WO2012144078A1 - 防音装置 - Google Patents

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helmholtz resonator
soundproofing
cavity
sound
frequency
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Inventor
浩士 武川
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トヨタ自動車株式会社
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60RVEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R13/00Elements for body-finishing, identifying, or decorating; Arrangements or adaptations for advertising purposes
    • B60R13/08Insulating elements, e.g. for sound insulation

Definitions

  • the present invention relates to a soundproofing device using Helmholtz resonance.
  • the vehicle soundproofing device described in Patent Document 1 is that.
  • the vehicle soundproofing device of Patent Document 1 includes a Helmholtz resonator in which a hollow and a tubular opening hole that allows a part of the hollow to communicate with the outside are formed.
  • the Helmholtz resonator is, for example, a sound source such as an engine. It is installed with the posture that opened toward the. That is, a sound source that is a soundproofing object is not provided in the Helmholtz resonator.
  • FIGS. 13 and 14 are diagrams in which this is modeled.
  • FIG. 13 is a diagram showing the positional relationship between a Helmholtz resonator and a sound source in a conventional soundproofing device.
  • FIG. 14 is a diagram for explaining the soundproofing effect produced by the Helmholtz resonator of FIG.
  • the Helmholtz resonator 710 is formed with a cavity 712 and a straight tubular opening hole 714 that allows a part of the cavity 712 to communicate with the outside.
  • the opening hole 714 opens toward the sound source 716.
  • a radiated sound is propagated to the Helmholtz resonator 710 from a sound source 716 installed outside as indicated by an arrow AR701.
  • the air 718 in the opening hole 714 functions as the mass Mc of the spring mass model
  • the air 720 in the cavity 712 is the mass. It functions as a spring Kc that connects Mc and the fixed end, and the air 718 and air 720 constitute a one-degree-of-freedom spring-mass vibration system.
  • the air 718 in the opening hole 714 that is, the mass Mc is vibrated by the sound emitted from the sound source 716 (arrow AR701). Therefore, the Helmholtz resonator 710 resonates at the natural frequency or resonance frequency of the spring mass model.
  • the air 718 in the opening hole 714 vibrates vigorously at the resonance frequency due to the radiated sound from the sound source 716. Be made. As a result, the vibration of the air 718 is converted into heat due to the viscous loss of the air, and the sound pressure is reduced.
  • the soundproof effect (sound absorption effect) is the resonance frequency. And only in a narrow frequency band near the resonance frequency.
  • the present invention has been made in the background of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a soundproofing device including a Helmholtz resonator capable of obtaining a soundproofing effect in a wider frequency band than in the past.
  • the gist of the first invention for achieving the above object is (a) a soundproofing device including a Helmholtz resonator in which a hollow and a tubular opening hole for communicating a part of the hollow with the outside are formed. (B) A soundproof object to be soundproofed by the Helmholtz resonator is provided in the cavity.
  • the radiated sound from the soundproofing object is a one-degree-of-freedom spring configured by air in the cavity as a spring and air in the opening hole as a mass connected to one end of the spring. In the mass vibration system, this corresponds to a displacement input that vibrates the other end of the spring. Then, the air (mass) in the opening hole is resonated at the natural frequency of the one-degree-of-freedom spring-mass vibration system, that is, the resonance frequency, by the sound radiated from the soundproof object.
  • the amplification factor decreases as the frequency is higher in the frequency band higher than the resonance frequency
  • the amplification factor is less than 0 dB. That is, due to the inertia of the air in the opening hole as the mass, the radiated sound from the soundproof object is difficult to propagate to the outside through the opening hole in a frequency band higher than the predetermined frequency. Therefore, the soundproofing effect can be obtained in a wider frequency band as compared with the conventional soundproofing device that can obtain the soundproofing effect only in the resonance frequency of the Helmholtz resonator and in a narrow frequency band near the resonance frequency.
  • the gist of the second invention is the soundproofing device of the first invention, wherein the soundproofing object is a sound source.
  • the Helmholtz resonator is partially open, a soundproof effect can be obtained in a wide frequency band higher than the predetermined frequency without confining the sound source in a sealed space. .
  • the gist of the third invention is the soundproofing device of the first invention or the second invention, wherein (a) the soundproofing device is a vehicle soundproofing device, and (b) the opening hole is the It is characterized by opening from the cavity in the direction opposite to the passenger compartment direction. In this way, the comfort of the passengers in the passenger compartment can be prevented from being impaired.
  • the Helmholtz resonator includes a sound source mounting member having the sound source attached to a surface thereof, a sound source mounting member that covers the sound source and is connected to the sound source mounting member, and a part of the cavity and the opening hole
  • the cavity includes a part of the surface of the sound source mounting member and an inner wall surface of the sound source cover member surrounding the sound source. It is configured. In this way, by attaching the sound source cover member to the sound source mounting member so as to cover the sound source, it is possible to effectively reduce the radiated sound from the sound source without sealing the sound source.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a one-degree-of-freedom spring / mass vibration system equivalent to a spring mass model formed by air in the Helmholtz resonator of FIG. 1 as a mass M1 and a spring K1.
  • 4 is a graph showing a frequency characteristic that is a relationship between an input frequency of a displacement input and an amplification factor for amplifying the displacement input in the one-degree-of-freedom spring-mass vibration system shown in FIG. 3.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the arrow VII-VII of the Helmholtz resonator viewed in the VII-VII direction in FIG. 6.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the arrow IX-IX of the Helmholtz resonator viewed in the IX-IX direction in FIG. 8.
  • FIG. 8 is a diagram corresponding to FIG. 7 and showing an example in which a sound source is provided outside the cavity, unlike FIG. FIG. 8 is a view corresponding to FIG. 7 and showing an example of a soundproofing device including a second member having a shape different from that of FIG. 7. It is the figure which showed the positional relationship of a Helmholtz resonator and a sound source in the conventional soundproofing apparatus. It is a figure for demonstrating the soundproof effect which the Helmholtz resonator of FIG. 13 show
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a model of a Helmholtz resonator 12 constituting a soundproofing device 10 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the soundproofing effect produced by the Helmholtz resonator 12. The principle that the soundproofing device 10 exhibits the soundproofing effect will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
  • the soundproofing device 10 includes a Helmholtz resonator 12.
  • the Helmholtz resonator 12 includes a cavity portion 16 in which a cavity 14 is formed, and an opening portion 20 in which a tubular opening hole 18 that allows a part of the cavity 14 to communicate with the outside is formed.
  • a sound source 24 that emits a radiated sound as indicated by an arrow AR01 is accommodated in the cavity. That is, the sound source 24 as a soundproof object to be soundproofed by the Helmholtz resonator 12 is provided in the cavity 14. In such a configuration, the radiated sound from the sound source 24 is propagated from the cavity 14 in the Helmholtz resonator 12 to the outside of the Helmholtz resonator 12 through the opening hole 18.
  • FIG. 3 shows a one-degree-of-freedom spring-mass vibration system equivalent to a spring-mass model formed by the airs 26, 28 in the Helmholtz resonator 12 as a mass M1 and a spring K1.
  • the sound radiated from the sound source 24 represented by the arrow AR01 in FIGS.
  • Such a one-degree-of-freedom spring / mass vibration system shown in FIG. 3 has a frequency characteristic as shown in FIG.
  • the frequency characteristics shown in FIG. 4 can be obtained experimentally by computer analysis, for example.
  • the one-degree-of-freedom spring-mass vibration system of FIG. 3 resonates at the natural frequency fh of the vibration system, that is, the resonance frequency (Helmholtz resonance frequency) fh of the Helmholtz resonator 12.
  • the vibration of the mass M1 is amplified with respect to the displacement input with the resonance frequency fh as a peak in a frequency band near the resonance frequency fh.
  • the amplification factor on the vertical axis in FIG. 4 falls below 0 dB in a frequency band higher than the boundary frequency f0, with the boundary frequency f0 being higher than the resonance frequency fh and the amplification factor being 0 dB.
  • the higher the displacement input frequency the smaller the amplification factor. That is, the vibration of the displacement input is hardly transmitted to the mass M1 in a frequency band higher than the boundary frequency f0. Therefore, as can be seen by applying the frequency characteristics of FIG. 4 to the Helmholtz resonator 12 of FIG.
  • the sound radiated from the sound source 24 is in the opening hole 18 in a frequency band higher than the boundary frequency f0. Since it is difficult to propagate to the air 26, it is difficult to propagate to the outside of the Helmholtz resonator 12 through the opening hole 18. This is an action caused by the inertia of the air 26 as the mass M1.
  • the soundproofing device 10 including the Helmholtz resonator 12 exhibits a soundproofing effect in a frequency band higher than the boundary frequency f0.
  • FIG. 5 is a diagram exemplifying a sounding portion 32 corresponding to the sound source 24 of FIG. 1 as the soundproofing target.
  • FIG. 6 is a view showing a soundproofing device 36 provided with a Helmholtz resonator 34 in which the sound generating portion 32 is accommodated.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line VII-VII of the Helmholtz resonator 34 viewed in the VII-VII direction in FIG.
  • the sound source 24 is the sound source 24 provided on a part of the surface 39 of the first member 38.
  • the sound source 32 shown in FIG. the first member 38 is a sound source mounting member in which the sound source 24 that is the sound generation part 32 is attached to the surface 39.
  • the sound generation part 32 is a part that emits a radiated sound and is not particularly limited, but is, for example, an electrical component such as a power transformer that emits a high-frequency sound.
  • the Helmholtz resonator 34 is the same as the Helmholtz resonator 12 shown in FIG. 1, and has a rectangular parallelepiped-shaped cavity 40 corresponding to the cavity 14 shown in FIG. 1 and a rectangular cross section corresponding to the opening hole 18 shown in FIG. An opening hole 44 is formed. Specifically, as shown in FIGS. 6 and 7, the Helmholtz resonator 34 is connected to the first member 38 so as to be removable by, for example, bolting, covering the sound generating portion 32 and the first member 38. And a second member 46. The second member 46 is formed with all of the opening holes 44 and a part of the cavity 40 formed by the cavity forming inner wall surface 48, and the second member 46 covers the sound source 24 that is the sound generation part 32.
  • the cavity 40 is constituted by a part of the surface 39 of the first member 38 and the cavity forming inner wall surface 48 of the second member 46 surrounding the sound generating portion 32,
  • the sound generation part 32 to be soundproofed is provided in the cavity 40 by bolting and connecting the second member 46 to the first member 38 as shown in FIGS.
  • the cavity 40 is a closed space that is not connected to the outside of the Helmholtz resonator 34 except for the opening hole 44 by the second member 46 being bolted and connected to the first member 38.
  • the axis of the opening hole 44 intersects the surface 39 of the first member 38. Specifically, they are orthogonal.
  • the first member 38 and the second member 46 constituting the Helmholtz resonator 34 are made of a material having high sound insulation performance such as iron, aluminum, ceramic, or plastic. Therefore, the radiated sound from the sound generating portion 32 hardly propagates to the outside of the Helmholtz resonator 34 through the wall of the Helmholtz resonator 34 constituted by the first member 38 and the second member 46, and the Helmholtz resonator. If it propagates to the outside of 34, it propagates exclusively from the cavity 40 through the inside of the opening hole 44 to the outside of the Helmholtz resonator 34.
  • S is the opening area perpendicular to the axial direction of the opening hole 44 as shown in FIG.
  • V is the volume of the cavity 40
  • L is the axial length of the opening hole 44
  • is a correction value determined according to the shape of the Helmholtz resonator 34, that is, an opening end correction coefficient, and is obtained experimentally.
  • the soundproofing device 36 of this embodiment has the following effects (A1) to (A3).
  • the soundproofing device 36 includes the Helmholtz resonator 34 in which the hollow 40 and the tubular opening hole 44 that allows a part of the hollow 40 to communicate with the outside are formed.
  • the sound generation part 32 is provided in the cavity 40 of the Helmholtz resonator 34. Therefore, the radiated sound from the sound generating portion 32 is generated in the air in the cavity 40 as the spring K1 (see FIG. 3) and in the opening hole 44 as the mass M1 (see FIG. 3) connected to one end of the spring K1. This corresponds to a displacement input that vibrates the input end Rin (see FIG.
  • the air (mass M1) in the opening hole 44 is resonated at the natural frequency fh of the one-degree-of-freedom spring-mass vibration system, that is, the resonance frequency fh, by the radiated sound from the sound generating portion 32.
  • the sound emitted from the sound generation region 32 is amplified and propagated from the opening hole 44 to the outside of the Helmholtz resonator 34 in the frequency band near the resonance frequency fh. In a higher frequency band, the higher the frequency, the lower the amplification factor.
  • the amplification factor is less than 0 dB. That is, due to the inertia of the air in the opening hole 44 serving as the mass M1, the radiated sound from the sound generating portion 32 is difficult to propagate to the outside from the opening hole 44 in a frequency band higher than the boundary frequency f0. Therefore, the soundproofing device 36 of the present embodiment has a wider frequency band than the conventional soundproofing device that can obtain a soundproofing effect only in the resonance frequency fh of the Helmholtz resonator 34 and in a narrow frequency band near the resonance frequency fh. The soundproofing effect can be obtained.
  • the soundproofing effect of the soundproofing device 36 is based on the same principle as that of a vibrationproof theory that regards the radiated sound from the sound generation part 32 as a kind of vibration and prevents the vibration, that is, due to resonance of the Helmholtz resonator 34.
  • This is an effect produced based on the fact that the frequency characteristics as shown in FIG. Therefore, in order to obtain the soundproofing effect, it is not necessary to convert the vibration of the air in the opening hole 44 into heat unlike the conventional soundproofing device using the Helmholtz resonator. Therefore, the soundproofing device 36 has an advantage that no sound absorbing material that exhibits excellent sound absorbing performance such as a porous material is required in order to obtain a soundproofing effect.
  • the sound generation part 32 is the sound source 24 provided on a part of the surface 39 of the first member 38. Accordingly, since a part of the Helmholtz resonator 34 is opened, a soundproofing effect can be obtained in a wide frequency band higher than the boundary frequency f0 without confining the sound source 24 in a sealed space. That is, as shown in FIG. 7, the soundproofing device 36 that accommodates the sound generation portion 32 that is the sound source 24 in the cavity 40 of the Helmholtz resonator 34 is particularly effective when the accommodation space of the sound source 24 cannot be a sealed space. Is.
  • the Helmholtz resonator 34 includes a first member 38 that is a sound source mounting member in which the sound source 24 that is the sound generation part 32 is attached to the surface 39, and the sound source 24 and covers the first member 38.
  • the second member 46 is a sound source cover member connected to the first member 38 and having a part of the cavity 40 and the entire opening hole 44 formed therein.
  • the cavity 40 of the Helmholtz resonator 34 is constituted by a part of the surface 39 of the first member 38 and the cavity forming inner wall surface 48 of the second member 46 surrounding the sound generating portion 32. Therefore, by attaching the second member 46 to the first member 38 so as to cover the sound source 24 that is the sound generation part 32, the sound emitted from the sound source 24 can be effectively reduced without sealing the sound source 24. Is possible.
  • FIG. 8 is a view showing a soundproofing device 72 provided with the Helmholtz resonator 70 of the present embodiment in which the same sounding part 32 as that of the first embodiment is accommodated.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the arrow IX-IX of the Helmholtz resonator 70 viewed in the IX-IX direction in FIG. Note that S, V, and L shown in FIG. 9 are symbols used in the approximate expression (1).
  • a Helmholtz resonator 70 in FIG. 8 is the same as the Helmholtz resonator 12 in FIG. 1 and has a rectangular parallelepiped cavity 74 corresponding to the cavity 14 in FIG. 1 and an opening hole 18 in FIG. A straight tubular opening hole 76 is formed.
  • the Helmholtz resonator 70 is detachably connected to the first member 38 and the first member 38 by, for example, bolting, and functions as the sound source cover member.
  • the second member 78 is configured.
  • a part of the cavity 74 formed by the cavity forming inner wall surface 80 and a part of the opening hole 76 formed by the opening hole forming inner wall surface 82 are formed on the surface 39 of the first member 38.
  • the first member 38 side of the second member 78 that is, the portion where the part of the cavity 74 and the part of the opening hole 76 are formed in the second member 78 are connected in series in a parallel direction.
  • the first member 38 side is open.
  • the cavity 74 is constituted by a part of the surface 39 of the first member 38 and the cavity forming inner wall surface 80 of the second member 78 surrounding the sound generation site 32, and the opening hole 76. Is constituted by another part connected to a part of the surface 39 forming the cavity 74 and an opening hole forming inner wall surface 82 of the second member 78. Due to the configuration of the Helmholtz resonator 70, the opening hole 76 is opened in a direction parallel to the surface 39 of the first member 38, and the sound generation portion 32 that is the soundproofing object is shown in FIGS. 8 and 9.
  • the second member 78 is bolted to and connected to the first member 38, so that the second member 78 is provided in the cavity 74.
  • the cavity 74 is a closed space that is not connected to the outside of the Helmholtz resonator 70 except for the opening hole 76 by the second member 78 being bolted and connected to the first member 38.
  • the sound emitted from the sound generating portion 32 is transmitted to the outside of the Helmholtz resonator 70 through the wall of the Helmholtz resonator 70 constituted by the first member 38 and the second member 78. If it propagates to the outside of the Helmholtz resonator 70, the light is propagated exclusively from the cavity 74 through the opening hole 76 to the outside of the Helmholtz resonator 70.
  • the soundproofing device 72 does not completely block the radiated sound from the sound generating portion 32.
  • FIG. As shown, if the soundproofing device 72 is a vehicle soundproofing device used for the vehicle 84, the opening hole 76 opens from the cavity 74 in a direction opposite to the direction of the vehicle interior 86. Is preferred.
  • Specific examples of the sound source 24 (sound generation part 32) in the vehicle 84 include an engine and a transmission.
  • the soundproofing device 72 of this embodiment has the following effect (B1) in addition to the effects (A1) to (A3) of the soundproofing device 36 of the first embodiment.
  • B1 In this embodiment, if the soundproofing device 72 is a vehicle soundproofing device, the opening hole 76 of the Helmholtz resonator 70 opens from the cavity 74 in a direction opposite to the direction of the vehicle interior 86. It is preferable. If it does so, compared with the case where the said opening hole 76 is opened toward the said vehicle interior 86 direction, it can avoid impairing the comfort of the passenger
  • the second members 46 and 78 are connected to the first member 38 by bolting, but may be connected by other attachment methods such as bonding using an adhesive. There is no problem.
  • the sound generation part 32 to be soundproofed is the sound source 24 provided on a part of the surface 39 of the first member 38, but the sound generation part 32 is not the sound source 24. It is possible to think of not.
  • the sound source 24 may be provided outside the cavity 40 as shown in FIG. In the configuration of FIG. 11, the radiated sound from the sound source 24 is introduced into the cavity 40 through the communication hole 102 provided in the first member 38 and communicating with the cavity 40 from the sound source 24 as indicated by an arrow AR03. .
  • the open end of the communication hole 102 on the cavity 40 side corresponds to the sound generation part 32 provided in the cavity 40.
  • the second member 46 is illustrated as having a constant thickness.
  • the second member 46 does not need to have a constant thickness.
  • the opening hole 44 may be a through hole that penetrates the thick portion.

Abstract

 従来よりも広い周波数帯域で防音効果が得られるヘルムホルツ共鳴器を備えた防音装置を提供する。 防音装置36は、空洞40とその空洞40の一部分を外部に連通させる管状の開口穴44とが形成されたヘルムホルツ共鳴器34を備えており、防音対象である発音部位32が、ヘルムホルツ共鳴器34の空洞40内に設けられている。そのため、ヘルムホルツ共鳴周波数fhよりも高い周波数帯域では、発音部位32からの放射音を増幅する増幅率がその放射音の周波数が高いほど低下し、上記共鳴周波数fhよりも高い所定の境界周波数f0を境としてその境界周波数f0よりも高い周波数帯域では、上記増幅率が0dBを下回る。従って、防音装置36は、従来の防音装置よりも広い周波数帯域、すなわち、境界周波数f0よりも高い周波数帯域で防音効果を得ることができる。

Description

防音装置
 本発明は、ヘルムホルツ共鳴を利用した防音装置に関するものである。
 ヘルムホルツ共鳴器を備えた防音装置が従来からよく知られている。例えば、特許文献1に記載された車両用防音装置がそれである。その特許文献1の車両用防音装置は、空洞とその空洞の一部分を外部に連通させる管状の開口穴とが形成されたヘルムホルツ共鳴器を備えており、そのヘルムホルツ共鳴器は、例えばエンジン等の音源に向けて開口した姿勢で設置されている。すなわち、防音対象である音源は、上記ヘルムホルツ共鳴器内には設けられていない。
特開2008-114697号公報
 前記特許文献1の車両用防音装置においてヘルムホルツ共鳴器は音源の方向に開口して設置されているが、これはヘルムホルツ共鳴器を用いて防音する際の一般的な方法である。これをモデル化した図が図13および図14である。図13は、従来からの防音装置において、ヘルムホルツ共鳴器と音源との位置関係を示した図である。図14は、図13のヘルムホルツ共鳴器が奏する防音効果を説明するための図である。
 図13に示すように、ヘルムホルツ共鳴器710には、空洞712と、その空洞712の一部分を外部に連通させる直管状の開口穴714とが形成されている。そして、その開口穴714は、音源716に向けて開口している。このヘルムホルツ共鳴器710に対して、外部に設置されている音源716から矢印AR701に示すように放射音が伝播される。
 前記ヘルムホルツ共鳴器710では、図14のようにバネマスモデルを想定した場合、開口穴714内の空気718はそのバネマスモデルのマスMcとして機能し、且つ、空洞712内の空気720はそのマスMcと固定端とをつなぐバネKcとして機能して、その空気718および空気720は1自由度バネ・マス振動系を構成する。そして、開口穴714内の空気718すなわちマスMcが、音源716からの放射音(矢印AR701)によって振動させられる。そのため、ヘルムホルツ共鳴器710は上記バネマスモデルの固有振動数すなわち共鳴周波数で共鳴し、詳細に言えば、開口穴714内の空気718は、音源716からの放射音によって、上記共鳴周波数で激しく振動させられる。その結果、上記空気718の振動が空気の粘性損失により熱に変換され、音圧が低減される。
 しかし、図13のように設置されたヘルムホルツ共鳴器710では、開口穴714内の空気718が前記共鳴周波数で共鳴させられることで防音効果が生じるので、防音効果(吸音効果)は、その共鳴周波数及びその共鳴周波数近傍の狭い周波数帯域でしか得られなかった。
 本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、従来よりも広い周波数帯域で防音効果が得られるヘルムホルツ共鳴器を備えた防音装置を提供することにある。
 上記目的を達成するための第1発明の要旨とするところは、(a)空洞とその空洞の一部分を外部に連通させる管状の開口穴とが形成されたヘルムホルツ共鳴器を備えた防音装置であって、(b)前記ヘルムホルツ共鳴器で防音される防音対象が前記空洞内に設けられていることを特徴とする。
 このようにすれば、前記防音対象からの放射音は、バネとしての前記空洞内の空気と、そのバネの一端に連結されたマスとしての前記開口穴内の空気とによって構成された1自由度バネ・マス振動系において、上記バネの他端を振動させる変位入力に相当する。そうすると、前記開口穴内の空気(マス)は、その防音対象からの放射音によって、その1自由度バネ・マス振動系の固有振動数すなわち共鳴周波数で共鳴させられるので、その防音対象からの放射音は、その開口穴からヘルムホルツ共鳴器の外部に向けて、上記共鳴周波数近傍の周波数帯域では増幅されて伝播されるが、その共鳴周波数よりも高い周波数帯域では周波数が高いほど増幅率が低下し、上記共鳴周波数よりも高い所定周波数を境としてその所定周波数よりも高い周波数帯域では、上記増幅率が0dBを下回る。すなわち、前記マスとしての前記開口穴内の空気の慣性によって、上記防音対象からの放射音は、上記所定周波数よりも高い周波数帯域においては上記開口穴から外部に伝播し難くなる。従って、ヘルムホルツ共鳴器の共鳴周波数及びその共鳴周波数近傍の狭い周波数帯域でしか防音効果が得られない従来の防音装置と比較して、より広い周波数帯域で防音効果を得ることができる。
 また、第2発明の要旨とするところは、前記第1発明の防音装置であって、前記防音対象とは音源であることを特徴とする。このようにすれば、前記ヘルムホルツ共鳴器はその一部が開口しているので、上記音源を密閉空間内に閉じ込めることなく、前記所定周波数よりも高い広範囲の周波数帯域で防音効果を得ることができる。
 また、第3発明の要旨とするところは、前記第1発明又は第2発明の防音装置であって、(a)前記防音装置は車両用防音装置であり、(b)前記開口穴は、前記空洞から、車室方向とは反対の方向に向けて開口していることを特徴とする。このようにすれば、車室内に居る乗員の快適性を損なわないようにすることができる。
 ここで、好適には、(a)前記ヘルムホルツ共鳴器は、前記音源が表面に取り付けられた音源実装部材と、その音源を覆ってその音源実装部材に連結され前記空洞の一部と前記開口穴の全部又は一部とが形成された音源カバー部材とから構成されており、(b)前記空洞は、前記音源実装部材の表面の一部と前記音源を囲む前記音源カバー部材の内壁面とから構成されている。このようにすれば、前記音源を覆うように前記音源カバー部材を前記音源実装部材に取り付けることで、音源を密閉せずに、音源からの放射音を効果的に低減することが可能である。
本発明の一実施例である防音装置を構成するヘルムホルツ共鳴器をモデル化して表した模式図である。 図1のヘルムホルツ共鳴器が奏する防音効果を説明するための図である。 図1のヘルムホルツ共鳴器内の空気が構成するバネマスモデルと等価な1自由度バネ・マス振動系をマスM1とバネK1とで表した図である。 図3に示す1自由度バネ・マス振動系において、変位入力の入力周波数とその変位入力を増幅する増幅率との関係である周波数特性を表したグラフである。 図1の音源に相当する発音部位を例示した図である。 図5の発音部位を内部に収容したヘルムホルツ共鳴器を備えた実施例1の防音装置を示した図である。 図6においてVII-VII方向に見たヘルムホルツ共鳴器のVII-VII矢視断面図である。 図5の発音部位を内部に収容した実施例2のヘルムホルツ共鳴器を備えた防音装置を示した図である。 図8においてIX-IX方向に見たヘルムホルツ共鳴器のIX-IX矢視断面図である。 図8の防音装置が車両に用いられた例を示した図である。 図7に相当する図であって、図7とは異なり音源が空洞の外部に設けられた例を示した図である。 図7に相当する図であって、図7とは異なる形状の第2部材を備えた防音装置の例を示した図である。 従来からの防音装置において、ヘルムホルツ共鳴器と音源との位置関係を示した図である。 図13のヘルムホルツ共鳴器が奏する防音効果を説明するための図である。
 以下、本発明の実施例を、図面を参照しつつ詳細に説明する。
 図1は、本発明の一実施例である防音装置10を構成するヘルムホルツ共鳴器12をモデル化して表した模式図である。図2は、そのヘルムホルツ共鳴器12が奏する防音効果を説明するための図である。この図1および図2を用いて、防音装置10が防音効果を発揮する原理について説明する。図1に示すように、防音装置10はヘルムホルツ共鳴器12を備えている。そのヘルムホルツ共鳴器12は、空洞14が形成された空洞部16と、その空洞14の一部分を外部に連通させる管状の開口穴18が形成された開口部20とを備えている。そして、矢印AR01のように放射音を発する音源24は、上記空洞14内に収容されている。すなわち、このヘルムホルツ共鳴器12で防音される防音対象としての音源24は、上記空洞14内に設けられている。このような構成において、音源24からの放射音は、ヘルムホルツ共鳴器12内の空洞14から開口穴18内を通って、ヘルムホルツ共鳴器12の外部に伝播される。
 前記ヘルムホルツ共鳴器12では、図2のようにバネマスモデルを想定した場合、開口穴18内の空気26はそのバネマスモデルのマスM1として機能し、且つ、空洞14内の空気28はそのマスM1と入力端Rin(図3参照)とをつなぐバネK1として機能して、その空気26および空気28は、図3に示す1自由度バネ・マス振動系を構成する。その図3は、ヘルムホルツ共鳴器12内の空気26,28が構成するバネマスモデルと等価な1自由度バネ・マス振動系をマスM1とバネK1とで表した図である。図1,2において矢印AR01として表される音源24からの放射音は、図3では、矢印AR02のように、入力端RinをバネK1の伸縮方向に振動させる変位入力として作用する。このような図3に示す1自由度バネ・マス振動系は、上記変位入力の入力周波数とその変位入力を増幅する増幅率との関係である図4に示すような周波数特性を備えている。この図4に示す周波数特性は、例えばコンピュータ解析などによって実験的に求めることができる。この図4から判るように、図3の1自由度バネ・マス振動系では、その振動系の固有振動数fhすなわちヘルムホルツ共鳴器12の共鳴周波数(ヘルムホルツ共鳴周波数)fhで共鳴する。具体的には、その共鳴周波数fhをピークとしてその共鳴周波数fh近傍の周波数帯域においてマスM1の振動は前記変位入力に対して増幅される。一方で、図4の縦軸である増幅率は、上記共鳴周波数fhよりも高く且つ増幅率が0dBとなる境界周波数f0を境として、その境界周波数f0よりも高い周波数帯域では0dBを下回り、前記変位入力の周波数が高いほど上記増幅率は小さくなる。すなわち、前記変位入力の振動は、上記境界周波数f0よりも高い周波数帯域ではマスM1に伝わり難くなる。従って、この図4の周波数特性を図2のヘルムホルツ共鳴器12に当てはめてみれば判るように、音源24からの放射音は、前記境界周波数f0よりも高い周波数帯域においては、開口穴18内の空気26に伝播し難いので、その開口穴18を介してヘルムホルツ共鳴器12の外部に伝播され難い。これは、マスM1としての上記空気26の慣性によって生じる作用である。このようにして、ヘルムホルツ共鳴器12を備えた防音装置10は、前記境界周波数f0よりも高い周波数帯域において防音効果を発揮する。
 図5は、前記防音対象としての図1の音源24に相当する発音部位32を例示した図である。図6は、その発音部位32を内部に収容したヘルムホルツ共鳴器34を備えた防音装置36を示した図である。そして、図7は、図6においてVII-VII方向に見たヘルムホルツ共鳴器34のVII-VII矢視断面図である。
 図5に示す発音部位32は、第1部材38の表面39の一部に設けられている前記音源24である。言い換えれば、その第1部材38は、発音部位32である音源24が表面39に取り付けられた音源実装部材である。図5において、発音部位32は放射音を発する部位であって特に限定はないが、例えば、高周波音を発する電源トランスなどの電気部品である。
 ヘルムホルツ共鳴器34は、図1のヘルムホルツ共鳴器12と同様のものであり、図1の空洞14に相当する直方体形状の空洞40と、図1の開口穴18に相当する長方形断面で直管状の開口穴44とが形成されている。具体的に、そのヘルムホルツ共鳴器34は、図6及び図7に示すように、前記第1部材38と、前記発音部位32を覆って第1部材38に例えばボルト止めにより取外し可能に連結された第2部材46とから構成されている。そして、第2部材46には開口穴44の全部と空洞形成内壁面48で構成された空洞40の一部とが形成されており、第2部材46は、発音部位32である音源24を覆う音源カバー部材として機能する。このように構成されたヘルムホルツ共鳴器34では、空洞40は、第1部材38の表面39の一部と発音部位32を囲む第2部材46の空洞形成内壁面48とから構成されており、前記防音対象である発音部位32は、図6及び図7のように第2部材46が第1部材38にボルト止めされ連結されることで、空洞40内に設けられることになる。また、その空洞40は、第2部材46が第1部材38にボルト止めされ連結されることで、開口穴44以外ではヘルムホルツ共鳴器34の外部と連通しない閉じられた空間になる。なお、開口穴44の軸心は第1部材38の表面39と交差する。具体的には直交する。
 また、ヘルムホルツ共鳴器34を構成する第1部材38及び第2部材46は、鉄、アルミニウム、セラミック、又はプラスチックなどの遮音性能が高い材料で構成されている。そのため、前記発音部位32からの放射音は、第1部材38及び第2部材46によって構成されたヘルムホルツ共鳴器34の壁を介してはヘルムホルツ共鳴器34の外部に殆ど伝播せず、ヘルムホルツ共鳴器34の外部に伝播するとすれば、専ら、空洞40から開口穴44内を通ってヘルムホルツ共鳴器34の外部に伝播される。
 図5~図7を用いて説明したヘルムホルツ共鳴器34の周波数特性、すなわち、図4に示すような前記入力周波数と前記増幅率との関係は、前述したように例えばコンピュータ解析などによって実験的に求めることができる。従って、ヘルムホルツ共鳴器34の共鳴周波数fhおよび前記境界周波数f0(図4参照)を求めることができる。更に、ヘルムホルツ共鳴器34の共鳴周波数fhは、下記近似式(1)を用いて近似値を算出できる。ここで、下記近似式(1)において、「ν」は音速(=340m/s)であり、図7に示すように、「S」は開口穴44の軸方向に垂直な開口面積であり、「V」は空洞40の容積であり、「L」は開口穴44の軸方向長さである。そして、「δ」はヘルムホルツ共鳴器34の形状に応じて定まる補正値すなわち開口端補正係数であって、実験的に求められるものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 本実施例の防音装置36には次のような効果(A1)乃至(A3)がある。(A1)本実施例によれば、防音装置36は、空洞40とその空洞40の一部分を外部に連通させる管状の開口穴44とが形成されたヘルムホルツ共鳴器34を備えており、前記防音対象である発音部位32が、ヘルムホルツ共鳴器34の空洞40内に設けられている。従って、その発音部位32からの放射音は、バネK1(図3参照)としての空洞40内の空気と、そのバネK1の一端に連結されたマスM1(図3参照)としての開口穴44内の空気とによって構成された1自由度バネ・マス振動系において、上記バネK1の他端である入力端Rin(図3参照)を振動させる変位入力に相当する。そうすると、前記開口穴44内の空気(マスM1)は、発音部位32からの放射音によって、その1自由度バネ・マス振動系の固有振動数fhすなわち共鳴周波数fhで共鳴させられるので、図4に示すように、その発音部位32からの放射音は、開口穴44からヘルムホルツ共鳴器34の外部に向けて、上記共鳴周波数fh近傍の周波数帯域では増幅されて伝播されるが、その共鳴周波数fhよりも高い周波数帯域では周波数が高いほど増幅率が低下し、上記共鳴周波数fhよりも高い所定の境界周波数f0を境としてその境界周波数f0よりも高い周波数帯域では、上記増幅率が0dBを下回る。すなわち、前記マスM1としての開口穴44内の空気の慣性によって、発音部位32からの放射音は、境界周波数f0よりも高い周波数帯域においては開口穴44から外部に伝播し難くなる。従って、本実施例の防音装置36は、ヘルムホルツ共鳴器34の共鳴周波数fh及びその共鳴周波数fh近傍の狭い周波数帯域でしか防音効果が得られない従来の防音装置と比較して、より広い周波数帯域で防音効果を得ることができる。例えば、コンピュータ解析などによって前記境界周波数f0(図4参照)を算出しつつ、防音したい周波数帯域が境界周波数f0よりも高い周波数帯域に含まれるようにヘルムホルツ共鳴器34の形状を決定することで、所望の防音効果を得ることができる。
 また、防音装置36の防音効果は、発音部位32からの放射音を一種の振動とみなしその振動を防止する防振理論と同様の原理に基づいて、すなわち、ヘルムホルツ共鳴器34の共鳴により図4に示すような周波数特性が得られるということに基づいて奏される効果である。従って、防音効果を得るために、ヘルムホルツ共鳴器を利用した従来の防音装置のように開口穴44内の空気の振動を熱に変換する必要はない。そのため、防音装置36は、防音効果を得るために、多孔質材などの優れた吸音性能を発揮する吸音材料が必要ないという利点がある。
 (A2)また、本実施例によれば、発音部位32は、第1部材38の表面39の一部に設けられている音源24である。従って、ヘルムホルツ共鳴器34はその一部が開口しているので、上記音源24を密閉空間内に閉じ込めることなく、前記境界周波数f0よりも高い広範囲の周波数帯域で防音効果を得ることができる。すなわち、図7のように音源24である発音部位32をヘルムホルツ共鳴器34の空洞40内に収容する防音装置36は、その音源24の収容空間を密閉空間とすることができない場合に、特に効果的である。
 (A3)また、本実施例によれば、ヘルムホルツ共鳴器34は、発音部位32である音源24が表面39に取り付けられた音源実装部材である第1部材38と、その音源24を覆って第1部材38に連結され空洞40の一部と開口穴44の全部とが形成された音源カバー部材である第2部材46とから構成されている。そして、ヘルムホルツ共鳴器34の空洞40は、第1部材38の表面39の一部と発音部位32を囲む第2部材46の空洞形成内壁面48とから構成されている。従って、発音部位32である音源24を覆うように第2部材46を第1部材38に取り付けることで、上記音源24を密閉せずに、その音源24からの放射音を効果的に低減することが可能である。
 次に、本発明の他の実施例について説明する。なお、以下の実施例の説明において、実施例相互に重複する部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。
 本実施例(実施例2)の説明では、実施例1と異なる点を主に説明する。前述の実施例1では、ヘルムホルツ共鳴器34の開口穴44は第1部材38の表面39に直交する方向に向けて開口しているが、本実施例のヘルムホルツ共鳴器70の開口穴76は上記表面39に平行な方向に向けて開口している。具体的な構成に関して図8および図9を用いて説明する。図8は、実施例1と同じ発音部位32を内部に収容した本実施例のヘルムホルツ共鳴器70を備えた防音装置72を示した図である。そして、図9は、図8においてIX-IX方向に見たヘルムホルツ共鳴器70のIX-IX矢視断面図である。なお、図9内に記載されたS,V,Lはそれぞれ前記近似式(1)に用いられている記号である。
 図8のヘルムホルツ共鳴器70は、図1のヘルムホルツ共鳴器12と同様のものであり、図1の空洞14に相当する直方体形状の空洞74と、図1の開口穴18に相当する長方形断面で直管状の開口穴76とが形成されている。具体的に、そのヘルムホルツ共鳴器70は、図8及び図9に示すように、前記第1部材38と、その第1部材38に例えばボルト止めにより取外し可能に連結され前記音源カバー部材として機能する第2部材78とから構成されている。その第2部材78では、空洞形成内壁面80によって形成された空洞74の一部と、開口穴形成内壁面82によって形成された開口穴76の一部とが、第1部材38の表面39に平行な方向に向けて直列的に連結されており、第2部材78の第1部材38側、すなわち、第2部材78において前記空洞74の一部および開口穴76の一部が形成された箇所の第1部材38側は開放されている。そして、第2部材78が第1部材38に連結された状態では、その第2部材78の第1部材38側の開放端は第1部材38の表面39によって塞がれている。つまり、ヘルムホルツ共鳴器70では、空洞74は、第1部材38の表面39の一部と発音部位32を囲む第2部材78の空洞形成内壁面80とから構成されており、且つ、開口穴76は、上記空洞74を形成する表面39の一部につながる他の一部と第2部材78の開口穴形成内壁面82とから構成されいる。このようなヘルムホルツ共鳴器70の構成から、前記開口穴76は第1部材38の表面39に平行な方向に向けて開口しており、前記防音対象である発音部位32は、図8及び図9のように第2部材78が第1部材38にボルト止めされ連結されることで、空洞74内に設けられることになる。また、その空洞74は、第2部材78が第1部材38にボルト止めされ連結されることで、開口穴76以外ではヘルムホルツ共鳴器70の外部と連通しない閉じられた空間になる。
 また、前述の実施例1と同様に、前記発音部位32からの放射音は、第1部材38及び第2部材78によって構成されたヘルムホルツ共鳴器70の壁を介してはヘルムホルツ共鳴器70の外部に殆ど伝播せず、ヘルムホルツ共鳴器70の外部に伝播するとすれば、専ら、空洞74から開口穴76内を通ってヘルムホルツ共鳴器70の外部に伝播される。
 前記ヘルムホルツ共鳴器70の開口穴76は何れの方向に向けて開口していても差し支えないが、防音装置72は発音部位32からの放射音を完全に遮断するものではないので、例えば図10に示すように、この防音装置72が車両84に用いられる車両用防音装置であるとすれば、上記開口穴76は、空洞74から、車室86方向とは反対の方向に向けて開口しているのが好ましい。上記車両84において音源24(発音部位32)の具体例としては、エンジンやトランスミッションなどが挙げられる。
 本実施例の防音装置72では、前述の実施例1の防音装置36の効果(A1)乃至(A3)に加え、更に次のような効果(B1)がある。(B1)本実施例では、防音装置72が車両用防音装置であるとすれば、ヘルムホルツ共鳴器70の開口穴76は、空洞74から、車室86方向とは反対の方向に向けて開口していることが好ましい。そのようにしたとすれば、上記開口穴76が上記車室86方向に向けて開口している場合と比較して、車室86内に居る乗員の快適性を損なわないようにすることができる。
 以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これ等はあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。
 例えば、前述の実施例1,2において、第2部材46,78は第1部材38に対しボルト止めによって連結されているが、接着剤を用いた接着など他の取付方法によって連結されていても差し支えない。
 また、前述の実施例1,2において、前記防音対象である発音部位32は、第1部材38の表面39の一部に設けられている音源24であるが、その発音部位32は音源24ではないことも考え得る。例えば、図11に示すように音源24が空洞40の外部に設けられていてもよい。この図11の構成では、音源24からの放射音は、専ら矢印AR03のように、第1部材38に設けられ音源24から空洞40に通じる連通穴102内を通って空洞40内に導入される。そして、上記連通穴102の空洞40側の開口端が、空洞40内に設けられた発音部位32に相当する。
 また、前述の実施例1の図7において、第2部材46は一定肉厚で構成されているように図示されているが、その第2部材46は一定肉厚である必要はなく、例えば、図12に示すように、開口穴44は、厚肉部分を貫通する貫通穴であっても差し支えない。
10,36,72:防音装置
12,34,70:ヘルムホルツ共鳴器
14,40,74:空洞
18,44,76:開口穴
24:音源(防音対象)
32:発音部位(防音対象)
86:車室

Claims (3)

  1.  空洞と該空洞の一部分を外部に連通させる管状の開口穴とが形成されたヘルムホルツ共鳴器を備えた防音装置であって、
     前記ヘルムホルツ共鳴器で防音される防音対象が前記空洞内に設けられている
     ことを特徴とする防音装置。
  2.  前記防音対象とは音源である
     ことを特徴とする請求項1に記載の防音装置。
  3.  前記防音装置は車両用防音装置であり、
     前記開口穴は、前記空洞から、車室方向とは反対の方向に向けて開口している
     ことを特徴とする請求項1又は2に記載の防音装置。
     
     
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