用いられます。
周波数依存のチャンネル間クロスフィードを用いることで、ヘッドホンにおけるステレオサウンドの空間効果を変化させ、スピーカー再生の表現により近いものにすることが可能です。
ヘッドセットは、従来の電話受話器に比べて人間工学的に優れている。受話器を手で持ったり、受話器を支えるために頭を横に傾けたりする必要がないため、コールセンターのオペレーターはより良い姿勢を維持できる。[ 53 ]
ヘッドホンを十分に高い音量レベルで使用すると、一時的または永続的な聴覚障害や難聴を引き起こす可能性があります。ヘッドホンの音量は、特に地下鉄の駅、航空機、大勢の人混みなどの騒がしい場所では、周囲の騒音と競合することがよくあります。ヘッドホンを高い音量設定で使用すると、高音圧レベルに長時間さらされると、聴覚に損傷を与える可能性があります。[ 54 ] [ 55 ]中所得国および高所得国の10代の若者と若年成人（12歳から35歳）の約50%が、パーソナルオーディオ機器やスマートフォンで安全でないレベルの音量を聞いています。[ 56 ]しかし、2012年（スマートフォンが主要なパーソナルリスニング機器として世界的に普及する前）に、ある聴覚専門家は、「聴覚喪失のリスクを冒すほど頻繁に音量レベルを選択して聞いているユーザーは5%未満である」ことを発見しました。[ 57 ]国際電気通信連合は最近、「安全なリスニング機器/システムに関するガイドライン」を発表し、音への曝露は週最大40時間で80デシベルA特性dB(A)を超えないようにすることを推奨しました。 [ 58 ]欧州連合も、個人用リスニング機器のユーザーに対して同様の制限を設定しており（ 週40時間以内で80 dB(A)）、音への曝露が3dB増加するごとに、その時間を半分に短縮する必要があります（ 週20時間以内で83 dB(A)、 週10時間で86 dB(A)、 週5時間で89 dB(A)など）。現在、ほとんどの主要なスマートフォンメーカーは、デバイスに何らかの安全機能または音量制限機能と警告メッセージを含めています。[ 59 ] [ 60 ]ただし、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賛否両論の反応を受けています。
ヘッドホンを駆動する機器で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。しかし、これにはヘッドホンの効率に依存するという望ましくない副作用があります。最大許容出力を出力できる機器でも、効率が低くインピーダンスの高い機器と組み合わせると十分な音量が得られない場合があり、一方、同じ出力でも非常に効率の良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、激しい運動中に音量を危険なレベルまで上げてしまう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、運動する人はヘッドホ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、注意力が散漫になり、怪我や事故につながるという一般的な危険性があります。[ 63 ] [ 64 ]ノイズキャンセリングヘッドホンはさらにリスクを高めます。いくつかの国や州では、運転中や自転車に乗ってい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。[ 41 ]
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ると考えられます。[ 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、インイヤーヘッドホンの使用と接触性皮膚炎の症例の間には相関関係があるというだけです。[ 65 ]
ヘッドホンの使用による聴覚リスクは、日常業務の一部として電子ヘッドセットや通信ヘッドセットを装着しなければならない労働者（パイロット、コールセンターや配車係、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依存します。米国国立労働安全衛生研究所（NIOSH）は、 8時間の労働日における音への曝露を時間加重平均で85 dB(A)を超えないようにすることを推奨しています。[ 67 ] NIOSHは、しばしば「時間強度トレードオフ」と呼ばれる3 dB交換率を使用しており、これは音への曝露レベルが3デシベル増加すると、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、コールセンターのオペレーター[ 68 ]、消防士[ 69 ] 、ミュージシャンや音響技師[ 70 ] [ 71 ]など、通信ヘッドセットを装着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公開しています。
送信機は彼の右側の垂直な棒の上に置かれ、受話器は頭に通された鋼鉄製のバンドによって常に耳に保持されている。このバンドは電話機の磁石としても機能する。そのため、彼は事前の呼び出しや合図を必要とせずに常に命令を受ける準備ができており、両手は自由に使えるので命令に従うことができる。[図180も参照]
右上画像：1980年代のニューヨーク市の中央局。「蜂の巣型」交換機と初期の卓上型交換機、そして若い女性と少年オペレーターが写っている。[電話オペレーターがヘッドマウント型受話器を装着している画像に注目]
{{cite journal}}: CS1 メンテナンス: その他 (リンク)図73
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図を参照すると、Aは交換機、Bは通常直立型交換機で使用される傾斜棚、Cはヘッドホンです。
の1週間、彼女は経験豊富なオペレーターの位置にヘッドホンを取り付けて聞くことしかしなかった。[401ページ]
リスニング --。ヘッドホンを頭に装着したまま、各文の終わりに右手の人差し指または親指でリスニングキーを押し上げて、相手があなたの声をはっきりと聞き、返答していることを確認してください。
私のヘッドホンは、抵抗 3,000 オームに巻かれた単極タイプです。
{{cite book}}: CS1メンテナンス: 場所の発行元が見つかりません (リンク) CS1メンテナンス: その他 (リンク){{cite book}}: CS1メンテナンス: 場所の発行元が見つかりません (リンク) CS1メンテナンス: その他 (リンク)[MEMS]スピーカー自体はPCB基板上に構築されています。
最も脆弱で安価なヘッドホンでさえ、15Hzまたは20Hzという極めて低い低音域のレスポンス性能を誇っているが、ほとんどの場合、軽薄で明るい音に聞こえる。
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