JP2008191439A - 騒音振動低減システム及びこれを用いる移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】
透過音と固体伝播音を同時に低減することができ、人や物の荷重がかかる場所でも十分な強固さを有し、かつ騒音振動低減効果が発揮される騒音振動低減システムを提供し、同システムを用いて従来実現されなかった騒音振動低減効果の高い移動体を提供する。
【解決手段】
騒音振動低減システムは、騒音振動低減装置が対象壁面に対して弾性支持手段を介して取り付けて構成されている。移動体は、上記騒音振動低減システムを既存の床板や内装板等に取り付け、又は騒音振動低減システムにより床板又は内装板等が構成されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、壁面を透過する騒音及び壁面の振動に起因して発生する騒音を低減する騒音振動低減システム及び同システムを用いる移動体に関する。

ここで、本願の特許請求の範囲及び明細書において使用する用語を定義する。「対象空間」とは静粛性を求められている空間をいい、「対象壁面」とは対象空間を形成している平板や構造物の壁面などをいい、「入射音」とは対象壁面に入射する音響エネルギーをいい、「透過音」とは対象壁面を透過する騒音をいい、「固体伝播音」とは対象壁面の振動に起因して発生する騒音をいう。そして、「透過音」と「固体伝播音」を合わせて「放射音」という。

図５は騒音の種類を説明する説明図、図６は従来の騒音振動低減システムを示す断面図である。図５に示すように、対象空間Ｓを形成している対象壁面Ｗから対象空間Ｓに発生する放射音（騒音）Ｎは、対象壁面に入射する入射音Ｎｉが対象壁面Ｗを透過する透過音Ｎｔと、対象壁面Ｗの振動に起因して発生する固体伝播音Ｎｐとに分けられる。
放射音Ｎの低減には、いくつかの方法が提案されている。例えば、（ａ）騒音源を低減する方法、（ｂ）制御用スピーカを用い放射音等に対する逆位相の騒音を発生させて、打ち消しあう方法、（ｃ）対象壁面にアクチュエータや圧電材料を取り付け、対象壁面の振動を低減する方法、（ｄ）対象壁面の入射音側に騒音振動低減装置を取り付ける方法などである。固体伝播音Ｎｐに対しては、上記（ａ）（ｂ）（ｃ）しか適用できない。
特になし。

（ａ）は騒音低減対策としては最も基本的でかつ有効な方法であるが、既に対策が尽くされている場合も多く、更なる対策は望めない。
（ｂ）はアクティブ・ノイズ・コントロール・システム（ＡＮＣ）と言われる制御方法で、ダクト騒音など、比較的簡単な系でかつ制御系が小さく変化が少ないものに適用可能である。しかし、制御スピーカ、制御装置、センサー等、システム全体としては比較的大きくなる傾向があり、さらに制御システムが複雑となる問題を有している。特に複数システムを適用した場合、相互の制御系の連成が発生し、多入力多出力制御となる場合がある。
（ｃ）は対象壁面の振動状態の同定を行い、振動の腹にアクチュエータや圧電材料を取り付け、制御力を付加することで振動を低減する方法である。低次振動状態でかつ振動エネルギーが小さい場合は適用可能であるが、振動を低減しても放射音等は低減しない場合も多い。また、低次振動状態では一般に振動エネルギーが大きくなるためアクチュエータも大出力のものを適用することとなる。高次振動状態では振動の腹の位置が多数できるため、アクチュエータもその分必要であり、かつ相互の連成問題にも対処しなければならない。
（ｄ）の騒音振動低減装置は、従来は、入射音を何らかの方法で低減することを前提としていたため、図６に示すように、対象壁面Ｗの入射面側に騒音振動低減装置ＮＣを取り付けていた。対象空間Ｓにおける外部からの透過音Ｎｔは、対象壁面Ｗの入射音側に騒音振動低減装置ＮＣを用いることで、低減することが可能である。しかし、対象壁面Ｗに何らかの振動源から伝播した振動に起因する固体伝播音Ｎｐに対しては、騒音低減効果を得ることができない。しかしながら、透過音Ｎｔも、対象壁面Ｗが入射音Ｎｉにより加振され振動が発生し、その結果、二次的に騒音が発生したものである。つまり、透過音Ｎｔ、固体伝播音Ｎｐ共に、対象空間Ｗへは対象壁面の振動に起因した騒音であると言える。
そして、対象空間Ｓ側から対象壁面Ｗにかかる荷重は対象壁面が受けるため、騒音振動低減装置ＮＣへの影響を考慮する必要はなかった。また、従来の騒音振動低減装置は対象壁面の入射面側に取り付けていたから、固体伝播音Ｎｐを低減する効果は無かった。仮に、固体伝播音を低減するために、放射面側に騒音振動低減装置を取り付ける場合は、人や物の荷重がかかる場所では、騒音振動低減装置に荷重がかかるため、システムの強固さを考慮しなければならない。さらに、荷重がかかることで、対象壁面Ｗの振動が騒音振動低減装置ＮＣに直接伝達されてしまうため、騒音低減効果が発揮されない懸念もある。

以上の通り、従来は、各種方法が提案されているものの、それぞれ課題があり、実用化が進んでいないのが現状である。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、解決しようとする第一の課題は、透過音と固体伝播音を同時に低減することができる騒音振動低減システムを提供することにある。また、第二の課題は、人や物の荷重がかかる場所でも、十分な強固さを有し、かつ騒音振動低減効果が発揮される騒音振動低減システムを提供することにある。そして、第三の課題は、その騒音振動低減システムを用いて、従来実現されなかった騒音振動低減効果の高い移動体を提供することにある。

本発明による騒音振動低減システムは、上記第一の課題を解決するため、対象壁面の対象空間側の放射面に騒音振動低減装置を取り付けてなることを特徴としている（請求項１）。
前記騒音振動低減装置は、対象壁面に対して弾性支持手段を介して取り付けてあることが望ましい（請求項２）。また、その騒音振動低減装置と対象壁面との間に空気層が設けてあることがさらに望ましい（請求項３）。さらに、騒音振動低減装置と弾性支持手段と空気層とはパネル状に一体構造化されていることが望ましい（請求項４）。

本発明による騒音振動低減システムは、上記第二の課題を解決するため、騒音振動低減装置の放射面側に、対象壁面に弾性支持手段を介して取り付けた荷重支持用の壁面が設けてあることを特徴としている（請求項５）。この騒音振動低減システムにおいては、騒音振動低減装置と弾性支持手段と空気層と荷重支持用の壁面とが、パネル状に一体構造化されていることが望ましい（請求項６）。さらに、対象空間が規格寸法を有する必要がある場合は、この騒音振動低減システムは、騒音振動低減装置の対象空間側の面が規格寸法を有する対象空間の内壁面となるように、又は荷重支持用の壁面が規格寸法を有する対象空間の内壁面となるように施工されることが望ましい（請求項７，８）。

そして、本発明による移動体は、上記第三の課題を解決するため、請求項１ないし８のいずれか１項の騒音振動低減システムを既存の床板や内装板等に取り付け（請求項９）、又は請求項６の騒音振動低減システムにより床板又は内装板等が構成されていることを特徴としている（請求項１０）。

請求項１の発明によれば、対象壁面の対象空間側の放射面に騒音振動低減装置を取り付けてなるので、対象壁面からの透過音及び固体伝播音を同時に低減することができる。
請求項２の発明によれば、騒音振動低減装置は、対象壁面に対して弾性支持手段を介して取り付けてあるので、対象壁面から騒音振動低減装置に振動が伝播することが遮断されるため、騒音振動低減効果の低下が防止される。
請求項３の発明によれば、騒音振動低減装置と対象壁面との間に空気層が設けてあるので、対象壁面からの透過音がより効果的に低減される。
請求項４の発明によれば、騒音振動低減装置と弾性支持手段と空気層とはパネル状に一体構造化されているので、騒音振動低減システムの対象壁面に対する取付施工が簡単である。

請求項５の発明によれば、騒音振動低減装置の放射面側に、対象壁面に弾性支持手段を介して取り付けた荷重支持用の壁面が設けてあるので、騒音振動低減装置は人や物の荷重の影響を受けることなく、対象壁面からの固体伝播音の低減効果が得られる。
請求項６の発明によれば、騒音振動低減装置と弾性支持手段と空気層と荷重支持用の壁面とが、パネル状に一体構造化されているので、騒音振動低減システム及び荷重支持用の壁面の対象壁面に対する取付施工が簡単である。

請求項７の発明によれば、騒音振動低減装置の対象空間側の面が規格寸法を有する対象空間の内壁面となるように施工されるので、対象空間の内壁面に規格寸法を備えた状態で、対象壁面からの透過音及び固体伝播音を同時に低減することができる。
請求項８の発明によれば、荷重支持用の壁面が規格寸法を有する対象空間の内壁面となるように施工されるので、対象空間が規格寸法を維持したまま、対象壁面からの透過音及び固体伝播音を同時に低減することができるとともに、人や物等の荷重が加えられることがある場所に適用されても、騒音振動低減装置がその荷重の影響を受けることが防止される。
請求項９又は１０の発明によれば、移動体の既存の床板や内装板等に上記騒音振動低減システム取り付けられ、又は、移動体の床板又は内装板等が上記騒音振動低減システムにより構成されるので、静粛性を向上した移動体の提供が可能である。

次に、本発明の実施の形態について、図１ないし図４の図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る騒音振動低減システムの構成を示す断面図、図２は第１の実施の形態の改良に係る騒音振動低減システムの構成を示す断面図である。図３は、本発明の第２の実施の形態に係る騒音振動低減システムの構成を示す断面図、図４は第１の実施の形態の改良に係る騒音振動低減システムの構成を示す断面図である。図５及び図６の部材と共通の部材に対しては同一の符号を用いる。

本発明の騒音振動低減システムの基本的構成は、図１に示すように、騒音振動低減装置ＮＣを対象壁面Ｗの放射面側に取り付けることである。騒音振動低減装置ＮＣの方式、素材、構造は、特に限定されない。騒音振動低減装置ＮＣを対象壁面Ｗの放射面側に取り付けることにより、対象壁面Ｗからの透過音Ｎｔ及び固体伝播音Ｎｐを同時に低減することができる。

この場合、対象壁面Ｗと騒音振動低減装置ＮＣとが極接近して設けられる場合は、騒音振動低減装置全体ＮＣが対象壁面Ｗの振動影響を受けて、所定の騒音低減効果が得られないことがある。そこで、好ましい実施の形態においては、図２に示すように、対象壁面Ｗに対し、騒音振動低減装置ＮＣを合成ゴムあるいはコイルバネなどの既知の弾性支持材１を介して弾性支持してある。これにより、騒音振動低減装置ＮＣ全体の対象壁面Ｗの振動による影響が低減される。

騒音振動低減装置ＮＣの一例として、小面積の振動板の振動中心に振動エネルギーを電気エネルギーに変換する圧電材料を貼付し、その圧電材料に電気エネルギーを散逸させる電気回路を接続してなるモジュール型騒音振動低減装置を対象壁面Ｗに複数個平面状に取り付ける方法が考えられる。

この場合、低次振動モードにおいては、騒音振動低減装置全体が振動し、騒音振動低減装置の騒音低減効果が放射音等の低減効果に現れないことが明らかとなっている。その対策として、図２に示すように、壁面Ｗと騒音振動低減装置ＮＣとの間に空気層２を設ける。この空気層２を設けることにより、対象壁面Ｗからの放射音Ｎｔ，Ｎｐが騒音振動低減装置ＮＣにより効率良く低減され、確実に騒音低減効果を得ることができる。空気層２は、外部からの騒音侵入を少なくし、かつ、対象壁面Ｗからの放射音のみが騒音振動低減装置ＮＣに入射するように、極力密閉状態とすることが望ましい。従って、弾性支持材１を、その間に空気層２が形成され、かつ、その弾性支持材１により密閉されるように配置することが望ましい。

図２に示された対象壁面Ｗが、人や物など（以下、「人等」という。）の入出、移動又は通過を伴う対象空間を形成するものである場合は、その人等が騒音振動低減装置ＮＣの上に乗ったり、寄りかかったりした時に、弾性支持体１の弾性支持の効果が失われることとなる。そこで、このような不具合を防止するため、図３に示すように、騒音振動低減装置ＮＣのさらに放射面側に人等の荷重に耐えられる強度を有する荷重支持壁面３を設けると良い。

この場合、荷重支持壁面３を対象壁面Ｗに強固に取り付けると、振動源からの振動が荷重支持壁面３にも伝播し、結果的に固体伝播音Ｎｐが発生することとなる。よって、荷重支持壁面３と対象壁面Ｗ間を弾性支持材１と一体の、又は別体の弾性支持材１で弾性支持することにより、荷重支持壁面３への振動伝播を抑制することが望ましい。その結果、対象壁面Ｗからの放射音Ｎｔ，Ｎｐは、この騒音振動低減装置ＮＣにより低減され、減衰された放射音のみが荷重支持壁面３を透過する。

そして、仮に、荷重支持壁面３に人等の荷重が加わった場合は、弾性支持の特性が失われて、振動が伝播されることがあっても、荷重支持壁面の質量が人等に押された分加わるため、同じ振動源からの振動伝達は小さくなるので、結果的に、対象空間Ｓへの放射音（Ｎｔ，Ｎｐ）は小さくなる。

上記騒音振動低減装置ＮＣは、既存の壁面Ｗに取り付けることも可能であるが、予め何らかの壁面に弾性支持材を介在させた状態で騒音振動低減装置を取り付けることで、空気層を備えた騒音振動低減システムをパネル状に一体化した構成とすることもできる。また、その場合、その壁面に騒音振動低減装置よりも対象空間側に弾性支持材を介在させた状態で荷重支持壁面３を取り付け、空気層を備えた騒音振動低減システムをパネル状に一体化した構成とすることもできる。

以上の騒音振動低減システムは、静粛性が求められている空間の壁面や騒音発生源が筐体で囲まれている装置に対して、広く適用可能である。他の適用例の一つとして、鉄道車両や自動車、航空機等の移動体が考えられる。特に鉄道車両では、床板あるいは内装板からの固体伝播音の対策の必要性は明らかとなっていたものの、これまで有効な方法は考案されていなかった。本発明の騒音振動低減システムを鉄道車両の床あるいは内装板等に取り付けた鉄道車両構造を採用すれば、快適な車内環境を提供することができる。

鉄道車両の床板や内装板に本発明の騒音振動低減システムを適用する場合は、騒音振動低減装置又は同装置と荷重支持壁面の厚さ分が客室空間を狭くするため、空間の規定寸法を確保できなくなる。その課題の解決方法として、図４に例示するように、対象壁面Ｗを予め背後に張り出した形状として、凹部４を構成し、その凹部４に騒音振動低減装置ＮＣ、又は騒音振動低減装置と荷重支持壁面３を収容して取り付けることも可能である。この騒音振動低減装置の壁面又は荷重支持壁面を規定の床あるいは内装壁面５の位置に設定することで、空間Ｓの規定寸法を確保することができる。

本発明は、定着物、固定物、移動体を問わず、静粛性が求められる空間の壁面や騒音発生源が筐体で囲まれている装置に取り付けることで広く適用可能である。鉄道車両、航空機、自動車、建物、騒音源装置筐体等の床板や壁面等である。特に鉄道車両のように乗客の乗り降りが頻繁で、かつ安定した騒音低減効果が求められる場合、人や物の荷重の影響を受けることなく対象壁面からの固体伝播音の低減効果が期待できる。

本発明の第１の実施の形態に係る騒音振動低減システムの構成を示す断面図。 第１の実施の形態の改良に係る騒音振動低減システムの構成を示す断面図。 本発明の第２の実施の形態に係る騒音振動低減システムの構成を示す断面図。 第２の実施の形態の改良に係る騒音振動低減システムの構成を示す断面図。 騒音の種類を説明する説明図。 従来の騒音振動低減システムを示す断面図。

符号の説明

Ｗ 対象壁面
ＮＣ 騒音振動低減装置
Ｎｉ 入射音
Ｎｔ 透過音
Ｎｐ 固体伝播音
１ 弾性支持材
２ 空気層
３ 荷重支持壁面
４ 凹部
５ 既存の壁面

Claims (10)

1. 対象空間を形成している対象壁面の前記対象空間側の放射面に騒音振動低減装置を取り付けてなる騒音振動低減システム。
2. 請求項１において、騒音振動低減装置が対象壁面に対して弾性支持手段を介して取り付けてあることを特徴とする騒音振動低減システム。
3. 請求項２において、騒音振動低減装置と対象壁面との間に空気層が設けてあることを特徴とする騒音振動低減システム。
4. 請求項３において、騒音振動低減装置と弾性支持手段と空気層とがパネル状に一体構造化されていることを特徴とする騒音振動低減システム。
5. 請求項１、２、３又は４において、騒音振動低減装置の放射面側に、対象壁面に弾性支持手段を介して取り付けた荷重支持用の壁面が設けてあることを特徴とする騒音振動低減システム。
6. 請求項５において、騒音振動低減装置と弾性支持手段と空気層と荷重支持用の壁面とが、パネル状に一体構造化されていることを特徴とする騒音振動低減システム。
7. 請求項１ないし４のいずれか１項の騒音振動低減システムにおいて、騒音振動低減装置の対象空間側の面が規格寸法を有する対象空間の内壁面となるように施工されていることを特徴とする騒音振動低減システム。
8. 請求項５又は６の騒音振動低減システムにおいて、荷重支持用の壁面が規格寸法を有する対象空間の内壁面となるように施工されていることを特徴とする騒音振動低減システム。
9. 請求項１ないし８のいずれか１項の騒音振動低減システムを既存の床板や内装板等に取り付けた移動体。
10. 請求項６の騒音振動低減システムにより床板又は内装板等が構成されている移動体。

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