JP4258288B2

JP4258288B2 - 吸音構造体

Info

Publication number: JP4258288B2
Application number: JP2003181506A
Authority: JP
Inventors: 靖彦西村
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-06-25
Filing date: 2003-06-25
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2023-06-25
Also published as: JP2005017635A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
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体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、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１参照。）。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。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−１６１２８２号（第６頁、第１６図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
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帯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帯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、上述の従来の吸音構造体では、吸音効果が特定の周波数帯域に集中するため、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。
【０００５】
そこで、本発明は、前記セル構造による特定の周波数帯域での高い吸音効果を維持しつつ、新たな周波数帯域における吸音効果を高めることができる、吸音構造体の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、請求項１に記載する如く、互いに隣接する一端が開口した複数の空間部を備える吸音構造体において、
前記複数の空間部は、前記一端側の開口部に対向する他端が底壁により閉塞されており、
前記複数の空間部は、所定間隔だけ離間した状態で互いに隣接して配置される２つの第１空間部と、前記隣接する２つの第１空間部の間に形成される第２空間部とを含み、
前記隣接する２つの第１空間部の断面積を、該第１空間部の所定の深さまで一定としつつ該所定の深さから減少させることによって、前記第２空間部の断面積を前記所定の深さまで一定としつつ該所定の深さから増加させ、これにより、前記第２空間部を、前記一定の断面積の部分を首部とする共鳴器として機能させ、更に、前記第１空間部の開口部を吸音材により覆うことを特徴とする、吸音構造体により達成される。
【０００７】
本発明によれば、互いに隣接して形成される第１空間部及び第２空間部に、それぞれ異なる態様の吸音機能を付与することができる。具体的には、第１空間部の断面積を所定の深さまで一定としつつ該所定の深さから減少させることで、第２空間部の断面積が当該所定の深さまで一定としつつ該所定の深さから増加されるので、第２空間部に共鳴器としての機能を付与することができる。一方、第１空間部の開口部を吸音材により覆うことで、第１空間部を利用した効率的な吸音を実現することができる。また、このような第１空間部及び第２空間部による吸音効果がピークとなるそれぞれの周波数帯域を重ならないように分散させることで、広い周波数帯域で高い吸音効果を得ることが可能となる。
【０００８】
また、請求項２に記載する如く、前記第２空間部と、前記第１空間部とが、屈曲した一枚の薄板により仕切られている場合には、第１空間部及び第２空間部を一体的に形成することが可能となり、吸音構造体のコンパクト化が可能となる。また、音波を第１空間部内に効率的に入力させることが可能となり、第１空間部による吸音効果が向上する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照して説明する。
【００１０】
図１は、本発明による吸音構造体の一実施例を示す断面図である。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を複数有する。空間部７１は、図１に示すように、下側が頂点となる略ホームベース形の一定断面を有している。但し、空間部７１は、図の紙面鉛直方向において、薄板からなる略平らな（紙面に平行な）複数の仕切り板７２によって仕切られている。従って、空間部７１は、略ホームベース形の一定断面を紙面鉛直方向に押し出し、当該押し出された空間を各仕切り板７２により仕切ることによって画成される。即ち、空間部７１は、各仕切り板７２の間隔に相当する紙面鉛直方向の奥行き寸法を有している。更に他言すると、空間部７１は、上方から見た際（図中のＺ方向に見た際）、所定の深さｈ１までは略一定の矩形の断面となり、深さｈ１からは、深さの増加と共に面積が徐々に小さくなる矩形の断面（深さＨでは面積ゼロ）となる。以下、この空間部７１を「吸音セル７１」という。
【００１１】
吸音セル７１は、図中の左右方向で、所定間隔Ｒ（例えば、１０ｍｍ〜２０ｍｍ）だけ互いに離間した態様で複数個設定されている。従って、各吸音セル７１の間には、第２の空間部８１が複数個形成される。この第２の空間部８１は、上方から見た際、所定の深さｈ１までは略一定の断面積Ｓ１（断面形状は矩形）を有し、深さｈ１からは当該断面積Ｓ１から徐々に増加する断面積（断面形状は矩形）を有する。また、第２の空間部８１は、空間部７１と同様、図の紙面鉛直方向において、上述の複数の仕切り板７２によって仕切られている。また、第２の空間部８１の底部は、底壁７４によって閉塞されている。従って、各第２の空間部８１は、他の第２の空間部８１とは連通していない。このような第２の空間部８１の構成により、断面積Ｓ１の首部内の空気が質量ｍとし、首部より下側の胴部内の空気がバネとして作用するヘルムホルツの共鳴器（レゾネータ）が複数個形成される。以下、この第２の空間部８１を「共鳴器８１」という。
【００１２】
尚、本実施例では、吸音セル７１及び共鳴器８１は、共通の側壁７３及び仕切り板７２によって画成されている。即ち、本実施例では、吸音セル７１が側壁７３及び仕切り板７２により上述の断面を有するように画成されることに伴って、共鳴器８１（即ち、第２の空間部８１）が画成されている。また、共鳴器８１の底部を画成する底壁７４は、側壁７３及び仕切り板７２がその上に結合・支持される支持体としても機能する。尚、本実施例の吸音構造体１０（側壁７３及び仕切り板７２）は、アルミニウム板や鋼板等の薄板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、いずれの場合であっても、吸音構造体１０の底壁７４は、側壁７３及び仕切り板７２とは別個に形成され（但し、同一の材料から形成されてよい）、側壁７３の底部（即ち、略ホームベース形の角部）及び仕切り板７２の下側の縁部に接着等により固定されてよい。
【００１３】
本発明による吸音構造体１０には、吸音材７６が設けられる。吸音材７６は、各吸音セル７１の開口部を覆うように仕切り板７２の上縁に接着等により固定される。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。但し、共鳴器８１（即ち、第２の空間部８１）の開口部は、必ずしも吸音材７６により覆われる必要はない。
【００１４】
本実施例の吸音構造体１０は、例えば音源に対して吸音セル７１の開口が向くように、また、設置面となる例えばボデーパネルに底壁７４が沿うように、ボデーパネルにクリップやスクリュウ等により固定される。但し、本発明は、吸音構造体１０の設置方法や設置場所や設置態様（例えば、設置面内での吸音構造体１０の向き）を特定するものではない。例えば、吸音構造体１０の設置場所としては、フードパネル、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。また、当然に、吸音セル７１及び共鳴器８１の個数は、吸音構造体１０の設置範囲に応じて定まるものである。
【００１５】
次に、図２を参照して、本発明による吸音構造体１０（吸音セル７１）の吸音原理について説明する。図２は、図１と同様の方向から見た際の吸音構造体１０の断面を示している。
【００１６】
図２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、側面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。
【００１７】
この定在波は、吸音セル７１内において側壁７３の底部から波長λの１／４の奇数倍離れた位置で腹を有しており、当該腹で音波の粒子速度が最大となる。従って、粒子速度が最大となる位置に吸音材７６を設け、最も高い粒子速度を持つ位置で音波を吸音材７６に通過させれば、最も効率的に音波を減衰させることができる。
【００１８】
このため、吸音セル７１の深さＨ（吸音セル７１内の空気層の最大厚み）は、好ましくは、吸収すべき音波の波長λの１／４倍（若しくはその奇数倍）に設定される。例えば、吸音セル７１の深さＨは、１０ｍｍ〜３０ｍｍの範囲内で設定される。また、吸音セル７１の開口幅Ｄ（図１参照）は、吸音セル７１に入射可能な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よく、また、奥行き方向と横方向で異なるものであってもよい。
【００１９】
更に本実施例では、上述の吸音セル７１による吸音効果に加えて、共鳴器８１による吸音（消音）効果を得ることができる。尚、共鳴器８１による消音原理は、公知であるので詳細な説明は省略するが、共鳴器８１の首部内の空気振動により音波のエネルギを減衰するものである。
【００２０】
図３は、本実施例の吸音構造体１０の吸音率の測定結果を示す図である。なお、図３には、吸音構造体１０の開口面に対して垂直方向に音波を入力した際の吸音率を、入力した音波の周波数を横軸にして示している。
【００２１】
図３に示すように、本実施例では、２つの周波数帯域で吸音率にピークが現れている。この吸音率の２つのピークが出現する周波数は、共鳴器８１の共鳴周波数（固有振動周波数）と、吸音セル７１の深さＨの４倍の波長を持つ音の周波数とに、それぞれ対応している。
【００２２】
従って、本実施例によれば、上述のセル構造の吸音セル７１（λ／４の深さＨ）による吸音効果に加えて、共鳴器８１による吸音効果が同時に得られることが理解できる。他言すると、本実施例によれば、セル構造に共鳴器８１の機能を付与することで、新たな周波数帯域（即ち、共鳴器８１の共鳴周波数に対応する周波数帯域）において高い吸音効果を追加的に得ることが可能となる。この結果、本実施例によれば、広範な周波数帯域で高い吸音効果を得ることができる。
【００２３】
この測定結果から明らかなように、吸音セル７１の深さＨ、及び／又は、共鳴器８１の共鳴周波数を変更・調整することによって（即ち、吸音率がピークとなる周波数をずらすことで）、互いに離間した２つの周波数帯域に、若しくは、互いに隣接した２つの周波数帯域に、吸音効果を集中させることも可能である。また、各吸音セル７１の深さＨを異なる値に設定することによって、及び／又は、各共鳴器８１の共鳴周波数を異なる値に設定することよって、広範な周波数帯域で吸音効果を得ることも可能である。尚、共鳴器８１の共鳴周波数は、公知なように、共鳴器８１の胴部の容積や首部の断面積や長さｈ１等により定まるものであるため、これらの設計事項に基づいて調整可能である。
【００２４】
また、本実施例によれば、上述の如く、共鳴器８１の共鳴周波数を適切に設定することで、比較的低い周波数帯域の騒音を容易に低減することができる。即ち、セル構造の吸音セル７１による吸音効果を、比較的低い周波数帯域（例えば、１ｋＨｚ以下）において集中させたい場合には、それに対応してある程度大きな吸音セル７１の深さＨ（即ち、吸音構造体１０の厚み≧８５ｍｍ）が必要となるが、かかる厚みのある吸音構造体１０を車両に設置できない場合も考えられる。これに対して、本実施例によれば、共鳴器８１の共鳴周波数を低い周波数帯域に設定することで、吸音構造体１０の厚みを大きくすることなく、比較的低い周波数帯域の騒音を低減することができる。
【００２５】
更に、本実施例では、上述の如く、吸音セル７１の側壁７３により共鳴器８１が画成されている。この場合、２つの互いに対向する側壁７３は、上述の如く、共鳴器８１を画成すべく、深さｈ１の位置から底部で互いに結合（収束）するように互いに近接する方向に屈曲している（図１参照）。このため、吸音セル７１は、上述の如く、音波の入射方向から見て、深さｈ１の位置から徐々に断面積が小さくなる空間を有することになる。これにより、吸音セル７１内での音波の滑らかな伝搬、即ち音響インピーダンスの緩やかな変化が実現される。この結果、本実施例によれば、音波を吸音セル７１内に効率的に入力させることが可能となり、吸音セル７１による吸音効果が向上する。他言すると、本実施例によれば、屈曲した側壁７３により吸音セル７１と同時に共鳴器８１を形成することで、共鳴器８による消音作用を得ることのみならず、吸音セル７１による吸音効果を高めることも可能となる。
【００２６】
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。
【００２７】
例えば、上述した実施例では、断面が略ホームベース形の吸音セル７１、及び、これに伴い断面が深さｈ１の位置からハの字状に広がる共鳴器８１を用いて、２形態の吸音効果を実現するものであったが、本発明は、特にこの吸音セル７１や共鳴器８１の断面形状に限定されることはなく、例えば、図４（Ａ）に示すように、吸音セル７１の下側の角部（ホームベース形の角部）を平らに形成することも可能であり、或いは、図４（Ｂ）に示すように、断面が下向きの凸字形の吸音セル７１、及び、これに伴い断面が上向きの凸字形となる共鳴器８１を用いることも可能である。
【００２８】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したようなものであるから、以下に記載されるような効果を奏する。本発明によれば、第２空間部に隣接する第１空間部の断面積を、当該第１空間部の所定の深さから減少させることによって、第２空間部に共鳴器としての機能を付与することができ、これにより、第１空間部による吸音効果と同時に、共鳴器（第２空間部）による吸音効果を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による吸音構造体の一実施例を示す断面図である。
【図２】本発明による吸音構造体１０の吸音原理の説明図である。
【図３】本実施例の吸音構造体１０の吸音率の測定結果を示す図である。
【図４】本発明による吸音構造体の代替実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
１０吸音構造体
７１吸音セル
７２仕切り板
７３側壁
７４底壁
７６吸音材
８１第２の空間部（共鳴セル）

Claims

互いに隣接する一端が開口した複数の空間部を備える吸音構造体において、
前記複数の空間部は、前記一端側の開口部に対向する他端が底壁により閉塞されており、
前記複数の空間部は、所定間隔だけ離間した状態で互いに隣接して配置される２つの第１空間部と、前記隣接する２つの第１空間部の間に形成される第２空間部とを含み、
前記隣接する２つの第１空間部の断面積を、該第１空間部の所定の深さまで一定としつつ該所定の深さから減少させることによって、前記第２空間部の断面積を前記所定の深さまで一定としつつ該所定の深さから増加させ、これにより、前記第２空間部を、前記一定の断面積の部分を首部とする共鳴器として機能させ、更に、前記第１空間部の開口部を吸音材により覆うことを特徴とする、吸音構造体。
前記第２空間部と、前記第１空間部とは、屈曲した一枚の薄板により仕切られている、請求項１記載の吸音構造体。