JPH10282965A

JPH10282965A - 吸音装置

Info

Publication number: JPH10282965A
Application number: JP9102552A
Authority: JP
Inventors: Yasuji Iwazawa; 保次岩澤
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1997-04-04
Filing date: 1997-04-04
Publication date: 1998-10-23

Abstract

(57)【要約】【課題】狭い設置空間でもより効率的に吸音でき、ま
た極低周波の音でも吸音できる吸音装置を提供する。【解決手段】容積形に成形された壁面に外部から音波
を導入する開口２を設け、この開口２から導入された音
波によって共鳴周波数ｆo を生じ、この共鳴周波数ｆo
によって壁面が起振され、この振動によって及びこの振
動が熱に変わることによって音波を減衰させる共鳴形吸
音材１において、共鳴形吸音材１の開口２側及び反開口
２側のいずれか一方又は両方に多孔質形吸音材４を有す
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、高効率で吸音する
吸音装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば車両はエンジン音、変速機や差動
機でのギヤ音、タイヤの路面接地音、車体の風切り音等
の種々騒音を発する。特にホイールローダ等、ディーゼ
ルエンジンを搭載する建設車両では、負荷作業時のエン
ジン音が最大となる。ここでエンジン音の基本周波数ｆ
e は４サイクルエンジンならば次の数１で得られる。

【０００３】

【数１】ｆe ＝ｎ・Ｎ／１２０但し、ｎは気筒数、Ｎはエンジン回転数ｒｐｍである。

【０００４】そしてファンの風切り音、過給器の回転
音、エンジン内部のギヤ音、作業機用油圧ポンプの回転
音等が加味されてエンジン音は可聴域に渡るエンジン音
を生ずる。尚、エンジン燃焼音の最大値は、４サイクル
ならば、通常、基本周波数ｆeの４倍の周波数での音で
現れる。

【０００５】そしてこのような車両ではエンジンルーム
を密閉し、エンジン音の外部漏れを阻止している。また
吸音材をエンジンルームの内壁面に設けて吸音するもの
もある。吸音材としては、繊維状、ポーラス状、発泡系
の物質で構成され、繊維間やポーラス、気泡内における
通気抵抗によって音を減衰させる多孔質形吸音材を用い
るのが普通である。尚、近時、乗用車ではエンジンアン
ダーカバー上に共鳴形吸音材を固設し、エンジン音を共
鳴形吸音材での振動エネルギーやその振動に基づく熱エ
ネルギーに変換して減衰し、吸音するものも散見され
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが上記従来の吸
音装置には次のような問題がある。（１）エンジンルームを密閉しても、エンジン音はエン
ジン冷却ファンによって外部へ漏れる。即ち基本的に
は、エンジンルーム内の音をより高効率で低減しておく
ことが要請される。

【０００７】（２）多孔質形吸音材は流通性があり、か
つ安価である。しかしながらその吸音率は、例えば厚さ
２５ｍｍのウレタン製の試験成績である図１１に示すよ
うに、周波数Ｈｚの増加に伴って漸増する傾向を示す。
即ち、低周波音の吸音率が低いという問題がある。

【０００８】（３）共鳴形吸音材は、図１２に示すよう
に、容積形に成形された壁面１１に外部から音波２０を
導入する開口１２を設け、この開口１２から導入された
音波２０によって共鳴周波数ｆo を生じ、この共鳴周波
数ｆo によって壁面１１が起振され、この振動によって
及びこの振動が熱に変わることによって音波２０を減衰
させるヘルムホルツ共鳴器１０で構成される。尚、ヘル
ムホルツ共鳴器１０は狭い範囲ではあるが、共鳴周波数
ｆo 近傍の周波数の音にも共鳴して吸音する。

【０００９】

【数２】ｆo ≒（Ｃ／２π)・｛Ｓ／｛（Ｌ＋０．８・
Ｓ^1/2）・Ｖ｝〕^1/ ² 但し、Ｃは音速、Ｓは開口１２の面積、Ｌは開口１２の
長さ、Ｖは開口１２の奥の内容積である。

【００１０】上記数２から明らかなように、ヘルムホル
ツ共鳴器１０は、開口面積Ｓ、開口長さＬ及び内容積で
Ｖを自在に選択できる。つまり吸音すべき共鳴周波数ｆ
o を自在に設定できる。即ち、同じ共鳴周波数ｆo を有
するヘルムホルツ共鳴器１０と、互いに異なる共鳴周波
数ｆo を有する各種ヘルムホルツ共鳴器１０とを多数有
して前記共鳴形吸音材が構成されている。ここ結果、共
鳴形吸音材では、共鳴周波数ｆo 毎に極めて高い吸音効
果を示す。ところがこのようなヘルムホルツ共鳴器１０
にも次のような問題がある。

【００１１】説明を容易にするため、先ず試供エンジン
を説明する。試供エンジンは、最も標準的な４サイク
ル、６気筒、最低アイドル回転数６００ｒｐｍ、最高ア
イドル回転数２５００ｒｐｍである。この場合、基本周
波数ｆe は上記数１から３０〜１２５Ｈｚとなる。また
最大音は４サイクルエンジンでは通常、基本周波数ｆe
の４倍の周波数の音であるから、１２０〜６００Ｈｚの
音となる。即ち、試供エンジンでの大きな音は約３０Ｈ
ｚ（最低アイドル回転数）以上で生ずる。またさらに説
明を容易にするため、ヘルムホルツ共鳴器１０の仕様
を、Ｓ＝１ｃｍ²、Ｌ＝０．１ｃｍとする。またＣ＝３
４０００ｃｍ／ｓとする。

【００１２】上記各条件において、３０Ｈｚ以上の共鳴
周波数ｆo が得られる内容積Ｖの段階的推移は、上記数
２から、ｆo ＝３０ＨｚではＶ≒３３³ｃｍ³（＝３３
ｃｍ×３３ｃｍ×３３ｃｍ）となる。同様に、例えば８
０Ｈｚでは約１７³ｃｍ³、１２０Ｈｚでは約１３³ｃ
ｍ³、２００Ｈｚでは約９．３³ｃｍ³、３００Ｈｚで
は約７．１³ｃｍ³、４００Ｈｚでは約５．９³ｃ
ｍ³、５００Ｈｚでは約５．１³ｃｍ³、６００Ｈｚで
は約４．５³ｃｍ³、７００Ｈｚでは約４．０³ｃ
ｍ³、・・・となる。尚、ヘルムホルツ共鳴器１０の内
容積Ｖをこのように正立方体ｃｍ³で示したのは、前記
の通り、説明を分かり易くするためである。実際のヘル
ムホルツ共鳴器１０は、上記正立方体の外、台形、直方
体、図１３に示されるいわゆる穿孔板式（この場合、Ｖ
＝ｈ・ｄ²）等、各種有る。そしてこれらの中から最適
なヘルムホルツ共鳴器が決定される。

【００１３】つまり上記内容積Ｖの段階的推移から次の
ことが分かる。共鳴形吸音材が例えば３０〜５００Ｈｚ
程度の音に対して吸音効果を得るには約３３³〜約５．
１³ｃｍ³という大きな内容積Ｖを有するヘルムホルツ
共鳴器１０を多数有する必要があるということである。
ところが車両のエンジンルームにはそのように大きなヘ
ルムホルツ共鳴器３を多数有す共鳴形吸音材を設置でき
る余裕空間及び余裕面積が存在しないのが普通である。
また何よりも、このような狭い空間において、上記大き
な内容積Ｖ（約３３³〜約５．１³ｃｍ³）であるヘル
ムホルツ共鳴器１０を設けるにしても、その数は、僅か
でしかない。つまり、その極低周波３０〜５００Ｈｚで
ある共鳴周波数ｆo の一部の音しか吸音できないことに
なる。

【００１４】即ち、上記従来の「エンジンアンダカバー
上に共鳴形吸音材を設けた乗用車」では、６００Ｈｚ程
度以上の音は吸音できるものの、６００Ｈｚ程度以下の
音を基本的には吸音できない。また６００〜７００Ｈｚ
程度の音を吸音できるとしても、これに該当する内容積
Ｖ（４．５³〜４．０³ｃｍ³）もまた大きく、このよ
うなヘルムホルツ共鳴器１０も多数配置することも困難
である。即ち、図１４に示されるような吸音効果Ｐ１と
なり、高い吸音率が得られるのは約７００〜２ｋＨｚ程
度の範囲内に限定される。尚、上限側が２ｋＨｚ程度で
あるのは、主に各ヘルムホルツ共鳴器１０が同一材質で
ある共鳴形吸音材で構成されることに起因し、またその
ように小さなヘルムホルツ共鳴器１０を作成することが
困難であることによる。尚、この約７００〜２ｋＨｚ程
度の範囲ならば、共鳴形吸音材では、同図１４に示すよ
うに、極めて高い吸音率９５％が得られる。

【００１５】本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、狭
い設置空間でもより効率的に吸音でき、また極低周波の
音でも吸音できる吸音装置を提供することを目的とす
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段及び効果】上記目的を達成
するため、本発明に係る吸音装置は、第１に、容積形に
成形された壁面に外部から音波を導入する開口を設け、
この開口から導入された音波によって共鳴周波数を生
じ、この共鳴周波数によって壁面が起振され、この振動
によって及びこの振動が熱に変わることによって音波を
減衰させる共鳴形吸音材において、共鳴形吸音材の開口
側及び反開口側のいずれか一方又は両方に多孔質形吸音
材を有することを特徴特徴としている。

【００１７】上記第１構成によれば、図６に示すよう
に、共鳴形吸音材による吸音効果Ｐ１（実線）と、多孔
質形吸音材による吸音効果Ｐ２（実線）とが重畳した吸
音効果Ｐ１２（点線）が得られる。即ち第１構成によれ
ば、従来技術と比べ、狭い設置空間でもより効率的に吸
音できる。

【００１８】第２に、容積形に成形された壁面に外部か
ら音波を導入する開口を設け、この開口から導入された
音波によって共鳴周波数を生じ、この共鳴周波数によっ
て壁面が起振され、この振動によって及びこの振動が熱
に変わることによって音波を減衰させる共鳴形吸音材
を、互いの開口側の外面が両共鳴形吸音材で生成された
最も低い共鳴周波数の半波長以上の離間距離を有して対
面するように、対向配置したことを特徴としている。

【００１９】上記第２構成によれば、図８に示すよう
に、共鳴形吸音材１自体による低周波以上の吸音効果Ｐ
１（実線）と、２枚の共鳴形吸音材を、これら内の最も
低い共鳴周波数の半波長以上の離間距離を有して対面し
対向配置することによる第２の吸音効果Ｐ３（実線）と
が重畳した吸音効果Ｐ１３（点線）が得られる。即ち第
２構成によれば、従来技術と比べ、狭い設置空間でもよ
り効率的に吸音でき、また極低周波の音も吸音できる。

【００２０】第３に、上記第１構成の吸音装置を、互い
の開口側の外面が両共鳴形吸音材で生成された最も低い
共鳴周波数の半波長以上の離間距離を有して対面するよ
うに、対向配置したことを特徴としている。

【００２１】上記第３構成によれば、図９に示すよう
に、上記第１構成による吸音効果Ｐ１２（実線）と、２
枚の共鳴形吸音材を、これら内の最も低い共鳴周波数の
半波長以上の離間距離を有して対面し対向配置すること
による第２の吸音効果Ｐ３（実線）とが重畳した吸音効
果Ｐ１２３（点線）が得られる。即ち第３構成によれ
ば、従来技術と比べ、狭い設置空間でもより効率的に吸
音でき、また極低周波の音も吸音できる。

【００２２】

【発明の実施の形態及び実施例】実施例を図１〜図１０
を参照し説明する。実施例を搭載する車両は前記ホイー
ルローダである。このホイールローダは前記試供エンジ
ン（４サイクル、６気筒、最低アイドル回転数６００ｒ
ｐｍ、最高アイドル回転数２５００ｒｐｍ）をエンジン
ルーム内に搭載している。

【００２３】そして図１に示すように、実施例に用いた
共鳴形吸音材１は、厚さ約１ｍｍのポリプロピレンシー
トを、各種サイズの凸形台形に成形し、さらに凸形台形
の頂面に孔２（前記開口）を打ち抜き、その後、反孔２
側をエンジンルームの内壁にビスや接着材等で固設可能
としたものである。

【００２４】ここで凸形台形の夫々がヘルムホルツ共鳴
器３ａ、３ｂ、・・を構成する（尚、以下において、こ
れらヘルムホルツ共鳴器３ａ、３ｂ、・・を区別せず、
総称するときは、単にヘルムホルツ共鳴器３とする）。
但し前記したように、エンジンルームは大きなヘルムホ
ルツ共鳴器３を多数収容できる空間が無い。従って上記
共鳴形吸音材１では、その最も大きいサイズのヘルムホ
ルツ共鳴器３ａを次の通りとしてある。即ち内容積Ｖを
約４．５³ｃｍ³とし、かつ孔２の開口面積Ｓを約１ｃ
ｍ²としたヘルムホルツ共鳴器３ａである。そしてこれ
よりも小さいヘルムホルツ共鳴器３ｂ、３ｃ、・・は、
内容積Ｖを４．５³ｃｍ³以下、かつ孔２の開口面積Ｓ
を１ｃｍ²以下としてある。尚、各ヘルムホルツ共鳴器
３の開口部長さＬはシート厚さである前記約１ｍｍであ
る。即ち、ヘルムホルツ共鳴器３は、ヘルムホルツ共鳴
器３ａの共鳴周波数６００Ｈｚを最小とし、ヘルムホル
ツ共鳴器３ｂ、３ｃ、・・において、６００Ｈｚ程度以
上の共鳴周波数ｆob、ｆoc、・・を有する。

【００２５】第１実施例は、上記共鳴形吸音材１におい
て、図２に示すように、共鳴形吸音材１をシート状の多
孔質形吸音材４ａを介してエンジンルーム５の内壁面６
に装着した。尚、多孔質形吸音材４ａはグラスウール
製、フェルト製、発泡ウレタン製、発泡メラミン製等の
各種材質で構成される（以下同じ）。

【００２６】第２実施例は、図３に示すように、共鳴形
吸音材１をエンジンルーム５の内壁面６に装着すると共
に、共鳴形吸音材１の表側にシート状の多孔質形吸音材
４ｂを装着した。尚、この場合、図４に示すように、ヘ
ルムホルツ共鳴器３が多孔質形吸音材４ｂからエンジン
ルーム５側に露出しても構わない。

【００２７】第３実施例は、図５に示すように、共鳴形
吸音材１をシート状の多孔質形吸音材４ａを介してエン
ジンルーム５の内壁面６に装着すると共に、共鳴形吸音
材１の表側にシート状の多孔質形吸音材４ｂを装着し
た。尚、この場合も、ヘルムホルツ共鳴器３が多孔質形
吸音材４ｂからエンジンルーム５側に露出しても構わな
い。

【００２８】尚、上記第２、第３実施例での多孔質形吸
音材４ｂは、塵埃の多いエンジンルーム５における孔の
目詰まり阻止及び破損阻止のため、表面に例えばアルミ
箔や塗料等によるコーティングを施してある。

【００２９】上記第１〜第３実施例によれば、図６に示
すように、共鳴形吸音材１による吸音効果Ｐ１（実線）
と、多孔質形吸音材３による吸音効果Ｐ２（実線）とが
重畳した吸音効果Ｐ１２（点線）が得られる。

【００３０】第４実施例は、図７に示すように、エンジ
ンルーム５における空間の各所に２枚で対とされた共鳴
形吸音材１、１を離間距離Ｄを有して対向配置した。離
間距離Ｄは２８ｃｍ以上であり、そのような空間には多
数の共鳴形吸音材１、１を配置したものである。また空
間内に仕切り板を設けて共鳴形吸音材１、１の対向配置
数を増やしてある。

【００３１】上記第４実施例によれば、次のような効果
を奏する。エンジンルーム５内には表面が凹凸であるエ
ンジン及び関連機器が多数収容されている。またエンジ
ンルーム５の壁面であるエンジンカバーやエンジンアン
ダーカバー等の表面も凹凸を有する様々な形状とされて
いる。このためエンジンルーム５内で定在波（即ち、共
鳴周波数）の生ずる余地が殆ど無い。例えば前記した従
来技術である「エンジンアンダーカバー上に共鳴形吸音
材を設けた乗用車」も、共鳴形吸音材とエンジンオイル
パンとが平行面で対向していることは殆どなく、従って
共鳴形吸音材とエンジンオイルパンとの間で定在波が生
ずることも殆ど無い。

【００３２】ところが上記第４実施例は２枚の共鳴形吸
音材１、１を離間距離Ｄを有して対向配置してある。こ
のため各共鳴形吸音材１、１夫々での共鳴周波数ｆo に
よる吸音効果Ｐ１とは別に、共鳴形吸音材１、１間に定
在波（つまり、第２の共鳴周波数ｆn ）が生じ、この第
２の共鳴周波数ｆn によって共鳴形吸音材１、１の壁面
が共振し、当該第２の共鳴周波数ｆn の音を吸音すると
いう第２の吸音効果Ｐ３が生起される。

【００３３】尚、第４実施例では、２枚の共鳴形吸音材
１、１の離間距離Ｄを２８ｃｍ以上としてある。この理
由は次に基づく。

【００３４】実施例における共鳴形吸音材１は、ヘルム
ホルツ共鳴器３ａによって基本的には約６００Ｈｚ以上
の音を吸音できる。しかしながらこれは、言い換えれ
ば、基本的には約６００Ｈｚ未満の音を吸音できないこ
とを意味する。ここで６００Ｈｚの波長λは、音速Ｃを
３４０００ｃｍ／ｓとすると、約５６．７ｃｍとなる。
従って２枚の共鳴形吸音材１、１を離間距離Ｄ（即ち、
波長）の前記波長の半分以上とすれば（Ｄ≧λ／２）、
２枚の共鳴形吸音材１、１間で６００Ｈｚ以下の波長で
もその定在波（即ち、第２の共鳴周波数ｆn ）を生起さ
せることができる。ここで半波長λ／２は約２８ｃｍで
あり、従って離間距離Ｄを２８ｃｍ以上とものである。
具体的には次の通り。

【００３５】実施例でのエンジンルーム５は、エンジン
上部において、最長の約１７０ｃｍの離間距離Ｄの空間
を有する。そこでこの空間にこの離間距離Ｄを挟んで両
端に２枚の共鳴形吸音材１、１を夫々の孔２側面が対面
するように対向配置した。即ちこの１７０ｃｍの離間距
離Ｄでの第２の共鳴周波数ｆn は、１００Ｈｚ（１７０
ｃｍが半波長である波長）、２００Ｈｚ（波長１７０ｃ
ｍ）、３００Ｈｚ（１７０ｃｍの２／３波長）、４００
Ｈｚ（１７０ｃｍの２／４波長）、５００Ｈｚ（１７０
ｃｍの２／５波長）、・・・となり、これらの音が共鳴
形吸音材１、１で吸音される。しかも第４実施例では、
２８〜１７０ｃｍの範囲の離間距離Ｄの空間に数多くの
共鳴形吸音材１、１を対向配置してある。

【００３６】従って１００Ｈｚ以上の音に対し前記第２
の吸音効果Ｐ３を生ずる。尚、２つの共鳴形吸音材１、
１は、その数が多いほど、吸音量が増加し、また離間距
離Ｄが長くなるほど、より極低周波（例えば３０Ｈｚ程
度）の音を吸音できるようになる。従って前記第２の吸
音効果Ｐ３は概念的には詳細を後述する図８、図９のよ
うになる。尚、離間距離Ｄが２８ｃｍ以下のものを準備
しても構わないことは説明を要さない。

【００３７】即ち、第４実施例によれば、図８に示すよ
うに、共鳴形吸音材１自体によって約６００Ｈｚ以上の
吸音効果Ｐ１（実線）と、２枚の共鳴形吸音材１、１
を、これら内の最も低い共鳴周波数ｆa の半波長以上の
離間距離Ｄを有して対面し対向配置することによる第２
の吸音効果Ｐ３（実線）とが重畳した吸音効果Ｐ１３
（点線）が得られる。

【００３８】第５実施例は上記第１〜第３実施例の吸音
装置を第４実施例と同様に対向配置したものである。こ
のようにすると、図９に示すように、上記第１〜第３実
施例の吸音効果Ｐ１２（実線）と、共鳴形吸音材１、１
の対向配置による第２の吸音効果Ｐ３（実線）とが重畳
した吸音効果Ｐ１２３（点線）が得られる。

【００３９】尚、上記各実施例は、エンジンルーム５だ
けに適用されるだけでなく、運転席にも適用でき、特に
第４、第５実施例等はホイールローダの外部でも適用で
きる。例えば、図１０に示すように、運転室とエンジン
ルームとが前後フレームに個別配置され、かつ前後フレ
ームがピン連結によって屈折する、いわゆるアーチキュ
レート式ホイールローダでは運転室とエンジンルームと
の外壁外側の対向面に第４、第５実施例を適用しても構
わない。このようにすると、車両がアーチキュレートし
ていない時、共鳴形吸音材１、１が正対し、第２の共鳴
周波数ｆn が生成され、その音が吸音される。即ち僅か
でも音の絶対量が減少し、その分、周囲騒音が低下す
る。また建物の室内外等に配置しても構わないことは説
明を要さない。

【００４０】さらに尚、共鳴形吸音材１におけるヘルム
ホルツ共鳴器３は、上記実施例のような凸形台形だけで
なく、前記したように、正立方体、直方体、図１３の穿
孔板式等の形式でも構わない。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例で用いた共鳴形吸音材の一部断面斜視図
である。

【図２】第１実施例の側面断面図である。

【図３】第２実施例の側面断面図である。

【図４】第２実施例での他例の側面断面図である。

【図５】第３実施例の側面断面図である。

【図６】第１〜第３実施例の特性グラフである。

【図７】第４実施例であるエンジンルームの側面断面図
である。

【図８】第４実施例の特性グラフである。

【図９】第５実施例の特性グラフである。

【図１０】第３又は第４実施例を搭載したアーチキュレ
ート式ホイールローダの斜視図である。

【図１１】多孔質形吸音材の特性グラフである。

【図１２】ヘルムホルツ共鳴器の断面図である。

【図１３】他のヘルムホルツ共鳴器の断面図である。

【図１４】ヘルムホルツ共鳴器の特性グラフである。

【符号の説明】

１…共鳴形吸音材、２…開口（孔）、３…ヘルムホルツ
共鳴器、４…多孔質形吸音材、５…エンジンルーム、６
…エンジンルーム外壁、ｆo …共鳴周波数、ｆn …第２
の共鳴周波数。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】容積形に成形された壁面に外部から音波
を導入する開口を設け、この開口から導入された音波に
よって共鳴周波数を生じ、この共鳴周波数によって壁面
が起振され、この振動によって及びこの振動が熱に変わ
ることによって音波を減衰させる共鳴形吸音材におい
て、共鳴形吸音材の開口側及び反開口側のいずれか一方
又は両方に多孔質形吸音材を有することを特徴とする吸
音装置。
【請求項２】容積形に成形された壁面に外部から音波
を導入する開口を設け、この開口から導入された音波に
よって共鳴周波数を生じ、この共鳴周波数によって壁面
が起振され、この振動によって及びこの振動が熱に変わ
ることによって音波を減衰させる共鳴形吸音材を、互い
の開口側の外面が両共鳴形吸音材で生成された最も低い
共鳴周波数の半波長以上の離間距離を有して対面するよ
うに、対向配置したことを特徴とする吸音装置。
【請求項３】請求項１記載の吸音装置を、互いの開口
側の外面が両共鳴形吸音材で生成された最も低い共鳴周
波数の半波長以上の離間距離を有して対面するように、
対向配置したことを特徴とする吸音装置。