(57)【要約】【課題】  スピーカーの数や設置位置に左右されにくく、さらに遮蔽物の位置・大きさ、車内の温度等による影響に影響されることなく好適な音響環境を提供することが可能な車載用音響システムを提供すること。【解決手段】  本発明に係る車載用音響システム１では、座席に着座した聴取者Ｈに対して音響出力を行うスピーカーユニットＬ，Ｒが車室内に設置されている。スピーカーユニットＬ，Ｒには、音響出力の出力方向を聴取者Ｈの方向とする指向性特性が備えられている。【選択図】  図１
2007043377.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
座席に着座した聴取者に対して音響出力を行うスピーカーユニットが車室内に設置され、
該スピーカーユニットには、前記音響出力の出力方向を前記聴取者の方向とする指向性特性が備えられていることを特徴とする車載用音響システム。
【請求項２】
前記スピーカーユニットは、整列された複数のスピーカーによって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の車載用音響システム。
【請求項３】
前記スピーカーから出力される音響出力の音響信号に対してフィルタ処理を施すフィルタ付加手段が前記各スピーカーに対応付けて設けられ、
該フィルタ処理手段により前記音響信号の周波数毎のレベルと位相とが調整されて前記指向性特性が付加されることを特徴とする請求項２に記載の車載用音響システム。
【請求項４】
前記スピーカーから出力される音響出力の音響信号に対して遅延処理を施す遅延処理手段が前記各スピーカーに対応付けて設けられ、
該遅延処理手段によって、前記各スピーカーから出力される前記音響出力に遅延を生じさせることにより前記指向性特性が付加されることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の車載用音響システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、座席に着座した聴取者に対して音響出力を出力するスピーカーユニットが車室内に設置された車載用音響システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
運転中に音楽を楽しむため、一般的な車両には複数のスピーカーが設置されている。特に今日では、車室内の音響環境の向上に対するニーズが高まっており、シートに着座した聴取者に対して好適な音響環境を提供することが可能な音響システムが望まれている。
【０００３】
しかしながら、車室に設置されたスピーカーから音を出力すると、車両のウィンドウ等により出力音があちこちで反射されてしまう。このため、シートに着座する聴取者の耳には、複数の反射音等が合成された音が伝達されることとなり、最適な音響環境（音場）を提供することが困難であった。
【０００４】
そこで、今日では、聴取者の耳に届く音における反射音等の影響を低減させるべく、スピーカーから出力される出力音の音響信号に対して、スピーカーが配された空間の残響特性を打ち消す逆フィルタを施し、聴取者の耳に出力音が到達したときに、反射音を低減させる音響システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
この音響システムを用いることによって、聴取者の耳に伝達される音の周波数特性が平坦となるように出力音にフィルタ処理が施されるため、周波数バランスのよい音響環境を容易かつ迅速に再現することが可能となる。
【特許文献１】特開２００３−１２２３７８号公報（第２−４頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、スピーカーの数や配置位置に制約が生ずる車載用の音響システムでは、上述した音響システムによって車室内の反射波の影響を十分に除去することが困難であった。このため、現実には聴取者が音響効果を感じ難く、むしろ音響劣化を感じてしまうおそれがあった。
【０００７】
また、聴取者を含む遮蔽物の位置・大きさや、聴取者の耳の位置、ウィンドウ等の反射源における温度等の影響によって車室内の音響環境は変化してしまい、一定の環境を維持することが困難であるため、上述した方法によって常に最適な音響環境を再現することは困難であった。
【０００８】
このため、聴取者を無数のスピーカーで取り囲むことによって好適な音響特性を備えた空間を構築し、スピーカーから出力される出力音がウィンドウ等に反射され難くすることによって、理論的には上述の問題を解決することはできるが、現実に聴取者を無数のスピーカーで取り囲むことは困難なことであった。
【０００９】
本発明は、これらの問題に鑑みてなされたものであり、スピーカーの数や設置位置に左右されにくく、さらに遮蔽物の位置・大きさ、車内の温度等による影響に影響されることなく好適な音響環境を提供することが可能な車載用音響システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明に係る車載用音響システムは、座席に着座した聴取者に対して音響出力を行うスピーカーユニットが車室内に設置され、該スピーカーユニットには、前記音響出力の出力方向を前記聴取者の方向とする指向性特性が備えられていることを特徴とする。
【００１１】
また、前記スピーカーユニットは、整列された複数のスピーカーによって構成されていてもよい。
【００１２】
さらに、前記スピーカーから出力される音響出力の音響信号に対してフィルタ処理を施すフィルタ付加手段が前記各スピーカーに対応付けて設けられ、該フィルタ処理手段により前記音響信号の周波数毎のレベルと位相とが調整されて前記指向性特性が付加されるものであってもよい。
【００１３】
また、前記スピーカーから出力される音響出力の音響信号に対して遅延処理を施す遅延処理手段が前記各スピーカーに対応付けて設けられ、該遅延処理手段によって、前記各スピーカーから出力される前記音響出力に遅延を生じさせることにより前記指向性特性が付加されるものであってもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、スピーカーユニットが前記音響出力の出力方向を前記聴取者の方向とする指向性特性を備えているため、出力音の広がりを低減させて聴取者の耳位置方向に直接出力音を出力することができるので、出力音がウィンドウ等により反射される割合が減少し、遮蔽物の位置・大きさ、車内の温度等に基づく音響環境の影響を大幅に低減させることが可能となる。
【００１５】
また、出力音の反射音が低減されるため、音響システムの構築においてスピーカーの数や設置位置を決定する際に反響音の処理を考慮する必要性が低く、システム設計の自由度を高めることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る車載用音響システムを、図面を用いて詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本実施形態に係る車載用音響システムの概略構成図を示している。車載用音響システム１は、助手席側ドアトリム内に設置されるスピーカーアレイユニット（スピーカーユニット）Ｌと運転席側ドアトリム内に設置されるスピーカーアレイユニット（スピーカーユニット）Ｒと、スピーカーアレイユニットＬ、Ｒに対して音響信号を出力する音響信号出力部２と、音響信号出力部２より出力された音響信号に対して指向性処理を施す指向性処理部３とを有している。
【００１８】
なお、本実施例においては、説明の便宜上、助手席側のドアトリム内と運転席のドアトリム内との２つしかスピーカーアレイユニットが設けられていないが、スピーカーアレイユニットの設置個数はこの２つに限定されるものではなく、複数のスピーカーアレイユニットを車室内に設置してもよい。また、スピーカーアレイユニットの設置位置は、助手席側ドアトリム内及び運転席側ドアトリム内に限定されるものではなく、後席のドアトリム内や、リヤトレイや、フロント及びリヤのピラー位置等に設置されていてもよい。
【００１９】
また、図１において、音響信号出力部２と指向性処理部３とは、便宜上、車室４の外に記載されているが、実際にはインストルメントパネル５内に設置される。
【００２０】
スピーカーアレイユニットＬ，Ｒは、ドアトリムの車両前方寄りに設置されており、スピーカーアレイユニットＬ、Ｒの車両前方側端部はインストルメントパネル５の起立面に近設されている。
【００２１】
スピーカーアレイユニットＬには、スピーカーＳ１〜Ｓ３が等間隔に配置されており、スピーカーアレイユニットＲには、スピーカーＳ４〜Ｓ６が等間隔に配設されている。各スピーカーＳ１〜Ｓ６は同形状であって同一の音域の出力音を出力することが可能となっている。
【００２２】
なお、本実施例においては、図１に示すように、スピーカーアレイユニットＬ，Ｒのそれぞれに対して、３つずつスピーカーが配設された構成として説明を行うが、スピーカーの個数は必ずしも３個に限定されるものではなく、２個以下または４個以上であってもよい。また、スピーカーＳ１〜Ｓ３及びスピーカーＳ４〜Ｓ６は必ずしも等間隔に配置されている必要はなく、またスピーカーＳ１〜Ｓ６は必ずしも同形状のものに限定されるものではない。
【００２３】
音響信号出力部２は、ＣＤ（コンパクトディスク）、ＭＤ（ミニディスク）、ＤＶＤ（デジタルビデオディスク）等のメディアやハードディスクドライブ等に記録される音楽情報データを読み取り、読み取った音楽情報データを指向性処理部３に伝達する。
【００２４】
指向性処理部３には、各スピーカーＳ１〜Ｓ６の音響信号に対してＦＩＲフィルタ（Finite Impulse Response Filter）を用いたフィルタ処理を施すフィルタ付加部（フィルタ付加手段）Ｆ１〜Ｆ６が設けられている。音響信号出力部２より出力された音響情報データは、各フィルタ付加部Ｆ１〜Ｆ６に分配されて各スピーカーＳ１〜Ｓ６に適したフィルタ処理が施され、スピーカーアレイユニットＬ、Ｒより出力される出力音の指向性処理が行われる。
【００２５】
ここで、指向性処理部３の指向性制御について説明を行う。まず、所望の指向性特性を備えたスピーカーアレイユニットＬ全体の音響特性をＤ（ω）（ただし、ω＝０、１、２、・・・とする）とすると、図２（ａ）に示すように、音響信号出力部２より出力された音楽情報データは、スピーカーアレイユニットＬ全体の音響特性Ｄ（ω）を介して運転席に着座する聴取者Ｈの左耳方向に音響出力として出力されて、運転席の聴取者Ｈに伝わることとなる。
【００２６】
しかしながら、現実には、音響信号出力部２より出力された音楽情報データは、フィルタ付加部Ｆ１〜Ｆ３でフィルタ処理が施された後に各スピーカーＳ１〜Ｓ３に伝達され、各スピーカーＳ１〜Ｓ３において音響出力がなされて聴取者Ｈの耳に出力音が伝わるため、図２（ｂ）に示すように、フィルタ付加部Ｆ１〜Ｆ３におけるフィルタ処理により生ずる音響特性Ｑ（ω）と各スピーカーＳ１〜Ｓ３での音響出力により生ずる音響特性Ａ（ω）との積により求められる音響信号の出力音が、聴取者Ｈの左耳方向の指向性を備えている必要がある。（なお、図２（ｂ）では、スピーカーＳ１〜Ｓ６を考慮した音響特性Ａ（ω）が示されている。）
そこで、予めスピーカーアレイユニットＬ全体の音響特性Ｄ（ω）を設定し、この音響特性Ｄ（ω）とシミュレーションまたは実測により求めたスピーカーＳ１〜Ｓ６の音響特性Ａ（ω）とに基づいて、フィルタ付加部Ｆ１〜Ｆ３において適用すべきＦＩＲフィルタの音響特性Ｑ（ω）を求める。
このため、音響特性Ｑ（ω）を計算式に当てはめると、スピーカーアレイユニット全体の音響特性Ｄ（ω）に近似する値がスピーカーの音響特性Ａ（ω）とフィルタ付加部Ｆ１〜Ｆ３の音響特性Ｑ（ω）との積となるため、
Ｄ（ω）＝Ａ（ω）Ｑ（ω）・・・式１
（左辺と右辺をイコール「＝」で示しているが、近似の値であればよい。）
となり、式１より
Ｑ（ω）＝（＊Ａ（ω）Ａ（ω）＋ｌＥ）−１（＊Ａ（ω）Ｄ（ω））・・・式２
となる。ここで、ｌは補正係数、Ｅは単位行列、＊Ａ（ω）はＡ（ω）の共役転置行列を示している。
【００２７】
従って、スピーカーアレイユニットＬ全体の音響特性Ｄ（ω）を式２に代入し、さらに、スピーカーの音響特性Ａ（ω）をシミュレーションまたは実測により求めて式２に代入することによって、フィルタ付加部Ｆ１〜Ｆ３における音響特性Ｑ（ω）を求めることができる。
【００２８】
図３は、実測によりスピーカーアレイユニットＬを構成する各スピーカーＳ１〜Ｓ３の音響特性Ａ（ω）を求める方法を説明するための図である。まず、スピーカーＳ１の音響特性を求めるために、スピーカーアレイユニットＬの設置位置を中心とした円弧上の各点にスピーカーＳ１〜Ｓ３より出力される出力音の検出を行う評価ポイント、例えばＰ１、Ｐ２、Ｐ３の３点を設置し、各評価ポイントにおいて評価出力信号としてインパルス応答の検出を行うことによって、各スピーカーＳ１〜Ｓ３の音響特性を求める。なお、シミュレーションにより計算機を用いて各スピーカーＳ１〜Ｓ３の音響特性を求める場合も同様である。
【００２９】
一方、図４は、スピーカーアレイユニットＬ全体の音響特性の設定を行う方法を説明するための図である。図４においても、図３と同様にスピーカーアレイユニットＬの設置位置を中心とした円弧上の各点に評価ポイントＰ１、Ｐ２、Ｐ３の３点を設置する。この評価ポイントに対する理想的なスピーカーアレイユニットＬの指向性特性は、運転席に着座する聴取者Ｈの方向に対して直接的に出力音が出力されることであるため、評価ポイントＰ２のインパルス応答が最適な音響環境の出力音となり、評価ポイントＰ１や評価ポイントＰ３においては、出力音が伝達され難い状況が好ましい。そのため、聴取者Ｈが聴取を行う評価ポイントＰ２の周波数特性が平坦（フラット）となるように音響特性Ｄ（ω）を設定するとともに、評価ポイントＰ１、評価ポイントＰ３においては振幅特性が０（ゼロ）となるように音響特性Ｄ（ω）の設定を行う。
【００３０】
なお、音響特性Ａ（ω）を求める場合であっても、音響特性Ｄ（ω）を設定する場合であっても、実際に車両の助手席側ドアトリム内にスピーカーアレイユニットＬを設置した状態で実測により音響特性Ａ（ω）を求め、音響特性Ｄ（ω）を設定することによって、スピーカーアレイユニットＬの取り付け位置近傍の反射物（例えば、インストルメントパネル５の起立面等）をも考慮した音響特性を求めることができる。
【００３１】
このようにして求められる各スピーカーＳ１〜Ｓ３の音響特性Ａ（ω）とスピーカーアレイユニットＬの音響特性Ｄ（ω）とを、式２に代入することによって、各フィルタ付加部Ｆ１〜Ｆ３の音響特性Ｑ（ω）を求める。
【００３２】
求められた音響特性Ｑ（ω）に基づいて各フィルタ付加部Ｆ１〜Ｆ３において適用させるＦＩＲフィルタを求め、求められたＦＩＲフィルタを用いてフィルタ付加部Ｆ１〜Ｆ３でフィルタ処理を行うことによって、各スピーカーＳ１〜Ｓ３の合成音の音圧が運転席の聴取者Ｈ方向においてＭａｘ（最高）になるように周波数毎のレベルと位相が調整され、スピーカーアレイユニットＬより出力される出力音の指向性を運転席側に向けることが可能となる。
【００３３】
スピーカーアレイユニットＲにおいても、上述した方法と同様の処理方法を用いることによって、各フィルタ付加部Ｆ４〜Ｆ６において適用させるＦＩＲフィルタを求めることができる。このため、求められたＦＩＲフィルタを用いてフィルタ付加部Ｆ４〜Ｆ６でフィルタ処理を行うことによって、スピーカーアレイユニットＲにおいても、各スピーカーＳ４〜Ｓ６の合成音の音圧が運転席の聴取者Ｈ方向にＭａｘとなるように、周波数毎のレベルと位相が調整され、スピーカーアレイユニットＬより出力される出力音の指向性を運転席側に向けることが可能となる。
【００３４】
このように、左右のスピーカーアレイユニットＬ、Ｒより出力される出力音が、直接聴取者Ｈの耳に伝わりやすくなるので、ウィンドウ等により車内で反射等した後に聴取者Ｈの耳に伝わる出力音を低減させることができ、遮蔽物の位置・大きさ、車内の温度等に影響されることなく好適な音響環境を聴取者Ｈに提供することが可能となる。また、出力音の反射音が低減されるため、音響システムの構築においてスピーカーの数や設置位置を決定する際に反響音の処理を考慮する必要性が低くなり、システム設計の自由度を高めることが可能となる。
【００３５】
以上、本発明に係る車載用音響システムについて、図面を用いて説明を行った、本発明に係る車載用音響システムは上述したものに限定されるものではなく、いわゆる当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００３６】
例えば、図１に示すフィルタ付加部Ｆ１〜Ｆ６に代えて、図５に示すように遅延処理部（遅延処理手段）Ｇ１〜Ｇ６を設けて、各スピーカーＦ１〜Ｆ６より出力される出力音をスピーカー毎に遅延させることによって、スピーカーアレイユニットＬ、Ｒに指向性を付加するようにしてもよい。特に、高い周波数帯域の出力音では、隣接されるスピーカーの間隔が狭いものであっても所望の指向性を得やすいため、スピーカーアレイユニットに指向性を付加することが可能である。
【００３７】
さらに、図６に示すように、遅延処理部Ｇ１〜Ｇ６と、フィルタ付加部Ｆ１〜Ｆ６との両方を用いる構成とする場合であっても上述のように所望の指向性を得ることができるため、本発明に係る効果を奏することが可能である。
【００３８】
また、図３及び図４において、評価ポイントＰ１、Ｐ２、Ｐ３をスピーカーアレイユニットＬの設置位置を中心とした円弧上に配設することとしたが、必ずしも評価ポイントＰ１、Ｐ２、Ｐ３は円弧上に配設されたものには限定されず、各スピーカーＳ１〜Ｓ３の音響特性を求め、スピーカーアレイユニットＬ全体の音響特性の設定を行うことが可能な位置であれば、評価ポイントＰ１、Ｐ２、Ｐ３を円弧以外の位置に配設してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本実施形態に係るＣ音響システムを示す概略構成図である。
【図２】スピーカーアレイユニットにおける指向性制御の音響特性を数式により示した説明図である。
【図３】実測によりスピーカーアレイユニットＬを構成する各スピーカーＳ１〜Ｓ３の音響特性Ａ（ω）を求める方法を説明するための図である。
【図４】スピーカーアレイユニット全体の音響特性の設定を行う方法を説明するための図である。
【図５】他の構成を備えた車載用音響システムを示す第１の概略構成図である
【図６】他の構成を備えた車載用音響システムを示す第２の概略構成図である
【符号の説明】
【００４０】
１     …車載用音響システム
２     …音響信号出力部
３     …指向性処理部
４     …車室
５     …インストルメントパネル
Ｈ     …聴取者
Ｌ、Ｒ     …スピーカーアレイユニット
Ｆ１〜Ｆ６     …フィルタ付加部
Ｇ１〜Ｇ６     …遅延処理部
Ｓ１〜Ｓ６     …スピーカー
【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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