JP2022031960A

JP2022031960A - アクティブノイズコントロール用音響変換装置

Info

Publication number: JP2022031960A
Application number: JP2021205831A
Authority: JP
Inventors: 準一飯田; Junichi Iida
Original assignee: Tohoku Pioneer Corp; Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Tohoku Pioneer Corp; Pioneer Corp
Priority date: 2020-01-16
Filing date: 2021-12-20
Publication date: 2022-02-22
Also published as: JP2020058080A

Abstract

【課題】最低共振周波数の変動を抑制して騒音を効果的に抑制又は除去することができるアクティブノイズコントロール用音響変換装置を提供する。【解決手段】閉空間Ａ２の容積ＶA2がスピーカユニット２の等価コンプライアンス空気容積Ｖasよりも小さいことで、振動板やエッジ、ダンパの動きが抑制され、エッジやダンパの経時的な劣化を抑制することができ、最低共振周波数の変動を抑制し、放射する音の位相を騒音の逆位相からずれにくくし、騒音を効果的に抑制又は除去することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、車両の室内空間に音を放射するスピーカユニットを備えたアクティブノイズコントロール用音響変換装置に関する。

従来、車両周辺の騒音を抑制又は除去するノイズキャンセル装置（アクティブノイズコントロール用音響変換装置）が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された従来のノイズキャンセル装置では、エンジン音や風切り音、タイヤの摩擦音等の騒音と、車種や速度、加速度等の車両の状態と、の関係を予め記憶しておき、車両の状態に応じて騒音と逆位相の音を車両の室内空間に放射することで、騒音を抑制又は除去するように構成されている。

特開２００２－３５１４８８公報

しかしながら、特許文献１に記載された従来のノイズキャンセル装置では、放射する音が騒音と逆位相となるように位相を制御する必要があるものの、スピーカユニットは、最低共振周波数前後において位相が急激に変化するため、スピーカユニットの経時的な劣化によって最低共振周波数が変動すると最低共振周波数付近において騒音の逆位相からずれた音を放射してしまう可能性があった。このように位相がずれた音を放射すると、騒音と打ち消し合わなかったり、却って強め合ったりし、騒音の抑制効果が低減してしまう。

本発明の課題は、最低共振周波数の変動を抑制して騒音を効果的に抑制又は除去することができるアクティブノイズコントロール用音響変換装置を提供することが一例として挙げられる。

前述した課題を解決し目的を達成するために、請求項１に記載の本発明のアクティブノイズコントロール用音響変換装置は、音を放射するスピーカユニットと、前記スピーカユニットを収容し、かつ、前記音のうち少なくとも一部が放射される閉空間を形成するエンクロージャと、を備え、前記閉空間の容積は、前記スピーカユニットの等価コンプライアンス空気容積よりも小さいことを特徴としている。

本発明の実施形態の実施例１に係るアクティブノイズコントロール用音響変換装置を示す概略図である。前記アクティブノイズコントロール用音響変換装置が車両に設けられた様子を示す斜視図である。前記アクティブノイズコントロール用音響変換装置が前記車両に設けられた様子を示す側面図である。前記アクティブノイズコントロール用音響変換装置が放射する音の周波数特性を示すグラフである。実施例２に係るアクティブノイズコントロール用音響変換装置を示す概略図である。前記アクティブノイズコントロール用音響変換装置が車両に設けられた様子を示す側面図である。前記アクティブノイズコントロール用音響変換装置が車両に設けられた様子を示す側面図である。変形例のアクティブノイズコントロール用音響変換装置を示す概略図である。他の変形例のアクティブノイズコントロール用音響変換装置が車両に設けられた様子を示す斜視図である。前記アクティブノイズコントロール用音響変換装置が前記車両に設けられた様子を示す側面図である。

以下、本発明の実施形態を説明する。本発明の実施形態に係るアクティブノイズコントロール用音響変換装置は、車両の室内空間に音を放射するスピーカユニットと、前記スピーカユニットが取り付けられるとともに閉空間を形成する閉空間形成手段と、を有して構成され、前記スピーカユニットは、一方側の面が前記室内空間に音を放射するとともに他方側の面が前記閉空間に音を放射する振動板と、該振動板を支持するエッジと、を備え、前記閉空間の容積は、前記スピーカユニットの等価コンプライアンス空気容積よりも小さいことを特徴とする。

閉空間の容積がスピーカユニットの等価コンプライアンス空気容積よりも小さいことで、閉空間形成手段を備えたアクティブノイズコントロール用音響変換装置において、振動板やその周辺部材（例えばエッジやダンパ等）の動きが抑制され、スピーカユニットの経時劣化を抑制することができる。したがって、最低共振周波数の変動を抑制することができ、放射する音の位相を騒音の逆位相からずれにくくし、騒音を効果的に抑制又は除去することができる。

前記閉空間の容積は、前記等価コンプライアンス空気容積の４０％以上かつ８０％以下であることが好ましい。閉空間の容積が等価コンプライアンス空気容積の８０％よりも大きいと、スピーカユニットの経時劣化を抑制する効果が小さくなってしまう。また、閉空間の容積が等価コンプライアンス空気容積の４０％よりも小さいと、振動板やエッジの動きが抑制され過ぎ、特に低域における音圧が小さくなってしまう。したがって、閉空間の容積を等価コンプライアンス空気容積の４０％以上かつ８０％以下にすることにより、前述のように振動板や周辺部材の経時劣化をより効果的に抑制することができるとともに、低音における音圧を確保することができる。

前記スピーカユニットと前記閉空間形成手段とが組み付けられた状態における最低共振周波数が３０Ｈｚ以上かつ５０Ｈｚ以下であることが好ましい。それにより、例えばエンジン音に含まれる騒音（例えば、４０Ｈｚ～２００Ｈｚ）を効果的に抑制又は除去することができる。一方、最低共振周波数が５０Ｈｚよりも大きいと、低音（例えば、４０Ｈｚ付近）の騒音に対して逆位相の音波を適切に発するように抑制することが困難になり、また、最低共振周波数が３０Ｈｚよりも小さいと、スピーカユニットのコンプライアンス（振動板の動きやすさ）が大きくなってしまい、振動板の周辺部材が劣化しやすくなってしまう。

前記振動板の有効振動口径が１０ｃｍ以上かつ１４ｃｍ以下であり、前記閉空間の容積が５リットル以上かつ７リットル以下であることが好ましい。それにより、アクティブノイズコントロール用音響変換装置全体の寸法を小さくし、車両の適宜な空間を利用して搭乗者の近傍に設置しやすくすることができる。一方、有効振動口径が大きすぎたり閉空間の容積が大きすぎたりすると、このアクティブノイズコントロール用音響変換装置を搭乗者近傍に設置することが困難になってしまう。また、有効振動口径が小さすぎたり閉空間の容積が小さすぎたりすると、このアクティブノイズコントロール用音響変換装置の低音における音圧が小さくなってしまう。なお、有効振動口径とは、スピーカユニットのうち音を放射する際に振動する部分の口径を意味し、典型的には、エッジの内外径の差の２分の１を、振動板の半径に加えたものである。

前記閉空間形成手段は、前記車両の座席の下方に設けられていることが好ましい。それにより、車両の室内空間を有効に利用することができる。

前記閉空間形成手段は、前記車両のダッシュボードに設けられていることが好ましい。それにより、車両の室内空間を有効に利用することができる。

前記閉空間形成手段は、前記車両の床下に設けられていることが好ましい。それにより、車両の床下の空間を有効に利用することができる。

前記閉空間形成手段は、前記スピーカユニットを収容する第１閉空間を形成する第１部材と、前記第１閉空間と連通した第２閉空間を形成する第２部材と、を備え、前記スピーカユニットから前記第１閉空間に放射された音が、前記第２閉空間に放射されることが好ましい。それにより、搭乗者の近傍における設置可能なスペースが小さくても、第１部材を搭乗者の近傍に設けるとともに第２部材を車両の適宜な位置に設けることにより、搭乗者が感じる騒音を抑制又は除去するとともに、閉空間の容積を確保することができる。

前記閉空間形成手段は、前記スピーカユニットを収容する第１閉空間を形成する第１部材と、前記第１閉空間と連通した第２閉空間を形成する第２部材と、を備え、前記閉空間の容積が、前記第１閉空間の容積と、前記第２閉空間の容積と、の合計であることが好ましい。それにより、前述のように搭乗者が感じる騒音を抑制又は除去し、閉空間の容積を確保するとともに、振動板や周辺部材の劣化を抑制することができる。

以下、本発明の実施例について具体的に説明する。なお、実施例２においては、実施例１で説明する構成部材と同じ構成部材及び同様な機能を有する構成部材には、実施例１と同じ符号を付すとともに説明を省略する。

〔実施例１〕
図１は、本発明の実施例１に係るアクティブノイズコントロール用音響変換装置１を示す概略図であり、図２、３は、それぞれ、アクティブノイズコントロール用音響変換装置１を車両Ｃに設けた様子を示す斜視図及び側面図であって、図４は、アクティブノイズコントロール用音響変換装置１の発生音の周波数特性を示すグラフである。

アクティブノイズコントロール用音響変換装置１は、音を放射するスピーカユニット２と、スピーカユニット２が取り付けられる、即ち、スピーカユニット２を収容する閉空間形成手段としてのエンクロージャ３と、を備え、車両Ｃに設けられた制御手段によってスピーカユニット２が制御される。

スピーカユニット２は、図示しない振動板と、振動板を支持する図示しないエッジと、振動板を駆動可能な図示しない磁気回路と、エッジ及び磁気回路を支持する図示しないフレームと、振動板の固有振動を抑制する図示しないダンパと、を備え、振動板の表面が車両Ｃの室内空間Ａ１に音を放射するように構成されている。図示しないが、振動板の裏面が室内空間Ａ１に音を放射するように構成されてもよい。また、振動板の有効振動口径は、例えば１２ｃｍに設定されている。

このようなスピーカユニット２において、振動板の最低共振周波数をＦ_s、振動板の等価質量をＭ_msとすると、振動板の振動しやすさを表すコンプライアンスＣ_msは、以下の式（１）によって算出される。

さらに、空気密度をρ、音速をｃ、振動板の実行振動面積（実際に振動する部分の面積）をＳｄとすると、等価コンプライアンス空気容積Ｖ_asは、以下の式（２）によって算出される。

等価コンプライアンス空気容積Ｖ_asとは、スピーカユニットの振動板の弾性値と、振動板の後方の空気の弾性値と、が等しくなる場合の振動板の後方側の閉空間の容積を意味する。即ち、振動板の後方側に等価コンプライアンス空気容積Ｖ_asよりも小さい閉空間を形成すると、振動板が振動しにくく（サスペンションが硬く）なって低音が小さくなり、等価コンプライアンス空気容積Ｖ_asよりも大きい閉空間を形成すると、振動板が振動しやすく（サスペンションが軟らかく）なって低音が大きくなる。

エンクロージャ３は、密閉された閉空間Ａ２をスピーカユニット２の振動板の裏面側に形成し、閉空間Ａ２は容積Ｖ_A2が等価コンプライアンス空気容積Ｖ_asよりも小さくなるように形成されている。閉空間Ａ２の容積Ｖ_A2は、例えば、等価コンプライアンス空気容積Ｖ_asの５５％であり、６リットルであるものとする。

以上のようなアクティブノイズコントロール用音響変換装置１は、最低共振周波数Ｆ₀（振動板の最低共振周波数Ｆ_Sに略等しい）が例えば４０Ｈｚであり、このアクティブノイズコントロール用音響変換装置１が放射する音の音圧は、図４に実線で示すような周波数特性を有する。ここで、アクティブノイズコントロール用音響変換装置１が制御手段によって制御されない場合に放射する音を発生音とし、発生音の位相は、図４に破線で示すような周波数特性を有する。

車両Ｃに設けられた記憶手段が発生音の位相の周波数依存性を予め記憶しておき、これに基づいて制御手段が位相を制御することで、アクティブノイズコントロール用音響変換装置１は、騒音と逆位相となる打消音を室内空間Ａ１に放射する。ところで、発生音の位相は、図４に示すように最低共振周波数Ｆ₀付近では傾きが大きい。アクティブノイズコントロール用音響変換装置１は、主に最低共振周波数Ｆ₀より大きい周波数（即ち、位相の傾きが大きくない周波数）において音の位相を制御可能である。もし、最低共振周波数Ｆ₀が変動すると、周波数の小さな変化に対する位相の変動が大きくなり、位相の適切な制御が難しくなる。そこで、アクティブノイズコントロール用音響変換装置１においては、スピーカ装置の経時劣化などがあっても出力される音の最低共振周波数Ｆ₀を一定に保つ必要がある。

以下、制御手段による位相制御について具体的に説明する。例えば、劣化していないアクティブノイズコントロール用音響変換装置１の発生音が、４５Ｈｚにおいて騒音の逆位相に対して４５°遅れる場合、制御手段は、あらかじめ４５°だけ進ませるように位相を制御して打消音を放射させる。ここで、最低共振周波数Ｆ₀が小さい方に変動し、４５Ｈｚにおいて位相の遅れが４５°から大きく変動すると、制御手段が位相を適切に制御するのが困難になる。このような場合、打消音が騒音の逆位相からずれてしまい、騒音を抑制するどころか、かえって元の騒音よりも強い音を使用者が聞くことになる場合もある。

一方、本実施例のアクティブノイズコントロール用音響変換装置１では、閉空間Ａ２の容積Ｖ_A2が等価コンプライアンス空気容積Ｖ_asよりも小さいことで、エンクロージャ３を備えることによって振動板やエッジ、ダンパの動きが抑制され、エッジやダンパの経時的な劣化を抑制することができる。従って、最低共振周波数Ｆ₀の変動を抑制することができる。

上記の構成により、予め記憶した発生音の位相の周波数依存性に基づいて制御手段が位相を制御する際に、打消音の位相を騒音の逆位相からずれにくくし、騒音を効果的に抑制又は除去することができる。

さらに、閉空間Ａ２の閉空間Ａ２の容積ＶA2が等価コンプライアンス空気容積Ｖ_asの５５％であることで、振動板やエッジ、ダンパの劣化を抑制することができるとともに、低音が小さくなりすぎないようにすることができる。

また、最低共振周波数Ｆ₀が４０Ｈｚであることで、エンジン音に含まれる低音の騒音を効果的に抑制又は除去することができる。

さらに、振動板の有効振動口径が１２ｃｍであるとともに閉空間Ａ２の容積Ｖ_A2が６リットルであることで、アクティブノイズコントロール用音響変換装置１全体の寸法を小さくし、車両Ｃの適宜な空間を利用して搭乗者の近くに設置することができる。

次に、アクティブノイズコントロール用音響変換装置１の車両への設置位置及び形状について説明する。アクティブノイズコントロール用音響変換装置１は、図２、３に示すように、各座席Ｓの下方及びダッシュボードＤに設けられるとともに、これらの位置に設置可能なように直方体状に形成されている。

上記の構成により、車両Ｃの室内空間Ａ１を有効に利用してアクティブノイズコントロール用音響変換装置１を設置することができる。

〔実施例２〕
実施例２に係るアクティブノイズコントロール用音響変換装置１Ｂでは、図５に示すように、エンクロージャ３Ｂが、スピーカユニット２を収容する第１閉空間Ａ３を形成する第１部材３１と、第１閉空間Ａ３と連通した第２閉空間Ａ４を形成する第２部材３２と、を備える。

スピーカユニット２は、後方の第１閉空間Ａ３に音を放射し、この音がさらに第２閉空間Ａ４に放射される。従って、第１閉空間Ａ３と第２閉空間Ａ４とが閉空間Ａ２を構成する。閉空間Ａ２の容積Ｖ_A2は、前記実施例１と略同様に、等価コンプライアンス空気容積Ｖ_asよりも小さく形成されている。

以上のようなアクティブノイズコントロール用音響変換装置１は、第１部材３１が搭乗者の近傍に設けられるとともに、第２部材３２が車両Ｃにおいて設置スペースを確保しやすい場所に設けられる。例えば、図６に示すように、第１部材３１が搭乗者の足元に設けられるとともに第２部材３２が座席Ｓの下方に設けられてもよいし、図７に示すように、第１部材３１がダッシュボードＤに設けられるとともに第２部材３２が搭乗者から前方に離れた床上に設けられてもよい。

上記の構成により、前記実施例１と略同様に最低共振周波数Ｆ₀の変動を抑制し、騒音を効果的に抑制又は除去することができる。

さらに、第１部材３１を搭乗者の近傍に設けることで搭乗者が感じる騒音を効果的に抑制又は除去することができ、第２部材３２を車両Ｃの適宜な位置に設けることで閉空間Ａ２の容積Ｖ_A2を確保することができる。

なお、本発明は、前記実施例１、２に限定されるものではなく、本発明の目的が達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。例えば、前記実施例１では、アクティブノイズコントロール用音響変換装置１は、シートＳの下方やダッシュボードＤに設置可能な直方体状に形成されるものとしたが、設置場所に応じて適宜な形状を有していればよく、例えば、車両の前後方向に延びる空間に設けられる場合、図８に示すように、アクティブノイズコントロール用音響変換装置１Ｃが所定の長手方向に延びるエンクロージャ３Ｃを備えていてもよい。

また、前記実施例１、２では、アクティブノイズコントロール用音響変換装置１、１Ｂが座席Ｓの下方やダッシュボードＤに設けられるものとしたが、例えば、図９、１０に示すように、アクティブノイズコントロール用音響変換装置１Ｄが車両Ｃの床下に設けられるとともに、スピーカユニット２が搭乗者の足元において音を放射する構成であってもよい。このような構成によれば、床下の空間を有効に利用することができるとともに、搭乗者の付近において音を放射することによって騒音を効果的に抑制又は除去することができる。

また、前記実施例１では、騒音としてエンジン音を例示したが、風切り音やタイヤの摩擦音等の騒音を抑制又は除去する構成であってもよい。さらに、これらの騒音を抑制又は除去するために、車種や速度、加速度等の車両の状態に応じた騒音パターンを予め記憶してもよいし、発生した騒音を検出するとともに騒音に応じた打消音を放射してもよい。

また、閉空間の容積、最低共振周波数、及び、有効振動口径は、閉空間の容積が等価コンプライアンス空気容積よりも小さければ、適宜な値が設定されてもよい。

また、スピーカユニットは、振動板及びエッジを備えていればよく、その他の形状や方式は特に限定されず、騒音に応じた周波数において適宜な音圧で音を発生させることができるものであればよい。

その他、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、且つ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。従って、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部、もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。

１アクティブノイズコントロール用音響変換装置
２スピーカユニット
３エンクロージャ（閉空間形成手段）
３１第１部材
３２第２部材
Ａ１室内空間
Ａ２閉空間
Ａ３第１閉空間
Ａ４第２閉空間
Ｃ車両
Ｓ座席
Ｄダッシュボード

Claims

音を放射するスピーカユニットと、
前記スピーカユニットを収容し、かつ、前記音のうち少なくとも一部が放射される閉空間を形成するエンクロージャと、を備え、
前記閉空間の容積は、前記スピーカユニットの等価コンプライアンス空気容積よりも小さいことを特徴とするアクティブノイズコントロール用音響変換装置。