CN107408378B - 防音结构及防音结构的制造方法 - Google Patents

防音结构及防音结构的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种防音结构及防音结构的制造方法，所述防音结构具有1个以上的防音单元，所述防音结构中，该1个以上的防音单元分别具备：框，具有贯穿孔；膜，固定在框上；及开口部，由被打穿于膜上的1个以上的孔构成，框的贯穿孔的两侧端部不同时被封闭，防音结构中，在比1个以上的防音单元的膜的第1固有振动频率低的低频侧具有屏蔽峰值频率，并选择性地对以屏蔽峰值频率为中心的一定频带的声音进行防音，所述屏蔽峰值频率由1个以上的防音单元的开口部而确定且透射损失成为极大，由此防音结构的质量轻而薄，不依赖于孔的位置和形状，作为隔音材料的坚固性高，且具有稳定性，具有通气性，不会充满热，制造适应性优异。

Description

防音结构及防音结构的制造方法
技术领域
本发明涉及一种防音结构及防音结构的制造方法，详细而言，涉及一种包括1个或二维配置的多个防音单元且用于选择性地较强地屏蔽成为目标频率的声音的防音结构，及用于制造这种防音结构的防音结构的制造方法。所述防音单元具有框、固定在框上的膜及由被打穿于膜上的1个以上的孔构成的开口部。
背景技术
对于通常的隔音材料来说，质量越重，越能良好地屏蔽声音，因此，为了得到良好的隔音效果，导致隔音材料本身变得大而重。另一方面，尤其很难屏蔽低频分量的声音。通常，已知该区域被称为质量定律，若频率成为2倍，则屏蔽提高6dB。
如此，现有的大部分防音结构中，通过结构的质量进行隔音，因此结构变得大而重，并且存在低频的屏蔽困难的缺点。
因此，作为应对设备、汽车及一般家庭等各种情景的隔音材料，要求轻而薄的隔音结构。因此，近年来，在轻而薄的膜结构中安装框从而控制膜的振动的隔音结构受到关注(参照专利文献1和专利文献2)。
在该结构的情况下，隔音的原理为与上述质量定律不同的刚性定律，因此，即使是薄结构，也更能屏蔽低频分量。该区域被称为刚性定律，膜振动在框部分被固定，从而成为与膜和框开口部一致的有限尺寸时相同的状态。
在专利文献1中公开有如下吸音体，其具有：形成有贯穿孔的框体；及覆盖该贯穿孔的一个开口的吸音材料，吸音材料的第1储能模量E1为9.7×106以上，第2储能模量E2为346以下(参照摘要、权利要求1、[0005]～[0007]段、[0034]段等)。此外，吸音材料的储能模量是指，通过吸音而在吸音材料中产生的能量中保存于内部的分量。
专利文献1中的实施例中，通过使用将掺合的材料设为树脂或树脂与填料的混合物的吸音材料，不会导致吸音体的大型化便能够在吸音率的峰值为0.5～1.0，峰值频率为290～500Hz，500Hz以下的低频区域中实现高度的吸音效果。
并且，专利文献2中公开了如下声衰减板及声衰减结构，所述声衰减板被分割成多个单独的单元，且具备具有声音透射性的二维的刚性框架、固定在刚性框架上的柔性材料的薄片及多个锭子，其中，多个单独的单元大致为二维单元，各锭子以在各单元上分别设有锭子的方式固定在柔性材料的薄片上，声衰减板的共振频率由单独的各单元的二维形状、柔性材料的柔软性以及其上的各锭子定义(参照权利要求1、12及15，图4、第4栏等)。
此外，专利文献2中公开有如下声衰减板，与现有声衰减板相比，该声衰减板具有以下优点。即，(1)声衰减板能够非常薄。(2)能够使声衰减板的质量非常轻(密度低)。(3)为了在宽频率范围内不遵从质量定律而形成宽频率范围的局部的共振声学材料(LRSM)，面板能够层叠在一起，尤其，该面板能够在比500Hz低的频率下脱离质量定律。(4)能够轻松且低廉地制造面板(参照第5栏第65行～第6栏第5行)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第4832245号公报
专利文献2：美国专利第7395898号公报(参照对应日本专利公开：日本特开2005-250474号公报)
发明内容
发明要解决的技术课题
专利文献1中公开的吸音体的质量轻，且在吸音率的峰值为0.5以上而较高，能够在峰值频率为500Hz以下的低频区域中实现很高的吸音效果，但存在吸音材料的选择范围窄且难的问题。
并且，由于这种吸音体的吸音材料中框体的贯穿孔完全被堵塞，因此不具有使风和热通过的能力且会充满热，存在专利文献1中公开的尤其不适合设备及汽车的隔音的问题。
并且，关于专利文献1中公开的吸音体的隔音性，会依据通常的刚性定律或者质量定律而平稳地变化，因此很难在脉冲式地发出较强的马达噪音等特定的频率分量的一般的设备和汽车中有效地使用。
并且，专利文献2中，能够使声衰减板非常薄、质量轻且密度低，能够在比500Hz低的频率下使用，能够脱离质量密度的定律，能够轻松且低廉地制造，但作为设备、汽车及一般家庭等要求的更轻而薄的隔音结构，存在以下问题点。
专利文献2中公开的声衰减板中，由于膜上必须要有锭子，因此结构重，很难使用于设备、汽车及一般家庭等中。
没有用于将锭子配置在各单元结构中的简单的方法，不具有制造适应性。
由于屏蔽的频率/大小较强依赖于锭子的重量及膜上的位置，因此作为隔音材料的坚固性低且不具有稳定性。
由于已标明膜是非通气膜，因此不具有使风和热通过的能力，会充满热，尤其不适合设备及汽车的隔音。
本发明的目的在于解决上述现有技术的问题点，并提供如下防音结构及能够可靠且轻松地制造这种防音结构的防音结构的制造方法，所述防音结构的质量轻且薄轻而薄，屏蔽频率和大小等隔音特性不依赖于其孔的位置和形状，作为隔音材料的坚固性高，且具有稳定性，具有通气性，能够使风和热通过，不会充满热，适于设备、汽车及一般家庭的用途，且制造适应性优异。
此外，在本发明中，“防音”包括作为声学特性的“隔音”和“吸音”这两种含义，尤其指“隔音”，“隔音”包括“屏蔽声音”即“不使声音透射”，因此包括“反射”声音(声反射)及“吸收”声音(声吸收)(参照三省堂大辞林(第三版)及日本声学材料学会的网页http：//www.onzai.or.jp/question/soundproof.html以及http：//www.onzai.or.jp/pdf/new/gijutsu201312_3.pdf)。
以下，基本不区分“反射”和“吸收”，包含两者时称为“隔音”及“屏蔽”，区分两者时称为“反射”及“吸收”。
用于解决技术课题的手段
为了实现上述目的，本发明的防音结构具有1个以上的防音单元，所述防音结构的特征在于，1个以上的防音单元分别具备：框，分别具有贯穿孔；膜，固定在框上；及开口部，由被打穿于膜上的1个以上的孔构成，框的贯穿孔的两个端部不同时被封闭，防音结构中，在比1个以上的防音单元的膜的第1固有振动频率低的低频侧具有由1个以上的防音单元的开口部而确定且透射损失成为极大的屏蔽峰值频率，并选择性地对以屏蔽峰值频率为中心的一定频带的声音进行防音。
在此，优选1个以上的防音单元为二维配置的多个防音单元。
并且，优选第1固有振动频率根据1个以上的防音单元的框的几何形态和1个以上的防音单元的膜的刚性而确定，屏蔽峰值频率根据1个以上的防音单元的开口部的面积而确定。
并且，优选第1固有振动频率根据1个以上的防音单元的框的形状及尺寸和1个以上的防音单元的膜的厚度及挠性而确定，屏蔽峰值频率根据1个以上的防音单元的开口部的平均面积比率而确定。
并且，优选第1固有振动频率包含在10Hz～100000Hz的范围内。
并且，优选当将框的当量圆半径设为R1(mm)、膜的厚度设为t1(μm)、膜的杨氏模量设为E1(GPa)、开口部的当量圆半径设为r(μm)时，下述式(1)所表示的参数A为0.07000以上且759.1以下。
Figure GDA0002523769960000042
其中，e表示纳皮尔常数，ln(x)是以e为底的x的对数。
并且，优选当将框的当量圆半径设为R2(m)、膜的厚度设为t2(m)、膜的杨氏模量设为E2(Pa)、膜的密度设为d(kg/m3)时，下述式(2)所表示的参数B为15.47以上且235000以下。
Figure GDA0002523769960000041
并且，优选1个以上的防音单元的开口部由1个孔构成。
并且，优选1个以上的防音单元的开口部由相同尺寸的多个孔构成。
并且，优选当1个以上的防音单元为二维配置的多个防音单元时，多个防音单元的开口部的70％以上由相同尺寸的孔构成。
并且，优选1个以上的防音单元的开口部的1个以上的孔的尺寸为2μm以上。
并且，优选1个以上的防音单元的框的平均尺寸为与屏蔽峰值频率对应的波长尺寸以下。
并且，优选1个以上的防音单元的开口部的1个以上的孔为通过吸收能量的加工方法而被打穿的孔，并且，优选吸收能量的加工方法为激光加工。
并且，优选1个以上的防音单元的开口部的1个以上的孔为通过基于物理接触的机械加工方法而被打穿的孔，并且，优选机械加工方法为冲孔加工或针加工。
并且，优选膜对于空气具有不渗透性。
并且，优选防音单元的开口部的1个孔设置于膜的中心。
并且，优选膜是具有挠性的弹性材料制成的。
并且，优选当1个以上的防音单元为二维配置的多个防音单元时，多个防音单元的多个框由以二维连接的方式配置而成的1个框体构成。
并且，优选当1个以上的防音单元为二维配置的多个防音单元时，多个防音单元的多个膜由覆盖多个防音单元的多个框的1片薄片状膜体构成。
并且，为了实现上述目的，本发明的防音结构的制造方法的特征在于，在制造上述防音结构时，通过吸收能量的加工方法或基于物理接触的机械加工方法，将1个以上的防音单元的开口部的1个以上的孔打穿于各防音单元的膜上。
并且，优选吸收能量的加工方法为激光加工，机械加工方法为冲孔加工或针加工。
发明效果
根据本发明，能够提供如下防音结构，其质量轻而薄，屏蔽的频率和大小等隔音特性不依赖于其孔的位置和形状，作为隔音材料的坚固性高，且具有稳定性，具有通气性，能够使风和热通过，不会充满热，适于设备、汽车及一般家庭的用途，且制造适应性优异。
并且，根据本发明，能够可靠且轻松地制造这种防音结构。
尤其，根据本发明，通过在膜结构及框的刚性定律屏蔽结构的膜部分设置微小的孔，能够极强地屏蔽即反射和/或吸收任意作为目标的频率分量。
并且，根据本发明，无论是质量定律还是刚性定律，在薄且轻的结构中进行屏蔽通常是困难的，且对于人耳能清楚地听见的区域即1000Hz附近，也能够进行较大的隔音。
并且，根据本发明，仅通过在膜上打孔，就能够实现较强的隔音结构。
并且，根据本发明，相对于专利文献2中记载的声衰减板及结构，不需要导致加重质量的主要原因的锭子，因此能够实现更轻的隔音结构。
并且，根据本发明，通过孔的存在而膜具有通气性，即，能够实现使风和热通过并且屏蔽即反射和/或吸收声音的结构。
并且，根据本发明，通过激光加工及打孔加工，能够高速且轻松地在膜上打孔，因此具有制造适应性。
并且，根据本发明，隔音特性几乎不依赖于孔的位置和形状，因此具有在制造时稳定性高的优点。
附图说明
图1是示意地表示本发明的一实施方式所涉及的防音结构的一例的俯视图。
图2是以图1所示的防音结构的II-II线切断的示意性剖视图。
图3是示意地表示本发明的其他实施方式所涉及的防音结构的一例的俯视图。
图4是示意地表示本发明的其他实施方式所涉及的防音结构的一例的俯视图。
图5是示意地表示本发明的其他实施方式所涉及的防音结构的一例的俯视图。
图6是表示以相对于本发明的实施例1的防音结构的频率的透射损失表示的隔音特性的图表。
图7是表示比较例1的防音结构的隔音特性的图表。
图8是表示本发明的实施例10的防音结构的隔音特性的图表。
图9是表示本发明的实施例21的防音结构的隔音特性的图表。
图10是表示本发明的实施例5及实施例23的防音结构的隔音特性的图表。
图11是表示本发明的实施例38的防音结构的隔音特性的图表。
图12是表示相对于本发明的防音结构的参数A的屏蔽频率的图表。
图13是表示相对于本发明的防音结构的参数B的第1固有振动频率的图表。
图14是表示比较例2的防音结构的隔音特性的图表。
图15是表示本发明的实施例16的防音结构的吸收特性的图表。
图16是表示打穿实施例16的防音结构的孔之前的参考防音结构的吸收特性的图表。
具体实施方式
以下，参照附图所示的优选实施方式，对本发明所涉及的防音结构及防音结构的制造方法进行详细说明。
图1是示意地表示本发明的一实施方式所涉及的防音结构的一例的俯视图，图2是以图1所示的防音结构的II-II线切断的示意性剖视图。图3～图5是分别示意地表示本发明的其他实施方式所涉及的防音结构的一例的俯视图。
图1及图2所示的本发明的防音结构10具有：框体16，形成分别具有贯穿孔12，且二维配置的多个(图示例中为16个)框14；薄片状膜体20，形成以覆盖各个框14的贯穿孔12的方式固定在各个框14的多个(图示例中为16个)膜18；及多个(图示例中为16个)开口部24，由以贯穿于各个框14内的膜18的方式被打穿的1以上(图示例中为1个)的孔22构成。
在防音结构10中，1个框14、固定在该框14上的膜18及设置于该膜18的开口部24构成1个防音单元26。因此，本发明的防音结构10由多个(图示例中为16个)防音单元26构成。
图示例的防音结构10由多个防音单元26构成，但本发明并不限定于此，也可以由包括1个框14、1个膜18及1个开口部24的1个防音单元26构成。
框14通过由具有厚度的板状部件15环状包围的方式形成，在内部具有贯穿孔12，且用于以至少在一侧覆盖贯穿孔12的方式固定膜18，成为固定在该框14上的膜18的膜振动的波节。因此，与膜18相比，框14的刚性高，具体而言，要求每单位面积的质量及刚性均较高。
优选框14的形状为能够固定膜18以能够限制膜18的整个外周的封闭且连续的形状，但本发明并不限定于此，只要框14成为固定在所述框14上的膜18的膜振动的波节，则可以为局部被切断且不连续的形状。即，框14的作用在于固定膜18而控制膜振动，因此即使在框14上具有较小的断开处或存在极小的未粘结的部位，也能够发挥效果。
并且，通过框14形成的贯穿孔12的几何形态为平面形状，图1所示的例子中为正方形，但在本发明中并没有特别限定，例如可以是多边形或图3所示的圆形或椭圆形等，也可以是不规则的形状，所述多边形包含：矩形、菱形或平行四边形等其他四边形；正三角形、等腰三角形或直角三角形等三角形；及正五边形或正六边形等正多边形。
并且，框14的尺寸为平面视图的尺寸，能够作为其贯穿孔12的尺寸而定义，但在图1、图4及图5所示的正方形那种正多边形或圆形的情况下，能够定义为通过其中心的相对置的边之间的距离或当量圆直径，在多边形、椭圆或不规则的形状的情况下，能够定义为当量圆直径。在本发明中，当量圆直径及半径是指分别换算为面积相等的圆时的直径及半径。
此外，在本发明的防音结构10中，框14的尺寸在所有框14中可以恒定，但也可以包含不同尺寸(也包含形状不同的情况)的框，该情况下，作为框14的尺寸，使用框14的平均尺寸即可。
这种框14的尺寸并没有特别限定，根据为了防音而适用本发明的防音结构10的防音对象来设定即可，所述防音对象例如为影印机、送风机、空调设备、排气扇、泵类、发电机、导管，此外还有涂布机或旋转机、输送机等发出声音的各种类型的制造设备等工业设备、汽车、电车、航空器等交通运输设备、冰箱、洗衣机、烘干机、电视、复印机、微波炉、游戏机、空调、风扇、个人计算机(PC)、吸尘器、空气净化器等一般家用设备等。
并且，还能够以分隔件的方式使用该防音结构10本身，从而用于切断来自多个噪音源的声音的用途中。该情况下，也能够根据成为对象的噪音的频率选择框14的尺寸。
此外，为了在高频侧得到包括框14及膜18的结构的固有振动模式，优选减小框14的尺寸，详细内容进行后述。
并且，框14的平均尺寸的详细内容将进行后述，而为了防止防音单元26的屏蔽峰值中的衍射引起的声音的泄漏，优选所述框14的平均尺寸为与后述的屏蔽峰值频率对应的波长尺寸以下，所述衍射是由设置于膜18的孔构成的开口部24所引起的防音单元26的屏蔽峰值中的衍射。
例如，框14的尺寸优选为0.5mm～200mm，更优选为1mm～100mm，最优选为2mm～30mm。
此外，如在各框14中包含不同尺寸时，优选框14的尺寸以平均尺寸表示。
并且，框14的宽度及厚度也能够以可靠地限制膜18的方式固定，只要能够可靠地支承膜18，则并没有特别限制，例如，能够根据框14的尺寸来设定。
例如，当框14的尺寸为0.5mm～50mm时，框14的宽度优选为0.5mm～20mm，更优选为0.7mm～10mm，最优选为1mm～5mm。
若框14的宽度相对于框14的尺寸的比例变得过大，则整体结构中框14部分所占的面积比率会变大，存在器件变重的可能性。另一方面，若上述比例变得过小，则在该框14部分中，难以通过粘结剂等将膜固定牢靠。
并且，当框14的尺寸超过50mm且为200mm以下时，框14的宽度优选为1mm～100mm，更优选为3mm～50mm，最优选为5mm～20mm。
并且，框14的厚度优选为0.5mm～200mm，更优选为0.7mm～100mm，最优选为1mm～50mm。
此外，如在各框14中包含不同的宽度及厚度时，优选框14的宽度及厚度分别以平均宽度及平均厚度来表示。
此外，在本发明中，优选多个(即2个以上的)框14构成为以二维连接的方式配置而成的框体16。
在此，本发明的防音结构10的框14的数量、即图示例中构成框体16的框14的数量也没有特别限定，根据本发明的防音结构10的上述的防音对象来设定即可。或者上述的框14的尺寸是根据上述的防音对象来设定的，因此框14的数量根据框14的尺寸来设定即可。
例如，在设备内屏蔽噪音(反射和/或吸收)的情况下，框14的数量优选为1个～10000个，更优选为2～5000个，最优选为4～1000个。
这是因为，对于一般设备的大小而言，设备的尺寸已被确定，因此为了将1个防音单元26的尺寸设为适于噪音的频率的尺寸，大多需要通过组合多个防音单元26而成的框体16进行屏蔽即反射和/或吸收，并且，另一方面，由于过多地增加防音单元26，存在整体重量增加相当于框14的重量份的情况。另一方面，在如大小没有限制的分隔件这种结构中，能够根据所需的整体的大小来自由地选择框14的个数。
此外，1个防音单元26将1个框14作为构成单元，因此本发明的防音结构10的框14的数量也能够称为防音单元26的数量。
只要框14的材料即框体16的材料能够支承膜18，在上述防音对象中使用时具有适合的强度，对防音对象的防音环境具有耐性，则并没有特别限定，能够根据防音对象及其防音环境来选择。例如，作为框14的材料，例如能够举出铝、钛、镁、钨、铁、钢、铬、铬钼、镍铬钼及它们的合金等金属材料；丙烯酸树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚酰胺酰亚胺、聚芳酯、聚醚酰亚胺、聚缩醛、聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚砜、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酰亚胺、三乙酰纤维素等树脂材料；碳纤维增强塑料(CFRP)、碳纤维、玻璃纤维增强塑料(GFRP)等。
并且，也可以组合多种这些框14的材料来使用。
膜18以覆盖框14的内部的贯穿孔12的方式限制于框14而被固定，因此通过与来自外部的声波对应地进行膜振动来吸收或反射声波的能量从而进行防音。因此，优选膜18对于空气具有不渗透性。
然而，由于需要以框14为波节而进行膜振动，因此膜18需要可靠地限制于框14而被固定，成为膜振动的波腹，并吸收或反射声波的能量从而进行防音。因此，优选膜18是具有挠性的弹性材料制成的。
因此，膜18的形状能够称为框14的贯穿孔12的形状，并且，膜18的尺寸可以说是框14的尺寸，更详细而言，可以说是框14的贯穿孔12的尺寸。
在此，如图6～图11所示，固定在防音单元26的框14上的膜18具有透射损失最小(例如为0dB)的第1固有振动频率，作为最低阶的固有振动模式的频率的共振频率。在本发明中本发明人等发现，由于该第1固有振动频率根据包括框14及膜18的结构而确定，因此，如图6及图7所示，与打穿于膜18的孔22无关地，进而与开口部24的有无无关地成为大致相同的值。此外，图6～图11分别是表示后述的本发明的实施例1、比较例1、本发明的实施例10、21、5和23以及38的防音结构的隔音特性的图表，表示相对于频率的透射损失。
在此，包括框14及膜18的结构中，即以限制于框14的方式被固定的膜18的第1固有振动频率为固有振动模式的频率，所述固有振动模式的频率在声波通过共振现象而使膜振动最强烈处，声波在该频率下大量透射。
此外，根据本发明人等的判断，本发明的防音结构10中，在膜18上，构成的开口部24的孔22作为贯穿孔而被打穿，因此在比第1固有振动频率低的低频侧的屏蔽峰值频率中，出现透射损失成为峰值(极大)的声波的屏蔽峰值。并且，尤其，发现在比通过该贯穿的孔22而产生的屏蔽峰值低的低频侧，通过该贯穿的孔22的存在，声音的吸收增大。
因此，本发明的防音结构10中，在屏蔽峰值频率中屏蔽(透射损失)成为峰值(极大)，因此能够选择性地对以屏蔽峰值频率为中心的一定频带的声音进行防音。
在本发明中，首先能够增大声音的屏蔽，且能够控制屏蔽峰值，除此以外，还具有如下特征：通过贯穿的孔22的效果，在更低频侧出现声音(声波的能量)的吸收。
例如，图6所示的例子中，第1固有振动频率为可听范围内的2820Hz，在更低频侧的屏蔽峰值频率即1412Hz中显示透射损失成为峰值35dB的屏蔽峰值，因此能够选择性地对以可听范围内的1412Hz为中心的一定频带的声音进行防音。
在图8～图11所示的各例子中也示出，对可听范围内的5620Hz、2818Hz、2820Hz及2820Hz的第1固有振动频率，分别在低频侧且可听范围内的3162Hz、708Hz、2000Hz及1258Hz的屏蔽峰值频率中显示透射损失为40、72、29和37以及70，因此能够选择性地对以各屏蔽峰值频率为中心的一定频带的声音进行防音。
此外，对本发明的防音结构中的透射损失(dB)的测量方法进行后述。
因此，在包括框14及膜18的结构中，为了将依赖于由1个以上的孔22构成的开口部24的屏蔽峰值频率设为可听范围内的任意频率，尽可能在高频侧得到固有振动模式是重要的，尤其，在实际使用中变得重要。因此，优选加厚膜18，优选加大膜18的材质的杨氏模量，此外，如上所述，优选减小框14的尺寸进而减小膜18的尺寸等。即，在本发明中，这些优选条件变得重要。
因此，本发明的防音结构10遵从刚性定律，并在比固定在框14上的膜18的第1固有振动频率小的频率中产生声波的屏蔽，因此，优选膜18的第1固有振动频率为相当于人对声波的感测范围的10Hz～100000Hz，更优选为人对声波的可听范围即20Hz～20000Hz，进一步更优选为40Hz～16000Hz，最优选为100Hz～12000Hz。
并且，只要能够进行用于通过吸收或反射声波的能量来防音的膜振动，则膜18的厚度并没有特别限制，但为了在高频侧得到固有振动模式，优选加厚膜18。例如，本发明中，膜18的厚度能够根据框14的尺寸即膜的尺寸来设定。
例如，当框14的尺寸为0.5mm～50mm时，膜18的厚度优选为0.005mm(5μm)～5mm，更优选为0.007mm(7μm)～2mm，最优选为0.01mm(10μm)～1mm。
并且，当框14的尺寸超过50mm且为200mm以下时，膜18的厚度优选为0.01mm(10μm)～20mm，更优选为0.02mm(20μm)～10mm，最优选为0.05mm(50μm)～5mm。
此外，如在1个膜18中厚度不同的情况下或在各膜18中包含不同厚度的情况下，优选膜18的厚度以平均厚度来表示。
在此，在本发明的防音结构10中，包括框14及膜18的结构中的膜18的第1固有振动频率能够根据多个防音单元26的框14的几何形态(例如框14的形状及尺寸(size))和多个防音单元的所述膜的刚性(例如膜的厚度及挠性)而确定。
此外，作为表征膜18的第1固有振动模式的参数，在同种材料的膜18的情况下，能够使用膜18的厚度(t)与框14的尺寸(a)的平方之比，例如，在正四边形的情况下能够使用与一个边的大小之比[a2/t]，该比[a2/t]相等时，例如，(t,a)为(50μm,7.5mm)的情况和(200μm,15mm)的情况下，上述第1固有振动模式成为相同频率即成为相同的第1固有振动频率。即，通过将比[a2/t]设为恒定值，比例定律成立，能够选择适当的尺寸。
并且，膜18只要具有能够进行用于通过吸收或反射声波的能量来防音的膜振动的弹性，则膜18的杨氏模量并没有特别限制，但为了在高频侧得到固有振动模式，优选加大膜18的杨氏模量。例如，本发明中，膜18的杨氏模量能够根据框14的尺寸即膜的尺寸来设定。
例如，优选膜18的杨氏模量为1000Pa～3000GPa，更优选为10000Pa～2000GPa，最优选为1MPa～1000GPa。
并且，只要能够进行用于通过吸收或反射声波的能量来防音的膜振动，则膜18的密度也没有特别限定，例如，优选为10kg/m3～30000kg/m3，更优选为100kg/m3～20000kg/m3，最优选为500kg/m3～10000kg/m3。
只要膜18的材料在设为膜状材料或箔状材料时具有适合于在上述防音对象中使用时的强度，对防音对象的防音环境具有耐性，膜18能够进行用于通过吸收或反射声波的能量来防音的膜振动，则并没有特别限制，能够根据防音对象及其防音环境等来选择。例如，作为膜18的材料，能够举出聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、丙烯酸(PMMA)、聚酰胺酰亚胺、聚芳酯、聚醚酰亚胺、聚缩醛、聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚砜、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酰亚胺、三乙酰纤维素、聚偏二氯乙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、芳香族聚酰胺、硅酮树脂、乙烯-丙烯酸乙酯、乙酸乙烯酯共聚物、聚乙烯、氯化聚乙烯、聚氯乙烯、聚甲基戊烯、聚丁烯等能够成膜状的树脂材料；铝、铬、钛、不锈钢、镍、锡、铌、钽、钼、锆、金、银、铂、钯、铁、铜、坡莫合金等能够成箔状的金属材料；纸、纤维素等成为其他纤维状膜的材质；包括非织造布、纳米级纤维的薄膜；加工成较薄的聚氨酯和新雪丽等多孔材料；加工成薄膜结构的碳材料等能够形成薄结构的材质或结构等。
膜18可以分别固定于防音结构10的框体16的多个框14中的每一个上而作为整体构成薄片状的膜体20，相反，也可以形成通过以覆盖所有框14的方式被固定的1片薄片状的膜体20来覆盖各框14的膜18。或者，作为它们的的中间结构，也可以以覆盖多个框14的局部的方式将薄片状的膜体固定在局部框14上从而形成覆盖各框14的膜18，并且构成通过使用若干这些薄片状膜体来覆盖多个框14的整体(所有框14)的薄片状的膜体20。
并且，膜18以覆盖框14的贯穿孔12的至少一侧的开口的方式固定在框14上。即，膜18也可以以覆盖框14的贯穿孔12的一侧或另一侧或者两侧的开口的方式固定在框14上。
在此，可以在防音结构10的多个框14的贯穿孔12的相同侧设置所有膜18，也可以在多个框14的部分贯穿孔12的一侧设置部分膜18，且在多个框14的其余的部分贯穿孔12的另一侧设置其余的膜18，还可以混杂有设置在框14的贯穿孔12的一侧、另一侧及两侧的膜。
膜18固定于框14的固定方法并没有特别限定，只要能够以成为膜振动的波节的方式使膜18固定于框14，可以是任何方法，例如能够举出使用粘结剂的方法或使用物理夹具的方法等。
使用粘结剂的方法中，将粘结剂涂布于包围框14的贯穿孔12的表面上，在其上载置膜18，并使用粘结剂将膜18固定在框14上。作为粘结剂，例如能够举出环氧类粘结剂(Araldite等)、氰基丙烯酸酯类粘结剂(Aron Alphare等)、丙烯酸类粘结剂等。
作为使用物理夹具的方法，能够举出将以覆盖框14的贯穿孔12的方式配置的膜18夹在框14与棒等固定部件之间，并使用螺钉和螺栓等夹具将固定部件固定在框14上的方法等。
膜18即防音单元26上具有由1个以上的孔22构成的开口部24。
在此，在本发明中，如图6及图8～图11所示，防音结构10中，通过具有由打穿于膜18的1个以上的孔22构成的开口部24，在比膜18的第1固有振动频率低的低频侧具有屏蔽成为峰值(极大)的透射损失的峰值，并将该屏蔽(透射损失)成为峰值(极大)的频率称为屏蔽峰值频率。
该屏蔽峰值频率在比主要依赖于防音结构10的防音单元26的膜18的第1固有振动频率低的低频侧，因开口部24的孔22而出现。屏蔽峰值频率根据相对于框14(或膜18)的大小的开口部24的大小而确定，详细而言，根据相对于框14的贯穿孔12(或覆盖贯穿孔12的膜18)的面积的孔22的总面积的比例即开口部24的开口率而确定。
在此，如图4所示，孔22在覆盖防音单元26的贯穿孔12的膜18内打穿1个以上即可。并且，如图1～图3及图5所示，孔22的穿孔位置可以是防音单元26或膜18(以下，以防音单元26为代表)内的正中央，但本发明并不限定于此，如图4所示，无需在防音单元26的正中央，可以打穿于任何位置。
即，仅改变孔22的穿孔位置，不会改变本发明的防音结构10的隔音特性。
并且，如图1～图3及图5所示，构成防音单元26内的开口部24的孔22的数量相对于1个防音单元26，可以是1个，但本发明并不限定于此，如图4所示，也可以是2个以上(即多个)。
在此，本发明的防音结构10中，从通气性的观点考虑，如图1～图3及图5所示，优选各防音单元26的开口部24由1个孔22构成。其理由为，在一定开口率的情况下，作为风的空气的易通性，一个孔较大，且边界上的粘性不发挥大作用时较大。
另一方面，在1个防音单元26内具有多个孔22时，本发明的防音结构10的隔音特性显示与多个孔22的总面积即与开口部24的面积对应的隔音特性，即，在对应的屏蔽峰值频率中显示对应的屏蔽峰值。因此，如图4所示，优选在1个防音单元26(或膜18)内具有多个孔22的总面积即开口部24的面积与在其他防音单元26(或膜18)内仅具有1个孔22的面积即开口部24的面积相等，但本发明并不限定于此。
此外，当防音单元26内的开口部24的开口率(开口部24相对于覆盖贯穿孔12的膜18的面积的面积比率(所有孔22的总面积的比例))相同时，通过单个孔22和多个孔22得到相同的防音结构10，因此，即使固定于某一孔22的尺寸，也能够制造各种频带的防音结构。
在本发明中，防音单元26内的开口部24的开口率(面积比率)并没有特别限定，根据应选择性地进行隔音的隔音频带来设定即可，但优选为0.000001％～70％，更优选为0.000005％～50％，优选为0.00001％～30％。通过将开口部24的开口率设定在上述范围内，能够确定成为应选择性地进行隔音的隔音频带的中心的屏蔽峰值频率及屏蔽峰值的透射损失。
本发明的防音结构10中，从制造适应性的观点考虑，优选在1个防音单元26内具有多个相同尺寸的孔22。即，优选各防音单元26的开口部24由相同尺寸的多个孔22构成。
此外，本发明的防音结构10中，优选将构成所有防音单元26的开口部24的孔22设为相同尺寸的孔。
在本发明中，优选孔22通过吸收能量的加工方法例如激光加工被打穿，或者优选通过基于物理接触的机械加工方法例如冲孔加工或针加工被打穿。
因此，若将1个防音单元26内的多个孔22或所有防音单元26内的1个或多个孔22设为相同尺寸，则在通过激光加工、冲孔加工或针加工打孔时，不改变加工装置的设定和加工强度便能够连续地进行打孔。
并且，如图5所示，在本发明的防音结构10中，就防音单元26(或膜18)内的孔22的尺寸(大小)而言，每一个防音单元26(或膜18)可以不同。如此，当每一个防音单元26(或膜18)具有尺寸不同的孔22时，显示与将它们的孔22的面积进行了平均的平均面积对应的隔音特性，即，在对应的屏蔽峰值频率中显示对应的屏蔽峰值。
并且，优选本发明的防音结构10的各防音单元26的开口部24的70％以上由相同尺寸的孔构成。
构成开口部24的孔22的尺寸只要能够通过上述的加工方法适当地进行打穿，则可以是任何尺寸，并没有特别限定。
然而，从激光光圈的精度等激光加工的加工精度、或者冲孔加工或针加工等的加工精度和加工的容易性等制造适应性的观点考虑，孔22的尺寸在其下限侧优选为2μm以上，更优选为5μm以上，最优选为10μm以上。
此外，这些孔22的尺寸的上限值需要比框14的尺寸小，因此，通常，框14的尺寸为mm级，若将孔22的尺寸设定为μm级，孔22的尺寸的上限值不会超过框14的尺寸，但如果已超过时，将孔22的尺寸的上限值设定为框14的尺寸以下即可。
然而，在本发明的防音结构10中，第1固有振动频率由包括框14及膜18的结构而确定，透射损失成为峰值的屏蔽峰值频率依赖于根据在包括框14及膜18的结构的膜上被打穿的孔22构成的开口部而确定。
在此，本发明人等判断出，在本发明的防音结构10中，当将防音单元26即框14的当量圆半径设为R1(mm)、膜18的厚度设为t1(μm)、膜18的杨氏模量设为E1(GPa)、开口部24的当量圆半径设为r(μm)时，下述式(1)所表示的参数A和防音结构10的屏蔽峰值振动频率(Hz)即使在改变了防音单元26的当量圆半径R1(mm)、膜18的厚度t1(μm)、膜18的杨氏模量E1(GPa)、开口部24的当量圆半径r(μm)时，如图12所示，也大致为线性关系，大致以一阶方程表示，在二维坐标上大致在同一直线上。此外，还得知参数A大致不依赖于膜的密度和泊松比。
A＝√(E1)*(t11.2)*(ln(r)-e)/(R12.8)……(1)
其中，e表示纳皮尔常数，ln(x)是以e为底的x的对数。
在此，在防音单元26内存在多个开口部24时，根据多个开口部的总面积来求出当量圆半径r。
此外，图12是从后述实施例的实验前设计阶段中的模拟结果中得到的。
在本发明的防音结构10中，当将第1固有振动频率设为10Hz～100000Hz时，屏蔽峰值振动频率成为第1固有振动频率以下的主尾数，因此将如下参数A的值示于表1，所述参数A将屏蔽峰值频率与从10Hz到100000Hz之间的多个值对应。
[表1]
频率(Hz) 参数A
10 0.07000
20 0.1410
40 0.2820
100 0.7050
12000 91.09
16000 121.5
20000 151.8
100000 759.1
从表1可知，参数A与第1固有振动频率对应，因此，在本发明中，优选为0.07000以上且759.1以下，更优选为0.1410～151.82，进一步优选为0.2820～121.5，最优选为0.7050～91.09。
通过使用如上述那样进行了标准化的参数A，能够在本发明的防音结构中确定屏蔽峰值频率，能够选择性地对以屏蔽峰值频率为中心的一定频带的声音进行防音。并且，相反地，通过使用该参数A，能够设定本发明的防音结构，所述防音结构具有成为应选择性地进行隔音的频带的中心的屏蔽峰值频率。
并且，本发明人等判断出，在本发明的防音结构10中，当将防音单元26即框14的当量圆半径设为R2(m)、膜18的厚度设为t2(m)、膜18的杨氏模量设为E2(Pa)、膜18的密度设为d(kg/m3)时，下述式(2)所表示的参数B(√m)和防音结构10的包括框14及膜18的结构的第1固有振动频率(Hz)即使在改变了防音单元26的当量圆半径R2(m)、膜18的厚度t2(m)、膜18的杨氏模量E2(Pa)、膜18的密度d(kg/m3)时，也大致为线性关系，如图13所示，可以以下述式(3)所表示的公式来表示。
Figure GDA0002523769960000171
y＝0.7278x0.9566……(3)
其中，y为第1固有振动频率(Hz)，x为参数B。
此外，图13是从后述实施例的实验前设计阶段中的模拟结果中得到的。
根据以上可知，在本发明的防音结构10中，用参数B(√m)对防音单元26的当量圆半径R2(m)、膜18的厚度t2(m)、膜18的杨氏模量E2(Pa)、膜18的密度d(kg/m3)进行标准化，由此，在二维(xy)坐标上，表示参数B和防音结构10的第1固有振动频率(Hz)之间的关系的点可以以大致看作是一阶方程的上述式(3)来表示，所有点大致在同一直线上。此外，R2和R1均表示防音单元26的当量圆半径，具有R2＝103×R1的关系。并且，t2和t1均表示膜18的厚度，具有t2＝106×t1的关系。并且，E2和E1均表示膜18的杨氏模量，具有E1＝109×E2的关系。
将如下参数B的值示于表2，所述参数B将第1固有振动频率对应于从10Hz至100000Hz之间的多个值。
[表2]
频率(Hz) 参数B
10 1.547×10
20 3.194×10
40 6.592×10
100 1.718×10<sup>2</sup>
12000 2.562×10<sup>4</sup>
16000 3.460×10<sup>4</sup>
20000 4.369×10<sup>4</sup>
100000 2.350×10<sup>5</sup>
从表2可知，参数B与第1固有振动频率对应，因此在本发明中，参数B优选为1.547×10(＝15.47)以上且2.350×105(＝235000)以下，更优选为3.194×10(＝31.94)～4.369×104(＝43690)，进一步更优选为6.592×10(＝65.92)～3.460×104(＝34600)，最优选为1.718×102(＝171.8)～2.562×104(＝25620)。
通过使用如上述那样进行了标准化的参数B，能够在本发明的防音结构中确定成为屏蔽峰值频率的高频侧的上限的第1固有振动频率，能够确定成为应选择性地进行隔音的频带的中心的屏蔽峰值频率。并且，相反地，通过使用该参数B，能够设定具有第1固有振动频率的本发明的防音结构，所述第1固有振动频率能够具有成为应选择性地进行隔音的频带的中心的屏蔽峰值频率。
此外，在本发明的防音结构的防音中，重要的是，存在声音能够以声波而非振动的方式透射的贯穿孔22和声音能够以膜振动的方式透射的膜18这二者。
因此，声音能够透射的贯穿孔22即使在被如下部件覆盖的状态下，也能够与所述贯穿孔22被打开时相同地得到隔音的峰值，所述部件是声音并非以膜振动的方式通过，而是能够以在空气中传递的声波的方式通过的部件。这种部件一般为具有通气性的部件。
作为这种具有通气性的代表性部件，可举出纱窗的网。作为一例，可举出NBCMeshtec Inc.制的Amidology30网状产品，本发明人等通过此确认到，即使堵住贯穿孔22，所得的光谱也不会发生变化。
网可以是格子状，也可以是三角格子状，并不特别依赖并限制于其形状。网整体的尺寸可以比本发明的框体的尺寸大，也可以比其小。并且，网的尺寸可以是逐一覆盖膜18的贯穿孔22的尺寸。并且，网可以是其网眼以所谓的驱虫为目的的尺寸的网，也可以是更微细的防止沙子进入的网。原材料可以是由合成树脂构成的网，也可以是预防犯罪用、电磁波屏蔽用的金属丝。
并且，上述具有通气性的部件并不限定于纱窗的网，除了网以外，还可以举出非织造布原材料、聚氨酯原材料、新雪丽(3M公司制)、BREATHAIR(TOYOBO CO.,LTD.制)、Dot Air(Toray Industries,Inc.制)等。本发明中，通过用这种具有通气性的原材料覆盖，能够防止蚊虫和沙子从孔进入，能够确保从贯穿孔22的部分观察内部等隐私性，以及能够赋予隐蔽性等。
本发明的防音结构基本上如上构成。
本发明的防音结构如上构成，因此能够实现在现有的防音结构中难以实现的低频屏蔽，还具有能够设计出如下结构的特征，所述结构中，根据从低频至超过1000Hz的频率的各种频率的噪音而较强地进行隔音。并且，本发明的防音结构是不依赖于结构的质量(质量定律)的隔音原理，因此与现有的防音结构相比，能够实现质量非常轻而薄的隔音结构，因此，也能够适用于现有的防音结构中很难进行充分的隔音的防音对象中。
并且，本发明的防音结构不像专利文献2中记载的技术那样需要锭子，该防音结构具有如下特征：仅通过在膜上设置孔而具有制造适应性，并且是作为隔音材料的坚固性高的隔音结构。即，与专利文献2中记载的技术相比，本发明的防音结构具有以下特征。
1.由于不需要导致加重质量的主要原因的锭子，因此能够实现更轻的隔音结构。
2.通过激光加工和冲孔加工，能够高速且轻松地在膜上打孔，因此具有制造适应性。
3.隔音特性几乎不依赖于孔的位置和形状，因此在制造时，稳定性高。
4.由于存在孔，从而膜具有通气性，即，能够实现使风和热通过并且屏蔽声音的结构。
本发明的防音结构如下制造。
首先，准备具有多个(例如225)框14的框体16和覆盖框体16的所有框14的全部贯穿孔12的薄片状的膜体20。
接着，通过粘结剂将薄片状的膜体20固定在框体16的所有框14上，形成分别覆盖所有框14的贯穿孔12的膜18，从而构成具有包括框14和膜18的结构的多个防音单元。
接着，通过激光加工等吸收能量的加工方法或者冲孔加工或针加工等基于物理接触的机械加工方法，在多个防音单元的各个膜18上分别打穿1个以上的孔22，从而在各防音单元26形成开口部24。
这样，能够制造本发明的防音结构10。
本发明的防音结构的制造方法基本上如上构成。
实施例
根据实施例，对本发明的防音结构及防音结构的制造方法具体地进行说明。
在制造本发明的实施例而进行测量声学特性的实验之前示出防音结构的设计。
该防音结构的系统为膜振动与空气中的声波相互作用的系统，因此利用声音和振动的耦合分析进行了分析。具体而言，利用有限元法的分析软件即COMSOLver5.0的声音模块进行了设计。首先，通过固有振动分析求出第1固有振动频率。接着，在周期结构边界中进行了基于频率扫描的声学结构耦合分析，并求出相对于从正面入射的声波的各频率中的透射损失。
根据该设计，确定了样品的形状和材质。实验结果中的屏蔽峰值频率与来自模拟的预测一致。
并且，进行了声学结构耦合分析模拟，并求出屏蔽峰值频率与各物性的对应关系。作为参数A，通过改变膜18的厚度t1(μm)、框14的尺寸(或半径)R1(mm)、膜的杨氏模量E1(GPa)、开口部的当量圆半径r(μm)，求出相对于声波的各频率中的透射损失，从而求出屏蔽峰值频率。将其结果示于图12。本发明人等发现，通过该计算，屏蔽峰值频率与√(E1)*(t11.2)*(ln(r)-e)/(R12.8)大致成比例。因此，得知通过设为参数A＝√(E1)*(t11.2)*(ln(r)-e)/(R12.8)，能够预测屏蔽峰值频率。
并且，活用能够自由改变材料特性和膜厚的模拟特征，求出第1固有振动频率与各物性的对应关系。作为参数B，通过改变膜18的厚度t2(m)、框14的尺寸(或半径)R2(m)、膜的杨氏模量E2(Pa)、膜的密度d(kg/m3)，求出固有振动。将其结果示于图13。本发明人等发现，通过该计算，第1固有振动频率f_resonance与t2/R22*√(E2/d)大致成比例。因此，得知通过设为参数B＝t2/R22*√(E2/d)，能够预测固有振动。
(实施例1)
以下，示出具有膜18的PET薄膜厚度50μm(＝50×10-6m)、框14的尺寸7.5mm(＝7.5×10-3m)、直径200μm(＝200×10-6m)的孔22的实施例1的防音结构的制造方法。
使用了PET薄膜(Toray Industries,Inc.制LUMIRROR)50μm产品作为膜18。作为框14，使用了厚度3mm×宽度3mm的铝，且使用了将框14的形状设为正方形，并将该正方形的贯穿孔12的一个边设为7.5mm而进行加工而成的产品。框结构的贯穿孔12具有15×15个总计225个。用粘结剂将该框结构固定在PET薄膜上，制造出包括框14和膜18的框/膜结构。
在该框/膜结构的膜18上打穿孔22的工序如下进行。
首先，在膜18上使用黑墨水描画出以光吸收为目的的黑点。此时，使黑点的尺寸尽可能接近要打穿的孔尺寸。
接着，将激光装置(NICHIA CORPORATION制激光二极管)的绿色激光(300mW)照射到薄膜黑点部。
由于PET薄膜的可见光吸收率足够小，因此激光仅在黑点部被吸收而产生吸收热，最终在黑点部打穿了孔22。使用光学显微镜(Nikon Corporation制ECLIPSE)测量了孔22的尺寸，结果能够在框14的中央部得到200μm的圆形孔直径。由此，能够制造出本发明的实施例1的防音结构。
自制的铝制声管中使用4个传声器并通过传递函数法来测量了声学特性。该方法是按照“ASTM E2611-09：基于传输矩阵法测量声学材料的垂直入射传输的标准试验方法(Standard Test Method for Measurement of Normal Incidence Sound Transmissionof Acoustical Materials Based on the Transfer Matrix Method)”进行的。作为声管，例如使用了与Nihon Onkyo Engineering Co.,Ltd.制的WinZac相同的测量原理的声管。该方法中，能够在宽的光谱带上测量声透射损失。将实施例1的防音结构配置于声管的测量部位，并在10Hz～40000Hz的范围内测量了声透射损失。该测量范围是通过组合多个声管的直径或传声器之间的距离而进行测量的结果。
通常，传声器之间的距离越大，低频的测量噪声越小，另一方面，若在高频侧传声器之间的间隔比波长/2长，则原理上将无法测量。因此，一边改变传声器之间的距离，一边进行了多次测量。并且，由于声管粗，在高频侧因高阶模式的影响而无法进行测量，因此也使用多种声管的直径来进行了测量。
将透射损失的测量结果示于图6。
根据图1所示的结果可知，在1000Hz附近发生极强的屏蔽。
以下，在所有实施例2～42及比较例1～2中测量方法均相同，因此示出各实施例及各比较例的样品的制造方法。
将制造出的实施例1～42及比较例1～2的各防音结构的框14的形状、尺寸及材质、膜18的种类、厚度及第1固有振动频率以及孔22的尺寸、形状及个数和各实施例及各比较例中得到的光谱的最大或极大屏蔽峰值频率(以下，也简称为屏蔽频率)、其透射损失、参数A及参数B的值示于表3～表5。
(比较例1)
未在实施例1中制造出的框/膜结构中打孔而直接使用框/膜结构来进行了测量。将其结果示于表3。并且，将透射损失的测量结果示于图7。得到基于通常的质量定律和刚性定律的隔音。该切换在2820Hz附近发生，得知这与膜的第1固有振动频率一致。
(比较例2)
未在实施例1中使用的膜(PET薄膜50μm)上添加框而以7.5mm间隔打穿了孔。孔的直径与实施例1匹配地设为200μm。将其结果示于表3，将其透射损失的测量结果示于图14。通常，在板上仅打穿了孔的结构成为越是低频越容易通过，越是高频越难以通过的结构，在本实验中也得到该特征。此时，未发现第1固有振动频率及屏蔽峰值。
进行表中的参数A、B的计算时，由于不存在框，因此将框的半径R设为无限大(R→∞)而进行计算。
(实施例2～7)
以与实施例1相同的方式制造出框/膜结构。得知通过改变激光照射时间来改变热的产生量，从而能够改变孔22的尺寸，因此通过使激光照射时间/功率最佳化，能够在PET薄膜上得到20μm～2000μm的所需孔22。将包含这样得到的各实施例的防音结构中的屏蔽频率在内的结果示于表3。此外，图10中用虚线表示实施例5的隔音特性。
(实施例8)
以与实施例1相同的方式制造出框/膜结构之后，代替通过激光照射而形成孔22，通过将针刺到薄膜而形成了物理孔22。通过力的调整，能够得到直径200μm的孔22。这样得到的实施例8的屏蔽光谱(透射损失)与实施例1相比，是无变化地得到的。将其结果示于表3。
(实施例9～11)
将在实施例1中使用的PET薄膜的厚度从50μm产品变更为20μm、100μm、200μm产品，除此以外，使用相同的制造方法来得到孔径200μm的防音结构。将这样得到的各实施例的测量结果示于表3。
通过膜厚增加，弯曲刚性增大，随此，固有振动的第一振动模式转换为高频。随此，相同孔径的屏蔽频率也转换为高频。图8中示出厚度100μm的实施例10的屏蔽光谱。
(实施例12～17)
实施例1的条件中改变了框的尺寸，除此以外，以相同的条件进行了防音结构样品的制造。将正方形贯穿孔12的一个边设为15mm而进行了加工。框14本身与厚度3mm×宽度3mm相同。该框体16的框14的贯穿孔12具有8×8总计64个。与实施例1相同地通过激光加工孔22，通过调节其照射时间和功率，得到不同孔尺寸(20、100、200、400、1000及2000μm)的孔22。将这样得到的实施例12～15的测量结果示于表3，将实施例16～17的测量结果示于表4。
此外，求出实施例16的防音结构样品的声音(声波的能量)的吸收率。测量与实施例1相同地，通过基于4个传声器的传递函数法来进行，根据测量出的透射率和反射率求出吸收率。在此，吸收率能够根据下述式求出。将其结果示于图15。
吸收率＝1-透射率-反射率
并且，为了进行比较，还测量了在制造实施例16的防音结构样品的中途打穿孔22之前的不具有孔22的状态下的参考防音结构样品的声音的吸收率。将其结果示于图16。
(实施例18～19)
相同材料情况下的第1固有振动频率在厚度的平方与正方形的一个边的长度之比为恒定时，大致成为相近的频率，因此，为了与实施例1相匹配，以框尺寸15mm、PET薄膜的厚度200μm的条件，除此以外，以与实施例1相同的方式制造出防音结构样品。孔22的尺寸在实施例18中调整为直径成为200μm，在实施例19中调整为直径成为400μm。将这样得到的各实施例的测量结果示于表4。第1固体振动频率均与实施例1相同地设为2820Hz而得到，能够在1000Hz以上的区域中得到较大的屏蔽。
(实施例20)
实施例1的条件中，将框14的尺寸变更为30mm、将膜18的厚度变更为200μm，除此以外的条件设为相同(包含孔尺寸在内)而制造出防音结构样品。将这样得到的实施例20的测量结果示于表4。该实施例20的条件与实施例14的条件相比，膜18的厚度成为4倍、框14的尺寸成为2倍，因此可以期待固有振动的第1振动模式相同，若进行测量，则实际上是相同的频率。
(实施例21)
在实施例20中，将膜厚变更为800μm而非200μm，除此以外，以相同的条件进行了防音结构样品制造。将这样得到的实施例21的测量结果示于表4。实施例21与实施例1相比，膜厚度成为16倍、框尺寸成为4倍，从而可期待固有振动的第一振动模式相同。若进行测量，则实际上在相同的频率2820Hz中出现了透射的峰值(极小)。透射损失的峰值(极大)在708Hz中出现了较大的峰值。将该透射损失光谱示于图9。
(实施例22)
在实施例21中，将孔径从200μm变更为1600μm，除此以外，相同地进行了防音结构样品制造。将这样得到的实施例22的测量结果示于表4。
即使在框14的尺寸较大的情况下，也能够屏蔽2000Hz以上。
(实施例23)
在实施例1中，代替在中央部打穿单个贯穿孔，在中心部打穿了孔径200μm的4个孔。除此以外，以与实施例1相同的条件进行了防音结构样品制造。将这样得到的实施例23的测量结果示于表4。将实施例23和实施例5的透射损失光谱示于图10。屏蔽频率与实施例5的孔径400μm的单个孔的情况一致，为2000Hz。也就是说，当其他条件不变而在框14内的膜18上的贯穿孔22具有相同的开口率时，单个孔22的情况与多个孔22的情况下的屏蔽光谱大致一致。
(实施例24～30)
在实施例1中，代替在中央部打穿单个贯穿孔，将打穿孔径200μm的孔22的位置设为四角的框中在对角线上偏离的位置。除此以外，以与实施例1相同的条件进行了防音结构样品制造。将这样得到的各实施例的测量结果示于表4。明确了表明屏蔽频率与在中央打穿孔22的实施例1相比没有变化，该防音系统相对于膜18上的孔22的位置，坚固性非常高。
(实施例31)
在实施例1中，代替打穿单个贯穿孔，在同一防音单元26内打穿了3个孔径200μm的孔、4个孔径100μm的孔。除此以外，以与实施例1相同的条件进行了防音结构样品制造。将这样得到的实施例31的测量结果示于表5。屏蔽频率为2000Hz，这是与实施例5的孔径400μm的单个孔的情况相同的屏蔽频率。实施例5与本实施例中的单元内的总计孔面积相同。
(实施例32)
在实施例1中，作为框的原材料，使用了加工成框状的丙烯酸来代替使用铝。除此以外，以与实施例1相同的条件进行了防音结构样品制造。将这样得到的实施例32的测量结果示于表5。即使改变框14的原材料，也能够得到相同的效果。
(实施例33)
在实施例1中，作为膜的原材料，使用了聚酰亚胺膜来代替PET薄膜。
除此以外，以与实施例1相同的条件进行了防音结构样品制造。将这样得到的实施例33的测量结果示于表5。与PET薄膜的情况相同地，在聚酰亚胺膜中也显示出由框14、膜18及孔22构成的防音结构，透射损失大且具有峰值。
(实施例34)
在实施例1中，使用了加工成圆形的贯穿孔12的框形状的铝框来代替加工成正方形的贯穿孔12的框形状的铝框。除此以外，以与实施例1相同的条件进行了防音结构样品制造。将这样得到的实施例34的测量结果示于表5。
(实施例35)
在实施例1中，将在PET薄膜上描画的黑墨水的形状设为正方形。
此时，以孔22的面积与实施例1相同的方式，将一个边的长度设为200[(√π)/2](μm)(将当量圆直径定义为相同面积的圆的直径。)。此时，描画时使用了喷墨法。使激光直径收缩为20μm左右，以扫描黑点形状的方式进行了照射。通过调整激光功率，能够得到正方形形状的孔22。将这样得到的实施例35的测量结果示于表5。屏蔽频率得到与实施例1相同的结果。由此，表示在相同的面积中屏蔽特性不依赖于孔22的形状。
(实施例36)
在实施例35中，设为矩形形状的黑墨水形状来代替设为正方形形状的墨水形状。将长边设为200√π(μm)、短边设为200[(√π)/4](μm)而使其成为相同面积。能够以与实施例35相同的方式得到矩形形状的孔。将这样得到的实施例36的测量结果示于表5。
(实施例37)
在实施例1中，作为膜18使用了厚度20μm的铝箔来代替PET薄膜，除此以外，以与实施例1相同的方式进行了防音结构样品制造。将这样得到的实施例37的测量结果示于表5。通过针形成了贯穿孔22。此时，膜18和框14均为铝，为相同材质。与通常的高分子薄膜材料相比，铝的杨氏模量/密度大，因此与PET薄膜相比，即使较薄，也在高频率侧出现峰值。
(实施例38)
在实施例1中，代替在所有单元中进行相同孔径的加工，以使孔径相互不同的方式制造出由具有直径200μm的孔22和直径100μm的孔22的各防音单元26构成的防音结构样品。将这样得到的实施例38的测量结果示于表5。并且，将实施例38的透射损失光谱示于图11。此时，屏蔽最大(峰值)频率成为1258Hz。通过实施例1和实施例4，具有各孔22的单个防音单元26的屏蔽频率为1412Hz和1000Hz，因此能够以其中间的频率实现屏蔽。
(实施例39～41)
在实施例34中，将框14的圆形的贯穿孔12的直径从7.5mm分别变更为4mm、2mm及2mm，仅在实施例41中将圆形孔22的直径从200mm变更为40mm，除此以外，以与实施例34相同的方式制造出各实施例的防音结构样品。
将这样得到的各实施例测量结果示于表5。得知通过减小框的尺寸，第1固有振动频率及屏蔽频率均在高频侧进行较大转换。
(实施例42)
作为声管，准备了内侧的一个边的长度为15mm的声管。为了制作防音结构样品，代替实施例18中使用的15×15的框14，准备单个铝(Al)制的15mm框14，除此以外，以与实施例18相同的方式，在作为膜18的厚度200μm的PET薄膜上贯穿作为孔22的200μm直径的圆形孔以作为样品。此时，声管与样品的框14成为完全相同的尺寸，因此使样品的框14与声管的样品架一致，并能够以仅由一个单元结构构成的防音结构为对象而使用声管进行测量的方式进行了测量。
将其结果示于表5。结果与实施例18的测量结果相同。
Figure GDA0002523769960000281
Figure GDA0002523769960000291
Figure GDA0002523769960000301
从表3～表5可知，作为本发明的防音结构的实施例1～42与比较例1～2不同，在处于比第1固有振动频率低的低频侧的屏蔽峰值频率中，存在透射损失成为峰值的屏蔽峰值，因此能够选择性地对以屏蔽峰值频率为中心的一定宽度频带的声音进行防音。
并且，从图16可知，在制造实施例16的防音结构样品的中途不具有孔22的状态下的参考防音结构样品中，只有因系统第1固有振动频率下的膜较大摇动引起的声音的吸收峰值较大。相对于此，从图15可知，实施例16的防音结构样品中，得知通过打穿孔22，在更低的低频侧的吸收率整体变大，吸收性能提高。实施例16的防音结构样品中得知，尤其在比孔22引起的屏蔽峰值低的低频侧产生更大的吸收。
根据以上，得知本发明的防音结构具有能够极强地屏蔽作为目标的特定的频率分量的这一优异的隔音特性，还能够增加更低频侧的分量的吸收。
以上，举出关于本发明的防音结构及防音结构的制造方法的各种实施方式及实施例来详细地进行了说明，但本发明并不限定于这些实施方式及实施例，在不脱离本发明的宗旨的范围内，当然可以进行各种改善或变更。
符号说明
10-防音结构，12-贯穿孔，14-框，15-板状部件，16-框体，18-膜，20-膜体，22-孔(贯穿孔)，24-开口部，26-防音单元。

Claims (28)

1.一种防音结构，其具有1个以上的防音单元，所述防音结构的特征在于，
所述1个以上的防音单元分别具备：
框，其具有贯穿孔；
膜，其固定在所述框上；及
开口部，其由在所述膜上的任意位置被打穿的1个以上的孔构成，
所述框的贯穿孔的两侧端部都不被封闭，
在所述防音结构中，在比所述1个以上的防音单元的所述膜的第1固有振动频率低的低频侧具有屏蔽峰值频率，选择性地对以所述屏蔽峰值频率为中心的一定频带的声音进行屏蔽，所述屏蔽峰值频率根据所述1个以上的防音单元的所述开口部而确定且透射损失成为极大。
2.根据权利要求1所述的防音结构，其中，
所述1个以上的防音单元是二维配置的多个防音单元。
3.根据权利要求1或2所述的防音结构，其中，
所述第1固有振动频率根据所述1个以上的防音单元的所述框的几何形态和所述1个以上的防音单元的所述膜的刚性而确定，
所述屏蔽峰值频率根据所述1个以上的防音单元的所述开口部的面积而确定。
4.根据权利要求1或2所述的防音结构，其中，
所述第1固有振动频率根据所述1个以上的防音单元的所述框的形状及尺寸和所述1个以上的防音单元的所述膜的厚度及挠性而确定，
所述屏蔽峰值频率根据所述1个以上的防音单元的所述开口部的平均面积而确定。
5.根据权利要求1或2所述的防音结构，其中，
所述第1固有振动频率被包含于10Hz～100000Hz的范围内。
6.根据权利要求1或2所述的防音结构，其中，
当将所述框的当量圆半径设为R1(mm)、将所述膜的厚度设为t1(μm)、将所述膜的杨氏模量设为E1(GPa)、将所述开口部的当量圆半径设为r(μm)时，下述式(1)所表示的参数A为0.07000以上且759.1以下，
Figure FDA0002730447620000021
其中，e表示纳皮尔常数，ln(x)是以e为底的x的对数。
7.根据权利要求1或2所述的防音结构，其中，
当将所述框的当量圆半径设为R2(m)、将所述膜的厚度设为t2(m)、将所述膜的杨氏模量设为E2(Pa)、将所述膜的密度设为d(kg/m3)时，下述式(2)所表示的参数B为15.47以上且235000以下，
Figure FDA0002730447620000022
8.根据权利要求1或2所述的防音结构，其中，
所述1个以上的防音单元的所述开口部由1个孔构成。
9.根据权利要求1或2所述的防音结构，其中，
所述1个以上的防音单元的所述开口部由相同尺寸的多个孔构成。
10.根据权利要求1或2所述的防音结构，其中，
当所述1个以上的防音单元为二维配置的多个防音单元时，
所述多个防音单元的所述开口部的70％以上由相同尺寸的孔构成。
11.根据权利要求1或2所述的防音结构，其中，
所述1个以上的防音单元的所述开口部的所述1个以上的孔的尺寸为2μm以上。
12.根据权利要求1或2所述的防音结构，其中，
所述1个以上的防音单元的所述框的尺寸为对应于所述屏蔽峰值频率的波长尺寸以下。
13.根据权利要求1或2所述的防音结构，其中，
所述1个以上的防音单元的所述开口部的所述1个以上的孔是通过吸收能量的加工方法被打穿的孔。
14.根据权利要求13所述的防音结构，其中，
所述吸收能量的加工方法是激光加工。
15.根据权利要求1或2所述的防音结构，其中，
所述1个以上的防音单元的所述开口部的所述1个以上的孔是通过基于物理接触的机械加工方法被打穿的孔。
16.根据权利要求15所述的防音结构，其中，
所述机械加工方法是冲孔加工或针加工。
17.根据权利要求1或2所述的防音结构，其中，
所述膜对于空气具有不渗透性。
18.根据权利要求1或2所述的防音结构，其中，
所述防音单元的所述开口部的1个孔设置于所述膜的中心。
19.根据权利要求1或2所述的防音结构，其中，
所述膜是由具有挠性的弹性材料制成的。
20.根据权利要求1或2所述的防音结构，其中，
当所述1个以上的防音单元为二维配置的多个防音单元时，
所述多个防音单元的多个所述框被构成为以二维连接的方式配置而成的1个框体。
21.根据权利要求1或2所述的防音结构，其中，
当所述1个以上的防音单元为二维配置的多个防音单元时，
所述多个防音单元的多个所述膜由覆盖所述多个防音单元的多个所述框的1片薄片状的膜体构成。
22.根据权利要求1所述的防音结构，其中，
所述1个以上的防音单元是二维配置的多个防音单元，
所述第1固有振动频率根据所述1个以上的防音单元的所述框的几何形态和所述1个以上的防音单元的所述膜的刚性而确定，
所述第1固有振动频率根据所述1个以上的防音单元的所述框的形状及尺寸和所述1个以上的防音单元的所述膜的厚度及挠性而确定，
所述屏蔽峰值频率根据所述1个以上的防音单元的所述开口部的平均面积而确定，
所述第1固有振动频率被包含于10Hz～100000Hz的范围内。
23.根据权利要求1所述的防音结构，其中，
当将所述框的当量圆半径设为R1(mm)、将所述膜的厚度设为t1(μm)、将所述膜的杨氏模量设为E1(GPa)、将所述开口部的当量圆半径设为r(μm)时，下述式(1)所表示的参数A为0.07000以上且759.1以下，
Figure FDA0002730447620000031
其中，e表示纳皮尔常数，ln(x)是以e为底的x的对数，
当将所述框的当量圆半径设为R2(m)、将所述膜的厚度设为t2(m)、将所述膜的杨氏模量设为E2(Pa)、将所述膜的密度设为d(kg/m3)时，下述式(2)所表示的参数B为15.47以上且235000以下，
Figure FDA0002730447620000042
24.根据权利要求1所述的防音结构，其中，
所述1个以上的防音单元是二维配置的多个防音单元，
所述第1固有振动频率根据所述1个以上的防音单元的所述框的几何形态和所述1个以上的防音单元的所述膜的刚性而确定，
所述第1固有振动频率根据所述1个以上的防音单元的所述框的形状及尺寸和所述1个以上的防音单元的所述膜的厚度及挠性而确定，
所述屏蔽峰值频率根据所述1个以上的防音单元的所述开口部的平均面积而确定，
所述第1固有振动频率被包含于10Hz～100000Hz的范围内，
当将所述框的当量圆半径设为R1(mm)、将所述膜的厚度设为t1(μm)、将所述膜的杨氏模量设为E1(GPa)、将所述开口部的当量圆半径设为r(μm)时，下述式(1)所表示的参数A为0.07000以上且759.1以下，
Figure FDA0002730447620000041
其中，e表示纳皮尔常数，ln(x)是以e为底的x的对数。
25.一种防音结构的制造方法，其特征在于，
在制造权利要求1或2所述的防音结构时，
通过吸收能量的加工方法或基于物理接触的机械加工方法，在各防音单元的所述膜上的任意位置打穿了所述1个以上的防音单元的所述开口部的所述1个以上的孔。
26.根据权利要求25所述的防音结构的制造方法，其中，
所述吸收能量的加工方法是激光加工，
所述机械加工方法是冲孔加工或针加工。
27.一种防音结构，其具有1个以上的防音单元，所述防音结构的特征在于，
所述1个以上的防音单元分别具备：
框，其具有贯穿孔；
膜，其固定在所述框上；及
开口部，其由在所述膜上被打穿的1个以上的孔构成，
所述框的贯穿孔的两侧端部都不被封闭，
在所述防音结构中，在比所述1个以上的防音单元的所述膜的第1固有振动频率低的低频侧具有屏蔽峰值频率，选择性地对以所述屏蔽峰值频率为中心的一定频带的声音进行屏蔽，所述屏蔽峰值频率根据所述1个以上的防音单元的所述开口部而确定且透射损失成为极大，
所述1个以上的防音单元是二维配置的多个防音单元，
所述第1固有振动频率根据所述1个以上的防音单元的所述框的几何形态和所述1个以上的防音单元的所述膜的刚性而确定，
所述第1固有振动频率根据所述1个以上的防音单元的所述框的形状及尺寸和所述1个以上的防音单元的所述膜的厚度及挠性而确定，
所述屏蔽峰值频率根据所述1个以上的防音单元的所述开口部的平均面积而确定，
所述第1固有振动频率被包含于10Hz～100000Hz的范围内，
当将所述框的当量圆半径设为R2(m)、将所述膜的厚度设为t2(m)、将所述膜的杨氏模量设为E2(Pa)、将所述膜的密度设为d(kg/m3)时，下述式(2)所表示的参数B为15.47以上且235000以下，
Figure FDA0002730447620000051
28.一种防音结构，其具有1个以上的防音单元，所述防音结构的特征在于，
所述1个以上的防音单元分别具备：
框，其具有贯穿孔；
膜，其固定在所述框上；及
开口部，其由在所述膜上被打穿的1个以上的孔构成，
所述框的贯穿孔的两侧端部都不被封闭，
在所述防音结构中，在比所述1个以上的防音单元的所述膜的第1固有振动频率低的低频侧具有屏蔽峰值频率，选择性地对以所述屏蔽峰值频率为中心的一定频带的声音进行屏蔽，所述屏蔽峰值频率根据所述1个以上的防音单元的所述开口部而确定且透射损失成为极大，
所述1个以上的防音单元是二维配置的多个防音单元，
所述第1固有振动频率根据所述1个以上的防音单元的所述框的几何形态和所述1个以上的防音单元的所述膜的刚性而确定，
所述第1固有振动频率根据所述1个以上的防音单元的所述框的形状及尺寸和所述1个以上的防音单元的所述膜的厚度及挠性而确定，
所述屏蔽峰值频率根据所述1个以上的防音单元的所述开口部的平均面积而确定，
所述第1固有振动频率被包含于10Hz～100000Hz的范围内，
当将所述框的当量圆半径设为R1(mm)、将所述膜的厚度设为t1(μm)、将所述膜的杨氏模量设为E1(GPa)、将所述开口部的当量圆半径设为r(μm)时，下述式(1)所表示的参数A为0.07000以上且759.1以下，
Figure FDA0002730447620000061
其中，e表示纳皮尔常数，ln(x)是以e为底的x的对数，
当将所述框的当量圆半径设为R2(m)、将所述膜的厚度设为t2(m)、将所述膜的杨氏模量设为E2(Pa)、将所述膜的密度设为d(kg/m3)时，下述式(2)所表示的参数B为15.47以上且235000以下，
Figure FDA0002730447620000062
CN201680012324.4A 2015-02-27 2016-02-26 防音结构及防音结构的制造方法 Active CN107408378B (zh)

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