JP6986365B2

JP6986365B2 - 車載用スピーカシステム

Info

Publication number: JP6986365B2
Application number: JP2017105793A
Authority: JP
Inventors: 景田辺; 秋雄鈴木; 亮伊藤
Original assignee: Alpine Electronics Inc
Current assignee: Alpine Electronics Inc
Priority date: 2016-08-23
Filing date: 2017-05-29
Publication date: 2021-12-22
Anticipated expiration: 2037-05-29
Also published as: US9942636B2; CN107770703A; CN107770703B; US20180063610A1; JP2018033124A; EP3288283A1; EP3288283B1

Description

本発明は、車室内空間と車室外空間とを隔てる支持部材に装着されたスピーカの音を車室内に放射するようにした車載用スピーカシステムに関する。

ドア内やエンジンルーム内等の車室外空間と車室内空間とを隔てる支持部材（隔壁）にスピーカを直接装着する車載用スピーカシステムにおいては、ドア内ではウインドガラスの隙間から水滴や塵埃が侵入するおそれがあり、エンジンルーム内でもエンジンの輻射熱やオイル等の影響を受けやすいため、車室外空間の環境が車室内に比べて非常に厳しいものとなっている。

この種の車載用スピーカシステムの従来例として、特許文献１に記載されているように、ドアトリムおよびインナーパネルに開口部を設け、インナーパネルに取り付けたスピーカの音を開口部から車室内に放射させると共に、スピーカの背面を伸縮材料からなるリアカバー体で覆うように構成したものが提案されている。リアカバー体はスピーカを包囲する円筒状主体の後開放面を塞いでおり、スピーカの背面とリアカバー体との間に閉鎖空間が画成されるようになっている。

このように構成された車載用スピーカシステムでは、車室外空間であるドア内を向くスピーカの背面がリアカバー体によって覆われているため、ドア内に浸入した雨水や塵埃がスピーカ内に入り込むことを防止できる。しかも、リアカバー体は伸縮性と可撓性に富んだ材料で形成されており、スピーカの構成部材である振動板の振動に伴ってリアカバー体が変形するため、振動板の振動に緩やかな制動が加えられて低音特性を向上させることができる。

実開昭６２−３９３９１号公報

しかしながら、特許文献１に開示された従来の車載用スピーカシステムでは、リアカバー体が伸縮材料で形成されており、この伸縮材料には伸び縮みや変形等に基づく複数の共振点が存在するため、複数のピークが存在する周波数特性となってしまい、音質の悪化を招くという問題があった。

本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、車室外環境に対する耐候性を向上させることができると共に、音質の悪化を防止することができる車載用スピーカシステムを提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の車載用スピーカシステムは、車室内空間と車室外空間との間に配置され、前記車室内空間と車室外空間を連通する開口部が設けられた支持部材と、前記開口部と対向するように前記支持部材に支持されたスピーカと、前記開口部を塞いで前記スピーカとの間に閉鎖空間を画成するリアカバー体とを備え、前記リアカバー体は、前記支持部材に支持された環状可撓性部材と、前記環状可撓性部材の内側に支持され該環状可撓性部材よりも受圧面積の大きい非可撓性振動板とからなり、前記スピーカは、前記支持部材に取り付けられたフレームと、前記フレームに保持されて前記閉鎖空間を介して前記リアカバー体に対向する振動板と、前記振動板に取り付けられたボイスコイルと、前記フレームに支持されて前記車室内空間内に位置する磁気回路とを備え、前記振動板の振動によって発生する音が前記フレームに形成された切欠き孔を通って前記車室内空間に放射されるように構成されていることを特徴としている。

このように構成された車載用スピーカシステムでは、支持部材に支持されたスピーカの背面側が開口部を塞ぐリアカバー体によって覆われているため、車室外空間の温度変化・風雨・塵埃等に対する耐候性を向上させることができると共に、スピーカの振動板の振動に伴ってリアカバー体が音圧を受けたとき、非可撓性振動板が移動して環状可撓性部材が僅かに変形するだけなので、リアカバー体の伸び縮みや変形等に基づく共振を排除して周波数特性をフラット化することができ、音質の悪化を防止することができる。しかも、スピーカが、支持部材に取り付けられたフレームと、フレームに保持されてリアカバー体と閉鎖空間を介して対向する振動板と、振動板に取り付けられたボイスコイルと、フレームに支持されて車室内空間内に位置する磁気回路とを備え、振動板の振動によって発生する音がフレームに形成された切欠き孔を通って車室内空間に放射されるように構成されているため、磁気回路の磁気ギャップ内に配置されたボイスコイルの発熱が車室内空間側に放熱され、振動板とリアカバー体とで囲まれた閉鎖空間に熱が蓄積されてしまうことを防止できる。

上記の構成において、環状可撓性部材は、支持部材に取り付けられた部分から非可撓性振動板に取り付けられた部分に至るまでの断面形状が非直線状であることが好ましく、このようにすると、環状可撓性部材の材料自体の伸縮が抑えられると共に非可撓性振動板が振動しやすくなり、不所望な共振を効果的に抑制することができる。

また、上記の構成において、振動板に対するリアカバー体の大きさは特に限定されないが、環状可撓性部材の外径が振動板の直径よりも小さいと、支持部材に設けられる開口部の大きさが小さくて済むため、支持部材の機械的強度の低下を抑制することができると共に、振動板のエッジと環状可撓性部材との干渉が回避されるため、リアカバー体をスピーカに近接配置させて装置の小型化を図ることができる。

また、上記の構成において、非可撓性振動板の形状は特に限定されないが、この非可撓性振動板が車室外空間側に膨出する円椀状であると、非可撓性振動板の剛性を高めることができると共に、スピーカの振動板とリアカバー体が逆相で動作したときも、振動板と非可撓性振動板の接触を防止することができる。

また、上記の構成において、スピーカを駆動する駆動手段の駆動周波数帯域が閉鎖空間の共鳴周波数よりも低く、スピーカの振動周波数帯域がその共鳴周波数よりも低いと、閉鎖空間の共鳴によるピークも排除して周波数特性をフラット化することができる。

本発明の車載用スピーカシステムによれば、車室外環境に対する耐候性を向上させることができると共に、リアカバー体の伸び縮みや変形等に基づく共振を排除して音質の悪化を防止することができる。

第１実施形態例に係る車載用スピーカシステムの断面図である。歪率と周波数の関係を示す説明図である。駆動信号発生装置を示すブロック図である。第２実施形態例に係る車載用スピーカシステムの断面図である。

以下、発明の実施の形態について図面を参照して説明すると、図１に示すように、本発明の第１実施形態例に係る車載用スピーカシステムでは、車室内空間Ｓ１と車室外空間（例えばエンジンルーム）Ｓ２とを隔てる支持部材１にスピーカ２が支持されていると共に、スピーカ２の背面を覆うようにリアカバー体３が支持部材１に支持されている。支持部材１には車室内空間Ｓ１と車室外空間Ｓ２を連通する開口部１ａが設けられており、リアカバー体３は開口部１ａを塞ぐようにガスケット４を介して支持部材１に固定されている。スピーカ２はスペーサ５を介してリアカバー体３の前方に配置されており、スピーカ２の後述する振動板１０とリアカバー体３との間には閉鎖空間Ｓが画成されている。なお、この閉鎖空間Ｓは完全密閉に近い状態が望ましいが、完全に密閉されていると温度変化による膨張や収縮が生じてしまうので、適宜箇所に通気孔を設けておくことが好ましい。

スピーカ２は、断面形状を略円錐台状とするフレーム６と、フレーム６の底面に固定された磁気回路７と、磁気回路７の磁気ギャップに配置されて通電時に電磁相互作用で駆動されるボイスコイル８と、ボイスコイル８が巻回された円筒状のボビン９と、ボビン９に取り付けられた略円錐形状の振動板１０と、振動板１０の内周部側を塞ぐ円椀形状のキャップ１１と、ボビン９と振動板１０を弾性的に支持するダンパ１２とによって主に構成されている。

フレーム６は外周縁側に円環状の鍔部６ａを有しており、この鍔部６ａがねじ止め等の手段を用いてスペーサ５およびガスケット４と一緒に支持部材１に固定されている。振動板１０は外周縁側にエッジ１０ａを有しており、このエッジ１０ａがフレーム６の鍔部６ａに取り付けられている。また、フレーム６の周面には複数の切欠き孔６ｂが形成されており、振動板１０の振動によって発生する音がこれら切欠き孔６ｂを通って車室内空間Ｓ１に放射されるようになっている。

リアカバー体３は、軟質ゴム等の柔軟性に富んだ材料からなる環状可撓性部材３ａと、耐熱性樹脂やアルミニウム等の金属材料からからなる非可撓性振動板３ｂとによって構成されており、これら環状可撓性部材３ａと非可撓性振動板３ｂは接着等の手段を用いて一体化されている。環状可撓性部材３ａは半円状の断面形状を有する環状体であり、その外周縁が円筒状のガスケット４とスペーサ５との間に挟持されている。ガスケット４は車室内空間Ｓ１と車室外空間Ｓ２との間をシールするリング状パッキンであり、開口部１ａとガスケット４は同じ径寸法に設定されている。スペーサ５はガスケット４とフレーム６の鍔部６ａとの間に介設された円筒状の部材であり、振動板１０のエッジ１０ａとリアカバー体３の環状可撓性部材３ａはスペーサ５の厚み（図１の左右方向の寸法）相当分だけ離間している。非可撓性振動板３ｂは外周側を屈曲させた平板状の部材であり、前述したように、振動板１０とリアカバー体３との間に閉鎖空間Ｓが画成されている。なお、非可撓性振動板３ｂは、可撓性を全く有していない材料で形成されているという趣旨ではなく、環状可撓性部材３ａよりも十分に剛性が高く音響特性に大きな影響を与えない程度であれば、僅かに可撓性を有する材料で形成されていても良い。

ここで、非可撓性振動板３ｂの振動を妨げない範囲で環状可撓性部材３ａを可能な限り幅狭にすることにより、非可撓性振動板３ｂの受圧面積が環状可撓性部材３ａの受圧面積よりも大きくなるように設定されているため、環状可撓性部材３ａの伸縮や変形等に基づく共振を最大限抑制することができる。

また、環状可撓性部材３ａの支持部材１に取り付けられた部分（ガスケット４とスペーサ５との間）から非可撓性振動板３ｂに取り付けられた部分に至るまでの断面形状が湾曲状となっているため、環状可撓性部材３ａの材料自体の伸縮を抑えることができると共に、非可撓性振動板３ｂを振動させやすくすることができる。なお、本実施形態例では、環状可撓性部材３ａの断面形状を半円状としているが、それに限られるものではなく、環状可撓性部材３ａの断面形状は非直線状になっていれば良い。

また、開口部１ａを塞ぐリアカバー体３は車室外空間Ｓ２に晒される部材であるため、環状可撓性部材３ａと非可撓性振動板３ｂの材質や厚み等は車室外空間Ｓ２の環境を考慮して選定する必要があり、例えば車室外空間Ｓ２がエンジンルームである場合は、エンジンの輻射熱やオイル等に耐え得るものを使用すれば良い。

このように構成された車載用スピーカシステムにおいて、後述する駆動信号発生装置からスピーカ２のボイスコイル８に音声信号が入力され、ボビン９と振動板１０が図１の左右方向へ振動すると、振動板１０の背面側の閉鎖空間Ｓに負圧と正圧が交互に発生し、それに伴ってリアカバー体３も図１の左右方向へ変位する。ここで、リアカバー体３は剛性の高い非可撓性振動板３ｂの外側を柔軟性に富んだ環状可撓性部材３ａで支持した構成となっており、振動板１０の振動に伴ってリアカバー体３が音圧を受けたとき、非可撓性振動板３ｂが移動して環状可撓性部材３ａだけが変形するため、リアカバー体３の伸び縮みや変形等に基づく共振を排除することができ、広い周波数帯域にわたって周波数特性をフラット化することができる。また、非可撓性振動板３ｂの慣性抵抗が振動板１０の振動に緩やかな制動を加えることとなり、低音特性も向上する。

図２はスピーカの動作状態における周波数特性図であり、横軸は周波数を、縦軸は歪率（ＴＨＤ）をそれぞれ示している。また、図中の実線は環状可撓性部材３ａと非可撓性振動板３ｂからなるリアカバー体３を用いた本実施形態例を示し、破線は伸縮材料のみで形成されたリアカバー体を用いた比較例を示している。

図２に示すように、リアカバー体を伸縮材料のみで形成した比較例の場合、伸縮材料には伸び縮みや変形等に基づく複数の共振点が存在するため、複数のピークが存在する周波数特性となってしまい、特に、１００Ｈｚ以下の低周波数帯域において大きなピークができてしまい、重低音域における音質が悪化することになる。これに対し、本実施形態例の場合、振動板１０の振動に伴って変形するのは環状可撓性部材３ａだけであり、環状可撓性部材３ａの内側に支持された非可撓性振動板３ｂは平板形状を維持したまま変位するだけであるため、リアカバー体３の伸び縮みや変形等に基づく共振を排除することができる。その結果、閉鎖空間Ｓの共鳴周波数である２５０Ｈｚ付近にピークができるものの、それ以外の広い周波数帯域にわたって周波数特性をフラット化することができ、重低音域における音質の悪化を抑制することができる。

図３はスピーカ２に音声信号を入力する駆動信号発生装置（駆動手段）のブロック図であり、同図に示すように、ディスクプレーヤ等の再生装置１３によって再生された音声信号は、ローパスフィルター（ＬＰＦ）１４を通過した後にアンプ１５で増幅されてスピーカ２に入力されるため、スピーカ２はローパスフィルター１４でカットされた信号の周波数よりも低い周波数帯域で動作する。本実施形態例で用いられているスピーカ２は、動作周波数が２０〜１５０Ｈｚの低域用ウーハであり、この動作周波数（２０〜１５０Ｈｚ）は前述した閉鎖空間Ｓの共鳴周波数（２５０Ｈｚ）よりも低いため、低音特性に優れたスピーカシステムを実現することができる。

以上説明したように、本実施形態例に係る車載用スピーカシステムでは、車室内空間Ｓ１と車室外空間Ｓ２を隔てる支持部材１に設けられた開口部１ａがリアカバー体３によって塞がれていると共に、支持部材１に支持されたスピーカ２の背面側がリアカバー体３で覆われているため、車室外空間Ｓ２の温度変化・風雨・塵埃等に対する耐候性をリアカバー体３によって向上させることができる。しかも、リアカバー体３が、ガスケット４を介して支持部材１に支持された環状可撓性部材３ａと、この環状可撓性部材３ａの内側に支持されて環状可撓性部材３ａよりも受圧面積の大きい非可撓性振動板３ｂとで構成されており、スピーカ２の振動板１０の振動に伴ってリアカバー体３が音圧を受けたとき、非可撓性振動板３ｂが移動して環状可撓性部材３ａだけが変形するため、リアカバー体３の伸び縮みや変形等に基づく共振を排除して周波数特性をフラット化することができ、音質の悪化を防止することができる。

また、スピーカ２の構成部材である磁気回路７が車室内空間Ｓ１内に配置されており、振動板１０の振動によって発生する音がフレーム６の切欠き孔６ｂを通って車室内空間Ｓ１に放射されるという車載用スピーカシステムであるため、磁気回路７の磁気ギャップに配置されたボイスコイル８の発熱は車室内空間Ｓ１側に放熱されることになり、振動板１０とリアカバー体３とで囲まれた閉鎖空間Ｓに熱が蓄積されてしまうことを防止できる。

さらに、本実施形態例に係る車載用スピーカシステムでは、支持部材１に装着されたスピーカ２が低域用ウーハであり、このスピーカ２の動作周波数（２０〜１５０Ｈｚ）が閉鎖空間Ｓの共鳴周波数（２５０Ｈｚ）よりも低いため、閉鎖空間Ｓの共鳴によるピークも排除して周波数特性をフラット化することができ、低音特性に優れたスピーカシステムを実現することができる。

図４は本発明の第２実施形態例に係る車載用スピーカシステムの断面図であり、図１に対応する部分には同一符号を付してある。

図４に示す車載用スピーカシステムが第１実施形態例と相違する点は、リアカバー体３の環状可撓性部材３ａの外径寸法がスピーカ２の振動板１０の直径よりも小さくなっていることと、リアカバー体３の非可撓性振動板３ｂが車室外空間Ｓ２側に膨出する円椀状に形成されていることにあり、それ以外の構成は基本的に同じである。

すなわち、支持部材１には車室内空間Ｓ１と車室外空間Ｓ２を連通する比較的小さめな開口部１ａが設けられており、この開口部１ａはそれと同径のリアカバー体３によって塞がれている。スペーサ５は比較的厚み（図４の左右方向の寸法）が薄いリング状部材であり、このスペーサ５の内周部とガスケット４との間にリアカバー体３の環状可撓性部材３ａが挟持されている。フレーム６の鍔部６ａはスペーサ５の外周部に固定されており、振動板１０のエッジ１０ａは鍔部６ａに支持されている。振動板１０の直径は開口部１ａやリアカバー体３の直径よりも大きめに設定されており、振動板１０のエッジ１０ａはリアカバー体３の径方向外側でスペーサ５と対向している。また、リアカバー体３の非可撓性振動板３ｂは車室外空間Ｓ２に向かって膨らむように円椀状に形成されており、振動板１０とリアカバー体３との間に閉鎖空間Ｓが画成されている。なお、第１実施形態例と同様に、この非可撓性振動板３ｂの受圧面積は環状可撓性部材３ａの受圧面積よりも大きくなるように設定されている。

このように構成された第２実施形態例に係る車載用スピーカシステムでは、スピーカ２の振動板１０の直径に対してリアカバー体３の外径寸法が小さく設定されているため、リアカバー体３で塞がれる開口部１ａの大きさをスピーカ２の口径よりも小さくすることができ、その分だけ支持部材１の機械的強度の低下を抑制することができる。しかも、振動板１０のエッジ１０ａとリアカバー体３の環状可撓性部材３ａとが径方向に離間しているため、スピーカ２の動作時に振動板１０のエッジ１０ａと環状可撓性部材３ａが接触してしまうことを回避でき、スピーカ２とリアカバー体３を近接配置して装置の小型化を図ることができる。

また、第２実施形態例に係る車載用スピーカシステムでは、リアカバー体３の非可撓性振動板３ｂが車室外空間Ｓ２に膨出する円椀状に形成されているため、非可撓性振動板３ｂの剛性を高めて変形しにくくできると共に、スピーカ２の振動板１０とリアカバー体３が逆相で動作したときでも、振動板１０と非可撓性振動板３ｂが接触しないようすることができる。

なお、上記各実施形態例では、スピーカ２の振動板１０とリアカバー体３の非可撓性振動板３ｂが真円形状であると共に、リアカバー体３の環状可撓性部材３ａが円環形状である場合について説明したが、これらの形状に限定されず、振動板１０と非可撓性振動板３ｂの形状を楕円形状やトラック形状にすると共に、環状可撓性部材３ａの形状をそれに合わせた形状にしても良い。

１支持部材
１ａ開口部
２スピーカ
３リアカバー体
３ａ環状可撓性部材
３ｂ非可撓性振動板
４ガスケット
５スペーサ
６フレーム
６ａ鍔部
６ｂ切欠き孔
７磁気回路
８ボイスコイル
９ボビン
１０振動板
１０ａエッジ
１１キャップ
１２ダンパ
１３再生装置
１４ローパスフィルター
１５アンプ
Ｓ閉鎖空間
Ｓ１車室内空間
Ｓ２車室外空間

Claims

車室内空間と車室外空間との間に配置され、前記車室内空間と車室外空間を連通する開口部が設けられた支持部材と、前記開口部と対向するように前記支持部材に支持されたスピーカと、前記開口部を塞いで前記スピーカとの間に閉鎖空間を画成するリアカバー体とを備え、
前記リアカバー体は、前記支持部材に支持された環状可撓性部材と、前記環状可撓性部材の内側に支持され該環状可撓性部材よりも受圧面積の大きい非可撓性振動板とからなり、
前記スピーカは、前記支持部材に取り付けられたフレームと、前記フレームに保持されて前記閉鎖空間を介して前記リアカバー体に対向する振動板と、前記振動板に取り付けられたボイスコイルと、前記フレームに支持されて前記車室内空間内に位置する磁気回路とを備え、前記振動板の振動によって発生する音が前記フレームに形成された切欠き孔を通って前記車室内空間に放射されるように構成されていることを特徴とする車載用スピーカシステム。
請求項１の記載において、前記環状可撓性部材は、前記支持部材に取り付けられた部分から前記非可撓性振動板に取り付けられた部分に至るまでの断面形状が非直線状であることを特徴とする車載用スピーカシステム。
請求項１の記載において、前記環状可撓性部材の外径が前記振動板の直径よりも小さいことを特徴とする車載用スピーカシステム。
請求項１の記載において、前記非可撓性振動板が前記車室外空間側に膨出する円椀状であることを特徴とする車載用スピーカシステム。
請求項１の記載において、前記スピーカを駆動する駆動手段の駆動周波数帯域が前記閉鎖空間の共鳴周波数よりも低いことを特徴とする車載用スピーカシステム。