JP5315864B2

JP5315864B2 - 車体構造体およびフロア

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Publication number: JP5315864B2
Application number: JP2008223442A
Authority: JP
Inventors: 康敬中村; 廉人棚瀬; 篤史吉田; 勝松下
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2008-09-01
Filing date: 2008-09-01
Publication date: 2013-10-16
Anticipated expiration: 2028-09-01
Also published as: JP2010058538A

Description

本発明は、例えば、ロードノイズ等の比較的低い周波数のノイズを吸音することが可能な車体構造体に関する。

車体構造体において、車室に進入する音を吸収する技術が知られている。例えば、特許文献１には、ヘルムホルツ共鳴管の原理を利用して、車室内に進入したロードノイズを低減させる技術が開示されている。また、特許文献２には、騒音を吸収し得る素材を材質とした吸音部材と衝撃吸収部材とから構成されるフットパネルが開示されている。
特開２００６−１４２８８５号公報特開２００５−１４５３８３号公報

ところで、上記特許文献１に記載の技術では、特許文献１の図１０、図１１に記載されているように、５００Ｈｚ以上の比較的高周波の領域においては減衰する結果が得られているものの、ロードノイズ等の比較的低い周波数領域における音に対しては減衰させることができなかった。この理由としては、例えば特許文献１に記載の技術では共鳴部材の板厚が薄いことが挙げられる。また、特許文献２に記載の技術では、粒子速度を利用した吸音構造であるため、音波の粒子速度が最大となる位置に、その速度が最大となる方向と垂直に多孔質材が配設されているときに、吸音効率が最大となる。このため、室境界（壁面）から、対象周波数のλ／４程度の空間を背後に有する必要があり、低音域を吸音するためには、大きな空気層（例えば、３１５Ｈｚの場合には２７ｃｍ）を確保しなくてはならない。この場合、現実的には、車両のフロアのように厚みが少ない部材の内部に吸音構造を設置することができなくなる。言い換えれば、背後空気層が少ない多孔質吸音構造では、低周波数を吸音することはできず、低周波波の音響エネルギーを消散させることはできなかった。このように、上記特許文献１、２に記載の技術では、いずれも低周波数帯域の音を吸収することができなかった。

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、低周波領域における音を効率良く吸音することにある。

上述した課題を解決するために、本発明が採用する車体構造体は、フロアと、前記フロアに設けられ、音圧駆動によって吸音を行う吸音構造体と、を具備し、前記吸音構造体は、振動板と、該振動板の背後に画成される空気層とを有する板吸音体を含み、前記振動板の弾性振動の基本振動周波数が、前記振動板のマスと前記空気層のバネ成分とで構成されるバネマス系の共振周波数の５％以上６５％以下の範囲内にあることを特徴とする。
上記車体構造体において、前記吸音構造体の音圧駆動によって駆動される部位は、前記フロアにおける音圧が高い部位に配置されることが望ましい。

上記車体構造体において、前記吸音構造体は、一端が閉塞した閉塞部となり他端が開口した開口部となる空洞を有する管吸音体であることが望ましい。
前記管吸音体は、複数の前記空洞を有することが好ましい。
前記管吸音体は、長さの異なる複数の前記空洞を有することが好ましい。

上記車体構造体において、前記吸音構造体は、閉空間と、この閉空間と車室の空間とを連通する管状部材と、を有するヘルムホルツ吸音体を含むことが望ましい。
上記車体構造体において、前記フロアはドアに面しており、前記吸音構造体は、空洞部を具備し、前記空洞部は、前記ドアが閉じられていないときに当該ドアに面した部分が開口し、前記ドアが閉じられたときに当該ドアの端部と接して管状部材を形成して前記吸音を行うことが望ましい。

上述した課題を解決するために、本発明が採用するフロアは、車室の床となるフロアであって、前記フロアの基台に設けられ、音圧駆動によって吸音を行う吸音構造体を具備することを特徴とする。

本発明によれば、吸音構造体が、音波を振動に変換して、音波エネルギーを機械エネルギーとして消費して吸音を行う。例えば、吸音構造体が吸音する周波数を低い値に設定した場合には、例えばロードノイズのような低周波数の音を効率良く吸音することができる。

以下、吸音構造体を備えた車体構造体について説明する。
＜第１実施形態＞
本発明者達は、車両のフロアに吸音構造体を設けることに着目した。一般に、車室の境界面においては、音波の粒子速度が大きな値をとらないのに対し、音圧は高いところと低いところが生じる（所謂、音圧分布）。そこで、音圧駆動による吸音機構を有する吸音構造体は、吸音される音響エネルギーが、吸音効率とそこに入射する音響エネルギーの積で決まるため、高音圧の部位に前記音圧駆動の吸音構造を優先的に配置することで、効率的に車室内の音響エネルギーを消散することが可能となる。また、音圧駆動に基づく吸音構造体では、λ/４の背後空気層を構成することなく実現できるため、壁面近傍での吸音を可能とし、低周波数領域における音に対しても大きな背後空気層を必要としないという利点がある。

（１−１）構成
（１−１−１）車両
図１は、本発明の第１実施形態に係る４ドアセダン形の車両１００を示す斜視図である。この車両１００においては、車体構造体の基台となるシャーシに対して、ボンネット１０１、車両１００の出入り口となる４枚のドア１０２、トランクドア１０３が開閉可能に取り付けられる。
図２は、シャーシ及びドア１０２の内側を模式的に示す図である。シャーシは、フロア１１１と、このフロア１１１又はフロア１１１の上に形成されたベース部から上側に延びるフロントピラー１１２、センターピラー１１３、リアピラー１１４と、各ピラー１１２，１１３，１１４によって支えられる天井１１５と、車両１００内を車室１０５とエンジン室１０６とに分けるエンジン仕切隔壁１１６と、車室１０５と荷室１０７とに分けるトランク仕切隔壁１１７とを有する。

（１−１−２）フロア
本実施形態の特徴は、フロア１１１に箱型の板吸音体を設けたことにある。フロア１１１は、車体の床に属する部分であり、乗員が座る座席の下や、トーボード、ヒールキック、コンソールなどを含む。トーボードとは、前席に着席した乗員のつま先の前方に設けられた床部である。ヒールキックとは、後席に着席した乗員の踵の後方に設けられた床部である。コンソールとは、車体の中心線部分に位置する床部である。
図３（ａ）は、図２に示した助手席側のフロア１１１を中心に斜め後ろ側から図中のａ部を見たときの図である。また、図３（ｂ）は、図２に示した後部座席を前部座席（運転席、助手席）から見たときの図である。フロア１１１のトーボードやヒールキック、座席下、コンソールには、それぞれ板吸音体群１が設けられている。この板吸音体群１は、複数の板吸音体１０によって構成されている。図４は、図３（ａ）においてトーボードに設けられた板吸音体群１の構造を示す平面図である。同図に示すように、この板吸音体群１は、同様の形状を有する３つの板吸音体１０によって構成されている。各板吸音体１０の大きさは、次の通りである。
板吸音体１０の大きさ：高さ１００ｍｍ×幅１００ｍｍ×厚さ１０ｍｍ

次に、板吸音体１０の取り付け構造について、図５を参照しつつ説明する。
図５は、トーボード２００を図３（ａ）中の切断線ｂ−ｂで切断したときの断面図である。なお、図では、板吸音体１０が１個しか示されていないが、実際には、紙面奥方向又は紙面手前方向に向かって３つの板吸音体１０が並べて配置されている。フロアカーペット１３０は、車室と車室下方の空間とを仕切る床材であり、音圧透過性がある不織布状の布材によって形成されている。このフロアカーペット１３０のうち、板吸音体１０に対応する部分が、車室１０５側の音圧を板吸音体１０に伝達する音圧透過部１３６となる。

車体１２０には、複数個のピン穴１２４が形成され、このピン穴１２４の開口部には穴径を縮径した抜止部１２５が形成される。このピン穴１２４には、板吸音体１０の底部に突出形成された樽状のピン１５が挿入される。このピン１５をピン穴１２４に嵌め込むことにより、ピン１５の縮径部分が抜止部１２５に係止され、板吸音体１０が車体１２０に固定される。これにより、板吸音体１０は、フロアカーペット１３０と車体１２０との間に設置される。

（１−１−３）板吸音体
次に、板吸音体１０の構造について説明する。各々の板吸音体１０は、同様の構成を備えているため、ここでは、図５に示した板吸音体１０の構造を例に挙げて説明する。図５に示すように、板吸音体１０は、開口部１２を有する矩形状の筐体１１と、開口部１２を閉塞する振動板１３と、筐体１１内に画成される空気層１４と、を具備する。筐体１１は合成樹脂材料（例えば、ＡＢＳ樹脂）によって形成され、振動板１３は高分子化合物（例えば、無機充填材入りオレフィン系共重合体）によってシート状に形成される。本発明においては、振動板１３は、弾性を有する素材を膜状に形成してもよい。

板吸音体１０は、後述する条件に設定することで、音圧透過部１３６を通して振動板１３に伝わる車室１０５側の音圧と空気層１４側の音圧との差（即ち、振動板１３の前後の音圧差）によって振動板１３が駆動される。これにより、当該板吸音体１０に到達する音波のエネルギーは、この振動板１３の振動により消費されて音が吸音されることになる。即ち、板吸音体１０は、音圧駆動により励振された振動により吸音効果を発揮する。

（１−１−４）板吸音体の設定条件
ここで、板吸音体１０の設定条件について説明する。
一般に、板状または膜状の振動体と空気層により音を吸収する吸音構造について、減衰させる周波数は、振動体の質量成分（マス成分）と空気層のバネ成分とによるバネマス系の共振周波数によって設定される。空気の密度をρ_０[ｋｇ／ｍ^３]、音速をｃ_０[ｍ／ｓ]、振動体の密度をρ[ｋｇ／ｍ^３]、振動体の厚さをｔ[ｍ]、空気層の厚さをＬ[ｍ]とすると、バネマス系の共振周波数は数１の式で表される。

また、板・膜振動型吸音構造において振動体が弾性を有して弾性振動をする場合には、弾性振動による屈曲系の性質が加わる。建築音響の分野においては、振動体の形状が長方形で一辺の長さをａ[ｍ]、もう一辺の長さをｂ[ｍ]、振動体のヤング率をＥ[Ｐａ]、振動体のポアソン比をσ[−]、ｐ，ｑを正の整数とすると、以下の数２の式で板・膜振動型吸音構造の共振周波数を求め、求めた共振周波数を音響設計に利用することも行われている（周辺支持の場合）。

そして、本実施形態においては、上記数式から１６０〜３１５Ｈｚバンド（１/３オク
ターブ中心周波数）を吸音するよう、以下のようにパラメータが設定される。
空気の密度ρ_０；１．２２５[ｋｇ／ｍ^３]
音速ｃ_０；３４０[ｍ／ｓ]
振動体の密度ρ ；９４０[ｋｇ／ｍ^３]
振動体の厚さｔ；０．００１７[ｍ]
空気層の厚さＬ；０．０１[ｍ]
筐体の長さａ；０．１[ｍ]
筐体の長さｂ；０．１[ｍ]
振動体のヤング率Ｅ；０．６４[ＧＰａ]
ポアソン比σ ；０．４
モード次数；ｐ＝ｑ＝１

一方、上記数２において、バネマス系の項（ρ_０ｃ_０ ^２／ρｔＬ）と屈曲系の項（バネマス系の項の後に直列に加えられている項）とが加算される。このため、上記式で得られる共振周波数は、バネマス系の共振周波数より高いものとなり、吸音のピークとなる周波数を低く設定することが難しい場合がある。

このような吸音体においては、バネマス系による共振周波数と、板の弾性による弾性振動による屈曲系の共振周波数との関連性は十分に解明されておらず、低音域で高い吸音力を発揮する板吸音体の構造が確立されていないのが実情である。
そこで、発明者達は鋭意実験を行った結果、屈曲系の基本振動周波数の値をｆａ、バネマス系の共振周波数の値をｆｂとした場合、以下の数３の関係を満足するように、上記パラメータを設定すればよいことがわかった。これにより、屈曲系の基本振動が背後の空気層のバネ成分と連成して、バネマス系の共振周波数と屈曲系の基本周波数との間の帯域に振幅の大きな振動が励振されて（屈曲系共振周波数ｆａ＜吸音ピーク周波数ｆ＜バネマス
系基本周波数ｆｂ）、吸音率が高くなる。

さらに、以下の数４に設定する場合、吸音ピークの周波数がバネマス系の共振周波数より十分に小さくなる。この場合、低次の弾性振動のモードにより屈曲系の基本周波数がバネマス系の共振周波数より十分に小さく、３００[Ｈｚ]以下の周波数の音を吸音する吸音構造として適していることも分かった。

このように、上記した数３，４の条件を満足するように各種パラメータを設定することにより、吸音のピークとなる周波数を低くした吸音体が構成できる。

（１−２）第１実施形態の作用・効果
本実施例による板吸音体１０においては、車室１０５内にこもる音が音圧透過部１３６を通して振動板１３に伝達され、この振動板１３を振動させる。この振動により、車室１０５内の音波エネルギーが機械エネルギーとして消費されて吸音を行う。例えば、板吸音体１０の設定を上記パラメータの数値に設定することにより、ロードノイズのような低周波数の音（車室１０５内の固有振動に対応した音圧が局所的に高くなる音の周波数（５００Ｈｚ以下））を効率良く吸音することができる。

本実施形態においては、車両の１００のフロア１１１に箱形の板吸音体１０を設けている。タイヤ音等の比較的周波数の低いロードノイズは、フロア１１１に設けられた板吸音体１０に効率良く吸音される。
ここで、比較的低い周波数とは、車室内の固有振動のうちその振動数が最も低い周波数である基本振動の周波数（通常の車室では約８０Ｈｚ）と、当該車室が拡散音場とみなせる周波数帯域（通常の車室では約５００Ｈｚ以上の帯域）との間の周波数帯域であって、当該車室において離散的にモードがあるとみなせる周波数をいう。

図６に、板吸音体１０をフロア１１１に設けた場合の騒音低減効果を調べる実験の結果を示す。図６（ａ）は運転席および助手席の下のフロアに、縦３００ｍｍ、横３００ｍｍ、深さ３０ｍｍの板吸音体１０をそれぞれ１個ずつ設置した場合の運転席での騒音低減効果を調べた結果である。図６（ａ）に示すように、この場合には、運転席において、周波数８０〜４００Hzの範囲において、騒音レベルが低減され、騒音（ロードノイズ等）が集中する低い周波数における音を吸音できる効果が得られた。また、図６（ｂ）は運転席および助手席のトーボードに、縦１６０ｍｍ、横１６０ｍｍ、深さ２０ｍｍの板吸音体１０をそれぞれ２個ずつ設置した場合の助手席での騒音低減効果を調べた結果である。図６（ｂ）に示すように、この場合には、助手席において、周波数３１５Hzにおいて、騒音レベルが低減されている。また図６（ｃ）は後席のリアコンソールの両側に、縦１００ｍｍ、横１００ｍｍ、深さ２０ｍｍの板吸音体１０をそれぞれ６個ずつ設置した場合の右後席での騒音低減効果を調べた結果である。図６（ｃ）に示すように、この場合には、右後席において、周波数２００〜６３０Hzの範囲において、騒音レベルが低減された。この結果、本実施形態における車体構造体においては、フロア１１１に設けられた板吸音体１０によって、例えばロードノイズ等を効率よく吸音させることができ、車室１０５内の静粛感を高めることができる。

（１−３）第１実施形態の変形例
本発明は、前述した第１実施形態の構成に限らず、種々の対応が可能である。
（１−３−１）
前述した第１実施形態では、図３に示したように、トーボードやヒールキック、座席下、コンソール（リアコンソール、フロントコンソール）の位置に設けられていたが、板吸音体群１が設けられる位置はこれに限らない。要は、板吸音体１０がフロア１１１に設けられていればよい。すなわち、第１実施形態では、乗員の足によって踏まれる部分に吸音体を設けていないが、十分な強度があれば、このような部分に板吸音体群１を設けてもよい。なお、トーボードやヒールキック、座席下、コンソールは、音圧が高い部位であるため、上述のように、これらの箇所に吸音体群１を設けることにより、吸音効果を増大させることができる。
また、前述した第１実施形態では、運転席および助手席の各々のフロア１１１において、トーボードおよび座席下に板吸音体群１が１つずつ設けられていたが、板吸音体群１の個数はこれに限らない。例えば、運転席下側のフロア１１１や助手席下側のフロア１１１には、第１実施形態と同様に１つの板吸音体群１を設け、それぞれのトーボードには、板吸音体群１を２つ以上設けてもよい。

（１−３−２）
前述した第１実施形態では、図５に示したように、車体１２０のピン穴１２４に板吸音体１０のピン１５が嵌めこまれることによって板吸音体１０が取り付けられていたが、板吸音体１０の取り付け方法はこれに限らない。例えば、接着剤などで板吸音体１０を車体１２０に固着させてもよい。

（１−３−３）
前述した第１実施形態では、図５に示したように、板吸音体１０において振動板１３の設けられた面がフロアカーペット１３０で覆われていたが、これに限らない。図７（ａ）に示すように、板吸音体１０とフロアカーペット１３０との間に、複数の挿通孔１２０Ａが設けられた平板部１２１Ａが設けられてもよい。この場合、車室１０５の空気は挿通孔１２０Ａを通って板吸音体群１に伝達するため、この複数の挿通孔１２０Ａが音圧透過部となる。また、図７（ｂ）に示すように、板吸音体１０は、フロアカーペット１３０に取り付けられてもよい。この場合、板吸音体１０の振動板１３の設けられた面とフロアカーペット１３０との間に空間が生じるように、板吸音体１０は、スペーサ１２１Ｂを介してフロアカーペット１３０に取り付けられればよい。このスペーサ１２１Ｂは、その一端が板吸音体１０の振動板１３の振動を妨げないように、この振動板１３の外縁部分または開口部１２を形成する筐体１１の外縁部分で固定され、その他端がフロアカーペット１３０の車体側に固定されればよい。そして、この場合、同図に示すように車室１０５の空気はフロアカーペット１３０のうちこの振動板１３に対向する部分が音圧透過部１３６となる。
また、前述した第１実施形態では、車体１２０と板吸音体１０とが別体で設けられていたが、これに限らない。図８に示すように、車体１２０の一部を板吸音体１０Ａの筐体としてもよい。具体的には、車体１２０に車室１０５側に開口する矩形状の凹部１２２Ａを形成し、この凹部１２２Ａの開口部１２に直接振動板１３を固着し、凹部１２２Ａと、振動板１３と、凹部１２２Ａおよび振動板１３によって画成される空気層１４とによって板吸音体１０Ａを構成する。この場合、フロアカーペット１３０のうちこの振動板１３に対応する部分が音圧透過部１３６となる。

（１−３−４）
前述した第１実施形態では、各板吸音体群１が備える３つの板吸音体１０が、いずれも同様の形状を有していたが、これらの板吸音体１０がそれぞれ異なった形状を有していてもよい。板吸音体１０の筐体１１の寸法によって板吸音体１０の共振周波数が異なるため、吸音される周波数の範囲を広げることができ、より確実に吸音を行うことができる。
また、各々の板吸音体群１が、設けられた位置の音圧に応じて適した共振周波数を有する板吸音体１０を備えていてもよい。この場合、音圧が高くなる部位（車室内の固有振動姿態（モード）に対応して音圧が高くなる（音圧の腹となる）部位。具体的にはガラスなどの反射性の部材で構成された、凹んだ空間など。）に配置される板吸音体群１は、板吸音体群１が寸法の大きい板吸音体１０を備え、音圧が低くなる部位に配置される板吸音体群１は、寸法の小さい板吸音体１０を備えるとよい。

（１−３−５）
前述した第１実施形態では、図５に示したように、板吸音体１０の振動板１３が、板吸音体１０の車室１０５側の面に設けられていたが、これに限らない。例えば、振動板１３が、板吸音体１０の車室１０５側の対面である車外側の面に設けられていてもよい。この構成によれば、車外から進入してくる音を吸収することができる。或いは、振動板１３が、板吸音体１０の車室１０５側の面と車外側の面とにそれぞれ設けられていてもよい。この構成によれば、車室１０５内にこもる音と、車外から進入してくる音とを両方とも吸収することができる。要するに、板吸音体１０の音圧駆動によって駆動される部位である振動板１３が、フロア１１１における音圧が高い部位に配置されていればよい。

（１−３−６）
前述した第１実施形態では、板吸音体１０の筐体１１内に空気層１４が形成されていたが、振動板１３の吸音特性を高めるために、発泡ポリウレタンなどの連続気泡の発泡樹脂、あいは、フェルトやポリエステルウールなどの綿状繊維を筐体１１内に充填させてもよい。
また、前述した第１実施形態では、板吸音体１０の構成を、矩形状の筐体１１と、筐体１１の開口部１２を閉塞する振動板１３と、筐体１１内に画成される空気層１４と、を具備する構成としたが、本発明による筐体の形状は矩形状に限らず、円形状や多角形状であってよい。また、いずれの形状の筐体であっても、振動板１３に対して振動条件を変更するための集中質量を、振動板１３の中央部に設けることが望ましい。

板吸音体１０は、先にも説明した通り、バネマス系と屈曲系で吸音メカニズムが形成されている。ここで、発明者達は、振動板１３の面密度を変えた際の共振周波数における吸音率の実験を行った。
図９は、空気層１４の縦と横の大きさが１００ｍｍ×１００ｍｍで厚さが１０ｍｍの筐体１１に振動板１３（大きさが１００ｍｍ×１００ｍｍ、厚さ０．８５ｍｍ）を固着し、中央部（大きさが２０ｍｍ×２０ｍｍ、厚さ０．８５ｍｍ）の面密度を変化させた際の板吸音体１０の垂直入射吸音率のシミュレート結果を示した図である。なお、シミュレート手法は、ＪＩＳＡ１４０５−２（音響管による吸音率及びインピーダンスの測定−第２部：伝達関数法）に従って、上記板吸音体１０を配置した音響室の音場を有限要素法により求め、その伝達関数より吸音特性を算出した。

具体的には、中央部の面密度を、（１）３９９．５[ｇ／ｍ^２]、（２）７９９[ｇ／ｍ
^２]、（３）１１９９[ｇ／ｍ^２]、（４）１５９８[ｇ／ｍ^２]、（５）２２９７[ｇ／ｍ^２]とし、周縁部材の面密度を７９９[ｇ／ｍ^２]とし、振動板１３の平均密度を、（１）７
８３[ｇ／ｍ^２]、（２）７９９[ｇ／ｍ^２]、（３）８１５[ｇ／ｍ^２]、（４）８３１[ｇ
／ｍ^２]、（５）８６３[ｇ／ｍ^２]とした場合のシミュレーション結果である。
シミュレートの結果を見ると、３００〜５００[Ｈｚ]の間と、７００[Ｈｚ]付近において吸音率が高くなっている。
７００[Ｈｚ]付近で吸音率が高くなっているのは、振動板１３のマスと空気層１４のバネ成分によって形成されるバネマス系の共振によるものである。板吸音体１０においては上記バネマス系の共振周波数での吸音率をピークとして音が吸音されており、中央部の面密度大きくしても、振動板１３全体のマスは大きく変わらないので、バネマス系の共振周波数も大きく変わらないことが分かる。
また、３００〜５００[Ｈｚ]の間で吸音率が高くなっているのは、振動板１３の屈曲振動によって形成される屈曲系の共振によるものである。板吸音体１０においては、屈曲系の共振周波数での吸音率が低音域側のピークとして表れており、中央部の面密度を大きく
してゆくと屈曲系の共振周波数だけが低くなっていることが分かる。

一般に、屈曲系の共振周波数は、振動板１３の弾性振動を支配する運動方程式で決定され、振動板１３の密度（面密度）に反比例する。また、前記共振周波数は、固有振動の腹（振幅が極大値となる場合）の密度により大きく影響される。このため、上記シミュレーションでは、１×１の固有モードの腹となる領域を中央部で異なる面密度に形成したので、屈曲系の共振周波数が変化したものである。
このように、シミュレーション結果は、中央部の面密度を周縁部の面密度より大きくすると、吸音のピークとなる周波数のうち、低音域側の吸音率のピークがさらに低音域側へ移動することを表している。従って、中央部の面密度を変更することにより吸音のピークとなる周波数の一部をさらに低音域側または高音域側に移動（シフト）させることができることを表している。
上述した板吸音体１０においては、中央部の面密度を変えるだけで、吸音される音のピークの周波数を変える（シフトさせる）ことができるため、振動板１３を板吸音体１０全体と同じ素材で板状に形成し、板吸音体１０全体の質量を重くして吸音する音を変更する場合と比較して、板吸音体１０全体の質量を大きく変えることなく吸音させる音を低くできる。
このように、車室内や荷室内の吸音力の変更（人や荷物の数量、形状の変化等）や発生騒音の変更（タイヤの変更、路面状況の変化等）により車室内の騒音特性の変化に対応できる。
さらに、板吸音体１０の空気層１４内には、多孔質吸音材（例えば、発泡樹脂、フェルト，ポリエステルウール等の綿状繊維）を充填することにより、吸音率ピーク値を増加させてもよい。

＜第２実施形態＞
次に、本発明による第２実施形態について説明する。本実施形態の特徴は、フロア１１１に設けられる吸音構造体に管吸音体を用いた点にある。なお、前述した第１実施形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
（２−１）構成
図１０は、第２実施形態に係るフロア１１１の構成を示す図である。この座席下のフロア１１１において、車体１２０の凹部１２２内には、管吸音体３０が設けられている。

本実施形態に用いられる管吸音体の構造について説明する。
図１１は、管吸音体３０の構造を示す図である。この管吸音体３０は、車体１２０の凹部１２２内に収容される。管吸音体３０は、長さの異なる複数本のパイプ３１（３１−１〜３１−９）を縦一列に並べて、相互に連結、或いは別途専用の部材で相互に連結させて一体に構成されている。各パイプ３１は、所定の肉厚（例えば、約２ｍｍ）および所定の内径（例えば、直径６０ｍｍ）を有する合成樹脂製等の断面円形の直線状剛性パイプで構成される。各パイプ３１の一端部は閉じられて閉塞部３２となり、他端部は開かれて開口部３３となる。開口部３３の位置は各パイプ３１で一列に揃えられることにより、開口部３３同士が隣接して配置される。各パイプ３１の開口部３３は、ドア１０２を閉めたときにも、フロア１１１とドア１０２との隙間にある空間により車室１０５側と連通されている。これにより、車体１２０に音圧透過部１３６が形成される。

各パイプ３１内の長さは、パイプ３１の空洞単体で吸収される音波の中心の周波数の１／４の波長に相当する。
ここでは、空洞の長さＬ（＝パイプの長さ）が０．８５ｍ，０．６８ｍ，０．５３ｍの３種類のパイプが用いられており、これらはそれぞれ１００Ｈｚ，１２５Ｈｚ，１６０Ｈｚ（つまり１／３オクターブバンドピッチ）を中心に吸音する（音速＝３４０ｍ／ｓ）。
各パイプ３１の開口部３３のネック部分（開口部３３またはその近傍）は、グラスウール、クロス、ガーゼ等の音圧透過性を有する流れ抵抗材（流れ抵抗を有する材料）３４で塞がれている。

（２−２）管吸音体の動作原理
次に、管吸音体３０による吸音原理について説明する。
図１２は、図１１に示す管吸音体３０のうち隣接する２本のパイプ３１−ｊ，３１−ｋを示したものである。各パイプ３１−ｊ，３１−ｋの空洞の長さをＬ１，Ｌ２とする。車室１０５内の音波は、開口部３３−ｊ，３３−ｋから空洞内に入射され、他端の閉塞部３２−ｊ，３２−ｋで反射されて、開口部３３−ｊ，３３−ｋから再び室内に放出される。このとき、空洞の長さＬ１，Ｌ２の４倍に相当する波長λ１，λ２（Ｌ１＝λ１／４，Ｌ２＝λ２／４）の音波が定在波Ｓ１，Ｓ２を作り、振動を繰り返すうちに空洞の内壁面での摩擦や開口部３３−ｊ，３３−ｋでの空気粒子間の粘性作用により、エネルギーを消費し、この波長λ１，λ２を中心に吸音が行なわれる。例えば、Ｌ１＝１．３５ｍ、Ｌ２＝０．５３ｍとすると、λ１＝５．４ｍ、λ２＝２．１２ｍとなり、それぞれで吸音される音波の中心の周波数ｆ１，ｆ２は、ｆ１＝６３Ｈｚ、ｆ２＝１６０Ｈｚとなる。

一方、閉塞部３２−ｊ，３２−ｋで反射されて、開口部３３−ｊ，３３−ｋから放出される音波は、開口部３３−ｊ，３３−ｋで回折してエネルギーを放射する。そのエネルギーの一部は相互に隣接する他方のパイプ３１−ｋ，３１−ｊの開口部３３−ｋ，３３−ｊから空洞内に入射される。このようにして、隣接するパイプ３１−ｊ，３１−ｋ相互間で連成振動を生じ、エネルギーの授受が行なわれる。この連成振動の際に、空洞の内壁面での摩擦や開口部３３−ｊ，３３−ｋでの空気粒子間の粘性作用により、エネルギーを消費し、吸音が行なわれる。この連成振動は、パイプ３１−ｊ，３１−ｋを一連のパイプとみなした両端閉管モードとして捉えることができ、Ｌ１＋Ｌ２＝λ３／２として定まる波長λ３を中心に吸音が行なわれる。例えばＬ１＝１．３５ｍ、Ｌ２＝０．５３ｍの場合には、λ３＝３．７６ｍとなり、連成振動で吸音される音波の中心の周波数ｆ３はｆ３＝９０Ｈｚとなる。図１１の配列の場合、隣接するパイプ間での連成振動の周波数は次のようになる。

Ｌ１（ｍ）Ｌ２（ｍ）連成振動周波数（Ｈｚ）
０．８５０．６８１１１
０．８５０．５３１２３
０．６８０．５３１４０
これによれば、各パイプ３１−１〜３１−９単体での吸音（１００，１２５，１６０Ｈｚが中心）とあわせて約１００〜１６０Ｈｚの範囲で平均的に吸音力が得られることになる。

（２−３）第２実施形態の作用・効果
このように、フロア１１１に管吸音体３０を設けることにより、タイヤ音等の比較的周波数の低いロードノイズが管吸音体３０によって効率良く吸音させることができ、車室１０５内の静粛感を高めることができる。また、ドア１０２を閉めると管吸音体３０の開口部３３が見えないので、車両１００内部のデザイン性を損なうことがない。

（２−４）第２実施形態の変形例
本発明は、前述した第２実施形態の構成に限らず、種々の対応が可能である。
（２−４−１）
前述した第２実施形態では、予め形成されたパイプ３１によって管吸音体３０が構成されていたが、ドア１０２を閉めたときだけパイプ３１が形成されるようにしてもよい。図１３は、この構成を採用したときのフロア１１１を示す図である。図１３（ａ）に示すように、フロア１１１の、いわゆるサイドシルと呼ばれる部分（以下サイドシル１１８と呼ぶ）には、車両１００の前後方向に延びる空洞部３４が設けられている。図１３（ｂ）に、ドア１０２が閉じられたときに、図１３（ａ）中の矢印Ｉ方向からサイドシル１１８を見た図を示す。図１３（ｂ）に示すように、ドア１０２が閉じられたときに、この空洞部３４とドア１０２の下端とにより、パイプ３１が形成されるようになっている。この空洞部３４の断面形状は、図のように円形であってもよいし、その他の形状であってもよい。

（２−４−２）
前述した第２実施形態では、管吸音体３０の一方の端部が開口部３３となり、他方の端部が閉塞部３２となる、いわゆる閉管であったが、パイプ３１の形状はこれに限らない。
例えば、各パイプ３１の両端部が開かれてともに開口部３３（いわゆる開管）をなす管で構成してもよいし、これら閉管と開管とを混合して配置してもよい。

＜第３実施形態＞
次に、本発明による第３実施形態について説明する。本実施形態の特徴は、フロア１１１に設けられる吸音構造体にヘルムホルツ吸音体を用いた点にある。なお、前述した第１実施形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

図１４は、第３実施形態（フロア１１１にヘルムホルツ吸音体４０が設けられる）に係るフロア１１１を図３（ａ）中の切断線ｂ−ｂで切断したときの断面図である。
本実施形態に用いられるヘルムホルツ吸音体４０は、内部に空間が形成された直方体状の筐体４１と、この筐体４１の車室１０５側に穿設された挿入孔４２に挿入された管状部材４３と、を有している。筐体４１の内側には密閉空間４４が画成され、管状部材４３の内側には密閉空間４４と車室１０５とを連通する開口４５が形成されている。管状部材４３は、車体１２０に穿設された挿通孔１２０Ｇにも挿入されている。
筐体４１は、例えばＦＲＰ（繊維強化プラスチック）によって直方体状に形成されている。管状部材４３は、例えば塩化ビニール製のパイプを使用でき、空気との摩擦が生じやすいように、内面を粗くしておく。このヘルムホルツ吸音体４０は、寸法の小さい空洞である密閉空間４４の中の空気がバネとして働くことにより、車室１０５内に発生した音を減衰するように作用する。
このとき、密閉空間４４に設けられた小さな開口４５が車室１０５に通じているため、開口４５内の空気の塊をマスとして１質点系バネ・マスモデルが形成される。そして、この系の共振周波数においては、開口４５内の空気の塊が車室１０５の音圧によって振動し、開口４５の周壁と空気の塊との摩擦によって、音のエネルギーが熱エネルギーに変換される。つまり、音が減衰される。

いま、開口４５の長さをＬ、開口４５の横断面積をＳ、密閉空間４４の容積をＶ、音速をＣ、開口４５の有効長さをＬｅ（Ｌｅ≒Ｌ＋０．８・Ｓ^1/2）とすると、ヘルムホルツ
吸音体４０の共鳴周波数ｆ０は、ｆ０＝１／２π（Ｃ² Ｓ／Ｌｅ・Ｖ）^1/2となる。
この式から、開口４５の横断面積Ｓ又は有効長さＬｅ、即ち、管状部材４３の内径ｄ又は長さＬを変えることによって、共鳴周波数ｆ０を調整でき、これにより、周波数の異なる音を減音できることが分かる。
このように、フロア１１１にヘルムホルツ吸音体４０を設けることにより、タイヤ音等の比較的周波数の低いロードノイズは、ヘルムホルツ吸音体４０によって効率良く吸音される。

なお、ヘルムホルツ吸音体４０の取付構成は、前述した第３実施形態の構成に限らず、種々の対応が可能である。また、ヘルムホルツ吸音体４０の筐体４１を車体１２０と一体形成してもよい。
また、ヘルムホルツ吸音体４０の筐体４１の形状は、直方体に限らず、円柱状等、他の形状であってもよい。

また、管状部材４３は長さを変えられるように構成されていてもよい。図１５（ａ）は、長さを変えられる管状部材の一例を示す断面図である。図１５（ｂ）は、この管状部材を図１５（ａ）の矢線から見た図である。同図に示すように、内管４３ａは管状であり、外周面には雄螺子を構成する溝が設けられている。この内管４３ａは、上述したとおり筐体４１の車室１０５側に穿設された挿入孔４２と車体１２０に穿設された挿通孔１２０Ｇとに挿入されており、これらによって周り止めされた状態で固定されている。外管４３ｂは管状であり、内周面には雌螺子を構成する溝が設けられている。管状部材４３は、外管４３ｂに、内管４３ａがねじ込まれることにより構成されている。利用者は、適当な工具を用いて外管４３ｂのねじ込みの程度を調節することにより、管状部材４３の長さ、すなわち開口４５の長さＬ調整する。これにより、ヘルムホルツ吸音体４０の共鳴周波数ｆ０が決まる。なお、この管状部材４３の長さを変えられるようにするための構成は、このような２つの螺子部材からなるものに限られず、３つ以上の螺子部材から構成されていてもよい。また、螺子を用いたものでなくともよく、例えば、蛇腹状の管で構成されていてもよい。

また、管状部材４３の長さが手動で調節されるのではなく自動的に調節されるように、自動調節機構を備えた構成としてもよい。この場合、自動調節機構とは、例えば、マイクと、周波数解析装置と、コントローラと、駆動装置を有しており、マイクが車室の空間の音を信号に変換し、周波数解析装置がこの信号を解析して、騒音の周波数を特定する。そして、特定された周波数に応じたヘルムホルツ吸音体４０の管状部材４３の長さをコントローラが算出し、ソレノイドなどの駆動装置に算出した長さに応じた駆動信号を出力して、駆動装置を駆動させる。このようにして駆動装置が駆動することにより、ヘルムホルツ吸音体４０の管状部材４３の長さが調節されるといった具合である。なお、長さに応じた駆動信号を決定する際に、コントローラはフィードバック制御を行ってもよい。

＜第４実施形態＞
次に、本発明による第４実施形態について説明する。本実施形態の特徴は、フロア１１１に設けられる吸音構造体に板吸音体および管吸音体を用いた点にある。なお、前述した第１実施形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

図１６は、第４実施形態に係るフロア１１１の構成を示す図である。このフロア１１１において、座席下の車体１２０には、板吸音体１０および管吸音体３０が設けられる。
このように、フロア１１１に板吸音体１０および管吸音体３０を設けることにより、第１実施形態および第２実施形態で述べたように、板吸音体１０および管吸音体３０によって、例えばロードノイズ等を効率良く吸音させることができ、車室１０５内の静粛感を高めることができる。
しかも、２種類の吸音体１０，３０を用いることにより、吸音効率を前記各実施形態よりも高めることができる。
なお、吸音体の組み合わせは、この第４実施形態に限らず、板吸音体１０、管吸音体３０およびヘルムホルツ吸音体４０、管吸音体３０およびヘルムホルツ吸音体４０との組み合わせであってもよい。

本発明の第１実施形態に係る４ドアセダン形の車両を示す斜視図である。車両のシャーシ及びドアの内側を模式的に示す図である。板吸音体群の設定位置を説明するための図である。板吸音体群の構造を示す平面図である。板吸音体の取り付け構造を示す断面図である。運転席における騒音低減効果を調べる実験の結果を示す図である。助手席における騒音低減効果を調べる実験の結果を示す図である。右後席における騒音低減効果を調べる実験の結果を示す図である。変形例（１−３−３）に係る構成を示す図である。変形例（１−３−３）に係る別の構成を示す図である。変形例（１−３−６）によるシミュレート結果を示した図である。第２実施形態に係るフロアの構成を示す図である。第２実施形態に係る管吸音体の構造を示す図である。上記管吸音体の原理を示す模式図である。変形例（２−４−１）に係る構成を示す図である。第３実施形態における図５と同様の断面図である。長さを変えられる管状部材の一例を示す図である。第４実施形態に係るフロアの構成を示す図である。

符号の説明

１…板吸音体群、１０，１０Ａ…板吸音体、１００…車両、１０１…ボンネット、１０２…ドア、１０３…トランクドア、１０５…車室、１０６…エンジン室、１０７…荷室、１１…筐体、１１１…フロア、１１２…フロントピラー、１１３…センターピラー、１１４…リアピラー、１１５…天井、１１６…エンジン仕切隔壁、１１７…トランク仕切隔壁、１１８…サイドシル、１２…開口部、１２０…車体、１２０Ａ，１２０Ｇ…挿通孔、１２１…平板部、１２２…凹部、１２４…ピン穴、１２５…抜止部、１３…振動板、１３０…フロアカーペット、１３６…音圧透過部、１４…空気層、１５…ピン、２００…トーボード、３０…管吸音体、３１…パイプ、３２…閉塞部、３３…開口部、３４…空洞部、４０…ヘルムホルツ吸音体、４１…筐体、４２…挿入孔、４３…管状部材、４４…密閉空間、４５…開口。

Claims

フロアと、
前記フロアに設けられ、音圧駆動によって吸音を行う吸音構造体と、を具備し、
前記吸音構造体は、振動板と、該振動板の背後に画成される空気層とを有する板吸音体を含み、
前記振動板の弾性振動の基本振動周波数が、前記振動板のマスと前記空気層のバネ成分とで構成されるバネマス系の共振周波数の５％以上６５％以下の範囲内にある
ことを特徴とする車体構造体。
請求項１記載の車体構造体において、
前記吸音構造体の音圧駆動によって駆動される部位は、前記フロアにおける音圧が高い部位に配置される
ことを特徴とする車体構造体。
請求項１または２記載の車体構造体において、
前記吸音構造体は、一端が閉塞した閉塞部となり他端が開口した開口部となる空洞を有する管吸音体を含む
ことを特徴とする車体構造体。
請求項３記載の車体構造体において、
前記管吸音体は、複数の前記空洞を有する
ことを特徴とする車体構造体。
請求項３記載の車体構造体において、
前記管吸音体は、長さの異なる複数の前記空洞を有する
ことを特徴とする車体構造体。
請求項３記載の車体構造体において、
前記管吸音体は、長さを変えられるように構成されている
ことを特徴とする車体構造体。
請求項１または２記載の車体構造体において、
前記吸音構造体は、閉空間と、この閉空間と車室の空間とを連通する管状部材と、を有するヘルムホルツ吸音体を含む
ことを特徴とする車体構造体。
請求項１から７のいずれか１項に記載の車体構造体において、
前記フロアはドアに面しており、
前記吸音構造体は、空洞部を具備し、
前記空洞部は、前記ドアが閉じられていないときに当該ドアに面した部分が開口し、前記ドアが閉じられたときに当該ドアの端部と接して管状部材を形成して前記吸音を行う
ことを特徴とする車体構造体。
車室の床となるフロアであって、
前記フロアの基台に設けられ、音圧駆動によって吸音を行う吸音構造体を具備し、
前記吸音構造体は、振動板と、該振動板の背後に画成される空気層とを有する板吸音体を含み、
前記振動板の弾性振動の基本振動周波数が、前記振動板のマスと前記空気層のバネ成分とで構成されるバネマス系の共振周波数の５％以上６５％以下の範囲内にある
ことを特徴とするフロア。