JP4155006B2

JP4155006B2 - 吸音構造体

Info

Publication number: JP4155006B2
Application number: JP2002334759A
Authority: JP
Inventors: 靖彦西村
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-11-19
Filing date: 2002-11-19
Publication date: 2008-09-24
Anticipated expiration: 2022-11-19
Also published as: JP2004170582A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
【０００２】
本発明は、耳障りな騒音を吸収するための吸音構造体に関する。
【従来の技術】
【０００３】
従来から、吸音材の背後に空気層を備えた吸音装置として、略平らな基板と、当該基板と対向するよう設けられた吸音材とを備え、基板と吸音材との間の空気層を複数の格子状のセルに分割する仕切り板を更に備えた吸音装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この従来の吸音装置は、吸音材背後の空気層の厚さを、吸収すべき音波の波長の１／４倍に設定することにより、音波のエネルギの効率的な減衰を図っている。この従来の吸音装置によれば、特定の周波数成分の吸音率が向上し、高い吸音性能と共に軽量化を実現することが可能となる。
【特許文献１】
特開平１１−１６１２８２号（第６貢、第１６図）
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、吸音構造体を車両に設置する場合、一般的には、エンジンのような音源の周辺や静粛性の必要な車室内に設置することが有効となる。しかしながら、エンジンルーム内にはエンジンを中心として補器類やバッテリー等種々の部品が密集しており、また、乗員空間としての車室空間に関しては、乗員のための快適性や安全性が最優先され、可能な限り広い空間を確保することが最重要視されている。このため、特に車両に設置される吸音構造体に関しては、その設置スペースが非常に限定されるため、或いは、吸音構造体のためだけに新たなスペースを確保することは非常に困難であるため、その限られたスペースを如何に有効に活用して効率的な吸音性能を実現できるかが重要な課題となる。
【０００５】
また、車両のエンジンルームや車室内にはエンジンの燃焼音（約１ｋＨｚ〜３ｋＨｚ）を主とする広範な周波数域の騒音が存在する。このため、車両のエンジンルーム等においては、ある程度広い周波数域の騒音に対して効果的な吸音がなされる必要がある。
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１の吸音装置は、吸音材背後の空気層の厚さを所定の値に設定することにより効率的に吸音性能を高めることができるものの、当該空気層の厚さに起因して比較的大きな厚み方向のスペースを必要とするという課題を残している。また、吸音効果が特定の周波数帯域に集中するため、広い周波数域に亘って良好な吸音効果が得られないという問題点がある。
【０００７】
そこで、本発明は、コンパクトな形態で、広い周波数帯域において優れた吸音性能を発揮することができる、吸音構造体の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的は、請求項１に記載する如く、壁体に設ける吸音構造体であって、
前記壁体に一方の端部が支持される所定高さの周壁であって、周囲を囲繞する空間部を形成する周壁と、
前記周壁の少なくとも他方の端部の開口を覆おう吸音材と、
前記周壁内の空間部に設けられ、前記周壁の高さ方向に対して略垂直な面内に延在し、前記壁体から離間した板状部材とを備え、
前記板状部材の周縁の少なくとも一部が、前記周壁から離間しており、前記周壁内の空間部が、前記周壁と前記板状部材の周縁との間の隙間を介して連通する２つの上下の空間へと仕切られることを特徴とする、吸音構造体によって達成される。
【０００９】
本発明において、周壁は、中空の筒状部材や互いに交差して配列される複数の板材等により構成される。周壁の内部には、両端で開口する空間部が形成される。尚、周壁の断面形状は、高さ方向で必ずしも一定である必要はなく、例えば壁体側から吸音材に向かって徐々に大きくなる開口面積を有してもよい。空間部の一端の開口は、吸音性のある吸音材により覆われる。空間部の他端の開口は、周壁が支持されるボデーパネル等の壁体により閉塞されるが、壁体と周壁との間に吸音材や基材等を介在させることにより閉塞されてもよい。空間部内には、周壁の高さ方向に対して略垂直な面内（壁体に略平行な面内）に板状部材が延在する。板状部材は、周壁の周面の一部に立設されてよく、周壁との間に隙間が形成されるように、少なくとも縁部の一部が周壁から離間している。
【００１０】
以上の構成の吸音構造体に音波が入力されると、（１）板状部材を反射面とする鉛直方向（周壁の高さ方向）に伝播する音波と、（２）板状部材と周壁との間の隙間を通って壁体を反射面とする鉛直方向に伝播する音波と、（３）板状部材の縁部で回折して水平方向に伝播して板状部材より下側の周壁を反射面とする鉛直方向及び水平方向に伝播する音波が生まれる。従って、本発明の吸音構造体によれば、空間部内を伝播する音波の経路長の違いにより、広い周波数域に亘って良好な吸音効果を得ることが可能となる。特に、上記（３）の水平方向に伝播する音波が生まれるので、周壁の高さを大きく設定することを要せずに、低い周波数帯域で吸音効果を高めることができる。従って、上記（１）（２）及び（３）の音波の経路長を適宜設定することにより、高い吸音性能が得られる周波数帯域を可変することも可能である。
【発明の実施の形態】
【００１１】
図１は、本発明による吸音構造体を示す斜視図である。本実施例の吸音構造体１０は、所定の間隔Ｄ１を置いて互いに略平行に配列された複数の板材５０（以下、「仕切り板５０」という）と、仕切り板５０と交差するように、所定の間隔Ｄ２を置いて互いに略平行に配列された複数の板材４０（以下、「交差板４０」という）と、仕切り板５０及び交差板４０により画成される複数の空間７０（以下、「吸音セル７０」という）を覆うように設けられる吸音材６０とを備えている。吸音構造体１０は、エンジンルームや車室内において、フロアパネル、ルーフパネル、エンジンアンダーカバー、フードパネル等のような壁体２０（図２参照）に設置される。
【００１２】
仕切り板５０及び交差板４０は、所定の高さＨ１を有しており、この高さＨ１が吸音構造体１０の高さを実質的に定めることになる。仕切り板５０及び交差板４０は、アルミニウム板や鋼板等により形成され、図１に示すように、外周枠１２により両端部を支持されている。但し、仕切り板５０、交差板４０及び後述する水平板５２は、ポリプロピレン系樹脂のような硬質樹脂により一体成形することも可能である。
【００１３】
吸音材６０は、吸音性を有する材料から形成され、仕切り板５０及び交差板４０の縁部（及び／又は、外周枠１２の縁部）に接着等により固定される。吸音材６０は、吸音性を有する材料として、例えばグラスウールやロックウール等の無機質繊維、アルミニウム繊維等の金属繊維材料、ポリスチレン系樹脂やポリエチレン系樹脂等のような合成樹脂発泡体、ウレタンやゴム系の軟質な材料、多孔質材料等から形成されてよい。
【００１４】
図２は、図１の吸音構造体１０のＩ−Ｉ断面を示す図である。各仕切り板５０には、壁体２０に対して略平行に板材５２（以下、「水平板５２」という）が立設されている。水平板５２は、その縁部５４が対峙する仕切り板５０との間に隙間Ｇが画成されるように、吸音セル７０の幅Ｄ１（即ち、隣接する仕切り板５０間の間隔Ｄ１）に比して小さい幅Ｄ３を有している。また、水平板５２は、吸音セル７０の奥行き寸法Ｄ２（即ち、隣接する交差板４０間の間隔Ｄ２）と略同一の奥行き寸法を有している。従って、吸音セル７０内の空間は、隙間Ｇを介して連通する２つの上下の空間へと水平板５２により仕切られている。
【００１５】
ところで、図３に示すような略直方体の吸音セルに波長λの音波が入射した場合、当該吸音セル内には、入射波と壁体を反射面とする反射波との合成により定在波が形成される。この定在波は、壁体から波長λの１／４の奇数倍だけ離れた位置で腹を有しており、当該腹で音波の粒子速度が最大となる。従って、粒子速度が最大となる位置に吸音材を設け、最も高い粒子速度を持つ位置で音波を吸音材に通過させれば、最も効率的に音波を減衰させることができる。
【００１６】
しかしながら、この吸音セルを用いて、例えば１ｋＨｚの周波数で吸音効果を高めるためには、壁体から約８５（ｍｍ）離間した面内に吸音材を設けることが必要となり、吸音構造体の高さＨ１が約８５（ｍｍ）となる。また、比較的広い周波数帯域で高い吸音効果を得るためには、高さの異なる複数の吸音セルを設けることが必要となる。かかる構成の吸音構造体は、エンジンルームや車室内等の限られたスペースを考慮すると、エンジンルーム等に設置する吸音構造体の構成として必ずしも理想的であるといえない。
【００１７】
一方、本実施例の吸音構造体１０において、吸音セル７０内に連続的に音が入力されると、図２に示すように、吸音セル７０内には、（１）水平板５２を反射面とする音波Ｒ１と、（２）壁体２０を反射面とする音波Ｒ２と、（３）水平板５２の縁部５４で回折し、水平板５２より下側の仕切り板５０を反射面とする音波Ｒ３が生まれる。従って、本実施例の吸音構造体１０によれば、単一の吸音セル７０内に、吸音材６０の位置を腹とする異なる周波数の定在波が形成されるので、単一の吸音セル７０により広い周波数帯域に亘る優れた吸音性能が実現される。
【００１８】
より具体的には、吸音セル７０内における音波の経路長は、上記（３）の音波Ｒ３の経路が最も長く、次いで上記（２）の音波Ｒ２の経路が長く、上記（１）の音波Ｒ１の経路が最も短くなる。このため、本実施例の吸音構造体１０によれば、効果的に減衰される音波Ｒ２の周波数成分を中心として、音波Ｒ３のより低い周波数成分（吸音材６０の位置を腹とする周波数成分）が効果的に減衰され、且つ、音波Ｒ１のより高い周波数成分が効果的に減衰される。
【００１９】
また、本実施例の吸音構造体１０においては、吸音セル７０の高さＨ１及び水平板５２の幅Ｄ３や高さＨ２等をパラメータとして、上記（１）、（２）、（３）の音波の各経路長を適切に設定することにより、所望の周波数帯域で吸音性能を高めることも可能である。尚、吸音セル７０の開口寸法（即ち、Ｄ１及びＤ２）及び断面寸法は、吸音セル７０の周面での反射が生じないように、低減したい騒音の波長λよりも小さく設定されてよい。
【００２０】
また、本実施例の吸音構造体１０において、上記（３）の音波Ｒ３の反射面まで経路長には、水平板５２の縁部５４で回折した後の水平方向（壁体に平行な方向）の経路長が含まれている。従って、吸音構造体１０の高さＨ１を大きく設定することを要せずに、水平板５２の幅Ｄ３や高さＨ２を適切に設定するだけで、低い周波数帯域での吸音効果を高めることが可能である。例えば、本実施例の吸音構造体１０において、１ｋＨｚの周波数で吸音効果を高めたい場合には、上記（３）の音波Ｒ３の反射面までの経路長を約８５（ｍｍ）に設定すればよく、水平板５２の縁部５４で回折した後の音波Ｒ３の経路長（即ち、水平板５２の幅Ｄ３）を大きく設定することで、吸音構造体１０の高さＨが大幅に低減される。
【００２１】
以上の通り、本発明による吸音構造体によれば、非常にコンパクトな形態で広い周波数帯域で効果的な吸音性能を発揮することができる。従って、本発明による吸音構造体は、特にスペースが非常に限定される車室空間やエンジンルームに設置するのに好適となる。
【００２２】
次に、幾つかの参考例の吸音構造体について図４及び図５を参照して説明する。尚、以下の参考例の吸音構造体１０は、上述した実施例に対して、水平板５２を含む仕切り板５０の断面形状を除いて同一の構成を有するので、図１のＩ−Ｉ断面に相当する断面図を用いて説明する。
【００２３】
図４（Ａ）は、第１の参考例に係る吸音構造体１０の断面図である。本参考例では、仕切り板５０は、上述の実施例の略平らな仕切り板５０とは異なり、壁体２０に対向する水平面５０ａを画成するための屈曲部５２ｂを有している。一方、水平板５２は、前記水平面５０ａと連続するように形成されており、水平板５２の端部には、垂直方向に板材５２ａが立設されている。水平板５２の板材５２ａは、吸音材６０に当接する位置まで延在している。従って、本参考例では、吸音セル７０は、水平板５２及び板材５２ａによって２つの吸音セル７０ａ，７０ｂに仕切られている。
【００２４】
本参考例においても、上述の実施例と同様に、吸音構造体１０に音が入射されると、（１）水平板５２及び仕切り板５０の水平面５０ａを反射面とする音波Ｒ１と、（２）壁体２０を反射面とする音波Ｒ２と、（３）水平板５２の縁部５４で回折し、水平板５２より下側の仕切り板５０を反射面とする音波Ｒ３が生まれる。特に、吸音セル７０ａ，７０ｂに対する音波の斜め入射が、板材５２ａにより更に制限されるので、上記（１）、（２）、（３）の音波の経路長のとりうる範囲が制限される。これにより、吸音効果が意図した周波数帯域以外に分散するのを防止することができる。
【００２５】
図４（Ｂ）は、第２の参考例に係る吸音構造体１０の断面図である。本参考例では、仕切り板５０の水平板５２には、板材５２ａが壁体２０に対して垂直方向に立設されている。即ち、仕切り板５０は、所定高さから水平方向に立設された水平板５２と、水平板５２の端部に垂直方向に立設された板材５２ａとを備えている。水平板５２の板材５２ａは、吸音材６０に当接する位置まで延在している。従って、本参考例では、吸音セル７０は、水平板５２及び板材５２ａによって２つの吸音セル７０ａ，７０ｂに仕切られている。
【００２６】
本参考例においても、上述の実施例と同様に、吸音構造体１０に連続的に音が入射されると、（１）水平板５２を反射面とする音波Ｒ１と、（２）壁体２０を反射面とする音波Ｒ２と、（３）水平板５２の縁部５４（水平板５２の屈曲部）で回折し、水平板５２より下側の仕切り板５０を反射面とする音波Ｒ３の定在波がそれぞれ形成される。特に、吸音セル７０ａ，７０ｂに対する音波の斜め入射が、板材５２ａにより更に制限されるので、上記（１）、（２）、（３）の音波の経路長のとりうる範囲が制限される。これにより、吸音効果が意図した周波数帯域以外に分散するのを防止することができる。
【００２７】
図５（Ａ）は、第３の参考例に係る吸音構造体１０の断面図である。本参考例では、仕切り板５０には、所定高さから水平方向に水平板５２が立設され、仕切り板５０の水平板５２には、２つの板材５２ａが垂直方向に立設されている。２つの板材５２ａ、５２ｂは、水平板５２の端部及び略中央部から吸音材６０に当接する位置まで延在している。従って、本参考例では、吸音セル７０は、水平板５２及び板材５２ａ、５２ｂによって３つの吸音セル７０ａ，７０ｂ，７０ｃに仕切られている。
【００２８】
本参考例においても、上述の実施例と同様に、吸音構造体１０に連続的に音が入射されると、（１）水平板５２を反射面とする音波Ｒ１と、（２）壁体２０を反射面とする音波Ｒ２と、（３）水平板５２の縁部５４（水平板５２の屈曲部）で回折し、水平板５２より下側の仕切り板５０を反射面とする音波Ｒ３の定在波がそれぞれ形成される。特に、吸音セル７０ａ，７０ｂ，７０ｃに対する音波の斜め入射が、板材５２ａ、５２ｂにより更に制限されるので、上記（１）、（２）、（３）の音波の経路長のとりうる範囲が制限される。これにより、吸音効果が意図した周波数帯域以外に分散するのを防止することができる。
【００２９】
図５（Ｂ）は、本発明の代替実施例に係る吸音構造体１０の断面図である。本実施例では、壁体方向に板材５２ｃが立設された水平板５２が、隙間Ｇが画成されるように、隣接する２つの仕切り板５０から離間して配設されている。尚、本実施例の板材５２ｃを備えた水平板５２は、吸音構造体１０の外周枠１２の間に架設されることにより仕切り板５０と一体形成されてよい。
【００３０】
本実施例においても、上述の実施例と同様に、吸音構造体１０に連続的に音が入射されると、（１）水平板５２を反射面とする音波Ｒ１と、（２）壁体２０を反射面とする音波Ｒ２と、（３）水平板５２の縁部５４で回折し、水平板５２の板材５２ｂを反射面とする音波Ｒ３の定在波がそれぞれ形成される。
【００３１】
以上の通り、本発明による代替実施例の吸音構造体によれば、上述した実施例と同様に、吸音セル内において水平板により音波の水平方向の伝播が生ずることになるので、特に高さ方向で大きなスペースを必要とせずに、低い周波数帯域で優れた吸音性能を実現することができる。また、吸音構造体において音波の複数の経路が形成されるので、低い周波数を含む広い周波数帯域で効果的な吸音性能を発揮することができる。
【００３２】
尚、上記各実施例においては、「仕切り板５０及び交差板４０」が、特許請求の範囲に記載の「周壁」に、「吸音セル７０」が、特許請求の範囲に記載の「空間部」に、「水平板５２」が、特許請求の範囲に記載の「板状部材」に、それぞれ対応している。
【００３３】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【００３４】
例えば、上述した各実施例において、壁体２０からの振動の伝達を緩衝するため、仕切り板５０及び交差板４０は、軟質なゴム等により形成される低ばね材を介して壁体２０に設けることも可能である。また、上述した各実施例では、吸音セル７０は、複数の板材５０、４０の交差により画成されているが、吸音セル７０は、中空の筒状の部材により画成することも可能である。
【００３５】
また、上述した各実施例では、仕切り板５０及び交差板４０は、互いに直交するように示されているが、これらが種々の角度で交差してもよい。また、上述した各実施例では、仕切り板５０に水平板５２を立設しているが、交差板４０に水平板５２を立設することも当然に可能である。
【発明の効果】
【００３６】
本発明は、以上説明したようなものであるから、以下に記載されるような効果を奏する。本発明によれば、板状部材の縁部で回折して水平方向に伝播する音波が生まれるので、周壁の高さを大きく設定することを要せずに、低い周波数帯域で吸音効果を高めることができる。また、周壁により囲繞された空間内に複数の音波の伝播経路を画成することができるので、広い周波数域に亘って良好な吸音効果を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による吸音構造体を示す斜視図である。
【図２】図１の吸音構造体のＩ−Ｉ断面を示す図である。
【図３】従来的な吸音セルによる吸音原理の説明図である。
【図４】参考例の吸音構造体の断面図である。
【図５】参考例及び本発明による代替実施例の吸音構造体の断面図である。
【符号の説明】
１０吸音構造体
１２外周枠
２０壁体
４０交差板
５０仕切り板
５２水平板
５４水平板の縁部
６０吸音材
７０吸音セル

Claims

壁体に設ける吸音構造体であって、
前記壁体に一方の端部が支持される所定高さの周壁であって、周囲を囲繞する空間部を形成する周壁と、
前記周壁の少なくとも他方の端部の開口を覆おう吸音材と、
前記周壁内の空間部に設けられ、前記周壁の高さ方向に対して略垂直な面内に延在し、前記壁体から離間した板状部材とを備え、
前記板状部材の周縁の少なくとも一部が、前記周壁から離間しており、前記周壁内の空間部が、前記周壁と前記板状部材の周縁との間の隙間を介して連通する２つの上下の空間へと仕切られることを特徴とする、吸音構造体。