JP4882526B2 - 音響感度測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、簡素な構成で３方向の加振入力に対する音響感度を測定することができる音響感度測定装置に関する。

自動車における車内騒音の評価項目の１つに、アイドリング時のこもり音がある。こもり音は、アイドリング時の車内で発生する騒音であり、乗員に対し圧迫感を与える。こもり音の周波数帯は、可聴帯以下から可聴帯の低域にまたがる１５〜５０Ｈｚの比較的低い周波数帯である。

キャブオーバータイプのトラックにおけるアイドリング時のこもり音の発生メカニズムは、シャーシに搭載されたエンジンの振動がシャーシからキャブマウントを介してキャブ（車室ユニット）に伝達され、キャブを構成するパネル（車室外壁）が振動してキャブ内に圧力変動を発生させる。この圧力変動がこもり音として乗員に感じられる。

こもり音の抑制に関する性能をこもり音性能と言う。

キャブ単体に対するこもり音性能の改良は、パネル及びキャブ内空間の音響感度を評価値として進められる。音響感度は、キャブマウント点への加振入力（単位：Ｎ）と乗員の耳位置での応答音圧（単位；Ｐａ）との伝達関数で表される。なお、キャブマウント点とはキャブに対してキャブマウントが接しているキャブ表面上の点（有限面積部分）を言う。

従来の評価試験では、こもり音に対して影響が大きいと考えられてきたキャブマウント点への上下方向の加振入力に対する乗員耳位置での応答音圧を測定していた。図５に、従来の音響感度測定装置を示す。

図示のように、従来の音響感度測定装置は、キャブマウント５１を上下方向に加振する加振器５２と、そのキャブマウント５１に取り付けられて上下方向の力を検出する力センサ５３と、乗員耳位置に設置したマイクロホン（音圧センサ）５４と、力センサ５３で検出された力とマイクロホン５４で検出された音圧とにより、加振器５２とマイクロホン５４間の伝達関数として音響感度を算出する音響感度算出手段（図示せず）とを備えたものである。

一方、受聴点に設置した点音源から室内に音響を入力し、ダッシュパネルに設置したマイクロホンで応答音圧を測定して、受聴点とマイクロホンとの間の音響感度を算出することが特許文献１に示されている。この音響感度は、相反定理により、マイクロホン位置から音響を入力し、受聴点で応答音圧を測定して得られる音響感度を表す。

特開平８−１５９８６４号公報

しかし、調査の結果、アイドリング時のこもり音には、シャーシからキャブマウント５１への上下方向の加振入力だけでなく、前後方向及び左右方向の加振入力も影響することが分かった。このような３方向の加振入力に対する音響感度を測定するためには、１つのキャブマウント５１に対して３方向に向きが異なるよう３個の加振器５２を設置しなければならない。キャブマウント５１は、一般に４箇所設けられるので、合計１２個の加振器５２を設置することになる。あるいは、加振方向別に試験をするには、加振器５２の向きを３回変更しなければならない。このため、音響感度測定装置が複雑、あるいは試験が煩雑になる。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、簡素な構成で３方向の加振入力に対する音響感度を測定することができる音響感度測定装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、キャブ内の座席に配置された振動板から音響を発生する音源と、該振動板の振動加速度を検出する音源側加速度検出手段と、キャブマウント点に取り付けられ上記音響から受ける互いに異なる３方向の加速度を検出するキャブマウント側加速度検出手段と、音源側とキャブマウント側の各検出加速度に基づいてキャブマウント点における３方向の音響感度を算出する音響感度算出手段とを備えたものである。

上記音響感度算出手段は、音源側の検出加速度と上記振動板の実効振動面積との積である体積加速度と、キャブマウント側の検出加速度との比を音響感度として算出してもよい。

上記キャブマウント側加速度検出手段は、複数箇所のキャブマウント点についてそれぞれ設けられてもよい。

上記音源は、上記振動板の背面側を密閉して囲み、上記振動板の加振に伴う不要な振動が防止されたエンクロージャを備えてもよい。

上記音源は、上記座席の上部から音響周波数の波長より短い距離に配置されてもよい。

上記音源は、上記座席のヘッドレストにブラケットを掛け、そのブラケットにより上記ヘッドレストから吊されてもよい。

本発明は次の如き優れた効果を発揮する。

（１）簡素な構成で３方向の加振入力に対する音響感度を測定することができる。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１に示されるように、本発明に係る音響感度測定装置は、キャブ１内の座席２に配置された振動板３から音響を発生する音源４と、該振動板３の振動加速度を検出する音源側加速度検出手段５と、キャブマウント点６に取り付けられ上記音響から受ける互いに異なる３方向の加速度を検出するキャブマウント側加速度検出手段７と、音源側とキャブマウント側の各検出加速度に基づいてキャブマウント点６における３方向の音響感度を算出する音響感度算出手段（図３）とを備えたものである。

キャブ１は、キャブ１内空間をパネル８で囲むようにして構成され、図示例では、パネル８は、車両の前側にあって最も低い位置を占める前側床板８ａ、前側床板８ａから後側へ向かって高く盛り上がる湾曲部８ｂ、湾曲部８ｂの最高位置から水平に延び座席２の腰掛部２ａを据え付けた後側台座８ｃ、座席２の背もたれ部２ｂとヘッドレスト２ｃの後ろに位置する後背壁８ｄ、天井８ｅ、フロントガラスを張ったフロントウインドウ８ｆ、フロントウインドウ８ｆの下部に位置するフロントパネル８ｇ、これらの側面を閉じる左右ドア部（図示せず）からなる。

キャブ１は、図示しないシャーシにキャブマウント５１を載せ、そのキャブマウント５１の上にキャブ１が載せられる。キャブマウント５１は、一般に前側床板を支えるフロントキャブマウントが左右２箇所、後側台座を支えるリアキャブマウントが左右２箇所の計４箇所設けられる。

キャブマウント側加速度検出手段７は、小型の加速度センサを用い、キャブ１側のキャブマウント５１に接着によって取り付けられる。

なお、本発明は、キャブ１単体（シャーシに載せない状態）に対しても適用可能である。この場合は、支持台の上に置いたゴムや空気バネを介してキャブ１を防振支持する。あるいはワイヤ等を用いてキャブ１を吊り下げてもよい。この際、キャブ１の質量と、ゴム、ワイヤ等の剛性（バネ定数）を適宜選択する。この場合も、キャブマウント側加速度検出手段７はキャブ１のキャブマウント点に接着によって取り付けられる。

図１の形態においては、前側床板８ａを支持する左右２箇所のフロントキャブマウントにフロント用キャブマウント側加速度検出手段７ａが取り付けられ、後側台座８ｃを支持する左右２箇所のリアキャブマウントにリア用キャブマウント側加速度検出手段７ｂが取り付けられることになる。

キャブマウント側加速度検出手段７は、１軸の加速度センサを３個組み合わせて構成してもよいが、本実施形態のように３軸加速度センサを用いるとなおよい。３軸加速度センサは、キャブマウント点における上下方向、前後方向、左右方向の３方向の加速度を同時に検出することのできるキャブマウント側加速度検出手段７である。

図２に示されるように、音源４は、振動板３の背面側を密閉して囲み、振動板３の加振に伴う不要な振動が防止されたエンクロージャ２１を備える。この音源４は、振動板３の加振により体積加速度が生じるので体積加速度音源と呼ぶことができる。図示例では、慣用の音響用スピーカを利用して音源４が構成されており、振動マグネット及びコーン２２が振動板３であり、この振動板３をコイルによって電力で加振する。

エンクロージャ２１は、ほぼ立方体又は正面がほぼ正方形の直方体に形成され、その正方形の正面にはコーン径とほぼ同じ開口径の円形開口部が形成され、この円形開口部にコーン２２が嵌め込まれて円形開口部が塞がれ、他の全ての面に開口がない、いわゆる密閉型のエンクロージャ２１である。

エンクロージャ２１は、アルミ等の金属からなり、振動マグネット及びコーン２２からなる振動板３の質量に対して１７倍程度の十分に大きい質量を有する。

このエンクロージャ２１には、エンクロージャ２１の両側面に対して回動自在に取り付けられ、両側面から後方上部に伸び出してコ字状に繋がったブラケット２３が設けられている。ブラケット２３は、図１のように、座席２のヘッドレスト２ｃに掛けられるようになっている。すなわち、音源４は、座席２のヘッドレスト２ｃにブラケット２３を掛け、背もたれ部２ｂにエンクロージャ２１が当たるようにしてブラケット２３によりヘッドレスト２ｃから吊される。なお、音源４は、座席２の上部（厳密には乗員の耳位置）から音響周波数の波長より短い距離に配置されていればよく、正確に耳位置に置く必要はないので、ヘッドレスト２ｃからブラケット２３で吊れば十分である。

図２に示されるように、音源側加速度検出手段５は、１軸加速度センサからなり、コーン２２の中心にあるドーム２４の表面に取り付けられ、コーン２２が前後に振動するときの前後方向加速度を検出するようになっている。

図３に示されるように、本発明に係る音響感度測定装置の測定・制御回路は、試験に使用する音響周波数を有する電気信号を提供する信号源３１と、その信号に基づいてコイルを駆動するパワーアンプ３２と、コイルにより加振して振動板３を振動させる音源４と、振動板３としてのコーンに取り付けられた１軸加速度センサからなる音源側加速度検出手段５と、４個の３軸加速度センサからなる４箇所×３方向のキャブマウント側加速度検出手段７と、各加速度検出手段５，７が検出した加速度データを収集するデータ収集器３３と、ＦＦＴなどの周波数解析回路を含む音響感度算出手段３４とを備える。

データ収集器３３は、チャージアンプ、シグナルコンディショナなどを含んでもよい。

音響感度算出手段３４は、音源側の検出加速度である振動加速度（単位：ｍ／ｓ²）と振動板の実効振動面積（単位：ｍ²）との積である体積加速度（単位：ｍ³／ｓ²）と、キャブマウント側の検出加速度である振動加速度（単位：ｍ／ｓ²）との比、すなわち振動加速度／体積加速度（単位：１／ｍ²＝Ｐａ／Ｎ）を算出するようになっている。この値は単位から分かるように音響感度と同一の物理量である。なお、振動板３の実効振動面積は、本実施形態の場合、コーン２２の実効振動半径から慣用の方法で算出できる。

次に、本発明に係る音響感度測定装置とその作用効果を説明する。

まず、キャブマウント側加速度検出手段７として、フロント用キャブマウント側加速度検出手段７ａとリア用キャブマウント側加速度検出手段７ｂを左右２箇所ずつキャブマウントに取り付けて設置し、そのキャブマウントの上にキャブ１を載せる。これにより、全てのキャブマウント点６について３方向の振動加速度が同時かつ互いに独立に測定可能となる。

次に、音源４をキャブ１内の座席２に配置する。このとき、音源４をヘッドレスト２ｃからブラケット２３で吊るようにしたので、音源４は座席２の上部に簡単に設置できる。

このとき、音源中心（ドーム２４）の位置は乗員の耳位置と異なるが、アイドリング時のこもり音の解析に関しては、音響感度測定の対象となる音響周波数が２０Ｈｚ程度であるので、その音響波長は約１７ｍである。従って、音源中心の位置と乗員の耳位置との差は、音響波長よりも十分に短く、音響感度測定に影響することはない。

次に、信号源３１より、例えば２０Ｈｚ周波数を有する電気信号を提供すると、パワーアンプ３２がその電気信号を増幅してコイルを駆動するため、音源４の振動板３が上記周波数で振動する。振動板３の背面側はエンクロージャ２１により密閉して囲まれているので、振動板３の前方向に出た音響のみがキャブ１内に放出され、振動板３の後方向に出た音響はエンクロージャ２１内で消滅する。

また、振動板３がエンクロージャ２１に固定されているので振動板３を加振した反力がエンクロージャ２１に生じる。もし、この振動板３の反力をエンクロージャ２１が受けてエンクロージャ２１全体が振動してしまうと、振動板３以外の振動による圧力変動がキャブ１内に発生することになり、正確な音響感度測定ができなくなる。そのためエンクロージャ２１は、振動板３の加振に伴う不要な振動が防止されていることが好ましい。この実施形態では、エンクロージャ２１を体積当たりの質量が大きい金属で構成し、エンクロージャ２１の質量を振動板３の質量に対して１７倍程度としたので、反力を受けてもエンクロージャ２１が振動しない。

このようにして音源４から伝達系であるキャブ１内空間に音響が入力されたとき、その入力点である振動板３の表面において、音源側加速度検出手段５が振動板３の前後方向の振動加速度を検出する。振動板３の前後方向の振動加速度は、体積加速度音源における体積加速度を求める上で有用である。

音源４からキャブ１内に放出された音響は、キャブ１内空間を囲むパネル８に伝達され、パネル８が振動する。この振動が、４箇所のキャブマウント点６に設置したそれぞれ３方向のキャブマウント側加速度検出手段７に伝達される。

各キャブマウント側加速度検出手段７は、上下方向、前後方向、左右方向の３方向の加速度を同時に検出する。これらのキャブマウント側加速度検出手段７が検出した加速度データは、音源側加速度検出手段５が検出した加速度データと共にデータ収集器３３に収集される。

音響感度算出手段３４は、音源側加速度検出手段５が検出した振動加速度と、各キャブマウント側加速度検出手段７が検出した各方向の振動加速度に基づいて各キャブマウント点６における３方向の音響感度を算出する。

具体的には、音響感度算出手段３４は、音源側の振動加速度と振動板の実効振動面積との積である体積加速度と、キャブマウント側の振動加速度とから、振動加速度／体積加速度を算出して音響感度とする。これにより、４箇所３方向分の音響感度が得られる。

上記の音響感度は、座席上部の音源位置を入力点とし、キャブマウント側加速度検出手段７の設置位置を応答点とする伝達関数であるが、相反定理により、キャブマウント側加速度検出手段７の設置位置を入力点とし、座席上部の音源位置を応答点とする伝達関数に直ちに変換できる。

以上のように、本発明の音響感度測定装置は、複数箇所のキャブマウント点６における３方向の加振入力と乗員耳位置との間の音響感度を測定するに際して、相反定理を利用し、座席に配置した音源４と、音源４に設置した１つの１方向の音源側加速度検出手段５と、キャブマウント点６の４箇所分の３方向のキャブマウント側加速度検出手段７とを用いて音響感度測定を可能にした。これにより、従来のように複数個の加振器を設置したり、加振器の方向を変えて試験を何度も行う必要がなくなり、装置構成が簡素化する。

本発明の音響感度測定装置は、キャブオーバータイプのトラックにおける音響感度測定に特に有効である。

また、複数箇所のキャブマウント点６における３方向の音響感度を１回の試験で同時に測定することができ、評価試験の効率化が図れる。

さらに、特許文献１の音響感度測定装置との比較で述べると、本発明の音響感度測定装置には、以下のような利点がある。

特許文献１の音響感度測定装置は、受聴点に設置した点音源から室内に音響を入力し、ダッシュパネルに設置したマイクロホンで応答音圧を測定して、受聴点とマイクロホンとの間の音響感度を算出している。しかし、これでは受聴点とダッシュパネル間の音響感度しか測定できず、キャブオーバータイプのトラックのようにキャブマウントにキャブが載った構造に特有の音響感度、キャブマウント点を特定した音響感度は得られない。その点、本発明の音響感度測定装置は、キャブマウント点６における音響感度を得ることができる。

また、特許文献１の音響感度測定装置は、マイクロホンで応答音圧を測定しているため、応答が１方向しか得られず、３方向の音響感度を測定することはできない。その点、本発明の音響感度測定装置は、３方向の加速度検出手段でそれぞれの方向の加速度を検出するので、３方向の音響感度を測定することができる。

また、特許文献１の音響感度測定装置では、エンクロージャの中にスピーカが収容されているので、エンクロージャの横幅・奥行きが大きくなり、音源を座席の腰掛部に載せざるを得ない。また、特許文献１の音響感度測定装置では、音源設置位置と耳位置との距離を音響周波数で評価していないため、実質的な音源発生位置を耳位置とすることに前提としており、この結果、開口を耳位置に設けるためにエンクロージャの高さが高くなり、音源の設置が困難である。その点、本発明の音響感度測定装置は、エンクロージャ２１の開口に振動板３を取り付けてエンクロージャ２１を密閉型とすると共に、エンクロージャ２１を金属で構成し、エンクロージャ２１の質量を振動板３より十分に大きくしたので、エンクロージャ２１は小型化できヘッドレスト２ｃからブラケット２３で吊ることができる。

特許文献１の音響感度測定装置は、キャブ内空間の容積に対してエンクロージャが占める体積が大きく、音響を反射する表面の表面積も大きいので、測定対象の伝達系であるキャブ内空間に影響を与えてしまい、伝達関数（音響感度）が正確に測定できない。その点、本発明の音響感度測定装置は、エンクロージャ２１が小型化されており、測定対象の伝達系であるキャブ内空間に影響を与えることがなく、伝達関数（音響感度）が正確に測定できる。

また、特許文献１の音響感度測定装置では、キャブ内空間に対する音響の入力位置はエンクロージャの開口であるので、この開口にマイクロホンを設けて入力音圧を測定するしかなく、構成が複雑化する。その点、本発明の音響感度測定装置は、キャブ内空間に対する音響の入力位置は振動板３であるので、振動板３に音源側加速度検出手段５を容易に取り付けることができる。

図４に示した周波数特性は、実線で示したものが本発明で測定した、あるキャブマウント点６における上下方向の音響感度の周波数特性、破線で示したものが従来技術による同じ音響感度の周波数特性である。図示のように両者はよく一致しており、本発明でも十分に音響感度が測定できることが分かる。本発明では、このほかにも同じキャブマウント点６における前後方向、左右方向の音響感度の周波数特性が得られることになる。

本発明の一実施形態を示す音響感度測定装置を設置したキャブ内部の側面図である。 図１の音響感度測定装置に用いる音源の正面図である。 図１の音響感度測定装置に用いる測定・制御回路のブロック回路図である。 本発明と従来技術により測定した音響感度の周波数特性図である。 従来の音響感度測定装置を設置したキャブ内部の側面図である。

符号の説明

１ キャブ
２ 座席
３ 振動板
４ 音源
５ 音源側加速度検出手段
６ キャブマウント点
７ キャブマウント側加速度検出手段
２１ エンクロージャ
２３ ブラケット

Claims (6)

1. キャブ内の座席に配置された振動板から音響を発生する音源と、該振動板の振動加速度を検出する音源側加速度検出手段と、キャブマウント点に取り付けられ上記音響から受ける互いに異なる３方向の加速度を検出するキャブマウント側加速度検出手段と、音源側とキャブマウント側の各検出加速度に基づいてキャブマウント点における３方向の音響感度を算出する音響感度算出手段とを備えたことを特徴とする音響感度測定装置。
2. 上記音響感度算出手段は、音源側の検出加速度と上記振動板の実効振動面積との積である体積加速度と、キャブマウント側の検出加速度との比を音響感度として算出することを特徴とする請求項１記載の音響感度測定装置。
3. 上記キャブマウント側加速度検出手段は、複数箇所のキャブマウント点についてそれぞれ設けられたことを特徴とする請求項１又は２記載の音響感度測定装置。
4. 上記音源は、上記振動板の背面側を密閉して囲み、上記振動板の加振に伴う不要な振動が防止されたエンクロージャを備えたことを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の音響感度測定装置。
5. 上記音源は、上記座席の上部から音響周波数の波長より短い距離に配置されたことを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の音響感度測定装置。
6. 上記音源は、上記座席のヘッドレストにブラケットを掛け、そのブラケットにより上記ヘッドレストから吊されたことを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の音響感度測定装置。
   

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