JP2684836B2

JP2684836B2 - 車載スピーカシステム

Info

Publication number: JP2684836B2
Application number: JP2269074A
Authority: JP
Inventors: 富士男早川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-10-04
Filing date: 1990-10-04
Publication date: 1997-12-03
Anticipated expiration: 2012-12-03
Also published as: JPH04144398A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、自動車の車室内においてカーステレオな
どによるオーディオ再生を楽しむように構成されている
車載スピーカシステムに関するものである。

［従来の技術］従来、自動車の車室内でカーステレオなどによるオー
ディオ再生をおこなうスピーカシステムにあっては、フ
ロントドアにスピーカを取り付けて、ドア内の容積を利
用して低音再生をおこなうように構成されたものが知ら
れている。このようなスピーカシステムによれば、乗員
にとって前方から聞こえる自然な低音を再生できる利点
がある。

しかし、フロントドアにはドア内部の機構部品や電気
部品の修理、保守作業をおこなうための作業用開孔が設
けられているので、重低音域ではスピーカの後方に放射
される逆位相の音波がドア内部の空間を伝わって作業用
開孔から漏れ出し、スピーカの前方に放射された音波を
打ち消すように働き、重低音を良好に再生することがで
きない。

とくに、上記作業用開孔は作業性を重視して、スピー
カの近傍やドアの中央部に設けられているので、音波の
打ち消しを生じやすい傾向が強く、また、作業用開孔を
塞いで密閉キャビネットとすると、ドア内部の容積が小
さくなり、重低音の再生が困難となる。

［発明が解決しようとする課題］従来の車載スピーカシステムは以上のように構成され
ているので、作業用開孔を塞ぐ必要があり、また、鉄板
などで塞いだ場合はドア内部の容積が小さくなって、十
分な重低音が得られないなどの問題があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになさ
れたもので、自動車のドアを有効に利用して重低音を良
好に再生することができる車載スピーカシステムを提供
することを目的とする。

［課題を解決するための手段］この発明に係る車両用音響装置は、自動車におけるド
アの車内側の壁面に設けたスピーカと、ドア内部に形成
された修理保守作業用空間であり且つスピーカ背面から
ドアの内側に放出された音波の共振空間となるドアの内
部空間と、ドアの車内側の壁面に形成された開孔部を塞
ぐ状態で取り付けられドア内部空間の音圧を受けて振動
する低音振動板とを備えたものである。

とくに、複数の振動板を設けて、これら複数の振動板
の共振周波数を互いに異なるように設定することが好ま
しい。

［作用］この発明によれば、修理保守作業用空間であり且つス
ピーカ背面からの音波の共振空間となるドアの内部空間
を備え、ドアの限られたスペースを有効に利用すること
ができる。また、振動板がスピーカ背面からドアの内部
に放射された音波によって振動し、この振動がドア内部
の空気ばね、振動板の等価質量、振動板支持系のコンプ
ライアンスで決まる共振周波数で最も大きくなり、重低
音域の音圧が増加されることになる。

とくに、複数の振動板の共振周波数を互いに異なるよ
うに設定しておくことにより、振動板にかかる背圧が大
きくなり、重低音の放射効率が高められる。

［発明の実施例］以下、この発明の一実施例を図面にもとづいて説明す
る。

第１図はこの発明の一実施例による車載スピーカシス
テムで、自動車におけるフロントドアの外観図、第２図
は第１図のII−II線に沿った断面図であり、後記する低
音振動板がスピーカの真横にある例を示している。

第１図において、（１）はフロントドア胴体、（２）
はスピーカ、（３）は振動板（以下、低音振動板と称
す）で、上記フロントドア胴体（１）の車内側の壁面
（1A）に形成されている作業用開孔部の１つを閉塞する
状態で上記壁面（1A）に取り付けられている。つまり、
作業用開孔部の塞ぐ板を兼用する状態に低音振動板
（３）が取り付けられている。（４）は空気漏れのない
ように閉塞された他の作業用開孔部である。

上記低音振動板（３）は、たとえば振動板とそれを支
持するエッジとから構成されており、上記振動板用の材
料は、一般のスピーカ用振動板として用いられているも
のと同様に、空気漏れの少ない材質、例えば紙、カーボ
ングラファイト、ハニカム構造のアルミニュウム膜など
が適し、また上記エッジ用の材料は、同じくスピーカ用
と同様の材質で空気漏れの少ないもの、例えば樹脂を含
浸させた紙、ゴムなどが適している。

つぎに、上記した構成の動作について説明する。

フロントドア胴体（１）に取り付けられたスピーカ
（２）から放射される音波は、このスピーカ（２）の振
動板前方、つまりドア外部に放射される音波と、スピー
カ（２）の振動板後方、つまりドア内部に放射させる音
波とに大別されるもので、両者の音波は逆位相である。

上記ドア内部に放射された音波はドア内部空間（1B）
を伝播して低音振動板（３）に達し、この低音振動板
（３）を振動させる。このとき、極めて低い周波数では
ドア内部の音波と低音振動板（３）による振動板とは同
位相であり、したがって、低音振動板（３）から放射さ
れる音波とスピーカ（２）から直接放射される音波とは
逆相で、打ち消しあうことになる。

しかし、周波数が上昇してゆくにつれ、ドア内部のコ
ンプライアンスによってドア内部の音波と低音振動板
（３）による振動板との間に位相差が生じて、振幅が徐
々に大きくなり、ドア内部のコンプライアンス、低音振
動板（３）の等価質量、コンプライアンスによって決ま
る共振周波数で最も大きくなる。このとき、低音振動板
（３）から放射される音波はスピーカ（２）から放射さ
れる音波とほぼ同相になり、音圧が加算される。なお、
上記共振周波数よりさらに上方の帯域では低音振動板
（３）の振幅は徐々に小さくなり、音圧の増加に寄与し
なくなる。

このような動作は第３図および第４図に示す等価回路
で表わされる。

第３図および第４図において、ｍcは振動板とボイス
コイルの質量、ｃsは支持体のコンプライアンス、ｒsは
支持体の機械抵抗、ｍaは空気負荷の質量、ｒaは空気負
荷の機械抵抗、ｃvはドア内部のコンプライアンス、ｍi
は低音振動板（３）の質量と空気負荷の質量を加えた等
価質量、ｒpは低音振動板（３）の支持体の機械抵抗、
ｃpは低音振動板（３）の支持体のコンプライアンス、
ｆmはボイスコイルに生じる駆動力である。

以下では、第３図における等価回路の機械抵抗ｒpが
小さいので、この機械抵抗ｒpを零として説明する。

まず、低音振動板（３）から放射される音波とスピー
カ（２）から放射される音波が打ち消しあい、音圧が最
も小さくなる周波数ｆdは、ただし、と表わされる。

低音振動板（３）から放射される音圧が最も大きくな
る周波数ｆpは、と表わされる。したがって、下限周波数ｆpまでは低音
振動板（３）から放射された音波とスピーカ（２）から
放射された音波が同相で加算されて、大きい音圧で再生
することができる。

つぎに、自動車ドアを例にとって低音振動板（３）の
パラメータ決定について説明する。

一般に、自動車ドアにあっては、ドア形状がほぼ定め
られた形状をしており、内容積を任意に選択することが
できないため、内容積に適した低音振動板（３）を決め
ることになる。上記（３）式の内では等価質量ｍiとコ
ンプライアンスｃpを求めることになる。

（３）式を変形すると、となる。

一方、（４）式の等価質量ｍiは低音振動板（３）の
質量をｍp、低音振動板（３）の面積と等しい円の半径
をｂとすると、下記の（５）式で表される。

ｍi＝ｍp＋（16/3）ρ₀ b³ …（５）ここで、ρ_０は空気密度である。

上記（４）式の等価質量ｍiは主にスピーカ（２）の
定数とドア内容積および設定したい下限周波数で定ま
る。（４）式をスピーカ定数を用いて書き換えると、 m₀:スピーカの等価質量、 f₀:スピーカの最低共振周波数、 S₀:スピーカ支持系のスチッフネス、 a:スピーカの振動板半径、Ｓv：ドア容積Vcのスチッフネス、Ｓp：低音振動板支持系のスチッフネス、 c:音速、 ρ₀:空気密度、口径16cmのスピーカを例に示す。スピーカ定数は下記
（９）式である。

実効振動半径ａ＝6.5cm 等価質量 m₀＝7.0g 最低共振周波数 f₀＝70Hz …（９）振動系のＱ Q₀＝0.7 ドア容積Vc＝54とすると、（７）式からＳv＝460.1 （s/m） …（10）低音振動板（３）のスチッフネスがスピーカ支持系の
スチッフネスと同じ支持材を使い、下限周波数ｆpを50H
zとすると、ｍi≒0.0184（Kg） …（11）低音振動板（３）の面積を第１図における作業用開孔
30cm×15cmと同じにすると、同面積円の半径ｂ 12cmと
なり、（５）式からｍi≒ｍp＋0.0112（kg） …（12）となる。

ここで、低音振動板（３）の質量ｍpを約7.2gと選択
すると、（11）式と（12）式の等価質量ｍiが等しくな
り、ドア容積とスピーカ（２）に適した低音振動板
（３）を決めることができる。

この場合における振動板材料はやや軽いコーン紙、発
泡スチロールなどがあり、錘を取り付けて調整する。

第５図および第６図はこの発明の他の実施例による車
載スピーカシステムで、第５図は自動車におけるフロン
トドアの外観図、第６図は第５図のVI−VI線に沿った断
面図であり、同図において、第１図および第２図に示す
実施例と相違する点は、低音振動板として２つの低音振
動板（3a），（3b）がフロントドア胴体（１）の車内側
の壁面（1A）に形成されている作業用開孔部をそれぞれ
閉塞する状態で上記壁面（1A）に取り付けられた点であ
り、その他の構成は上記実施例と同一であるため、該当
部分に同一の符号を付して、それらの説明を省略する。

上記低音振動板（3a），（3b）は車載スピーカからボ
イスコイルやマグネットなどの磁気回路を取り除き、振
動板および振動板支持系だけを持つものであり、したが
って、新たに作業用開孔部に合った形状の低音振動板を
開発する必要がなく、安価に構成することが可能であ
る。

また、両低音振動板（3a），（3b）は同じ等価質量、
コンプライアンスを持ち、近接し取り付けられる。これ
ら低音振動板（3a），（3b）が有効に作用する低音域で
は１波長が3m以上で、ドア寸法の３倍以上ある。このと
き、フロントドア胴体（１）の左右端、上下端および対
角方向端部の間ではドア内部に放射された音波によって
音圧差が生じる。反面、ドア中央部の近接した位置間で
は音圧差が小さく、口径10cm〜30cm程度の低音振動板
（3a），（3b）を近接して取り付けた場合、その中心距
離は5cm〜40cm程度で、１波長より十分に小さく、近接
した低音振動板（3a），（3b）は単一の低音振動板と同
じように動作し、上記実施例の場合と同様の効果が得ら
れる。

第７図および第８図はこの発明のもう１つの実施例に
よる車載スピーカシステムで、第７図は自動車における
フロントドアの外観図、第８図は第７図のVIII−VIIIに
沿った断面図である。この実施例では、第５図および第
６図に示す実施例と同様に、複数の低音振動板（3A），
（3B）を用い、かつ、各振動板（3A），（3B）の共振周
波数をそれらの設置位置によって変えたものであり、ま
た、この実施例では低音振動板（3A），（3B）がスピー
カ（２）の真横および真上にそれぞれ設置された場合に
ついて説明している。

この実施例における動作は一方の低音振動板（3A）に
関して第９図および第10図に示す等価回路で表わされ
る。

同図において、miaは低音振動板（3A）の質量と空気
負荷質量を加えた等価質量、r paは低音振動板（3A）の
支持体の機械抵抗、c paは低音振動板（3A）の支持体の
コンプライアンス、ｍcは振動板とボイスコイルの質
量、ｃsは支持体のコンプライアンス、ｒsは支持体の機
械抵抗、ｍaは空気負荷の質量、ｒaは空気負荷の機械抵
抗、ｃvはドア内部のコンプライアンス、ｆmはボイスコ
イルに生じる駆動力である。

低音振動板（3B）に関しては、等価質量mib、機械抵
抗rpb,コンプライアンスcpbと置き換えると、第９図と
同様の等価回路となる。

このように共振周波数の異なる低音振動板（3A），
（3B）の両方が存在する場合、両低音振動板は並列接続
に相当し、等価質量はm ia・m ib/（m ia＋m ib）、コ
ンプライアンスは（c pa＋c pb）となり、各低音振動板
（3A），（3B）から放射される音圧が最も大きくなる周
波数f pa,f pbは、と表わされ、その合成周波数ｆpは、と表わされる。したがって、上記した下限周波数f pa,f
pbまでは各低音振動板（3A），（3B）から放射される
音波とスピーカ（２）から放射された音波が同相で加算
されて、大きい音圧で再生することができる。

なお、３個以上でも同様に並列接続と考えられる。

（15）式を自乗してここでと置くと、周波数ｆpは、と表わされる。低音振動板（3A），（3B）の共振周波
は、それぞれであるから、（16）〜（18）式から低音振動板が２個の
場合のｆpを求めることができる。

つぎに、自動車におけるドアの音圧特性をもとに共振
周波数ｆa、ｆbの例を説明する。

第11図は2000ccクラスの自動車におけるフロントドア
内部の音圧を境界要素法を用いて数値解析して求めた音
圧特性グラフである。

同図において、縦軸は低音振動板の取り付ける前の作
業用開孔面での音圧を示している。

また、同図において、実線は低音振動板（3B）位置に
おける開孔面上の音圧、×印の鎖線は低音振動板（3A）
位置における開孔面上の音圧であって、開孔面上の音圧
がドア内部の形状によって大きく変化していることを示
しており、また、開孔の位置による違いも大きい。

上記低音振動板（3A）の位置の音圧は150Hzにディッ
プがあり、120Hzでは低音振動板（3B）の位置の音圧よ
り約7dB音圧が小さい。このとき、120Hzでは両低音振動
板（3A），（3B）にかかる背圧に同程度の違いがでる。
低音振動板からの音波放射が最も大きくなる周波数ｆp
を上記（17）式で設計する場合、両低音振動板（3A），
（3B）の共振周波数をともに120Hzに選ぶと、低音振動
板（3A）にかかる背圧が小さく低音放射の効率が悪くな
る。

しかし、例えば低音振動板（3A）の共振周波数を20〜
80Hzのあいだ、低音振動板（3B）の共振周波数をそれよ
りも高い90〜140Hzのあいだから選んで合成周波数ｆpを
決めると、低音振動板（3A）にかかる背圧を大きくする
ことができ、低音の放射効率が良い。また、両方の背圧
がほぼ等しくなるので、合成された周波数ｆpはほぼ設
計値に近くなる。

車載用では、低音振動板の共振周波数を任意に設定す
ることは困難であるが、上記した程度であれば、車載可
能なスピーカ口径、車載用音響材料を用いて実現でき、
振動板の選択は既述（１）〜（３）式および（13）〜
（18）式を用いてできる。

自動車の車室内では、車室自身のサイズ、形状による
共鳴現象で低音域にピークディップが生じる。この場
合、低音振動板の共振周波数ｆpをディップが生じた周
波数に一致させると、より一層効果的である。

また、第11図にはスピーカと対角方向に開孔がある場
合の音圧特性を一点鎖線で示している。この音圧特性は
低音振動板（3B）の特性に近く、この開孔位置は第７図
の作業用開孔部（４）に相当する。作業用開孔部（４）
を第３図の低音振動板として用いる場合、第11図の例で
はその共振振動数ｆcを低音振動板（3B）と同じ値に設
定すれば良いことがわかる。

したがって、各々の低音振動板の共振周波数を、ｆa＝20〜80Hz,fb＝90〜140Hz,fc＝90〜140Hzと選ぶこ
とにより、上述と同様の効果が得られる。

［発明の効果］以上のように、この発明によれば、修理保守作業用空
間であり且つスピーカ背面からの音波の共振空間となる
ドアの内部空間と、ドアの車内側の壁面に形成された開
孔部を塞ぐ状態で取り付けられドア内部空間の音圧を受
けて振動する低音振動板とを備えたので、自動車のドア
を有効に利用して重低音を良好に再生することができ
る。

とくに、共振周波数の異なる複数の振動板を使用する
ことにより、振動板にかかる背圧を大きくして、重低音
の放射効率を高め、一層音圧の大きい重低音再生をおこ
なえる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による車載スピーカシステムの一実施
例を示す外観図、第２図は第１図のII−II線に沿った断
面図、第３図は等価回路図、第４図はその断面図、第５
図はこの発明の他の実施例を示すもので、二つの低音振
動板を用いた場合の外観図、第６図は第５図のVI−VI線
に沿った断面図、第７図はこの発明のもう１つの実施例
を示すもので、共振周波数の異なる二つの低音振動板を
用いた場合の外観図、第８図は第７図のVIII−VIII線に
沿った断面図、第９図は第７図の等価回路図、第10図は
その断面図、第11図は音圧特性を示すグラフである。（１）……フロントドア胴体、（２）……スピーカ、（３），（3A），（3B）……低音振動板、（４）……作
業用開孔部。なお、図中の同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】自動車におけるドアの車内側の壁面に設け
たスピーカと、上記ドア内部に形成された修理保守作業
用空間であり且つスピーカ背面からドアの内側に放出さ
れた音波の共振空間となるドアの内部空間と、上記ドア
の車内側の壁面に形成された開孔部を塞ぐ状態で取り付
けられ上記ドア内部空間の音圧を受けて振動する低音振
動板とを備えたことを特徴とする車載スピーカシステ
ム。
【請求項２】自動車におけるドアの車内側の壁面に設け
たスピーカと、上記ドア内部に形成された修理保守作業
用空間であり且つスピーカ背面からドアの内側に放出さ
れた音波の共振空間となるドアの内部空間と、上記ドア
の車内側の壁面に形成された開孔部を塞ぐ状態で取り付
けられ上記ドア内部空間の音圧を受けて振動する複数の
低音振動板とを備え、上記複数の低音振動板の共振周波
数を互いに異なるように設定したことを特徴とする車載
スピーカシステム。