JP2010245890A - 車載用スピーカ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スピーカ部の設置場所を最適化して、被聴者の耳にスピーカ部からの直接音が入るようにし、かつ左右対のスピーカ部の音圧差を低減して音質向上を図る。
【解決手段】車載用スピーカ装置は、左右対のスピーカ部１０を運転席および助手席よりも前方で、かつ各ウインドウの下端を基準として上下７．２５ｃｍの制限範囲６に収まる高さに設置し、かつスピーカ部１０からの直接音が被聴者の耳に入るようにスピーカ部１０の向きを設定するため、特別な構造のスピーカ部を用いなくても、左右の音圧差を軽減でき、また直接音が被聴者９の耳に確実に入るようになり、音質向上が図れる。
【選択図】図１

Description

本発明は、乗用車等の車内に設置される複数のスピーカ部を備えた車載用スピーカ装置に関する。

乗用車等の車内は、空間が限られている上に、シートやダッシュボード、コンソールボックスなどが所狭しと置かれており、音楽の再生には決して良好な環境とはいえない。

その一方で、車内で音楽を楽しむ者も数多く存在し、大口径のスピーカや多チャネルのスピーカを用いた本格的な車載用オーディオシステムも普及している。

車内におけるスピーカの設置場所としては、ドアの下部に１５ｃｍ前後の比較的大きな口径のスピーカを設置する例や、ダッシュボードの上面や下部、あるいはリヤウインドウの下端部周辺にスピーカを設置する例などが知られている。ダッシュボードの上面にスピーカを設置して、スピーカ前面を上方に向ける場合は、フロント・ウインドウでの反射音を積極的に利用することを前提としている（特許文献１参照）。

この他、ドアの上部に、高域補償用のスピーカを設置する例や、特定周波数領域（例えば中域）の強調のためにダッシュボードにセンタースピーカを設置する例や、ウインドウの間のピラーにスピーカを設置する例なども提案されている（特許文献２参照）。

また、座席下等に小口径のスピーカを設置して、床面等のバッフル効果を利用して音圧向上を図る例が提案されている（特許文献３参照）。

特許第２８９０７６４号公報 実開昭６３−１３７０４５号公報 特開２００６−５７１８号公報

特許文献１のように、ダッシュボードの上面に略平行にスピーカの前面を設置すると、車内の人間の耳にはスピーカからの直接音ではなく、フロント・ウインドウで反射された反射音が入るため、音質があまりよくないという問題がある。ドアやダッシュボードの下部にスピーカを設置した場合も同様の問題がある。

また、特許文献２のように、ピラーにスピーカを設置した場合も、スピーカが設置される高さによっては、車内の人間の耳に直接音が入らない可能性があり、良質の音が得られる保証はない。

さらに、特許文献３の場合も、音圧は向上できるものの、直接音が車内の人間の耳に入らないため、やはり音質向上は図れない。

本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、スピーカ部の設置場所を最適化して、被聴者の耳にスピーカ部からの直接音が入るようにし、かつ左右対のスピーカ部の音圧差を低減して音質向上を図った車載用スピーカ装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様は、フロント・ウインドウ、サイド・ウインドウおよびリヤ・ウインドウの少なくとも一つの下端部を基準として上下７．２５ｃｍの制限範囲に収まる高さに設置される複数のスピーカ部を備え、
前記複数のスピーカ部のうち、少なくとも左右対となる２個のスピーカ部は、運転席および助手席よりも前方に設置され、
少なくとも運転席および助手席に着座した被聴者の耳に前記２個のスピーカ部からの直接音が入るように、前記スピーカ部の向きが設定されることを特徴とする車載用スピーカ装置を提供するものである。

本発明によれば、スピーカ部の設置場所を最適化するため、被聴者の耳にスピーカ部からの直接音がより多く入るようになり、かつ左右対のスピーカ部の音圧差も低減されて、結果として音質が向上する。

（ａ）は本発明の実施形態に係る車載用スピーカ装置の設置場所を説明する図、（ｂ）は車両の外観図。 運転席に着座した被聴者を横から見た図。 １５０ｃｍ〜１９０ｃｍの範囲の身長を５ｃｍごとに分類して、図２のＡ〜Ｅを計算した結果を示す図。 身長１５０ｃｍと身長１９０ｃｍで、図２のＤとＥの長さを比較した図。 共通部分Ｆを模式的に示した図。 車内を後部座席側から斜め前方を眺めた鳥瞰図。 ダッシュボード８の上面にスピーカ部１０を立てて設置した例を示す図。 （ａ）はスピーカ部１０の正面にマイク１１を配置した例を示す図、（ｂ）はマイク１１とは９０度異なる方向にスピーカ部１０の前面を配置した例を示す図。 図８の音圧測定結果を示すグラフ。 （ａ）はエッジ可動部最外径が４０ｍｍのスピーカ部１０の音圧周波数特性を示すグラフ、（ｂ）は１６ｃｍ口径のスピーカ部１０の音圧周波数特性を示すグラフ。 左右対のスピーカ部１０それぞれの一例を示す鳥瞰図。 図１１のスピーカ部１０の音圧周波数特性を示すグラフ。 車内のスピーカの配置を示す図。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について、詳細に説明する。

図１（ａ）は本発明の実施形態に係る車載用スピーカ装置の設置場所を説明する図である。図１（ｂ）は車両１の車内のフロント・ウインドウ２、サイド・ウインドウ３およびリヤ・ウインドウ４を展開した展開図である。

本実施形態のスピーカ装置は複数のスピーカ部を備えており、このうちの少なくとも左右対となる２個のスピーカ部は、運転席および助手席よりも前方の車室内に設置され、より具体的には、フロント・ウインドウ２、サイド・ウインドウ３およびリヤ・ウインドウ４の少なくとも一つの下端部５を基準として上下７．２５ｃｍの制限範囲に収まるように車内に設置されている。図１（ａ）では、この制限範囲６を破線で表している。

図１（ａ）に示すように、各ウインドウの下端部５の位置は、必ずしも同じ高さではない。このため、制限範囲６も上下に多少変化する。ただし、本実施形態では、この制限範囲６ぎりぎりの口径のスピーカを設置することは想定しておらず、エッジ可動部最外径が４０ｍｍ程度の小口径のスピーカ部を設置することを念頭に置いている。このため、制限範囲６が上下に多少変化しても、それに合わせてスピーカ部の設置高さを変える必要は必ずしも生じない。すなわち、本実施形態における左右対のスピーカ部は、運転席および助手席よりも前方の範囲で、かつ上記制限範囲６内に収まる高さであれば、設置場所についてはある程度自由度を持たせている。

ここで、オーディオにおけるステレオ再生の基本を説明すると、一対のスピーカの中心線上で試聴し、一対のスピーカに同一音量の音を加えたとき、試聴者の耳に同一の音圧が得られることが望ましい。

被聴者の耳に入る、左右対のスピーカ部の音圧差が大きいほど、音像が再現しにくくなり、被聴者は良質の音とは感じられなくなる。音圧差をできるだけ小さくするには、左側のスピーカ部と被聴者との距離と、右側のスピーカ部と被聴者との距離が同じであることが必要である。

音圧と距離の関係は、距離の２乗に反比例して音圧が下がることがわかっている。これを踏まえて車室内に当てはめて考えると、被聴者は運転席だけでなく、助手席に着座する場合もあるため、どちらの席に着座しても、左右対のスピーカ部の音圧差ができるだけ小さい方が望ましい。

また、左右の席で同程度の音質で音が聞けるようにするには、車両の中心から左右対称にスピーカを配置するのが望ましい。

このことから、被聴者と左右のスピーカの距離は同じにはならないが、できるだけ左右の距離の差が少ないほうが音圧差が小さくなって望ましいことになる。

以下、本実施形態が、図１（ａ）のような制限範囲６を設ける理由を詳述する。図２は運転席に着座した被聴者を横から見た図である。

図２の水平線５はサイド・ウインドウ３の下端部を示している。

まず、身長と人間の胴体各部の長さの比率との関係を、１６５ｃｍの身長の人間を対象に算出し、その比率に基づいて、１５０ｃｍ〜１９０ｃｍの人間について胴体各部の長さを算出する。

１６５ｃｍの身長を対象として胴体各部の長さを測定し比率を算出すると、以下の通りとなる。
身長に対する座高Ａの比率は６／１１であり Ａ＝身長×６／１１となる。
座高に対する頭頂部から耳元までの長さＢは、Ｂ＝Ａ／６となる。
座高に対する耳元から肩口までの長さＣは、Ｃ＝Ａ／６となる。
座高に対する肩口から胸元までの長さＤは、Ｄ＝２Ａ／９となる。
座高に対する胸元から座面までの長さＥは、Ｅ＝４Ａ／９となる。

図３は、１５０ｃｍ〜１９０ｃｍの範囲の身長を５ｃｍごとに分類して、上記Ａ〜Ｅを計算した結果を示す図である。

図４は、身長１５０ｃｍと身長１９０ｃｍで、上記ＤとＥの長さを比較した図である。図示のように、上記Ｄの中には、身長１５０ｃｍと身長１９０ｃｍの共通部分Ｆがある。図５は共通部分Ｆを模式的に示した図である。この共通部分Ｆは、以下の（１）式で計算される。
共通部分Ｆ＝（身長１５０ｃｍのＥ）＋（身長１５０ｃｍのＤ）−（身長１９０ｃｍのＥ）
＝８．４８ｃｍ …（１）

車両の座席には、シートリフタが通常設置されており、座面の高さ調整を行うことができる。シートリフタにより上下に±３ｃｍ移動できると仮定すると、上記共通部分Ｆは、以下の（２）式で計算される。
共通部分Ｆ＝（身長１５０ｃｍのＥ＋３ｃｍ）＋（身長１５０ｃｍのＤ）
−（身長１９０ｃｍのＥ−３ｃｍ）
＝１４．４８ｃｍ …（２）

図３に示すように、共通部分Ｆの下限位置の高さは、身長１９０ｃｍのＥ＝約４６ｃｍに等しい。したがって、共通部分Ｆは、標準座面位置から考えると座面から４６ｃｍの高さを下限とし、そこから約１４．５ｃｍの範囲である。

次に、上述した領域Ａ〜Ｅの音環境について検討する。領域Ｅを含んで下方側の領域は、被聴者の耳よりもかなり下方に位置し、スピーカ部からの直接音が被聴者の耳に入りづらくなる。また、シートやコンソールボックスなどの障害物が多く、反射や吸収が多い音になり、良質の音は得られない。

共通部分Ｆは、身長１５０ｃｍでは肩口付近の高さである。これよりも上の領域は、人間の視野に入る可視領域であり、この領域にスピーカ部を設置する場合、車内の空きスペースの関係から、ウインドウの間のピラーか天井に限られる。

ここで、領域Ｄ及び領域Ｄよりも上方にスピーカ部を取り付けた場合の音響特性について検証する。図６は車内を眺めた鳥瞰図である。図２および図６では、スピーカ部の設置場所として、ａ，ｂ，ｃ，ｄの４種類を想定している。図６では、左右対のスピーカ部の位置を（ａ，ａ’）、（ｂ，ｂ’）、（ｃ，ｃ’）、（ｄ，ｄ’）としている。ａはフロント・ウインドウ２と天井との境界位置であり、領域Ｂより上において運転席及び助手席の前方にて最も左右の距離差が小さくなる位置を想定している。ｂはフロント・ウインドウとサイド・ウインドウの間のピラーの中央位置である。図２の領域Ｂ及び領域Ｃは、ピラー７以外はフロント・ウインドウやサイド・ウインドウで占められており、スピーカ部を設置できるのはピラー７の中央部以外には存在しない。

スピーカ部は運転席および助手席よりも前方側で、車内の左右対称の位置に設置されるが、運転席や助手席は、左右の片側に偏って配置されるため、運転席や助手席で音圧差が小さくなるのは、運転席や助手席からの距離ができるだけ長い領域、具体的には、天井部分か、ウインドウ間のピラーと天井との境界付近である。

例えば、図２のａとｂは、一方のスピーカ部が運転手の耳に近い位置に配置されるため、左右対のスピーカ部の距離差が大きくなり、音の再現性はよくない。

図２のｃ及びｄは、サイドウィンドウやフロントウィンドウの下端部であり、この周辺は、スピーカ部を設置するスペースがあるため、スピーカ部の設置が容易である。

サイドウィンドウの下端部ｃは、サイドウィンドウ側では、運転手の耳との距離を最も長く取れる位置であり、ｃであれば、左右対のスピーカ部の距離差を小さくでき、音圧差も小さくできる。

一方、フロントウィンドウの下端部ｄには、左右対のスピーカ部を設置するスペースが十分にあり、また、運転手の耳との距離も長く取れる。実際には、ｃよりもｄの方が運転手の耳との距離が長くなるため、左右対のスピーカ部の距離差をより小さくできる。

以上をまとめると、図２の｜ａ’−ａ｜＞｜ｂ’−ｂ｜＞｜ｃ’−ｃ｜＞｜ｄ’−ｄ｜の順で、被聴者とスピーカ部との距離差が小さくなる。すなわち、ａ＞ｂ＞ｃ＞ｄの順で音圧差が小さくなる。

上述したように、左右の音圧差が小さい方が、被聴者は良質の音を得ることができるため、図２のａ〜ｄの中では、ｄが最も音の再現性がよく、次にｃである。ｃもｄも、図６の領域Ｄの範囲内に位置する。

図２のＤは、被聴者の肩口から胸元までの長さであり、通常の車両は、Ｄの中心線の高さがウインドウの下端部とほぼ一致している。上述したように、被聴者の背の高さによって、Ｄの長さも変化し、１５０cm〜１９０cmの範囲の身長を念頭に置いた場合、Ｄの共通部分は、座面から４６cmの高さを下限とする、１４．５cmの範囲内である。すなわち、身長が変化しても、上記１４．５cmの範囲内はＤの共通部分である。したがって、この１４．５cmの範囲内の中心線の高さにウインドウの下端部が位置するとみなせる。

本実施形態では、ウインドウの下端部を基準として、上下７．２５cmの範囲を、図１（ａ）の破線で示す制限範囲６としている。この上下７．２５cmの範囲を制限範囲６とする理由は、被聴者の耳とスピーカ部との距離を比較的大きく確保できて、左右対のスピーカ部の音圧差を小さくできるためである。仮に耳に最も近い領域ＢやＣを制限範囲６とすると、被聴者の耳とスピーカ部との距離が短くなり、上述したように、左右対のスピーカ部の音圧差が大きくなって、良質の音が聴けなくなる。

被聴者の耳とスピーカ部との距離を大きくするという点では、領域Ｄよりも領域Ｅにスピーカ部を設置する方が望ましいが、領域Ｅは、被聴者の耳よりもかなり下方にあり、今度はスピーカ部からの直接音が被聴者の耳に入りづらくなる。

このように、左右対のスピーカ部の音圧差を小さくしつつ、スピーカ部からの直接音をより多く聴けるようにするという両方の要求を満足する高さとして、本実施形態では、ウインドウの下端部を基準とする上下７．２５cmの範囲を、スピーカ部を設置可能な制限範囲６として選択した。

ただし、制限範囲６内であっても、ダッシュボードの上面に略平行にスピーカ部の前面を形成したとすると、スピーカ部からの音は上方に放射されてフロント・ウインドウ２で反射されて、その反射音が被聴者の耳に入ることになる。これでは、直接音が被聴者の耳に入らないことになり、音質の向上は望めない。

そこで、図７のようにダッシュボードの上面にスピーカ部１０を設置する場合は、ダッシュボードの上面方向から傾けてスピーカ部１０の前面を配置するのが望ましい。これにより、スピーカ部１０からの直接音が被聴者の耳に入る割合が多くなる。

図７はダッシュボード８の上面にスピーカ部１０を立てて設置した例を示しているが、これは一例にすぎない。例えば、ダッシュボード８に凹部を形成して、この凹部にスピーカ部１０の少なくとも一部を斜めに埋め込んで、スピーカ部１０がダッシュボード８の上面から上に突出しないようにしつつ、スピーカ部１０からの直接音が被聴者９の耳に入るようにしてもよい。

スピーカ部１０の前面をダッシュボード８の上面方向から傾けるということは、スピーカ部１０の前面とダッシュボード８の上面を面一にできないことになるが、本実施形態では、後述するように小口径のスピーカ部１０を用いることを念頭に置いているため、スピーカ部１０がダッシュボード８のデザイン的な統一感や美観を損ねる要因にはならないと考える。

なお、スピーカの設置場所は、必ずしもダッシュボード８の上面には限られない。例えば、図２および図６の位置ｃ，ｃ’に示すように、フロント・ウインドウ２とサイド・ウインドウ３の間のピラー７の根元付近に設けてもよい。この場合は、左右対のスピーカ部１０は、ピラー７の外表面とスピーカ部１０の前面を面一にしても、被聴者９の耳に直接音を入れることができる。

したがって、スピーカ部１０がピラー７の外表面から突出しなくなり、スピーカ部１０の存在が目立たなくなり、デザイン的にも望ましく、また直接音が耳に届けられる位置であることからスピーカの設置位置としては適切な位置といえる。

本発明者は、スピーカの向きによって被聴者の耳に入る直接音がどのように変化するかを調べるために図８に示す実験を行った。図８（ａ）はスピーカ部１０の正面にマイク１１を配置した例を示す図、図８（ｂ）はマイク１１とは９０度異なる方向にスピーカ部１０の前面を配置した例を示す図である。

図９は図８の音圧測定結果を示すグラフであり、曲線ｃ１は図８（ａ）の特性、曲線ｃ２は図８（ｂ）の特性を示している。

曲線ｃ１は曲線ｃ２よりも、高周波帯域まで音圧が高くなっており、スピーカ部１０の正面にマイク１１を配置すると、より直接音が多くマイク１１に入ることを示している。

図９の結果より、スピーカ部１０を設置する際には、スピーカ部１０の前面ができるだけ被聴者の方向を向くようにスピーカ部１０を設置するのが望ましいことがわかる。

図１０（ａ）はエッジ可動部最外径が４０ｍｍのスピーカ部１０の音圧周波数特性を示すグラフ、図１０（ｂ）は１６ｃｍ口径のスピーカ部１０の音圧周波数特性を示すグラフである。

図１０（ａ）と図１０（ｂ）のそれぞれには、曲線ｃ３，ｃ４，ｃ５が図示されている。曲線ｃ３はスピーカの真正面にマイク１１を配置した例、曲線ｃ４はスピーカの真正面から３０度ずらしてマイク１１を配置した例、曲線ｃ５はスピーカの真正面から６０度ずらしてマイク１１を配置した例をそれぞれ示している。

エッジ可動部最外径が４０ｍｍのスピーカ部１０の場合、１２ｋＨｚ程度までは、０度と３０度のいずれも、音圧を維持している。一方、１６ｃｍ口径のスピーカ部１０の場合、３０度の音圧は４ｋＨｚ付近から０度の音圧と比較して低下し始める。

このように、エッジ可動部最外径が４０ｍｍのスピーカ部１０は、１６ｃｍ口径よりも、広帯域の指向性を有することがわかる。

図１０の結果を受けて、本実施形態では、広帯域の指向性が得られるエッジ可動部最外径が４０ｍｍのスピーカ部１０を用いることにした。なお、エッジ可動部最外径が４０ｍｍ以下のスピーカ部１０であれば、おおむね図１０（ａ）のような音圧周波数特性が得られるため、必ずしもエッジ可動部最外径が４０ｍｍには限定されない。

図１１は左右対のスピーカ部１０それぞれの一例を示す鳥瞰図である。図示のように、各スピーカ部１０は、２個のスピーカ本体１２とパッシブ・ラジエータ１３を備えている。スピーカ部１０を２個備えている理由は、音圧を上げるためと、パワーを増大させるためである。なお、スピーカ部１０の数は２個に限定されず、１個でもよいし、３個以上でもよい。

パッシブ・ラジエータ１３は、低域を補償するためのものである。パッシブ・ラジエータ１３を設ける代わりに、バスレフ方式を採用してもよいし、低域補償を特に行わない密閉型のスピーカ部１０を採用してもよい。

図１２は図１１のスピーカ部１０の音圧周波数特性を示すグラフである。上述したように、左右対のスピーカ部１０は、運転席および助手席よりも前方で、かつ各ウインドウの下端を基準とした上下±７．２５ｃｍの制限範囲６内の高さに設置される。

最近は、３つ以上のスピーカ部１０を利用した多チャネル音響システムを採用することも多い。そこで、本実施形態においても、多チャネル構成にすることが可能である。

その場合、例えば図１３に示すように、上述した左右対のスピーカ部１０の他に、運転席および助手席の脇にあるピラー１４、すなわち、前方サイド・ウインドウ３と後方サイド・ウインドウ３の間のピラー１４にも、左右対のスピーカ部１０を配置してもよい。

この場合、スピーカ部１０の設置高さは、やはり上述した制限範囲６内に設定するのが望ましい。これにより、2列目や3列目に着座した被聴者との左右の距離差をある程度小さくでき、左右の音圧差を比較的小さくできる。

また、制限範囲６内の高さにスピーカ部１０を設置することで、直接音が被聴者の耳に入りやすくなる。

さらに、このピラー１４に設置するスピーカ口径を、エッジ可動部最外径が４０ｍｍ以下にすることで、音圧を広帯域で高く維持でき、音の再現性がよくなる。

図１３に示すスピーカ部１０の配置は一例であり、後方サイド・ウインドウ３とリヤ・ウインドウ４の間のピラーや、後部座席よりも後方側にスピーカ部１０を配置してもよい。

このように、本実施形態では、左右対のスピーカ部１０を運転席および助手席よりも前方で、かつ各ウインドウの下端を基準とした上下±７．２５ｃｍの制限範囲６内の高さに設置し、かつスピーカ部１０からの直接音が被聴者９の耳に入るようにスピーカ部１０の向きを設定するため、特別な構造のスピーカ部１０を用いなくても、左右の音圧差を軽減でき、また直接音が被聴者９の耳に確実に入るようになり、音質向上が図れる。

本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。

すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。

１ 車両
２ フロント・ウインドウ
３ サイド・ウインドウ
４ リヤ・ウインドウ
６ 制限範囲
７ ピラー
８ ダッシュボード
１０ スピーカ部
１１ マイク
１２ スピーカ本体
１３ パッシブ・ラジエータ

Claims (6)

1. フロント・ウインドウ、サイド・ウインドウおよびリヤ・ウインドウの少なくとも一つの下端部を基準として上下７．２５ｃｍの制限範囲に収まる高さに設置される複数のスピーカ部を備え、
   前記複数のスピーカ部のうち、少なくとも左右対となる２個のスピーカ部は、運転席および助手席よりも前方に設置され、
   少なくとも運転席および助手席に着座した被聴者の耳に前記２個のスピーカ部からの直接音が入るように、前記スピーカ部の向きが設定されることを特徴とする車載用スピーカ装置。
2. 前記スピーカ部のエッジ可動部の最外径は４０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の車載用スピーカ装置。
3. 前記スピーカ部は、ダッシュボードと、フロント・ウインドウおよびサイド・ウインドウの間のピラーと、の少なくとも一つに設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の車載用スピーカ装置。
4. 前記左右対となる２個のスピーカ部をダッシュボードの上面に沿って設置する場合には、該スピーカ部の前面を前記ダッシュボードの上面方向から傾けて設置することを特徴とする請求項３に記載の車載用スピーカ装置。
5. 前記左右対となる２個のスピーカ部を前記ピラーに設置する場合には、該スピーカの前面が前記ピラーの外表面から突出しないように設置することを特徴とする請求項３に記載の車載用スピーカ装置。
6. 前方のサイド・ウインドウおよび後方のサイド・ウインドウの間のピラーと、後方のサイド・ウインドウおよびリヤウインドウの間のピラーとの少なくとも一つに、前記２個のスピーカ部とは別個の少なくとも左右対の２個のスピーカ部が設置されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のスピーカ装置。

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