JPH06181596A

JPH06181596A - 車載用スピーカシステム

Info

Publication number: JPH06181596A
Application number: JP4332950A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Date; 俊彦伊達
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-12-14
Filing date: 1992-12-14
Publication date: 1994-06-28

Abstract

(57)【要約】【目的】ディジタルフィルタなどの電気的手法を用い
ることなく音響管などの音響的な手法で反射音制御によ
る周波数特性の改善と明確な音像定位を実現するもの
で、低コストで容易な音場の補正を可能とする。【構成】主音源のスピーカ１と補助音源のスピーカ２
を備え、補助音源は１つまたは複数のスピーカと長さと
断面積が異なる複数の補助音源の音響管３からなるもの
で、複数の音響管３のそれぞれの長さと断面積は、車室
内の受聴位置の運転席５において任意の時間軸応答を実
現するように設定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は車室内における音響再生
に際して、受聴位置における周波数特性及び、音像定位
に悪影響を与えるような反射音の応答を改善する車載用
スピーカシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】前記車室内における音響再生時におい
て、反射波が受聴位置(運動席)における周波数特性を乱
し、音像の定位感を阻害する要因となる場合がある。特
に、車室内空間は空間のサイズも小さく、またガラスな
どの反射性の壁面が受聴位置近傍に存在するため、車室
内音場における１次ないし２次反射波は直接波に対して
大きく影響する。

【０００３】図14は従来の車載用スピーカシステムにお
けるエコータイムパターンの計算値を示し、音源は助手
席側、受聴位置は運転席であり、周波数４ｋHzの場合の
例である。図14からわかるように直接波に対して２〜３
msec遅れて反射波が集中して見られる。これらの応答は
その時間的オーダーからみて両耳間の時間差に近く、直
接波の位相干渉として作用し、受聴位置における周波数
特性を乱し、音像の定位感を阻害する要因となる。

【０００４】図15は従来の車載用スピーカシステムの構
成図であって、車室内の受聴位置での代表的な反射波の
経路を示してある。スピーカ１(助手席側)からの直接波
１-ａに対し、ダッシュボード６による反射波１-ｂ、窓
ガラス７による反射波１-ｃとの行路差は数十cm程度、
到達時間差にして２〜３msecで、かつダッシュボード
６，窓ガラス７ともに反射性の壁面であるため反射率も
高く、反射によるエネルギー減衰も小さい。したがっ
て、これらの反射波１-ｂ及び１-ｃが上述の受聴位置
(運転席５)における周波数特性を乱し、音像の定位感を
阻害する要因となる反射波に相当する。

【０００５】従来の音場補正装置として、アナログフィ
ルタを用いたグラフィックイコライザは、振幅特性は平
坦あるいは任意の特性に調整可能であるが、位相特性は
全く考慮されていないので、音像定位品質まで改善する
ことは不可能であった。そこで近年は、位相特性までを
制御できるディジタルフィルタによる音場の補正がなさ
れてきた。この手法によって反射波の影響の大きい音場
での周波数特性の改善や、車室内音場などの非対称な音
場における定位感の改善が可能となった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高周波
数帯域の応答は音像の定位に極めて重要な要因であるた
め、音場の補正をディジタルフィルタで行う場合におい
ても、高周波数帯域まで音場補正を行う必要がある。し
かし、可聴周波数帯域までの信号処理は高いサンプリン
グ周波数とフィルタ内での演算速度の高速化などを必要
とし、ハードウェアの負担が大きくなる。従って、可聴
周波数帯域すべてをディジタルフィルタによって制御す
ることは原理的には可能であっても、コスト面、実用面
における課題は大きなものがある。

【０００７】本発明は、このような点に鑑み、ディジタ
ルフィルタなどの電気的手法を用いることなく、音響的
な手法で反射音制御による車室内音場の補正を行うこと
によって、コストの低減化を図り、かつ高い周波数帯域
まで音場の補正を可能とし、周波数特性の改善と明確な
音像定位を実現することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、主音源と補助
音源を備える車載用のスピーカシステムであって、前記
主音源は１つのスピーカからなり、前記補助音源は、１
つまたは複数のスピーカと長さと断面積が異なる複数の
音響管からなるもので、すべての前記音響管の一端を前
記１つまたは複数のスピーカと接続し、他端をホーン形
状を持つ音響管開口部と接続するものである。さらに前
記複数の音響管のそれぞれの長さと断面積は、車室内の
受聴位置において任意の時間軸応答を実現するように設
定されて構成されるものである。

【０００９】

【作用】本発明によれば、車室内音場での反射音制御に
よる周波数特性の改善や、定位感を明確にする音場の補
正を音響管などの音響的手法で実現できる。従って、Ａ
／Ｄ，Ｄ／Ａ変換などを伴う有限時間インパルス応答
(ＦＩＲ)ディジタルフィルタを用いた電気的手法と比べ
低コストで容易に音場補正が可能となる。

【００１０】

【実施例】図１は本発明の第１の実施例における車載用
スピーカシステムの構成図である。１は主音源のスピー
カ、２は補助音源のスピーカ、３は補助音源の音響管、
４は補助音源の音響管の開口部、５は受聴位置の運転
席、６はダッシュボード、７は窓ガラスである。

【００１１】以上のシステムによって構成された車載用
スピーカシステムの動作について説明する。主音源のス
ピーカ１から放射され、運転席５の受聴位置に到達する
音波は、直接波１-ａの他に多数の反射波が存在する。
例えば、ダッシュボード６で反射した反射波１-ｂ、窓
ガラス７で反射した反射波１-ｃがその代表的なものと
して挙げられる。

【００１２】また、補助音源のスピーカ２の音響出力
は、それぞれの長さと断面積が異なる複数の音響管３に
分割して導かれ、音響管の開口部４から車室内に放射さ
れる。ここで音響管の開口部４は、音響管３内の共振を
抑えるためにホーン形状を持つものとする。

【００１３】図２は、これらの音波の運転席５の受聴位
置における時間軸応答特性を示す図であり、直接波１-
ａに対する反射波１-ｂ，１-ｃの到達時間差τｂ，τｃ
は、直接波１-ａとの行路差が数十cmであることからお
よそ２〜３msec．程度になる。このような反射波１-
ｂ，１-ｃの応答は、その時間的オーダーからみて両耳
間の時間差に近く、直接波１-ａへの位相干渉として作
用する。しかも、ダッシュボード６及び窓ガラス７は反
射率も高く、反射によるエネルギー減衰も小さいために
直接波１-ａに及ぼす影響は大きく、反射波１-ｂ，１-
ｃが受聴位置における周波数特性を乱し、音像の定位を
阻害する要因となる。

【００１４】そこで、主音源とは別の補助音源のスピー
カ２によって放射される直接音波３-ｂ，３-ｃを図２の
破線図示のような応答を運転席５の受聴位置において発
生させることにより、不要な反射波１-ｂ，１-ｃ成分を
打ち消し、周波数特性，音像定位を改善するものであ
る。

【００１５】次に、前記補助音源は受聴位置において任
意の時間軸応答を実現するために、補助音源による音波
の音圧の振幅と位相を制御するように構成することで目
的が達成できる。

【００１６】図３は補助音源の時間軸応答特性を示す図
であり、図３(1)に示すような時間軸応答ｐ１〜ｐ５(ｐ
１，ｐ３，ｐ４は正の応答、ｐ２，ｐ５は負の応答)を
実現するためには、図３(2)に示すブロック図におい
て、音圧の振幅ａ１〜ａ５と遅延時間τ１〜τ５を調整
すればよい。本発明においては、振幅と遅延時間を制御
する手段として、ＦＩＲフィルタなどの電気的手段を用
いず、音響的手段で実現する。

【００１７】図４は図３に示された時間軸応答を音響的
手段で実現する本発明の補助音源の外観図である。５本
の音響管３の開口部４から放射された音波が受聴位置の
運転席５において図３(1)に示す時間軸応答ｐ１〜ｐ５
を実現するように、音響管３の断面積で音圧の振幅ａ１
〜ａ５を、音響管の長さで遅延時間τ１〜τ５を制御す
る。

【００１８】実現する時間軸応答は、受聴位置において
主音源のスピーカ１の反射波成分１-ａ，１-ｂを打ち消
す応答でもよいし、主音源のスピーカ１の反射波成分を
打ち消し、さらに任意の音場のインパルス応答を実現す
る応答であってもよい。

【００１９】図５は補助音源のスピーカ２の構造を示す
断面図であり、受聴位置における振幅の位相については
振動板８の前面の音響出力によって、正の応答ｐ１，ｐ
３，ｐ４を、振動板８の背面の音響出力によって、負の
応答ｐ２，ｐ５が実現できる。

【００２０】以上のような構造を備えたスピーカ２を補
助音源に用いることにより、図１に示す音波３-ｂ及び
３-ｃは、受聴位置における音圧の振幅と到達時間が制
御され、主音源のスピーカ１からの反射波１-ｂ及び１-
ｃを受聴位置において打ち消すことが可能となる。

【００２１】図６は本発明の第２の実施例における車載
用スピーカシステムの構成図を示す。本実施例において
は、主音源と補助音源は同一のスピーカ10で駆動され
る。つまり、スピーカ10の音響出力は、主音源の音響管
９と補助音源の音響管３によって分割される。また、補
助音源の応答３-ｂ′，３-ｃ′を制御する補助音源の音
響管３のそれぞれの長さと断面積は、主音源の音響管９
より車室内に放射された直接波１-ａ′及び反射波１-
ｂ′，１-ｃ′の受聴位置における応答に合わせて設定
される。

【００２２】主音源と補助音源を同一のスピーカとする
構成により、スピーカシステムを取り付けるために使用
される車室内のスペースが削減できる。

【００２３】図７は本発明の第３の実施例における車載
用スピーカシステムの構成図を示す。本実施例において
は、補助音源自身の反射波による影響を考慮したもので
ある。即ち、補助音源のスピーカ２，音響管３，音響管
３の開口部４は運転席５及び、運転席５のヘッドレスト
11に埋め込んで設置される。この構成によれば、受聴位
置(運転席５)における補助音源のスピーカ２からの応答
は、直接音のエネルギー成分が支配的になる。つまり、
補助音源自身の反射波による影響は低減され、ダッシュ
ボード６に設置された主音源のスピーカ１からの反射波
を制御する精度が向上する。

【００２４】図８は前記図14と同じ計算条件で、音源に
鋭い指向特性を与えた時のエコータイムパターンの計算
値を示す図である。前記図14と比べて応答の時間的パタ
ーンは空間の幾何学的形状が同じであるために変わらな
いが、音源の指向軸から離れた方向のエネルギーレベル
が指向特性が鋭いために小さく、受聴位置における不要
な反射波のレベルが下がっていることがわかる。従っ
て、音源の指向特性を充分に鋭くすることによっても反
射波の影響は小さくできることになる。

【００２５】図９は本発明の第４の実施例における車載
用スピーカシステムの構成図を示し、主音源はスピーカ
１と音響パワーを放射する領域を限定できる指向性制御
手段とで構成される。本実施例において前記指向性制御
手段は、主音源のスピーカ１から放射された音響出力を
運転席５の受聴位置に収束できる音響レンズ12である。

【００２６】図10は前記音響レンズ12の簡単な原理構成
図を示し、音響レンズは複数の音道に行路差を持たせ、
等価的に音速差が生じることによって音波が屈折する現
象を利用したものである。

【００２７】図10に示すように音響レンズの中央部の音
道13を長くし、両端部で最も短くなるように音道に行路
差を与えてやれば、より長い音道を通過した音波の音速
が等価的に遅くなり、音響レンズを透過した音波は内側
に屈折し、中心軸上のある点で焦点を結ぶ収束型の音響
レンズ12が実現できる。

【００２８】従って、図９に示すように、音響レンズ12
を主音源のスピーカ１と接続することによって、主音源
の指向軸から離れた方向に放射されて受聴位置に到達す
る反射波１-ｃ″については、音響レンズ12によって音
響パワーが減少し、直接波１-ａ″に対する影響が大幅
に低減できる。さらに、このような音響レンズ12を用い
ることによって、補助音源のスピーカ２によって制御す
べき反射波は、１-ｂ″のように主音源の指向軸と近い
方向に放射されて受聴位置に到達する反射波に限られる
ため、補助音源の音響管３の数も少なくて済み、補助音
源を構成するスピーカシステムの構造が簡単にできる。

【００２９】図11は図９に示す音響パワーを放射する領
域を限定できる指向性制御手段の第２の実施例を示す構
造図である。主音源のスピーカ１に長辺と短辺からなる
細長い矩形状の開口部を持つ２組のホーン14が接続され
ている。寸法線に書き込まれた数値はmm単位の長さを示
す。また、ホーン14内部で発生する定在波の影響を軽減
するためにホーン14を形成する壁は吸音材15で形成され
ている。このようなホーンを指向性制御手段として用い
れば、ホーン14の長辺方向の指向特性は鋭くなるため、
前述の音響レンズ12と同様の効果が得られる。

【００３０】図12は図９に示す音響パワーを放射する領
域を限定できる指向性制御手段の第３の実施例を示す構
造図である。16は等間隔に直線状に配置された音響管の
開口部、17は音響管である。主音源のスピーカ１の音響
出力を分割して複数の音響管17に導き、音響管の開口部
16から車室内に放射する。ここで複数の音響管17のそれ
ぞれの長さは、受聴位置においてそれぞれの音響管の開
口部16からの音波の位相が一致するように設定されてい
る。このような複数の音響管を指向性制御手段として用
いれば、音響管の開口部16が配列された方向の指向特性
は鋭くなるため、前述の音響レンズ12と同様の効果が得
られる。

【００３１】図13は本発明の車載用スピーカシステムの
第５の実施例の構成図である。

【００３２】ステレオ信号を再生する場合において、右
耳に到達するＬチャンネルの信号と左耳に到達するＲチ
ャンネルの信号のいわゆるクロストーク成分は受聴者の
ステレオ音場感を阻害する要因となる。

【００３３】図13において、主音源を構成するスピーカ
システム18は、Ｌチャンネルの信号を車室内に放射して
おり、直接波１-ａ、及び反射波１-ｂ〜１-ｅが発生す
る。第１の補助音源を構成するスピーカシステム19は、
受聴者の左耳において主音源を構成するスピーカシステ
ム18からの反射波１-ｂ，１-ｃを打ち消すような応答３
-ｂ，３-ｃを実現するスピーカシステムであり、第２の
補助音源を構成するスピーカシステム20は、受聴者の右
耳において主音源を構成するスピーカシステム18からの
クロストーク成分１-ｄ，１-ｅを打ち消すような応答３
-ｄ，３-ｅを実現するスピーカシステムである。

【００３４】本実施例における主音源を構成するスピー
カシステム18、第１の補助音源を構成するスピーカシス
テム19、第２の補助音源を構成するスピーカシステム20
の構造及び取付位置は前述第１から第４までの実施例図
１ないし図７及び図９におけるスピーカシステムが同様
に適用できる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように本発明の車載用スピ
ーカシステムは、車室内音場での反射音制御による周波
数特性の改善や、定位感を明確にする音場の補正を音響
管などの音響的手法で実現するものであり、その結果、
Ａ／Ｄ，Ｄ／Ａ変換などを伴うＦＩＲディジタルフィル
タを用いた電気的手法と比べ低コストで容易に音場補正
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における車載用スピーカ
システムの構成図である。

【図２】本発明の第１の実施例における時間軸応答特性
を示す図である。

【図３】本発明の第１の実施例における補助音源の時間
軸応答特性を示す図である。

【図４】本発明の第１の実施例における補助音源の外観
図である。

【図５】本発明の第１の実施例における補助音源のスピ
ーカの構造を示す断面図である。

【図６】本発明の第２の実施例における車載用スピーカ
システムの構成図である。

【図７】本発明の第３の実施例における車載用スピーカ
システムの構成図である。

【図８】本発明の車載用スピーカシステムにおけるエコ
ータイムパターンの計算値を示す図である。

【図９】本発明の第４の実施例における車載用スピーカ
システムの構成図である。

【図１０】図９に示す音響レンズの原理構成図である。

【図１１】図９に示す指向性制御手段の第２の実施例を
示す構造図である。

【図１２】図９に示す指向性制御手段の第３の実施例を
示す構造図である。

【図１３】本発明の第５の実施例における車載用スピー
カシステムの構成図である。

【図１４】従来の車載用スピーカシステムにおけるエコ
ータイムパターンの計算値を示す図である。

【図１５】従来の車載用スピーカシステムの構成図であ
る。

【符号の説明】

１…主音源のスピーカ、２…補助音源のスピーカ、
３…補助音源の音響管、４…補助音源の音響管の開口
部、５…運転席、６…ダッシュボード、７…窓ガ
ラス、８…振動板、９…主音源の音響管、 10…ス
ピーカ、 11…ヘッドレスト、 12…音響レンズ、 13
…中央部の音道、 14…ホーン、 15…吸音材、 16…
音響管の開口部、 17…音響管、 18…主音源のスピー
カシステム、19…第１の補助音源のスピーカシステム、
20…第２の補助音源のスピーカシステム。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１つのスピーカからなる主音源と、１つ
または複数のスピーカと長さの断面積が異なる複数の音
響管からなる補助音源とを有し、すべての前記音響管の
一端を前記１つまたは複数のスピーカと接続し、他端を
ホーン形状を持つ音響管開口部と接続し、前記複数の音
響管のそれぞれの長さと断面積は、車室内の受聴位置に
おいて任意の時間軸応答を実現するように設定されたこ
とを特徴とする車載用スピーカシステム。
【請求項２】前記時間軸応答は、車室内の受聴位置に
おける主音源の反射音成分を打ち消す応答であることを
特徴とする請求項１記載の車載用スピーカシステム。
【請求項３】前記時間軸応答は、車室内の受聴位置に
おける主音源の反射音成分を打ち消し、かつ、任意の音
場のインパルス応答を実現する応答であることを特徴と
する請求項１記載の車載用スピーカシステム。
【請求項４】主音源と補助音源が同一のスピーカで駆
動され、かつ、音響出力は主音源の音響管と補助音源の
音響管に分別されることを特徴とする請求項１記載の車
載用スピーカシステム。
【請求項５】主音源と補助音源は別のスピーカで駆動
され、かつ、車室内の受聴位置における補助音源からの
応答が直接音のエネルギー成分が支配的である位置に補
助音源を設けることを特徴とする請求項１記載の車載用
スピーカシステム。
【請求項６】主音源はスピーカと音響パワーを放射す
る領域を限定できる指向性制御手段とで構成され、前記
指向性制御手段の指向軸は車室内の受聴位置に向けて設
定され、かつ、前記補助音源は、１つまたは複数のスピ
ーカと長さと断面積が異なる複数の音響管から構成さ
れ、すべての前記音響管の一端を前記１つまたは複数の
スピーカと接続し、他端をホーン形状を持つ音響管開口
部と接続し、前記複数の音響管のそれぞれの長さと断面
積は、車室内の受聴位置において任意の時間軸応答を実
現するように設定されたことを特徴とする車載用スピー
カシステム。
【請求項７】前記指向性制御手段は、指向性を制御す
る方向の形状が細長い形状のホーンであることを特徴と
する請求項６記載の車載用スピーカシステム。
【請求項８】前記指向性制御手段は、前記主音源のス
ピーカから放射される音響パワーを車室内の受聴位置に
収束できるように設定された音響レンズであることを特
徴とする請求項６記載の車載用スピーカシステム。
【請求項９】前記指向性制御手段は、前記主音源のス
ピーカから放射される音響パワーを分割して複数の音源
を構成し、車室内の受聴位置においてそれぞれの音源か
らの音波の位相が一致するように設定された複数の音源
であることを特徴とする請求項６記載の車載用スピーカ
システム。
【請求項１０】主音源と第１の補助音源と第２の補助
音源とを有し、前記主音源は１つのスピーカからなり、
前記第１及び第２の補助音源は、それぞれ１つまたは複
数のスピーカと長さと断面積が異なる複数の音響管から
なり、すべての前記音響管の一端を前記１つまたは複数
のスピーカと接続し、他端をホーン形状を持つ音響管開
口部と接続し、かつ、前記第１の補助音源の前記複数の
音響管のそれぞれの長さと断面積は、前記主音源に近い
受聴者の耳の位置において任意の時間軸応答を実現する
ように設定され、前記第２の補助音源の前記複数の音響
管のそれぞれの長さと断面積は、前記主音源から遠い受
聴者の耳の位置において主音源からのクロストークを打
ち消すインパルス応答を実現するように設定されること
を特徴とする車載用スピーカシステム。
【請求項１１】前記第１の補助音源によって実現され
る時間軸応答は、前記主音源に近い受聴者の耳の位置に
おける主音源の反射音成分を打ち消す応答であることを
特徴とする請求項10記載の車載用スピーカシステム。
【請求項１２】前記第１の補助音源によって実現され
る時間軸応答は、前記主音源に近い受聴者の耳の位置に
おける主音源の反射音成分を打ち消し、かつ、任意の音
場のインパルス応答を実現する応答であることを特徴と
する請求項10記載の車載用スピーカシステム。
【請求項１３】前記主音源と第１の補助音源が同一の
スピーカで駆動され、かつ、音響出力は主音源の音響管
と補助音源の音響管に分割されることを特徴とする請求
項10記載の車載用スピーカシステム。
【請求項１４】主音源と第１の補助音源は別のスピー
カで駆動され、かつ、第１及び第２の補助音源は、車室
内のそれぞれの受聴位置における第１及び第２の補助音
源からの応答が直接音のエネルギー成分が支配的である
位置に第１及び第２の補助音源を設けることを特徴とす
る請求項10記載の車載用スピーカシステム。
【請求項１５】主音源は、スピーカと音響パワーを放
射する領域を限定できる指向性制御手段とで構成され、
前記指向性制御手段の指向軸は車室内の受聴位置に向け
て設定され、かつ前記第１及び第２の補助音源は、それ
ぞれ１つまたは複数のスピーカと長さと断面積が異なる
複数の音響管から構成され、すべての前記音響管の一端
を前記１つまたは複数のスピーカと接続し、他端をホー
ン形状を持つ音響管開口部と接続し、かつ、第１の補助
音源の前記複数の音響管のそれぞれの長さと断面積は、
主音源に近い受聴者の耳の位置において任意の時間軸応
答を実現するように設定され、第２の補助音源の前記複
数の音響管のそれぞれの長さと断面積は、主音源から遠
い受聴者の耳の位置において主音源からのクロストーク
を打ち消すインパルス応答を実現するように設定される
ことを特徴とする車載用スピーカシステム。
【請求項１６】前記指向性制御手段は、指向性を制御
する方向の形状が細長い形状のホーンであることを特徴
とする請求項15記載の車載用スピーカシステム。
【請求項１７】前記指向性制御手段は、前記主音源の
スピーカから放射される音響パワーを車室内の受聴位置
に収束できるように設定された音響レンズであることを
特徴とする請求項15記載の車載用スピーカシステム。
【請求項１８】前記指向性制御手段は、前記主音源の
スピーカから放射される音響パワーを分割して複数の音
源を構成し、車室内の受聴位置においてそれぞれの音源
からの音波の位相が一致するように設定された複数の音
源であることを特徴とする請求項15記載の車載用スピー
カシステム。