JP7160761B2 - 車載用ウーファー装置 - Google Patents

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Description

本開示は、主に車載用のウーファー装置に関する。
近年、自動車の車室内における音楽再生の環境は、手軽に高品質な音が楽しめるデジタルコンテンツの普及により、重低音まで再生される機会が多くなってきている。
自動車における車載用ウーファー装置の設置場所としては、車室内に向けて音波を放射することができ、且つ装置を設けるスペースを確保する必要があるため、主にドアの内部、後部座席背面等の車室と荷室（トランク）との仕切部分、及び座席シート下等に限られている。
特に、低音域を再生するウーファーや重低音域を再生するサブウーファー等のスピーカユニットを用いた車載用ウーファー装置は一般的に大型となるため、設置スペースの限られる車両に搭載するには工夫が必要である。
そこで、低音域を再生するウーファー等の車載用スピーカ装置を小型化する技術として、例えば特許文献１が存在する。また、車載用ウーファー装置の設置場所の工夫として、例えば特許文献２が存在する。
特許文献１には、ベントダクトを含む少なくとも１つのヘルムホルツ共鳴器を備えるスピーカ装置の構成が記載されている。
また、特許文献２には、ホイール凹部にスピーカボックスを収容し、収納凹部の床面からボルトを引き出し、ボルトの端部にスピーカボックスの上面側からナットを螺着し、スピーカボックスをホイール凹部内に固定するようにした車載用スピーカの構成が記載されている。
特表２０１３－５０９０４９号公報 特開平７－１３７５８１号公報
しかしながら、特許文献１は、スピーカ装置を固定する構造の開示が無く、例えば、特許文献２のようにスペアタイヤ収容部に当該スピーカ装置を設置する際のヘルムホルツ共鳴器のダクト以外の気密を確保する構造が開示されていない、
また特許文献２は、ヘルムホルツ共鳴器の構造が無く、スピーカ内を区画する構成において、ボルトを挿通する貫通孔の気密構造についての構造が開示されていない。
本開示は、このような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、小型化を図りつつ低音域の再生を実現し、且つスペアタイヤ収容部等へ効率よく設置可能な車載用ウーファー装置を提供することにある。
上記した目的を達成するために本開示に係る車載用ウーファー装置は、磁気回路と前記磁気回路に接続される振動板とを有し、前記磁気回路を電気的に駆動することにより前記振動板を振動させて音波を発生可能なスピーカユニットと、前記振動板の第１面が指向する側であって前記スピーカユニットに接続されるヘルムホルツ共鳴器と、前記第１面の裏面である前記振動板の第２面が指向する側であって前記スピーカユニットと接続される密閉空間を構成するための密閉容器と、前記ヘルムホルツ共鳴器、前記スピーカユニット、及び記密閉容器を貫通する管状部と、を備える。
また、前記スピーカユニットは、前記ヘルムホルツ共鳴器と前記密閉容器と接続して前記管状部を形成し、前記ヘルムホルツ共鳴器の内部空間又は前記密閉容器の内部空間と、前記管状部を内部空間と離隔するためのシール部を備えてもよい。
また、前記スピーカユニットと接続される上カバー部材と、前記上カバー部材に形成されるダクトを備え、前記ヘルムホルツ共鳴器は、少なくとも、前記スピーカユニットと前記上カバー部材により構成されるチャンバ空間と、前記チャンバ空間に接続され、前記スピーカユニットの外周に沿って区画された外周ダクト空間と、を有し、前記ダクトにより前記外周ダクト空間が外部に連通する構造であってもよい。
また、前記スピーカユニットと接続されるベース部材を備え、前記密閉容器は、少なくとも、前記スピーカユニットと前記ベース部材とにより構成されてもよい。
また、前記磁気回路は、前記振動板の前記第２面側に接続されてもよい。
また、前記磁気回路は、前記振動板の前記第１面側に接続されてもよい。
また、前記ヘルムホルツ共鳴器は、共振周波数が前記スピーカユニットの使用帯域周波数の上限より高く設定されてもよい。
また、車載用ウーファー装置は、外形が略円筒形状でもよい。
また、自動車のスペアタイヤ収容部に設置し、前記管状部を挿通する固定具により前記スペアタイヤ収容部に固定されてもよい。
上記手段を用いる本開示に係る車載用ウーファー装置によれば、小型化を図りつつ低音域の再生を実現し、且つスペアタイヤ収容部等へ効率よく設置することができる。
本開示の実施形態に係る車載用ウーファー装置の斜視図である。 本開示の実施形態に係る車載用ウーファー装置の斜視断面図である。 本開示の実施形態に係る車載用ウーファー装置の斜視断面図である。 本開示の実施形態に係る車載用ウーファー装置の上カバーを外した状態を示す斜視図である。 本開示の実施形態に係る車載用ウーファー装置の断面図である。 本開示のヘルムホルツ共鳴器を有するスピーカ装置とローパスフィルタを組み合わせた場合の周波数特性を比較した図である。 自動車のスペアタイヤ収容部を示す斜視図である。 本開示の実施形態に係る車載用ウーファー装置をスペアタイヤ収容部に搭載した場合の断面図である。 本開示の実施形態のバリエーションに係る車載用ウーファー装置を含む自動車の断面図である。
以下、本開示の実施形態を図面に基づき説明する。
（車載用ウーファー装置全体構造について）
図１から図５を用いて、本開示の実施形態に係る車載用ウーファー装置１について説明する。図１は、本開示の実施形態に係る車載用ウーファー装置１の斜視図である。図２、図３は、本開示の実施形態に係る車載用ウーファー装置の斜視断面図である。図４は、本開示の実施形態に係る車載用ウーファー装置の上カバーを外した状態を示す斜視図である。図５は、本開示の実施形態に係る車載用ウーファー装置の中心軸Ｏを通るようにカットした断面図である。
車載用ウーファー装置１は、上カバー部材１１、ベース部材１２が接合されて構成される略円筒形状のスピーカ装置である。車載用ウーファー装置１は、略円筒形状の中心軸Ｏと同軸となる貫通孔１９を有する。また端部にダクト１４を備える。また、内部にスピーカユニット２０を備える。図４に示すように、スピーカユニット２０は、枠２９が車載用ウーファー装置１の内部の中間プレート部材１３に固定されている。中間プレート部材１３は、ベース部材１２に固定されている。なお、中間プレート部材１３とベース部材１２は一体に形成されていてもよい。また、中間プレート部材１３は、上カバー部材１１に固定されてもよいし、上カバー部材１１と一体に形成されていてもよい。
車載用ウーファー装置１の内部空間は、スピーカユニット２０を境界として、密閉空間５１と、ヘルムホルツ共鳴器を構成するチャンバ空間５２と外周ダクト空間５３を合わせた空間に分けられる。密閉空間５１は、ベース部材１２と中間プレート部材１３とスピーカユニット２０により閉じられる密閉容器として構成される空間である。また、チャンバ空間５２は、上カバー部材１１と中間プレート部材１３とスピーカユニット２０により作られる空間である。外周ダクト空間５３は、上カバー部材１１とベース部材１２により作られ、スピーカユニット２０の周囲を取り囲むように配置される空間である。外周ダクト空間５３は、チャンバ空間５２と接続されている。ダクト１４は、上カバー部材１１に構成されて、外周ダクト空間５３はダクト１４を介して外部と連通する。上カバー部材１１は、チャンバ空間５２と外周ダクト空間５３と、ダクト１４の開口により、ヘルムホルツ共鳴器を構成する。スピーカユニット２０から放射される音波は、チャンバ空間５２、外周ダクト空間５３、ダクト１４の開口を通って外部へ放射される。なお、ヘルムホルツ共鳴器については後述する。
スピーカユニット２０は、図５に示すように、振動板２１と磁気回路２２を有している。スピーカユニット２０は、振動板２１の中心を通り、振動方向に平行な軸を中心軸とした略同心円形状である。当該中心軸は、車載用ウーファー装置１の全体の略円筒形状の中心軸Ｏと同軸である。振動板２１は中央の貫通孔１９の周囲にセンターエッジ部２１ａが形成され、中央部から径方向外方にコーン部２１ｂが延びており、コーン部２１ｂの周縁には周縁エッジ部２１ｃが形成されている。センターエッジ部２１ａは管状の第１シール部３０と気密に接続される。第１シール部３０の下方には管状の第２シール部３１が気密に接続され、さらに第２シール部３１と後述する円柱部２４ｂが気密に接続され、スピーカユニット２０の中央の貫通孔１９の一部を形成する管状部１８の一部を構成する。なお、スピーカユニット２０の中心軸と、車載用ウーファー装置１の全体の略円筒形状の中心軸Ｏは、貫通孔を形成できる程度にずれていても構わない。
コーン部２１ｂは、中央基端部分が磁気回路２２のコイルが巻かれたボイスコイルボビン２３に接続され、ボイスコイルボビン２３の振動が伝達される。つまり、スピーカユニット２０の軸方向と振動板２１の振幅方向は同一となる。
磁気回路２２は、背面側が円板状のフランジ部２４ａをなし、当該フランジ部２４ａの中央から円柱部２４ｂが突出しているヨーク２４を有している。ヨーク２４の円柱部２４ｂの外周にはボイスコイルボビン２３が軸方向に振動可能に配置され、さらにその外周側には環状のマグネット２５が配設されている。当該マグネット２５はヨーク２４のフランジ部２４ａと環状のプレート２６により挟持されている。
磁気回路２２は、主にこれらボイスコイルボビン２３、ヨーク２４、マグネット２５、プレート２６から構成されており、マグネット２５が磁気回路外側に配置された、いわゆる外磁型の磁気回路である。
また、プレート２６から振動板２１の周縁エッジ部２１ｃまでをフレーム２７が覆っている。フレーム２７の内面からボイスコイルボビン２３外周との間にはダンパ２８が設けられ、当該ダンパ２８がボイスコイルボビン２３を振動可能に支持している。
また図示しないが、各ボイスコイルボビン２３にはボイスコイルが巻かれており、そのボイスコイルは信号伝達回路と接続されており、各ボイスコイルボビン２３は当該信号伝達回路からの信号を受けて振動する。信号伝達回路には、例えば、ローパスフィルタや、バンドパスフィルタのように、ボイスコイルボビン２３を駆動する周波数帯域を制限するデバイスを組み込むことができる。
ここで、車載用ウーファー装置１の全体構造に戻ると、ヘルムホルツ共鳴器を構成する中間プレート部材１３とスピーカユニット２０の枠２９は、密接部Ａにおいて、チャンバ空間５２と密閉空間５１を気密に区画する。また、ヘルムホルツ共鳴器を構成する上カバー部材１１と第１シール部３０は、密接部Ｂにおいて、チャンバ空間５２と貫通孔１９を気密に区画する。さらに、密閉容器を構成するベース部材１２とヨーク２４は、密接部Ｃにおいて、密閉空間５１と貫通孔１９を気密に区画する。このようにして、ヘルムホルツ共鳴器とスピーカユニット２０と密閉容器を貫通する貫通孔１９を構成する管状部１８が構成され、ヘルムホルツ共鳴器の内部空間、密閉容器の内部空間と、管状部１８の内部空間である貫通孔１９を離隔することができる。
（ヘルムホルツ共鳴器について）
次に、ヘルムホルツ共鳴器について説明する。ヘルムホルツ共鳴器は、ヘルムホルツ共鳴器を構成する構造の、Ｌ：ダクト長、Ｓｐ：ダクト断面積、Ｖ：チャンバ内体積と、ｃ：音速、ｆｐ：ポート共振周波数が、以下の数１の関係で示される。
Figure 0007160761000001
数１より、ダクト断面積Ｓｐを小さくし、ダクト長Ｌを長くし、チャンバ内体積Ｖを大きくすることによりポート共振周波数ｆｐを下げることができることがわかる。例えば、ヘルムホルツ共鳴器を取り付けた所定サイズのスピーカ装置について説明する。振動板２１と、振動板２１に接する空間であるチャンバ内体積Ｖを２．０［リットル］、ダクト１４の開口断面積Ｓｐを３９４０［ｍｍ２］、ダクト長Ｌを５００［ｍｍ］、気温２０℃の場合の音速ｃを３４３．２［ｍ／ｓ］とすると、数１より、ポート共振周波数ｆｐは約１１０［Ｈｚ］になる。そのため、ローパスフィルタ等により、再生する使用帯域周波数をポート共振周波数以下の８０[Ｈｚ]以下とすることで、低音域の周波数を効率よく放射することができる。
図６は、スピーカユニット２０にヘルムホルツ共鳴器を取り付けたスピーカ装置（点線）と、遮断周波数が８０[Ｈｚ]の２次のローパスフィルタ（計算値）を組み合わせた場合（実線）の周波数特性を示した図である。図６は、横軸に周波数（単位はＨｚ）、縦軸に所定条件で測定したスピーカの音圧レベル（単位はｄＢ）を示す。
図６で示すように、ヘルムホルツ共鳴器を取り付けたスピーカ装置は、５０Ｈｚ付近で音圧レベルの極大値を有する。本開示の実施形態に係るヘルムホルツ共鳴器を取り付けた車載用ウーファー装置１（スピーカ装置）は、スピーカユニットの使用帯域周波数の上限を８０Ｈｚとしたとき、ヘルムホルツ共鳴器の共振周波数を使用帯域周波数より高く設定するようにチャンバ内体積を小さく設定することで、チャンバに連通するダクトの空気質量が振動板の移動質量Ｍｍｓ（Ｍｏｖｉｎｇ Ｍａｓｓ）に影響し、車載用ウーファー装置１の最低共振周波数ｆ０を下げる効果がある。具体的には、ヘルムホルツ共鳴器に至る振動板２１に接するチャンバ内体積を例えば２リットル程度と少なくすることにより、振動板２１に対して空気負荷質量が増加することで、振動板２１の移動質量Ｍｍｓが増加し、ｆ０を低下させる効果がある。
以上説明したように、ヘルムホルツ共鳴器を取り付けたスピーカ装置は、低音再生能力を高くすることができる。そのため、本開示の実施形態に係る車載用ウーファー装置１も、小型でありながら低音再生能力を高めることができる。
（設置について）
図７は、自動車のトランクルーム内のスペアタイヤ収容部４０にスペアタイヤ４３が設置され、ナット等の締結部材４２で固定された状態を示す斜視図である。本開示の実施形態に係る車載用ウーファー装置１は、スペアタイヤ収容部４０に、スペアタイヤ４３と置き換えて設置するものである。スペアタイヤ収容部４０は、トランクルーム内に凹部として形成されている。
図８は、本開示の実施形態に係る車載用ウーファー装置１をスペアタイヤ収容部４０に搭載した場合の断面図である。車載用ウーファー装置１は、略円筒形状をしており、同じく円筒形状であるスペアタイヤと代替してスペアタイヤ収容部４０に設置することにより、スペアタイヤ収容部４０の空間体積を効率よく利用することができる。車載用ウーファー装置１は、スペアタイヤ収容部４０から突出している固定具であるボルト４１が、車載用ウーファー装置１の管状部１８が形成する貫通孔１９を挿通し、ナット等の締結部材４２がボルト４１に螺合することで、スペアタイヤ収容部４０に固定される。車載用ウーファー装置１は、スペアタイヤ収容部４０の底部である自動車のフロアに直接固定されるため、スピーカユニット２０を駆動した際に、車載用ウーファー装置１に不要な振動等を生じすることを防ぐことができる。
このように、振動板２１の第１面が指向する側であってスピーカユニット２０に接続されるヘルムホルツ共鳴器と、第１面の裏面である振動板の第２面が指向する側であってスピーカユニット２０と接続される密閉空間を構成するための密閉容器と、ヘルムホルツ共鳴器とスピーカユニット２０と密閉容器を貫通する管状部１８とを備えることで、管状部１８に挿通するボルト等で車載用ウーファー装置１を固定しつつ、ヘルムホルツ共鳴器のダクト１４が構成する開口以外の気密性を確保することができる。そのため、ヘルムホルツ共鳴器により、口径の小さなスピーカユニットであっても、車載用ウーファー装置１の最低共振周波数ｆ０を低くし、より低い低音域（低周波数域）まで再生可能である。これにより、当該車載用ウーファー装置１は、小型でありながら、低音域まで再生することができる。
また、振動板２１の第２面側は密閉容器に指向していることにより、振動板２１の第１面から放射される音波と、第２面から放射される音波が干渉することなく、打ち消すことがないため、安定した低音再生能力を確保することができる。
さらに、外周ダクト空間５３は、スピーカユニット２０の外周に沿って区画されているため、車載用ウーファー装置１の大きさを大きくすることなく、外周ダクト空間５３の長さを長くとることができる。そのため、ポート共振周波数を低くすることができ、低音再生能力を向上することができる。
以上で本開示の実施形態の説明を終えるが、本開示の態様はこの実施形態に限定されるものではない。
例えば、図９で示すように、トランク空間４４に設置された車載用ウーファー装置１のダクト１４に接続される導管４６を車室内空間４５まで導くことで、車載用ウーファー装置１の放射する音波を効率よく車室内空間４５で聞こえるようにする構成をとっても構わない。その場合、導管４６が外周ダクト空間を実質的に延長することとなり、ポート共振周波数を低くすることができ、低音再生能力を向上することができる。
また、以上の実施形態の説明では、振動板２１の第１面側にヘルムホルツ共鳴器を構成し、第１面の裏面である振動板２１の第２面側に密閉空間を構成する密閉容器が構成されており、振動板２１の第２面側に磁気回路２２を接続したもの、すなわち、磁気回路２２側に密閉容器が構成された構成について説明してきた。しかし、本開示は、振動板２１の第１面側に磁気回路２２を接続したもの、すなわち、磁気回路２２側にヘルムホルツ共鳴器が構成された構成であっても構わない。
また、上カバー部材１１とベース部材１２は、螺子で締結または、溶着などで締結する。上カバー部材１１とベース部材１２の接合部分は、気密性を確保するためにパッキンをはさんで締結してもよい。
また上記実施形態におけるスピーカユニット２０は正面からみて同心円形状のスピーカであるが、スピーカ形状はこれに限られず、例えば正面からみて矩形やトラック型のスピーカでもよい。
１ 車載用ウーファー装置
１１ 上カバー部材
１２ ベース部材
１３ 中間プレート部材
１４ ダクト
１８ 管状部
１９ 貫通孔
２０ スピーカユニット
２１ 振動板
２１ａ センターエッジ部
２１ｂ コーン部
２１ｃ 周縁エッジ部
２２ 磁気回路
２３ ボイスコイルボビン
２４ ヨーク
２４ａ フランジ部
２４ 円柱部
２５ マグネット
２６ プレート
２７ フレーム
２８ ダンパ
２９ 枠
３０ 第１シール部
３１ 第２シール部
４０ スペアタイヤ収容部
４１ ボルト
４２ 締結部材
４３ スペアタイヤ
４４ トランク空間
４５ 車室内空間
４６ 導管
５１ 密閉空間
５２ チャンバ空間
５３ 外周ダクト空間

Claims (9)

  1. 磁気回路と前記磁気回路に接続される振動板とを有し、前記磁気回路を電気的に駆動することにより前記振動板を振動させて音波を発生可能なスピーカユニットと、
    前記振動板の第１面が指向する側であって前記スピーカユニットに接続されるヘルムホルツ共鳴器と、
    前記第１面の裏面である前記振動板の第２面が指向する側であって前記スピーカユニットと接続される密閉空間を構成するための密閉容器と、
    前記ヘルムホルツ共鳴器、前記スピーカユニット及び前記密閉容器を貫通する管状部と、を備える車載用ウーファー装置。
  2. 前記スピーカユニットは、前記ヘルムホルツ共鳴器と前記密閉容器を接続して前記管状部を形成し、前記ヘルムホルツ共鳴器の内部空間又は前記密閉容器の内部空間と、前記管状部の内部空間を離隔するためのシール部を備える請求項１に記載の車載用ウーファー装置。
  3. 前記スピーカユニットと接続される上カバー部材と、前記上カバー部材に形成されるダクトを備え、
    前記ヘルムホルツ共鳴器は、
    少なくとも、前記スピーカユニットと前記上カバー部材により構成されるチャンバ空間と、前記チャンバ空間に接続され、前記スピーカユニットの外周に沿って区画された外周ダクト空間と、を有し、前記ダクトにより前記外周ダクト空間が外部に連通する構造である請求項１又は２に記載の車載用ウーファー装置。
  4. 前記スピーカユニットと接続されるベース部材を備え、
    前記密閉容器は、少なくとも、前記スピーカユニットと前記ベース部材とにより構成される請求項１から３のいずれか一項に記載の車載用ウーファー装置。
  5. 前記磁気回路は、前記振動板の前記第２面側に接続される請求項１から４のいずれか一項に記載の車載用ウーファー装置。
  6. 前記磁気回路は、前記振動板の前記第１面側に接続される請求項１から４のいずれか一項に記載の車載用ウーファー装置。
  7. 前記ヘルムホルツ共鳴器は、共振周波数が前記スピーカユニットの使用帯域周波数の上限より高く設定される請求項１から６のいずれか一項に記載の車載用ウーファー装置。
  8. 外形が略円筒形状である請求項１から７のいずれか一項に記載の車載用ウーファー装置。
  9. 自動車のスペアタイヤ収容部に設置し、
    前記管状部を挿通する固定具により前記スペアタイヤ収容部に固定される請求項１から８のいずれか一項に記載の車載用ウーファー装置。

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