JP2005017636A

JP2005017636A - 吸音構造体

Info

Publication number: JP2005017636A
Application number: JP2003181508A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiko Nishimura; 靖彦西村
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-06-25
Filing date: 2003-06-25
Publication date: 2005-01-20

Abstract

【課題】セル構造による吸音構造体の吸音効果を高めること。
【解決手段】本発明の吸音構造体１０は、一端が開口した略筒状の空間部７１を画成する底壁７４及び周壁７２を有し、空間部７１の開口を覆おう吸音材７６を備え、音圧により底壁７４の振動が引き起こされるように、少なくとも底壁７４が薄肉に形成されたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に車両に設けられ、エンジン音等を吸収して騒音を低減する吸音構造体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、略平らな基板と、当該基板と対向する吸音材と、基板と吸音材との間の空気層を複数の格子状のセルに分割する仕切り板とを備えた吸音構造体が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この従来の吸音構造体は、吸音材背後の空気層の厚さ（即ち、各セルの深さ）を、吸収すべき音波の波長の１／４倍に設定することによって、吸音材による音波のエネルギの効率的な減衰を図っている。この従来の吸音構造体によれば、セルの深さの約４倍の波長を持つ音の周波数成分の吸音率が向上する。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−１６１２８２号（第６頁、第１６図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、車両のエンジンルームや車室内にはエンジンの燃焼音（約１ｋＨｚ〜３ｋＨｚ）を主とする広範な周波数帯域の騒音が存在する。このため、車両のエンジンルーム等においては、ある程度広い周波数帯域の騒音に対して効果的な吸音がなされる必要がある。しかしながら、上述の従来の吸音構造体では、吸音効果が特定の周波数帯域に集中するため、ある程度広い周波数帯域の騒音が存在する空間においては良好な吸音効果が得られないという問題点がある。
【０００５】
そこで、本発明は、前記セル構造による特定の周波数帯域での高い吸音効果を維持しつつ、新たな周波数帯域における吸音効果を高めることができる、吸音構造体の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、請求項１に記載する如く、一端が開口した略筒状の空間部を画成する底壁及び周壁を有し、前記空間部の開口を覆おう吸音材を備えた吸音構造体であって、
音圧により前記底壁の振動が引き起こされるように、少なくとも前記底壁が薄肉に形成されたことを特徴とする、吸音構造体により達成される。
【０００７】
本発明によれば、略筒状の空間部（以下、「吸音セル」という）に入力される音波に対して、吸音材による効率的な吸音が実現されるのみならず、音圧による底壁の振動によって、略筒状の空間部に入力される音波のエネルギが大きく減衰される。従って、本発明によれば、吸音セルにおいて２つの異なる態様で音波のエネルギの減衰が実現されるので、吸音構造体全体としての吸音効果が向上する。尚、底壁は、平面で形成されてよく、若しくは凹若しくは凸状の曲面により形成されてもよい。
【０００８】
また、好ましくは、底壁の振動に起因した吸音効果が当該底壁の共振周波数で最大になることを考慮して、請求項２に記載する如く、前記底壁の共振周波数は、低減すべき騒音の周波数と対応するように設定される。
【０００９】
また、請求項３に記載する如く、前記底壁の共振周波数が、前記空間部の深さの４倍の波長を持つ音の周波数に対して、１００Ｈｚのオーダーで異なる場合には、広い周波数帯域で高い吸音効果を得ることができる。例えば、底壁の振動に起因した吸音効果が第１の周波数帯域（即ち、底壁の共振周波数）に集中し、吸音材による吸音効果が第２の周波数帯域（即ち、空間部の深さの４倍の波長を持つ音の周波数）に集中する場合において、第１の周波数帯域と第２の周波数帯域が重ならないように分散させることで、広い周波数帯域で高い吸音効果を得ることができる。当然に、第１の周波数帯域及び第２の周波数帯域は、吸音構造体の設置場所周辺の低減すべき騒音の周波数帯域に属するように、それぞれ決定される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照して説明する。
【００１１】
図１は、本発明による吸音構造体の一実施例を示す斜視図である。本発明による吸音構造体１０は、一端が開口した筒状の空間部７１（以下、「吸音セル７１」という）を複数有する。複数の吸音セル７１は、例えば碁盤目状に配設され、好ましくは、互いに隣接した態様で縦横に配列される。尚、各吸音セル７１の開口形状（及び断面形状）は、図１に示すような矩形である必要はなく、円形、楕円形や多角形等であってよい。吸音構造体１０は、アルミニウム板や鋼板等により形成されてよく、或いは、ポリプロピレン系樹脂のような硬質樹脂により一体成形することも可能である。
【００１２】
本実施例の吸音構造体１０には、吸音材７６が設けられる。吸音材７６は、図１に示すように、各吸音セル７１の開口部を覆うように吸音構造体１０に接着等により固定される。尚、図１においては、吸音構造体１０の内部を示す目的から、吸音材７６の一部を切り欠いている。吸音材７６は、吸音性を有する材料から形成され、例えばグラスウールやロックウール等の無機質繊維、アルミニウム繊維等の金属繊維材料、ポリスチレン系樹脂やポリエチレン系樹脂等のような合成樹脂発泡体、ウレタンやゴム系の軟質な材料、多孔質材料等から形成されてよい。
【００１３】
図２は、図１に示す吸音構造体１０の１つの吸音セル７１の断面図である。本実施例の吸音構造体１０の底面７４は、音圧により振動しやすいように比較的に小さい板厚（例えば、０．３ｍｍ）を有している。この際、底面７４は、図２に示すように、略平らな平面（図中実線により指示）から構成されてよく、若しくは、図の上若しくは下に凸となる曲面（図中破線により指示）により構成されてもよい。これにより、側面７２との結合部を節としその略中央部を腹とする底面７４の一次振動モードが実現される（図４参照）。尚、かかる底面７４の振動は、各吸音セル７１毎に実現されるものである（即ち、各吸音セル７１の底面７４の振動は、他の各吸音セル７１の底面７４の振動から独立したものである）。
【００１４】
本実施例の吸音構造体１０は、例えば音源に対して吸音セル７１の開口が向くように、例えばボデーパネル等にクリップやスクリュウ等により固定される。この際、吸音構造体１０は、上述の底面７４の振動が可能なように、底面７４が設置面から離間した状態で設置される（図４参照）。この底面７４の設置面から浮いた状態は、例えば、側面７２を底面７４から更に下方向に延長させ、延長した側面７２の縁部のみが設置面に接触して支持されるようにすることで、実現されてよく、或いは、最外側の側面７２の外面（即ち、吸音構造体１０の外周面）をブラケット等により固定することによっても実現可能である。但し、本発明は、吸音構造体１０の設置状態で底面７４の振動による変位が確保されている限り、吸音構造体１０の設置方法や設置場所を特定するものではない。また、吸音構造体１０の設置場所としては、フードパネル、フェンダーカバー、ダッシュパネル、ルーフパネル、フロアパネル等であってよい。
【００１５】
次に、図３及び図４を参照して、本発明による吸音構造体１０の吸音原理について説明する。図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、図１の吸音構造体１０のＩ−Ｉ断面を示している。
【００１６】
図３（Ａ）を参照するに、波長λの音波が吸音セル７１に略垂直に入射した場合、吸音セル７１内には入射波と反射波との合成により定在波が形成される。一方、波長λの音波が吸音セル７１に斜め方向から入射した場合であっても、図３（Ｂ）に示すように、各側面７２により音波の斜め入射角が制限され、各吸音セル７１内に定在波が形成される。
【００１７】
この定在波は、吸音セル７１内において底面７４から波長λの１／４の奇数倍離れた位置で腹を有しており、当該腹で音波の粒子速度が最大となる。従って、粒子速度が最大となる位置に吸音材７６を設け、最も高い粒子速度を持つ位置で音波を吸音材７６に通過させれば、最も効率的に音波を減衰させることができる。
【００１８】
このため、吸音セル７１の深さＨ（吸音セル７１内の空気層の最大厚み）は、好ましくは、吸収すべき音波の波長λの１／４倍（若しくはその奇数倍）に設定される。例えば、１ｋＨｚ周辺の周波数の騒音に対して吸音性を高めたい場合、吸音セル７１の深さＨは、音速をｃ＝３４０×１０^３ｍｍ／ｓとしたとき、Ｈ＝ｍ×ｃ／４ｆ＝ｍ×８５（ｍ：正の奇数）周辺の値に設定される。
【００１９】
また、吸音セル７１の開口幅Ｄ（図１参照）は、吸音セル７１に入射される音波の周波数を規制するため、吸収すべき周波数帯域の音波の波長λよりも小さく設定される。例えば、吸音セル７１の開口幅Ｄは、４０ｍｍ〜６０ｍｍの範囲内で設定される。但し、吸音セル７１の開口幅Ｄは、各吸音セル７１毎に異なるものであってもよく、また、奥行き方向と横方向で異なるものであってよい。また、吸音セル７１は、必ずしもその深さ方向に亘って一定の断面を有する必要はなく、例えば開口に向かうにつれて断面が大きくなるものであってもよい。
【００２０】
更に、本実施例では、図４に示すように、吸音セル７１の底面７４の振動が、吸音セル７１に上述の如く入力される音波や、周辺の構造物（典型的には、設置部周辺のエンジンカバーやオイルパン、若しくは、底面７４に対向する設置面（ボデーパネル））の振動に起因して、引き起こされる。この底面７４の振動により、吸音セル７１に入力される音波のエネルギが減衰される。従って、本実施例によれば、吸音構造体１０のセル構造による吸音効果に加えて、底面７４の振動を利用した吸音効果を得ることができるので、吸音構造体１０の吸音効果を効果的に高めることができる。
【００２１】
図５は、本発明による吸音構造体１０に対する吸音率測定結果を示す。本測定では、図６に示すような吸音構造体１０が使用された。具体的には、硬質樹脂により一体成形され、開口幅Ｄが４８ｍｍ、深さが３０ｍｍの吸音セル７１を持つ吸音構造体１０が使用された。また、この吸音構造体１０は、図６に示すように、断面が略扇形の吸音セル７１（即ち、略半球形の吸音セル７１）を備えており、この場合、底面７４は、側面７２と連続的に構成され、側面７２と協働して、吸音セル７１の略半球形の内壁を画成している。また、底面７４及び側面７２（即ち、吸音セル７１の略半球形の内壁）は、振動しやすいように薄肉とされている。
【００２２】
図５は、吸音セル７１の開口面に対して垂直方向に音波を入力した際の、上述の吸音構造体１０の吸音率を、入力した音波の周波数を横軸として示す図である。また、図５には、比較例として、底面７４及び側面７２（即ち、吸音セル７１の略半球形の内壁）が厚肉で形成された吸音構造体１０の同測定結果が破線で示されている。
【００２３】
図５に示すように、本実施例では、２つの周波数帯域（即ち、６３０Ｈｚ及び１６００Ｈｚ付近の周波数帯域）で吸音率にピークが現れている。一方、比較品によれば、１つの周波数帯域（即ち、１６００Ｈｚ付近の周波数帯域）のみで吸音率にピークが現れている。本実施例において、この吸音率の２つのピークが出現する周波数は、吸音セル７１の底面７４及び側面７２の一次振動モードの固有振動周波数（共振周波数）と、吸音セル７１の深さＨの４倍の波長を持つ音の周波数とに、それぞれ対応している。一方、比較例において、１つのピークが出現する周波数は、吸音セル７１の深さＨの４倍の波長を持つ音の周波数に対応している。
【００２４】
従って、本実施例によれば、上述のセル構造の吸音セル７１（λ／４の深さＨ）による吸音効果に加えて、底面７４の振動による構造減衰に起因した吸音効果が得られることが理解できる。他言すると、本実施例によれば、吸音セル７１の底面７４を振動し易い構造に構成することで、新たな周波数帯域（即ち、底面７４の共振周波数に対応する周波数帯域）において高い吸音効果を追加的に得ることが可能となる。この結果、本実施例によれば、広範な周波数帯域で高い吸音効果を得ることができる。
【００２５】
この測定結果から明らかなように、吸音セル７１の深さＨ、及び／又は、吸音セル７１の底面７４の共振周波数を変更・調整することによって（即ち、吸音率がピークとなる周波数をずらすことで）、互いに離間した２つの周波数帯域において、若しくは、互いに隣接した２つの周波数帯域において、高い吸音効果を集中させることも可能である。また、各吸音セル７１の深さＨを異なる値に設定することによって、及び／又は、各吸音セル７１の底面７４の共振周波数を異なる値に設定することよって、広範な周波数帯域で吸音効果を得ることも可能である。尚、吸音セル７１の底面７４の共振周波数は、底面７４の形状、面積、材料、板厚等に依存するため、これらの設計事項に基づいて調整可能である。また、底面７４の形状、面積、材料、板厚等は、底面７４の所望の共振周波数を実現すべく、例えばＣＡＥによる解析等を利用して決定されてもよい。
【００２６】
また、本実施例によれば、上述の如く、吸音セル７１の底面７４を振動し易い構造に構成することで比較的低い周波数帯域の騒音を容易に低減することができる。即ち、セル構造の吸音セル７１による吸音効果を、比較的低い周波数帯域（例えば、１ｋＨｚ以下）において集中させたい場合には、それに対応してある程度大きな吸音セル７１の深さＨ（即ち、吸音構造体１０の厚み）が必要となるが、かかる厚みのある吸音構造体１０を車両に設置できない場合もありうる。これに対して、本実施例によれば、吸音セル７１の底面７４の共振周波数を低い周波数帯域に設定することで、吸音構造体１０の厚みを大きくすることなく、比較的低い周波数帯域における吸音効果を高めることができる。
【００２７】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【００２８】
例えば、上述した実施例では、底面７４の振動による吸音効果のみならず、吸音セル７１のセル構造（λ／４の深さＨ）による吸音効果を得るべく、吸音セル７１の開口を吸音材７６により覆っているが、底面７４の振動による吸音効果のみで十分な場合には、吸音材７６を省略することも可能である。
【００２９】
また、上述した実施例のおいて、吸音構造体１０の底面７４は、必ずしも一定の比較的小さい厚さを有する必要はなく、例えば、その中心付近から周辺部に向けて板厚が徐々に増加するように構成されてもよい。
【００３０】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したようなものであるから、以下に記載されるような効果を奏する。本発明によれば、音圧により振動し易い構造に底壁を構成することによって、底面の共振周波数に対応する周波数帯域において良好な吸音効果を新たに得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による吸音構造体１０の一実施例を示す斜視図である。
【図２】図１に示す吸音構造体１０の１つの吸音セル７１の断面図である。
【図３】本発明による吸音構造体１０の吸音原理の説明図である。
【図４】本発明による吸音構造体１０の底面７４の振動の態様を示す図である。
【図５】本発明の吸音構造体１０に対する吸音率測定試験の結果を示す図である。
【図６】図５の吸音率測定試験に用いた吸音構造体１０の吸音セル７１の断面図である。
【符号の説明】
１０吸音構造体
７１吸音セル
７２側面
７４底面
７６吸音材

Claims

一端が開口した略筒状の空間部を画成する底壁及び周壁を有し、前記空間部の開口を覆おう吸音材を備えた吸音構造体であって、
音圧により前記底壁の振動が引き起こされるように、少なくとも前記底壁が薄肉に形成されたことを特徴とする、吸音構造体。
前記底壁の共振周波数が、低減すべき騒音の周波数と対応している、請求項１記載の吸音構造体。
前記底壁の共振周波数が、前記空間部の深さの４倍の波長を持つ音の周波数に対して、１００Ｈｚのオーダーで異なる、請求項２記載の吸音構造体。