JP3642382B2

JP3642382B2 - 吸音構造体

Info

Publication number: JP3642382B2
Application number: JP14113198A
Authority: JP
Inventors: 信彦成田
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 1998-05-22
Filing date: 1998-05-22
Publication date: 2005-04-27
Anticipated expiration: 2018-05-22
Also published as: JPH11338476A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、防音壁等による防音技術において、ヘルムホルツ共鳴器により音を共鳴吸収する吸音構造を有するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の吸音構造体の典型的な従来技術が、例えば特開平４−２２５３９８号公報に開示されている。この吸音構造体は、音源であるエンジンの下側に設けられた振動板（アンダーカバー）の上面（エンジン側）に、多数のヘルムホルツ共鳴器を配置したものであり、すなわち図６にその一部を示すように、振動板１００の音源側に吸音材２００が添着され、この吸音材２００に隆起形成された中空凸部２０２の頂部にオリフィス孔２０３を開設した構造の、大きさが異なる多数のヘルムホルツ共鳴器２０１を備えている。
【０００３】
この種の吸音構造体は、各ヘルムホルツ共鳴器２０１が、中空凸部２０２の内部共鳴洞２０２ａにおける空気バネのバネ定数と、オリフィス孔２０３の内周の気柱の質量に応じた共鳴周波数（吸音周波数）ｆを有し、ヘルムホルツの共鳴理論によって、音源からの特定周波数帯域の音を取り込んで共鳴吸収するものである。すなわち、中空凸部２０２内の共鳴洞２０２ａの容積をＶ、オリフィス孔２０３の開口面積をＳ、オリフィス孔２０３の長さをＬ、音速をｃとした場合、中空凸部２０２による共鳴周波数ｆは、次の（１）式；
【数１】

により求められる。また、共鳴洞２０２ａの容積Ｖによる空気バネのバネ定数をｋ、空気の密度をρとすると、中空凸部２０２による共鳴周波数ｆは、次の（２）式；
【数２】

で表される。したがって、共鳴周波数ｆを低い周波数帯域にチューニングするには、上記（１）（２）式から、オリフィス孔２０３の長さＬを大きくすることによってオリフィス孔２０３の内周の空気塊の質量ＳＬρを大きくしたり、共鳴洞２０２ａの容積Ｖを大きくすれば良い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来技術においては、ヘルムホルツ共鳴器２０１は空気のみで共振系を構成するものであり、しかもオリフィス孔２０３の長さＬは中空凸部２０２の肉厚ｔと同等の短いものであるため、その内周の空気塊の質量ＳＬρを大きくすることが困難である。また、中空凸部２０２の高さを高くすることによって共鳴洞２０２ａの容積Ｖを大きくすることも成形上の限界がある。このため、吸音周波数を低周波数帯域にチューニングすることが事実上困難であるといった問題が指摘される。
【０００５】
すなわち、ヘルムホルツ共鳴器２０１による有効な吸音周波数帯域は、一般に約８００〜４，０００Ｈｚであり、車両のエンジンルーム等の防音手段としては適しているが、８００Ｈｚ以下の低い周波数帯域の騒音に対する防音対策、例えば道路や鉄道における防音壁への適用には不向きであった。
【０００６】
したがって本発明が解決しようとする主な技術的課題は、広い周波数帯域の騒音に対する有効な吸音性能を有すると共に、吸音効果の大きな吸音構造体を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、本発明に係る吸音構造体は、第一の吸音構造体と、この第一の吸音構造体に音の入力方向に対して直列に連結された第二の吸音構造体とからなるものである。前記第一の吸音構造体は、振動板に吸音材によって共鳴洞及びこの共鳴洞を音源側へ開放するオリフィス孔を有する複数のヘルムホルツ共鳴器が形成されており、前記第二の吸音構造体は、前記第一の吸音構造体を音源側を向いた取付対象面に弾性的に浮上支持する弾性体と、前記第一の吸音構造体と取付対象面との間の空気層よりなる空気バネとからなるバネ系によって、前記第一の吸音構造体を質量体とする共振系をなすものである。また、前記空気層は大気開放されたものであっても良い。
【０００８】
本発明の構成においては、第一の吸音構造体は先に説明した従来の吸音構造体と同様、各ヘルムホルツ共鳴器が、共鳴洞の容積による空気バネのバネ定数と、オリフィス孔の内周の気柱の質量に応じた共鳴周波数を有し、音源からの特定周波数帯域の空気伝送音を取り込んで共鳴吸収するものである。また、前記第一の吸音構造体が空気のみによる共振系を構成するものであるのに対し、第二の吸音構造体は、前記第一の吸音構造体の質量と、これを弾性的に支持する弾性体及び空気バネによる共振系を構成するものである。このため前記ヘルムホルツ共鳴器よりも低い周波数帯域に共鳴周波数をチューニングして、第一の吸音構造体により吸音可能な周波数帯域よりも低周波数の音を有効に吸収することができる。
【０００９】
また、第一の吸音構造体と第二の吸音構造体は、第一の吸音構造体が第二の吸音構造体の振動系の一部を構成するといった、音の入力方向に対して互いに直列に連結された関係にあるため、全体として、それぞれの吸音特性の重ね合わせ作用によって、個々の吸音効果よりも優れた吸音効果が発揮される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る吸音構造体の好ましい一実施形態を示すものである。この図１において、参照符号１１は方形状の振動板、参照符号１２はこの振動板１１の音源側の面に固定手段１３によって定着された吸音材である。
【００１１】
吸音材１２は例えばポリプロピレン等の合成樹脂板からなるものであって、振動板１１との間に共鳴洞１４ａを画成する多数の中空凸部１２ａが形成されている。また、これら各中空凸部１２ａの頂部壁面１２ｂには、前記各共鳴洞１４ａを音源側の空間に開放するオリフィス孔１４ｂが開設されており、これによって、振動板１１の音源側の面に多数のヘルムホルツ共鳴器１４が配置された第一の吸音構造体１が構成されている。
【００１２】
ヘルムホルツ共鳴器１４を形成している吸音材１２の各中空凸部１２ａは、平面形状（振動板１１に対する投影形状）がそれぞれ互いに面積の異なる方形状を呈するものであって、各中空凸部１２ａの頂部壁面１２ｂは、図１の断面と直交する方向に対しては互いに同一高さであると共に、図１に示す断面においては、振動板１１に対して傾斜した同一平面上に形成され、すなわち各中空凸部１２ａは、図１における左側から右側へ向けて漸次高さが減少している。したがって、各中空凸部１２ａは互いに異なる内部容積を有し、これによって画成された各ヘルムホルツ共鳴器１４，１４，・・・・は、先に説明した（１）（２）式で求められるように、中空凸部１２ａの内部容積とオリフィス孔１４ｂの孔径（面積）及び長さによって、互いに異なる気柱共鳴周波数（例えば８００〜４，０００Ｈｚ）にチューニングされている。
【００１３】
吸音材１２は、例えば加熱軟化させた合成樹脂板を真空成形法によって雌型に押し付けるといった方法で中空凸部１２ａ，１２ａ，・・・・を形成し、その頂部壁面１２ｂ，１２ｂ，・・・・にそれぞれオリフィス孔１４ｂを打ち抜き形成することによって製作される。各中空凸部１２ａ，１２ａ，・・・・の頂部壁面１２ｂ，１２ｂ，・・・・は互いに同一平面上に位置するように形成されるので、オリフィス孔１４ｂの打ち抜き工程においては、前記各頂部壁面１２ｂ，１２ｂ，・・・・の音源側となる面に平板を当て、互いに同一平面上に配置したポンチによって各中空凸部１２ａ，１２ａ，・・・・の内側から打ち抜くことができる。
【００１４】
図１において、参照符号１０は例えば道路や鉄道等の左右の路肩に沿って構築される防音壁等において音源側（前記道路や鉄道側）を向いた取付対象面であり、上述のように構成された第一の吸音構造体１は、この取付対象面１０に対して弾性的に浮上支持された状態に取り付けられている。すなわち前記取付対象面１０には、ケース部材１５がその基部フランジ１５ａに開設された取付孔に挿通したボルト等の固定手段１５ｂを介して固定されており、第一の吸音構造体１における振動板１１が、エラストマからなる弾性体１６を介して前記ケース部材１５の上端部１５ｃに連結されており、これによって第一の吸音構造体１は、前記取付対象面１０に対して適当な高さｈをもって浮上支持されている。
【００１５】
ケース部材１５は、平面形状が方形状をなす振動板１１の周縁部１１ａをその周囲から取り囲むような箱形を呈するものであり、弾性体１６は、このケース部材１５の上端内側面と前記振動板１１の周縁部１１ａとの間に加硫接着等の手段によって一体的に設けられている。また、前記弾性体１６の一部１６ａが膜状に延びて、ケース部材１５の内側面全体に被着されており、このため、音の伝達等によってケース部材１５に励起された振動が減衰されるようになっている。
【００１６】
弾性体１６は、ケース部材１５と振動板１１の周縁部１１ａとの間を塞ぐように連続して形成されている。このため取付対象面１０と振動板１１、ケース部材１５及び弾性体１６との間には密閉状の空気室１７が画成され、この空気室１７内に閉じ込められた空気が空気バネ１７ａとして作用する。このため図２に概略的に示すように、振動板１１及び吸音材１２を備える第一の吸音構造体１と取付対象面１０の間に弾性体１６からなるバネ系ｋ_１及び空気室１７内の空気からなるバネ系ｋ_２が介在する第二の吸音構造体２が構成される。すなわち、この第二の吸音構造体２は、第一の吸音構造体１の振動板１１及び吸音材１２を質量体とする共振系を構成するものであり、音源（例えば道路を走る自動車等）からの空気伝送音の入射方向に対して、第一の吸音構造体１と互いに直列的な連結関係にある。
【００１７】
振動板１１及び吸音材１２からなる質量は、第一の吸音構造体１におけるオリフィス孔１４ｂの内周の空気塊の質量に比較して充分に大きなものである。また、弾性体１６は音源からの音の入射による振動板１１の振動変位に対して剪断方向に変位されるため、バネ系ｋ_１のバネ定数を充分に小さくでき、空気室１７内の空気によるバネ系ｋ_２は、取付対象面１０に対する振動板１１の支持高さｈ、言い換えれば空気バネの厚さによって、バネ定数を充分に小さくできる。このため、第二の吸音構造体２の共振周波数は、第一の吸振構造体１における各ヘルムホルツ共鳴器１４の共鳴周波数に比較して低い周波数帯域、例えば２５０〜８００Ｈｚにチューニングされる。
【００１８】
すなわちこの実施形態による吸音構造体において、第一の吸音構造体１は、各ヘルムホルツ共鳴器１４が、音源からの例えば８００〜４，０００Ｈｚの範囲の特定周波数帯域の空気伝送音を取り込むことによって、その音の共鳴吸収を行うものであるのに対し、第二の吸音構造体２は、２５０〜８００Ｈｚの低周波数帯域の音を共鳴吸収するものである。また、第一の吸音構造体１による共振系と第二の吸音構造体２による共振系は互いに独立したものではなく、先に説明したように音の入射方向に対して互いに直列に連結された構造であるため、図３に示すように、第一の吸音構造体１の吸音効果α１と、第二の吸音構造体２の吸音特性α２が重ね合わさり、全体としての吸音効果αは個々の吸音効果よりも大きなものとなる。
【００１９】
図４及び図５は、本発明の第二の実施形態を示しており、この第二実施形態では、吸音材１２が振動板１１の反音源側（取付対象面１０側）に取り付けられており、オリフィス孔１４ｂが振動板１１に設けられている。また弾性体１６が所要数の円柱形弾性体よりなり、この弾性体１６が例えば平面四角形の振動板１１の四隅に一本ずつ配置されて振動板１１を弾性的に支持している。したがって振動板１１と取付対象面１０との間の空気室１４はその四方が大気開放されており、この状態で振動板１１と取付対象面１０との間に空気バネ１７ａが構成されている。他の構成および作用効果は、上記した第一実施形態と同じである。
【００２０】
なお、本発明は、図示の実施形態によって限定されるものではない。例えば、ヘルムホルツ共鳴器１４を形成する各中空凸部１２ａは、その頂部壁面１２ｂが必ずしも互いに同一傾斜面をなして順次高さが変化するものとする必要はなく、前記高さは図６のようにランダムに変化させてもよい。
【００２１】
【発明の効果】
本発明の吸音構造体によると、第一の吸音構造体が、ヘルムホルツ共鳴器によって音源からの空気伝送音のうち比較的高周波数帯域の音を有効に吸収し、また第二の吸音構造体が、前記第一の吸音構造体では吸音されない低周波数帯域の音を有効に吸収することができるため、広い周波数帯域で吸音効果を奏することができ、したがって例えば道路や鉄道の両側に構築される防音壁等の防音性能を向上させる手段として有効に適用可能である。また、第一の吸音構造体と第二の吸音構造体が、音の入力方向に対して互いに直列に連結された関係にあるため、全体として、第一及び第二の吸音構造体による個々の吸音効果よりも優れた吸音効果が発揮される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る吸音構造体の好ましい一実施形態を示す一部省略した断面図である。
【図２】上記実施形態における第二の吸音構造体による振動系の構成を概略的に示す説明図である。
【図３】上記実施形態の吸音構造体による吸音特性を示す説明図である。
【図４】本発明の第二実施形態に係る吸音構造体の断面図である。
【図５】上記第二実施形態における第二の吸音構造体による振動系の構成を概略的に示す説明図である。
【図６】従来技術による吸音構造体を示す部分的な断面図である。
【符号の説明】
１第一の吸音構造体
２第二の吸音構造体
１０取付対象面
１１振動板
１１ａ周縁部
１２吸音材
１２ａ中空凸部
１２ｂ頂部壁面
１３固定手段
１４ヘルムホルツ共鳴器
１４ａ共鳴洞
１４ｂオリフィス孔
１５ケース部材
１５ａ基部フランジ
１５ｂ固定手段
１６弾性体
１６ａ弾性体の一部
１７空気室
１７ａ空気バネ

Claims

第一の吸音構造体（１）と、
この第一の吸音構造体（１）に音の入力方向に対して直列に連結された第二の吸音構造体（２）とからなり、
前記第一の吸音構造体（１）は、
振動板（１１）に吸音材（１２）によって共鳴洞（１４ａ）及びこの共鳴洞（１４ａ）を音源側へ開放するオリフィス孔（１４ｂ）を有する複数のヘルムホルツ共鳴器（１４）が形成されたものであり、
前記第二の吸音構造体（２）は、
前記第一の吸音構造体（１）を音源側を向いた取付対象面（１０）に弾性的に浮上支持する弾性体（１６）と、
前記第一の吸音構造体（１）と取付対象面（１０）との間の空気層よりなる空気バネ（１７ａ）と、
からなるバネ系（ｋ _１，ｋ _２）によって、前記第一の吸音構造体（１）を質量体とする共振系をなすことを特徴とする吸音構造体。
第一の吸音構造体（１）と取付対象面（１０）との間の空気層が大気開放されていることを特徴とする請求項１に記載の吸音構造体。