JP2005134653A - 吸音構造体 - Google Patents

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Hiroki Ueda
宏樹 上田
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Abstract

【課題】 幅広い周波数帯域での高い吸音性能と、且つ任意の周波数での吸音性能を実現し得る吸音構造体を提供する。
【解決手段】 板状体１の振動を利用した吸音構造体において、前記板状体１と、該板状体１の少なくとも一方の面に備えられた振動減衰部材２と、該振動減衰部材２の反板状体１側に備えられた取付け部３とからなる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、騒音発生源からの音を低減する吸音構造体に関するものである。
例えば、特開平６−８３３６５号公報（特許文献１）、特開平３−２９３４０９号公報（特許文献２）に挙げられる吸音構造体においては、薄膜振動により発生する吸音作用を利用しているが、一般に薄膜振動による吸音特性は図１６に示すように周囲を指示された状態での薄膜固有振動数に限られた周波数でのみ吸音率が高くなる特性がある。
一方で、グラスウールなどの多孔質体の吸音性能を図１７に示す。幅広い周波数特性を持つ騒音源には、グラスウールのような多孔質吸音体が用いられている。ところが、低い周波数帯域に騒音源がある場合、グラスウールによる吸音は必要以上に嵩密度を増やす必要が出てくるため効率的ではない。
特開平６−８３３６５号公報 特開平３−２９３４０９号公報
本発明は、上記の問題点に鑑み、幅広い周波数帯域での高い吸音性能と、且つ任意の周波数での吸音性能を実現し得る吸音構造体を提供することを目的とするものである。
上記の目的を達成するために、本発明（請求項１）に係る吸音構造体は、板状体の振動を利用した吸音構造体において、前記板状体と、該板状体の少なくとも一方の面に備えられた振動減衰部材と、該振動減衰部材の反板状体側に備えられた取付け部とからなる。
本発明（請求項２）に係る吸音構造体は、板状体の振動を利用した吸音構造体において、前記板状体と、該板状体の両面に備えられた振動減衰部材と、少なくとも一方の振動減衰部材の反板状体側に備えられた取付け部とからなる。
本発明（請求項３）に係る吸音構造体は、板状体の振動を利用した吸音構造体において、前記板状体と、該板状体の少なくとも一方の面に備えられた取付け部と、該板状体の反取付け部側の面及び／又は取付け部側の面に備えられた振動減衰部材とからなる。
本発明（請求項４）に係る吸音構造体は、板状体の振動を利用した吸音構造体において、前記板状体と、該板状体の少なくとも一方の面に備えられた取付け部と、該板状体の反取付け部側の面に備えられた振動減衰部材と、該振動減衰部材の反板状体側に備えられた拘束部材からなる。
本発明（請求項５）に係る吸音構造体は、上記請求項１〜４記載の吸音構造体において、前記振動減衰部材が弾性体又は粘弾性体からなる。
本発明（請求項６）に係る吸音構造体は、上記請求項１〜５記載の吸音構造体において、前記振動減衰部材がシート状である。
本発明（請求項７）に係る吸音構造体は、上記請求項１〜５記載の吸音構造体において、前記振動減衰部材が線状又は帯状である。
本発明（請求項８）に係る吸音構造体は、上記請求項１記載の吸音構造体において、前記振動減衰部材が弾性体又は粘弾性体であって、前記振動減衰部材が格子状である。
本発明（請求項９）に係る吸音構造体は、上記請求項２記載の吸音構造体において、前記振動減衰部材が弾性体又は粘弾性体であって、前記板状体の両面に備えられた前記振動減衰部材の少なくとも一方が格子状である。
本発明（請求項１０）に係る吸音構造体は、上記請求項９記載の吸音構造体において、前記板状体の両面に備えられた前記振動減衰部材が格子状である。
本発明（請求項１１）に係る吸音構造体は、上記請求項８〜１０記載の吸音構造体において、前記取付け部材が格子状であり、格子状の前記振動減衰部材と同じ形状である。
本発明（請求項１２）に係る吸音構造体は、上記請求項８〜１１記載の吸音構造体において、格子状の前記振動減衰部材の格子が大きさの異なる複数の正方形及び／又は長方形の形状である。
本発明（請求項１３）に係る吸音構造体は、上記請求項１〜１２記載の吸音構造体において、前記板状体が複数の貫通孔を有する。
本発明（請求項１４）に係る吸音構造体は、上記請求項１３記載の吸音構造体において、前記板状体及び前記振動減衰部材が複数の貫通孔を有する。
本発明（請求項１５）に係る吸音構造体は、上記請求項１〜１４記載の吸音構造体において、前記板状体の反取付け部側に１枚又は複数枚の別の板状体が配置されてなる。
本発明（請求項１６）に係る吸音構造体は、上記請求項１５記載の吸音構造体において、前記複数枚の別の板状体の間に、弾性体又は粘弾性体が配置され手なる。
本発明（請求項１７）に係る吸音構造体は、上記請求項１又は２記載の吸音構造体において、前記取付け部が凸部を備える別の板状体からなる。
本発明（請求項１８）に係る吸音構造体は、上記請求項３又は４記載の吸音構造体において、前記板状体と複数の前記取付け部が一体的に形成され、前記複数の前記取付け部と間の前記板状体に減衰振動部材が配置されてなる。
上記の本発明に係る吸音構造体では、板状体を積極的に振動させることによる吸音機構に板状体の振動減衰性を適度に設定することにより、吸音性を広周波数帯域にすることが可能である。また、板状体に貫通孔を設けることにより、板状体が振動することによる貫通孔を通過する空気の粘性減衰効果により吸音性が向上する。また更に、板状体は複数枚の組合せなどにより、広範囲な周波数帯域での吸音性能を向上する。
本発明に係る吸音構造体によれば、幅広い周波数帯域で高い吸音性能を、且つ任意の周波数で吸音性能を実現し得る。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係わる第１の実施形態の吸音構造体の説明図であって、ａは正断面図、ｂは上面図、ｃはａにおける壁を壁ではなく板部材に取付けた場合の正断面図である。
図１に示す吸音構造体では、板状体１は、振動減衰部材２を介して取付け部（リブ）３に固定され、取付け部３は壁４に固定されている。このように板状体１と取付け部３の間に振動減衰部材２を介在させることにより、板状体１には振動減衰性が付加され、幅広い周波数帯域での吸音性能を高めることができる。この吸音原理について以下により詳細に説明する。
板状体１は騒音によって自身が微小に振動し、特に固有振動数で大きく振動する。このとき、取付け部３又は板状体１自体に取付けられた振動減衰部材２が変形することにより振動エネルギが熱エネルギに変換され、音のエネルギが吸収される。この効果を得るため、振動する板状体１の周辺の境界条件を調整、つまり、消したい音の周波数に固有振動数を合わせ、効果的にエネルギを減衰させるように板状体１及び減衰を与える振動減衰部材２を設計するものである。
一番基本的な形態としては、図１に示す取付け部３の格子が一個のもの、つまり、一枚の板状体１のその周辺に振動減衰部材（制振材）２を介して取付け部３を枠状に取付け、その枠を壁４に直接固定したものである。こうすると、板状体１が自身のほぼ中心を腹として、横から見ると弦が振動しているように板状体１の全体が振動するが、この振動によって、振動減衰部材２が壁４と板状体１との間で伸び縮みすることで、この振動のエネルギを熱エネルギに変換し結果として振動を減衰させることができ、これによって、騒音（空気の振動）を低減することができる。ただし、格子にかぎらず、円形、三角形、六角形などの形状としてもよい。
なお、上記の形態では、板状体１と対向する面は壁４を例に説明したが、図１ｃに示すように板部材５であってもよく、このことは以降の実施の形態例の全てに適用される。ただし、板部材５の場合は板状体１と同等もしくは、より剛なものが好ましい。
また、上記の形態において、板状体１や板部材５の素材は、鉄、アルミニウムなどの金属、樹脂、木材、その他板状に形成可能な素材が上げられる。また、振動減衰部材２は、弾性体又は粘弾性体を用いることができ、その具体的なものとして、発泡体、制振材、接着剤などがあり、材質はゴムや樹脂系材料である。そして、これらのことも以降の実施の形態例の全てに適用される。
図２は、本発明に係る第２の実施の形態の吸音構造体の正断面図であって、ａは図１における板状体の反取付け部側に振動減衰部材を設けた場合、ｂはａの振動減衰部材に更に板状体を設けた場合である。
図２に示す吸音構造体は、上記図１に示す吸音構造体の板状体１の反取付け部３側に振動減衰部材２Ａを層にして設けた構造（図２ａ）、及びその層にして設けた振動減衰部材２Ａに更に板状体１Ａを積層した構造（図２ｂ）である。このように板状体１の反取付け部３側に振動減衰部材２Ａや、振動減衰部材２Ａに板状体１Ａを積層して設けることで、板状体１には振動減衰性が付加され、振動減衰性を効果的に高めることができ、幅広い周波数帯域での吸音性能を高めることができる。
図３は、本発明に係る第３の実施の形態の吸音構造体の説明図であって、ａは正断面図、ｂは上面図である。
図３に示す吸音構造体では、板状体１は、その両面が振動減衰部材２Ａ、２Ｂを介して取付け部３Ａ、３Ｂに固定され、一方の取付け部３Ａが壁４に固定されている。このように板状体１と取付け部３Ａ、３Ｂとの間に振動減衰部材２Ａ、２Ｂを介在させることにより、板状体１には振動減衰性が付加され、振動減衰性を効果的に高めることができ、幅広い周波数帯域での吸音性能を高めることができる。
図４は、本発明に係る第４の実施の形態の吸音構造体の説明図であって、ａは正断面図、ｂは上面図である。
図４に示す吸音構造体では、板状体１は、振動減衰部材２を介して取付け部３に固定され、取付け部３は壁４に固定されるが、取付け部３はその縦横の間隔が任意の間隔に構成されている。このように取付け部３の縦横の間隔を任意とし、吸音構造体の中に取付け部３に囲まれた部分を複数設けることで吸音ピーク周波数を決める板状体１に固有振動数を複数設定することにより、幅広い周波数帯域での吸音性能を高めることができる。また、取付け部３で囲まれた板状体１の一つの部分の二辺の寸法が異なることによっても幅広い周波数域での吸音率を高めることができる。
図５は、本発明に係る第５の実施の形態の吸音構造体の正断面図である。
図５に示す吸音構造体では、板状体１は、一方の面が取付け部３を介して壁４に固定された構造（非拘束型制振構造）となっている。そして更に、図５ａの構造では他方の面に振動減衰部材２を貼り付けた構造、図５ｂの構造では取付け部３の間の面に取付け部３とは間隔を設けて振動減衰部材２を貼り付けた構造、図５ｃの構造では取付け部３の間の面に取付け部３と間隔を設けずに振動減衰部材２を貼り付けた構造、及び図５ｄの構造では他方の面に振動減衰部材２を貼り付けると共に取付け部３の間の面にも振動減衰部材２を貼り付けた構造となっている。
上記のように板状体１の一方の面を取付け部３を介して壁４に固定し、そして一方の面又は／及び他方の面に振動減衰部材２を貼り付けた構造としているので、板状体１が振動し変形することで振動減衰部材２もその変形に応じて変形し、振動エネルギを熱エネルギに変換し結果として振動を減衰させることができ、これによって、騒音（空気の振動）を低減することができる。また、板状体１本体の振動減衰性を適切に設定することにより、幅広い周波数帯域での吸音性能を高めることができる。
図６は、本発明に係る第６の実施の形態の吸音構造体の正断面図である。
図６に示す吸音構造体では、板状体１は、一方の面に振動減衰部材２を貼り付け、この振動減衰部材２側を取付け部３を介して壁４に固定した構造となっている。このように板状体１の一方の面に振動減衰部材２を貼り付け、その振動減衰部材２側を取付け部３に固定することで、板状体１本体の振動減衰と固定部で発生させる振動減衰を両方併せ持つ構造となり、上記図１の形態例と図５の形態例の作用効果を同時に奏し、より幅広い周波数帯域での吸音性能を高めることができる。
図７は、本発明に係る第７の実施の形態の吸音構造体の正断面図である。
図７に示す吸音構造体では、板状体１は、一方の面が取付け部３を介して壁４に固定され、他方の面に振動減衰部材２を介して拘束板６を設けた構造（拘束型制振構造）となっている。このように板状体１の一方の面に振動減衰部材２と拘束板６を固定することで、上記図５の形態例の制振構造と同様な高減衰性を奏することができる。なお、この吸音構造体においては、図７ｂに示すように、振動減衰部材２と拘束板６との層を二層以上積層してもよいし、図７ｃに示すように、拘束板６の他方の面に更に振動減衰部材２が積層されてあってもよい。また、拘束板６の素材は板状体１と同様である。また、上記図５の形態例と図７の形態例は所要の吸音率を実現するために必要な振動減衰性を任意に制御するために使い分けられる。
図８は、本発明に係る第８の実施の形態の吸音構造体の正断面図である。
図８に示す吸音構造体は、上記図１に示す吸音構造体の板状体１に代えて多数の貫通孔（多孔）７を有する板状体８を用いた構造である。このように板状体８に多孔７を設けることで、板状体８自身の板振動による吸音に加え、ヘルムホルツ型の吸音構造となりより吸音効果が期待できる。また、貫通孔７の形状や大きさを調整（例えば孔径を３ｍｍ〜１ｍｍ、又は１ｍｍ以下に形成）することで、貫通孔７を通過する空気の粘性効果が付加され、図１の形態例よりもより更に幅広い周波数で吸音を高めることができる。
図９は、本発明に係る第９の実施の形態の吸音構造体の正断面図である。
図９に示す吸音構造体は、上記図８に示す吸音構造体における振動減衰部材２と板状体８を複数層積層した構造である。このように板状体８を振動減衰部材２を介して複数層設けることで、貫通孔７による吸音ピーク周波数を複数設定することができる。なお、本形態例では、積層した板状体８の間に振動減衰部材２を介在させた例としたが、振動減衰部材２でなくてもよい。また、板状体８の貫通孔７の位置も、図示のように重なった位置でもよいし、重なっていない位置でもよい。
図１０は、本発明に係る第１０の実施の形態の吸音構造体の正断面図である。
図１０に示す吸音構造体は、上記図５に示す吸音構造体の板状体１と振動減衰部材２に代えて貫通孔７を有する板状体８と振動減衰部材９を用いた構造である。このように板状体８と振動減衰部材９に貫通孔７を設けることで、板状体８自身の板振動による吸音に加え、ヘルムホルツ型の吸音構造となりより吸音効果が期待できる。また、貫通孔７の形状や大きさを調整（例えば孔径を３ｍｍ〜１ｍｍ、又は１ｍｍ以下に形成）することで、貫通孔７を通過する空気の粘性効果が付加され、図５の形態例よりもより更に幅広い周波数で吸音を高めることができる。また、図６と図７の形態例にも適用できる。
図１１は、本発明に係る第１１の実施の形態の吸音構造体の正断面図である。
図１１に示す吸音構造体は、上記図１０に示す吸音構造体における板状体８と振動減衰部材９を複数層積層した構造である。このように板状体８と振動減衰部材９を複数層設けることで、貫通孔７による吸音ピーク周波数を複数設定することができる。
図１２は、本発明に係る第１２の実施の形態の吸音構造体の正断面図である。
図１２に示す吸音構造体は、取付け部３と壁４がプレスなどによって一体に成形されたものである外は、上記図１に示す構造と基本的に同じ構造のものである。このような吸音構造体としても、上記図１に示す構造体の場合と同様の作用によって、板状体１には振動減衰性が付加され、幅広い周波数帯域での吸音性能を高めることができる。
図１３は、本発明に係る第１３の実施の形態の吸音構造体の正断面図である。
図１３に示す吸音構造体は、板状体１と取付け部３がプレスなどによって一体に成形されたものである外は、上記図５に示す構造と基本的に同じ構造のものである。このような吸音構造体としても、上記図５に示す構造体の場合と同様の作用によって、板状体１には振動減衰性が付加され、幅広い周波数帯域での吸音性能を高めることができる。なお、図１３ａの構造では板状体１の取付け部３の間の面に振動減衰部材２を貼り付けた構造、図１３ｂの構造では板状体１の反取付け部３側の面に振動減衰部材２を貼り付けた構造をそれぞれ例示したが、板状体１の面は求められる減衰特性に合せて振動減衰部材２を貼り付けても、貼り付けなくてもよい。
図１４は、上記図１〜１３の形態例（但し図４と図８〜１１の形態例を除く）、図８と図１０、図１１の形態例、及び図４の形態例、図９の形態例の本発明例と従来例とを比較して示す、１／３オクターブバンド中心周波数に対する吸音率のグラフ図である。この図１４より明らかなように、従来の板振動のみを利用した構造の場合は、吸音率は板固有振動数でのみ急峻に立ち上がる特性であり、それ以外の周波数帯域では吸音率は小さい。これに対し、図４と図８〜１１の形態例を除く図１〜１３の形態例の本発明例に準じて適切に設定した場合、吸音率の大きな周波数帯域を広げることが可能である。
また、図８と図１０、図１１の形態例の本発明例の場合は、板状体に減衰を付加した板振動による吸音効果に加え、貫通孔と背後空間から決まる周波数での吸音特性に貫通孔を通過する空気の粘性効果が付加された吸音性向上効果により周波数帯域を拡大するとともに吸音率の絶対値も高められている。
また、図４の形態例の本発明例の場合は、吸音構造体の中に取付け部３に囲まれた部分を複数設けることにより、固有振動数を複数設定でき、幅広い周波数帯域で吸音率を高められている。
また、図９の形態例の本発明例の場合は、貫通孔を設けた板状体を空気層を介して複数層重ねることにより、貫通孔と背後空間から決まる周波数を複数にすることができた結果、更に幅広い周波数帯域で吸音率を高められている。
図１５は、図４に示す形態例の周波数に対する吸音率のグラフ図である。この図１５より明らかなように、板状体の一つの部分の二辺を異なる寸法にすることにより板振動による固有振動数が２周波数で現れる。これにより二辺が等しい寸法の板状体よりも広周波数帯域での吸音特性が高められる。
本発明に係わる第１の実施形態の吸音構造体の説明図であって、ａは正断面図、ｂは上面図、ｃはａにおける壁を壁ではなく板部材に取付けた場合の正断面図である。 本発明に係る第２の実施の形態の吸音構造体の正断面図であって、ａは図１における板状体の反取付け部側に振動減衰部材を設けた場合、ｂはａの振動減衰部材に更に板状体を設けた場合である。 本発明に係る第３の実施の形態の吸音構造体の説明図であって、ａは正断面図、ｂは上面図である。 本発明に係る第４の実施の形態の吸音構造体の説明図であって、ａは正断面図、ｂは上面図である。 本発明に係る第５の実施の形態の吸音構造体の正断面図であって、ａは板状体の反取付け部側の面に振動減衰部材を貼り付けた場合、ｂは板状体の取付け部の間の面に取付け部とは間隔を設けて振動減衰部材を貼り付けた場合、ｃは板状体の取付け部の間の面に取付け部と間隔を設けずに振動減衰部材を貼り付けた場合、ｄは板状体の反取付け部側の面と取付け部の間の面とに振動減衰部材を貼り付けた場合である。 本発明に係る第６の実施の形態の吸音構造体の正断面図である。 本発明に係る第７の実施の形態の吸音構造体の正断面図であって、ａは振動減衰部材と拘束板の層を一層設けた場合、ｂは振動減衰部材と拘束板の層を二層以上積層して設けた場合、ｃはｂの拘束板の他方の面に更に振動減衰部材を積層した場合である。 本発明に係る第８の実施の形態の吸音構造体の正断面図である。 本発明に係る第９の実施の形態の吸音構造体の正断面図である。 本発明に係る第１０の実施の形態の吸音構造体の正断面図であって、 本発明に係る第１１の実施の形態の吸音構造体の正断面図である。 本発明に係る第１２の実施の形態の吸音構造体の正断面図である。 本発明に係る第１３の実施の形態の吸音構造体の正断面図であって、ａは板状体の取付け部の間の面に振動減衰部材を貼り付けた場合、ｂは板状体の反取付け部側の面に振動減衰部材を貼り付けた場合である。 本発明例と従来例とを比較して示す、１／３オクターブバンド中心周波数に対する吸音率のグラフ図である。 図４に示す形態例の周波数に対する吸音率のグラフ図である。 従来の板振動による吸音特性を示すグラフ図である。 従来のグラスウールなどの多孔質体の吸音性能を示すグラフ図である。
符号の説明
１、１Ａ：板状体 ２、２Ａ、２Ｂ：制振材
３、３Ａ、３Ｂ：リブ ４：壁 ５：板部材
６：拘束板 ７：貫通孔 ８：板状体
９：制振材

Claims (18)

  1. 板状体の振動を利用した吸音構造体において、前記板状体と、該板状体の少なくとも一方の面に備えられた振動減衰部材と、該振動減衰部材の反板状体側に備えられた取付け部とからなることを特徴とする吸音構造体。
  2. 板状体の振動を利用した吸音構造体において、前記板状体と、該板状体の両面に備えられた振動減衰部材と、少なくとも一方の振動減衰部材の反板状体側に備えられた取付け部とからなることを特徴とする吸音構造体。
  3. 板状体の振動を利用した吸音構造体において、前記板状体と、該板状体の少なくとも一方の面に備えられた取付け部と、該板状体の反取付け部側の面及び／又は取付け部側の面に備えられた振動減衰部材とからなることを特徴とする吸音構造体。
  4. 板状体の振動を利用した吸音構造体において、前記板状体と、該板状体の少なくとも一方の面に備えられた取付け部と、該板状体の反取付け部側の面に備えられた振動減衰部材と、該振動減衰部材の反板状体側に備えられた拘束部材からなることを特徴とする吸音構造体。
  5. 前記請求項１〜４記載の吸音構造体において、前記振動減衰部材が弾性体又は粘弾性体からなる吸音構造体。
  6. 前記請求項１〜５記載の吸音構造体において、前記振動減衰部材がシート状である吸音構造体。
  7. 前記請求項１〜５記載の吸音構造体において、前記振動減衰部材が線状又は帯状である吸音構造体。
  8. 前記請求項１記載の吸音構造体において、前記振動減衰部材が弾性体又は粘弾性体であって、前記振動減衰部材が格子状である吸音構造体。
  9. 前記請求項２記載の吸音構造体において、前記振動減衰部材が弾性体又は粘弾性体であって、前記板状体の両面に備えられた前記振動減衰部材の少なくとも一方が格子状である吸音構造体。
  10. 前記請求項９記載の吸音構造体において、前記板状体の両面に備えられた前記振動減衰部材が格子状である吸音構造体。
  11. 前記請求項８〜１０記載の吸音構造体において、前記取付け部材が格子状であり、格子状の前記振動減衰部材と同じ形状である吸音構造体。
  12. 前記請求項８〜１１記載の吸音構造体において、格子状の前記振動減衰部材の格子が大きさの異なる複数の正方形及び／又は長方形の形状である吸音構造体。
  13. 前記請求項１〜１２記載の吸音構造体において、前記板状体が複数の貫通孔を有する吸音構造体。
  14. 前記請求項１３記載の吸音構造体において、前記板状体及び前記振動減衰部材が複数の貫通孔を有する吸音構造体。
  15. 前記請求項１〜１４記載の吸音構造体において、前記板状体の反取付け部側に１枚又は複数枚の別の板状体が配置された吸音構造体。
  16. 前記請求項１５記載の吸音構造体において、前記複数枚の別の板状体の間に、弾性体又は粘弾性体が配置された吸音構造体。
  17. 前記請求項１又は２記載の吸音構造体において、前記取付け部が凸部を備える別の板状体からなる吸音構造体。
  18. 前記請求項３又は４記載の吸音構造体において、前記板状体と複数の前記取付け部が一体的に形成され、前記複数の前記取付け部と間の前記板状体に減衰振動部材が配置された吸音構造体。


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