JPH06156276A

JPH06156276A - 車両用防音装置

Info

Publication number: JPH06156276A
Application number: JP30844692A
Authority: JP
Inventors: Katsutoshi Horibatake; 勝利堀畑; Yasushi Takano; 靖高野; Shinichi Shimoide; 新一下出; 進 ▲廣▼瀬; Susumu Hirose; Akiyoshi Iida; 明由飯田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-11-18
Filing date: 1992-11-18
Publication date: 1994-06-03

Abstract

(57)【要約】【目的】鉄道車両や自動車などの移動体の騒音を低減す
るための防音装置を提供する。【構成】車両１が高速でレール８上を移動する際に、車
両表面４のうち圧力変動の高い部分を表面板１０に外部
に通じる共鳴孔１４を設けたハニカム構造の吸音構造と
し、体積の異なる空気室１３が存在する積層板形のハニ
カム材で構成した車両用防音装置。【効果】車両が高速で移動するときに、車両表面で発生
する圧力変動を低減することにより、走行騒音を広い周
波数にわたって低減し、かつ車両側と地上設備側の両方
で吸音することにより、騒音を効率的に低減することが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鉄道車両や自動車な
ど、移動体の防音装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、車両が高速で移動することにより
発せられる走行騒音を低減するために、先頭形状の流線
形化や、車両表面の平滑化，音源の遮蔽などの対策を行
っている。その他、台枠の床板をハニカム材で構成し、
吸音手段として利用する構造が知られている。これらの
構造として関連するものには、例えば、特開平4−11835
6号公報が挙げられる。

【０００３】また、車両が高速でトンネルに突入する
と、圧縮波が形成され、圧縮波がトンネル内を伝播し、
車体に圧力変動を及ぼす。そして、トンネル出口端に到
達した圧縮波が膨張波として反射される際に、そのエネ
ルギの一部が大きな破裂音を伴う微気圧波として外部に
放射され、騒音公害を起こす問題が起こっている。この
ため、従来、トンネル出入口に緩衝口を設け、車両のト
ンネル突入により生じる圧縮波の波面の圧力勾配を緩や
かにし、トンネル出口端で放射される微気圧音を低減す
る方法が知られている。これに関するものには特公昭55
−31274 号公報等が挙げられる。

【０００４】また、車両が移動することにより発せられ
る走行騒音が沿線に拡がることを防ぐために、車両が移
動する構造物の外部に車両の移動方向に沿って防音壁を
設置している。防音壁には音波を反射させて遮音させる
板状のものや、防音壁の表面を吸音構造としたものがあ
り、吸音構造の防音壁として関連するものには、例え
ば、特開平3−228905 号公報に記載のものが挙げられ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】車両がより高速で移動
すると車両表面に沿って流れる空気が、車両後方で乱れ
を起こし、これによって圧力変動が生じる。さらに、こ
のことから車両表面のある特定部分で音が放射される
が、従来技術のうち第一の手段では、車両の軽量化と強
度向上のため、積層板の外側表面板にハニカム材の空気
室と連通する筒を設けた積層ハニカム板を車体側面に使
用するが、その場合、表面板に設けた筒が表面板から多
少出るために車両表面の平滑化が十分に活かされず、流
体騒音の発生を十分に抑制できないという課題があっ
た。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は車両が移動する際に車両表面の圧力変動の
高い部分の表面板をハニカム材からなる積層板より構成
し、積層板の外側表面にハニカム材の空気室と連通する
小孔を設け、車両表面の圧力変動を低減する。

【０００７】

【作用】上記のように構成した本発明によれば、高速で
移動する車両において、車体表面で特に圧力変動が大き
い部分の表面板を積層形のハニカム材とし、積層板の外
側表面にハニカム材の空気室と連通する小孔を設けるよ
うに構成したので、車体表面部材の軽量化と強度増加を
達成しつつ、空気の乱れにより車体表面で生じた圧力変
動は低減されるので、車体表面の振動を抑え、音の発生
を防ぐことができる。さらに、車両が高速で空気中に突
入することによって発生した流体音は、ハニカムの空気
室内でヘルムホルツ共鳴を起こして吸音されるので、車
両の移動による空力騒音の低減を図ることができる。

【０００８】特に、車両が空気中を高速で走行時、車両
表面の凹凸部、例えば、屋根上の集電装置等機器の構成
部材に空気が衝突すると剥離によって、これらの構成部
材から流体音が発生する。本発明は、車両表面の凹凸部
の周囲の表面板を積層形のハニカム材とし、積層板の外
側表面にハニカム材の空気室と連通する小孔を設けるよ
うに構成したので、凹凸部での剥離によって発生した流
体騒音は、ハニカムの空気室内でヘルムホルツ共鳴を起
こして吸音されるので、騒音の低減ができる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１から図１３に
より説明する。ここで、図１は本発明の一実施例である
車両用防音装置を鉄道車両の表面に適用した例を示す。
図２は図１のＡ−Ａ部断面図である。

【００１０】図１及び図２に示すように、車両１が軌道
２に設置したレール８上を高速で移動するときに、例え
ば、車両１間の連結部３前後の車両表面４では表面が不
連続のため、車両表面４に沿って流れた空気が乱れを生
じる。そして、この空気の乱れにより圧力変動が大きく
なり、この部分で音が放射される。このため、連結部３
前後の特に圧力変動の大きい部分の表面板を、ハニカム
材からなる積層板である車両用防音装置５ａ及び５ｂで
構成する。そして、車両用防音装置５ａの外側表面板１
０にはハニカム材の空気室１３と連通する多数の小孔１
４を設けている。これにより、ヘルムホルツの効果によ
って空気の乱れはハニカム材の空気室１３で減衰される
ので、車体表面４での圧力変動は低減し、音の放射も抑
制される。

【００１１】図３に実施例の車両用防音装置５ａの一例
であるハニカムパネル９を示す。図４は図３の拡大断面
図である。図３及び４に示すように、ハニカムパネル９
は、面板１０及び１１と面板１０と１１の間に配置され
た芯材１２とからなる積層構造となっており、芯材１２
は軽合金製ハニカム材が用いられている。面板１０及び
１１のうち一方が車両１の外表面を成している。面板１
０,１１及び芯材１２は、ろう付けによって接合され、
強度部材として十分な剛性をもっている。したがって、
車両１が高速でトンネル突入時や、車両１同士のすれ違
い時に、車両１が受ける高い圧力に対しても、十分耐え
うることができ、かつ優れた吸音効果を発揮する。

【００１２】ここで、芯材１２と面板１０,１１で構成
され、同一形状を有する各空気室１３のうち、ある空気
室１３の六角柱の側面をいくつか取り去り、隣り合う空
気室の空間を連続空間となるように構成する。また、空
気室１３の中に新たに縦方向に仕切りを入れて空気室の
空間の大きさを変えている。このようにして、芯材１２
を構成する個々の空気室１３が複数の異なった体積を有
するものとしている。さらに、外表面となる面板１０に
は、異なった体積を有するそれぞれの空気室１３に対応
する部分に、外部に通じるように少なくとも１個以上の
共鳴孔１４を設けており、この共鳴孔１４の背後の面板
１０,１１及び芯材１２から構成された空洞との共鳴に
より吸音効果がもたらされる。ここで、この共鳴孔１４
の数とその大きさ，空気室１３の体積を吸音したい周波
数に合わせて選択することにより、広い周波数範囲にわ
たって高い吸音率を達成することができる。

【００１３】図５に車両が高速で移動するときの騒音レ
ベルと周波数の関係を示す。車両が高速で移動すると
き、レールと車輪との振動による騒音、すなわち、転動
音が速度の２.５乗に比例して大きくなり、速度が２０
０km／ｈ位までは走行騒音の主因となっている。一方、
空力騒音は速度の６〜９乗に比例して大きくなるので、
速度がそれ以上になると車両の風切り音が主因となる。
よって、図５に示すように走行騒音において空力騒音の
占める割合が大きくなり、高速域での騒音低減を図るた
めには低周波の空力騒音の大幅な低減が必要である。

【００１４】したがって、低周波音の低減に好適な本発
明の車両用防音装置を車両表面の圧力変動の大きい部分
の表面板に用いることにより、車両表面で空気の乱れに
より発生する圧力変動を低減することができるので、図
６に示すように、低周波の空力騒音を低減することがで
き、車両の移動に伴う走行騒音全体の騒音レベルを低く
することができる。

【００１５】次に、本発明の原理について説明する。ヘ
ルムホルツ共鳴器理論によれば、吸音したい音の周波数
ｆ₀は、次のように表される。

【００１６】

【数１】

【００１７】ここで、ｃは音速、Ｇは共鳴孔１４の部分
の空気の動きやすさ、Ｖは空気室１３の体積を意味す
る。また、ｓを共鳴孔１４の開孔断面積、ｌ_e を共鳴孔
１４の実効長さとすると、Ｇは、Ｇ＝ｓ／ｌ_e で表せら
れる。δを管端補正、共鳴孔１４の実長をｌとすると、
ｌ＋δ＝ｌ_eであり、よって数１は

【００１８】

【数２】

【００１９】ここで、共鳴孔１４が円孔の場合、直径を
ｄとすると、δ＝０.８ｄで近似される。

【００２０】すなわち、表面板１０の厚さは一定の場合
ｌは一定となり、空気室１３の体積Ｖと共鳴孔１４の面
積ｓ、または共鳴孔１４の内径ｄを適宜に選定すること
により、吸音したい音の周波数ｆ₀を導くことができ
る。そして、この周波数ｆ₀の音が空気室１３に入射す
ると共鳴孔１４の部分の空気は激しく振動して、摩擦損
失による大きな吸音力をもつことになる。

【００２１】車両１が高速で移動すると、車両１間の連
結部３前後の車両表面４で圧力変動が生じ、音が放射さ
れる。この放射音の周波数ｆ₁を数２で決まる共鳴周波
数ｆ₀を合わせるようにすれば高い吸音率で吸音でき
る。

【００２２】なお、ハニカムパネル９の空洞、すなわ
ち、芯材１２で形成された空気室１３内に多孔質の吸音
材を充填することによっても同様な効果を達成すること
ができる。

【００２３】図７は本発明の一実施例である車両用防音
装置を鉄道車両の屋根面に適用した例を示す。図８は図
７のＢ−Ｂ部断面図である。

【００２４】図７及び図８に示すように、車両１の表面
の凹凸部、例えば、屋根１７上の集電装置１５の周囲の
表面板をハニカム材からなる積層板で構成された車両用
防音装置５ｃとする。車両１が空気中を高速で走行する
際に、空気が集電装置１５や集電装置１５を支持し、か
つ、絶縁する碍子１６に衝突する時に流れの剥離によっ
て発生する空力騒音を屋根面で吸音することにより、車
両の走行に伴う走行騒音が沿線に拡散することを防ぐこ
とができる。さらに本発明は、本質的に車体表面に凹凸
部を有し、そこから発生する空力騒音の低減に適用でき
るので、対象は必ずしも集電装置１５の周囲や、車両間
に高圧の電気を渡すケーブルをつなぐためのケーブルヘ
ッド（図示省略）の周囲に限定するものではない。

【００２５】図９に、本発明のトンネル用防音装置を鉄
道のトンネル構造の内側表面に適用した実施例を示す。
トンネル１８の内側側面および天井面に本発明の車両用
防音装置５ｃを設置し、車両が通過する面の表面板１０
にハニカム材の空気室１３と連通する小孔１４を有する
積層形のハニカム材で構成することにより、車両１のト
ンネル１８内に突入する際形成される圧縮波の波面の圧
力勾配を緩やかにすることができ、トンネル出口での微
気圧音の放射を低減できる。また、本発明の車両用防音
装置５ｃは、軽合金製の積層形のハニカム材で構成して
いるので、剛性に優れ、かつ軽量で厚さが薄いことか
ら、既存の鉄道トンネルに適用することが可能である。

【００２６】図１０に、本発明の防音装置を鉄道の軌道
表面に適用した実施例の斜視図を示す。図１１は図１０
のＣ−Ｃ断面図である。図１０に示すように、軌道２の
表面に車両用防音装置５ｄを設置する。図１０は枕木１
９間に設置した例を示しているが、本発明の車両用防音
装置５ｄは、軌道２がスラブ軌道の場合にも適用でき
る。また、本発明の車両用防音装置５ｄは、軌道表面に
設置した例を示しているが、軌道２の上面に設置した
後、バラストを乗せることにより、車両１の走行騒音を
吸音することができることに加え、車両１の振動を低減
することができる。さらに、軌道２と車両用防音装置５
ｄの間に防振ゴムのマットを敷くことによっても、車両
の移動に伴う振動を低減することが可能となる。また、
図１３に示すように、本発明の車両用防音装置５ｄは裏
面板１１にも外部に通じる共鳴孔１４を設けたハニカム
パネル９で構成する。そして、ハニカムパネル９の下に
は排水溝２０を設けている。これは、本発明の車両用防
音装置５ｄを軌道表面に設置するため、雨や、車両から
の排水等の浸入により、ハニカムパネル９での吸音効果
が低下することを防ぐことができる。そして、車両１が
軌道２を移動することにより、車両１とレール８との振
動により発生した音が、車両用防音装置５ｄの空気室１
３に入り、ヘルムホルツ共鳴器の原理により、吸音さ
れ、軌道２の外部に放射される走行騒音の低減及び軌道
２の表面で反射して車両１の床下から車両１内に走行騒
音が侵入することを防ぐことができる。

【００２７】図１２に、本発明の防音装置を鉄道の防音
壁に適用した実施例において、軌道の断面図を示す。図
１３は図１２の防音壁部分の拡大断面図である。図１２
及び図１３に示すように、軌道２の外側に車両１の移動
方向に沿って、車両用防音装置５ｅを設置する。この車
両用防音装置５ｅは、図３に示したハニカムパネル９の
芯材１２を鉛直方向に設置した面板１０及び１１に対し
て斜め方向になるように構成したもので、芯材１２が騒
音源である車両走行面側の面板１０側に傾斜するように
する。また、表面板１０に設けた共鳴孔１４も同様に騒
音源である車両走行面側に傾斜するようにする。このこ
とにより、車両１が高速でレール８上を移動する際に発
せられる、車輪７とレール８の振動による転動音や車両
１の下回りからの走行騒音の防音壁に対する反射音を効
果的に吸音することができ、また雨水等の浸入を防ぐこ
とができるので、吸音効果の低下を防ぐことができる。
また、ハニカムパネル９の空気室１３の体積及び共鳴孔
１４の大きさ、数を吸音したい周波数に合わせて選択す
ることにより、広範囲の周波数領域の走行騒音を吸音す
ることができる。このように車両用防音装置５ｅを軽合
金製のハニカム材の積層材で構成することにより、省ス
ペースで、かつ、軽量でありながら、車両１の移動に伴
う風圧や振動等の外力に対して、十分に耐えうる強度を
もつ。したがって、従来、軌道構造上、防音壁の設置が
無理であった既存の施設に対しても、適用が可能であ
り、十分な騒音低減を図ることができる。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、車両が高速で移動する
ときに、車両表面で発生する圧力変動を低減することに
より、車両の走行騒音の発生を抑制し、また簡単な構成
で広い周波数にわたって吸音できるので、車両側と地上
設備側の両方で吸音することにより、風切り音等、騒音
を効率的に低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す車両用防音装置の説明
図。

【図２】図１のＡ−Ａ部断面図。

【図３】本発明の一実施例である車両用防音装置の吸音
構造の分解斜視図。

【図４】図３の拡大断面図。

【図５】車両が高速で移動するときの騒音レベルと周波
数の関係の一例を示す特性図。

【図６】本発明の車両用防音装置を用いた時の騒音レベ
ルと周波数の関係の一例を示す図。

【図７】本発明の一実施例である車両用防音装置を鉄道
車両の屋根面に適用した時の斜視図。

【図８】図７のＢ−Ｂ部断面図。

【図９】本発明の一実施例であるトンネル用防音装置を
鉄道のトンネル構造に適用した時の断面図。

【図１０】本発明の一実施例である防音装置を軌道表面
に適用した時の斜視図。

【図１１】図１０のＣ−Ｃ断面図。

【図１２】本発明の一実施例である防音装置を防音壁に
適用した時の断面図。

【図１３】図１２の防音壁部分の拡大断面図。

【符号の説明】

１…車両、２…軌道、４…車両表面、５ａ…車両用防音
装置、７…車輪、８…レール、１０…表面板、１３…空
気室、１４…共鳴孔。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ▲廣▼瀬進山口県下松市東豊井794番地株式会社日立製作所笠戸工場内 (72)発明者飯田明由茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】移動する車両において、前記車両の表面の
うち圧力変動の高い部分の表面板をハニカム材からなる
積層板より構成し、前記積層板の外側表面に前記ハニカ
ム材の空気室と連通する小孔を設けたことを特徴とする
車両用防音装置。