JP2018537892A - 自動車におけるステレオ変調再生の新しい方法 - Google Patents

Abstract

この工程は、自動車内のスピーカー位置の分解点検修理に基づいている。基本構成には、前の座席下に配置された2つのスピーカー、後部座席の中央スピーカーおよび車室の外側に配置された低音スピーカーを含む。

Description

発明の詳細な説明

自動車におけるステレオ変調再生の新しい方法。

自動車メーカーが製造する全ての自動車には、ステレオ変調を再生する音響再生システムが装備されている。

立体音響の工程は、2つの点音源から連続的かつ均質な音像を得ることが可能になる。但し、リスナーがこれら2つの音源から等距離に位置する場合である。

車内に並んで座っているリスナー2人は左右のチャンネルを再生する2つのスピーカーから等距離にいることは不可能であることから、従来の立体音響工程は自動車では適切に機能しない。

まず、下記で使用するいくつかの専門用語の意味を明確にする。

立体音響再生において、音響変調が発生すると思える空間内の一連のポイントをサウンドステージと呼ぶ。サウンドステージは、可能な限り広く深くなければならない。サウンドステージとは、サウンドステージ内のサウンドオブジェクトの位置調整である。音像は、位置調整、レベル及び音色で一定した方法で再生される必要がある。音像の中心は、サウンドステージの中心に対応しなければならず、社内では車の縦中心面に近い位置に配置されなければならない。

ステレオ音像は約150Hz以上の周波数によって生成される。それ以下の周波数は低周波です。

ステレオ再生では、主に3つのモードがある。つまり以下の通りである。

2つのチャンネルの電気信号が同じレベルだが、それらの位相が相関していない無相関の等圧モード。例えば、サウンドステージ全体にわたって均一に分配したコーラスを生成するステレオ変調では、無相関の等圧モードにある。

2つのチャンネルの電気信号レベルが等しく、左右の信号が同相である相関した等圧モード。例えば、サウンドステージの中央に歌手1人を生成するステレオ変調は、相関した等圧モードにある。

不平衡モードでは、チャンネルのレベルがゼロである。たとえば、サウンドステージの一端で楽器を生成する変調は不平衡モードにある。

これら3つの主なステレオモードは、チャンネル間のレベル(n)及び位相(c)相関指数を使用して識別できる。

これらの各指数は、各場合において、0と1の間の値を取る。
ｎ＝１はチャンネルのレベルが等しい場合。ｎ＝０はチャンネルのレベルがゼロの場合。
ｃ＝１は、2つのチャンネルが同相の場合で、ｃ＝０は2つのチャンネルの位相が相関していない場合。

−無相関の等圧モードの場合、ｎ＝１及びｃ＝０。

−相関した等圧モードの場合、n = 1及びｃ＝１。

−不平衡モードの場合、n = 0及びcは定義されない。
無相関の等圧モードにおいて、サウンドステージは可能な限り広くなければならず、両方のリスナーが同じ強度でサウンドステージの両端を認識する必要があるため、この構成は「ダブル等圧」と呼ばれる。

図1では、自動車メーカーが現在採用している従来の構成を概略的に示している。

低周波及び中間周波を再生するフロントドアにはスピーカー1及び2を、高周波を再生するダッシュボードの端にはツィーター3及び4を、後部ドアにはフルバンドスピーカー5及び6をそれぞれ設置する。

この構成ではあまり良い結果が得られない。

−車の前後には、リスナーに最も近いサウンドステージの端に音響レベルの優位性があり、音像の中央は不完全に配置され、ほとんど相関しない。
低周波は不完全に分配されており、特に75Hz前後では、車の前部に欠損があり、後部には著しい過圧がある。

一部の車では、ダッシュボードの中央にセンターチャンネルが追加されている。これにより、車の前側における音像中心の再生は改善されますが、リスナーから最も遠いサウンドステージの端における順位欠陥の補正はしない。

フランス特許第2808407号によると、フロントシートの下にラウドスピーカーを設置している車内でステレオ変調を再生する新しい方法を提案している。従来の構成と比較すると、この構成は安価であり、車の前部に立体視画像のより良い再生を提供する。しかし、後ろでは音響レベルが不足しており、車の前後においては50Hz以下の低周波が不足している。

フランス特許第2975857号によると、特に50Hz以下の周波数を拡散する追加の低音スピーカーを設けることにより上記の工程を改善している。本発明による方法では、ここで説明するいくつかの利点を用いて、このスピーカーの帯域幅を最大100Hzまで拡張した。

フランス特許第2985143によると、車の前部における立体視画像の再生についての改善を提案しているが、後部での再生は不十分のままであり、低周波の再生も同様に不十分である。

本発明は、車内のステレオ変調を再生する新しい方法であり、車の前後におけるステレオ変調の良好な再生と、既知の構成と比較してかなり改善された低周波の再生を作り出す。

図2では、本発明に従って、自動車におけるステレオ変調を再生する方法の基本的な構成を図式的に表している。

フロントリスナーの下にスピーカー1及び2が設置されている。いくつかの利点に対して、この位置の前にあるドアと比較すると、
−大幅に改善された音像幅
−音像の中心が上手く位置付けられ、かなりよく相関している
−50Hzを越える低周波において優れた性能
従って、直径10cmのラウドスピーカーでは、ドア内にある16cmラウドスピーカーと同様に、50Hzを越える同じレベルが得られる。ローエンドの車の場合、広帯域幅のスピーカーで十分である。ハイエンドの車の場合、トゥイーターを追加できる。

車の後部、助手席の後ろ、助手席後部の前、及び車の縦中心面には、2つのチャンネル全体を再生するスピーカー3が設置されている。ほぼ垂直軸を有する直径8cmのスピーカーであってもよい。

ローエンドの車の場合、フルバンドのスピーカーで十分である。ハイエンドの車の場合、トゥイーターを追加できる。

このスピーカーのレベルをフロントスピーカーと同じレベルで車の後部で知覚するように調整すると、車の後部では、音像の中心が上手く配置され、よく分布された音像が得られる。この構成は、ドア内にスピーカーのある従来の構成よりもより良く聴こえる。

最大100Hz前後の低周波を再生するスピーカー4は、車室の外側に設置されるので、中間周波数が車室の壁で音響的に通過する。

このようにして、音響の歪みがリスナーによって感知されないため、このスピーカーをはるかに高いレベルで動作させることができる。車室に設置された場合はそうではないだろう。

トランクは通常、このスピーカーに適した場所である。

フロントが10cmのラウドスピーカー及び18cmの低音スピーカーのセットでは、従来の構成である4×16cmに相当する低周波レベルを生み出す。

本発明に準じた構成では、ラウドスピーカー6台ではなく4台、従来の構成である450cm²の膜表面ではなく250cm²から構成され、費用及び重量の低減を伴う表面積45%の減少を引き起こした。

この構成は再生／コスト割合の品質が優れているが、結果は完璧ではなく、車両ごとにかなり著しく異なる。

一部の車においては、リスナーに最も近いサウンドステージの端での音響レベルが低すぎる。

この低すぎるレベルは、ダッシュボードの端にトゥイーターを追加することでかなり良好に補正できる。そして、これらトゥイーターのハイパスフィルタのカットオフ周波数を十分低く下げることにより、これは音像の中心位置及び相関を下げすぎることなく感知するレベルを向上させる。500Hzは超過すべきでない極限の下限であり、1000Hzは良好な平均値である。

一部の車では、音像の中心の再生が低すぎる。これは、2つのチャンネル全体を再生するダッシュボードの中央にスピーカーを追加することで補正できる。

センタースピーカーを使用し、ダッシュボードの端にフルバンドのスピーカーを追加する場合、フロントシートの下にあるスピーカーのレベルと比較して適切にレベルと調整することで、各リスナーの前面にある音像の中心で等圧無相関モードのダブル等圧構成が得られるが、結果はかなり防御的である。

電子制御を追加することで、車における従来のレンダリング品質、即ち、3つの主なステレオモードに対する完璧な結果をこの最後のスピーカー構成から得ることができる。

以下では、フロントシートの下にあるスピーカーを内部スピーカー、及びダッシュボードの端にあるスピーカーをエンドスピーカーと呼ぶ。4台のスピーカー及びセンターチャンネルのそれぞれでは、中間周波数及び高音周波数の全てを再生する。

従来の2ソースステレオでは、リスナーが左右のチャンネルを再生するスピーカーから等距離にいる場合、ステレオ工程は3つの主なステレオモードのそれぞれを完璧に再生する。

しかし、我々の5つのスピーカー構成では、ダッシュボードの中央で音像の中心を取得したい場合、無相関等圧モードではサウンドステージの中央で高すぎるレベルになる。さらに、相関等圧モードでは、エンドスピーカーは、中央の再生を悪化させ、不平衡モードでは、センターチャンネル及び内部スピーカーが音像の幅を縮小させる。

主なステレオモードモードのそれぞれで実現しうる最良の結果を得るために、最良の結果を生み出すラウドスピーカーの構成をそれぞれに定義し、それぞれの主なステレオモードが、このモードを再生するよう選択されたラウドスピーカーを感知するよう、150Hzを超える周波数に対して全スピーカーのレベルを指数(n)と(c)の両方、又はいずれか一方に拘束した。

本発明によると、無相関の等圧モードは、内部のラウドスピーカー及び端のラウドスピーカーによって主に再生され、中央のチャンネルは感知されない。相関の等圧モードは、内部スピーカー及び中央のチャンネルによって再生され、エンドスピーカーは感知されず、不平衡モードは、エンドスピーカーだけで再生され、内部スピーカー及び中央のスピーカーは感知されない。

以下の通りとなる。

αは、無相関及び不平衡の等圧モードに対する中央チャンネルレベルの低減係数である。

βは、不平衡モードにおける内部スピーカーレベルの低減係数である。

γは、相関の等圧モードにおけるエンドスピーカーレベルの低減係数である。

δは、不平衡モードにおける端のラウドスピーカーレベルの増加係数であり、一般レベルを完全なまま維持する。

中央チャンネルのレベルは

で乗じることができ、無相関の等圧モードではαに等しく、相関の等圧モードでは1となり、不平衡モードではαとなる。
屋内スピーカーのレベルは

で乗じることができ、相関及び無相関の等圧モードでは1に等しく、不平衡モードではβとなる。

エンドスピーカーのレベルは

で乗じることができ、無相関の等圧モードでは1に等しく、相関の等圧モードではγ、不平衡モードではδとなる。

アナログデバイスでは、アナログ・デバイセス(AnalogDevices)のAD633の乗算回路のアセンブリによって生成される電圧で利得が制御される、利得制御アンプTHAT 2181を使用することにより、レベル変動が達成できる。

制御電圧がゼロの時、回路THAT 2181の利得は1に等しい。制御電圧が負の場合、利得は0.0061ボルトの増分毎に1デシベル増加し、制御電圧が正の場合、利得は同じ比率で減少する。

（α）が中央チャンネルに認められたデシベルの減少である場合、（β）は内部スピーカーに認められたデシベルの減少であり、（γ）は相関の等圧モードにおけるエンドスピーカーに認められたデシベルの低減であり、（δ）は不平衡モードにおけるエンドスピーカーレベルのデシベルの増加である。

中央チャンネルの制御電圧は

に等しくなる場合がある。
内部スピーカーの制御電圧は

に等しくなる場合がある。
エンドスピーカーの制御電圧は

に等しくなる場合ある。

デジタル式でもアナログ式であっても、車の前部では、全てのステレオモードで優れた結果を得られる。

予算が許す場合、後部座席に対する聴取の改善は、後部座席の後ろ及び自動車の縦の対称軸、例えば、2つのチャンネル差の信号を再生する後部棚にスピーカーを追加することである。

このスピーカーを追加することにより、差異信号が相関の等圧モードを除外しているため、特に音像の中央にある音声に対して前部の優位性を保持する大規模なオーケストラ用の量に快い感じを提供する。

車の前部での音像再生に選択した構成に関わらず、低周波の再生は同じである。それらは、一方では約50Hz〜150Hzの低周波を再生する内部スピーカー及び約100Hz以下の低周波を再生する低音スピーカーによって生成される。ほとんどの車では、フロントにおける75Hzに若干欠陥があり、車の後部には著しい過圧がある。

本発明によると、これらの欠陥は以下の方法で除去できる。

まず第一に、車の後部においてこの周波数帯域で生成されたレベルを、一方では低音スピーカーで、他方ではフロントシートの下にあるスピーカーで均等にする。

第2の段階では、内部スピーカー及び低音スピーカーとの間に位相変位を適用させ、この周波数帯域で車の後部に対して実質的に位相が対立になるようにする。

相対位相は、低音スピーカーの内部スピーカー及び低減フィルタの高域フィルタの位相の調整で調整できる。

この調整により、この周波数帯域では、内部スピーカーで生成される波動及び低音スピーカーで生成される波動は、車の前部で実質上同相であり、この周波数帯域で低すぎたレベルを高めるという事実を我々の試験が示した。

図3では、最も精緻な本発明に従った構成のラウドスピーカーの位置を概略的に示す。基本構成と比較すると、ダッシュボードの端にスピーカー5及び6、ダッシュボードの中央にセンタースピーカー7、そして後部棚の中央にスピーカー8をそれぞれ追加した。

図4では、本発明の最も効果的な異形に従った前部のラウドスピーカーのレベルを制御する方法を実施するための装置1の概略図を示す。この例示的な実施態様において、端部のラウドスピーカー及び中央のチャンネルは、150Hzでハイパスフィルタが行われ、内部ラウドスピーカーに供給される変調は、低周波の一定再生を得るために、利得が制御されるハイパス部分及び利得が一定に維持されるローパス部分に分けられる。

入力チャンネルL及びRは、ステレオ変調の起点からのものである。

分析計2はL及びRを比較し、各瞬間に(n)の平均値及び(c)の平均値を導き出す。(c)及び(n)は、3段階の計算過程3、4、及び5に取り入れられ、その出力において、数値の乗算係数又はレベル整合段階のアナログ制御電圧のいずれかが得られる。

L及びRは、2チャンネルのハイパスフィルタ6の後に続いて2チャンネルレベルのアダプタステージ7、次いで2チャンネルイコライザステージ8、次にエンドスピーカー10及び11を供給する2チャンネルのパワーアンプ9とを供給する。

L及びRは、2チャンネルのハイパスフィルタ12及び加算器ローパスフィルタ13を供給する。ハイパスフィルタの後には、2チャンネルレベルのアダプタステージ14が続く。レベルアダプタ14及びローパスフィルタ13の出力は、2チャンネルイコライザ15の入力に加えられ、その後2チャンネルのパワーアンプ16が続き、内部スピーカー17及び18を供給する。

L及びRは加算回路19を供給した後ハイパスフィルタ20、次いでレベル整合段階21、続いてイコライザステージ22、次いで中央スピーカー24を供給するパワーアンプ23を供給する。

この工程は、自動車の装備に使われる電気音響装置の対象となる場合がある。

自動車メーカーが現在採用している従来の構成を概略的に示している。 本発明に従って、自動車におけるステレオ変調を再生する方法の基本的な構成を図式的に表している。 最も精緻な本発明に従った構成のラウドスピーカーの位置を概略的に示す。 本発明の最も効果的な異形に従った前部のラウドスピーカーのレベルを制御する方法を実施するための装置1の概略図を示す。

Claims (10)

1. 自動車のステレオ変調を再生する方法であって、車前部におけるステレオ音像が助手席の下にあるラウドスピーカーで主に生成され、車後部におけるステレオ音像が、車前部にあるラウドスピーカーによって発せらる音響波を加えることによって主に生成され、助手席後部及び後部座席の前にある縦中心面に設置されたラウドスピーカー及び2つのステレオチャンネル全体を再生することを特徴とする。
2. ダッシュボードの端部に配置された2つのスピーカーが加えられたことを特徴とする、請求項１に記載の工程。
3. これらに加えられたスピーカーに供給する変調が500Hz以上の周波数でハイパスフィルタが行われることを特徴とする、請求項２に記載の工程。
4. ダッシュボード中央に中央スピーカーを追加することを特徴とする、請求項１に記載の工程。
5. ダッシュボードの端部に追加したスピーカーがフルバンドのスピーカーであり、そのレベルがリスナーの下に配置されたスピーカーのレベルに対して調整され、これらのダブル等圧構成を得ることを特徴とする、請求項１に記載の工程。
6. 前記中間レジスタ及び高音レジスタの周波数に対するこれら5つのラウドスピーカーのレベルが左右チャンネル間のレベル及び位相相関指数にある程度拘束されることを特徴とする、請求項１、請求項４、及び請求項５に記載の工程。
   - 前記無相関の等圧モードは、内部ラウドスピーカー及び端部ラウドスピーカーによって形成されたアセンブリで再生され、中央チャンネルのレベルは、感知されないように十分低減される。
   - 前記相関の等圧モードは、中央スピーカー及び内部スピーカーによって形成された一式で再生され、端部のスピーカーレベルは、感知されないように十分低減される。
   - 前記不平衡モードは、端部スピーカーのみによって再生され、中央スピーカー及び内部スピーカーのレベルは感知されないように十分低減され、端部スピーカーのレベルはレベルをわずかに上げて全体レベルをそのまま維持する。
7. 自動車の縦中央面に後部座席の後ろに配置されたスピーカーを追加し、2つのチャンネル間に差異信号を拡散するという事実を特徴とする、前記請求項のいずれか一項に記載の自動車におけるステレオ変調を再生する方法。
8. 低周波が一方では、帯域幅が50Hz前後まで下げられた助手席の下にあるスピーカーによって再生され、他方では約100Hz以下の周波数帯域幅を再生する車室の外に位置するラウドスピーカーで再生され、75Hz帯域における相関レベルが車の前部座席及び後部座席において同じ音響圧を得るように調整され、この周波数帯域における相関位相は、音響波が車後部で位相が対立するように調整されることを特徴とする、前記請求項のいずれか一項に記載の自動車におけるステレオ変調を再生する方法。
9. 電子制御装置ならびにパワーアンプ及びいくつかのラウドスピーカーを含む、前記請求項のいずれか一項に記載の方法を実行するための、自動車におけるステレオ変調を再生するための装置。
10. 本発明の請求項９に記載のステレオ変調再生装置を搭載した自動車。