JP2019054491A - 音響装置 - Google Patents

Abstract

【課題】身長の個人差に関わらず、乗員が感じる音を立体音像とすることが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、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３０、４０から出力される音の特性を制御する制御部１００と、を備え、２つのスピーカ３０、４０は、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した構成とする。【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、車載用立体音響装置において、乗員（運転者）の左右の後方に配置されたメインスピーカ、及び乗員の前方に配置された副スピーカからの出力音によって、立体音像を生成する技術がある（例えば、特許文献１参照）。この音響装置では、例えば運転シートの背もたれ部分の肩部の左側に車両の前方に向けて左スピーカが配置されるとともに、肩部の右側に車両の前方に向けて右スピーカが配置されている。また、副スピーカを、ステアリングコラムの下部やダッシュボードなど、乗員の前方に配置する構成が示されている。

特開２０１０−４３６１号公報

しかし、一般的に、乗員の身長には、個人差が存在する。このため、身長の個人差によって、各スピーカから乗員の耳に到達する音の特性に差が生じ、乗員が感じる音が立体音像とならない可能性があった。

したがって、本発明の目的は、身長の個人差に関わらず、乗員が感じる音を立体音像とすることが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、前記少なくとも２つのスピーカは、前記少なくとも２つのスピーカの指向性が前記乗員の耳に向けて強くなるように配置されている、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、前記座席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車高の方向に広い範囲となるように配置されている、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、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。

本発明の音響装置によれば、身長の個人差に関わらず、乗員が感じる音を立体音像とすることができる。

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、スピーカが直交する方向に指向性を有する場合において、スピーカの指向特性が車高の方向に狭い範囲となるように配置されているＸＹ面における指向特性図であり、図３（ｂ）は、スピーカの指向特性が車高の方向に広い範囲となるように配置されているＸＺ面における指向特性図である。 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、運転者の耳の位置が、座席の車高方向への高さ調整や、座席に着座する運転者の身長の高い低いにより変化することを示す、図２相当の側面図である。

（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、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３０、４０から出力される音の特性を制御する制御部１００と、を備え、２つのスピーカ３０、４０は、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が座席１０の中心線１１を挟んで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、インストルメントパネル７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、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取り付けられており、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取り付けられている。

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、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をやや上向き（Ｘ軸方向）に配置する。右スピーカ３０も同様に、やや上向き（Ｘ軸方向）に配置する。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。

（スピーカの指向特性）
図３（ａ）、（ｂ）で示すスピーカの指向特性は、Ｘ方向とＺ方向の指向特性が異なる場合を示している。図３（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３５のＸ軸上の点３５ａ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３５ｂ、３５ｃの点で規定される開き角を指向角度θ２と定義する。図３（ａ）において、Ｙ方向における指向角度はθ２である。

図３（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θ１と定義する。図３（ｂ）において、Ｚ方向における指向角度はθ１である。指向角度はθ１＞θ２である。

図３（ａ）、（ｂ）からわかるように、指向角度はθ１＞θ２であるので、図３（ａ）、（ｂ）で示すスピーカの指向特性は、Ｚ方向、すなわち、車両５の車高の方向に広い範囲となる。

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θ１と定義する。図４（ａ）において、Ｙ方向における指向角度はθ１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θ１と定義する。図４（ｂ）において、Ｚ方向における指向角度はθ１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θ１であるので、図４（ａ）、（ｂ）で示すスピーカの指向特性は、全方位性を有するものとなる。

（車高の方向に広い指向特性を有するスピーカの配置）
図３（ａ）、（ｂ）で示したスピーカ３０、４０を所定の向きでインストルメントパネル７に配置した場合を、図５に示す。

図５に示すように、図３（ｂ）で示したスピーカ３０、４０の指向角度の大きい方（指向角度θ１）をＺ軸方向、車高の方向として配置する。これにより、指向性が車高の方向に広い範囲となるように配置される。

一方、図３（ａ）で示したスピーカ３０、４０の指向角度の小さい方（指向角度θ２）をＹ軸方向、車幅の方向として配置する。

図５に示すように、運転者２０の耳２１、２２の位置は、座席１０の車高方向への高さ調整や、座席１０に着座する運転者２０の身長の高い低いにより変化する。したがって、スピーカ３０、４０の指向性が車高の方向に広い範囲となるように配置されることにより、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、運転者２０の耳元に音を安定して定位させることができる。

（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。

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、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３０、４０から出力される音の特性を制御する制御部１００と、を備え、２つのスピーカ３０、４０は、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て構成されている。各スピーカの出力軸が乗員（運転者）の耳の方向に向けて配置されているので、スピーカの指向性が乗員の耳に向けて強くなるように構成可能である。
（２）スピーカの指向性が全方位性を有する場合においても、上記のように、各スピーカの出力軸を乗員（運転者）の耳の方向に向けて配置することにより、スピーカの指向性が乗員の耳に向けて強くなるように構成可能である。
（３）スピーカの指向特性がＸ方向とＺ方向の指向特性が異なる場合において、スピーカの指向角度の大きい方（指向角度θ１）をＺ軸方向、車高の方向として配置する。これにより、指向性が車高の方向に広い範囲となるように配置することができる。図５に示すように、乗員（運転者）の耳の位置は、座席の車高方向への高さ調整や、座席に着座する乗員（運転者）の身長の高い低いにより変化する。したがって、スピーカの指向性が車高の方向に広い範囲となるように配置されることにより、スピーカの指向性が乗員の耳に向けて強くなるように構成できる。これにより、乗員（運転者）の耳元に音を安定して定位させることができる。
（４）スピーカからの音を乗員（運転者）の耳元に安定して定位させるには、制御部による音像の定位制御で説明したように、スピーカから乗員（運転者）の耳元までの距離を考慮して位相差を設定する必要がある。スピーカの指向性が車高の方向に広い範囲となるようにスピーカを配置することにより、座席の車高方向への高さ調整や、座席に着座する乗員（運転者）の身長の高い低いによる影響を受けにくく、乗員（運転者）の耳元に音を安定して定位させることができ、乗員の広い身長の範囲において、乗員が感じる音を立体音像とすることができる。

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、１０…座席、１１…中心線、２０…運転者、２１…右耳、２２…左耳、３１…出力軸、３５…音波面、３６…音波面、４０…左スピーカ、４１…出力軸、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、θ１、θ２…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、
   前記少なくとも２つのスピーカは、前記少なくとも２つのスピーカの指向性が前記乗員の耳に向けて強くなるように配置されている、音響装置。
2. 前記少なくとも２つのスピーカは、前記座席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の範囲が車高の方向に広くなるように配置されている、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、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。

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