JP2009159120A - 自動車用スピーカー - Google Patents

Abstract

【課題】音場を上げるとともにどの座席でも同じように高音が聞こえる自動車用スピーカーを提供する。
【解決手段】樹脂ルーフパネル２０が高音再生用の振動板として用いられる。超磁歪型振動子３０，３１がルーフパネル２０の加振器として用いられ、高音再生用の信号にて振動出力軸４１が振動する。ルーフパネル２０に振動伝達用パッド２１（２２）が固着されている。振動伝達用パッド２１（２２）は超磁歪型振動子３０（３１）の振動出力軸４１と振動伝達可能に連結され、超磁歪型振動子３０（３１）の振動出力軸４１の振動に伴って振動し当該振動にてルーフパネル２０を振動させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動車用スピーカーに関するものである。

車両用スピーカーとして、その配置や種類について各種のものが使用されている。例えば、ドア下部にフルレンジスピーカーを配置するとともにフロントピラーの付け根に高音用スピーカー（ツィータ）を配置する等がある。また、超磁歪素子を用いて床または道路を振動させるスピーカーも知られている（特許文献１）。
特開２００５−２７７４７１号公報

ところが、自動車用スピーカーとして使用する上で、「例えば１ｋＨｚ以上の高域の音は、従来技術のどの方式で再生しても着座位置の違いで（例えば、シートの位置や乗員の背の高さ等により）、音の聞こえ方の差が大きい」という課題がある。この高域の音の聞こえ方に違いが起きるのは、
（ａ）直進性が強いという高音自体の特性と高音用スピーカー特有の構造から高域の音は指向性が強いこと、
（ｂ）車のシートや自分以外の乗員等の障害物や音が反射しやすいガラスなどがある車内では音の「干渉」「反射」「吸収」により、音の大きなエリアと音の小さなエリアが生まれること
による。

なお、スピーカーの数を増やすことにより解決しようとすると、スピーカーの数が少ない方式に比べれば高域の音の届く範囲を広げることはできるが、高音用スピーカーの持つ特性（上記（ａ）参照）により全ての着座位置で解決することができないばかりか、スピーカー数増加による音の干渉（位相の干渉）による音の歪みの問題が新たに課題として生じる。

また、「従来方式では音像が低い場所に定位し（例えば、インストルメントパネルの少し上とするのがベストである）、又上げることが難しい」という課題がある（定位とは、楽器が鳴っていると感じる位置のことである）。この音場が上げにくい理由としては、
（ｃ）車の構造上、室内の高い位置に指向性の広いフルレンジのスピーカーを搭載しずらいこと、
（ｄ）高音用のスピーカー（ツィータ）の特性上、音の指向性が強いこと
による。

なお、音場を上げることをねらって、
・Ａピラー（フロントピラー）中央付近から後席アシストグリップ付近までの間の部位において高音用のスピーカー（ツィータ）をたくさん並べたシステム、
・ヘッドライニングの一部を振動板としたスピーカーなどのスピーカーシステム
もあるが、前述の（ｄ）の理由やスピーカーから耳までの距離が近すぎることにより、音場を上げるのに十分な効果は得られていない。

本発明は、このような背景の下になされたものであり、その目的は、音場を上げるとともにどの座席でも同じように高音が聞こえる自動車用スピーカーを提供することにある。

請求項１に記載の発明では、高音再生用の振動板として用いられる樹脂ルーフパネルまたはガラスルーフパネルと、前記ルーフパネルの加振器として用いられ、高音再生用の信号にて振動出力軸が振動する、大応力の発生と電気信号に対する応答速度が速い事が特徴の超磁歪型振動子と、前記ルーフパネルに固着されるとともに前記超磁歪型振動子の振動出力軸と振動伝達可能に連結され、前記超磁歪型振動子の振動出力軸の振動に伴って振動し当該振動にて前記ルーフパネルを振動させる振動伝達用パッドと、を備えたことを要旨とする。

これにより、高音再生用の信号が超磁歪型振動子に入力されて超磁歪型振動子の振動出力軸が振動し、この振動が振動伝達用パッドに伝達され、振動伝達用パッドの振動で樹脂ルーフパネルまたはガラスルーフパネルを振動させる。この振動で空気が振動して音として聞こえる。

ここで、樹脂ルーフパネルまたはガラスルーフパネルは大面積かつ大質量であるが、大応力の発生と電気信号に対する応答速度が速い事が特徴の超磁歪型振動子を振動板の加振器として使用することにより、パネルの高速応答が可能となる。また、加振器としての超磁歪型振動子からの振動を一旦振動伝達用パッドに伝達した後に振動板に伝達する構成とすることにより、振動の伝達を確実に行うことができる。その結果、樹脂ルーフパネルまたはガラスルーフパネルを高音再生用の振動板として使うことができ、これによって、音場を上げるとともにどの座席でも同じように高音が聞こえるようになる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の自動車用スピーカーにおいて前記超磁歪型振動子への信号伝達経路においてハイパスフィルタを設けたことを要旨とする。これにより、大応力発生かつ高速応答が特徴の超磁歪型振動子を加振器として使用したとき、全帯域の音声信号を入力すると、内蔵コイルが発熱し、その結果、振動子が損傷することになりやすいが、ハイパスフィルタを通すことにより発熱の主原因となる低域の信号をカットしてから超磁歪型振動子に入力することで、コイル発熱を未然に防止することができ、振動子の損傷を防ぐことができる。また、低音域をカットすることで車載のスピーカーシステム（ドアスピーカーやツィータ）との音のつながりが良くなり、良好な音響空間を提供できる。

請求項３に記載のように、請求項１または２に記載の自動車用スピーカーにおいて、前記ルーフパネルの材料としてポリカーボネートまたはアクリル樹脂を用いるとよい。

本発明によれば、音場を上げるとともにどの座席でも同じように高音が聞こえる自動車用スピーカーを提供することができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１には、本実施形態での自動車用オーディオ装置におけるスピーカーの配置を示す。図１の斜視図において、右フロントドア１の下部には右フロントスピーカー１１が設置され、このスピーカー１１はフルレンジコーン型スピーカーである。同様に、左フロントドア２の下部には左フロントスピーカー１２が、右リヤドア３の下部には右リヤスピーカー１３が、左リヤドア４の下部には左リヤスピーカー１４がそれぞれ設置され、これらの各スピーカー１２，１３，１４もフルレンジコーン型スピーカーである。また、インストルメントパネル５の右側には高音用コーン型スピーカー（ツィータ）１５が設置されるとともにインストルメントパネル５の左側には高音用コーン型スピーカー（ツィータ）１６が設置されている。

また、自動車の屋根には透光性の樹脂ルーフパネル２０が嵌め込まれている。特に本実施形態では樹脂ルーフパネル２０として、例えばプライバシーガラスのような、光線透過率が落としてある半透明なものを用いており、乗員は樹脂ルーフパネル２０を通して室内から上方の室外を視認することができるようになっている。また、インストルメントパネル５の中央部にはヘッドユニット５０が配置され、このヘッドユニット５０からＣＤ（コンパクトディスク）などの再生用の音声信号が出力される。

図１のＡ−Ａ線での縦断面を図２に示す。図１のＢ矢視、即ち、車室内から車両の天井を見上げたときの天井部分の構成を図３に示す。
図２において、左右のサイドメンバー６の間において樹脂ルーフパネル２０が配置されている。透光性の樹脂ルーフパネル２０の材料としてポリカーボネートまたはアクリル樹脂を用いている。

図２において、樹脂ルーフパネル２０の下面における左右両側にはシェード８の保持機構７が設けられ、保持機構７によりシェード８を車両前後に移動してシェード８を開閉することができるようになっている。シェード８の保持機構７は内装トリム９にて覆われ、乗員からは見えないようになっている。図３で説明すると、車両の天井において樹脂ルーフパネル２０の外周部は内装トリム９により隠れている。

図２において、樹脂ルーフパネル２０の下面における保持機構７の設置箇所よりも更に左右の側面側には、帯板状をなす振動伝達用パッド２１，２２が貼り付けられている。詳しくは、図３に示すように、内装トリム９により隠れた領域において、四角形状をなす樹脂ルーフパネル２０の右側において振動伝達用パッド２１が車両の前後方向に延びるように貼り合わされている。同様に、四角形状をなす樹脂ルーフパネル２０の左側において振動伝達用パッド２２が車両の前後方向に延びるように貼り合わされている。振動伝達用パッド２１，２２にはアルミ又は真鍮製の帯板を用いている。車両の前後方向におけるパッド２１，２２の長さは図３に示すようにルーフ開口部（「開口部」とは、車内から外が見えるエリアのことである）の車両前後方向寸法の１／３程度としている。

図２に示すように、車室内において振動伝達用パッド２１の下には超磁歪型振動子３０が配置されている。同様に、振動伝達用パッド２２の下には超磁歪型振動子３１が配置されている。図３で説明すると、車両の前後方向に延びるパッド２１，２２の中央部に超磁歪型振動子３０，３１が配置され、超磁歪型振動子３０，３１も内装トリム９により乗員からは見えないようになっている。

図２において超磁歪型振動子３０，３１は高音再生用の信号にて振動出力軸４１が振動する。この超磁歪型振動子３０，３１の振動出力軸４１の先端は振動伝達用パッド２１，２２と振動伝達可能に連結されている。よって、超磁歪型振動子３０，３１の駆動により振動出力軸４１が振動し、振動出力軸４１の振動にて振動伝達用パッド２１，２２が振動し、振動伝達用パッド２１，２２の振動にて樹脂ルーフパネル２０を振動させることができる。つまり、樹脂ルーフパネル２０を高音再生用の振動板として用いるとともに超磁歪型振動子３０，３１を振動板の加振器として使用し、かつ、加振器としての超磁歪型振動子３０，３１からの振動を一旦振動伝達用パッド２１，２２に伝達した後に振動板に伝達するようになっている。

超磁歪型振動子３０，３１は、樹脂ルーフパネル２０のような大面積かつ大質量のものを高音再生用の振動板として使う上で必要となり、「大応力の発生が可能」、「高速応答が可能」という２つの相反する条件を満たす。また、振動伝達用パッド２１，２２としてアルミ材や真鍮材を用いると、音速が速く、適度な振動減衰特性を持ち、耳障りな共振を発生させなくすることができる。

図４には電気的構成を示す。
図４において、ヘッドユニット５０には、各ドアに設けたスピーカー（フルレンジコーン型スピーカー）１１，１２，１３，１４が接続されている。また、ヘッドユニット５０には、インストルメントパネル５の左右に設けた高音用スピーカー１５，１６が接続されている。さらに、ヘッドユニット５０には、超磁歪型振動子３０，３１がハイパスフィルタ６０を介して接続されている。

詳しくは、ヘッドユニット５０には信号線Ｌ１を通してスピーカー１１，１５が接続されている。同様に、ヘッドユニット５０には信号線Ｌ２を通してスピーカー１２，１６が接続されている。また、ヘッドユニット５０には信号線Ｌ３を通してスピーカー１３が接続されている。同様に、ヘッドユニット５０には信号線Ｌ４を通してスピーカー１４が接続されている。さらに、信号線Ｌ３から信号線Ｌ５が分岐し、信号線Ｌ５を通して超磁歪型振動子３０がハイパスフィルタ６０を介して接続されている。同様に、信号線Ｌ４から信号線Ｌ６が分岐し、信号線Ｌ６を通して超磁歪型振動子３１がハイパスフィルタ６０を介して接続されている。

次に、本件自動車用スピーカーの作動原理を説明する。
ヘッドユニット５０からスピーカー１１，１５，１２，１６，１３，１４に向けて音声信号が出力される。このうちのリヤスピーカー（１３，１４）向けの音声信号から左右それぞれ信号が分岐されて、ハイパスフィルタ６０において左右それぞれ低域信号がカットされる。さらに、低域をカットした高音再生用の信号が超磁歪型振動子３０，３１に入力される。

そして、超磁歪型振動子３０，３１において振動出力軸４１が振動する。この振動が振動伝達用パッド２１，２２に伝達されて振動伝達可能面積が拡大する。さらに、振動伝達用パッド２１，２２の振動で樹脂ルーフパネル２０が振動する。詳しくは、図２に示すように、超磁歪型振動子３０，３１からの振動が一旦振動伝達用パッド２１，２２に伝達した後に樹脂ルーフパネル２０に伝えられる。そして、樹脂ルーフパネル２０の振動で空気が振動して乗員には「音」として聞える。このとき、乗員にとっては樹脂ルーフパネル２０の全体から音（音楽）が聞こえる。

以上のように、樹脂ルーフパネル２０は大面積かつ大質量であるが、大応力の発生と電気信号に対する応答速度が速い事が特徴の超磁歪型振動子３０，３１を振動板の加振器として使用することにより、大質量のルーフパネル全面の高速応答が可能となる。また、加振器としての超磁歪型振動子３０，３１からの振動を一旦振動伝達用パッド２１，２２に伝達した後に振動板に伝達する構成とすることにより、振動の伝達を確実に行うことができる。その結果、樹脂ルーフパネル２０を高音再生用の振動板として使うことができ、これによって、音場を上げるとともにどの座席でも同じように高音が聞こえるようになる（どの座席でも同じように高音域の音の聞こえ方を改善することができる）。

詳しくは、自動車の車内において、どの着座位置からもほぼ等距離で、かつ耳までの障害物が無い位置の「ルーフパネル」の全面を高音用の振動板とすることで、着座位置の違いにより聞こえ方に違いが出やすい高域の音を、どこの座席でも同じように聞くことが可能となる。

ちなみに、他の形式の振動子として、コイルと磁石を組合せた「電磁式」や、金属の薄板と圧電材料を貼り合せた「圧電式」を用いた場合には、「発生応力」「反応速度」「車載可能サイズ」「作動電圧」の条件を同時に満たすことができず、大面積かつ大質量のルーフパネル全面を音声信号に忠実に高速駆動することはできない。

また、『大応力発生』と『高速応答』が特徴の超磁歪型振動子３０，３１をルーフパネルの加振器として使用したとき、全帯域の音声信号を入力すると、内蔵コイルが発熱して性能低下や破損等を招く可能性もある。しかし、図４のようにハイパスフィルタ６０にて信号処理を行い発熱の主原因となる低域の信号をカットしてから超磁歪型振動子３０，３１に信号入力することで、コイルの発熱を未然に防止することができる。

ハイパスフィルタ６０における特性として、−１２ｄＢ／ｏｃｔの減衰カーブ（減衰傾度）の場合、低域信号のカット位置（カットオフ周波数ｆｃ）は、おおむね１ｋＨｚ以上の適切な位置にすると好ましい。さらに好ましくは、３ｋＨｚ〜５ｋＨｚ程度の適切な位置以下の低域の信号をカットした高域の音を超磁歪型振動子３０，３１に信号入力するのがよい。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）自動車用スピーカーの構成として、高音再生用の振動板として用いられる樹脂ルーフパネル２０と、ルーフパネル２０の加振器として用いられ、高音再生用の信号にて振動出力軸４１が振動する超磁歪型振動子３０，３１と、ルーフパネル２０に固着されるとともに超磁歪型振動子３０，３１の振動出力軸４１と振動伝達可能に連結され、超磁歪型振動子３０，３１の振動出力軸４１の振動に伴って振動し当該振動にてルーフパネル２０を振動させる振動伝達用パッド２１，２２と、を備えた。よって、音場を上げるとともにどの座席でも同じように高音が聞こえる自動車用スピーカーを提供することができる。

詳しくは、
・高域の音の着座位置による聞こえ方の偏りを少なくできる。
・音場が上昇する。
・臨場感が増す。
・従来型のコーン型スピーカーの搭載が困難だった部位に音源を設定できる。
・搭載による室内スペースの減少が少ない。
・既存のスピーカー（例えばツィータ）を廃止しコスト低減できる可能性が有る。

（２）加振器としての超磁歪型振動子３０，３１への信号伝達経路においてハイパスフィルタ６０を設けた。よって、ハイパスフィルタ６０を通すことにより発熱の主原因となる低域の信号をカットしてから超磁歪型振動子３０，３１に入力することで、コイル発熱を未然に防止することができ、振動子の損傷を防ぐことができる。また、低音域をカットすることで車載のスピーカーシステム（ドアスピーカーやツィータ）との音のつながりが良くなり、良好な音響空間を提供できる。

（３）ルーフパネル２０の材料としてポリカーボネートまたはアクリル樹脂を用いると、実用上好ましいものとなる。
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。

樹脂ルーフパネルに代わり無機ガラスルーフパネル（強化ガラスや合わせガラス）で構成することもできる。この場合、無機ガラスは物性の違いにより若干樹脂ルーフパネルを用いた場合より音が小さくなり、音色と指向性も変わる傾向があるため、これを考慮してチューニングを行えばよい。

また、振動伝達用パッド２１，２２の材質として、鉄やチタンやマグネシウムでもよい。さらには、アルミ、銅、亜鉛、鉄、チタン、マグネシウム等の金属を含んだ合金であってもよく、要は、音速が速く、適度な振動減衰特性を持ち、耳障りな共振を発生させないものを選択するとよい。

また、振動伝達用パッドと超磁歪型振動子の個数と配置について、図３に示したように四角形状をなす樹脂ルーフパネル２０の右側と左側に振動伝達用パッド２１，２２に設けるとともに振動伝達用パッド２１，２２に対応するように超磁歪型振動子３０，３１を設けたが、これに限ることなく次のようにしてもよい。例えば、四角形状をなす樹脂ルーフパネル２０の前側と後ろ側に振動伝達用パッドを設けるとともにこの振動伝達用パッドに対応するように超磁歪型振動子を設けてもよい。他にも、四角形状をなす樹脂ルーフパネル２０における右側と左側と前側と後ろ側に振動伝達用パッドを設けるとともにこの振動伝達用パッドに対応するように超磁歪型振動子を設けてもよい。あるいは、四角形状をなす樹脂ルーフパネル２０における右側のみ、あるいは、左側のみ、あるいは、前側のみ、あるいは、後ろ側のみに振動伝達用パッドに設けるとともにこの振動伝達用パッドに対応するように超磁歪型振動子を設けてもよい（振動伝達用パッドと超磁歪型振動子を一個設けてもよい）。ルーフパネル中央に振動伝達用パッドと超磁歪型振動子を一個設けてもよい。

また、これまでの構造はルーフパネルを振動面として使っているが、例えばクォーターウインドなどの他の窓やフロントピラーガーニッシュ７０（図５参照）などの硬質内装材を振動面として用いることも可能である。なお、図５において、符号７１は車体鋼板であり、符号７２は振動パッドであり、符号７３はインストルメントパネルであり、符号７４はフロントウィンドシールドガラスである。

実施形態での自動車用オーディオ装置におけるスピーカーの配置を示す斜視図。 図１のＡ−Ａ線での縦断面図。 図１のＢ矢視図。 実施形態での自動車用オーディオ装置における電気的構成図。 （ａ）は別例の車室内の一部を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面図。

符号の説明

２０…樹脂ルーフパネル、２１…振動伝達用パッド、２２…振動伝達用パッド、３０…超磁歪型振動子、３１…超磁歪型振動子、４１…振動出力軸、６０…ハイパスフィルタ。

Claims (3)

1. 高音再生用の振動板として用いられる樹脂ルーフパネルまたはガラスルーフパネルと、
   前記ルーフパネルの加振器として用いられ、高音再生用の信号にて振動出力軸が振動する超磁歪型振動子と、
   前記ルーフパネルに固着されるとともに前記超磁歪型振動子の振動出力軸と振動伝達可能に連結され、前記超磁歪型振動子の振動出力軸の振動に伴って振動し当該振動にて前記ルーフパネルを振動させる振動伝達用パッドと、
   を備えたことを特徴とする自動車用スピーカー。
2. 前記超磁歪型振動子への信号伝達経路においてハイパスフィルタを設けた
   ことを特徴とする請求項１に記載の自動車用スピーカー。
3. 前記ルーフパネルの材料としてポリカーボネートまたはアクリル樹脂を用いた
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の自動車用スピーカー。

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