JP2019051908A - 音響装置 - Google Patents

Abstract

【課題】乗員（運転者）とスピーカとの相対位置が変化した場合であっても立体音像を維持できる音響装置を提供する。
【解決手段】車両５に搭載される音響装置１であって、座席１０に着座した乗員である運転者２０の正面よりも前側において座席１０の中心線１１を挟むように配置された２つのスピーカ３０、４０と、運転者２０と２つのスピーカ３０、４０の相対位置を検出する位置検出部７０と、位置検出部７０で検出された相対位置に基づいて、２つのスピーカ３０、４０から出力される音による立体音像が維持されるように各スピーカから出力される音の特性を制御する制御部１００と、を備えて音響装置を構成する。
【選択図】図５

Description

本発明は、音響装置に関し、特に、車両に搭載される音響装置に関する。

従来、オーディオシステムにおいて、動作モードが夜間静音モードである場合、ダウンミキシングした信号に対する相殺信号を生成し、ダウンミキシングした信号による音を第１スピーカから出力し、相殺信号による音を第１スピーカと対称位置に存在する第２スピーカから出力する音響装置がある（例えば、特許文献１参照）。相殺信号は、感知された音の信号の逆位相信号であり、他の空間に音が伝播することを抑え、外部への騒音を遮断できるとされている。

特開２０１０−１６４９７０号公報

しかし、従来技術における音響装置は、視聴者とスピーカとの相対位置が変化することを想定していない。このため、従来の技術では、視聴者とスピーカとの相対位置が変化した場合に音像を維持できない、という課題が生じる。特に、スピーカがステアリングホイールに搭載された場合には乗員（運転者）とスピーカとの相対位置が変化し、乗員（運転者）の耳に定位する立体音像を維持できない、という課題が生じる。

したがって、本発明の目的は、乗員（運転者）とスピーカとの相対位置が変化した場合であっても立体音像を維持できる音響装置を提供することにある。

［１］上記目的を達成するため、車両に搭載される音響装置であって、座席に着座した乗員の正面よりも前側において前記座席の中心線を挟むように配置された少なくとも２つのスピーカと、前記乗員と前記少なくとも２つのスピーカの相対位置を検出する位置検出部と、位置検出部で検出された前記相対位置に基づいて、前記少なくとも２つのスピーカから出力される音による立体音像が維持されるように各スピーカから出力される音の特性を制御する制御部と、を備える音響装置を提供する。
［２］前記少なくとも２つのスピーカは、ステアリングホイールの中心線に対して対称に配置されている、上記［１］に記載の音響装置であってもよい。
［３］また、前記少なくとも２つのスピーカは、それぞれのスピーカの出力の指向性が全方位である、上記［１］又は［２］に記載の音響装置であってもよい。
［４］また、前記少なくとも２つのスピーカは、ステアリングホイールに設けられるスイッチ装置に備えられている、上記［１］から［３］のいずれか１に記載の音響装置であってもよい。

本発明の音響装置によれば、乗員（運転者）とスピーカとの相対位置が変化した場合であっても立体音像を維持できる。

図１は、本発明の実施の形態に係る音響装置におけるスピーカの配置例を車両の上方向から見た上平面図である。 図２は、図１に示す音響装置において、Ａ方向から見た、側面図である。 図３（ａ）は、左右のスピーカがそれぞれステアリングホイールのスポーク部に備えられているステアリングホイールの正面図であり、図３（ｂ）は、左右のスピーカがそれぞれステアリングホイールに設けられるステアリングスイッチに備えられているステアリングホイールの正面図である。 図４（ａ）は、スピーカの指向性が全方位性を有する場合において、スピーカの指向特性のＸＹ面における指向特性図であり、図４（ｂ）は、スピーカの指向特性のＸＺ面における指向特性図である。 図５は、ステアリングホイールが回転操作されて操舵角φが検出された場合の、２つのスピーカと乗員（運転者）との位置関係を示す、図１に相当する上平面図である。

（本発明の実施の形態）
本発明の実施の形態に係る音響装置１は、車両５に搭載される音響装置１であって、座席１０に着座した乗員である運転者２０の正面よりも前側において座席１０の中心線１１を挟むように配置された２つのスピーカ３０、４０と、運転者２０と２つのスピーカ３０、４０の相対位置を検出する位置検出部７０と、位置検出部７０で検出された相対位置に基づいて、２つのスピーカ３０、４０から出力される音による立体音像が維持されるように各スピーカから出力される音の特性を制御する制御部１００と、を備えて構成されている。

本実施の形態では、乗員が運転者２０であるものとして説明する。また、少なくとも２つのスピーカの一例として、２つのスピーカ３０、４０がステアリングホイール８の中心線８ａに対して対称に配置されているものとして説明する。

（スピーカの配置）
図１に示すように、車両５において、座席１０の前方、すなわち、座席１０に着座した運転者２０の前方に２つのスピーカ３０、４０が配置されている。２つのスピーカ３０、４０は、例えば、ステアリングホイール８の中心線８ａに対して対称に配置されている。スピーカ３０、４０は、所定の周波数帯域において音を出力できるものであり、車両側からの制御により、例えば、警告音、警告音声等を出力できるものである。

図１において、車両５の前方から後方に向けて、スピーカから運転者２０の耳の方向をＸ方向、車両５の幅方向をＹ方向、Ｘ軸とＹ軸の外積で定義される方向を車両５の上下方向のＺ方向とする。図１に示すように、右スピーカ３０は、その指向性が運転者２０の右耳２１に向けて強くなるように配置されている。また、左スピーカ４０は、その指向性が運転者２０の左耳２２に向けて強くなるように配置されている。すなわち、スピーカ３０、４０をステアリングホイール８に搭載することにより、右スピーカ３０の出力軸３１が運転者２０の右耳２１の方向になるようにでき、また、左スピーカ４０の出力軸４１が運転者２０の左耳２２の方向になるようにできる。

また、図２に示すように、左スピーカ４０を運転者２０の耳に向けてやや上向きに配置する。このために、図２に示すように、Ｘ軸、Ｚ軸がＹ軸の回りに少し回転したＸ、Ｙ、Ｚ軸となっている。

図２に示すように、スピーカ３０、４０をステアリングホイール８に搭載することにより、左スピーカ４０の出力軸４１が運転者２０の左耳２２の方向になるように、左スピーカ４０がやや上向き（Ｘ軸方向）に配置される。右スピーカ３０も同様に、やや上向き（Ｘ軸方向）に配置される。これにより、２つのスピーカ３０、４０の指向性が乗員の耳２１、２２に向けて強くなるように配置された構成となる。

（スピーカ３０、４０の配置例１）
図３（ａ）に示すように、２つのスピーカ３０、４０を、それぞれ、ステアリングホイール８のスポーク部９に備える構成とすることができる。すなわち、ステアリングホイール８の中心線８ａに対して、スポーク部９の右側に右スピーカ３０を配置し、スポーク部９の左側に左スピーカ４０を配置することができる。なお、ステアリングホイール８の中心線８ａとは、ステアリング操作をしていない操舵角ゼロのときにステアリングホイール８の中心を通る線である。右スピーカ３０、左スピーカ４０への右音声信号Ｓ１、左音声信号Ｓ２は、例えば、ステアリングロールコネクタ（図示省略）を介して、車両本体側から入力することができる。

（スピーカ３０、４０の配置例２）
図３（ｂ）に示すように、２つのスピーカ３０、４０を、それぞれ、ステアリングホイール８に設けられるスイッチ装置としてのステアリングスイッチ５０、６０に備える構成とすることができる。すなわち、ステアリングホイール８の中心線８ａに対して、スポーク部９の右側に設けられるステアリングスイッチ５０に右スピーカ３０を配置し、スポーク部９の左側に設けられるステアリングスイッチ６０に左スピーカ４０を配置することができる。ステアリングスイッチ５０、６０は、車両操作に関するスイッチ、空調制御、オーディオ制御、カーナビゲーション操作、等に使用できるスイッチである。２つのスピーカ３０、４０は、ステアリングスイッチ５０、６０と共に、例えば、ステアリングロールコネクタ（図示省略）を介して、車両本体側に電気的に接続することができる。右スピーカ３０、左スピーカ４０への右音声信号Ｓ１、左音声信号Ｓ２は、例えば、ステアリングロールコネクタ（図示省略）を介して、車両本体側から入力することができる。

（スピーカの指向特性）
図４（ａ）、（ｂ）で示すスピーカの指向特性は、スピーカの指向性が全方位性を有する場合を示している。図４（ａ）において、スピーカ３０、４０から出力される音の広がりを示す指向特性は、音波面３６のＸ軸上の点３６ａが最大であり、Ｘ軸上の最大音圧から６ｄＢだけ音圧が低下する３６ｂ、３６ｃの点で規定される開き角を指向角度θと定義する。図４（ａ）において、Ｙ方向における指向角度はθである。

図４（ｂ）において、スピーカ３０、４０から出力される音の広がりを示す指向特性は、音波面３６のＸ軸上の点３６ａが最大であり、Ｘ軸上の最大音圧から６ｄＢだけ音圧が低下する３６ｂ、３６ｃの点で規定される開き角を指向角度θと定義する。図４（ｂ）において、Ｚ方向における指向角度はθである。

図４（ａ）、（ｂ）からわかるように、指向角度はＸ方向、Ｚ方向共にθであるので、図４（ａ）、（ｂ）で示すスピーカの指向特性は、全方位性（無指向性）を有するものとなる。このような、全方位性を有するスピーカ３０、４０を、ステアリングホイール８に搭載することにより、車両５の運転に伴うステアリングホイール８の回転操作時においても、スピーカ３０、４０から出力される音の音像の定位が維持されやすい。

（位置検出部７０）
位置検出部７０は、運転者２０と２つのスピーカ３０、４０の相対位置を検出するものである。この相対位置を検出することにより、スピーカ３０、４０と運転者２０の右耳２１、左耳２２との間の直線距離を算出することができる。この算出は、位置検出部７０内に備えた演算部、例えば、マイコンにより実行することができる。

位置検出部７０は、図２に示すように、例えば、ステアリングホイール８の回転操作に伴う操舵角φを検出する舵角センサとすることが可能である。この舵角センサは、車両５が種々の運転操作に伴う制御を行なうために備える舵角センサと共用することが可能である。

位置検出部７０は、舵角センサには限られず、運転者２０と２つのスピーカ３０、４０の相対位置を検出するものであればよい。例えば、インストルメントパネルに搭載されたカメラ（図示省略）、あるいは、ステアリングホイールに搭載されたカメラ（図示省略）等であってもよい。これらのカメラにより撮像された画像に基づいて、例えば、テンプレートマッチング手法により運転者２０の右耳２１、左耳２２の位置を特定すると共に、例えば、ステアリングホイール８のスポーク部９の位置を検出することにより、運転者２０と２つのスピーカ３０、４０との相対位置を検出することができる。

（制御部による音像の定位制御）
制御部１００は、図１に示すように、右スピーカ３０を駆動する駆動部１１０、左スピーカ４０を駆動する駆動部１２０を備えている。駆動部１１０は、右音声信号Ｓ１と、左音声信号Ｓ２の位相調整信号Ｓ２１を加算して、増幅して右スピーカ３０を駆動する。同様に、駆動部１２０は、左音声信号Ｓ２と、右音声信号Ｓ１の位相調整信号Ｓ１２を加算して、増幅して左スピーカ４０を駆動する。

位相調整回路１１５は、右音声信号Ｓ１の位相を調整（位相遅延）して、駆動部１２０に位相調整信号Ｓ１２を出力する。位相調整は、右音声信号Ｓ１と位相調整信号Ｓ１２の位相差α°として適宜設定可能である。

同様に、位相調整回路１２５は、左音声信号Ｓ２の位相を調整（位相遅延）して、駆動部１１０に位相調整信号Ｓ２１を出力する。位相調整は、左音声信号Ｓ２と位相調整信号Ｓ２１の位相差α°として適宜設定可能である。なお、この位相差α°の設定は、２つのスピーカ３０、４０が座席１０の中心線１１を挟んで対称に配置されている場合であり、スピーカ３０、４０が座席１０の中心線１１を挟んで非対称に配置されている場合等は、位相調整回路１１５と位相調整回路１２５で設定される位相差は異なる値とすることができる。

上記説明した駆動部１１０、１２０、位相調整回路１１５、１２５は、それぞれ、ゲインの調整が可能である。したがって、図１で示すように、駆動部１１０における右音声信号Ｓ１と位相調整信号Ｓ２１の加算割合、駆動部１２０における左音声信号Ｓ２と位相調整信号Ｓ１２の加算割合を調節できる。また、右スピーカ３０、左スピーカ４０から出力される音圧を調節でき、左右のステレオ音のバランスを調節することもできる。

制御部１００は、２つのスピーカ３０、４０から出力される音による立体音像が維持されるように各スピーカから出力される音の特性を制御する。

右耳２１には、右スピーカ３０から出力される右チャンネルの音Ｓ３０と左チャンネルの位相調整された音Ｓ４０ｄが到達すると共に、左スピーカ４０から出力される左チャンネルの音Ｓ４０と右チャンネルの位相調整された音Ｓ３０ｄが到達する。

右耳２１に到達する右チャンネルの音は、右チャンネルの音Ｓ３０と右チャンネルの位相調整された音Ｓ３０ｄである。

また、右耳２１に到達する左チャンネルの音は、左チャンネルの音Ｓ４０と左チャンネルの位相調整された音Ｓ４０ｄである。

したがって、制御部１００は、右チャンネルの音Ｓ３０と右チャンネルの位相調整された音Ｓ３０ｄの合成音が最大となり、左チャンネルの音Ｓ４０と左チャンネルの位相調整された音Ｓ４０ｄの合成音が最小となるように制御する。

右チャンネルの音Ｓ３０と右チャンネルの位相調整された音Ｓ３０ｄの合成音が右耳２１において最大となるようにするには、例えば、制御部１００は、距離Ｌ１１を進む音Ｓ３０と距離Ｌ２１を進む音Ｓ３０ｄとの位相差が、２πｎ（ｎ＝０、１、２・・・）となるように位相差α°を設定する。なお、距離Ｌ１１は、右スピーカ３０から右耳２１までの距離、距離Ｌ２１は、左スピーカ４０から右耳２１までの距離である。

左チャンネルの音Ｓ４０と左チャンネルの位相調整された音Ｓ４０ｄの合成音が右耳２１において最小となるようにするには、距離Ｌ２１を進む音Ｓ４０と距離Ｌ１１を進む音Ｓ４０ｄとの位相差が、πｎ（ｎ＝０、１、２・・・）となるように位相差α°を設定する。

上記示した左チャンネルの音Ｓ４０と左チャンネルの位相調整された音Ｓ４０ｄの合成音が右耳２１において最小となるように設定することにより、右耳２１の位置において、右チャンネルの音Ｓ３０と左チャンネルの音Ｓ４０のクロストークが低減あるいは相殺される。

同様にして、左耳２２には、左スピーカ４０から出力される左チャンネルの音Ｓ４０と右チャンネルの位相調整された音Ｓ３０ｄが到達すると共に、右スピーカ３０から出力される右チャンネルの音Ｓ３０と左チャンネルの位相調整された音Ｓ４０ｄが到達する。

左耳２２に到達する左チャンネルの音は、左チャンネルの音Ｓ４０と左チャンネルの位相調整された音Ｓ４０ｄである。

また、左耳２２に到達する右チャンネルの音は、右チャンネルの音Ｓ３０と右チャンネルの位相調整された音Ｓ３０ｄである。

したがって、制御部１００は、左チャンネルの音Ｓ４０と左チャンネルの位相調整された音Ｓ４０ｄの合成音が最大となり、右チャンネルの音Ｓ３０と右チャンネルの位相調整された音Ｓ３０ｄの合成音が最小となるように制御する。

左チャンネルの音Ｓ４０と左チャンネルの位相調整された音Ｓ４０ｄの合成音が左耳２２において最大となるようにするには、例えば、制御部１００は、距離Ｌ２２を進む音Ｓ４０と距離Ｌ１２を進む音Ｓ４０ｄの位相差が、２πｎ（ｎ＝０、１、２・・・）となるように位相差α°を設定する。なお、距離Ｌ２２は、左スピーカ４０から左耳２２までの距離、距離Ｌ１２は、右スピーカ３０から左耳２２までの距離である。

右チャンネルの音Ｓ３０と右チャンネルの位相調整された音Ｓ３０ｄの合成音が左耳２２において最小となるようにするには、距離Ｌ１２を進む音Ｓ３０と距離Ｌ２２を進む音Ｓ３０ｄの位相差が、πｎ（ｎ＝０、１、２・・・）となるように位相差α°を設定する。

上記示した右チャンネルの音Ｓ３０と右チャンネルの位相調整された音Ｓ３０ｄの合成音が左耳２２において最小となるように設定することにより、左耳２２の位置において、左チャンネルの音Ｓ４０と右チャンネルの音Ｓ３０のクロストークが低減あるいは相殺される。

上記示した制御部１００による位相調整により、耳元に音を定位させることができ、２つのスピーカから出力される音による立体音像が維持されるように制御することができる。

（ステアリング操舵角φの場合）
図５に示すように、ステアリングホイール８が回転操作されて操舵角φが検出された場合は、２つのスピーカと乗員（運転者）との位置関係が変化する。上記説明した右スピーカ３０から右耳２１までの距離Ｌ１１は、操舵角φにより変化する関数Ｌ１１（φ）で表すことができる。同様に、左スピーカ４０から左耳２２までの距離Ｌ２２は、関数Ｌ２２（φ）で表すことができる。また、右スピーカ３０から左耳２２までの距離Ｌ１２は関数Ｌ１２（φ）、左スピーカ４０から右耳２１までの距離Ｌ２１は関数Ｌ２１（φ）で表すことができる。

関数Ｌ１１（φ）、Ｌ２２（φ）、Ｌ１２（φ）、Ｌ２１（φ）は、位置検出部７０に予め記憶された操舵角φと各距離のテーブル値により算出することができる。あるいは、操舵角φに基づいて各スピーカ３０、４０と右耳２１、左耳２２までの直線距離を３次元的に計算して算出することもできる。

（操舵角φが−９０°から９０°の範囲の場合）
操舵角φが−９０°から９０°の範囲の場合は、上記説明した制御部１００による音像の定位制御において、右スピーカ３０から右耳２１までの距離Ｌ１１、左スピーカ４０から左耳２２までの距離Ｌ２２、右スピーカ３０から左耳２２までの距離Ｌ１２、左スピーカ４０から右耳２１までの距離Ｌ２１を、それぞれ、操舵角φの関数Ｌ１１（φ）、Ｌ２２（φ）、Ｌ１２（φ）、Ｌ２１（φ）として制御すればよい。

（操舵角φが９０°を超える場合）
操舵角φが９０°を超える場合、あるいは、さらに１回転した場合等においては、右チャンネルの音Ｓ３０と左チャンネルの音Ｓ４０の定位が入れ替わることになる。したがって、このように、右チャンネルの音Ｓ３０と左チャンネルの音Ｓ４０の定位が入れ替わるようなステアリングの操作がされた場合は、図１、図５において、右音声信号Ｓ１と左音声信号Ｓ２の入力を入れ替えた状態で、制御部１００による音像の定位制御を行なう。

本発明の実施の形態は、上記示した２つのスピーカに限られず、３以上のスピーカが座席１０の中心線１１を挟んで配置される場合にも適用可能である。すなわち、各スピーカから出力される音のスピーカから乗員の耳までの距離と位相差とを考慮し、右耳、左耳それぞれにおいて、合成音が最大、最小になるように位相差を設定することにより、右チャンネルの音と左チャンネルの音のクロストークが低減あるいは相殺される。これにより、３以上のスピーカの場合においても、耳元に音を定位させることができ、３つ以上のスピーカから出力される音による立体音像が維持されるように制御することができる。

（実施の形態の効果）
本発明の実施の形態によれば、以下のような効果を有する。
（１）本発明の実施の形態に係る音響装置１は、車両５に搭載される音響装置１であって、座席１０に着座した乗員である運転者２０の正面よりも前側において座席１０の中心線１１を挟むように配置された２つのスピーカ３０、４０と、運転者２０と２つのスピーカ３０、４０の相対位置を検出する位置検出部７０と、位置検出部７０で検出された相対位置に基づいて、２つのスピーカ３０、４０から出力される音による立体音像が維持されるように各スピーカから出力される音の特性を制御する制御部１００と、を備えて構成されている。運転者２０と２つのスピーカ３０、４０の相対位置を検出する位置検出部７０を備えているので、ステアリングホイールが回転操作されて乗員（運転者）とスピーカとの相対位置が変化した場合であっても立体音像を維持できる。
（２）位置検出部７０を備えているので、ステアリングホイールが回転操作されて、右チャンネルの音Ｓ３０と左チャンネルの音Ｓ４０の定位が入れ替わる場合においても、乗員（運転者）の耳に定位する立体音像を維持するように制御可能である。
（３）スピーカ３０、４０の指向性を全方位性（無指向性）のものとすることにより、車両５の運転に伴うステアリングホイール８の回転操作時においても、スピーカから出力される音の音像の定位が維持されやすい。
（４）各スピーカは、ステアリングホイール８のスポーク部９に備える構成とすることができ、また、ステアリングホイール８に設けられるスイッチ装置としてのステアリングスイッチ５０、６０に備える構成とすることもできる。各スピーカをステアリングスイッチ５０、６０に備える構成とすることにより、ステアリングホイールに搭載するスイッチ装置において音声報知手段を備えることが可能となり、ステアリングスイッチの機能拡充が可能となる。
（５）制御部１００による音像の定位制御が可能であり、特に、スピーカ３０、４０の指向性を全方位性（無指向性）のものとすることにより、ステアリングホイールに搭載したスピーカからの出力音を乗員（運転者）の耳元に安定して定位させることができる。

以上、本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、これら新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更等を行うことができる。また、これら実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。さらに、これら実施の形態は、発明の範囲及び要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…音響装置、５…車両、７…インストルメントパネル、８…ステアリングホイール、８ａ…中心線、９…スポーク部、１０…座席、１１…中心線、２０…運転者、２１…右耳、２２…左耳、３１…出力軸、３６…音波面、４０…左スピーカ、４１…出力軸、５０、６０…ステアリングスイッチ、７０…位置検出部、１００…制御部、１１０…駆動部、１１５…位相調整回路、１２０…駆動部、１２５…位相調整回路、Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ２１、Ｌ２２…距離、Ｓ１…右音声信号、Ｓ１２…位相調整信号、Ｓ２…左音声信号、Ｓ２１…位相調整信号、Ｓ３０、Ｓ３０ｄ、Ｓ４０、Ｓ４０ｄ…音、α…位相差、θ…指向角度

Claims (4)

1. 車両に搭載される音響装置であって、
   座席に着座した乗員の正面よりも前側において前記座席の中心線を挟むように配置された少なくとも２つのスピーカと、
   前記乗員と前記少なくとも２つのスピーカの相対位置を検出する位置検出部と、
   位置検出部で検出された前記相対位置に基づいて、前記少なくとも２つのスピーカから出力される音による立体音像が維持されるように各スピーカから出力される音の特性を制御する制御部と、
   を備える音響装置。
2. 前記少なくとも２つのスピーカは、ステアリングホイールの中心線に対して対称に配置されている、請求項１に記載の音響装置。
3. 前記少なくとも２つのスピーカは、それぞれのスピーカの出力の指向性が全方位である、請求項１又は２に記載の音響装置。
4. 前記少なくとも２つのスピーカは、ステアリングホイールに設けられるスイッチ装置に備えられている、請求項１から３のいずれか１項に記載の音響装置。

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