JPH04144398A - 車載スピーカシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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だ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
ち消しを生じ壱すい傾向が強く、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］ この発明に係る車載スピーカシステムは、自動車におけ
るドアの車内側の壁面に、スピーカを設けるとともに、
上記ドア内部の音圧を受けて振動する振動板をドアの車
内側の壁面に形成されている作業用開孔部を塞ぐ状態で
上記壁面に取り付けたことを特徴とする。

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、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、振動板の等画質量、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（ＩＡ
）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（ＩＡ）に取り伺けられている。つまり、作
業用開孔部の塞ぎ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
するエツジとから構成されており、」二記振動板用の材
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、また上記エツジ用の材料は、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れる音波と
に大別されるもので、両者の音波は逆位相である。

」−記ドア内部に放射された音波はドア内部空間（ＩＢ
）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）による振動波とは同
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
）による振動波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）の等画質量、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、Ｃマはドア内部のコンプライアンス、
ｍｌは低音振動板（３）の質量と空気負荷の質量を加え
た等画質量、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） くなる周波数ｆｐ から放射される音圧が最も太き 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）式の内では等画質量ｍ１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、 ・・・（４） となる。

一方、（４）式の等画質量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）　　ｐｏ　　ｂ
　　　　−（５）ここで、ρ０は空気密度である。

上記（４）式の等画質量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、 ｍｏ　：スピーカの等イ曲質量、 ｆｏ　：スピーカの最低共振周波数、 Ｓｏ　：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Ｖ　ｃ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、 【］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　　　
　　ｍｏ＝７．０ｇ 最低共振周波数　　ｆｏ＝７０Ｈｚ　　　・・・（９）
振動系のＱ　　　　　Ｑｏ＝０．７ ドア容積Ｖｃ＝５４　　とすると、（７）式から５ｖ＝
４６０．１　　　（ｓ／ｍ）　　　・・（１０）低汀振
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５０Ｈｚと
すると、 ｍ＋＝　Ｏ、Ｏｌ　８４　（Ｋｇ）　　　　　−（１１
）低音振動板（３）の面積を第１図における作業用開孔
３０ｃｍＸＩ５ｃｍと同じにすると、同面積置の半径ｂ
　　１２ｃｍとなり、（５）式からｍ＋二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）式の等画質Ｆｆ＜　ｍ
　ｉか等しくなり、ドア容積とスピーカ（２）に適した
低７ｒ、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一Ｉ
ｔ載スビスピーカシステム第５図は自動車におけるフロ
ンＩ・］・アの外観図、第６図は第５図のＶｌ−Ｖｌ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（Ｉ
Ａ）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（ＩＡ）に取り伺けられた点であり、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。

」−配紙音振動板（３ａ）　、　（３ｂ）は車載用スピ
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）は同じ等画
質量、コンプライアンスを持ち、近接して取り付けられ
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」−で、ドア寸法の
３倍量」二ある。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しる。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１０ｃ
ｍ〜３０ｃｍ程度の低音振動板（３ａ）　、　（３ｂ）
を近接して取り伺けた場合、その中心距離は５ｃｍ〜４
０ｃｍ程度で、１波長より上方に小さく、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７１図の爾−■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）　、　（３
Ｂ）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）の真横および真トにそれ
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、ｍｅａ、ｍａｂは各低音振動板（３Ａ）
　、　（３Ｂ）の質量と空気負荷質量を加えた等画質量
、ｒｐａは低音振動板（３Ａ）の支持体の機械抵抗、ｃ
　ｐａ、　　ｃ　ｐｂは低音振動板（３Ａ）　、（３Ｂ
）の支持体フロンブライアンス、ｍｅ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。

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、両紙音振動板は並列
接続に相当し、等画質量はｍ　ｉａ　＠　ｍ　ｉｂ／（
ｍｉａ＋ｍ１ｂ）　、コンプライアンスは（ｃｐａ＋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ｆｐａ、ｆ
ｐｂは、 ・・・（１３） ・・・（１４） 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、−１−記した下限周波数ｆ
ｐａ、ｆｐｂ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情景にでも同様に並列接続と考えられる。

（１５）式を自乗して ・・・（１６） と置くと、周波数ｆｐは、 ｆｐ−、暦ζ１フ２　　　　　　・・・（１７）と表わ
される。よって、低音振動板（３Ａ）　、　（３Ｂ）の
共振周波は、それぞれ ｆａ　＝　（１／２πｃｐａ　　ｍｉａ　　）ｆｂ　＝
　（１／２πＥイ１丁１）　・・・（１８）であるから
、（１６）〜（１８）式から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、縦軸は低音振動板を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、Ｘ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」−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
イツプがあり、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、１２０
Ｈｚでは両紙音振動板（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、両紙音振動板（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
なスピーカロ径、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イツプが生じる。この場合、
低音振動板の共振周波数ｆｐをデイツプが生じた周波数
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
間孔位置は第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　Ｎ１
４０Ｈｚ。

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、作業用開孔部を低音
振動板で閉塞し、補助的な低音放射器として作用するよ
うに構成したので、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、−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ＩＩＩＩ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■−■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。 （］）・・・フロン）・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 (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）自動車におけるドアの車内側の壁面に、スピーカ
   を設けるとともに、上記ドア内部の音圧を受けて振動す
   る振動板をドアの車内側の壁面に形成されている作業用
   開孔部を塞ぐ状態で上記壁面に取り付けたことを特徴と
   する車載スピーカシステム。
2. （２）自動車におけるドアの車内側の壁面に、スピーカ
   とドア内部の音圧を受けて振動する複数の振動板とを設
   け、上記複数の振動板の共振周波数を互いに異なるよう
   に設定したことを特徴とする車載スピーカシステム。