JP2005099583A - 吸音構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、高い吸音効果が現れる周波数帯域を変更することができ、騒音の周波数特性の変化に応じて適切な吸音を実現することができる、吸音構造の提供を目的とする。
【解決手段】 本発明は、一端が開口した複数の略筒状の空間部と、前記空間部の開口を覆おう吸音材とを備えた吸音構造に関する。空間部の底部は、前記空間部の深さが可変となるように、上下移動が可能に構成されている。
【選択図】 図２

Description

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に関する。

従来の吸音装置として、吸音装置本体内部に箱部を形成し、箱部とエンジンルームとを連通させる連通管を設けた吸音装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この従来の吸音装置は、共鳴型吸音装置を構成し、エンジンルーム側に箱部の内部空間を連通管を介して開口させることによって、エンジンルーム内の低周波の騒音に対する吸音性能を高めること可能とする。

また、その他の従来の吸音装置として、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２参照。）。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。
実開平３−６４８５５号 特開平１１−１６１２８２号（第６頁、第１６図）

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、上述の従来の吸音装置では、吸音効果が特定の周波数帯域に集中するため、人が感じる官能的な吸音効果を高めることができるものの、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。

また、エンジンルームや車室等における主要な騒音の周波数特性は、車両の走行状態（例えば、高速走行時や急加速時）やエンジン回転数、周辺状況等の変化に応じて変化する。従って、特定の周波数帯域に高い吸音効果を固定することは、騒音の周波数特性が変化する空間において、良好な吸音効果が得られない場合があるという問題点がある。

そこで、本発明は、高い吸音効果が現れる周波数帯域を変化させることができ、騒音の周波数特性の変化に応じて適切な吸音を実現することができる、吸音構造の提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一局面によれば、一端が開口した複数の略筒状の空間部と、前記空間部の開口を覆おう吸音材とを備えた吸音構造であって、
前記空間部の底部は、前記空間部の深さが可変となるように、上下移動が可能に構成されていることを特徴とする、吸音構造が提供される。

本局面において、複数の略筒状の空間部（吸音セル）の開口には、吸音材が設けられる。複数の吸音セルは、吸音材が設けられる側にのみ開口を有しており、それぞれの開口からある距離（深さ）だけ離れた位置にそれぞれの底部を有する。この複数の吸音セルに音波が入力されると、各吸音セル内には、入射波と底部で反射した反射波との合成により定在波が形成される。この際、吸音セルによる吸音効果が顕著に現れる周波数帯域は、吸音セルの深さに依存する。従って、本局面によれば、底部の位置、即ち吸音セルの深さが可変とされるので、吸音セルによる高い吸音効果が現れる周波数帯域を変更・制御することが可能となる。

また、本局面において、効果的には、前記空間部の深さは、車室内の騒音の周波数特性に応じて変化させられる。この場合、騒音の周波数特性が変化する環境下であっても、空間部の深さを適切に変化させることで、騒音の周波数特性の変化に対応することが可能となる。

また、本局面において、車速及び／又はエンジン回転数と騒音の周波数特性との関係を考慮して、空間部の深さを車速及び／又はエンジン回転数に応じて変化させることも可能である。

本発明によれば、吸音セルの深さを可変とすることで、高い吸音効果が現れる周波数帯域を変化させることができ、騒音周波数特性の変化に応じて適切な吸音を実現することができる。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。

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。各吸音セル７１は、略同一平面内に開口面を有している。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。

本実施例の吸音構造体１０には、略平らなシート状の吸音材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。

図２は、図１に示す吸音構造体１０の吸音セル７１の一部を示す断面図である。本実施例の吸音構造体１０の各吸音セル７１には、各吸音セル７１内で上下方向に可動な底板７４が配設される。この可動の底板７４は、吸音セル７１の深さＨを可変とする役割を果たす。底板７４は、その上下動の際、吸音セル７１の周壁７２上を摺動してもよい。但し、好ましくは、底板７４と吸音セル７１の周壁７２との間には、隙間が形成され、底板７４の周壁７２との摩擦のない上下動が実現される。即ち、略矩形の底板７４の縦横の幅は、吸音セル７１の幅Ｄ（図１参照）よりも僅かに小さく設定される。この場合、吸音構造体１０は、底板７４によりも下方に実質的な底面７８を有し、底面７８は、吸音セル７１内に入力された音が底板７４と周壁との隙間を介して吸音構造体１０の底部から漏れることを防止する。

図２には、本実施例の吸音構造体１０に関するシステム構成の一部も示されている。本実施例では、底板７４の上下動は、モータ９２により機械的に実現される。この際、底板７４とモータ９２の出力軸との間には、モータ９２の回転力を底板７４の上下動へと変換・伝達する動力伝達機構９０が配設される。モータ９２には、制御装置９４が接続されている。制御装置９４は、後述する如く駆動信号をモータ９２に供給し、各吸音セル７１の各底板７４の上下位置（即ち、各吸音セル７１の深さＨ）を制御する。尚、各吸音セル７１の各底板７４は、単一のモータ９２を動力源として同時に制御されてよく、或いは、互いに独立して制御されてもよい。

吸音構造体１０の底面７８及び周壁７２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。また、吸音構造体１０の可動の底板７４は、同様に、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形成されてよい。また、吸音構造体１０の底面７８には、底板７４及び動力伝達機構９０間の接続のための開口穴が形成されてよい。

本実施例の吸音構造体１０は、音源（例えば、エンジン）に対して吸音セル７１の開口が向くように、ボデーパネル等に適切なブラケットやステー等を介して固定される。この際、吸音構造体１０は、上述の動力伝達機構９０の搭載性を考慮して、底面７４が設置面から離間した状態で設置される。この底面７４の設置面から離間した状態は、例えば、周壁７２を底面７４から更に下方向に延長させ、延長した周壁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、最外側の周壁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の設置方法や設置場所を特定するものではない。尚、吸音構造体１０の設置場所としては、エンジンルーム内又は車室内の適切な場所であって、例えばフードパネル、エンジンカバー、エンジンアンダーカバー、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。

次に、図３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。

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、各周壁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。

尚、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。

ここで、吸音セル７１内の定在波は、底板７４から波長λの１／４の奇数倍離れた位置に腹を有しており、当該腹で音波の粒子速度が最大となる。従って、かかる吸音セル７１によれば、最も高い粒子速度を持つ位置で吸音材７６を通過する音、即ち、吸音セル７１の深さＨ（吸音セル７１内の空気層の最大厚み）の４倍の波長λを持つ周波数成分の音が、最も効率的に低減されることになる。

ところで、この吸音セル７１を利用して吸音を実現する場合、上述の如く、最も吸音効果が高くなる周波数成分は、吸音セル７１の深さＨに依存することになる。従って、吸音セル７１の深さＨを特定の値に固定して、特定の周波数帯域に最も高い吸音効果を集中させることも可能である。しかしながら、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し、また、騒音の周波数特性も、車両の走行状態（例えば、高速走行時や急加速時）やエンジン回転数、周辺状況等の変化に応じて変化する。従って、吸音セル７１の深さＨを特定の値に固定した場合には、広範な周波数帯域で吸音効果を得ることや、騒音の周波数特性に変化に応じて効率的な騒音低減を実現することができないという不都合が生ずる。

これに対して、本実施例によれば、上述の如く、各吸音セル７１に可動の底板７４を設定し、各吸音セル７１の深さＨを可変とすることにより、広範な周波数帯域で吸音効果を得ることや、騒音の周波数特性に変化に応じて効率的な騒音低減を実現することが可能である。例えば、１ｋＨｚを中心とした所望の周波数帯域の周波数成分に対して吸音率を高めたい場合、底板７４の中立位置は、吸音セル７１の中立深さＨ_０がＨ＝Ｎ×ｃ／４ｆ＝Ｎ×８５［ｍｍ］（Ｎ：正の奇数、ｃ（音速）＝３４０×１０^３［ｍｍ／ｓ］）周辺の値となるように、設定される。この際、底板７４の上下方向の可動ストロークは、吸音率を高めたい周波数帯域幅に応じて決定されればよい。

次に、上述の制御装置９４が実現する吸音セル７１の深さＨの制御方法の一例を説明する。本実施例では、マイクロフォン８０（図２参照）が、車室内の適切な箇所（好ましくは、乗員の耳位置付近（例えば、フロントピラー付近））に設置される。マイクロフォン８０に拾われる車室内の音は、適切な周波数分析装置８２（図２参照）に入力される。周波数分析装置８２は、マイクロフォン８０からの音に対して周波数分析を行い、騒音に含まれる主要な周波数成分を特定する。この分析結果は、制御装置９４に供給される。尚、周波数分析装置８２は、マイクロフォン８０により拾われた音から、特定の音（例えば、車室内に設置されるオーディオ装置の再生音）を除去した後、周波数分析を実行してもよい。当然に、周波数分析装置８２による周波数分析は、所定の周期毎に実時間で実行されてよい。

また、制御装置９４は、周波数分析装置８２の分析結果に基づいて、適切な駆動信号をモータ９２に供給し、騒音に含まれる主要な周波数成分に応じた吸音セル７１の深さＨを実現する。例えば、騒音に含まれる主要な周波数成分が、１ｋＨｚから１．２ｋＨｚに変化した場合、底板７４が上昇し、吸音セル７１の深さＨが約８５［ｍｍ］から約７０．８［ｍｍ］へと変化される。尚、底板７４の位置、即ち吸音セル７１の深さＨは、段階的に若しくは無段階的に変化されるものであってよい。

このように本実施例によれば、騒音に含まれる主要な周波数成分に応じて吸音セル７１の深さＨが可変とされるので、騒音に含まれる主要な周波数成分が変化する場合であっても、当該変化に対応した効果的な吸音を実現することができる。これにより、車室内の静粛性を高めることができる。また、騒音に含まれる主要な周波数成分が実時間で監視されるので、騒音の周波数特性の変化を実時間で吸音効果に反映させることができる。

尚、本実施例において、騒音の周波数特性と、車速及び／又はエンジン回転数との関係が試験結果等により予め明らかにされている場合には、車速及び／又はエンジン回転数の各値に対する底板７４の各位置を規定した所与のマップを用いて、吸音セル７１の深さＨを制御してもよい。この場合、制御装置９４には、車速センサからの車速信号やエンジンＥＣＵからのエンジン回転信号が入力される。制御装置９４は、上述の所与のマップを用いて、車速及び／又はエンジン回転数に応じた駆動信号をモータ９２に供給し、各吸音セル７１の各底板７４の上下位置（即ち、各吸音セル７１の深さＨ）を制御する。

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。

例えば、上述の実施例では、底板７４の上下動がモータ９２（例えば、サーボモータやステッピングモータ等）によって機械的に実現されているが、底板７４の上下動は多種多様の手段により実現可能である。その一例として、図４に示すように、底板７４の上下動は、流体圧を利用して実現されてよい。この場合、底板７４と底面７８との間には伸縮可能な蛇腹部材６０が設けられる。蛇腹部材６０の内部には、流体（典型的には、空気）が満たされており、その容積は蛇腹部材６０の伸縮により可変とされる。また、各吸音セル７１毎に設けられる各蛇腹部材６０は、互いに連通していてよい。かかる構成では、ピストンシリンダ等を用いて、蛇腹部材６０内の流体の容積を変化させることで、底板７４の上下動（即ち、吸音セル７１の深さＨの変更）が実現される。尚、この際、蛇腹部材６０内からの流体の排出は、エンジンの吸気に生ずる負圧を利用して実現されてよい。

その他、底板７４の上下動は、ソレノイド等を用いて電磁的に実現することも可能である。この場合、底板７４と底面７８との間には底板７４を上方に付勢するスプリングが設けられ、ソレノイドによる電磁力とスプリングによるバネ力との関係により、底板７４の上下位置がリニアに制御される。

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１のラインＩ−Ｉに沿って切断された際の、吸音構造体１０の吸音セル７１の一部を示す断面図である。 本発明による吸音構造体１０の吸音原理の説明図である。 本発明の代替実施例を示す図である。

符号の説明

１０ 吸音構造体
７１ 吸音セル
７２ 周壁
７４ 底板
７６ 吸音材
７８ 底面
８０ マイクロフォン
８２ 周波数分析装置
９０ 動力伝達機構
９２ モータ
９４ 制御装置

Claims (3)

1. 一端が開口した複数の略筒状の空間部と、前記空間部の開口を覆おう吸音材とを備えた吸音構造であって、
   前記空間部の底部は、前記空間部の深さが可変となるように、上下移動が可能に構成されていることを特徴とする、吸音構造。
2. 車両に適用される請求項１記載の吸音構造において、
   前記空間部の深さは、車室内の騒音の周波数特性に応じて変化させられる、吸音構造。
3. 車両に適用される請求項１記載の吸音構造において、前記空間部の深さは、車速及び／又はエンジン回転数に応じて変化させられる、吸音構造。

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