JP2005173398A - 吸音装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 所定の周波数域における高い吸音率を実現しながら、低周波数域においてもある程度の吸音率が確保できる吸音装置を提供する。
【解決手段】 板厚方向に貫通する多数の微細孔を備えた２枚の微細孔パネル１０，２０を、所定間隙３０を介して相対して配置する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内装材やパーティション等に適用される吸音装置に関する。

物体の体積の中に通気性の小さな孔を持つ材料、いわゆる多孔質の材料は音を吸収する性質を持つことが知られており、吸音用途に昔から多種の材料が利用されてきて、グラスウール、ロックウールなどが著名である。

しかしながら、多孔質の材料の吸音性能は、使用する厚さに依存し、使用する厚さが吸音の対象とする音の波長の４分の１よりも薄くなると、吸音率が急速に低下するという欠点がある（下記非特許文献１参照）。

また、多孔質材料の中には、繊維質や粉塵などを発生し、周囲の環境を損なうものがあり、用途が限定される場合があった。

さらに、一般に多孔質材料は耐久性に乏しいものが多く、油、薬品、塵埃、湿気などによる劣化が生じ、環境条件の厳しいところでの利用には不利である。

ところで、多数個の微細な孔をその板厚方向に貫通させた板（以下、微細孔パネルと称する。）を剛壁の直前に一定間隔を隔てて配置し、微細孔の中の吸気の体積、および微細孔パネルと剛壁との間の空気層でヘルムホルツ共鳴器を構成し、微細な孔の部分の摩擦損失で吸音させる構造を備えた吸音装置が、Maa Dah-Youによって考案されている（下記非特許文献２、３参照）。
建築・環境音響学 第２版 前川純一、森本雅之、阪上公博著、共立出版刊、２０００年，第８１頁〜 Theory and design of microperforated panel sound-absorbing constructions Maa Dah-You,Scientia Sinica,Vol.XVIII,No.1,pp55-71,Jan-Feb.1975 Potential of microperforated panel absorber Maa Dah-You,Journal of the Acoustical Society of America,Vol.104,No.5,pp2861-2866,Nov.1998

しかしながら、非特許文献２及び３に基づく構造の吸音装置は、共鳴器としての共振周波数では高い吸音率を示すが、高い吸音率は比較的狭い周波数領域内でしか得られず、共振周波数から遠ざかるにつれて吸音率は急速に低下してしまうという欠点があった。

さらに、低周波域における吸音性能を得ようとすれば、共振器としての要求から、微細孔パネルと剛壁との間の空気層を極端に厚くしなければならず、実用に供し難い大きな寸法になってしまうことが多かった。

そこで、本発明は、所定の周波数域における高い吸音率を実現しながら、低周波数域においてもある程度の吸音率が確保できる吸音装置を提供することを目的とする。

本発明は、以下の手段を提供する。すなわち、
［１］板厚方向に貫通する多数の微細孔を備えた２枚の微細孔パネルを所定間隙を介して相対して配置したことを特徴とする吸音装置。

［２］前記２枚の微細孔パネルは、同一構造を有することを特徴とする前項１に記載の吸音装置。

［３］板厚方向に貫通する多数の微細孔を備えた３枚以上の微細孔パネルを、それぞれ同一または異なる所定間隔を介して相対して配置したことを特徴とする吸音装置。

［４］前記微細孔の直径は、０．５ｍｍ以下であることを特徴とする前項１〜３のいずれかに記載の吸音装置。

［５］前記微細孔のピッチは、０．８ｍｍ以上、１０．０ｍｍ以下であることを特徴とする前項１〜４のいずれかに記載の吸音装置。

［６］前記微細孔パネルの板厚は、０．１ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下であることを特徴とする前項１〜５のいずれかに記載の吸音装置。

［７］前記２枚の微細孔パネルの間隙が２０ｍｍ以上、１００ｍｍ以下であることを特徴とする前項１〜６のいずれかに記載の吸音装置。

［８］周波数が１５０Ｈｚ以上、６００Ｈｚ以下の周波数領域において、吸音率のピークを有することを特徴とする前項１〜７のいずれかに記載の吸音装置。

［９］前記ピークにおける吸音率が０．９以上であることを特徴とする前項８に記載の吸音装置。

［１０］吸音率のピーク波形の実質的な勾配部分における低周波側の終端よりも低周波側の低周波領域において、略一定の吸音率を維持していることを特徴とする前項１〜９のいずれかに記載の吸音装置。

［１１］前記低周波領域において、０．５以上の吸音率を有することを特徴とする前項１０に記載の吸音装置。

［１２］前記低周波領域において、０．１以上、０．４以下の透過率を有することを特徴とする前項１〜１１のいずれかに記載の吸音装置。

［１３］前記３枚以上の微細孔パネルの各間隔は、当該装置の外側に位置し、最も音源に近い側の間隔が最も狭くなるように、各微細孔パネルを配置したことを特徴とする前項３に記載の吸音装置。

［１４］前記３枚以上の微細孔パネルの各間隔は、音源に近い側から遠い側に向かって間隔が順次広くなるように、各微細孔パネルを配置したことを特徴とする前項１３に記載の吸音装置。

［１５］前記３枚以上の微細孔パネルは、当該装置の両外側に位置する間隔が狭く、当該装置の両外側から内側に向かって順次広くなるように、各微細孔パネルを配置したことを特徴とする前項１３に記載の吸音装置。

上記［１］の発明によると、極めて簡潔な構成でありながら、所定の周波数域における高い吸音率を実現しながら、過大な空気層の厚さを必要とすることなく、低周波数域においてもある程度の吸音率が確保できる。

上記［２］の発明よると、装置のどちら側から到来する音に対しても同じ吸音性能を発揮することができる。

上記［３］の発明によると、高い設計の自由度が得られるため、極めて優れた吸音性能を得ることができる。

上記［４］の発明によると、透過率を抑えながら高いエネルギー吸収率を得て、優れた吸音性能を実現することができる。

上記［５］の発明によると、透過率を抑えながら高いエネルギー吸収率を得て、優れた吸音性能を実現することができる。

上記［６］の発明によると、透過率を抑えながら高いエネルギー吸収率を得て、優れた吸音性能を実現することができる。

上記［７］の発明によると、透過率を抑えながら高いエネルギー吸収率を得て、優れた吸音性能を実現することができる。

上記［８］の発明によると、高い吸音率を得て、優れた吸音性能を実現することができる。

上記［９］の発明によると、高い吸音率を得て、優れた吸音性能を実現することができる。

上記［１０］の発明によると、低周波領域における吸音率を高く設定することが可能となる。

上記［１１］の発明によると、低周波領域において十分に高い吸音率を確保し、幅広い周波数域における優れた吸音性能を実現することができる。

上記［１２］の発明によると、低周波領域において十分に高い吸音率を確保し、幅広い周波数域における優れた吸音性能を実現することができる。

上記［１３］の発明によると、幅広い周波数域における優れた吸音性能を実現することができる。

上記［１４］の発明によると、幅広い周波数域において、極めて優れた吸音性能を実現することができる。

上記［１５］の発明によると、装置のどちら側から到来する音に対しても、幅広い周波数域における優れた吸音性能を実現することができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。

［第１実施形態］
第１実施形態は、２枚の微細孔パネル（ＭＰＰ）を用いたものである。

図１は、本発明の第１実施形態にかかる吸音装置の一部断面斜視図である。図２は、同装置の断面図である。

図１に示すように、この吸音装置は、第１の微細孔パネル１０と第２の微細孔パネル２０とが所定の間隙３０を介して相対して配置されている。この間隙３０は、吸音装置の空気層として機能する。また、第１、第２の微細孔パネル１０，２０には、それぞれ板厚方向に貫通する多数の微細孔１１…，２１…が設けられている。そして、この吸音装置は、従来のヘルムホルツ型吸音器のような剛壁を有していない。

図２に示す吸音装置における設計諸元、すなわち第１，第２の微細孔パネル１０，２０が相対する間隔（空気層の厚み）Ｄ₁、第１，第２の微細孔パネル１０，２０における微細孔１１…，２１…の直径（孔径）ｄ₁，ｄ₂、第１，第２の微細孔パネル１０，２０の板厚ｔ₁，ｔ₂、および第１，第２の微細孔パネル１０，２０における微細孔１１…，２１…のピッチｂ₁，ｂ₂は、吸音装置としての要求性能に応じて適宜設定すればよい。

具体的に、微細孔１１…，２１…の直径ｄ₁，ｄ₂は、他の設計諸元との関係によるが、一般的には、０．５ｍｍ以下を好適な範囲として挙げることができる。

また、微細孔１１…，２１…のピッチｂ₁，ｂ₂は、他の設計諸元との関係によるが、一般的には、０．８ｍｍ以上、１０．０ｍｍ以下を好適な範囲として挙げることができる。

また、微細孔パネル１０，２０の板厚ｔ₁，ｔ₂は、他の設計諸元との関係によるが、一般的には、０．１ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下を好適な範囲として挙げることができる。

また、２枚の微細孔パネル１０，２０の間隙Ｄ₁は、他の設計諸元との関係によるが、一般的には、２０ｍｍ以上、１００ｍｍ以下を好適な範囲として挙げることができる。

このような吸音装置の具体的な用途としては、たとえば部屋内に設けられるパーティションを挙げることができる。また、建物の内壁や外壁、あるいは天井や床板にも適用することができる。

この吸音装置の微細孔パネル１０，２０は透明でも不透明でもよい。すべての微細孔パネル１０，２０を透明とすれば、視野を遮ることなく、吸音および遮音を行うことができる。

各微細孔パネル１０，２０に設けられる多数の微細孔１１…，２１…は、断面が真円形に限らず、任意の形状を採用することができ、楕円形やトラック形状等、あるいは六角形や四角形、三角形等であってもよい。また、各微細孔１１…，２１…は、たとえば、テーパー形状やラッパ形状のように、孔の深さ方向（微細孔パネルの厚み方向）について断面形状が変化するようにしてもよい。また、各微細孔パネル１０，２０には、複数種類（異なる形状）の微細孔を形成するようにしてもよい。

（設計諸元と吸音性能の関係）
次に、第１実施形態のように２枚の微細孔パネルを備えた吸音装置における各設計諸元と吸音・遮音性能の関係について説明する。

＜電気的等価回路の導出＞
まず、この吸音装置の音響系の電気的等価回路を求める。

非特許文献１および２によれば、音の周波数をｆ、角周波数ω＝２πｆ、虚数単位をｊとすると、微細孔パネルの（空気のインピーダンスを規準とする）規準化音響インピーダンスｚは複素数表現ｚ＝ｒ＋ｊωｍで書き表すことができる。微細孔の孔径をｄ、板厚をｔ、微細孔のピッチをｂとするとき、（空気のインピーダンスを規準とする）規準化音響インピーダンスｚの実数部（規準化音響レジスタンス）ｒ、および虚数部（規準化音響リアクタンス）ｍは、それぞれ下記式で書き表すことができる。

すなわち、ＭＰＰの材質が非金属材料の場合には、

また、ＭＰＰの材質が金属材料の場合には、

ここに、ｃは空気中の音速、μは粘性係数で一般に１．５６・１０^-5ｍ²／ｓｅｃ、νは大気圧中の熱伝導係数で２．０・１０^-5ｍ²／ｓｅｃである。

したがって、第１，第２の微細孔パネル１０，２０の基準化音響インピーダンス（以下、インピーダンスという。）は、それぞれ、ｒ₁＋ｊωｍ₁，ｒ₂＋ｊωｍ₂と書き表すことができ、それぞれの規準化音響レジスタンスｒ₁，ｒ₂および規準化音響リアクタンスｍ₁，ｍ₂よび規準化音響リアクタンスは、上式に倣って第１，第２の微細孔パネル１０，２０の孔径ｄ₁，ｄ₂，板厚ｔ₁，ｔ₂，ピッチｂ_1,ｂ₂により書き表すことができる。

一方、これら第１、第２の微細孔パネル１０，２０の間隙Ｄ₁、すなわち第１、第２の微細孔パネルの間にある厚さＤ₁の空気層３０の規準化音響リアクタンスは、−ｃｏｔ（（ωＤ₁）／ｃ）として表すことができる。

したがって、第１の微細孔パネル１０が音源側に位置し、第２の微細孔パネル２０が音源と反対側（出力側）に位置しているとすれば、これら第１、第２の微細孔パネル１０，２０および空気層３０を備えたこの音響系の電気的等価回路は、図３のように書き表すことができる。

ここに、Ｚ₀，Ｚ₁，Ｚ₂はそれぞれの回路の接合点から、出力側へのインピーダンスを表している。

＜吸音率、透過率、エネルギー吸収率の導出＞
次に、この吸音装置の吸音率、透過率およびエネルギー吸収率（エネルギー消費率）を導く。

音源と反対側（出力側）の第２の微細孔パネル２０、空気層３０、出力側の大気からなるインピーダンスＺ₁は、

と表される。係数Ｋ_r，Ｋ_iを導入すればＺ₁は、

と整理できる。

さらに、音源側の第１の微細孔パネル１０を加えたインピーダンスＺ₀は、

この音響回路の全電流に相当する規準化粒子速度Ｉ₀は、

負荷Ｚ₀に加わる電圧に相当する規準化音圧Ｅ₀は、

したがって、負荷Ｚ₀で消費する規準化音響エネルギーＰ₀は、

となる。この規準化音響エネルギーＰ₀は、この吸音装置に吸収されるエネルギー、すなわちこの吸音装置の吸音率を示している。

負荷Ｚ₁に加わる規準化音圧Ｅ₁は、

第２の微細孔パネル２０と出力側空気インピーダンスで直列に構成された分岐を流れる規準化粒子速度Ｉ_2Aは、

出力側空気インピーダンスでの規準化音圧Ｅ_2Aは、

したがって、出力側空気インピーダンスで消費する規準化音響エネルギーＰ_2Aは、

となる。この出力側空気インピーダンスで消費する規準化音響エネルギーＰ_2Aは、この吸音装置から出力側空気に放散されるエネルギー、すなわちこの吸音装置から外部への透過率を示している。

２枚の微細孔パネル１０，２０と空気層３０で消費する規準化音響エネルギーＰ_dissipationは、

となる。この２枚の微細孔パネル１０，２０と空気層３０で消費する規準化音響エネルギーＰ_dissipationは、この吸音装置内部でのエネルギー吸収率（エネルギー消費率）を示している。

上述の数式を用いれば、この吸音装置に入射する音の周波数毎に、この吸音装置の吸音率、透過率およびエネルギー吸収率を計算することができる。

（具体的設計例）
次に、２枚の微細孔パネル１０，２０を用いた第１実施形態において、設計諸元を様々に設定した各種の設計例を示し、各設計例についてコンピュータシミュレーション実験によって得られた吸音性能を説明する。

＜第１の設計例＞
表１は、この第１の設計例の設計数値データである。図４は、この第１の設計例における吸音率、透過率およびエネルギー吸収率の周波数特性を示すグラフである。図５は、同じく第１の設計例におけるインピーダンスの位相角の周波数特性を示すグラフである。図６は、同じく第１の設計例におけるインピーダンスの振幅の周波数特性を示すグラフである。

この第１の設計例では、図４に示すように、吸音率およびエネルギー吸収率は、約８００Ｈｚにおいてそれぞれ０．９８および０．９３の最大値を示し、およそ２５０Ｈｚより低周波帯域ではそれぞれ０．５７および０．４７の略一定値を示している。透過率は低周波帯域より約５００Ｈｚまでは０．１２と略一定の値を示し、以後の高周波数帯域では透過率はほとんどゼロとなっている。また、図５に示すように、Ｚ₀の位相角がゼロとなる周波数、すなわち共振周波数は約８００Ｈｚとなっている。

このように、この第１の設計例では、共振周波数である約８００Ｈｚの音に対しては、従来のヘルムホルツ共鳴器型の吸音装置に劣らない、極めて優れた吸音性能を備えていることが確認できる。

さらに、この第１の設計例では、共振周波数が最大値を示すピーク波形より低い低周波数域においても、かなり高い略一定の吸音率およびエネルギー吸収率が確保されており、極めて広い周波数範囲において優れた吸音性能を備えていることが確認できる。

さらに、音源の反対側への透過率は低周波域より共振周波数近傍までは、約０．１２という低い値となっており、それより高周波域においては音の透過がさらに低下し非常に小さくなっていることから、音源の反対側への音洩れも比較的小さいものであることが確認できる。

＜第２の設計例＞
表２は、第２の設計例の設計数値データである。図７は、この第２の設計例における吸音率、透過率およびエネルギー吸収率の周波数特性を示すグラフである。

この第２の設計例では、図７に示すように、約８００Ｈｚの共振周波数近傍領域において０．９以上の吸音率とエネルギー吸収率が得られている。一方、透過率が非常に低いため、低周波域では吸音率およびエネルギー吸収率も低くなっており、低周波域での吸音性のは、上述の第１の設計例より劣っている。この第２の設計例から、低周波域でのより優れた吸音性能を確保するには、ある程度の透過率を有している方が好ましいことが分かる。

なお、この第２の設計例は、第１の設計例と比較して第２の微細孔パネル２０の微細孔２１…の孔径が小さくなっていることから、第２の微細孔パネル２０が剛壁の状態に近づいており、このため従来のヘルムホルツ共鳴器型の吸音装置に近い吸音特性が得られていると考えられる。

＜第３の設計例＞
表３は、第３の設計例の設計数値データである。図８は、この第３の設計例における吸音率、透過率およびエネルギー吸収率の周波数特性を示すグラフである。

この第３の設計例では、図８に示すように、低周波域から共振周波数付近まで０．９に近い高い吸音率が得られており、音源側の吸音には有効であることが分かる。しかしながら、透過率が約０．４０と比較的高い値になっており、音源と反対側への遮音性能は、上述した第１の設計例より劣っている。また、共鳴に相当する顕著なピークが認められない。

＜第４の設計例＞
表４は、第４の設計例の設計数値データである。図９は、この第４の設計例における吸音率、透過率およびエネルギー吸収率の周波数特性を示すグラフである。

この第４の設計例では、図９に示すように、低周波域において０．９を越える高い吸音率が得られており、低周波域における音源側の吸音には有効であることが分かる。しかしながら、低周波域の透過率が約０．５５と比較的高い値になっており、音源と反対側への遮音性能は上述した第１の設計例より劣っている。また、約８００Ｈｚの共振周波数において吸音率およびエネルギー吸収率のピークが認められるが、この共振周波数の低域側で吸音率およびエネルギー吸収率に大きなディップ（吸音およびエネルギー吸収の低下）が発生している。

＜第５の設計例＞
表５は、第５の設計例の設計数値データである。図１０は、この第５の設計例における吸音率、透過率およびエネルギー吸収率の周波数特性を示すグラフである。

この第５の設計例では、図１０に示すように、低周波域では比較的高い吸音率が得られており、低周波域における音源側の吸音には有効であることが分かる。しかしながら、３１．５Ｈｚでは透過率が約０．５０と比較的高い値になっており、音源と反対側への遮音性能は上述した第１の設計例より劣っている。また、約３００Ｈｚの共振周波数において吸音率およびエネルギー吸収率のピークが認められるが、共振周波数に近づくにつれて透過率の低下する傾向が上述した第４の設計例よりも顕著であり、この共振周波数の低域側での吸音率およびエネルギー吸収率のディップ（吸音およびエネルギー吸収の低下）もさらに大きくなっていることが分かる。

＜第６の設計例＞
表６は、第６の設計例の設計数値データである。図１１は、この第６の設計例における吸音率、透過率およびエネルギー吸収率の周波数特性を示すグラフである。

この第６の設計例では、図１１に示すように、低周波域では比較的高い吸音率が得られており、低周波域における音源側の吸音には有効であることが分かる。しかしながら、共鳴は見られず、エネルギー吸収が殆ど行われていないことが分かる。

＜第７の設計例＞
表７は、第７の設計例の設計数値データである。図１２は、この第７の設計例における吸音率、透過率およびエネルギー吸収率の周波数特性を示すグラフである。

この第７の設計例では、図１２に示すように、低周波域では高い吸音率が得られており、低周波域における音源側の吸音には有効であることが分かる。また、約１６００Ｈｚの共振周波数において、エネルギー吸収率のピークが見られる。しかしながら、この共振周波数より低周波域では透過率が高く、音源の反対側への遮音効果は低い。これは、第１の微細孔パネル１０は比較的高い音響インピーダンスを持っているが、第２の微細孔パネル２０が比較的低い音響インピーダンスしか持っていないために、共振周波数の近傍以外では、ほとんどの入射音が吸音装置を素通りしてしまうためであると考えられる。

（設計諸元の設定）
以上の各設計例から、吸音装置としてより好ましい設計諸元の設定について検討する。

上記の設計例の中では、第１の設計例（表１、図４）の吸音性能が、種々の観点から最も優れており、表１の設計例における吸音性能は本発明にかかる吸音装置の吸音性能の理想型の一つである。

この第１の設計例から優れた吸音性能を得るために充足することが望ましいポイントとしては、（１）所定の周波数領域に吸音率のピークが存在すること、（２）吸音率のピークが十分に大きいこと、（３）低周波領域において略一定の吸音率を維持していること、（４）低周波域において所定の吸音率を持つこと、（５）低周波領域において所定の透過率を持つこと、の５点を挙げることができる。

以下、これら５つのポイントと、それを満たすための具体的な設計諸元の設定条件について説明する。

＜１＞所定の周波数領域に吸音率のピークが存在すること。

共振による吸音率のピークが存在すると、その近傍において優れた吸音性能が得ることができる。

吸音率のピークを存在させるべき所定の周波数領域は、求められる吸音性能に応じて決まるものである。主に日常的な騒音の除去を目的とする場合であれば、この吸音率のピークが存在するべき所定の周波数領域としてたとえば１５０Ｈｚ〜２０００Ｈｚを挙げることができる。特に重低音の騒音を中心的に除去することが求められるのであれば、この所定の周波数領域としてたとえば１５０Ｈｚ〜３００Ｈｚを挙げることができる。逆にある程度の高音域の騒音を中心的に除去することが求められるのであれば、この所定の周波数領域としてたとえば３００Ｈｚ〜６００Ｈｚを挙げることができる。

所望する所定の周波数領域に吸音率のピークを存在させるための具体的な条件は、以下のとおりである。

一般的に、負荷の音響インピーダンスＺ₀を抵抗成分ｒとリアクタンス成分ｘから成る複素数表現で表せば、Ｚ₀＝ｒ＋ｊｘとなる。

この表現を用いれば、粒子速度Ｉ₀は、上式［数１２］より、

同様に、音圧Ｅは上式［数１３］より、

負荷Ｚ₀で消費するエネルギーＰ₀は、上式［数１４］より、音圧と粒子速度の内積で計算することができて、

それ故に、負荷Ｚ₀で消費する規準化音響エネルギーＰ₀、換言すれば吸音率αは、周波数特性を持つリアクタンス成分ｘがゼロとなる（あるいは限りなくゼロに近づく）周波数において最大となり、その最大値は、

である。

２枚の微細孔パネル１０，２０で構成された場合、負荷の音響インピーダンスＺ₀のリアクタンス成分ｘは上式［数１１］より、

が成立する周波数においてゼロとなる。これを展開すれば、

となり、これが成り立つ周波数においてリアクタンス成分ｘがゼロとなり、吸音率が最大となる。なお、透過率は周波数による変動が少ないので、吸音率が最大となれば、吸音率と透過率の差であるところのエネルギー吸収率も最大値に近づく。

したがって、所定の周波数領域に吸音率のピークを存在させるには、［数２５］が所望する周波数領域内の所定の周波数（角周波数ω）において成り立つように各設計諸元を設定することが条件となる。

なお、この［数２５］では、第１，第２の微細孔パネル１０，２０の規準化インピーダンスを標記した際の実数部ｒ₁，ｒ₂および虚数部ｍ₁，ｍ₂が含まれているが、これらは［数１］〜［数６］に示したように、各パネル１０，２０の微細孔の孔径ｄ₁，ｄ₂、板厚ｔ₁，ｔ₂、微細孔のピッチｂ₁，ｂ₂で表現されるものである。

＜２＞吸音率のピークが十分に大きいこと。

吸音率のピークは、求められる吸音性能に応じて、十分に大きいことが求められる。ピークの値が大きければ、通常、その近傍（ピークに対する裾野部分）の吸音率も高くなり、その結果、ピークの存在する周波数を含む広がりのある周波数領域において高い吸音性能が確保できることにつながる。

このピークにおける吸音率の大きさは、吸音性能の他の側面との優先度合い等によるが、たとえば０．５以上であることが必要である。さらに、吸音装置としては、０．８以上であることが望ましく、０．９以上があれば好適な吸音装置として各種の用途に適用することができ、０．９５以上があれば最適である。

十分に大きい吸音率のピークを確保するための具体的な条件は、以下のとおりである。

２枚の微細孔パネル１０，２０で構成された場合、音響インピーダンスの抵抗成分ｒは上式［数１１］より、

本発明において、ある特定の設計値を持つ吸音装置の吸音値の最大値α_maxは、上式［数２３］より、インピーダンスの抵抗成分のみの関数であるため、吸音率の最大値の抵抗成分ｒについての導関数はゼロであることから、次式が導き出される。

したがって、抵抗成分ｒはｒ＞０であるので、吸音率の最大値を最も大きくするためには、ｒの値をできるだけ１に近づくように、各設計諸元を定めることが条件となる。

一般的には、

を満足するように設計諸元を定めればよい。

さらに具体的な条件は、吸音率は上式［数２３］に示されたものであるので、これを所望の吸音率のピークの大きさ以上となるように定式化すればよい。たとえば、吸音率の最大値を０．９以上とすることが求められる場合ならば、これを満たす条件は、０．５２≦ｒ≦１．９となる。

なお、上式［数２８］から、音源側に位置する第１の微細孔パネル１０のリアクタンス成分ｍ₁は吸音率を最大とする周波数には影響を及ぼすが、吸音率の最大値には影響を及ぼさず、一方では上式［数２５］から、音源側にある第１の微細孔パネル１０の抵抗成分ｒ₁は吸音率最大値には影響を及ぼすが、吸音率を最大とする周波数には影響を及ぼさないことが判る。

＜３＞低周波領域において略一定の吸音率を維持していること。

上述したように、従来の吸音装置では低周波音に対する吸音性能に難点があり、ヘルムホルツ型の吸音装置でも共振周波数では高い吸音率を示すが、共振周波数から遠ざかると吸音率は急速に低下してしまうという欠点があった。これに対し、上述した第１の設計例（図４）に明らかなように、本発明にかかる吸音装置によれば、その設計諸元の設定によっては、吸音率のピークよりも低周波側の領域において、略一定でかつある程度高い吸音率を維持することができる。

なお、この明細書において、低周波領域とは、ピーク波形の実質的な勾配部分における低周波側の終端よりも低周波側の領域をいうものとする。上述した第１、第２の設計例（図４，図７）であれば、１２５Ｈｚ〜２５０Ｈｚよりも低周波側の領域である。低周波領域の具体例としては、１００Ｈｚ〜２００Ｈｚの周波数領域を挙げることができる。

また、この明細書において、吸音率が略一定とは、実質的に吸音率が同程度であることをいう。具体的には、対象とする周波数領域における吸音率の最小値に対する最大値の比が０．８〜１．２程度に収まっていることをいうものとする。

低周波領域において略一定の吸音率を維持するための具体的な条件は、以下のとおりである。

低周波域から共振周波数近傍まで略一定の吸音率を維持するためには、規準化音響インピーダンスの位相角を小さい値に維持すればよい。

複素数表現された規準化音響インピーダンス、Ｚ₀＝ｒ＋ｊｘの位相角は、

特に低周波域においては、空気層の厚さが大きくない限り、ｃｏｔ（ωＤ₁／ｃ）が大きい値を持つので、位相角の近似式として、

が得られる。

したがって、低周波領域において略一定の吸音率を維持するためには、上式［数２９］または［数３０］に従って、低周波域の各振動数ωにおいても、基準化音響インピーダンスの位相角θが小さな値となるように、各設計諸元を定めることが条件となる。

具体的には、規準化音響インピーダンスの位相角θが、−０．６ラジアンよりゼロに近くなるように設計諸元を定めることが望ましい。さらに、−０．３ラジアンよりゼロに近くなるようにすると、好適である。

＜４＞低周波域において所定の吸音率を持つこと。

低周波域においては、略一定の吸音率を有することに加え、その吸音率がある程度高いものであることが望ましい。

この低周波域における吸音率の大きさは、吸音性能の他の側面との優先度合い等によるが、たとえば０．２以上であることが必要である。さらに、吸音装置としては、０．３以上であることが望ましく、０．５以上があれば好適な吸音装置として各種の用途に適用することができ、０．７以上があれば最適である。

低周波域において所定の吸音率を持つための具体的な条件は、以下のとおりである。

上式［数２６］においても、低周波域においては、空気層の厚さが大きくない限り、ｃｏｔ（ωＤ₁／ｃ）が大きい値を持つので、規準化音響インピーダンスの抵抗成分の近似式として、

が得られる。この式［数３１］の右辺第３項は、第２の微細孔パネル２０の出力側の空気の規準化インピーダンスであることは明らかである。

上式［数２２］において、低周波域ではリアクタンス成分ｘは略ゼロになるので、上式［数３１］と組み合わせて

が得られる。

したがって、低周波域における吸音率が所定の値に近づくように上式［数３２］に従って設計諸元を定めることが条件となる。

＜５＞低周波領域において所定の透過率を持つこと。

本発明にかかる吸音装置は、従来のヘルムホルツ型の吸音装置とは異なり、剛壁を有しないため、音源の反対側への音の透過が生じる。本発明にかかる吸音装置では、この音の透過の存在によって、この吸音装置によって吸収されるエネルギー（吸音率）は、この吸音装置内で熱等として消費するエネルギー（エネルギー吸収率）に、この吸音装置を透過する音のエネルギー（透過率）を加えたものとなるため、結果的に吸音率の向上に寄与することになる。

この低周波域における透過率の大きさ、すなわち洩れることが許容される音量の程度（上限）は求められる吸音性能によるが、たとえば０．０５以上、０．５以下程度であることが望ましい。ある程度大きい音漏れを許容できる場合であれば、たとえば透過率を０．３〜０．４程度とすればよい。また、できるだけ音漏れを減らしたい場合には、たとえば透過率を０．１〜０．２程度としてもよい。

低周波域において所定の透過率を持つための具体的な条件は、以下のとおりである。

この吸音装置から出力側空気に放散されるエネルギー、すなわちこの吸音装置から外部への透過率は、［数１８］に示したように、出力側空気インピーダンスで消費する規準化音響エネルギーＰ_2Aとして求められる。

したがって、低周波域における透過率が所定の値に近づくように上式［数１８］に従って設計諸元を定めることが条件となる。

一方、この吸音装置内で消費されるエネルギー吸収率は、大きいことが望ましく、低周波域においても、０．２以上程度を有することが望ましい。さらに、０．３以上であれば好適であり、０．４以上であれば最適である。

以上の各条件を連立して満足するように設計諸元を設定すれば、求められる吸音性能を備えた吸音装置を得ることができる。

［第２実施形態］
次に、本発明にかかる吸音装置の第２実施形態について説明する。この第２実施形態は、同一構造を有する２枚の微細孔パネル（ＭＰＰ）を所定間隙を介して相対して配置することにより、吸音装置を構成したたものである。このような構成にすると、構造上、吸音装置に表裏がなくなるため、吸音装置のどちら側から到来する音に対しても同一の吸音・遮音性能を実現することができる。

この第２実施形態にかかる吸音装置では、上述した第１実施形態と比較して、２枚の微細孔パネルの孔径、孔のピッチおよび板厚が同一であるという制約により設計諸元の設定の自由度は制限されるが、上述した第１実施形態と同様に求められる設計性能に応じた設計諸元を設定することができる。

以下、同一構造を有する２枚の微細孔パネルを用いた第２実施形態において、具体的な設計諸元を設定した２つの設計例についてコンピュータシミュレーション実験によって得られた吸音性能を説明する。

＜第８の設計例＞
表８は、第８の設計例の設計数値データである。図１３は、この第８の設計例における吸音率、透過率およびエネルギー吸収率の周波数特性を示すグラフである。設計数値から明らかなように、第８の設計例は、第１，第２の微細孔パネルの設計諸元が同一である第２実施形態の一例となっている。

この第８の設計例では、図１３に示すように、３１．５Ｈｚから１０００Ｈｚの広い範囲で０．７０以上の吸音率を維持し、共振周波数７００Ｈｚでは吸音率のピークが約０．９５となっている。一方、３５０Ｈｚ以下の低周波域での透過率は約０．２０であり、９００Ｈｚに近づくと殆どゼロになることが示されている。

＜第９の設計例＞
表９は、第９の設計例の設計数値データである。図１４は、この第９の設計例における吸音率、透過率およびエネルギー吸収率の周波数特性を示すグラフである。設計数値から明らかなように、第９の設計例は、第１，第２の微細孔パネルの設計諸元が同一である第２実施形態の一例となっている。

この第９の設計例では、図１４に示すように、３１．５Ｈｚから１４００Ｈｚの広い範囲で０．７０以上の吸音率を維持し、共振周波数１０００Ｈｚでは吸音率のピークが約０．９５となっている。一方、５００Ｈｚ以下の低周波域での放射率は約０．２０であり、１２００Ｈｚに近づくと殆どゼロになることが示されている。

これらの結果から、第８、第９の設計例に示す第２実施形態の吸音装置は、いずれも低周波域から高周波域まで広い周波数範囲で優れた吸音・遮音性能を持っていることがわかる。また、２枚の微細孔パネルが同一構造を持っているので、吸音性能について表裏がなく、吸音装置のどちら側から到来する音に対しても、同じ効果を発揮することができる。

また、第８，第９の設計例を比較すると、両設計例は微細孔パネルの構造寸法は同一で、空気層の厚さのみが異なっているところ、これらの吸音性能の結果（図１３、図１４）を比較すると、共振周波数近傍の吸音率とエネルギー吸収率のピークおよび透過率の凹みが平行移動し、その他の領域の性能曲線は殆ど同じであることが分かる。これは、共振周波数近傍の吸音率とエネルギー吸収率のピークおよび透過率の凹みが生じる周波数領域の平行移動は空気層厚さに起因するものである。

［第３実施形態］
次に、本発明にかかる吸音装置の第３実施形態について説明する。この第３実施形態は、３枚以上の多数枚の微細孔パネルを用いて吸音装置を構成したものである。

図１６は、本発明の第３実施形態にかかる吸音装置の断面図である。

図１６に示すように、この第３実施形態にかかる吸音装置では、ｎ枚の微細孔パネル（ＭＰＰ）をそれぞれ所定の間隙を介して相対して配置している。各微細孔パネル間の間隙は、それぞれ同一であっても異なっていてもよい。各間隙は、この吸音装置の空気層として機能する。また、各微細孔パネルには、それぞれ板厚方向に貫通する多数の微細孔が設けられている。各微細孔パネルの板厚は、同一であっても異なっていてもよい。また、各微細孔パネルの微細孔の大きさ（孔径）やピッチも同一であっても異なっていてもよい。

この図１６に示す第３実施形態にかかる吸音装置における設計諸元、すなわち第１〜第ｎの微細孔パネルの相対する間隔（空気層の厚み）Ｄ₁〜Ｄ_n-1、第１〜第ｎの微細孔パネルにおける微細孔の直径（孔径）ｄ₁〜ｄ_n、第１〜第ｎの微細孔パネルの板厚ｔ₁〜ｔ_n、および第１〜第ｎの微細孔パネルにおける微細孔のピッチｂ₁〜ｂ_nは吸音装置としての要求性能に応じて適宜設定すればよい。

具体的には、上述した第１実施形態と同様に、各微細孔パネルの規準化音響インピーダンスは複素数表現ｒ＋ｊωｍで書き表すことができ、第１〜第ｎの微細孔パネルの規準化音響レジスタンスｒ₁〜ｒ_nおよび規準化音響リアクタンスｍ₁〜ｍ_nは、［数１］〜［数６］に示したように、各微細孔パネルの設計諸元によって書き表すことができる。また、各パネル間の空気層の規準化音響リアクタンスは、−ｃｏｔ（（ωＤ）／ｃ）として表すことができる。したがって、これら第１〜第ｎの微細孔パネルおよび各パネル間の空気層を備えたこの音響系の電気的等価回路は、図１７のように書き表すことができる。

この電気的等価回路から求められる吸音率、透過率、エネルギー吸収率は、第１実施形態において示した式［数１４］、［数１８］、［数１９］に準じて計算することができる。

以下、多数枚の微細孔パネルを用いた第３実施形態において、具体的な設計諸元を設定した設計例についてコンピュータシミュレーション実験によって得られた吸音性能を説明する。

＜第１０の設計例＞
表１０は、第１０の設計例の設計数値データである。図１５は、この第１０の設計例における吸音率、透過率およびエネルギー吸収率の周波数特性を示すグラフである。設計数値から明らかなように、第１０の設計例は、同一構造を持つ３枚の微細孔パネルを厚さ５０ｍｍの空気層を隔てて配置した第３実施形態の一例である。

この第１０の設計例では、図１５に示すように、３１．５Ｈｚから２５０Ｈｚの範囲では０．７０の吸音率を、２５０Ｈｚ〜２８００Ｈｚの広い範囲で０．７５以上の吸音率を維持し、特に１２００Ｈｚ〜１８００Ｈｚでは吸音率のピークが約０．９５以上となっている。一方、３５０Ｈｚ以下の低周波域での放射率は約０．１６であり、１２００Ｈｚに近づくと殆どゼロになることが示されている。

この結果から、第１０の設計例に示す第３実施形態の吸音装置は、低周波域から高周波域までの極めて広い周波数範囲において、極めて優れた吸音・遮音性能を持っていることがわかる。

さらに、この第１０の設計例は、微細孔パネルの構造も空気層の配置も吸音装置の厚さ方向に対して対称の構造をもっているので、吸音性能にて表裏がなく、吸音装置のどちら側から到来する音に対しても、同じ吸音・遮音効果を得ることができる。

この第１０の設計例のように、３枚以上の微細孔パネルを用いた第３実施形態の構成にすると、２枚の微細孔パネルによる構成と比較して高い設計の自由度が得られるため、極めて高度な吸音・遮音性能を実現することができる。

［第４実施形態］
次に、本発明にかかる吸音装置の第４実施形態について説明する。この第４実施形態は３枚以上の多数枚の微細孔パネルを用いて吸音装置を構成したものであり、特に空気層の厚さ（微細孔パネルの間隔）に注目して配置順序を工夫し、配置順序を最適化することにより、吸音率とエネルギー吸収率の高い範囲を拡張することを可能としたものである。

＜第１１，第１２の設計例＞
表１１は、第１１設計例の設計数値データである。表１２は、第１２設計例の設計数値データである。図１８は、これら第１１，第１２の設計例におけるエネルギー吸収率の周波数特性を示すグラフである。

これらの設計数値から明らかなように、第１１，第１２の設計例は、それぞれ５枚ずつの微細孔パネルから構成されており、両設計例の全てパネルは、微細孔の寸法（直径）、板厚、ピッチは全てのパネルとも同じ値を持つように設定されている。すなわち、両設計例は、空気層厚さのみが異なっているものである。なお、これら第１１，第１２の設計例は、ともに空気層の配置が吸音装置の厚さ方向に対称になっており、両側からの吸音性能が同一になるように構成されているものである。

第１１の設計例（表１１）では、装置の両外側に位置する空気層厚さが装置の内側の空気層厚さよりも薄くなるように配置されており、第１２の設計例（表１２）では、第１１の設計例とは逆に、装置の内側の空気層厚さが装置の両外側の空気層厚さよりも薄くなるように配置されている。

エネルギー吸収率が０．６となる周波数で比較すると、第１１の設計例の低周波側は１４０Ｈｚ、高周波側は１３５２Ｈｚ、帯域幅が１２１２Ｈｚである。第１２の設計例の低周波側は１５７Ｈｚ、高周波側は９８０Ｈｚ、帯域幅が８２３Ｈｚである。したがって、第１１の設計例のエネルギー吸収率の帯域幅は、第１２の設計例のエネルギー吸収率の帯域幅の約１．５倍という広い帯域幅を確保できていて、第１１の設計例の方が、第１２の設計例よりも好適な設計であるということができる。

このことから、３枚以上の多数枚の微細孔パネルを用いた吸音装置を構成する場合、空気層の厚さ、すなわち微細孔パネルの間隔は、装置の両外側の方が内側よりも狭くなるように配置することが好適であるといえる。

＜第１３，１４の設計例＞
表１３は、第１３設計例の設計数値データである。表１４は、第１４設計例の設計数値データである。図１９は、これら第１３，第１４の設計例におけるエネルギー吸収率の周波数特性を示すグラフである。

これらの設計数値から明らかなように、第１３，第１４の設計例は、それぞれ５枚ずつの微細孔パネルから構成されており、両設計例の全てパネルは、微細孔の寸法（直径）、板厚、ピッチは全てのパネルとも同じ値を持つように設定されている。すなわち、両設計例は、空気層厚さのみが異なっているものである。なお、これら第１３，第１４の設計例は、ともに、装置の一方の外側の空気層が最も薄く、反対側の外側の空気層が最も厚く、その中間空気層の厚さは空気層の厚さが薄い方から反対側に向かって次第に厚くなるように配置されている。

第１３の設計例（表１３）では、空気層厚さの最も厚い側が音源に近い側に配置され、第１４の設計例（表１４）では、第１３の設計例とは逆に、空気層厚さの最も厚い側が音源に遠い側に配置されている。

エネルギー吸収率が０．６となる周波数で比較すると、第１３の設計例の低周波側は１９８Ｈｚ、高周波側は７４４Ｈｚ、帯域幅が５４６Ｈｚである。第１４の設計例の低周波側は１５７Ｈｚ、高周波側は２１８９Ｈｚ、帯域幅が１９９１Ｈｚである。このように、第１４の設計例のエネルギー吸収率の帯域幅は、第１３の設計例のエネルギー吸収率の帯域幅の約３．７倍という広い帯域幅を確保できている。また、さらに帯域内においても、概して第１４の設計例のエネルギー吸収率の方が第１３の設計例のエネルギー吸収率よりも大きくなっている。したがって、第１４の設計例の方が、第１３の設計例よりも好適な設計であるということができる。

このことから、３枚以上の多数枚の微細孔パネルを用いた吸音装置を構成する場合、装置の外側に位置し、最も音源に近い側の空気層の厚さ、すなわち微細孔パネルの間隔が最も狭くなるように、各微細孔パネルを配置することが望ましいといえる。また、このように３枚以上の多数枚の微細孔パネルを用いた吸音装置を構成する場合であって、装置両側を対称に構成しない場合、空気層の厚さ、すなわち微細孔パネルの間隔は、音源に近い側の方が、音源に遠い側より狭くなるように配置することが好適であるといえる。また、装置の中間においては、音源に近い側から音源に遠い側に向かって、順次、空気層が厚くなるように、すなわち微細孔パネルの間隔が広くなるように配置することが好適であるといえる。

［比較例］
次に、本発明にかかる吸音装置の吸音性能を比較例との比較において検討する。

＜第１の比較例＞
第１の比較例は、１枚の微細孔パネルを剛壁の前に所定間隙を介して配置したものであり、上述した非特許文献２，３に記載された従来のヘルムホルツ型吸音器構造を備えた吸音装置である。この吸音装置の吸音性能は、上述した方法と同様の手法により算出することができる。

表１５は、第１の比較例の設計数値データである。

この設計数値から明らかなように、第１の比較例は、微細孔の直径、パネルの板厚、孔ピッチ、そして空気層の厚さという設計諸元のすべてについて、上述した本発明の第２実施形態である第８の設計例（表８、図１３）に用いたものと全く同じ値を設定している。唯一の相違点は、本発明にかかる第８の設計例では、２枚の微細孔パネルを相対して配置しているのに対して、この第１の比較例は、１枚の微細孔パネルと剛壁を相対して配置する点である。すなわち、この第１の比較例は、本発明にかかる第８の設計例における第２の微細孔パネルを剛壁に置き換えたものといえる。

図２０は、この第１の比較例における吸音率の周波数特性と、本発明にかかる上記第８の設計例のそれとを並記して示したグラフである。

図２０から、第１の比較例と第８の設計例（本発明の一例）とは、ともに吸音率のピークが約７００Ｈｚ付近に存在しており、第１の比較例の吸音率は０．９８、第８の設計例（本発明の一例）の吸音率は０．９５であることが分かる。すなわち、両者は吸音率のピークに関してはほぼ同等の高い吸音性能を備えているといえる。

また、両者とも、約２０００Ｈｚにおいて吸音率の落ち込みがあり、第１の比較例の吸音率は０．１まで低下するが、第８の設計例（本発明の一例）の吸音率は０．３５までの低下に抑えられていることが分かる。すなわち、吸音率の落ち込みという特徴は両者ともに存在するが、その吸音性能の低下は本発明にかかる第８の設計例の方が小さく抑えられているといえる。

そして、低周波域における吸音性能は、第１の比較例では、２５０Ｈｚにおいて０．５、１００Ｈｚにおいて０．１と吸音率が減少し、３１．５Ｈｚにおいてはほとんどゼロに近づくが、第８の設計例（本発明の一例）では吸音率の減少が緩慢で、１５７Ｈｚにおいて０．７１となり、それ以下の低周波域でも０．７以下となることはない。すなわち、低周波域における吸音性能は、本発明にかかる第８の設計例の方が格段に優れているといえる。

つづいて、これら第１の比較例と第８の設計例（本発明の一例）の音響インピーダンス（以下、インピーダンスという。）の周波数特性について比較・検討する。

これらの吸音装置の音響インピーダンスは、音響抵抗成分ｒと音響リアクタンス成分ｘとして複素数表現ｚ＝ｒ＋ｊｘで表すことができ、このとき、音響インピーダンスの絶対値および位相角は、次式で表すことができる。

図２１および図２２は、第１の比較例と第８の設計例のインピーダンスの絶対値および位相角の周波数特性を並記して示したグラフである。

図２１から、第１の比較例では１２５Ｈｚよりも低周波域においてはインピーダンスの絶対値が急激に増大するのに対して、第８の設計例（本発明の一例）のインピーダンス絶対値は約３．５と略一定の値を保っているという顕著な差異が認められる。

また、図２２から、第１の比較例の位相角は３１．５Ｈｚにおいて−１．５ラジアンから増加し始めて６３０Ｈｚでゼロラジアンとなるのに比べて、第８の設計例（本発明の一例）の位相角は３１．５Ｈｚではゼロラジアンであり、それ以降は周波数が増加しても位相差はほとんど変化せず、３５０Ｈｚにおいて−０．３となり、その後６３０Ｈｚにおいてゼロラジアンになるという特徴を示す。

このことから、本発明にかかる第８の設計例は低周波域ではリアクタンス成分が少なく、かつ抵抗成分も略一定の比較的低い値を持っているので、第１の比較例に比べて低周波域で高い吸音率を発揮することができることがわかる。

以上の第１の比較例により、第８の設計例に代表される本発明は、第１の比較例と同様に簡潔な構造でありながら、第１の比較例では実現できない、低周波域を含む広範囲にわたる高い吸音性能を実現できることが認められる。

＜第２の比較例＞
第２の比較例は、１枚だけの微細孔パネルを大気中に配置したものである。

このような構成の吸音装置の音響系の電気的等価回路は、図２３のように表すことができる。

図２３において、記号ｒおよびｊｘは微細孔パネルの規準化音響インピーダンスの抵抗成分およびリアクタンス成分を表し、それらの前後の数字１は微細孔パネルの両側の大気の規準化音響インピーダンスを表す。音源に対してこれらがすべて直列接続されていることから、音響エネルギーの消費率や透過率などは容易に計算することができる。

表１６は、第２の比較例の設計数値データである。

この設計数値から明らかなように、第２の比較例に用いた微細孔パネルは、上述した本発明の第２実施形態である第８の設計例（表８、図１３）に用いたものと全じであり、唯一の相違点は、本発明にかかる第８の設計例では、２枚の微細孔パネルを相対して配置しているのに対して、この第２の比較例は、１枚の微細孔パネルのみから構成されている点である。

図２４は、この第２の比較例におけるエネルギー吸収率の周波数特性と、本発明にかかる上記第８の設計例のそれとを並記して示したグラフである。なお、１枚の微細孔パネルのみからなる第２の比較例におけるエネルギー吸収率とは、図２４におけるＺ₀とＺ₁の間におけるエネルギーの消費率を意味する。

図２４によれば、第２の比較例のエネルギー吸収率は、３１．５Ｈｚにおいて約０．２４の値を示し、９００Ｈｚ近傍までほとんど一定の値を保ち、それ以降は徐々に減少して４０００Ｈｚにおいて０．１となっている。これに対し、第８の設計例（本発明の一例）では、３１．５Ｈｚから６３Ｈｚの間において約０．５であるが、それを越えると増大し始めて、８００Ｈｚにおいて０．９２という最大値となり、２０００Ｈｚにおいて０．２９まで減少するが、２６００Ｈｚにおいて再び０．７とピーク値を持っている。また、第８の設計例（本発明の一例）では、７００〜８００Ｈｚ近傍において共鳴が発生し、その帯域においては大きなエネルギー消費が実現されているが、第２の比較例ではエネルギー吸収率は平坦で、共鳴が起こっておらず、本発明にかかる第８の設計例との間にはエネルギー吸収率に大きな相違が存在する。

図２５は、この第２の比較例における透過率の周波数特性と、本発明にかかる上記第８の設計例のそれとを並記して示したグラフである。なお、１枚の微細孔パネルのみからなる第２の比較例における透過率とは、図２３におけるＺ₁から拡散するエネルギーを意味する。

図２５によれば、第２の比較例の透過率は、３１．５Ｈｚにおいて約０．６２の値を示し、２５０Ｈｚ近傍までほとんど一定の値を保ち、それ以降は徐々に減少して４０００Ｈｚにおいて０．２４となる。これに対し、第８の設計例（本発明の一例）では、３１Ｈｚから９０Ｈｚの間において約０．２であるが、それ以降は減少して１０００Ｈｚにおいて略ゼロとなり、２４００Ｈｚ近傍において０．１２という小さなピーク値を持つ。すなわち、第２の比較例では、かなり多くの音がその背後に透過しているが、本発明にかかる第８の設計例では、全周波数域において音漏れを０．２以下に抑えている。

以上から、第８の設計例のように本発明にかかる吸音装置の構造であれば、目標とする周波数帯域において共鳴が発生するように適切に設計されれば、エネルギー吸収率においても、透過率においても、１枚の微細孔パネルでは実現できない高い吸音性能を発揮できることが明らかである。

以下、本発明の実施例について説明する。

（実施例Ａ）
実施例Ａは、ピーク周波数帯域４００〜６００Ｈｚ、透過率０．１５の好適な設計例を設定したものである。

表１７は、具体的な設計例Ａ１〜Ａ７の設計諸元である。図２６は、設計例Ａ１〜Ａ７の吸音率の周波数特性を示すグラフである。図２７は、設計例Ａ１〜Ａ７のエネルギー吸収率の周波数特性を示すグラフである。図２８は、設計例Ａ１〜Ａ７の透過率の周波数特性を示すグラフである。

これらの結果から、空気層厚さが５０ｍｍら１５０ｍｍに増加するにつれて吸音率もエネルギー吸収率もピークが大きくなっていることがわかる。

（実施例Ｂ）
実施例Ｂは、ピーク周波数帯域２００〜３００Ｈｚ、透過率０．１５の好適な設計例を設定したものである。

表１８は、具体的な設計例Ｂ１〜Ｂ７の設計諸元である。図２９は、設計例Ｂ１〜Ｂ７の吸音率の周波数特性を示すグラフである。図３０は、設計例Ｂ１〜Ｂ７のエネルギー吸収率の周波数特性を示すグラフである。図３１は、設計例Ｂ１〜Ｂ７の透過率の周波数特性を示すグラフである。

これらの結果から、空気層厚さが１２０ｍｍから２４５ｍｍに増加するにつれて吸音率もエネルギー吸収率もピークが大きくなり、２６０ｍｍにおいて少し減少していることがわかる。

（実施例Ｃ）
実施例Ｃは、ピーク周波数帯域８００〜１２００Ｈｚ、透過率０．１５の好適な設計例を設定したものである。

表１９は、具体的な設計例Ｃ１〜Ｃ７の設計諸元である。図３２は、設計例Ｃ１〜Ｃ７の吸音率の周波数特性を示すグラフである。図３３は、設計例Ｃ１〜Ｃ７のエネルギー吸収率の周波数特性を示すグラフである。図３４は、設計例Ｃ１〜Ｃ７の透過率の周波数特性を示すグラフである。

これらの結果から、空気層厚さが２０ｍｍから６０ｍｍに増加するにつれて吸音率もエネルギー吸収率もピークが大きくなり、８０ｍｍにおいてピーク中心が少し低域側に移動していることがわかる。これは孔の直径が０．１ｍｍ以下に小さくならないような制約を加えたからであると推察される。また透過率も０．１５よりも大きくなっていることがわかる。

（実施例Ｄ）
実施例Ｄは、ピーク周波数帯域８００〜１２００Ｈｚ、透過率０．３の好適な設計例を設定したものである。

表２０は、具体的な設計例Ｄ１〜Ｄ７の設計諸元である。図３５は、設計例Ｄ１〜Ｄ７の吸音率の周波数特性を示すグラフである。図３６は、設計例Ｄ１〜Ｄ７のエネルギー吸収率の周波数特性を示すグラフである。図３７は、設計例Ｄ１〜Ｄ７の透過率の周波数特性を示すグラフである。

これらの結果から、空気層厚さが２０ｍｍから８０ｍｍに増加するにつれて吸音率もエネルギー吸収率もピークが大きくなっていることがわかる。

また、設計例Ｄ１とＤ２（空気層厚さが２０ｍｍ及び２５ｍｍ）の吸音率とエネルギー吸収率において、ピーク中心より低域側に陥没が認められるが、吸音率とエネルギー吸収率のピークを少し低めに設定すれば解消すると思われる。また、設計例Ｄ５〜Ｄ７の吸音率とエネルギー吸収率のピーク中心は、少し低域側に移動していることがわかる。

（実施例Ｅ）
実施例Ｅは、設計例Ａ３の孔の直径、０．３６ｍｍに対して、０．２６ｍｍから０．６ｍｍまで変更し、その他の設計諸元は変更しなかった設計例である。

表２１は、具体的な設計例Ｅ１〜Ｅ７の設計諸元である。図３８は、設計例Ｅ１〜Ｅ７の吸音率の周波数特性を示すグラフである。図３９は、設計例Ｅ１〜Ｅ７のエネルギー吸収率の周波数特性を示すグラフである。図４０は、設計例Ｅ１〜Ｅ７の透過率の周波数特性を示すグラフである。

これらの結果から、吸音率は孔の直径が大きくなると（設計例Ｅ１〜Ｅ２）０．４５まで減少し、孔の直径が小さくなると（設計例Ｅ４〜Ｅ７）殆ど１まで増加することが分かる。一方、エネルギー吸収率のピークは設計例Ａ３及びＥ４、Ｅ５は殆ど同じだが、その他の設計例は大きく減少している。これは透過率の変化が孔の直径の変化に大きく影響されているためであると推察される。

（実施例Ｆ）
実施例Ｆは、設計例Ａ３の板厚、０．２１ｍｍに対して、０．１ｍｍから０．５ｍｍまで変更し、その他の設計諸元は変更しなかった設計例である。

表２２は、具体的な設計例Ｆ１〜Ｆ７の設計諸元である。図４１は、設計例Ｆ１〜Ｆ７の吸音率の周波数特性を示すグラフである。図４２は、設計例Ｆ１〜Ｆ７のエネルギー吸収率の周波数特性を示すグラフである。図４３は、設計例Ｆ１〜Ｆ７の透過率の周波数特性を示すグラフである。

これらの結果から、吸音率は板が薄くなると（設計例Ｆ１〜Ｆ２）０．９５まで大きくなり、板厚が厚くなると（設計例Ｆ４〜Ｆ７）殆ど０．６まで減少することがわかる。一方、エネルギー吸収率のピークは設計例Ａ３及びＥ４、Ｅ５は殆ど同じだが、その他の設計例は減少している。これは透過率の変化が板厚の変化に影響されているからであると推察されるが、変化の程度は孔の直径の場合（組合わせＥ）よりも小さいことがわかる。

（実施例Ｇ）
実施例Ｇは、設計例Ａ３の孔のピッチ、５．２９ｍｍに対して、２．５ｍｍから１０．５ｍｍまで変更し、その他の設計諸元は変更しなかった設計例である。

表２３は、具体的な設計例Ｇ１〜Ｇ７の設計諸元である。図４４は、設計例Ｇ１〜Ｇ７の吸音率の周波数特性を示すグラフである。図４５は、設計例Ｇ１〜Ｇ７のエネルギー吸収率の周波数特性を示すグラフである。図４６は、設計例Ｇ１〜Ｇ７の透過率の周波数特性を示すグラフである。

これらの結果から、吸音率は孔のピッチが小さくなると（設計例Ｇ１〜Ｇ２）０．９５まで大きくなり、孔のピッチが大きくなると（設計例Ｇ４〜Ｇ７）０．４まで減少することがわかる。一方、エネルギー吸収率のピークは設計例Ａ３及びＧ１は殆ど同じだが、Ｇ２のピークはやや大きくなるが、所定の周波数帯域を外れ、また、その他の設計例、Ｇ４〜Ｇ７は大きく減少して居る。これは透過率の変化が孔のピッチの変化に大きく影響されて居るからであると推察される。

以上の実施例から、吸音率、エネルギー吸収率、透過率に対する設計諸元の影響の度合は、空気層厚さ＞孔の直径＞孔のピッチ＞板厚、の順番であることが判る。

本発明の第１実施形態にかかる吸音装置の一部断面斜視図である。 同装置の断面図である。 同装置の音響系の電気的等価回路である。 第１の設計例における吸音率、透過率およびエネルギー吸収率の周波数特性を示すグラフである。 第１の設計例におけるインピーダンスの位相角の周波数特性を示すグラフである。 第１の設計例におけるインピーダンスの振幅の周波数特性を示すグラフである。 第２の設計例における吸音率、透過率およびエネルギー吸収率の周波数特性を示すグラフである。 第３の設計例における吸音率、透過率およびエネルギー吸収率の周波数特性を示すグラフである。 第４の設計例における吸音率、透過率およびエネルギー吸収率の周波数特性を示すグラフである。 第５の設計例における吸音率、透過率およびエネルギー吸収率の周波数特性を示すグラフである。 第６の設計例における吸音率、透過率およびエネルギー吸収率の周波数特性を示すグラフである。 第７の設計例における吸音率、透過率およびエネルギー吸収率の周波数特性を示すグラフである。 第８の設計例における吸音率、透過率およびエネルギー吸収率の周波数特性を示すグラフである。 第９の設計例における吸音率、透過率およびエネルギー吸収率の周波数特性を示すグラフである。 第１０の設計例における吸音率、透過率およびエネルギー吸収率の周波数特性を示すグラフである。 本発明の第３実施形態にかかる吸音装置の断面図である。 同装置の音響系の電気的等価回路である。 第１１，第１２の設計例におけるエネルギー吸収率の周波数特性を示すグラフである。 第１３，第１４の設計例におけるエネルギー吸収率の周波数特性を示すグラフである。 第１の比較例における吸音率の周波数特性と、第８の設計例のそれとを並記して示したグラフである。 第１の比較例と第８の設計例のインピーダンスの絶対値の周波数特性を並記して示したグラフである。 第１の比較例と第８の設計例のインピーダンスの位相角の周波数特性を並記して示したグラフである。 第２の比較例にかかるの吸音装置の音響系の電気的等価回路である。 第２の比較例におけるエネルギー吸収率の周波数特性と、第８の設計例のそれとを並記して示したグラフである。 第２の比較例における透過率の周波数特性と、第８の設計例のそれとを並記して示したグラフである。 設計例Ａ１〜Ａ７の吸音率の周波数特性を示すグラフである。 設計例Ａ１〜Ａ７のエネルギー吸収率の周波数特性を示すグラフである。 設計例Ａ１〜Ａ７の透過率の周波数特性を示すグラフである。 設計例Ｂ１〜Ｂ７の吸音率の周波数特性を示すグラフである。 設計例Ｂ１〜Ｂ７のエネルギー吸収率の周波数特性を示すグラフである。 設計例Ｂ１〜Ｂ７の透過率の周波数特性を示すグラフである。 設計例Ｃ１〜Ｃ７の吸音率の周波数特性を示すグラフである。 設計例Ｃ１〜Ｃ７のエネルギー吸収率の周波数特性を示すグラフである。 設計例Ｃ１〜Ｃ７の透過率の周波数特性を示すグラフである。 設計例Ｄ１〜Ｄ７の吸音率の周波数特性を示すグラフである。 設計例Ｄ１〜Ｄ７のエネルギー吸収率の周波数特性を示すグラフである。 設計例Ｄ１〜Ｄ７の透過率の周波数特性を示すグラフである。 設計例Ｅ１〜Ｅ７の吸音率の周波数特性を示すグラフである。 設計例Ｅ１〜Ｅ７のエネルギー吸収率の周波数特性を示すグラフである。 設計例Ｅ１〜Ｅ７の透過率の周波数特性を示すグラフである。 設計例Ｆ１〜Ｆ７の吸音率の周波数特性を示すグラフである。 設計例Ｆ１〜Ｆ７のエネルギー吸収率の周波数特性を示すグラフである。 設計例Ｆ１〜Ｆ７の透過率の周波数特性を示すグラフである。 設計例Ｇ１〜Ｇ７の吸音率の周波数特性を示すグラフである。 設計例Ｇ１〜Ｇ７のエネルギー吸収率の周波数特性を示すグラフである。 設計例Ｇ１〜Ｇ７の透過率の周波数特性を示すグラフである。

符号の説明

１０，２０ 微細孔パネル
１１，２１ 微細孔
３０ 空気層

Claims (15)

1. 板厚方向に貫通する多数の微細孔を備えた２枚の微細孔パネルを所定間隙を介して相対して配置したことを特徴とする吸音装置。
2. 前記２枚の微細孔パネルは、同一構造を有することを特徴とする請求項１に記載の吸音装置。
3. 板厚方向に貫通する多数の微細孔を備えた３枚以上の微細孔パネルを、それぞれ同一または異なる所定間隔を介して相対して配置したことを特徴とする吸音装置。
4. 前記微細孔の直径は、０．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の吸音装置。
5. 前記微細孔のピッチは、０．８ｍｍ以上、１０．０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の吸音装置。
6. 前記微細孔パネルの板厚は、０．１ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の吸音装置。
7. 前記２枚の微細孔パネルの間隙が２０ｍｍ以上、１００ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の吸音装置。
8. 周波数が１５０Ｈｚ以上、６００Ｈｚ以下の周波数領域において、吸音率のピークを有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の吸音装置。
9. 前記ピークにおける吸音率が０．９以上であることを特徴とする請求項８に記載の吸音装置。
10. 吸音率のピーク波形の実質的な勾配部分における低周波側の終端よりも低周波側の低周波領域において、略一定の吸音率を維持していることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の吸音装置。
11. 前記低周波領域において、０．５以上の吸音率を有することを特徴とする請求項１０に記載の吸音装置。
12. 前記低周波領域において、０．１以上、０．４以下の透過率を有することを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の吸音装置。
13. 前記３枚以上の微細孔パネルの各間隔は、当該装置の外側に位置し、最も音源に近い側の間隔が最も狭くなるように、各微細孔パネルを配置したことを特徴とする請求項３に記載の吸音装置。
14. 前記３枚以上の微細孔パネルの各間隔は、音源に近い側から遠い側に向かって間隔が順次広くなるように、各微細孔パネルを配置したことを特徴とする請求項１３に記載の吸音装置。
15. 前記３枚以上の微細孔パネルは、当該装置の両外側に位置する間隔が狭く、当該装置の両外側から内側に向かって順次広くなるように、各微細孔パネルを配置したことを特徴とする請求項１３に記載の吸音装置。