JPWO2020036031A1 - 区画部材、乗物、及び電子機器 - Google Patents
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Abstract
Description
また特許文献3(特に、特許文献3の段落0045)に示されているように、振動体の共鳴周波数より高周波側において遮音性を高めることはできているが、共鳴周波数と同じ周波数、あるいは、より低周波側では、遮音性を高めることができていない。
つまり、本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、防音構造体の音の吸収率が極大となる周波数との関係に基づき、好適な周波数で遮音効果を得ることが可能な区画部材、並びに、その区画部材を有する乗物及び電子機器を提供することを目的とする。
(fr−fs)∝t−1.6±0.4 (1)
(fr−fs)∝H−0.5±0.2 (2)
また、上記の区画部材において、貫通空間は、表面部に形成された貫通孔であり、貫通孔の直径又は円相当直径が、表面部と背面部と連結部とに囲まれた背面空間の厚みよりも大きいと、好適である。
また、上記の区画部材において、防音構造体は、同径の貫通孔が複数形成された一枚の表面板を有し、複数種類のヘルムホルツ共鳴体の各々は、表面板のうち、貫通孔が少なくとも一つ形成された部分を表面部として構成されており、少なくとも二つ以上のヘルムホルツ共鳴体の間では、表面部と背面部と連結部とに囲まれた背面空間の体積が異なっていると、好適である。
また、上記の区画部材において、表面部と背面部と連結部とに囲まれた背面空間の内部、若しくは、防音構造体の外表面のうちの少なくとも一部分に多孔質吸音体が設けられていると、好適である。
また、上記の区画部材において、防音構造体は、表面部が音源側を向いた状態で配置されていると、好適である。
なお、本明細書において、「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
本発明の区画部材は、二つの空間を区画する区画部材であって、二つの空間の一方側にある音源から発せられた騒音を低減する防音構造体を備える。防音構造体は、貫通空間が設けられた表面部と、表面部とは間隔を空けて配置された背面部と、表面部及び背面部に固定されて表面部及び背面部を連結する連結部と、を有し、音源から発せられた騒音を遮音する。また、防音構造体による遮音量が極大となる周波数fsは、防音構造体の音の吸収率が極大となる周波数frよりも低い。そして、表面部及び背面部の各々の厚み、並びに背面部の硬さなどが、周波数差分である(fr−fs)に応じて設定されている。
以上のように構成された本発明の区画部材では、その区画部材に備えられた防音構造体の音の吸収率が極大となる周波数との関係に基づき、好適な周波数で遮音効果が得られる。
音源を無響室内、半無響室内、若しくはウレタン等の吸音体で囲まれた空間内に配置する。このように音源周辺に吸音体を配置することで、部屋及び測定系の反射干渉による影響を排除することができる。その上で、音源から音を発生させ、音源から離れた位置から上記の音をマイクで集音して測定し、その周波数情報を取得する。音源とマイクとの距離については、音源及び測定系のサイズに応じて適宜選択できるが、約30cm以上離れていることが望ましい。
なお、防音構造体20が区画部材10の表面の少なくとも一部分を構成しており、図1に図示の構成では、縁部を除き、区画部材10の表面の略全面を構成している。ただし、これに限定されるものではなく、区画部材10の表面の一部分(例えば、中央部分)が防音構造体20によって構成されてもよい。また、区画部材10の外表面に防音構造体20が取り付けられてもよく、あるいは、区画部材10の内部に防音構造体20が配置されてもよい。
なお、建物用の間仕切りとしては、壁、ドア、パーテーション及び衝立、シャッター、床、及び天井等が挙げられる。
なお、電子機器としては、空調機(エアコン)、エアコン室外機、給湯器、換気扇、冷蔵庫、掃除機、空気清浄機、扇風機、食洗機、電子レンジ、洗濯機、テレビ、携帯電話、スマートフォン、及びプリンター等の家庭用電気機器;複写機、プロジェクター、デスクトップPC(パーソナルコンピューター)、ノートPC、モニター、及びシュレッダー等のオフィス機器;サーバー及びスーパーコンピューター等の大電力を使用するコンピューター機器;恒温槽、環境試験機、乾燥機、超音波洗浄機、遠心分離機、洗浄機、スピンコーター、バーコーター、及び搬送機等の科学実験機器が挙げられる。
なお、乗物としては、電動の自動車(バス又はタクシー等を含む)、電車、航空機器(飛行機、戦闘機又はヘリコプター等)、船舶、航空宇宙機器(ロケット等)、及びパーソナルモビリティー等が挙げられる。特に、ハイブリッド自動車及び電気自動車、PHV(Plug−in Hybrid Vehicle)においては、内部に搭載されるモータ及びパワーコントロールユニット(インバータ及びバッテリ電圧昇圧ユニット等を含む)などに起因する特有の騒音が車室内で聞こえることが問題となる。
本発明の区画部材10が有する防音構造体(以下、防音構造体20)について、図2及び図3を参照しながら説明する。図3は、防音構造体20の斜視図である。なお、防音構造体20の内部を図示するため、図3に図示の防音構造体20の一部(具体的には、図中、右下隅の角部)については、表面部24が取り外された状態で図示している。
共鳴周波数f=c/2π×√(S/(V×L1))
c:音速、S:貫通孔の断面積、V:容器の内部体積、
L1:貫通孔の長さ+開口端補正距離
ヘルムホルツ共鳴構造のメカニズムについて説明すると、背面体積内での熱力学的な断熱圧縮膨張がバネとして機能し、貫通孔内の空気がマスとして機能する結果、特定の周波数(共鳴周波数)の音に共鳴する。なお、ヘルムホルツ共鳴構造を音響等価回路モデルで表すと、前者がコンダクタンスC、後者がインダクタンスLとなり、LC直列共振回路となる。
防音構造体20では、表面部24と背面部30と連結部32とがヘルムホルツ共鳴体22を構成しており、貫通空間26の内部にある空気がバネとして働いて、特定の周波数(共鳴周波数)の音に共鳴する。そして、貫通空間26付近の空気が振動する際、共鳴周波数の音波と貫通空間26の内壁との摩擦熱によってエネルギーロスが生じることにより、音の吸収が生じる。
ちなみに、防音構造体20各部の厚み、すなわち、各ヘルムホルツ共鳴体における表面部24、背面部30及び連結部32の各々の厚みについては、厚みが略均一である場合には、ノギス、顕微鏡、光学干渉及びレーザー変位計等、様々な一般的な測定手法にて測定することができる。他方、厚みが不均一である場合には、その面内各部の厚みの平均値を代表的な厚みとして定義する。例えば、段差がある材料の厚みを測定する場合等においては、各部分の厚みをノギスで測定して、各厚みを有する面のそれぞれの面積にて厚みを重み付けして平均値を求めればよい。また、より複雑な形状の材料について厚みを測定する場合には、物体の光学透過率に光源波長を合わせて(測定用の光の波長を測定対象材料の構造等に応じて調整して)、レーザー干渉法又は光学干渉法に従って容易に測定することが可能である。また、二次元高速寸法測定器(例えば、キーエンス社 TM-3000シリーズ)のような面内の複数個所の厚みを測定する機器を用いれば、平均の厚みを容易に求めることができる。
なお、各表面部24が個々に分離している場合、各表面部24の厚みがヘルムホルツ共鳴体22の間で揃っていてもよく、あるいは、少なくとも二つのヘルムホルツ共鳴体22の間で表面部24の厚みが異なっていてもよい。
なお、連結部32が個々に分離している場合において、各連結部32の厚み(高さ)がヘルムホルツ共鳴体22の間で揃っていてもよく、あるいは、少なくとも二つのヘルムホルツ共鳴体22の間で連結部32の厚みが異なっていてもよい。
複数種類のヘルムホルツ共鳴体22によって構成された防音構造体20(例えば、図7に図示の防音構造体20)では、各種類のヘルムホルツ共鳴体22では、表面板42のうち、貫通孔が少なくとも一つ形成された部分が表面部24を構成している。また、互いに種類が異なるヘルムホルツ共鳴体22の間では、背面空間40の体積が異なる。このような構成であれば、各種類のヘルムホルツ共鳴体22において共鳴周波数が異なるので、複数の周波数帯域にて騒音を吸収することが可能となる。
なお、ヘルムホルツ共鳴体22の各部(表面部24、背面部30及び連結部32)が互いに別体をなす場合には限定されず、例えば、表面部24及び背面部30の一方又は両方が連結部32と一体成型されて一体化してもよい。
図8は、防音構造体20の変形例を示す図であり、背面空間40内に多孔質吸音体50が配置された構成を示す断面図である。
また、多孔質吸音体50の流れ抵抗σ1には特に限定はないが、1000〜100000(Pa・s/m2)が好ましく、5000〜80000(Pa・s/m2)がより好ましく、10000〜50000(Pa・s/m2)がさらに好ましい。なお、多孔質吸音体50の流れ抵抗σ1は、1cm厚の多孔質吸音体の垂直入射吸音率を測定し、Mikiモデル(J. Acoust. Soc. Jpn., 11(1) pp.19−24 (1990))でフィッティングすることで評価することができる。または、「ISO 9053」に従って多孔質吸音体50の流れ抵抗σ1を評価してもよい。
また、騒音を遮音する(厳密には、音を打ち消す)ことが可能な防音構造体としては、前述の特許文献1乃至3に記載された共鳴構造体が挙げられるが、これらは、極大共鳴周波数よりも高い周波数において騒音を打ち消す。したがって、特許文献1乃至3に記載の共鳴構造体を用いて低周波側で遮音する場合、極大共鳴周波数をより低い周波数に設定する必要があり、そのために共鳴構造体が大型化、及び重量化することになる。
また、特許文献1乃至3に記載の共鳴構造体では、極大共鳴周波数から離れた周波数帯域で音を打ち消すため、遮音効果と同時に、極大共鳴周波数での吸音効果を得ることが困難である。
なお、本発明の防音構造体20を構成するヘルムホルツ共鳴体22では、極大遮音周波数が極大共鳴周波数よりも低い周波数帯域に存在する傾向にある(例えば、図38及び図39参照)。これにより、より低周波側で騒音を遮音する防音構造体を実現するにあたり、極大共鳴周波数をより高周波側に設計することができるので、より小型で軽量な防音構造体を実現することが可能となる。
また、極大遮音周波数をfsとし、極大共鳴周波数をfrとしたとき、小型で軽量化された構造体にて低周波の騒音を遮音する上では、両者の周波数差分である(fr−fs)を150Hz以上とすればよく、より好ましくは500Hz以上にするとよい。
さらに、背面部30の厚みは、表面部24の厚みよりも小さい方が好ましく、これにより、極大遮音周波数をより低周波数側にシフトすることができる。
なお、上記の振動が極大共鳴周波数よりも高周波の振動となる場合には、背面部30各部が全体として同方向に変位するため、騒音に対する遮蔽性が低下し、ヘルムホルツ共鳴による音場増強が生じている分だけ、板単体のみの構成よりも遮蔽性が劣ってしまう。
(fr−fs)∝t−1.6±0.4 (1)
上記の関係式(1)に基づいて背面部30の厚みtを設定すれば、極大遮音周波数fsを所望の周波数帯域に設定することが可能となる。
(fr−fs)∝H−0.5±0.2 (2)
上記の関係式(2)に基づいて背面部30の硬さH、具体的にはヤング率及び厚み等を設定すれば、極大遮音周波数fsを所望の周波数帯域に設定することが可能となる。なお、背面部30のヤング率については、背面部30が単一の物質からなる場合には、その物質固有の値を用いればよく、あるいはヤング率を実際に測定して求めてもよい。ヤング率を測定する方法としては、具体的に引張試験、圧縮試験、ねじり試験、共振法、超音波パルス法、及び振子法等を利用することができる。
ヤング率が小さい場合、同じ硬さを得るためには厚みを大きくする必要があり、このときには同じ硬さを得る上で背面部30の質量が大きくなる傾向にある。これは、ヤング率の大きさは、物質に応じて3〜4桁程度異なるが、密度は、物質間でより近い値となるためである。したがって、ヤング率については、ある程度以上大きい値である方が望ましい。
すなわち、ヤング率は、1MPa以上であることが望ましく、100MPa以上であることがより望ましく、1000MPa(1GPa)以上であることが特に望ましい。
一方、背面部30が薄くなりすぎると破け易く取り扱い難くなり、また、非線形振動が生じ易くなるために音が通過し易くなる場合がある。ここで、上述した硬さHの式により、ヤング率が大きすぎる場合には、厚みがより小さいことが求められる。このため、ヤング率については、ある程度以下になるように小さいことが望ましい。
すなわち、ヤング率は、1000GPa以下であることが望ましく、300GPa以下であることがより望ましい。
<防音構造体の作製>
ヘルムホルツ共鳴体である防音構造体を、背面部の厚みが2mmとなり、表面部の厚みが2mmとなり、背面空間の厚みが2mmとなり、表面部に形成された貫通孔の直径が6mmとなり、背面空間の開口形状が一辺20mmの正方形20mmとなり、且つ、全体として円筒形状となる条件で作製した。
具体的には、厚み2mmのアクリル板を準備し、レーザーカッターを用いて直径60mmの円形状に3枚切り出した。
3枚の円状アクリル板の各々は、表面部、背面部及び連結部として用いた。表面部として用いる厚さ2mmの円状アクリル板の中心には、直径6mmの貫通孔を穿設した。連結部として用いる厚さ2mmの円状アクリル板は、その内側に一辺20mm角の正方形状の開口部が設けられるように加工した。そして、後述の音響管測定に内径40mm、外径60mmの音響管を用いるため、それと同じ外径になるように各円状アクリル板を加工した。これにより、表1に示す表面部、連結部及び背面部が得られた。上記の部品を順に両面テープで貼り合わせることによって、ヘルムホルツ共鳴体である防音構造体を作製した。
表面部に貫通孔が設けられていない点を除き、実施例1と同様の手順により、比較例1の防音構造体を作製した。比較例1の防音構造体では、厚み2mm、直径60mmのアクリル板が二枚あり、板間に、一辺20mm角の正方形状で厚みが2mmである空間(背面空間)が設けられているが、上述のように貫通孔が設けられていない。
作製した実施例1及び比較例1の防音構造体について、表面部側から音を入射させる配置で音響管測定を行った。具体的には、「ASTM E2611-09: Standard Test Method for Measurement of Normal Incidence Sound Transmission of Acoustical Materials Based on the Transfer Matrix Method」に従い、4端子マイク(不図示)を用いた透過率と反射率の測定系を作製して評価を行った。音響管の内部直径は40mmとした。なお、これと同様の測定は、日本音響エンジニアリング製WinZacMTXを用いることができる。
その後、それぞれの測定において得られた透過率から透過損失を求め、また、(1−透過率−反射率)である吸収率を求めた。
作製した実施例1の防音構造体について求めた吸収率を図10に示す。図10に示すように、作製した防音構造体では、ヘルムホルツ共鳴による高い吸収のピークが3900Hz付近にあることが分かる。
また、実施例1と比較例1の各々について求めた透過損失の差分を図11に示す。図11に示すように、ヘルムホルツ共鳴の極大共鳴周波数付近に透過損失のピークが存在することが分かる。
以上のように、実施例1のヘルムホルツ共鳴構造を用いることにより、極大共鳴周波数において高い吸収効果が得られ、さらに、極大共鳴周波数付近にて高い透過損失を得ることができる。
<防音構造体の作製>
表面部、連結部及び背面部を表2のように変更した点を除き、実施例1と同様の手順により、実施例2〜4の防音構造体を作製した。
また、表面部に貫通孔が設けられていない点を除き、実施例2〜4と同様の構造となった比較例2〜4の防音構造体を作製した。
実施例1と同様の方法を用いて、実施例2〜4及び比較例の各々について、透過損失及び音の吸収率を求めた。
実施例2では、図12に示すように、吸収率のピーク周波数(極大共鳴周波数)よりも低周波側に透過損失のピーク周波数(極大遮音周波数)が存在していることが分かる。ここで、二つのピーク周波数の差分は1000Hzであり、吸収率のピーク周波数より大きく低周波側にシフトした位置に透過損失のピーク周波数が現れることが分かった。また、実施例2と比較例2について透過損失を比較した結果を図13に示す。なお、図13では、実線が実施例2の透過損失を、破線が比較例2の透過損失を示している。図13において矢印にて示した箇所付近では、貫通孔を空けて質量が小さくなっている実施例2の方が、比較例2より大きな透過損失を得ることができている。以上のように、背面部が比較的薄い構成であれば、低周波側にてより大きな透過損失を得ることが可能である。
また、実施例3について求めた透過損失及び吸収率を図14に、実施例3の透過損失と比較例3の透過損失との比較結果を図15に、それぞれ示す。これらの図から分かるように、実施例3では、吸収率のピーク周波数(極大共鳴周波数)よりも低周波側に透過損失のピーク周波数(極大遮音周波数)が存在し、両ピーク周波数の差分が400Hzであることが分かった。また、実施例3でも、貫通孔のない比較例3よりも大きな透過損失を有する領域(図15中の矢印部分)があることが分かった。
また、実施例4について求めた透過損失及び吸収率を図16に、実施例4の透過損失と比較例4の透過損失との比較結果を図17に、それぞれ示す。これらの図から分かるように、実施例4では、背面部の厚みをより厚くしたことにより、吸収のピーク周波数(極大共鳴周波数)と透過損失のピーク周波数(極大遮音周波数)とが非常に近くなり、両周波数の差分が100Hzまで小さくなる。つまり、実施例4の防音構造体によれば、高い吸収(吸音)と高い遮音とを両立することができる。また、吸収ピーク周波数(図17の矢印箇所)の付近では、実施例4の方が、貫通孔が設けられてない比較例4に比べて、より大きな遮音効果が得られている。つまり、実施例4は、吸収ピーク周波数から低周波側の領域にかけて高い遮音性を有することが分かった。
背面部の厚みの変化が本発明の防音構造体の遮音性に及ぼす影響を検討するために、背面部の厚みを変えたときの透過損失ピークの変化を、有限要素法シミュレーションCOMSOLver.5.3aを用いてシミュレーションした。シミュレーションの条件について説明すると、表面部を厚み2mmのアクリル製の板とし、貫通孔の直径を6mmとした。また、背面部を直径20mmの板とし、背面空間の厚みを2mmとし、連結部であるフレームの高さ(厚み)を3mmとした。背面部の厚みについては、0.5mm〜2.0mmまで0.1mmずつ変化させ、それとは別に、2mm〜6mmまで0.5mmずつ変化させた。
計算は、2次元軸対称モデルで円筒形のヘルムホルツ共鳴体をモデル化し、ヘルムホルツ共鳴体の貫通孔側から平面波を入射し、透過率と反射率を求め、(1−透過率−反射率)から吸収率を算出した。なお、ヘルムホルツ共鳴体の貫通孔部分に熱粘性抵抗物理モデルを適用して摩擦による音の吸収効果についても、計算中に取り込んだ。アクリル部材からなる部分については構造力学モデルとし、空気部分については音響モデルとして、さらに、上記の熱粘性抵抗物理モデル部分も含めて、音響と振動とを連成して解析を用いた計算を行った。
図19に示すように、連結部と背面部の他の部位(連結部から離れた部位)との間で変位方向が逆方向になっていることが分かる。これは、背面部から放射される音のうち、連結部の位置からの音と他の部位からの音とが、互いに位相が反対となるために、打ち消し合っていることを示す。一方、図20に示すケースでは、互いに位相が同方向であるため、背面部から放射される音(透過波)が強め合うようになり、この場合の遮音性能は、貫通孔がない構造よりも低下する。以上のように、表面部に連結部を通じて接続(固定)された背面部上の位相変化が、背面部からの放射音(透過波)に影響していることが分かった。
一方、透過損失にはピーク(極大値)が存在し、そのピーク周波数(極大遮音周波数)は、図21に示すように、背面部が薄くなるほど低周波側にシフトすることが分かる。その極大遮音周波数では、薄い背面部であっても、より厚い背面部よりも大きな透過損失が得られる。
ヘルムホルツ共鳴体から連結部を除いた構造の透過損失についてシミュレーションした。シミュレーションの手法及び条件については、シミュレーション1と同様である。
平面状に配置された複数のヘルムホルツ共鳴体(防音セル)の各々において、貫通孔を有する表面部と背面部とが距離をあけて配置されている一方で連結部によって連結されていない構造は、例えば、建材分野等で利用される孔空き吸音板でよく見受けられる。
以上のように、大きな遮音効果を得るには、ヘルムホルツ共鳴体において表面部及び背面部の双方が連結部に固定接続されている必要がある。
表面部の貫通孔の直径を6mmから4mmに変更したモデルを作成し、シミュレーション1と同様の手法によって有限要素法計算を行った。本シミュレーションは、ヘルムホルツ共鳴体の貫通孔の直径を小さくすることで吸収ピーク周波数(極大共鳴周波数)が低周波側にシフトした状況を想定している。具体的に説明すると、極大共鳴周波数が3445Hzとなり、それよりも低周波側に透過損失のピークが現れた。
透過損失のピーク周波数(極大遮音周波数)と背面部の厚みとの対応関係を図27に示す。背面部の厚みを変化させたときの、極大遮音周波数と極大共鳴周波数との差分を図28に示す。背面部の硬さを変化させたときの、極大遮音周波数と極大共鳴周波数との差分を図29に示す。
なお、シミュレーション3の結果とシミュレーション1の結果と比較すると分かるように、種類が異なるヘルムホルツ共鳴体であるにもかかわらず、背面部の厚み及び硬さに対する周波数差分の依存性は、ほぼ同一となることが分かった。
背面空間の厚みを2mmから3mmに変更したモデルを作成し、シミュレーション1と同様の手法によって有限要素法計算を行った。本シミュレーションは、ヘルムホルツ共鳴体の背面空間の体積を大きくすることで極大共鳴周波数(吸収ピーク周波数)が低周波側にシフトした状況を想定している。具体的に説明すると、極大共鳴周波数が4015Hzとなり、それよりも低周波側に透過損失のピークが現れた。
透過損失のピーク周波数(極大遮音周波数)と背面部の厚みとの対応関係を図30に示す。背面部の厚みを変化させたときの、極大遮音周波数と極大共鳴周波数との差分を図31に示す。背面部の硬さを変化させたときの、極大遮音周波数と極大共鳴周波数との差分を図32に示す。
なお、シミュレーション1、3及び4のそれぞれの結果を比較すると分かるように、種類が異なるヘルムホルツ共鳴体であるにもかかわらず、背面部の厚み及び硬さに対する周波数差分の依存性は、ほぼ同一であることが分かった。
表面部の厚みを変更し、背面部の硬さを段階的に変更した点を除き、シミュレーション1と同様のシミュレーションを行った。表面部の厚みが1mmである場合には、図33に示すように、ヘルムホルツ共鳴体の吸収ピーク周波数(極大共鳴周波数)が5140Hzとなる。なお、図33には、表面部に貫通孔があるヘルムホルツ共鳴体の透過損失(実線)とともに、貫通孔がない構造の透過損失(破線)が図示されている。シミュレーション1と同様、表面部に貫通孔が形成されたヘルムホルツ共鳴体では、表面部に貫通孔が形成されていない構成に対し、極大共鳴周波数よりも低周波側で大きな遮音効果を得られることが分かった。
また、図34及び図35に示すように、表面部の厚みが1mmであるときにも、極大遮音周波数と極大共鳴周波数との差分は、シミュレーション3と同様、背面部の厚み及び硬さに対して相関性を示す。つまり、表面部をより薄くした場合にも、周波数差分に関して上記の相関関係が見出されることが分かった。図34に示すケースでは、周波数差分が背面部の厚みに対して−1.29乗に従って低周波側にシフトし、図35に示すケースでは、周波数差分が背面部の硬さに対して−0.43乗に従ってシフトすることが分かった。
なお、上述の傾向は、図36及び図37に示すように、表面部の厚みが3mmである場合にも確認された。図37に示すケースでは、周波数差分が背面部の厚みに対して−1.987乗に従って低周波側にシフトすることが分かった。
次に、実施例1で作製した構造と同じ構造の防音構造体について、シミュレーション1と同様手法及び条件にて、有限要素法シミュレーションCOMSOLver5.3aを用いたシミュレーションを行った。また、シミュレーションの条件として、アクリル板のヤング率、密度及びポアソン比を材料パラメータとして代入し、2次元軸対称モデルで円筒形のヘルムホルツ共鳴体をモデル化した(CADモデルを作成した)。そして、貫通孔部分を熱粘性抵抗物理モデルとし、アクリル板部分を構造力学モデルとし、他の空気部分を音響モデルとして、それぞれのフィジクス(音響と振動)を連成して計算を行った。
次に、シミュレーション6と同一のシミュレーションモデルを用いて、背面空間の厚みを1mmから6mmまで1mmずつ変化させて、シミュレーション5と同様のシミュレーションを行った。それぞれの背面空間の厚みについて、貫通孔がない構造の透過損失との差分を図40に示す。図40に示すように、背面空間の厚みが大きくなるほど、ヘルムホルツ共鳴体における背面空間の体積が大きくなるため、吸収のピーク周波数(極大共鳴周波数)が低周波側にシフトする。また、極大共鳴周波数のシフト(変化)に応じて、透過損失のピーク周波数、すなわち極大遮音周波数も低周波側にシフトする傾向が見られた。つまり、遮音量(透過損失)は、ヘルムホルツ共鳴体の体積(具体的には背面空間の体積)に依らず、一般的に極大共鳴周波数付近で極大となる傾向にあることが分かった。
次に、シミュレーション6と同一のシミュレーションモデルを用いて、貫通孔の直径を2mmから10mmまで2mmずつ変化させて、シミュレーション5と同様のシミュレーションを行った。それぞれの貫通孔の直径について、貫通孔がない構造の透過損失との差分を図41に示す。図41に示すように、貫通孔の直径が大きくなるほど、吸収のピーク周波数(極大共鳴周波数)が高周波側にシフトする。また、吸収のピーク周波数のシフトに応じて、透過損失のピーク周波数(極大遮音周波数)も高周波側にシフトする傾向が見られた。つまり、遮音量(透過損失)は、ヘルムホルツ共鳴体における貫通孔の直径に依らず、一般的に極大共鳴周波数付近で極大となる傾向にあることが分かった。
次に、シミュレーション1のモデルにおいて表面部の厚みを1〜3mmの間で変化させてシミュレーションし、音の吸収ピークと遮音ピークとが近くなる条件、すなわち、遮音と吸収(吸音)を両立できる条件を検討した。シミュレーションの結果については、図42に示すように、表面部の厚みが1mmである場合は、背面部の厚みを厚くしても、極大共鳴周波数と極大遮音周波数との差分が400Hz程度残る。これに対して、表面部の厚みを2mm以上にすることで、周波数差分が十分に小さくなる。すなわち、表面部の厚みを2mm以上とすることが、遮音と吸収(吸音)を両立するための条件であることが分かった。図42は、表面部及び背面部の各々の厚みを変化させて、極大遮音周波数と極大共鳴周波数との差分をシミュレーションしたときの結果を示す。なお、図42中のグラフのうち、条件1のグラフは、貫通孔の直径が6mmで表面部の厚みが1mmであるときの周波数差分を示し、条件2のグラフは、貫通孔の直径が6mmで表面部の厚みが2mmであるときの周波数差分を示し、条件3のグラフは、貫通孔の直径が4mmで表面部の厚みが2mmであるときの周波数差分を示し、条件4のグラフは、貫通孔の直径が6mmで表面部の厚みが2mmで背面空間の厚みが3mmであるときの周波数差分を示し、条件5のグラフは、貫通孔の直径が6mmで表面部の厚みが3mmであるときの周波数差分を示している。
また、図43に、図42のシミュレーション結果を背面空間の厚み(背面距離)で微分して得られるグラフを示した。微分量について説明すると、背面部の厚みをdi(iは整数)とし、極大遮音周波数と極大共鳴周波数との差分をΔf(di)としたときに、厚みd1からd2まで変化させた場合の微分量は、(Δf(d2)−Δf(d1))/(d2−d1)として決めることができる。すなわち、図43が示すグラフは、背面空間の厚みが変化した場合の極大遮音周波数と極大共鳴周波数の差分についての変化量を示している。図43から分かるように、どのような条件においても背面部の厚みが約2mm以上となると、周波数差分がほぼ変化しないことが分かる。さらに、図42に図示のシミュレーション結果と合わせて考えると、表面部を2mm以上とし、背面部の厚みを2mm以上とすると、各々の厚みにはほぼ依存せずに、安定して遮音と吸収(吸音)との両立が可能であることが明らかになった。
20 防音構造体
22 ヘルムホルツ共鳴体
24 表面部
26 貫通空間
28 表面板
30 背面部
32 連結部
34 開口部
40 背面空間
42 表面板
50 多孔質吸音体
Claims (17)
- 二つの空間の一方側にある音源から発せられた騒音を低減する防音構造体を備え、前記二つの空間を区画する区画部材であって、
前記防音構造体は、
貫通空間が設けられた表面部と、
前記表面部とは間隔を空けて配置された背面部と、
前記表面部及び前記背面部に固定されて前記表面部及び前記背面部を連結する連結部と、を有し、前記音源から発せられた騒音を遮音し、
前記防音構造体による遮音量が極大となる周波数fsは、前記防音構造体の音の吸収率が極大となる周波数frよりも低く、
前記防音構造体の構造に関する値が、周波数差分である(fr−fs)に応じて設定されていることを特徴とする区画部材。 - 前記表面部と前記背面部と前記連結部とがヘルムホルツ共鳴体を構成し、
前記ヘルムホルツ共鳴体の共鳴周波数のうち、音の吸収率が極大となる極大共鳴周波数が前記防音構造体の音の吸収率が極大となる周波数frである請求項1に記載の区画部材。 - 前記背面部の厚みt(mm)は、下記の関係式(1)を満たすように設定されている請求項2に記載の区画部材。
(fr−fs)∝t−1.6±0.4 (1) - 前記背面部のヤング率をE(Pa)とし、前記背面部の厚みをt(mm)としたとき、前記背面部の硬さHは、E×t3となり、且つ、下記の関係式(2)を満たすように設定されている請求項2又は3に記載の区画部材。
(fr−fs)∝H−0.5±0.2 (2) - 前記表面部の厚みが2mm以上に設定されている請求項2乃至4のいずれか一項に記載の区画部材。
- 前記背面部の厚みが2mm以上に設定されている請求項5に記載の区画部材。
- 前記背面部の厚みが2mm以下に設定されている請求項2乃至4のいずれか一項に記載の区画部材。
- 前記背面部の厚みが前記表面部の厚みよりも小さい請求項7に記載の区画部材。
- 前記背面部の一部が、発泡材料、独立気泡発泡材料、中空材料及び多孔質材料のうちの少なくとも一つから構成された空気を含む構造体である請求項1乃至8のいずれか一項に記載の区画部材。
- 前記貫通空間は、前記表面部に形成された貫通孔であり、
前記貫通孔の直径又は円相当直径が、前記表面部と前記背面部と前記連結部とに囲まれた背面空間の厚みよりも大きい請求項1乃至9のいずれか一項に記載の区画部材。 - 前記防音構造体は、複数種類の前記ヘルムホルツ共鳴体によって構成されている請求項2に記載の区画部材。
- 前記防音構造体は、同径の貫通孔が複数形成された一枚の表面板を有し、
複数種類の前記ヘルムホルツ共鳴体の各々において、前記表面板のうち、前記貫通孔が少なくとも一つ形成された部分が前記表面部を構成しており、
少なくとも二つ以上の前記ヘルムホルツ共鳴体の間では、前記表面部と前記背面部と前記連結部とに囲まれた背面空間の体積が異なっている請求項11に記載の区画部材。 - 前記防音構造体の各部の厚みの平均値が10mm以下である請求項1乃至12のいずれか一項に記載の区画部材。
- 前記表面部と前記背面部と前記連結部とに囲まれた背面空間の内部、若しくは、前記防音構造体の外表面のうちの少なくとも一部分に多孔質吸音体が設けられている請求項1乃至13のいずれか一項に記載の区画部材。
- 前記防音構造体は、前記表面部が前記音源側を向いた状態で配置されている請求項1乃至14のいずれか一項に記載の区画部材。
- 請求項1乃至15のいずれか一項に記載の区画部材が、モータ、インバータ、エンジン、及びタイヤのうちの少なくとも一方の機器が配置された空間と、乗員が乗る空間と、の間に配置されていることを特徴とする乗物。
- 筐体内に前記音源を備え、且つ、請求項1乃至15のいずれか一項に記載の区画部材が前記筐体のうちの少なくとも一部分、又は、前記筐体内に配置されていることを特徴とする電子機器。
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