JP7461978B2 - 移動体の吸音装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両や飛行機等の室内空間の騒音を吸音する移動体の吸音装置に関するものである。

車両の室内には、エンジンの回転振動や走行振動等が低周波の騒音となって伝達されることがある。この種の騒音の対策として、共鳴管や共鳴箱を用いた共鳴器型の吸音装置や、薄板や膜を用いた板振動型の吸音装置等が各種案出されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、管路長を調整可能な共鳴管を用いたサイドブランチ型の吸音装置が記載されている。この吸音装置の共鳴管は、管路の一端部が室内空間に臨んで配置され、管路の他端部側に移動可能な底面が設けられている。この吸音装置は、共鳴管の内部の空気が管路長に応じた周波数（波長）の音に共振し、その共鳴管の内部の空気の共振振動が室内空間の騒音振動と干渉することにより、室内空間の騒音を減衰させる。

特開２００９－１０２０００号公報

しかし、特許文献１に記載のようなサイドブランチ型の吸音装置は、狙いとする低周波数域の室内音を低減しようとすると、共鳴管の管路長を長くせざるを得ない。このため、この種の吸音装置では、吸音装置全体が大型・重量化し易く、この点の改善が求められている。

また、薄板や膜を用いた板振動型の吸音装置は、室内空間の騒音の音圧を受けたときに振動板を充分に振動させようとすると、振動板の面積を大きくせざるを得ない。このため、この種の吸音装置では、振動板の設置面積が大きくなり、結果として吸音装置全体が大型・重量化してしまう。

そこで本発明は、装置の大型・重量化を招くことなく、室内空間の騒音を効率良く吸音できるようにして、静粛性の向上と移動体のエネルギー効率の改善を図ることができる移動体の吸音装置を提供しようとするものである。

本発明に係る移動体の吸音装置は、上記課題を解決するために、以下の構成を採用した。
即ち、本発明に係る移動体の吸音装置は、管路（例えば、実施形態の管路１２）の一端部が室内空間（例えば、実施形態の室内空間１０）に臨んで配置される共鳴管（例えば、実施形態の共鳴管１１）と、前記管路の他端部において前記室内空間内の音振動を直接受けるように一面（例えば、実施形態の表面１３ａ）が前記室内空間に直接臨んで配置される振動板（例えば、実施形態の振動板１３）と、を備え、前記振動板は、前記室内空間に直接臨む前記一面と逆側の面（例えば、実施形態の裏面１３ｂ）が前記共鳴管の他端部の内部空間に臨んで配置されていることを特徴とする。

上記の構成により、共鳴管は、室内空間の所定周波数域の騒音に共振する。共鳴管は、共振振動が室内空間の所定周波数域の騒音と干渉することにより、室内空間の騒音のエネルギーを減衰（消費）することができる。また、振動板は、室内空間の騒音振動を受けて振動し、振動に伴う振動板の内部摩擦によって室内空間の騒音のエネルギーを減衰（消費）する。また、共鳴管の管路長等を適切に設定することにより、振動板が室内空間から直接受ける騒音振動の圧力位相と、共鳴管を通して振動板の裏面（室内空間に臨む側と逆側の面）で受ける騒音振動の圧力位相を逆位相にすることができる。こうして振動板の表裏に作用する振動の圧力位相が逆位相になると、振動板の振幅が増幅され、それにより室内空間の騒音のエネルギーが効率良く減衰（消費）される。

前記共鳴管は、前記管路の前記一端部と前記他端部のいずれか一方を渦巻き中心とする渦巻き形状に形成されるようにしても良い。

この場合、共鳴管が渦巻形状とされているため、共鳴管の占有スペースの増大を抑制しつつ、共鳴管の充分な管路長を確保することができる。

前記共鳴管は、前記管路の前記他端部を渦巻き中心とする渦巻き形状に形成され、前記振動板は、板面が円形形状に形成されるとともに、前記板面の中心が前記共鳴管の前記渦巻き中心と合致する位置に配置されるようにしても良い。

この場合、振動板の板面の中心が共鳴管の渦巻き中心となる位置に配置されるため、共鳴管と振動板をコンパクトに集約して配置することができる。このため、本構成を採用した場合には、吸音装置全体をより小型化することができる。

前記共鳴管は、前記管路の前記一端部と他端部の間が蛇行形状に形成されるようにしても良い。

この場合、共鳴管が蛇行形状に形成されているため、共鳴管の占有スペースの増大を抑制しつつ、共鳴管の充分な管路長を確保することができる。

前記共鳴管は、前記管路の断面形状が略長方形状に形成されるとともに、前記管路の主要部が当該管路の断面の短辺側で折り重なるように前記一端部と前記他端部の間が蛇行形状に形成されるようにしても良い。

この場合、共鳴管の管路幅を充分に確保しつつ、共鳴管の占有スペースの増大の抑制と共鳴管の充分な管路長の確保を図ることができる。したがって、本構成を採用した場合には、共鳴管の充分な管路幅によって、より広い周波数域の騒音振動を減衰させることが可能になる。

前記共鳴管は、前記管路の前記他端部の内部の開口面積が前記振動板に向かって漸増するようにしても良い。

この場合、管路の他端部の内部の開口面積が振動板に向かって漸増しているため、振動板の裏面（室内空間に臨む面と逆側の面）に臨む管路端が急激に拡大することによる振動板の裏面の面内方向における圧力の変動を抑制することができる。したがって、本構成を採用した場合には、吸音装置による吸音効果の低下を抑制することができる。

本発明に係る移動体の吸音装置は、振動板の一面が室内空間から直接受ける圧力振動と、共鳴管を通して振動板の逆側の面が受ける逆位相の圧力振動と、による差圧によって、振動板の振幅を増幅させることができる。このため、共鳴管による所定周波数域の騒音に対する干渉効果と、振幅を増幅された振動板による振動減衰効果によって室内空間の騒音を効率良く吸音することができる。したがって、本発明に係る移動体の吸音装置を採用した場合には、装置の大型・重量化を招くことなく室内空間の騒音を効率良く吸音でき、静粛性の向上と移動体のエネルギー効率の改善を図ることができる。

図１は、本発明の第１実施形態の吸音装置の概略構成図である。 図２は、本発明の第１実施形態の吸音装置の断面図である。 図３は、本発明の実施形態の吸音装置の騒音減衰効果を示す音圧－周波数特性図である。 図４は、本発明の第２実施形態の吸音装置の正面図である。 図５は、本発明の第２実施形態の吸音装置の図４のＶ－Ｖ線に沿う断面図である。 図６は、本発明の第３実施形態の吸音装置の図５と同様の断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下で説明する各実施形態では、共通部分に同一符号を付し、重複する説明を一部省略するものとする。

＜第１実施形態＞
図１は、本実施形態の移動体の吸音装置１（以下、「吸音装置１」と称する。）の概略構成図である。図２は、吸音装置１の具体的な断面図である。
本実施形態では、吸音装置１が移動体の一形態である車両に適用されている。吸音装置１は、一部が車両の室内空間１０に臨んで配置されている。具体的には、吸音装置１は、例えば、図１，図２に示すように、室内空間１０を構成する車室の任意の壁１０ｗに設置されている。吸音装置１は、管路１２の一端部１２ａが室内空間１０に臨むように車室の壁１０ｗに連結された共鳴管１１と、一面１３ａ（以下「表面１３ａ」と称する。）が室内空間１０に臨むように車室の壁１０ｗに設置された振動板１３と、を備えている。
本実施形態では、共鳴管１１は、車室の壁１０ｗの外側に配置されている。ただし、共鳴管１１は、車室の壁１０ｗの内側に配置することも可能である。

振動板１３は、例えば、図２に示すように、車室の壁１０ｗに設けられた連通口１４の外側（車外側）に取り付けられている。連通口１４は、振動板１３の実効振動面積（室内空間内の音波を受けて実際に振動する部分の面積）とほぼ同サイズの円形形状に形成されている。

また、図２に示すように、車室の壁１０ｗのうちの、振動板１３の臨む連通口１４と離間した位置には、連通口１４よりも開口面積の小さい別の連通口１５か設けられている。連通口１５には、共鳴管１１の管路１２の一端部１２ａが接続されている。共鳴管１１の管路１２は、連通口１５から壁１０ｗから離間する方向に延びた後に、壁１０ｗと平行に連通口１４と対向する位置まで屈曲して延びている。共鳴管１１の管路１２は、さらに連通口１４と対向する位置において連通口１４の方向に屈曲して延びている。管路１２の他端部１２ｂは、連通口１４の方向に向かって内部の開口面積が次第に拡大（漸増）している。以下、管路１２の他端部１２ｂのうちの、内部の開口面積が次第に拡大する領域分を「テーパ部２０」と称する。管路１２の他端部１２ｂは、振動板１３の外周縁部を挟み込むかたちで、車室の壁１０ｗに結合されている。

管路１２の他端部１２ｂに挟み込まれる形で車室の壁１０ｗに固定された振動板１３は、室内空間１０に臨む側と逆側の面１３ｂ（以下、「裏面１３ｂ」と称する。）が共鳴管１１の管路１２の他端部１２ｂの内部空間に臨んでいる。具体的には、振動板１３の裏面１３ｂは、管路１２の他端部１２ｂのうちの、テーパ部２０の内部空間に臨んでいる。なお、振動板１３の裏面１３ｂと管路１２の他端部１２ｂの間は密閉されている。

ここで、吸音装置１の共鳴管１１は、管路１２の一端部１２ａから入力される室内空間１０内の騒音のうちの、所定周波数域の振動に共振する。また、共鳴管１１の管路１２内に入力された騒音振動は、管路１２の他端部１２ｂにおいて、振動板１３の裏面１３ｂに当たる。このとき、共鳴管１１の管路長等を適切に設定しておくことにより、振動板１３の表面１３ａが室内空間１０から直接受ける騒音振動の圧力位相と、共鳴管１１を通して振動板１３の裏面１３ｂで受ける騒音振動の圧力位相を逆位相にすることができる。これにより、振動板１３の表裏に作用する振動圧力に位相差を持たせることができる。本実施形態の吸音装置１では、振動板１３の振動は、振動板１３の表裏に作用する振動圧力の位相差によって振幅が増幅される。

以上の構成において、エンジンの回転振動や走行振動等を受けて室内空間１０の空気が振動すると、共鳴管１１が室内空間１０の空気の所定周波数域の振動に共振する。これにより、共鳴管１１内の空気の共振振動は、管路１２の一端部１２ａ側において、室内空間１０の所定周波数域の振動（騒音）と干渉する。これにより、室内空間１０の所定周波数域の振動（騒音）のエネルギーが減衰される。

また、このとき、表面１３ａが室内空間１０に臨む振動板１３は、室内空間１０の空気の振動を受けて振動する。さらに、振動板１３の裏面１３ｂ側には、共鳴管１１の管路１２の一端部１２ａ側から管路１２の内度を通っての他端部１２ｂに達した振動が当たる。これにより、振動板１３は、表裏の振動を受け、増幅された大きな振幅で振動することになる。このとき、振動板１３の内部摩擦により、室内空間１０の空気の振動エネルギーが大きく減衰される。

本実施形態の吸音装置１は、振動板１３の表面１３ａが室内空間１０から直接受ける振動と、共鳴管１１を通して振動板１３の裏面１３ｂで受ける振動とに位相差を作り、振動板１３の振幅を増幅させることができる。このため、共鳴管１１による所定周波数域の車室内の空気の振動（騒音）に対する干渉効果と、振幅を増幅された振動板１３による振動減衰効果によって室内空間１０の騒音を効率良く吸音することができる。そして、振動板１３による大きな振動減衰効果は、振動板１３の大型化を招くことなく得ることができる。

図３は、本実施形態の吸音装置１を採用した場合の騒音減衰効果（減音効果）を示す音圧－周波数特性図である。図３中の実線は、吸音装置１を採用した場合の特性図であり、点線は、吸音装置１を採用しない場合の特性図である。
同図に示すように、本実施形態の吸音装置１を採用した場合には、周波数域（ほぼ３４０Ｈｚ～３７０Ｈｚ）の室内空間１０の騒音を大きく減圧することができる。
したがって、本実施形態の吸音装置を採用した場合には、装置の大型・重量化を招くことなく室内空間１０の騒音を効率良く吸音でき、静粛性の向上と車両のエネルギー効率の改善を図ることができる。

また、本実施形態の吸音装置１は、共鳴管１１の管路１２の他端部１２ｂの内部の開口面積が振動板１３に向かって漸増するように形成されている。このため、振動板１３の裏面１３ｂに臨む共鳴管１１の管路端が急激に拡大することによる振動板１３の裏面の面内方向における圧力の変動を抑制することができる。したがって、本構成を採用した場合には、吸音装置１による吸音効果の低下を抑制することができる。

＜第２実施形態＞
図４は、本実施形態の吸音装置１０１の正面図（車室の壁１０ｗの外側から見た図）であり、図５は、吸音装置１０１の図４のＶ－Ｖ線に沿う断面図である。
車室の壁１０ｗには、上記の実施形態と同様に連通口１４，１５が設けられている。一方の連通口１４の外周縁部には、円形形状の振動板１３が取り付けられている。振動板１３の実効振動面積は連通口１４の内径とほぼ同サイズとされている。他方の連通口１５には、共鳴管１１１の管路１１２の一端部１１２ａが連結されている。

本実施形態の共鳴管１１１の管路１１２は、図５に示すように、ほぼ正方形状の断面形状に形成されている。そして、共鳴管１１１の管路１１２は、他端部１１２ｂ側を渦巻き中心とする渦巻き形状に形成されている。円形形状の振動板１３は、板面の中心が共鳴管１１１の渦巻き中心とほぼ合致するように配置されている。本実施形態の共鳴管１１１は、渦巻き状に周回する管路１１２の内層の管路部の外周面に外層の管路部の内周面が接するように形成されている。このため、本実施形態の共鳴管１１１の管路１１２は、全体形状が所定厚みを持つ円板状のブロック形状に形成されている。
ただし、共鳴管１１の管路１１２の一端部１１２ａと他端部１１２ｂは、円板状のブロック形状部から車室の壁１０ｗの方向に向かって屈曲して延びている。管路１１２の他端部１１２ｂには、上記の実施形態と同様に、連通口１４の方向に向かって内部の開口面積が漸増するテーパ部２０が形成されている。

本実施形態の吸音装置１０１は、基本的な構成は上記の実施形態と同様であるため、上記の実施形態と同様の基本的な効果を得ることができる。
また、本実施形態の吸音装置１０１は、共鳴管１１１が管路１１２の他端部１１２ｂを渦巻き中心とする渦巻き形状に形成されているため、共鳴管１１１の占有スペースの増大を抑制しつつ、共鳴管１１１の充分な管路長を確保することができる。
なお、本実施形態では、共鳴管１１１が管路１１２の他端部１１２ｂ側（連通口１４側）を渦巻き中心とする渦巻き形状に形成されているが、共鳴管１１１は、管路１１２の一端部１１２ａ側（連通口１５側）を渦巻き中心とする渦巻き形状であっても良い。

ただし、本実施形態のように、共鳴管１１１を、管路１１２の他端部１１２ｂが渦巻き中心となる渦巻き形状に形成した場合には、円板形状の振動板１３を、板面の中心が共鳴管１１１の中心と合致する位置に配置することにより、共鳴管１１１と振動板１３をコンパクトに集約して配置することができる。したがって、本構成を採用した場合には、吸音装置１０１全体をより小型化することができる。
また、上記の例では、渦巻き状に周回する管路１１２の内層の管路部の外周面に外層の管路部の内周面が接するように共鳴管１１１が形成されているが、管路１１２は隙間をあけて旋回する形状であっても良い。

＜第３実施形態＞
図６は、本実施形態の吸音装置２０１の第２実施形態の図５と同様の断面図である。
車室の壁１０ｗには、上記の各実施形態と同様に連通口１４，１５が設けられている。連通口１４の外周縁部には、円形形状の振動板１３が取り付けられ、他の連通口１５には、共鳴管２１１の管路２１２の一端部２１２ａ側が連結されている。振動板１３の実効振動面積は連通口１４の内径とほぼ同サイズとされている。

本実施形態の共鳴管２１１の管路２１２は、相互に平行な二辺が残余の二辺よりも長い略長方形状の断面形状に形成されている。共鳴管２１１は、管路２１２の主要部が当該管路２１２の断面の短辺側で折り重なるように一端部２１２ａと他端部２１２ｂの間が折り畳み形状（蛇行形状）に形成されている。具体的には、図６に示す例では、共鳴管２１１の管路２１２は、紙面の奥行方向が長辺となる略長方形状の断面形状に形成され、一端部２１２ａを除く管路２１２の主要部は、断面の短辺側で折り重なるように上下に複数回折り返されている。

本実施形態の共鳴管２１１は、車室の壁１０ｗの外側においては、比較的長尺な管路幅を持つ管路２１２が上下に複数回折り返された形状とされている。複数回折り返された管路２１２の中途部同士は管路幅のほほ全域でほぼ接している。このため、本実施形態の共鳴管２１１の管路２１２は、全体形状が矩形状のブロック形状に形成されている。
なお、管路２１２の他端部２１２ｂには、上記の各実施形態と同様に、連通口１４の方向に向かって内部の開口面積が漸増するテーパ部２０が形成されている。

本実施形態の吸音装置２０１は、基本的な構成は上記の各実施形態と同様であるため、上記の各実施形態と同様の基本的な効果を得ることができる。
また、本実施形態の吸音装置２０１は、比較的長尺な管路幅を持つ共鳴管２１１の管路２１２が上下に複数回折り返されている。このため、共鳴管２１１の管路幅を充分に確保しつつ、共鳴管２１１の占有スペースの増大の抑制と共鳴管２１１の充分な管路長の確保を図ることができる。したがって、本構成の吸音装置２０１を採用した場合には、装置全体の大型・重量化を抑制しつつ、共鳴管２１１の充分な管路幅によってより広い周波数域の騒音振動を減衰させることができる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。
例えば、上記の第３実施形態では、管路２１２が略長方形状の断面形状に形成されているが、管路２１２の断面形状は、略長方形状以外の形状であっても良い。また、管路２１２は、一端部２１２ａと他端部２１２ｂの間を単純に蛇行する形状としても良い。
また、上記の実施形態では、吸音装置が車両に適用されているが、吸音装置の適用はこれに限定されない。吸音装置は、四輪バギーや飛行機等の他の種々の移動体にも適用することができる。

１，１０１，２０１…吸音装置
１０…室内空間
１１，１１１，２１１…共鳴管
１２，１１２，２１２…管路
１２ａ，１１２ａ，２１２ａ…一端部
１２ｂ，１１２ｂ，２１２ｂ…他端部
１３…振動板
１３ａ…表面（一面）
１３ｂ…裏面（室内空間に臨む側と逆側の面）

Claims (6)

1. 管路の一端部が室内空間に臨んで配置される共鳴管と、
   前記管路の他端部において前記室内空間内の音振動を直接受けるように一面が前記室内空間に直接臨んで配置される振動板と、を備え、
   前記振動板は、前記室内空間に直接臨む前記一面と逆側の面が前記共鳴管の他端部の内部空間に臨んで配置されていることを特徴とする移動体の吸音装置。
2. 前記共鳴管は、前記管路の前記一端部と前記他端部のいずれか一方を渦巻き中心とする渦巻き形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の移動体の吸音装置。
3. 前記共鳴管は、前記管路の前記他端部を渦巻き中心とする渦巻き形状に形成され、
   前記振動板は、板面が円形形状に形成されるとともに、前記板面の中心が前記共鳴管の前記渦巻き中心と合致する位置に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の移動体の吸音装置。
4. 前記共鳴管は、前記管路の前記一端部と他端部の間が蛇行形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の移動体の吸音装置。
5. 前記共鳴管は、前記管路の断面形状が略長方形状に形成されるとともに、前記管路の主要部が当該管路の断面の短辺側で折り重なるように前記一端部と前記他端部の間が蛇行形状に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の移動体の吸音装置。
6. 前記共鳴管は、前記管路の前記他端部の内部の開口面積が前記振動板に向かって漸増していることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の移動体の吸音装置。

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