JPWO2015145611A1 - アクティブノイズコントロール用音響変換装置 - Google Patents
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Abstract
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。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。
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。
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、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している。
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50kHz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。
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Fs、振動板の等価質量をMms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Cms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Vas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Vas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Vas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Vas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VA2が等価コンプライアンス空気容積Vas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VA2は、例えば、等価コンプライアンス空気容積Vas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FS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VA2が等価コンプライアンス空気容積Vas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Vas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VA2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。
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VA2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Vas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VA2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
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
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、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している。
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。
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。
Claims (9)
- 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アクティブノイズコントロール用音響変換装置。 - 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%以下であることを特徴とする請求項1に記載のアクティブノイズコントロール用音響変換装置。
- 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以下であることを特徴とする請求項1に記載のアクティブノイズコントロール用音響変換装置。
- 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を特徴とする請求項1に記載のアクティブノイズコントロール用音響変換装置。 - 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を特徴とする請求項1に記載のアクティブノイズコントロール用音響変換装置。
- 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を特徴とする請求項1に記載のアクティブノイズコントロール用音響変換装置。
- 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を特徴とする請求項1に記載のアクティブノイズコントロール用音響変換装置。
- 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を特徴とする請求項1に記載のアクティブノイズコントロール用音響変換装置。 - 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、の合計であることを特徴とする請求項1に記載のアクティブノイズコントロール用音響変換装置。
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