JP2009504470A - 遮音構造体及び遮音構造体が設けられた装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、特に自動車用の、音波放射面（１６）が設けられた延在部と、少なくとも１つのばね層（１０）が設けられたばね質量系と、カバー層とを有する音遮音構造体に関する。本発明によれば、ばね層（１０）が、表面（１６）が少なくともある区域内で目標の位相差を有する音波放射を生成するように具現化された場合に、系の音波放射が減少し得る。

Description

本発明は、独立請求項の前段に記載の、遮音構造体（防音構造体）及び遮音構造体が設けられた装置に関する。

車両内の音絶縁のために、挿入床板又は挿入マットなどの遮音構造体を設けることが公知である。

特許文献１より、車両の床の遮音のために、多層遮音装置を設けることが公知であり、これによれば、装飾層の下に、質量層とこれと境を接するポリウレタンの柔らかい発泡層とが配置される。質量層及びポリウレタンの柔らかい発泡層は、音響絶縁のための、甲高い音によって励振するばね質量系を形成する。柔らかい発泡層は、恐らく平らでない土台の上に摩擦固定されたプラスチック層の上に配置される。

包括的な技術を開示する特許文献２には、遮音構造体が開示されており、これによれば、音ばねとして働き、かつ不織又は発泡物品として形成された弾性層が、基本層と質量層との間に配置される。ボスが、それぞれ、質量層と弾性層との間のかつ基本層と弾性層との間の接触域において弾性層内へと延在し、それぞれ質量層及び基本層から出る。ボスは、一方では、層と層との間を固定することができ、他方では、機械的に生成される摩擦減衰を生じさせ、これにより、系全体に遮音性が増大する。

独国特許出願公開第１００２８４６２Ａ１号明細書 独国特許発明第３７０５７５４Ｃ１号明細書

本発明のベースとなる目的は、特に車両内の、音響絶縁性を向上させる遮音構造体を提供することである。さらに、遮音構造体を備えた装置も提供される。

上記目的は、本発明に従って、独立請求項の特徴によって達成される。

音絶縁のための本発明による遮音構造体は、弾性層と質量層とを有し、これらの層は、それらの表面の少なくともある領域が固有の位相差で音を放射するよう設計される。この結果、表面からの音波放射が、音波の固有の干渉により、少なくともある領域内で減少し得る。弾性層の及び質量層のばね／質量比の適切な構成により、音の伝播が制御され、様々な領域からの音波の干渉により、系の有効放射面が減少し、したがって、雑音、特に危険な、とりわけ妨害周波数範囲が減少し得ることが好ましい。

弾性層は、シート状の弾性層として設計されることが好ましい。たとえば、発泡体又は不織布を有してもよい。質量層は、好ましくは、たとえばゴム又はビチューメンから構成された質量層のマットを有する、シート状の本体として設計されてもよい。質量層は、表面に配置され、弾性層／質量層の系の音波放射面を構成することが好ましい。

弾性層／質量層の系は、一体形マットとして設計され、たとえば、車体に敷き詰められるか又は車体に固定される。このため、弾性層は、質量層にしっかりと接続される。たとえば、接着結合される又は溶接される。

弾性層／質量層の対は、シミュレーション計算により振動動作が最適化されることがある。遮音構造体は、数百ヘルツまでの低い及び中間の周波数で、特に約１０ヘルツ〜５００ヘルツの、好ましくは１００ヘルツ〜２００ヘルツの周波数範囲内の、車両の音を消すのに特に適している。

妨害周波数を特に抑制するために、弾性層／質量層の対は、異なる共鳴同調を有するシート状の部分領域を有する、凝集したマットを形成する。特に、この部分領域は、異なるばね剛性及び／又は質量、特に単位面積当たりの重量を有することがある。これらの差は、特に厚みの変動又は材料の選択により、作られることがある。

本発明の好ましい実施形態及び利点が、以下の説明及び他の請求項より見出されよう。

弾性層が、シート状の設計の少なくとも２つの異なる領域を有し、第１の領域内の表面から放射される音波及び第２の領域内で放射される音波が位相差を有し、これらの音波が重なると、それぞれの個々の音波の振幅より低い振幅ができる場合、好適な干渉条件が、制御された形で設定され得る。これらの領域は、異なる剛性、又は一般に、異なる質量／剛性比を有することが好ましい。通常、放出雑音、つまり質量ばね系として設計された多層被覆の、たとえばカーペットの、音波放射は、使用される材料の剛性にかつ質量層の単位面積当たりの重量に依存する。繊維材料などの柔らかい多孔弾性材料は、ばね質量系の比較的低い共振周波数を生じさせる。共振周波数の領域内で音波放射が増加する。この第１の共振周波数の上で、遮音に好ましい非干渉効果が、比較的低い音波放射で発生する。より高い剛性の材料、たとえば発泡体のような材料の場合、これに対応したより高い周波数で、増加した音波放射によるこの共振周波数が発生する。固有の設計によって達成され得ることは、車両雑音にとって重大な周波数範囲内において、低い周波数に調整された下部系は（ばね／質量）共振周波数を超え、同様に高い周波数に調整された下部系は共振周波数未満であることである。

隣接する異なる領域の振動面領域の位相差により、音波放射が減少する又は消されることが好ましい。互いに異なる位相関係で振動する表面領域の大きさが、遮音される担体の、又は遮音される支持面、たとえば車体の、振動とは無関係に制御され得る。

領域が少なくとも表面に平行に延在する場合には、容易に制御及び成形可能な、弾性層の形状ができる。領域は、互いに境を接することが好ましい。異なる剛性を有する領域の配置は、遮音配置として公知である、発泡材料の素地内の粉砕充填材料の無秩序な配置とははっきりと区別される。

領域の寸法が、それらの各第１の共振周波数に応じて、表面に平行に延在するよう設計された場合、弾性層、特に弾性層／質量層の対が、所望の周波数範囲に好適な形で設計され得る。したがって、音絶縁が向上する。

異なるばね／質量比を有する領域は、表面に平行に碁盤状に配置されることが好ましい。異なるばね／質量比を有する領域はまた、帯板状に配置されることもある。より低い剛性を有する領域も同様に、より高い剛性を有する、素地を形成する領域内に個々に埋め込まれることがあるか、又は逆に、より高い剛性を有する領域が、より低い剛性を有する素地内に埋め込まれ得る。領域の断面積は、使用目的により、ほぼ自由に構成されることがある。したがって、素地内に埋め込まれる領域は、円形又は楕円形を有することがある。素地内に埋め込まれる領域を含む、互いに境を接する領域はまた、多角形の設計を有し得る。

遮音構造体の弾性層は、異なる領域において異なる厚さを有することも考えられる。たとえば幅及び／又は直径及び／又は高さなどの、領域の寸法は、シミュレーションの結果に応じて最適化されることがある。

音波放射面は、耐水層で覆われることが好ましい。これは、とりわけ、車両内で使用するのに好ましい。また、音波放射面は、たとえば端壁の遮音として働くよう、多孔被覆を有することが可能である。

本発明に従って、遮音される支持面に配置された音絶縁のための遮音構造体を備えた装置においては、より低い剛性を有する１つ又は複数の領域の第１の共振周波数は、支持面の第１の共振周波数より低い。支持面とは、特に、車両の床又は車体である。

以下、図面に記載されている例示的実施形態を用いて、本発明についてより詳細に説明する。図面、以下の説明、及び特許請求の範囲には、数々の特徴が組み合わせられて含まれており、当業者は、個々に考慮し、組み合わせて、さらに適切な組合せを得ることが好ましいであろう。

図には、理解しやすいように、機能的に同一の構成要素に同じ参照符号が使用されている。

図１からわかるように、音絶縁のための好ましい遮音構造体１７は、遮音される支持面１４にほぼ平行に配置された面１６が設けられた平面領域を有する。支持面１４、好ましくは車体又は車両の床は、湾曲しているか、又は同図から分かるように、凹み又はリブを有し得る。遮音構造体は、領域内で支持面１４から間隔を置いて設けられ、フレーム１３に載り、したがって、領域内で、遮音構造体１７と支持面１４との間に空洞１５が形成される。したがって、空洞１５はまた、音絶縁を考慮した充填材料で充填されることもある。弾性層１０によって絶縁された音が、表面１６から、たとえば車両内部に放射され得る。

質量層として公知である、高密度の、特に耐水層１８が、弾性層１０の表面１６に配置される。弾性層１０それ自体が、シート状の設計の、少なくとも２つの異なる領域１１、１２を有する。２つの領域１１、１２は、音波の放射中それらの振動動作に影響を及ぼす、異なる剛性を有する、多孔設計であることが好ましい。

いくつかの矢印（詳細に表されていない）が、遮音構造体１７内の音波の伝播方向を示しており、音波は、支持面１４から遮音構造体１７に入る。１つの領域１１は、低い剛性を有し、たとえば多孔繊維材料によって形成される。他の領域１２は、より高い剛性を有し、たとえば硬い発泡材料によって形成される。

弾性層１０は、カバー層１８と共に、ばねと質量とから構成された振動系の一構成部品である。振動が生成されると、弾性層１０及びカバー層１８の系が、共鳴振動内に励振することがある。この場合、低い剛性を有する第１の領域１の共振周波数ｆ_１１は、高い剛性を有する第２の領域１２の共振周波数ｆ_１２より低い。

したがって、遮音構造体１７の表面１６は、表面領域１２’の位相以外の位相を有する領域１１の表面領域１１’内で振動する。これは、図１の表面領域１１’の上の矢印の方向よりわかるが、この方向は、表面領域１２’の上の矢印の方向とは反対である。２つの表面領域１１’、１２’は、ここでは、好適な周波数で逆位相で振動する。これらが重なると、振幅、ひいては放射される音波の強度が消されるか又は少なくとも減少し、この結果、遮音性が向上する。全体的に、遮音構造体１７の主要放射面が、異なる剛性を有する領域１１、１２内の材料を使用することによって減少する。

図２ａ、図２ｂ、図２ｃは、別々に配置された領域１１、１２を示す平面図であり、領域１１、１２は、最も多種多様な可能な形態を有することがある。理解しやすいように、少しの領域１１、１２についてのみ、参照符号が付されている。

領域１１、１２は、表面１６に平行に延在し、表面１６に平行に延在するその寸法は、それらの各第１の共振周波数ｆ_１１、ｆ_１２に応じて設計される。最も好ましい寸法が、コンピュータシミュレーション又は試験によって判断されることが好ましい。

異なる剛性を有する領域１１、１２は、図２ａの表面１６に平行に帯板状に配置され、領域１１、１２は、図２ｂにおいては碁盤状に配置されている。基本的に、任意の所望の多角形が考えられ得る。領域１１、１２の最も好ましい形及び数も同様に、コンピュータシミュレーション又は試験によって判断され得る。表面１６に垂直な領域１１、１２の高さは、弾性層１０の厚さに対応することが好ましい。

図２ｃは、領域１１、１２の代替配置を示しており、低い剛性を有する領域１１は、領域１２内に個々に埋め込まれ、より高い剛性を有する素地を形成する。より低い剛性を有する領域１１は、たとえば楕円として設計される。

遮音装置１７の１つの弾性層１０内に、図２ａ、図２ｂ、図２ｃと同様の配置を組み合わせること、又はこれらの変更形態も考えられる。

図３は、放射された音波の周波数ｆに応じて、遮音構造体１０から１ｍの距離をおいて測定された、フレーム１３（図１）の加速度に対する音圧の測定結果を示している。遮音構造体１７の、質量層１８によって覆われた弾性層１０は、概して、層１８の又は車体、たとえば支持面１４を有する車両の床の厚さの、約３〜１０倍の厚さである。代表的な値は、質量層１８については約２ｍｍ、弾性層１０については約１５〜３０ｍｍ、車体については約１ｍｍである。

特性曲線Ａは、低い剛性を有する柔らかい繊維材料のみから形成された弾性層のプロファイルを示している。これは、約１３０ヘルツの共振周波数の領域内の最大を示しているが、２、３００ヘルツのより高い周波数で、約３０ｄＢ低い値まで下がることが好ましい。特性曲線Ｂは、より高い剛性を有する発泡材料のみから形成された従来の弾性層のプロファイルを示している。これは、実際には、常に小さく変動しながら約５０ヘルツ〜３５０ヘルツを走っており、２００ヘルツ〜４００ヘルツのより高い周波数範囲内では、特性曲線Ａより高い音圧を示す。

本発明に従って構成され、かつそれぞれ低い剛性と高い剛性とを有する領域１１及び１２を有する遮音構造体１７に対する結果が、特性曲線Ｃに示されている。１３０ヘルツの周波数範囲内では、特性曲線Ｃは、際立って減衰しており、２００ヘルツ〜約４００ヘルツのより高い周波数範囲内の特性曲線Ａの好ましいプロファイルを示している。

好ましい遮音装置を示す概略断面図である。 帯板状に配置された領域（ａ）を有する弾性層を示す平面図である。 碁盤状に配置された領域（ｂ）を有する弾性層を示す平面図である。 より高い剛性を有する素地内に埋め込まれた領域（ｃ）を有する弾性層を示す平面図である。 公知の遮音構造体と比較した、好ましい遮音構造体の周波数依存放射を示す図である。

Claims (12)

1. 少なくとも１つの弾性層と１つの質量層とを有する遮音のためのばね質量構造と、音が放射される面（１６）を有する平面領域を備えた、特に車両用の遮音構造体であって、
   前記弾性層が、平面的に前記質量層に接続され、少なくともそれらの表面（１６）の領域が、固有の位相差で音を放射することを特徴とする遮音構造体。
2. 前記弾性／質量層の系（１０）が、異なる共振周波数に合った平面の設計の、少なくとも２つの領域（１１、１２）を有し、前記第１の領域（１１）の表面（１６）から放射される音波及び前記第２の領域（１２）の表面（１６）から放射される音波が位相差を有し、前記音波が重なると、それぞれの個々の音波の振幅より低い振幅が生じることを特徴とする請求項１に記載の遮音構造体。
3. 前記領域（１１、１２）が、異なる剛性及び／又は単位面積当たりの重量を有することを特徴とする請求項１或いは２に記載の遮音構造体。
4. 前記領域（１１、１２）が、それぞれ、異なる材料厚さ又は材料密度を有する弾性／質量層の組合せを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の遮音構造体。
5. 前記弾性／質量層の系（１０）が、前記領域（１１、１２）が互いに接続され、かつ少なくとも前記表面（１６）に平行に延在することにより、マットとして設計されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の遮音構造体。
6. 寸法が前記表面（１６）に平行に延在する前記領域（１１、１２）が、それらの各初期共振周波数（ｆ１１、ｆ１２）に応じて設計されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の遮音構造体。
7. 異なる剛性及び／又は単位面積当たりの重量を有する前記領域（１１、１２）が、前記表面（１６）に平行に碁盤状に配置されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の遮音構造体。
8. 異なる剛性及び／又は単位面積当たりの重量を有する前記領域（１１、１２）が、前記表面（１６）に平行に帯板状に配置されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の遮音構造体。
9. 低い剛性を有する前記領域（１１）が、より高い剛性を有する、素地を形成する前記領域（１２）内に個々に埋め込まれることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の遮音構造体。
10. 前記領域（１１、１２）が、多角形の設計のものであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の遮音構造体。
11. 前記音波放射面（１６）が、耐水層（１８）で覆われることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の遮音構造体。
12. 車両用の、少なくとも１つの弾性層（１０）を有するばね質量系を備えた、遮音される支持面（１４）に配置され、かつ音が放射される面（１６）が設けられた平面領域を有する、音絶縁のための遮音構造体（１７）を備えた装置であって、
    より低い剛性を有する１つ又は複数の領域（１１）の初期共振周波数（ｆ１１）が、前記支持面（１４）の初期共振周波数（ｆ１２）より低いことを特徴とする装置。

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