JPH1011069A

JPH1011069A - 騒音低減装置

Info

Publication number: JPH1011069A
Application number: JP8164842A
Authority: JP
Inventors: Izuho Hirano; 出穂平野; Kazuo Nakamura; 一男中村
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1996-06-25
Filing date: 1996-06-25
Publication date: 1998-01-16

Abstract

(57)【要約】【課題】制約条件や副作用の少ない簡易な方法で騒音
を低減し、音響管本来の消音効果を保ちつつ、共振周波
数の偶数倍周辺の周波数帯域における伝達特性悪化を改
善する。【解決手段】壁面11に配設された周波数ｆで発音する
音源12に対し、管路長が２Ｌ（＝Ｃ／４ｆ（Ｃは音
速））の両開端のＵ字型音響管221 を、開口面をいずれ
も音源11の発音面に対向させて、該発音面に近接した位
置に配設する。また、Ｕ字型音響管221 の管路中央には
実管路長Ｌ／２の音響管222 を接続し、該音響管222 の
接続側と反対側の端を閉端とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、騒音低減装置に係
わり、特に音響管を用いた音響低減技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、騒音源の騒音低減手段の一つ
として、騒音源の近傍に吸遮音壁を設けるという方法が
とられてきた。この方法は、騒音源の周囲をほぼ隙間な
く吸遮音壁で遮蔽できる場合は有効であり、特に高周波
騒音の低減に効果が大きいことはよく知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実際に
音源の周りを隙間なく吸遮音壁で遮蔽することはレイア
ウト、熱等の理由で困難な場合が多く、隙間が発生した
場合、一般的にその遮音効果は大きく低下する。また、
吸遮音壁自身が発音したり、音源から吸遮音壁間の空間
に発生する定在波により音響伝達特性が悪化する等の副
作用が発生する場合も多い。

【０００４】そこで本発明は、このような従来の技術が
有する課題に着目してなされたものであり、制約条件の
少ない簡易な方法で、騒音の低減効果が大きく且つ副作
用の少ない騒音低減装置を提供することを第１の目的と
しており、また、音響管本来の消音効果を保ちつつ、ｆ
₀ の偶数倍周辺の周波数帯域における伝達特性悪化を副
作用の少ない方法で抑制する騒音低減装置を提供するこ
とを第２の目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明は、周波数ｆで発音する音源
の近傍に、管路長がＣ／４ｆ（Ｃは音速）にほぼ一致す
る片閉端、片開端の音響管の開端側を配設した。請求項
２に記載の発明は、周波数ｆで発音する音源の近傍に、
管路長がＣ／２ｆ（Ｃは音速）にほぼ一致する両開端の
音響管の少なくとも一方の開端側を配設した。

【０００６】請求項３に記載の発明は、複数の周波数ｆ
_i（ｉ＝１〜ｎ，ｎは正の整数）成分を含んで発音する
音源の近傍に、各周波数ｆ_iに対応して管路長ｌ_iがＣ
／４ｆ_i（Ｃは音速）にほぼ一致する片閉端，片開端の
複数の音響管ｉの開端側を配設した。請求項４に記載の
発明は、複数の周波数ｆ_i（ｉ＝１〜ｎ，ｎは正の整
数）成分を含んで発音する音源の近傍に、各周波数ｆ_i
に対応して管路長ｌ_iがＣ／２ｆ_i（Ｃは音速）にほぼ
一致する両開端の複数の音響管ｉの少なくとも一方の開
端側を配設した。

【０００７】請求項５に記載の発明は、前記音響管の開
端側は、該開端側の開口面が前記音源の発音面にほぼ平
行となるように配設した。請求項６に記載の発明は、前
記音響管は、該音響管の開端側の開口面を前記音源の発
音面にほぼ平行にすると共に、該音響管の管路長と前記
開口面から前記音源の発音面までの距離の和がＣ／４ｆ
に一致するように配設した。

【０００８】請求項７に記載の発明は、前記音響管は、
該音響管の開端側の開口面を前記音源の発音面にほぼ平
行にすると共に、該音響管の管路長の１／２の距離と前
記開口面から前記音源の発音面までの距離の和がＣ／４
ｆに一致するように配設した。請求項８に記載の発明
は、前記音響管は、ほぼ同一な開口面積及び管路長を有
する該音響管の開端側を、前記音源の近傍で対向するよ
うに配設した。

【０００９】請求項９に記載の発明は、前記音響管は、
ほぼ水平面内に配設し、該音響管の一方の開端側が他方
の端部側より下がるように管路に傾斜を付けるようにし
た。請求項１０に記載の発明は、前記音響管は、ほぼ垂
直面内に配設し、前記音源近傍の音響管開端側の高さが
他方の端部側の高さより低い音響管に対しては、両開端
の音響管を用いるようにした。

【００１０】請求項１１に記載の発明は、前記音響管
は、前記音源から構造的に隔離された土台に取り付ける
ようにした。請求項１２に記載の発明は、前記音響管
は、前記音源が配設された共通の土台に、防振支持する
防振支持部材を介して取り付けるようにした。請求項１
３に記載の発明は、前記音響間の管路長は、該音響管の
管路延設方向に対してほぼ垂直な断面の重心点を接続し
た線分の長さにより定義するようにした。

【００１１】請求項１４に記載の発明は、開端部がいず
れも周波数ｆで発音する音源の近傍に位置するように管
路長２ＬがＣ／２ｆの両開端の第１の音響管を配設する
一方、該第１の音響管の管路のほぼ中央位置に、管路長
Ｌ／２の第２の音響管の一端部を接続して連通させると
共に、該第２の音響管の他端部を閉端とするようにし
た。

【００１２】請求項１５に記載の発明は、開端部がいず
れも周波数ｆで発音する音源の近傍に位置するように管
路長２Ｌ_i（ｉ＝１〜ｎ，ｎは正の整数）がＣ／２ｆの
両開端の第１の音響管ｉを複数配設する一方、該第１の
音響管ｉの管路のほぼ中央位置に、管路長Ｌ_i／２の第
２の音響管ｉの一端部をそれぞれ接続して連通させると
共に、該第２の音響管ｉの他端部を閉端とするようにし
た。

【００１３】請求項１６に記載の発明は、前記第１及び
第２音響管は、１組の平面又は曲面間に形成し、該第１
及び第２音響管の全体構造が、前記音源を覆い騒音を遮
蔽するように形成した。請求項１７に記載の発明は、前
記音源は、膜振動構造物であり、前記音響管の開端部が
前記膜振動構造物の膜振動モードのほぼ腹位置にあり、
且つ該音響管の管路長Ｌと前記膜振動の共振周波数ｆと
の間にＬ＝Ｃ／２ｆ（Ｃは音速）の関係が成立するよう
にした。

【００１４】請求項１８に記載の発明は、前記音響管
は、該音響管の各開端部をそれぞれ近づけて配設するよ
うにした。請求項１９に記載の発明は、前記音響管は、
自動車用エンジンの騒音を低減するためのものとした。

【００１５】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、周波数
ｆで発音する音源の近傍に、管路長Ｃ／４ｆにほぼ一致
する片閉端，片開端の音響管の開端側を配設することに
より、詳細は後述する音響インピーダンスＺ₀の値が０
となり、騒音源が振動しても音圧が発生しない状態とな
る。このように、音響管が音源の放射する音響エネルギ
ーを吸収し、周波数ｆの騒音を低減することができる。

【００１６】請求項２に記載の発明によれば、周波数ｆ
で発音する音源の近傍に、管路長Ｃ／２ｆにほぼ一致す
る両開端の音響管の開端側を配設することにより、音響
管の左端部側から出発した音波が右端部側のに到達した
とき、その粒子速度ベクトルは右端部側の振動速度ベク
トルと一致する。同様に、右端部側から出発した音波が
左端部側に到達したとき、その粒子速度ベクトルは左端
部側の振動速度ベクトルと一致する。つまり、音波によ
り空気を圧縮（または膨張）しようとしても音響管内の
空気は音波の動く方向と同じ方向に動いているため、音
響管内の空気は圧縮も膨張もせず、結果として音源が振
動しているにもかかわらず、音圧が発生しないという状
態が生じる。このように、音響管が音源の放射する音響
エネルギーを吸収し、周波数ｆの騒音を低減することが
できる。

【００１７】請求項３に記載の発明によれば、周波数ｆ
_iのいずれかの成分を含んで発音する音源の近傍に、管
路長Ｃ／４ｆ_iにほぼ一致する片閉端，片開端の音響管
ｉの開端側を配設することにより、各音響管が音源の放
射する音響エネルギーをそれぞれ吸収し、複数の周波数
帯域の騒音を低減することができる。請求項４に記載の
発明によれば、周波数ｆ_iのいずれかの成分を含んで発
音する音源の近傍に、管路長Ｃ／２ｆ_iにほぼ一致する
両開端の音響管ｉの開端側を配設することにより、各音
響管が音源の放射する音響エネルギーをそれぞれ吸収
し、複数の周波数帯域の騒音を低減することができる。

【００１８】請求項５に記載の発明によれば、音響管の
開口面を音源の発音面にほぼ平行に配設することによ
り、音響管の音響エネルギー吸収効率が向上し、騒音低
減効果を増加させることができる。請求項６に記載の発
明によれば、音響管の開口面を音源の発音面にほぼ平行
にすると共に、音響管の管路長と前記開口面から前記音
源の発音面までの距離の和がＣ／４ｆに一致するように
配設することにより、音響管の音響エネルギーを最も効
率よく吸収でき、騒音低減効果をより増加させることが
できる。

【００１９】請求項７に記載の発明によれば、音響管の
開口面を音源の発音面にほぼ平行にすると共に、音響管
の管路長の１／２の距離と前記開口面から前記音源の発
音面までの距離の和がＣ／４ｆに一致するように配設す
ることにより、音響管の音響エネルギーを最も効率よく
吸収でき、騒音低減効果をより増加させることができ
る。

【００２０】請求項８に記載の発明によれば、ほぼ同一
な開口面積及び管路長を有する音響管の開端側を音源の
近傍で対向するように配置することにより、音響管によ
る騒音低減効果に加えて、音響管の開口面が向いている
方向に対する騒音悪化を抑制することができる。請求項
９に記載の発明によれば、音響管をほぼ水平面内で配置
するときに音響管の開端部側が下がるように管路に傾斜
を付けることにより、音響管内に水等が溜まることを防
止でき、安定した消音効果を確保することができる。

【００２１】請求項１０に記載の発明によれば、音響管
をほぼ垂直面内に配置するときに音源近傍の音響管開端
側の高さが他方の端部側の高さより低い音響管は、両開
端の音響管を用いることにより、音響管内に水等が溜ま
ることを防止でき、安定した消音効果を確保することが
できる。請求項１１に記載の発明によれば、音響管を音
源から構造的に隔離された土台に取り付けることによ
り、音源の振動が音響管を加振し、音響管自らが発音す
る等の副作用を防止することができる。

【００２２】請求項１２に記載の発明によれば、音響管
を音源が配設された共通の土台に、防振支持部材を介し
て取り付けることにより、音源の振動が音響管を加振
し、音響管自らが発音する等の副作用を防止することが
できる。請求項１３に記載の発明によれば、音響間の管
路長を音響管の管路延設方向に対してほぼ垂直な断面の
重心点を接続した線分の長さにより定義することによ
り、任意形状の音響管における管路長が明確に定義さ
れ、消音設計が容易に行うことができる。

【００２３】請求項１４に記載の発明によれば、管路長
２Ｌの両開端の第１の音響管の管路のほぼ中央位置に、
管路長Ｌ／２の第２の音響管の一端部を接続することに
より、第１の音響管単体の場合に発生する周波数ｆ（＝
Ｃ／２Ｌ）付近での騒音悪化（駆動点インピーダンスの
発散）を副作用を招くことなく抑制することができ、広
い周波数帯域で消音効果を確保することができる。

【００２４】請求項１５に記載の発明によれば、管路長
２Ｌ_iの両開端の第１の音響管ｉの管路のほぼ中央位置
に、管路長Ｌ_i／２の第２の音響管ｉの一端部を接続す
ることにより、第１の音響管ｉ単体の場合に発生する周
波数ｆ（＝Ｃ／２Ｌ_i）付近での騒音悪化（駆動点イン
ピーダンスの発散）を副作用を招くことなく抑制するこ
とができ、より広い周波数帯域でより大きな消音効果を
確保することができる。

【００２５】請求項１６に記載の発明によれば、第１及
び第２の音響管を１組の平面又は曲面間に形成し、その
全体構造が、音源を覆い騒音を遮蔽するように形成する
ことにより、音響管の消音効果と遮音カバーの遮音効果
を合わせ持つことにより、より有効な騒音低減を達成す
ることができ、例えば、エンジンのような騒音源に本装
置を容易に装着することができるようになる。

【００２６】請求項１７に記載の発明によれば、音響管
の開端部が、前記膜振動構造物である音源の膜振動モー
ドのほぼ腹位置にあり、且つ該音響管の管路長Ｌと前記
膜振動の共振周波数ｆとの間にＬ＝Ｃ／２ｆ（Ｃは音
速）の関係を成立させることにより、膜振動音源の各音
源位置にその周波数に消音特性を合わせた音響管を配置
することにより、より有効な騒音低減を達成することが
できる。

【００２７】請求項１８に記載の発明によれば、音響管
の各開端部をそれぞれ近づけて配設することにより、２
つの開口面に同一体積速度，同位相の加振力を入力させ
易くなると共に、開口面の位置を膜振動腹位置に合わせ
易くなり、消音効果をより向上させることができる。請
求項１９に記載の発明によれば、音響管を自動車用エン
ジンの騒音低減用として用いることにより、例えばロッ
カーカバーやチェーンカバー等に適用してエンジンから
発生する騒音を低減することができる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図１
〜図38に基づいて説明する。まず、騒音低減装置の管路
長を消音したい周波数の1/4 の波長に設定して騒音を低
減する第１の実施の形態を図１〜図７を用いて説明す
る。図１は騒音低減装置の概略構成図である。壁面11に
配設された音源12からは周波数ｆ(Hz)の音が発生し、直
径ｄ，実管路長ｌ（＝Ｃ/4−ｄ/2：Ｃは音速）の片閉
端、及び片開端を有する音響管13の開口面を、音源12の
発音面にほぼ平行に配設し、開口面を発音面から距離ｄ
/2（簡易的な開口端補正値) だけ離れた位置に、土台14
に固定された支持部材15により設置されている。そのた
め、管路長（発音面から音響管閉端面までの距離）Ｌは
丁度Ｃ／４ｆ（周波数ｆ(Hz)の音波の1/4 波長) とな
る。また、土台14は壁面11からは構造的に隔離されてい
るものとする。尚、本実施の形態においては、音源12と
してスピーカを仮定しているが、他の音源、例えばｆ(H
z)の固有振動数を有する膜構造物に周波数ｆを含む加振
力が作用する場合を仮定してもよい。

【００２９】本実施の形態における消音効果は、例えば
図２に示す装置構成で実験することにより確認できる。
即ち、音源12にホワイトノイズを発生する信号発生器21
とアンプ22を接続してホワイトノイズを発生させ、音源
12から所定距離だけ離れた位置に設置したマイク23で騒
音を収録する。マイク23の信号をマイクアンプ24で増幅
した信号Ｂをスピーカ入力電圧Ａで除した値Ｂ／Ａの周
波数特性25は、簡易的に音源12−マイク23間の音響伝達
特性として考えることができる。音響管有りの場合と無
しの場合について上記の伝達特性を測定した結果を比較
することにより、音響管による消音効果を確認すること
ができる。

【００３０】この消音効果のメカニズムを簡単に説明す
ると次のようになる。まず、図１に示すように片閉端音
響管を音源正面に設置した場合の音源位置における音響
インピーダンスＺ₀（＝音圧／粒子速度）は、（１）式
で表される。Ｚ₀＝−ｊρＣcot(ｋＬ） (1) ここで、ｊは虚数，ρは空気密度，ｋは波数（＝２πｆ
／Ｃ：πは円周率）であり、Ｚ₀は駆動点インピーダン
スと呼ばれるものである。ここで、管路長ＬがＣ／４ｆ
になるときの周波数ｆ₀に騒音源の周波数ｆがほぼ一致
する場合においては、ｋＬはπ／２となり、Ｚ₀は０と
なる。即ち、騒音源が振動しても音圧が発生しない状態
となり、騒音が低減される。

【００３１】消音効果が得られる周波数においては、図
３に示すように音響管長さが各周波数のの奇数倍に一致
する形で音響管内に気柱共鳴が発生し、その結果、音源
から音響管を見た場合の音響インピーダンスがほぼ０と
なる。そのため音源が発生する体積速度が音圧に変換さ
れなくなり、外部に放射される騒音が低減する。図４に
音響管による消音効果を示した。周波数ｆの奇数倍の周
波数で伝達特性が大きく低減され、これらの周波数帯域
で消音効果があることがわかる。

【００３２】この消音メカニズムは基本的には自動車エ
ンジンの吸気管に取り付けられるサイドブランチ管と同
様であるが、本実施の形態では音響管の開口部が音源に
近接している場合はこのような遮蔽されていない音場に
おいても充分な消音効果が得られることを確認した。か
かる消音効果は音響管13の代わりに、図５に示す曲管13
a や図６に示す両開端の音響管13b を音源12又は音源12
a,12b の手前に配置しても同様な効果が得られる。その
場合、各図中に示した管路長が消音したい周波数の1/4
の波長になっている必要がある。また、音響管の断面形
状は任意形状で構わないが、断面形状や断面積は音響管
の長さ方向には余り変化しない方が望ましい。また、図
７に示す音響管13c のように、開口面を発音面に対して
平行に配置しなくても、開口面と発音面が近接していれ
ばある程度の消音効果は得られる。尚、図５〜図７にお
いては音響管の支持部材と土台は省略して表している。

【００３３】次に、第１の実施の形態における音響管を
自動車用エンジン放射騒音の低減に適用した第２の実施
の形態について図８〜図１３を用いて説明する。本実施
の形態は、エンジンのロッカーカバーの放射音, 特にロ
ッカーカバーの膜１次共振周波数ｆ(Hz)の放射音の低減
を目的としたものである。図８は本実施の形態の騒音低
減装置の構成図で、樹脂等の材質からなる天板81の下側
に同じく樹脂等の材質からなる管部材82が６個接着等の
方法で放射状に取り付けられている。図９は図８のＡ−
Ａ断面を、図10はＢ−Ｂ断面を、図11はＣ−Ｃ断面を示
している。図９と図10に示す断面図からわかるように、
天板81と管部材82とを組み合わせることにより、外縁部
が閉端となり、中心部に向かって開口部が開いている音
響管が６本構成される。この管部材82の管路長はＣ／４
ｆにほぼ一致するように設計されている。音響管は、そ
れぞれ対向位置になっているため、音響管の開口方向に
対する騒音悪化は生じないようになっている。尚、管部
材82には図９に示すように水平面に対して角度θの傾斜
が付いているので、本騒音低減装置を水平面内に設置す
る場合、音響管内に水分等が溜まることを防ぐことがで
きる。

【００３４】そして、天板81には支持金具83がリベット
84で固定され、支持金具83の他方の端には該天板81に固
定された装置を土台に防振支持するための防振装置85が
取り付けられている。この防振装置85は、例えば図11に
示すようにアウターリング111 とインナーリング112 と
の間に防振ゴム113 を充填し、支持金具83の穴に圧入し
たもの等が考えられる。また、天板81には装置をロッカ
ーカバーに取り付けた場合に、天板81からロッカーカバ
ー間で定在波が発生しないようにするための穴86も設け
られている。

【００３５】このような騒音防止装置をエンジンのロッ
カーカバー面に取り付けた様子を図12に示す。また、本
装置の騒音低減効果の一例を図13に示す。このエンジン
の場合、ロッカーカバーの共振周波数は約1kHzにあり、
エンジン運転時のエンジン上方の騒音も1kHz成分が支配
的であったが、本装置を取り付けることにより、１kHz
及び３kHz 付近の騒音が低減され、全体として３ｄＢ以
上の低減効果が得られた。

【００３６】次に、第１の実施の形態における音響管を
エンジンのチェーンケースに対して適用した第３の実施
の形態を図14〜図16を用いて説明する。本実施の形態は
エンジンのチェーンケースの放射音、特にチェーンケー
スの膜１次共振周波数ｆ(Hz)の放射音の低減を目的とし
ている。図14は本実施の形態における騒音低減装置の構
成図で、樹脂等の材質からなる天板141 の下側に、同じ
く樹脂等の材質からなる管部材142 が４つ、管部材143,
144 が各１つずつ接着等の方法で放射状に取り付けられ
ている。そして、図15に示すように管部材142 は外縁部
が閉端となり中心部に向かって開口部が開いている音響
管を構成し、管部材143,144 は外縁部と中心部に向かっ
て開口部が開いている両開端の音響管を構成している。
尚、４つの管部材142 の管路長はそれぞれＣ／４ｆに、
管部材143,144 の管路長はＣ／２ｆにほぼ一致するよう
に設計されている。管部材142 は４本とも開口部が下向
きになるように取り付けられており、また、管部材143,
144 は両開端であるため、装置を鉛直面内に設置する場
合に音響管内に水分等が溜まることを防ぐことができ
る。天板141 には支持金具83がリベット84で固定され、
支持金具83の他方の端には装置を土台に防振支持するた
めの防振装置85が取り付けられている。

【００３７】本騒音低減装置をエンジンのチェーンケー
ス面に取り付けた様子を図16に示した。本装置を取り付
けることにより、第１の実施の形態と同様にｆHz及び３
ｆHz付近での前方騒音が低減される。次に、第１の実施
の形態における音響管を複数用いてエンジンのロッカー
カバーに適用した第４の実施の形態を図17〜図20を用い
て説明する。

【００３８】本実施の形態はエンジンのロッカーカバー
からの放射音を広い周波数帯域に亘ってて低減すること
を目的としたものである。図17は本実施の形態における
騒音低減装置の構成図で、片閉端, 片開端の管路長が異
なる複数の音響管171 を、開口部位置を揃えた上で同一
平面内に束ね、該束ねた音響管群を２つ縦に並べて配設
することにより音響管ブロック171aを形成すると共に、
更にもう１つの音響管ブロック171bを前記音響管ブロッ
ク171aに対向して、開口端が中心部を向くように配設し
ている。これらの音響管ブロックは、例えば樹脂の一体
成形等で形成され、リベット172 を介して金具173 に固
定される。そして、金具173 には本装置を土台に防振支
持するための防振装置85が取り付けられている。

【００３９】本実施の形態においては、音響管ブロック
171 は５種類の音響管41a 〜41e から構成され、それぞ
れ管路長が800,１k, 1.25k, 1.6k, 及び２kHz の1/4 波
長にほぼ一致するように形成されている。各音響管は基
本周波数の奇数倍の周波数に対しても消音効果を有する
ので、この５種類の音響管を用意することにより、800H
z 以上の周波数帯域は、ほぼ全域に対する騒音低減効果
が期待できる。また、本装置の正面図である図18に示す
ように、音響管ブロック171a,171b は開口部を下側に角
度θの傾斜をもって金具173 に取り付けられているた
め、装置を水平面内に設置する場合に各音響管内に水分
等が溜まることを防止することができる。

【００４０】本装置をエンジンのロッカーカバーに取り
付けた構成を図19に、そのときのエンジン放射騒音( 上
方１ｍにおける騒音) の低減効果を図20に示した。本装
置を取り付けることにより、約800Hz 以降の周波数全域
に亘って騒音低減効果が現れていることがわかる。とこ
ろで、第１〜第４の実施の形態における音響管は、全て
の周波数帯域に対して消音効果を奏するものではない。
図21は第１の実施の形態における（１）式の駆動点イン
ピーダンスの周波数特性を図示したもので、横軸が周波
数、縦軸がＺ₀／ｊρＣ (音圧比) である。図21におい
て音圧比の値が±１以内に入っている領域が消音効果の
ある領域であるが、その領域はｆ₀の奇数倍値の周りに
限られ、それ以外の領域では音響管設置により騒音が悪
化する。特にｆ₀の偶数倍の周波数においては、音響イ
ンピーダンスの値が無限大に発散するため、騒音の悪化
代はより大きいものとなる。

【００４１】このように、騒音源は一般に広範囲の周波
数成分を含むことが多く、その場合には、騒音源近傍に
音響管を設置しても騒音は必ずしも低減されないという
問題点があった。ｆ₀の偶数倍、例として２ｆ₀におけ
る騒音悪化を防ぐ方法としては、図39に示すように音響
管391 の中央部に吸音材392 を設置する方法、図40に示
すように音響管401 の閉端側に音響管402 を接続する方
法等が考えられる。

【００４２】しかし、図39の方法は吸音材取付け点にお
ける空気の粒子速度を低下させる方法であり、消音効果
がある周波数帯域での空気の動きも妨げてしまう。図40
の方法は音響管241 と音響管242 の断面積が近くなる
と、管路長が双方の和としてカウントされ、音響管の音
響特性そのものが変化する恐れがある。このように、各
方法ともそれぞれ副作用があり、十分な解決方法とはい
えない。

【００４３】そこで、騒音低減装置の音響管をＵ字型音
響管と直状の音響管とを組み合わせて形成した第５の実
施の形態を図22〜図29を用いて説明する。図22は本発明
による騒音低減装置の概略的な構成を示す図で、壁面11
に配設された音源12に対し、管路長（発音面から音響管
を通り該発音面までの距離）２Ｌの両開端のＵ字型音響
管221 が開口面がいずれも音源11の発音面に対向する状
態で音源11に近接して配設されている。また、Ｕ字型音
響管221 の管路中央には実管路長Ｌ／２の音響管222 が
接続されており、該音響管222 の一方の端は閉端になっ
ている。かかるＵ字型音響管221 及び音響管222 は土台
14上に支持部材15により支持されている。

【００４４】本実施の形態の具体的な説明に先立って、
まず、Ｕ字型音響管単体のときの音響特性を明らかにし
ておく。図23に示すように配置されたＵ字型音響管231
は、図24に示すＵ字型音響管と同じ管路長の直管241 の
両端に同振幅, 同周波数で互いに逆相で動くピストン音
源242a,242b を付加したものと等価と考えることができ
る。尚、ここではピストン音源の加振力は強力であり、
筒内の音場はピストンによる強制加振によって支配さ
れ、ピストン面での音の反射の影響は無視できるレベル
であると仮定する。

【００４５】このピストン音源が周波数ｆ₀（＝Ｃ／４
Ｌ）で振動する場合の筒内の粒子速度の分布は図25のよ
うに示される。図25はピストン音源が管の内側に向かっ
て振動速度最大で運動している瞬間の、右方向に進行す
る音波と左方向に進行する音波の粒子速度分布をそれぞ
れ別々に示したものである。ピストン音源が周波数ｆ₀
で振動する場合、左側のピストン242aから出発した音波
が右側のピストン242bに到達したとき、その粒子速度ベ
クトルは右側のピストン242aの振動速度ベクトルと一致
する。同様に、右側のピストン242bから出発した音波が
左側のピストン242aに到達したとき、その粒子速度ベク
トルは左側のピストン242bの振動速度ベクトルと一致す
る。

【００４６】つまり、ピストンが運動して空気を圧縮
（または膨張）しようとしてもピストン間の空気はピス
トンと同じ方向に動いているため、ピストン間の空気は
圧縮も膨張もせず、結果として音源が振動しているにも
かかわらず、音圧が発生しないという状態が生じる。次
に、ピストン音源が周波数２ｆ₀（＝Ｃ／２Ｌ）で振動
する場合の管内の粒子速度の分布を図26に示した。図26
は図25と同様に、ピストン音源が管の内側に向かって振
動速度最大で運動している瞬間の、右方向に進行する音
波と左方向に進行する音波の粒子速度分布を別々に示し
たものである。

【００４７】ピストン音源が周波数２ｆ₀で振動する場
合、左側のピストン242aから出発した音波が右側のピス
トン242bに到達したとき、その粒子速度ベクトルは右側
のピストン242bの振動速度ベクトルと逆向きになる。同
様に、右側のピストン242bから出発した音波が左側のピ
ストン242aに到達したとき、その粒子速度ベクトルは左
側のピストン242aの振動速度ベクトルと逆向きとなる。
つまり、ピストンを押しているときに空気が押した方向
に対し反対方向からぶつかってくる( 又はピストンを引
いているときに空気が引いた方向の反対方向に逃げてい
く）ため、空気は容易に圧縮又は膨張し、結果として音
源の振動に比較して、より大きな音圧が発生することに
なる。

【００４８】上記現象は音響工学的には次のように一義
的に説明される。一般に、波長に比べて十分に細い管の
中においては、管内の音波は１次元の波動方程式で記述
され、その音圧Ｐと粒子速度Ｖ（いずれも複素実効値）
の一般解は（２），（３）式で与えられる。Ｐ＝ｊｋρｃ｛Ａｅ^-jkx＋Ｂｅ^jkx｝ (2) Ｖ＝ｊｋ｛Ａｅ^-jkx−Ｂｅ^jkx｝ (3) 本実施の形態における音響管の境界条件を（４）式とし
て与えることにして、Ｖ＝Ｖ₀（ｘ＝０：左端），Ｖ＝−Ｖ₀（ｘ＝２Ｌ：右端） (4) （４）式を（３）式に代入すると、係数Ａ，Ｂが（５）
式のように求められる。

【００４９】

【数１】

【００５０】これらの値を（２），（３）式に代入する
と、管の中の音圧分布と粒子速度の分布が（６），
（７）式のように求められる。

【００５１】

【数２】

【００５２】そして、（６），（７）式から管内任意点
における音響インピーダンスＺ（＝Ｐ／Ｖ）は（８）式
で表され、

【００５３】

【数３】

【００５４】さらに、（８）式からｘ＝０及びｘ＝２Ｌ
における駆動点インピーダンスＺ₀，Ｚ_2Lは（９）式で
表される。

【００５５】

【数４】

【００５６】ここで、（９）式は前述の（１）式と同一
の式である。つまり、Ｕ字型音響管の駆動点インピーダ
ンス特性は、結果的には図１に示す半分の管路長の片閉
端音響管と同じであることが分かる。ただし後者は入射
波と反射波との干渉の結果であることに対し、前者は両
端のピストンによる強制加振波同士の干渉の結果であ
る。結局、図30に示すように、Ｕ字型音響管の駆動点イ
ンピーダンス特性も図21と同様にｆ₀の奇数倍の周波数
で０（音圧発生せず）となり、ｆ₀の偶数倍の周波数で
発散（大きな音圧が発生）することが分かる。

【００５７】再び本実施の形態の説明に戻る。図22に示
した本実施の形態における騒音低減装置の構成を図24の
形式で書き直すと、図28に示すようになる。先に説明し
たように周波数２ｆ₀（＝Ｃ／２Ｌ）においては駆動点
インピーダンスは発散するが、このときの音圧の腹は管
両端と管中央に位置する。これは、（８）式にｘ＝Ｌを
代入するとＺが無限大になることから分かるように、管
中央部は周波数に関係なく、常に音圧の腹となる。そこ
で、管中央位置に実管路長Ｌ／２の音響管281を接続す
ると、この音響管281 は周波数２ｆ₀の音波の1/4 波長
の長さであるため、周波数２ｆ₀の奇数倍の音圧変動を
吸収するように作用する。その結果、音響管282 内の振
動モードは弱められ、駆動点インピーダンスが低減され
る。図29は音響管281 即ち、図22の音響管222 を接続し
た場合の音響インピーダンス特性で、周波数２ｆ₀，６
ｆ₀の駆動点インピーダンスの発散が抑えられているこ
とが分かる。

【００５８】次に、第５の実施の形態における音響管を
自動車用エンジンに取り付けた第６の実施の形態を図30
〜図35を用いて説明する。図30は騒音低減装置を自動車
用エンジンに取り付けた様子を示したものである。騒音
低減装置301 は止め金具302 とボルト303 で結合され、
エンジンへは防振構造のボルト304 で止め金具302 とチ
ェーンケース305 及びロッカーカバー306 の後端を結合
することにより取り付けられる。騒音低減装置301 の下
面とロッカーカバー306 表面は略平行に、わずかに隙間
をあけた形で対向している。

【００５９】騒音低減装置301 の裏面を図31に示した。
本装置は主としてトレー311,カバー312 から構成され、
周囲に吸音材313 が詰められている。トレー311,カバー
312は例えば樹脂形成品で、吸音剤313 は例えば難燃ウ
レタンで構成されている。トレー311 の内部構造を図32
に示した。トレー311 の内部は６つの部屋に仕切られて
おり、各部屋の中にはリブが形成されている。このトレ
ー311 に図示したように穴の開いたカバー312 を装着
し、接合面をシールすることにより、先の６つの部屋は
図33に示す音響管331 を形成する。即ち、２つの穴を繋
ぐ通路が図22のＵ字型音響管221 に相当し、２つのリブ
332a,332b に挟まれた中央の空間が図22の音響管222 に
相当する。この２つの穴間の通路長を消音したい周波数
の1/2波長に合わせ、中央の空間の空間長を通路長の1/4
になるように設計を行うことにより、第５の実施の形
態で得られたものと同様な消音効果が得られる。

【００６０】具体的には、トレー311 の中央の大きな部
屋については、図34に示すようにロッカーカバー306 の
膜１次共振周波数に合わせ、両脇の小さな部屋について
は、図35に示すようにロッカーカバー306 の膜２次共振
周波数に合わせた設計を行うことにより、ロッカーカバ
ーの騒音低減をより効果的に行うことができる。また、
本騒音低減装置301 は遮蔽カバーの体裁もなしているた
め、音響管による消音効果と遮蔽カバーの遮音効果とを
合わせ持ち、より広い周波数範囲で効果的な騒音低減を
行うことができる。

【００６１】次に、第６の実施の形態における騒音低減
装置を改良した第７の実施の形態について図36〜図38を
用いて説明する。本実施の形態は第６の実施の形態と同
様に、騒音低減装置を自動車用エンジンに適用した例で
あり、エンジンへの取り付け状態は図30と同様である。
図36に本実施の形態における騒音低減装置の裏面を示し
た。本装置は第６の実施の形態と同様に、主としてトレ
ー361,カバー362 から構成され、周囲に吸音材313 が詰
められている。トレー361 の内部構造を図37に示した。
トレー361 の内部は６つの部屋に仕切られており、部屋
の中にはリブが形成されている。このトレー361 に図示
したように穴の開いたカバー362 を装着し、接合面をシ
ールすることにより、先の６つの部屋は図38に示すよう
な音響管381 を形成する。即ち、２つの穴を繋ぐ通路が
図22のＵ字型音響管221 に相当し、" コ" の字のリブ38
2に挟まれた中央の空間が図22の音響管222 に相当す
る。ただし、第５の実施の形態と異なる点は、リブ382
の入れ方を工夫して、音響管の２つの開口面383,384を
隣接させた点である。消音効果を充分発揮するためには
音響管の２つの開口面383,384 に同一体積速度, 同位相
の加振力が入力されることが理想であり、そのためには
開口面383,384 間の距離をできるだけ近づけて同一音源
加振されるようにした方がよい。本実施の形態において
は、そのことが考慮されている。また、開口面を１箇所
に集中させた方が音響管の開口位置をロッカーカバーの
膜振動腹位置により合わせやすくなるという利点もあ
る。尚、音響管の設計手法等においては、第６の実施の
形態の記述に準ずる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態における騒音低減装置の概
略構成図。

【図２】消音効果を実験的に確認するための装置構成
を示す図。

【図３】消音効果が得られる場合の気柱共鳴の様子を
示す図。

【図４】音響管の消音効果を表すＢ／Ａの周波数特性
を示す図。

【図５】消音効果が得られる屈曲した音響管を示す
図。

【図６】消音効果が得られる両開端の音響管を示す
図。

【図７】音響管の開口面と発音面を近接させて配置し
た様子を示す図。

【図８】第２の実施の形態における騒音低減装置の構
成図。

【図９】図８のＡ−Ａ断面を示す図。

【図１０】図８のＢ−Ｂ断面を示す図。

【図１１】図８のＣ−Ｃ断面を示す図。

【図１２】第２の実施の形態における騒音低減装置を
エンジンのロッカーカバー面に取り付けた様子を示す
図。

【図１３】第２の実施の形態における騒音低減装置の
騒音低減効果を示す図。

【図１４】第３の実施の形態における騒音低減装置の
構成図。

【図１５】第３の実施の形態における騒音低減装置の
音響管の配置を示す図。

【図１６】第３の実施の形態における騒音低減装置を
エンジンのチェーンケース面に取り付けた様子を示す
図。

【図１７】第４の実施の形態における騒音低減装置の
構成図。

【図１８】第４の実施の形態における騒音低減装置の
正面図。

【図１９】第４の実施の形態における騒音低減装置を
エンジンのロッカーカバー面に取り付けた様子を示す
図。

【図２０】第４の実施の形態における騒音低減装置の
騒音低減効果を示す図。

【図２１】第１の実施の形態における音響管の音響イ
ンピーダンス特性を示す図。

【図２２】第５の実施の形態における騒音低減装置の
概略構成図。

【図２３】音響特性の説明のためのＵ字型音響管の構
成を示す図。

【図２４】Ｕ字管音響管と同じ管路長の直管を示す
図。

【図２５】直管内の音波と音波の粒子速度の分布を示
す図。

【図２６】ピストン音源が２ｆ₀で振動する場合の管
内の粒子速度の分布を示す図。

【図２７】Ｕ字管音響管の駆動点インピーダンス特性
を示す図。

【図２８】第５の実施の形態における騒音低減装置を
図27の形式で書き表した図。

【図２９】第５の実施の形態における騒音低減装置の
音響インピーダンス特性を示す図。

【図３０】第６の実施の形態における騒音低減装置を
エンジンのロッカーカバー面に取り付けた様子を示す
図。

【図３１】第６の実施の形態における騒音低減装置の
裏面を示す図。

【図３２】トレーの内部構造を示す図。

【図３３】音響管に相当する部屋を示す図。

【図３４】中央の部屋に対する設計方法を示す図。

【図３５】両脇の小さな部屋に対する設計方法を示す
図。

【図３６】第７の実施の形態における騒音低減装置の
裏面を示す図。

【図３７】トレーの内部構造を示す図。

【図３８】音響管に相当する部屋を示す図。

【図３９】音響管の中央部に吸音材を設置する方法を
示す図。

【図４０】音響管の閉端側に他の音響管を接続する方
法を示す図。

【符号の説明】

11 壁面 12 音源 13,13a,13b,13c,171,222,331,381 音響管 14 土台 15 支持部材 81,141 天板 82,142 管部材 85 防振装置 171a,171b 音響管ブロック 221 Ｕ字型音響管 311,361 トレー 312,362 カバー 383,384 開口面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】周波数ｆで発音する音源の近傍に、管路長
がＣ／４ｆ（Ｃは音速）にほぼ一致する片閉端、片開端
の音響管の開端側を配設したことを特徴とする騒音低減
装置。
【請求項２】周波数ｆで発音する音源の近傍に、管路長
がＣ／２ｆ（Ｃは音速）にほぼ一致する両開端の音響管
の少なくとも一方の開端側を配設したことを特徴とする
騒音低減装置。
【請求項３】複数の周波数ｆ_i（ｉ＝１〜ｎ，ｎは正の
整数）成分を含んで発音する音源の近傍に、各周波数ｆ
_iに対応して管路長ｌ_iがＣ／４ｆ_i（Ｃは音速）にほ
ぼ一致する片閉端，片開端の複数の音響管ｉの開端側を
配設したことを特徴とすることを特徴とする騒音低減装
置。
【請求項４】複数の周波数ｆ_i（ｉ＝１〜ｎ，ｎは正の
整数）成分を含んで発音する音源の近傍に、各周波数ｆ
_iに対応して管路長ｌ_iがＣ／２ｆ_i（Ｃは音速）にほ
ぼ一致する両開端の複数の音響管ｉの少なくとも一方の
開端側を配設したことを特徴とする騒音低減装置。
【請求項５】前記音響管の開端側は、該開端側の開口面
が前記音源の発音面にほぼ平行となるように配設した請
求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の騒音低減装
置。
【請求項６】前記音響管は、該音響管の開端側の開口面
を前記音源の発音面にほぼ平行にすると共に、該音響管
の管路長と前記開口面から前記音源の発音面までの距離
の和がＣ／４ｆに一致するように配設した請求項１また
は請求項３に記載の騒音低減装置。
【請求項７】前記音響管は、該音響管の開端側の開口面
を前記音源の発音面にほぼ平行にすると共に、該音響管
の管路長の１／２の距離と前記開口面から前記音源の発
音面までの距離の和がＣ／４ｆに一致するように配設し
た請求項２または請求項４に記載の騒音低減装置。
【請求項８】前記音響管は、ほぼ同一な開口面積及び管
路長を有する該音響管の開端側を、前記音源の近傍で対
向するように配設した請求項１〜請求項７のいずれか１
つに記載の騒音低減装置。
【請求項９】前記音響管は、ほぼ水平面内に配設し、該
音響管の一方の開端側が他方の端部側より下がるように
管路に傾斜を付けるようにした請求項１〜請求項８のい
ずれか１つに記載の騒音低減装置。
【請求項１０】前記音響管は、ほぼ垂直面内に配設し、
前記音源近傍の音響管開端側の高さが他方の端部側の高
さより低い音響管に対しては、両開端の音響管を用いる
ようにした請求項１〜請求項８のいずれか１つに記載の
騒音低減装置。
【請求項１１】前記音響管は、前記音源から構造的に隔
離された土台に取り付けるようにした請求項１〜請求項
１０のいずれか１つに記載の騒音低減装置。
【請求項１２】前記音響管は、前記音源が配設された共
通の土台に、防振支持する防振支持部材を介して取り付
けるようにした請求項１〜請求項１０のいずれか１つに
記載の騒音低減装置。
【請求項１３】前記音響間の管路長は、該音響管の管路
延設方向に対してほぼ垂直な断面の重心点を接続した線
分の長さにより定義するようにした請求項１〜請求項１
２のいずれか１つに記載の騒音低減装置。
【請求項１４】開端部がいずれも周波数ｆで発音する音
源の近傍に位置するように管路長２ＬがＣ／２ｆの両開
端の第１の音響管を配設する一方、該第１の音響管の管
路のほぼ中央位置に、管路長Ｌ／２の第２の音響管の一
端部を接続して連通させると共に、該第２の音響管の他
端部を閉端とすることを特徴とする騒音低減装置。
【請求項１５】開端部がいずれも周波数ｆで発音する音
源の近傍に位置するように管路長２Ｌ _i（ｉ＝１〜ｎ，
ｎは正の整数）がＣ／２ｆの両開端の第１の音響管ｉを
複数配設する一方、該第１の音響管ｉの管路のほぼ中央
位置に、管路長Ｌ_i／２の第２の音響管ｉの一端部をそ
れぞれ接続して連通させると共に、該第２の音響管ｉの
他端部を閉端とすることを特徴とする騒音低減装置。
【請求項１６】前記第１及び第２音響管は、１組の平面
又は曲面間に形成し、該第１及び第２音響管の全体構造
が、前記音源を覆い騒音を遮蔽するように形成した請求
項１５または請求項１５に記載の騒音低減装置。
【請求項１７】前記音源は、膜振動構造物であり、前記
音響管の開端部が前記膜振動構造物の膜振動モードのほ
ぼ腹位置にあり、且つ該音響管の管路長Ｌと前記膜振動
の共振周波数ｆとの間にＬ＝Ｃ／２ｆ（Ｃは音速）の関
係が成立するようにした請求項１５〜請求項１６のいず
れか１つに記載の騒音低減装置。
【請求項１８】前記音響管は、該音響管の各開端部をそ
れぞれ近づけて配設するようにした請求項１５〜請求項
１７のいずれか１つに記載の騒音低減装置。
【請求項１９】前記音響管は、自動車用エンジンの騒音
を低減するためのものである請求項１〜請求項１８のい
ずれか１つに記載の騒音低減装置。