JP2008042324A - Vibration generator and speaker instrument - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、振動発生装置及びスピーカ装置に関する。 The present invention relates to a vibration generator and a speaker device.
超磁歪素子を駆動源として用いて平板状の振動板に強制変位を付与し、該振動板を振動させて音波を発生する平面スピーカが知られている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、超磁歪素子は伸縮量すなわち強制変位の変位量が小さいため、低周波域での音圧を確保するためには、超磁歪素子の寸法を大きくして加振振幅を確保しなければならず、この点に改善の余地がある。 However, since the giant magnetostrictive element has a small expansion / contraction amount, that is, a displacement amount of forced displacement, in order to secure sound pressure in a low frequency range, the size of the giant magnetostrictive element must be increased to ensure the excitation amplitude. There is room for improvement in this respect.
本発明は、上記事実を考慮して、加振対象の低周波域でも強い加振力を得ることができる振動発生装置、及び該振動発生装置を用い低周波域の音圧を大きくすることができるスピーカ装置を得ることが目的である。 In consideration of the above facts, the present invention is a vibration generator capable of obtaining a strong excitation force even in the low frequency range of the vibration target, and increasing the sound pressure in the low frequency range using the vibration generator. It is an object to obtain a speaker device that can be used.
請求項1記載の発明に係る振動発生装置は、作動することで、加振対象に固定された本体に対して出力部を振動させるアクチュエータと、前記アクチュエータの出力部に設けられた錘と、を備えている。
The vibration generating device according to the invention of
請求項1記載の振動発生装置では、アクチュエータを作動させると、該アクチュエータの出力部に設けられた錘が振動される。このため、アクチュエータの本体が固定された加振対象には、錘の振動に伴う反力が加振力(強制力)として入力される。すなわち、加振対象の振動は、力による強制振動とされる。この加振力は、錘の加速度に比例して大きくすることができるので、加振対象の振動周波数が低周波であっても大きな加振力を得ることが可能である。 In the vibration generating device according to the first aspect, when the actuator is operated, the weight provided at the output portion of the actuator is vibrated. For this reason, the reaction force accompanying the vibration of the weight is input as the excitation force (forced force) to the excitation target to which the main body of the actuator is fixed. In other words, the vibration of the vibration target is forced vibration due to force. Since this excitation force can be increased in proportion to the acceleration of the weight, a large excitation force can be obtained even if the vibration frequency of the object to be excited is a low frequency.
このように、請求項1記載の振動発生装置では、加振対象の低周波域でも強い加振力を得ることができる。 Thus, in the vibration generator according to the first aspect, a strong excitation force can be obtained even in the low frequency range of the excitation target.
請求項2記載の発明に係る振動発生装置は、請求項1記載の振動発生装置において、前記アクチュエータは、付与される磁界が周期的に変化されることで前記出力部を前記本体に対し振動させる磁歪素子を含んで構成されている。 The vibration generator according to a second aspect of the present invention is the vibration generator according to the first aspect, wherein the actuator vibrates the output unit with respect to the main body by periodically changing the applied magnetic field. The magnetostrictive element is included.
請求項2記載の振動発生装置では、アクチュエータは、付与磁界の変化に伴う磁歪素子の伸縮によって錘を加振する。磁歪素子は、磁界変化に対する発生応力が大きいので、質量の比較的大きい錘を高速で振動させることができ、該錘の振動に伴って加振対象に作用する大きな加振力を得ることができる。これにより、加振対象の振動振幅を確実に大きくすることができる。 In the vibration generating apparatus according to the second aspect, the actuator vibrates the weight by the expansion and contraction of the magnetostrictive element accompanying the change of the applied magnetic field. Since the magnetostrictive element generates a large stress with respect to a change in magnetic field, a mass having a relatively large mass can be vibrated at a high speed, and a large exciting force acting on an object to be excited can be obtained along with the vibration of the mass. . As a result, the vibration amplitude of the vibration target can be reliably increased.
請求項3記載の発明に係る振動発生装置は、請求項2記載の振動発生装置において、前記アクチュエータは、前記加振対象に生じさせるべき出力振動の周期よりも短い時間で変化する磁界を、前記出力振動の周期で前記磁歪素子に付与する励磁装置を含んで構成されている。 A vibration generator according to a third aspect of the present invention is the vibration generator according to the second aspect, wherein the actuator generates a magnetic field that changes in a time shorter than a period of an output vibration to be generated in the vibration target. An excitation device for applying to the magnetostrictive element at a period of output vibration is included.
請求項3記載の振動発生装置では、アクチュエータの励磁装置は、前記加振対象に生じさせるべき出力振動の一周期に、該出力振動の周期よりも短い時間の磁界変動を1回だけ生じさせる。これにより、錘は、短時間の磁界変動により大きな加速度で駆動される運動を、上記した出力振動の周波数で繰り返し行なうこととなる。このように、錘が大きな加速度で運動するため、加振対象に入力される出力振動の周波数の加振力(錘の運動の反力)が大きくなる。これにより、加振対象の振動振幅を一層大きくすることができる。 According to another aspect of the vibration generating device of the present invention, the actuator exciting device generates a magnetic field fluctuation only once in one cycle of the output vibration to be generated in the vibration target. As a result, the weight repeatedly performs the movement driven at a large acceleration by a short-time magnetic field fluctuation at the frequency of the output vibration described above. Thus, since the weight moves with a large acceleration, the excitation force (reaction force of the movement of the weight) with the frequency of the output vibration input to the object to be excited increases. Thereby, the vibration amplitude of the vibration target can be further increased.
請求項4記載の発明に係るスピーカ装置は、平板状の振動板と、前記振動板が前記加振対象として前記アクチュエータの本体に固定された請求項1乃至請求項3の何れか1項記載の振動発生装置と、を備えている。 A speaker device according to a fourth aspect of the present invention is the speaker device according to any one of the first to third aspects, wherein a flat diaphragm and the diaphragm are fixed to the body of the actuator as the vibration target. And a vibration generator.
請求項4記載のスピーカ装置では、上記した振動発生装置を用いることで振動板を大きな振幅で振動させることができるので、発生する音波の低周波域での音圧を大きくすることができる。 In the speaker device according to the fourth aspect, since the diaphragm can be vibrated with a large amplitude by using the vibration generating device described above, the sound pressure in the low frequency region of the generated sound wave can be increased.
以上説明したように本発明に係る振動発生装置は、加振対象の低周波域でも強い加振力を得ることができるという優れた効果を有する。また、本発明に係るスピーカ装置は、上記の振動発生装置を用いて低周波域の音圧を大きくすることができるという優れた効果を有する。 As described above, the vibration generator according to the present invention has an excellent effect that a strong excitation force can be obtained even in the low frequency range of the excitation target. In addition, the speaker device according to the present invention has an excellent effect that the sound pressure in the low frequency region can be increased by using the vibration generator.
本発明の実施形態に係る振動発生装置が適用されたスピーカ装置10について、図1乃至図6に基づいて説明する。先ず、スピーカ装置10の全体構成を説明し、次いで、本発明における振動発生装置としての加振力発生部60について詳細に説明することとする。
A
(スピーカ装置の全体構成)
図5(A)には、スピーカ装置10の平面図が示されており、図5(B)には、図5(A)の5B−5B線に沿った側断面図が示されており、図5(C)には、スピーカ装置10の底面図が示されている。図5(A)及び図5(B)に示される如く、スピーカ装置10は、ケース12を備えている。ケース12は、略矩形平板状の底壁(底板)14と、底壁14の周縁から全周に亘り立設された矩形枠状の周壁16とを主要部として構成されている。この実施形態では、底壁14は、略正方形状に形成されており、周壁16は、正方形枠状に形成されている。このケース12の開口端は、カバーとしての振動板18にて閉止されている。
(Overall configuration of speaker device)
FIG. 5A shows a plan view of the
具体的には、振動板18は、正面視で底壁14に略対応する矩形平板状に形成されており、その周縁部18Aが周壁16における略矩形平板状の底壁14と反対側の端部に接合されている。この実施形態では、ケース12及び振動板18は、それぞれ金属材にて構成されており、振動板18の周縁部18Aは、全周に亘って周壁16の端部16A(ケース12の開口端)に溶接にて接合されている。ケース12及び振動板18を構成する金属財としては、例えば耐熱性の良好なステンレス鋼等が用いられる。
Specifically, the
以上により、スピーカ装置10では、ケース12と振動板18との間に、互いに対向する底壁14、振動板18、及びこれらを連結する周壁16にて囲まれた密閉空間Rが形成されている。この密閉空間R内には、本発明における加振力発生部60の要部を構成するアクチュエータ20が配設されている。後に詳述するが、アクチュエータ20は、振動板18に取り付けられており、給電用リード線20Aに給電を受けて作動することで振動板18を板厚方向に加振するようになっている。スピーカ装置10は、振動板18の振動によって、密閉空間Rの外向きに音波を発生させる用途(一例として、後述する排気音アクティブ消音装置30)に用いられるようになっている。
As described above, in the
この振動板18には、図5(B)及び図5(C)に示される如く、剛性変化部としてのビード26が形成されている。ビード26は、図5(C)に示される如く正面視でアクチュエータ20と略同軸を成す円環状に形成されており、アクチュエータ20と矩形枠状の周壁16との間で該アクチュエータ20を囲むように位置している。また、図5(B)に示される如く、ビード26は、断面視で振動板18の板厚方向にサイン波状に湾曲した波板(凸凹)状に形成されている。
As shown in FIGS. 5B and 5C, the
したがって、ビード26は、振動板18における低剛性部(ばね部)とされ、振動板18の中央部に入力される動的な変位や荷重を周縁部18A側に伝え難くする振動遮断部として機能するようになっている。このため、周縁部18Aにおいて周壁16の端部16Aに固着された振動板18は、アクチュエータ20の作動によって、ビード26の内側部分が該ビード26の外側部分(周縁部18A側部分)よりも振動板18の板厚方向に振動しやすい(分割振動を生じ易い)構成とされている。
Accordingly, the
このビード26は、スピーカ装置10に要求される振動モード(振動板18の分割振動のモード)に応じて寸法形状が決められる。すなわち、スピーカ装置10では、発生すべき周波数帯域の音波が図6(A)に示す平面波Wfになるように、ビード26の寸法形状が決められている。なお、この実施形態では、後述する排気音アクティブ消音装置30に適用されるスピーカ装置10は、内燃機関エンジン32の回転2次成分の周波数帯域(アイドル回転数〜最大回転数)で、振動板18から平面波Wfが出力されるようにビード26が設けられている。
The
また、スピーカ装置10は、密閉空間R内に充填された吸音材28を備えている。吸音材28は、例えばグラスウールなどにて構成され、密閉空間Rに充填されることで、振動板18の振動に伴って密閉空間R内に生じる空気振動すなわち音を吸収する(減衰させる)ようになっている。
The
さらに、ケース12の底壁14には、リブ22が形成されている。図5(A)に示される如く、リブ22は、平面視で底壁14の対向する二辺に沿った複数(この変形例では3本)の縦リブ22Aと、縦リブ22Aとの直交方向に沿った複数(この変形例では3本)の横リブ22Bとが格子状に交差して、底壁14の外面から突出している。リブ22は、底壁14の補強(補剛)手段として機能し、底壁14の曲げ剛性が高められている。
Further, a
(加振力発生部の詳細構成)
図1に示される如く、スピーカ装置10は、振動板18を所定周波数で振動させるための振動発生装置としての加振力発生部60を備えている。加振力発生部60は、アクチュエータ20と、該アクチュエータ20により加振される錘としてのウエイト80とを主要構成要素として構成されている。
(Detailed configuration of excitation force generator)
As shown in FIG. 1, the
アクチュエータ20は、ブラケット64を介して振動板18に固定された本体としてのヨーク66を備えている。ヨーク66は、略円筒状に形成された円筒壁部66Aと、円筒壁部66Aの軸方向一端を閉止して振動板18に対向する底板66Bと、円筒壁部66Aの軸方向他端を閉止する天板66Cとを有する。天板66Cの軸心部には、透孔66Dが形成されている。ヨーク66の円筒壁部66A内における底板66B上には、後述する磁気バイアス設定用の円板状のマグネット68が配設されている。
The
そして、マグネット68上には、磁歪素子(超磁歪素子)70が配設されている。磁歪素子70は、円筒壁部66Aの内径よりも十分小径の円柱状に形成されており、ヨーク66の軸心部に同軸的に配置されている。磁歪素子70は、図3に示される如く、作用する磁界の強さに応じて長手方向の寸法が伸縮するようになっている。図3に示す線図の縦軸は、磁歪素子70の一端(底板66B側)70Aに対する他端70Bの変位量として把握することができる。なお、磁歪素子70とマグネット68との間には、必要に応じてスペーサ72が介在される。
A magnetostrictive element (super magnetostrictive element) 70 is disposed on the
磁歪素子70は、励磁装置としてのコイル74に外周側(径方向外側)から覆われている。コイル74は、ヨーク66に保持されたボビン76に巻き回されて構成されており、通電されて発生する磁界を磁歪素子70に作用させるようになっている。すなわち、このコイル74から付与された磁界の大きさによって、磁歪素子70の他端70Bが一端70Aに対し変位する構成である。
The
以上説明した磁歪素子70の他端70Bには、出力部としての出力軸78が固定されている。具体的には、出力軸78は、その一端78Aが磁歪素子70の他端70Bに固定され、その中間部78Bがヨーク66の透孔66Dに挿通されて他端78Cがヨーク66外側に突出している。出力軸78の他端78C側には、ボルト部78Dが一体に形成されている。
An
そして、加振力発生部60は、アクチュエータ20を構成する出力軸78の他端78Cに固定されたウエイト80を備えている。より具体的には、ウエイト80は、この実施形態では短円柱状に形成されており、軸心部に形成された貫通孔80Aに挿通させた出力軸78のボルト部78Dにナット82を螺合することで、出力軸78の他端78Cに固定されている。
The
また、出力軸78におけるヨーク66内に位置する部分からは、フランジ84が径方向外側に張り出して形成されている。フランジ84とヨーク66の天板66Cとの間には、プレロード設定スプリング86が圧縮状態で配設されている。このプレロード設定スプリング86は、その付勢力によって磁歪素子70に初期圧縮変位を付与している。これにより、アクチュエータ20では、コイル74からの磁界を付与された磁歪素子70を主に圧縮変形の範囲で伸縮させる構成とされている。
Further, a
さらに、アクチュエータ20は、コイル74に通電(給電)するための制御部88を備えている。この実施形態では、制御部88は、アクチュエータ20によって振動板18が所定の周波数、位相で振動されるように、コイル74への給電(電圧印加)の周波数及び位相を制御する構成とされている。制御部88及びコイル74が、本発明における励磁装置を構成する。
Further, the
以上説明した如く構成された加振力発生部60では、アクチュエータ20のコイル74により所定周期で通電を受けた磁歪素子70は、出力軸78を介してウエイト80をヨーク66に対し振動変位させる。このウエイト80の振動に伴う反力がヨーク66、ブラケット64を介して強制力すなわち加振力として振動板18に伝達されることで、該振動板18は加振力の周波数で振動するようになっている。すなわち、加振力発生部60は、振動板18に変位(例えばケース12に対する変位)を入力する装置ではなく、図2(A)に模式的に示される如く、加振力Fを入力することで力による強制振動を生じさせる装置として構成されている。
In the
図3について補足すると、磁界の強さに対する磁歪素子70の変位特性は、磁界の方向が正の場合も負の場合も同じ(対称)であり、磁界のスカラー量に応じて変位を生じ、かつ磁界の変化方向に応じたヒステリシスを有する。この実施形態では、磁歪素子70の変位が比較的リニアな特性を示す図3の磁界領域Bで使用されるように、上記したマグネット68によって磁気バイアスを設定している。このため、図3に示すサイン波状の入力磁界Mに対し、サイン波状の他端70B(ウエイト80)の変位yを得ることができる。
Supplementing with FIG. 3, the displacement characteristics of the
この加振力発生部60が生じ得る加振力(変動荷重)のFは、ウエイト80の質量をm[kg]、アクチュエータ20によるウエイト80の加速度をα[m/s2]とすると、F=m×α[N]であり、ウエイト80が正弦波状に振動する場合には、振幅をA[m]、周波数(コイル74による磁歪素子70への入力磁界の周波数)をf[Hz]とすると、αmax=A×(2πf)2であるから、加振力Fの最大値(瞬時値)Fmax=m×A×(2πf)2となる。一方、磁歪素子70が発生し得る力Fmは、磁歪素子70の断面積をS[m2]、磁歪素子70の発生応力をσ[Pa]とするとFm=S×σであるから、Fmax<Fm=S×σとなる。
F of the exciting force (fluctuating load) that can be generated by the
したがって、加振力発生部60では、磁歪素子70の発生し得る力Fmの範囲で、ウエイト80の質量m、加振振幅A、加振周波数fに応じて加振力F(Fmax)を得ることができる。すなわち、加振力発生部60では、磁歪素子70に変動率の高い磁界を付与して伸縮加速度を大きくしウエイト80を大きな加速度で駆動することで、大きな加振力Fを得ることができる。このため、加振力発生部60の制御部88は、加振対象である振動板18を加振する周波数f18よりも高い周波数f70で磁歪素子70を駆動する動作を、振動板18の加振周波数f18で繰り返すようにコイル74に通電(電圧印加)を行なうように構成されている。より具体的には、制御部88は、例えば図4(A)に示される如く、振動板18の加振周波数f18の周期T18(=1/f18)の間に、周期T18よりも短い一周期T70分だけ、周波数f18よりも高い周波数f70(=1/T70)の変動磁界をコイル74に発生をさせるように構成されている。
Therefore, the
例えば、スピーカ装置10に要求される周波数範囲が略20[Hz]〜500[Hz]であること、すなわち振動板18の振動(発音)の最小周期T18minが2[ms]であることを考慮して、磁歪素子70の駆動周波数f70をf70=1[kHz]とすることができる。この場合、例えばウエイト80の質量m=0.1[kg]、加振振幅A=0.0001[m]、加振周波数f=f70=1[kHz]とすると、Fmax≒395[N]となり、加振振幅Aを増すことなく、十分な加振力Fが得られることがわかる。なお、磁歪素子70は、100[kHz]以上の応答性を有し、磁場変化の限界周波数に追従し得る。このため、ウエイト80をより大きな加速度(高周波)で加振することでより大きな加振力を得ることができると共に、例えば後述する音波の位相制御に用いるのに十分な性能を有する。
For example, the frequency range required for the
ウエイト80の質量mは、振動板18の寸法形状(矩形状の振動板18では、図2(B)に示す縦横寸法a、b)や発生すべき音圧に応じて決められている。後述する排気音アクティブ消音装置30(メインマフラ42)を構成する例では、各周波数の排気音と略同等の音圧を生じ得るように、ウエイト80の質量m、該ウエイト80を駆動する磁歪素子70の寸法形状が決められている。
The mass m of the
なお、制御部88は、図4(A)に示される如く周波数f70のサイン波状の電圧印加を行なう構成に代えて、図4(B)に示される如く、周波数f18でパルス幅T70の(上記の例では1[ms])のパルス波を入力するようにしても良い。このパルス波を入力する構成においても、上記したサイン波を入力する場合と同様に、大きな加振力Fを得ることができる。
Note that the
次に、本実施形態の作用を説明する。 Next, the operation of this embodiment will be described.
上記構成のスピーカ装置10では、アクチュエータ20のコイル74に通電されると、アクチュエータ20は、通電周波数に応じた周波数で、ウエイト80を振動板18との接離方向に振動させる。このウエイト80の振動に伴う反力が加振力として振動板18に作用し、この加振力の周波数で振動板18が振動する。この振動によって、スピーカ装置10では、外向き(密閉空間Rとは反対向き)に音波が生じる。
In the
ここで、スピーカ装置10では、アクチュエータ20がウエイト80を加振することに伴って生じる反力を加振力として振動板18を振動させる構成であるため、アクチュエータ20の生じ得る振幅に依存することなく大きな加振力を振動板18に作用させることができる。特に、アクチュエータ20は、磁歪素子70をウエイト80の駆動源として用いるため、発生可能な荷重Fm=S×σが大きく、質量mが比較的大きいウエイト80を高周波(高加速度)で駆動することができるので、コンパクトな構成でありながら大きな加振力Fを得ることが実現された。これにより、スピーカ装置10では、低周波域(例えば20Hz〜500Hz)で大きな音圧を確保することができ、フラットな周波数特性が得られる。
Here, since the
特に、スピーカ装置10を構成する加振力発生部60では、制御部88は、振動板18から出力する音波の周期T18よりも短い周期T70の変動磁界を磁歪素子70に付与するため、磁歪素子70すなわちウエイト80の加速度が増大され、加振振幅Aや質量mに頼る(必要以上に大きくする)ことなく、振動板18を確実に大きな一定の加振力で加振することができる。
In particular, in the
このように、本実施形態に係るスピーカ装置10では、得られる加振振幅Aは比較的小さいものの、発生応力σが大きくかつ応答性が良好である磁歪素子70を用いてウエイト80を加振することに伴う反力を利用することで、低周波で十分な音圧を確保することを、コンパクトな構成で実現することができた。また、スピーカ装置10の他の効果について、以下に補足する。
Thus, in the
スピーカ装置10では、ケース12を構成する周壁16の周壁16の端部16Aと、振動板18の周縁部18Aとが全周に亘って接合されているため、密閉空間Rに対する防水性、防塵性が確保される。また、ケース12及び振動板18がステンレス鋼等の金属材にて構成されているため、耐熱性が良好である。そして、金属製のケース12と振動板18とが上記の通り周壁16の端部16Aと周縁部18Aと全周に亘り接合させているので、該接合箇所を含み外力等に対する機械的強度が高い。このように、スピーカ装置10は、例えば室内等の良好な環境で使用されるスピーカ装置の如く構成部品にゴムや樹脂より成る部品を含まず、また部品の接合に接着剤等を用いないので、使用環境に対する制約が少ない。
In the
またここで、スピーカ装置10では、平板状の振動板18を振動させて音波を発生するため、音波の伝達方向の指向性が高い平面波が出力され易い。このため、音圧の距離に対する減衰が少ない。また、ケース12(密閉空間R)の容量に依存することなく低周波音を発生することができ、上記の通り平面波は音圧の距離に対する減衰が少ないため、低周波から高周波まで音圧(エネルギ)の大きい音波を得ることができる。すなわち、上記の通りウエイト80の加振に伴う反力である大きな加振力Fにより得られた大きな音圧の音波を減衰させることなく伝播することが可能になる。これらにより、スピーカ装置10は、例えば図6(B)に示される如く拡散波Wdを発生するコーン型のスピーカ100と比較して、小型化を図ることができる。特に、スピーカ装置10では、振動板18にビード26が形成されているため、所要の周波数帯域で、確実に平面波を生じさせることができる。
Here, in the
さらに、スピーカ装置10では、ケース12と振動板18とで密閉空間Rを形成しているため、振動板18の密閉空間R内側への振動により生じた音が該密閉空間Rの外側に漏れ出し難い。また、振動板18とで閉断面構造を成すケース12は所定の剛性を有すると共に、リブ22によって底壁14が補強されているため、その(主に底壁14の)剛性に応じて決まる曲げ振動(屈曲振動)の限界周波数よりも低い周波数成分の音を密閉空間Rの外側に透過させることが効果的に防止される。また、密閉空間R内には吸音材28が充填されているので、振動板18の密閉空間R内側への振動により生じた音の中・高周波成分(上記した限界周波数よりも周波数が高い成分)は、吸音材28にて吸収され、密閉空間R(ケース12)の外側に透過することが防止される。
Further, in the
なお、上記実施形態では、所要の周波数帯域で平面波を出力させるべく振動板18の分割振動モードを設定するために、環状のビード26を設けた例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、ビード26に代えて、又はビード26と共に、振動板18に凸凹形状を設けても良い。凸凹形状は、例えばビード26の如く環状に形成されると共に断面が矩形波状を成すように形成しても良く、また例えば振動板18の周方向に断続的に形成されても良い。
In the above embodiment, an example in which the
(排気音アクティブ消音装置)
次に、上記したスピーカ装置10が適用された騒音抑制装置としての排気音アクティブ消音装置30について、図7乃至図9に基づいて説明する。なお、各図に適宜示す矢印FRは、排気音アクティブ消音装置30が適用された自動車の車体前後方向の前側を、矢印UPは車体上下方向の上側を、矢印Wは車幅方向をそれぞれ示すものとする。
(Exhaust sound active silencer)
Next, an exhaust sound
図9には、スピーカ装置10が適用された排気音アクティブ消音装置30を備えた内燃機関エンジン32の排気システム34が、模式的な平面図にて示されている。この図に示される如く、排気システム34は、内燃機関エンジン32が排出する排気ガスを系外に導く排気管36を備えており、排気管36の上流端36Aは、内燃機関エンジン32の排気マニホルド32Aに接続されている。一方、排気管36の下流端は、大気開放部36Bとされている。この排気管36(が形成する排気系路)の上流端36Aと大気開放部36Bとの間には、上流側から順に、排気ガスを浄化するための触媒コンバータ38、排気音を低減するためのサブマフラ40、メインマフラ42が配設されている。そして、この実施形態では、スピーカ装置10は、メインマフラ42に適用されている。すなわち、メインマフラ42が本発明における排気系部品、隔体に相当する。
FIG. 9 is a schematic plan view showing an exhaust system 34 of an
図7(A)乃至図7(C)に示される如く、メインマフラ42は、車体上下方向に一対設けられたスピーカ装置10の各振動板18と、互いに対向する上下の振動板18の周縁部18Aに全周に亘って溶接接合された平面視略矩形枠状のマフラ側面部材44とで、閉空間である消音室(拡張室又は共鳴室)46を形成している。平面視略矩形枠状のマフラ側面部材44には、上流側の排気管36に接続されるインレットパイプ48、末端が排気管36の大気開放部36Bとされたアウトレットパイプ50がそれぞれ接続されている。
As shown in FIGS. 7A to 7C, the
以上により、メインマフラ42は、その外壁の一部がスピーカ装置10の振動板18にて構成されており、その内部を流通する(拡散して排出される)排気ガスに対し振動板18が直接的に音波を放出するようになっている。また、図7(A)乃至図7(C)に示される如く、マフラ側面部材44は、車体前後方向及び車幅方向に対し、車体上下方向の寸法が小さい扁平状のメインマフラ42を上下のスピーカ装置10間に形成するように寸法が決められている。
As described above, a part of the outer wall of the
各スピーカ装置10の制御部88は、例えばメインマフラ42に設けたマイクや内燃機関エンジン32の回転速度に応じた信号を出力するエンジン回転計等の出力に基づいて、図8(A)に示される如く、該排気音Seと逆位相で略等音圧の音波Saが出力されるように、各アクチュエータ20のコイル74への印加電圧(振動板18が出力する出力振動の周波数f18(周期T18)、位相、該出力振動の周期毎に付加する周期又はパルス幅T70の電圧印加パターン等)を制御する構成とされている。
The
上記構成の排気音アクティブ消音装置30では、内燃機関エンジン32の排気ガスが排気システム34を流動するのに伴って、例えば排気ガスの脈動に起因して生じる比較的低周波の排気音に対し、振動板18が逆位相で略等音圧の音波を発生するようにアクチュエータ20が駆動される。このため、図8(B)に示される如く、排気音Seと振動板18が発生する音波Saとが打ち消しあって、排気騒音が低減される。なお、内燃機関エンジン32の回転2次成分の排気音の周波数帯域は、アイドル回転〜最高回転数に対応して、略20Hz〜500Hzとされている。
In the exhaust noise
ここで、排気音アクティブ消音装置30は、上記したスピーカ装置10を備えるため、高温環境でかつ車外に露出して使用されて所要の消音性能を発揮することができる。すなわち、金属製のケース12、振動板18を溶接接合して構成されたスピーカ装置10は、耐環境性が良好であり、ゴムや樹脂の部品を用いた構成のように高温の排気ガスで劣化することがないので、長期化期間に亘って安定した消音性能を発揮する。また、車体フロア下にスピーカ装置10を配置しても、雨水や路面からの跳ね上げによる被水や塵埃等のケース12(密閉空間R)内への侵入が防止され、アクチュエータ20(電気系統)が保護される。さらに、金属製のケース12は所要の機械的(破壊)強度を有するので、スピーカ装置10が飛び石等によって破損されることが防止される。
Here, since the exhaust sound
またここで、排気音アクティブ消音装置30では、スピーカ装置10の振動板18がメインマフラ42の外壁(隔体)を構成し、該振動板18がメインマフラ42内の排気ガスすなわち起振源に対し直接的に音波を出力するため、すなわち大きな音響エネルギを有する排気ガスの排気音を直接的に打ち消すので、例えば大気開放されて相対的に低エネルギの排気ガスに向けて音波を出力する構成と比較して、排気騒音の抑制効果が大きい。また、閉空間であるメインマフラ42内に音波を出力するので、大気開放された排気ガスに向けて音波を出力する構成と比較して、スピーカ装置10が発生した音波の伝達ロスが少なく、排気音を一層効果的に打ち消すことができ、排気騒音の抑制効果を向上することができる。
Here, in the exhaust sound
そして、排気音アクティブ消音装置30を構成するスピーカ装置10は、アクチュエータ20にてウエイト80を駆動することで、低周波域で大きな音圧の平面波である音波Saを生じさせて、排気音を効率的に打ち消すことができる。特に、スピーカ装置10は、ビード26によって、内燃機関エンジン32の回転2次成分の排気音の周波数帯域(アイドル回転〜最高回転数)まで平面波を発生するように設定されているので、排気音を一層効率的に打ち消すことができる。
And the
さらに、ケース12にて振動板18を覆ったスピーカ装置10では、振動板18がメインマフラ42の外向きに発する音を外部に漏らすことが抑制される。特に、ケース12の限界周波数よりも低周波成分は、密閉空間R外への透過を阻止し、該限界周波数よりも高周波の成分は、吸音材28にて吸収するので、振動板18の振動に伴う騒音発生が防止される。
Furthermore, in the
また、メインマフラ42は、上下方向に扁平した扁平形状に形成されているため、その上下にスピーカ装置10を配置しても車体上下方向の高さが低く保たれる。その一方、上下の振動板18がメインマフラ42の扁平面すなわち排気ガスとの接触面積が大きい壁部を構成するため、振動板18の音波出力によって排気ガスの排気音をより一層効果的に抑制することができる。
Further, since the
なお、上記実施形態では、スピーカ装置10が排気音アクティブ消音装置30に適用された例を示したが、本発明はこれに限定されず、各種用途にスピーカ装置10を適用することができる。また、スピーカ装置10を構成する加振力発生部60は、スピーカ用途以外の各種用途に適用することが可能である。
In the above embodiment, an example in which the
また、上記実施形態では、排気音アクティブ消音装置30が上下一対のスピーカ装置10を備える例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、上下何れか一方のスピーカ装置10を備えるようにしても良い。
Moreover, in the said embodiment, although the exhaust sound
さらに、上記実施形態では、排気音アクティブ消音装置30が上下一対のスピーカ装置10を備える例を示したが、メインマフラ42の車幅方向側面や車体前後方向端面にスピーカ装置10を配置しても良い。さらに、例えばスピーカ装置10の振動板18を巻きマフラの長手方向端面に対応した楕円形状に形成し、該巻きマフラの長手方向端面を楕円状の振動板18にて構成するようにしても良い。この場合、既存のマフラに排気音アクティブ消音装置30を容易に適用することができる。
Further, in the above embodiment, the exhaust sound
10 スピーカ装置
18 振動板(加振対象)
20 アクチュエータ
60 加振力発生部(振動発生装置)
66 ヨーク(本体)
70 磁歪素子
74 コイル(励磁装置)
78 出力軸(出力部)
80 ウエイト(錘)
88 制御部(励磁装置)
10
20
66 York (main body)
70
78 Output shaft (output unit)
80 weight
88 Control unit (excitation device)
Claims (4)
前記アクチュエータの出力部に設けられた錘と、
を備えた振動発生装置。 An actuator that, by operating, vibrates the output unit with respect to the main body fixed to the vibration target;
A weight provided at the output of the actuator;
A vibration generating device.
前記振動板が前記加振対象として前記アクチュエータの本体に固定された請求項1乃至請求項3の何れか1項記載の振動発生装置と、
を備えたスピーカ装置。 A flat diaphragm,
The vibration generator according to any one of claims 1 to 3, wherein the vibration plate is fixed to the body of the actuator as the vibration target.
A speaker device comprising:
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20111129 |
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A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20120731 |