(57)【要約】本発明の目的は、現行車両の各座席に、音響システムからの音放射が同じ高品質であることを保証することである。前記目的は、音信号を生成する新規な音響装置により実現され、これにより音源を車両座席のヘッドレスト付近に位置する領域に組み込むことが可能となって、音量を個別に調整することができ、車両の他の乗客には音信号が大幅に弱められて聞こえるため、過度に迷惑がかからない。ヘッドレストには一切スピーカーを置かないため、事故時の保護及び設計が十分に与えられ得る。ヘッドレストにおける音響的近傍領域は、音響ラインにより生成される。スピーカーは、例えば、背もたれ内部又は座席の下に配置されていて、一方、音響ラインはヘッドレストで終端する。音響ラインとして、終端が間隙域の音響インピーダンスに合わせて調整された管が用いられる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
音信号生成用の音響装置であり、
音変換器及び少なくとも１つの音発生場所が互いに物理的に離れており、
前記音変換器が、少なくとも１つの空気誘導式の音響ラインにより前記音発生場所に接続されており、
前記少なくとも１つの音発生場所には、共鳴効果を減らすために、前記音響ライン内の空気と周囲空気との音響インピーダンスを一致させる手段が設けられており、
前記音響共鳴を一致させる手段が、空気の音響インピーダンスを有する材料で作られている音響装置であって、
前記材料が、前記少なくとも１つの音発生場所の上に二次元的に確実に配置されていることを特徴とする音響装置。
【請求項２】
前記空気の音響インピーダンスを有する材料が、繊維質及び／又は多孔性材料、特にフェルト、スポンジ材料、不織布又はフェルト金属であることを特徴とする請求項１に記載の音響装置。
【請求項３】
前記装置が少なくとも２つの音響ラインを有し、前記音響ラインの設計の結果として、及び／又は前記音変換器により音が提供される仕方の結果として、前記音響ラインから共に発生する音が、重ね合わせにより所望の方向へ高い音量レベルを有し、不要な方向へより低い音量レベルを有することを特徴とする請求項１あるいは２に記載の音響装置。
【請求項４】
個々の音響ラインの前記音発生場所が、平坦な放射要素をなすように、互いに相対的に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の音響装置。
【請求項５】
前記平坦な放射要素が、前記個々の音響ラインの前記音発生場所に加えて、個々の従来型スピーカーを含むことを特徴とする請求項４に記載の音響装置。
【請求項６】
使用される前記従来型スピーカーが、可聴周波数範囲内の高周波の放射に適した小型ツィータであることを特徴とする請求項５に記載の音響装置。
【請求項７】
音響指向性を生じさせるために、第一に、前記音発生場所がフラットパネルスピーカー状に構成されているが、第二に、指向性はまた逆位相相殺によっても得られることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の音響装置。
【請求項８】
使用される前記音変換器が、等圧プッシュプルシステムであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の音響装置。
【請求項９】
前記音発生場所が、車両座席のヘッドレストに配置されており、前記音変換器がヘッドレストの外側に配置されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の音響装置。
【請求項１０】
前記ヘッドレストの支持棒が、音の伝達に用いられることを特徴とする請求項９に記載の音響装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前段の特徴に従い、音信号を生成する音響装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、車両内における音の伝播は、すべての座席で同レベルの音質を保証することを意図している。その目的は、実質的に同じ音信号が同じ音質及び同じ音量で全乗員に聞こえるようにすることであり、複雑なシステムではステレオ又はサラウンド効果を含む。しかし、今日の市販装置では通常、「右」「左」の間及び「前」「後」の間で音量の粗いバランス調整しかできず、各座席に対する細かい音量調整は不可能である。音の出力を分離することにより、互いに物理的に隣り合う人々に対し全く異なる音響プログラムを提供可能とする技術が知られている。このように、例えば特許文献１には、超音波スピーカーを用いて音を再生する方法が記載されている。ここでは、再生される音信号が振幅変調により超音波周波数範囲の搬送波信号に関係付けられる。このような技術により、変調された超音波信号を用いて音を集中させることができる。この場合、空気の非線形性に起因して、非常に高レベルで放射された超音波ビームに沿って可聴音が生成され、狭い範囲に集中されて重ね合わされる。
【０００３】
車両座席のヘッドレスト内で直接音を生成する方式が、例えば特許文献２に示されている。この場合、スピーカーはヘッドレスト内に組み込まれている。音は、スピーカーに隣接するホーンの形状で一体化された共鳴器を通って発生する。ヘッドレスト内で指向性を有する音を生成する別の方式が特許文献３に記載されている。この場合、指向性は、ヘッドレスト内に組み込まれたスピーカーからヘッドレストの後側へ伝達された音を利用することによっても実現可能である。頭部付近の領域で音を伝播させる全般的な利点は、すぐ近くにいる人物には音が良好に伝播し、少し離れた場所にいる人には伝播する音の音量が大幅に減少する点である。更に、ヘッドレストにおける音の伝播は、ステレオ等の空間音響効果をもたらす優れた方法を提供する。音響システムのスピーカーがヘッドレスト内に直接組み込まれているこれらの構成の短所としては、本来柔らかいヘッドレストの内部に比較的大きく硬い物体が組み込まれていて頭部を負傷する恐れがあるため、事故時の安全性が低下する点である。更に、比較的大きいスピーカーを組み込むことで、ヘッドレストの外観上の設計の自由度が制限される。
【０００４】
特許文献４は、音変換器と音発生場所が互いに物理的に離れている音響装置を記載している。この場合、音は管状の音響ラインにより音変換器と音発生場所との間で伝達される。音響ライン内の空気の音響インピーダンスを周囲環境に一致させるため、ホーン状の線終端が提供されている。この場合、線終端は好適には、反射を弱めるため、吸音材を適切に成形することにより作成される。特許文献５は、音変換器と音発生場所の間で音を伝達する同様のシステムを記載しており、この場合の音響インピーダンスの一致は、音発生口に環状要素を配置することにより実現される。この場合、これらの環状要素を製造する材料は、空気の透過性と一致する透過性を有する。しかし、この場合、付加的な環状要素を用いることで音響ラインの発生口の寸法が増大する。
【０００５】
【特許文献１】国際公開第０１／０８４４９Ａ１号パンフレット
【特許文献２】欧州特許出願公開第１０７７１５６Ａ１号明細書
【特許文献３】欧州特許出願公開第１０７７５８３Ａ２号明細書
【特許文献４】特開平４−１７２７９５号公報
【特許文献５】独国特許出願公表第６８９１９４９５Ｔ２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、第一に、音発生場所の付近に大容積のハードウェア構成要素を備えておらず、第二に、音変換器により生じた気柱と周囲空気との間で音響インピーダンスを可能な限り一致させる音響装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的は、請求項１の特徴を有する装置により実現される。本発明の更に有利な発展の形態及び改良の形態は従属請求項に記載されている。
【０００８】
上記目的は、音信号生成用の音響装置の本発明による改良の形態により実現され、ここでは、音変換器及び少なくとも１つの音発生場所が互いに物理的に離れている。このような装置は、音発生場所に接続された空気誘導式の音響ラインを備えていて、共鳴効果を減らすために、音響ライン内の空気と周囲空気との音響インピーダンスを一致させる手段が設けられている。この場合、音響共鳴を一致させる手段は、空気の音響インピーダンスを有する材料で作られている。本発明による仕方で、この材料は、少なくとも１つの音発生口の上に二次元的に確実に配置されている。これは、可能な限り小さい物理的空間を必要とするのみならず、同時に、装置内への塵埃の侵入も防ぐ、音響インピーダンスの一致を実現する点で好都合である。
【０００９】
空気の音響インピーダンスを有する材料が、繊維質及び／又は多孔性材料、特にフェルト、スポンジ材料、不織布又はフェルト金属で作られていれば特に好都合である。空気の音響インピーダンスが４１．４ｒａｙｌであるため、音響ラインを終端させるために用いる材料も同程度のｒａｙｌ値を有していなければならない。商業的に、対応するｒａｙｌ値を有する、例えばフェルト金属と呼ばれる材料が、容易に取得することができる。約４０ｒａｙｌの値を有する材料により管の端を密封することで、長さが無限の管を擬似的に与え、従って結果的に音が理想的な無共鳴状態で発生する。使用するフェルト金属の厚さが１ｍｍ程度であれば特に好都合であり、それにより第一に、十分な衝撃及び圧縮耐性が得られ、第二に、伝達される音波が可能な限り消音されない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明について、例示的な実施の形態及び図面を参照しながら以下に詳述する。
【００１１】
図１ａ）に、２個の分離された座席、すなわち運転席と前部助手席、及び後部ベンチ座席を備えた自動車の室内を概略的に示す。この種の典型的な車両室内において、ベンチ座席の背もたれ上方中央のスピーカーから放射された音信号の伝播が測定された。図１ｂ）に、スピーカー信号の強度低下を距離の関数として示す。この場合、曲線１１は運転者及び前方助手席の方向１０における強度低下を示し、曲線１３は後部座席の乗客の、スピーカーから４５°の角度にある方向１２における強度低下を示す。音強度は、距離が２倍になる毎に６ｄＢ低下することが明らかにわかる。これは、無加重レベル、及びＡ加重（Ａ加重とは、被験者の聴覚感度を粗い近似で考慮するものである）に適用できる。この６ｄＢという値は、音源から直接届く音場にいる場合に正確な値である。この条件は、車両内で測定距離が８０ｃｍ以内の場合にほぼ満たされる。理想的な伝播音場（例えば、膨大な数の反射の結果として）は場所に依存しない。車両内でこの６ｄＢ値を実現しているため、音源を直接使用者の近く、すなわち当人のヘッドレストに置くことにより、他の乗客は距離が離れているために極めて微小な音しか漏れ聞こえないようにすることは理にかなっている。例えば、使用者が音源から５ｃｍの距離に居るのに対し、隣に居る別の聞き手は４０ｃｍの距離にいる。これは、別の聞き手にとって音強度が１８ｄＢ低いことを意味する。本発明の基本的な態様は、音源から直接届く近い音場において、距離依存の結果、漏れ聞こる音量が減らせることである。
【００１２】
図２に、圧力室式スピーカー及びそれに接続された薄壁プラスチック管を含む構成の実験用の設計例を示す。プラスチック管２０は、内径が１５ｍｍ、長さが１メートルである。実験用のシステムで用いたスピーカー２１は、ビーアンドケー社（Ｂ＆Ｋ）製の実験用スピーカーである。この場合、圧力室式スピーカーは、小型の耐圧筐体内にスピーカーシャーシを含んでいる。スピーカーの振動板の前面２２における管取付け箇所までの空気容積は極めて小さい。管口の前面から垂直に約１０ｃｍの距離に実験用マイクロホン２３が配置されている。この構成は、音響的に消音された室内での測定値を得るために用意されたものである。
【００１３】
図３に、図２で述べた実験用の設計例を用いて実行された２個の周波数応答測定値を示す。
【００１４】
この場合、曲線Ａは、音響ラインを覆わないで設計例を動作して生成された測定曲線を表わす。曲線Ａは、１７０、３４０、５１０、６８０Ｈｚ等における主要な共鳴を示す。共鳴は、波長が管長の２倍（及びその整数比）である周波数で得られる。
【００１５】
曲線Ｂは、本発明に従い、３５ｒａｙｌのフェルト金属２４を用いて、音響ラインが終端された場合の設計例の周波数応答を表わしている。この場合、共鳴が約１０ｄＢ減少することが明らかであり、従ってほぼ直線的な（線形）周波数応答が生成される。
【００１６】
以下の議論は、音響的に管理されたスピーカーシステムを用いてどのように指向性を生じさせるかを説明する。この場合、図４ａ）は、２本の管４０、４１、筐体４２、及び２個の同一スピーカーシャーシ４３、４４を含む音変換器を概略的に示す。筐体４２内における２個のシャーシ４３、４４の設置は、等圧プッシュプルシステムに対応している。プッシュプル機能は、振動板の運動が逆向きになるように２個のシャーシが電気的に逆位相に接続されていることにより実現される。振動板の前面と管取付け部との間の空気容積は極めて小さい。ほぼ常時、キャビネット内部は同じ定圧力であり、管内部は揺動する逆位相の圧力が存在する。この構成は、実際にダイポールスピーカーを提供するものであり、２個の逆位相の小穴状の音源が２本の管の口を表わしている。図４ｂ）に、２個のスピーカーシャーシ４３、４４の動作を説明する等価電気回路図を示す。管を設置した結果としての共鳴効果を避けるため、管端部を約４０ｒａｙｌの値を有する音響材料により再度終端することができる。
【００１７】
図５に、個々のスピーカーシャーシの双極子特性を利用する利点がある、等圧プッシュプルシステムの代替的な設計例５０の概要を示す。この場合、スピーカー筐体は２個のチャンバ５１、５２に分けられており、その各々は振動板の前面５３及び振動板の背面５４に関連付けられている。この結果、２個のチャンバ内の圧力は常に逆位相になっていて、各々「＋」及び「−」で区別される。図４の等圧プッシュプルシステムと比較すれば、設計はこの場合の方が単純であり、１個のスピーカーシャーシしか必要としない。しかし、この場合、スピーカーシャーシ自体が非対称であり、従って管の始端で音響的に異なる条件が時として生じる場合があるため、管端部で同じ音響条件を設定することがより困難な場合がある。
【００１８】
図６に、管端部で音響を終端させる等圧プッシュプルシステム６０を計測する実験用の設計例を概略的に示す。管のうちの１本は更に、広い帯域幅にわたってこの管から発生する音を減らす消音材料６１を終端に含む。本例では、音の発生は、繊維質消音材により広い帯域幅にわたって約３ｄＢ減らされている。３個の実験用マイクロホンＭ１、Ｍ２、及びＭ３が、本構成の指向性を測定するために設置されている。記号「＋」は有用な音源を示しており、「−」は逆位相の補償音源を示している。この場合に用いるスピーカーシャーシは、テレビ等の安価な製品に用いる単純なシステムである。筐体は、音響的に最適化されていない。本システムを用いて、例えば、広帯域の指向性を示すことができる。
【００１９】
図７に、マイクロホンＭ１、Ｍ２及びＭ３の周波数応答を示す。Ｍ１及びＭ２について、７０Ｈｚから２ｋＨｚの範囲でほぼ一致する周波数応答が得られる。Ｍ１及びＭ２の周囲の物理的範囲が有効範囲であり、聞き手の耳が含まれているべきである。この場合、Ｍ３は隣接範囲であり、極力音を拾わないことが必要である。逆位相の音が３ｄＢ下げられた結果、この場合は部分的な相殺が得られ、広い帯域幅にわたり音が１０ｄＢ低く聞こえることを意味する。極力音響信号を拾わないように意図された隣接範囲は、上述の例で消音材６１を用いる３ｄＢの消音を選択することにより設定されている。隣接範囲が有効範囲から更に遠い距離にあることが必要な場合、２種の処置により設定することができる。すなわち、管口間の物理的距離（上例では８ｃｍ）を広げるか、又は３ｄＢの消音値を例えば１〜２ｄＢに下げる。図７に示す実験結果は当然ながら単なる例に過ぎず、音変換器から伝達された信号を適切に音響的に最適化することにより、同じ音響装置が更に均一な周波数応答、及びより広い帯域幅を生成できることは言うまでもない。管式システムの場合、通常の周波数セレクタを用いる周波数選択以外に、管内の消音材及び各種の管径により、伝達される周波数成分に影響を与えることが可能である。
【００２０】
消音値及び管端部間の距離を設定することにより、用途の個別事例向けに実験的に最適化することが可能になる。例えば、自動車内において、運転者のヘッドレストからの音を前部座席乗客が漏れ聞くのを減らすことが目的であれば、至近距離は有効範囲から約５０ｃｍ離れて設定される。消音値及び管距離を正確に決定することは、ヘッドレストの設計にも依存している。自動車において実験的な最適化が推奨される。
【００２１】
図８に、音の経路設定を行なう音響ヘッドレスト８０の例を示す。支持部８１は、ヘッドレスト内へ音を誘導する。支持部８１は管状であり、支持部８１の端から、更なる管要素８２が最終的に開口へ経路設定されている。開口は、聞き手の耳の直接近くにある。これに対応してヘッドレストの第二の支持部８３も更なる管要素を備えた管状の音伝導体であれば特に好適である。これにより両方の管式システムは例えば、スピーカーシステムから同じ信号を受信したり、又はステレオ効果を生むために異なる信号を受信することができる。例えば、このようなシステムで用いる音変換器は、圧力室システムであってよい。
【００２２】
図９に、ヘッドレストの背面に逆位相の信号用の開口９１を備えた音響ヘッドレスト９０を示す。この図は、ヘッドレストの片側、すなわち片方の耳用の構成のみを示す。聞き手の耳には「＋」で示す音が届くように意図されている。横方向において、又は後方へ、他の聞き手に対して「−」で示す音による部分的補償の生成が意図されている。極力同種類の周波数応答を得るために、「＋」及び「−」の音に対する管長が同じになるように選択することが有利である。この場合、使用するスピーカーは等圧プッシュプルシステムであれば有利であり得る。
【００２３】
指向性を生成するための一つの代替例は、同じ音の要素を有する複数の管を用いて、これらの管の開口を一平面に構成するものである。この平面は従って、ある程度多数の音響的な点音源を含んでいる。平面内の音源は、擬似的に巨大な放射平面を形成する。放射平面は、その平面の広がりが音響波長の大きさ程度に匹敵する場合、明らかな指向性を示す。平面の広がりが波長より大きい場合、音源内の遅延時間の差が大きく、従って結果的に生じる指向性が特に著しい。
【００２４】
図１０に、３個の管端部１０１、１０２及び１０３が音生成及び指向性に寄与するヘッドレスト１００の簡単な例を示す。同じ音響特性を得るために、使用する管線１０１、１０２及び１０３が同じ長さであることが有利である。平行に経路設定された管線又は分岐された管線を使用することが可能である。図１０に示す例において、３個の音源１０４が互いの上方に配置されている。音源を垂直に配置する構成は、カラムスピーカーを用いる劇場音から知られている。これにより、本構成の水平指向性が実現され、天井に向かう（及び床へ向かう）音の放射を減少させる（水平集中）。
【００２５】
複数の音源が一平面上で互いに隣接して、且つ互いの上方に配置されている場合、水平集中だけでなく垂直集中も実現される。知られているカラムスピーカーと比較して、ヘッドレストの音源の可能な構成は表面積が小さいことの制約を受ける。例えば、１０ｃｍの波長は、３．４ｋＨｚの周波数に相当する。著しい指向性は、音源が波長の約四分の一だけ伸びたときに始まる。従って１０ｃｍの音源範囲は、４０ｃｍの波長（及びそれ以下）から有効である。４０ｃｍは、概ね１ｋＨｚに相当する。例えば、寸法が１０ｃｍ×１０ｃｍである利用可能な「音響」平面を有するヘッドレストを使用する場合、複数の管口について示す手順は、指向性を増大させる目的で約１ｋＨｚから有効である。複数の同位相の管端部の結果としての指向性と、逆位相の管端部の指向性とを結合することが可能である。
【００２６】
例えば、図１１に、２個の指向性要素の組合せを有するヘッドレスト１１０を示す。例えば１ｋＨｚからの中間周波数の場合、ヘッドレスト前面の複数の管端部１１１が耳に対する指向性スピーカーとして機能する。ヘッドレストの背面に、側方及び後方からの音を相殺する逆位相の音を有する管端部１１２が備えられている。この場合における側方／後方の相殺は、１ｋＨｚ未満の周波数に有効である。
【００２７】
例えば１０ｋＨｚ以上の高周波の場合、非常に小さい通常のピストン型スピーカーの指向性が、既に極めて明白である。１０ｋＨｚでは、波長は約３．４ｃｍである。振動板の直径のほぼ四分の一、すなわち約０．８ｃｍから、顕著な指向性がある。大きさが１ｃｍ程度の直径を有するスピーカーは、このように、高周波用の指向性スピーカーに適している。
【００２８】
音響ヘッドレストの場合、高周波における指向性を実現する２種の選択がある。大きさが１ｃｍ程度である管直径の場合、高周波における指向性は自動的に得られる。あるいは、高周波において従来の小型スピーカーを用いてもよい。高周波は次いで、この小型スピーカーを用いて再現される。大きさが直径１ｃｍ程度である小型スピーカーにより、設計上の制約及び事故時に負傷する危険が小さい。高周波数の方が中間及び低周波数の場合よりも電力要求が極めて低く、小型スピーカーがライン要件をも充分満たすことを意味する。
【００２９】
マルチパスシステムは、中間及び低周波数の場合は管式システムに、高周波数の場合は小型スピーカーに分けることにより得られる。マルチパスシステムは、スピーカー設計において知られている。これらは、送られてきた信号成分で個々のシャーシを起動するために「周波数セレクタ」を必要とする。
【００３０】
本発明の音響装置の用途は、ヘッドレストでの使用に限られておらず、特に、音変換器を組み込むための取付け空間が限られている場合、又は安全性の理由で従来型の音変換器を組み込むことが不可能と思われる場合に、好都合に利用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】自動車内に存在する、音響音波の伝播への影響を示す。
【図２】本発明に基づく音響装置の実験用の設計例を示す。
【図３】図２に示す実験用の設計例を用いて測定された周波数の範囲を示す。
【図４】等圧プッシュプルシステム形式の音変換器の例を示す。
【図５】等圧プッシュプルシステムの代替的な設計例の概要を示す。
【図６】音変換器がプッシュプルシステムに基づいて動作する音響装置の指向性を確認する実験用の設計例を示す。
【図７】図６に示す実験用の設計例を用いて測定された周波数の範囲を示す。
【図８】支持棒を通る音の経路設定を有する本発明によるヘッドレストの例を示す。
【図９】放射された音の指向性が、音の経路設定の適切な実行により得られるヘッドレストの例を示す。
【図１０】本発明による装置の音発生場所が、平坦な放射要素を形成するように配置されたヘッドレストの例を示す。
【図１１】発生した音の指向性が、逆位相相殺と、フラットパネルスピーカーを形成するように配置された音発生場所の両方を介して得られるヘッドレストの例を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年9月14日(2005.9.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2006508573.tif 000014
【国際調査報告】
2006508573.tif 000015
2006508573.tif 000016
2006508573.tif 000017
2006508573.tif 000018
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