JP2009093064A - 吸音構造および音響室 - Google Patents

Abstract

【課題】共鳴により音を吸音しつつ、共鳴室の開口部から異物が入り込むのを抑えることを可能とする。
【解決手段】吸音体２においては、対向する上面部２１と下面部２３との間に分離壁部２４が配置され、上面部２１と下面部２３との間に、空気層が形成されている。また、上面部２１においては、空気層に繋がる開口部２１Ａが設けられている。そして、吸音体２は上面部２１側が壁面に向けられ、壁面と上面部２１との間に空間が生じるように、吸音体２が壁面上に配置される。このように吸音体２が配置された状態で部屋に音が発生すると、部屋内に発せられた音波のうち低周波数の音波は、上面部２１と壁面との間の空間に入り込む。音波が上面部２１と壁面との間の空間に入り込むと、開口部２１Ａを有する空気層により、音波のエネルギーが消費されて音が吸音される。
【選択図】図１

Description

本発明は、音を吸音する技術に関する。

共鳴を利用して音を吸音する吸音体として、例えば、特許文献１，２に開示された吸音体がある。特許文献１に開示されている吸音体は、板状部材に共鳴箱が伏せた状態で取り付けられている。また、この板状部材においては、板状部材と共鳴箱とで形成された空間に通じる通気孔が設けられており、板状部材と共鳴箱とで形成された空間がヘルムホルツ共鳴器として機能する。そして、この吸音体は、通気孔が設けられている板状部材が部屋の内部を向くようにして部屋の壁に取り付けられる。また、特許文献２に開示されている吸音体においては、平板と、凹凸上に形成された成形板とを重ね合わせることにより、平板と成形板との間に空気室が形成されている。この空気室は、平板に設けられた孔に通じており、ヘルムホルツ共鳴器として機能する。そして、この吸音体は、孔が設けられている平板側が、部屋の内部方向を向くようにして部屋の室境界から距離をおいて配置される。

特開平１０−２２７０８４号公報 特開平１０−１８４７１号公報

特許文献１，２に開示されている吸音体によれば、ヘルムホルツ共鳴器として機能する空間の開口部が音場に向けられており、音場の音を吸音する。しかしながら、いずれの吸音体も、ヘルムホルツ共鳴器として機能する空間の開口部が音場に向けられて配置されるため、開口部から埃やゴミが共鳴器内部に入りやすいという問題がある。また、開口部が部屋の内部に向けられるため、壁面の低層部に配置された場合には、幼児などが開口部に指を入れて怪我をする虞がある。

本発明は、上述した背景の下になされたものであり、共鳴により音を吸音しつつ、共鳴室の開口部から異物が入り込むのを抑えることを可能とする技術を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために本発明は、対向する上面部と下面部との間に空気層を備え、前記空気層に繋がる開口部が前記上面部に設けられている吸音体を有し、音場の室境界に対して前記上面部が対向して配置され、前記上面部と前記室境界との間に空気層を有し、当該空気層が前記音場とつながっている吸音構造を提供する。

本発明においては、前記吸音体において前記室境界に対向している側と反対側に、多孔質の素材で形成された多孔質層が設けられていてもよい。
また、本発明においては、前記吸音体において前記室境界に対向している側と反対側に、複数の凹部と複数の凸部が設けられていてもよい。
また、本発明においては、前記凹部に多孔質の素材で形成された多孔質層が設けられていてもよい。
また、本発明においては、前記凹部の開口部が、外力により変形する板状または膜状の振動部材により塞がれていてもよい。
また、本発明においては、伸縮自在で前記室境界と前記吸音体とに取り付けられた固定部材により、前記吸音体が前記室境界から距離をおいて支持されていてもよい。

また、本発明においては、前記吸音体が前記室境界に複数配置されており、各吸音体間に隙間が設けられていてもよい。
また、本発明においては、音を反射する反射板と、前記吸音体が前記室境界にそれぞれ複数配置されており、前記反射板と前記吸音体との間に隙間が設けられていてもよい。
また、本発明においては、前記吸音体と前記反射板は、前記室境界に対して傾斜しており、前記室境界に対する前記吸音体の傾斜角度と前記室境界に対する前記反射板の傾斜角度とが異っていてもよい。
また、本発明は、上記吸音構造を有する音響室を提供する。

本発明によれば、共鳴により音を吸音しつつ、共鳴室の開口部から異物が入り込むのを抑えることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る吸音体２の模式図であり、図２は、吸音体２を図１中の矢印Ａ方向から見た側面図である。吸音体２は、大別すると、上面部２１、下面部２３、分離壁部２４とにより形成されている。

上面部２１および下面部２３は、木材で形成されており、その形状は矩形で板状となっている。また、上面部２１と下面部２３の大きさは略同じ大きさとなっている。
分離壁部２４は、木材で形成されており、断面の形状が凸形状の凸部２５と、断面の形状が凹形状の凹部２６を交互に複数有している。分離壁部２４においては、各凸部２５と各凹部２６は、各形状の断面と直交する方向（即ち、上面部２１および下面部２３の面に沿う方向）に延伸している。また、この各凸部２５と各凹部２６においては、凸部２５の上辺部２５Ａと凹部２６の底辺部２６Ａは、いずれも平坦となっている。

吸音体２においては、対向する上面部２１と下面部２３との間に分離壁部２４が配置され、分離壁部２４の底辺部２６Ａが下面部２３に固着され、分離壁部２４の上辺部２５Ａが上面部２１に固着されている。このように、上面部２１と下面部２３とで分離壁部２４を挟んで、上面部２１と下面部２３とを分離壁部２４に固着させることにより、吸音体２においては、上面部２１と下面部２３との間に、凸部２５に沿った空気層３０Ｂと、凹部２６に沿った空気層３０Ａとが形成されている。

また、図３は、吸音体２の上面図であるが、この図に示したように上面部２１においては、空気層３０Ａが音を吸音する共鳴管となるように、空気層３０Ａにつながる開口部２１Ａが空気層３０Ａ毎に設けられている。
図４は、図３に示した上面図のＢ−Ｂ線断面図であり、１つの空気層３０Ａの両端の開口端から長さＬ１、Ｌ２の位置に開口部２１Ａが形成されている場合を示している。同図に示したように、この開口部２１Ａが形成された空気層３０Ａ（開管＝両端が開口端の管）は、音響学の観点から、長さ（Ｌ１＋Ｌ２）の開管α（図４（α））と、長さＬ２の開管β（図４（β））と、長さＬ１の開管γ（図４（γ））とみなすことができる。ここで、開管αは、波長λα＝２×（Ｌ１＋Ｌ２）の音波と共鳴し、開管βは、波長λβ＝２×Ｌ２の音波と共鳴し、開管γは、波長λγ＝２×Ｌ１の音波と共鳴することとなり、空気層３０Ａ内では、これらの波長λα、λβ、λγの音波が振動を繰り返すうちに分離壁部２４の壁面での摩擦や開口端での空気粒子間の粘性作用によりエネルギーを消費し、波長λα、λβ、λγを中心とする音波を減衰させることができる。なお、図４（α）から図４（γ）における管内の実線の曲線は、管内で共鳴する音波の粒子速度の振幅の分布を示している。

さらに、空気層３０Ａの開口部２１Ａからは波長λα、λβ、λγの音波が時間遅れを伴って再放射されるため、入射音に対して位相のずれた音波を吸音体２の外部へ放射することができ、これによっても波長λα、λβ、λγの音波による音を低減することができる。つまり、この吸音体２は、一つの空気層３０Ａで３種類の波長を中心とする音波を効率よく減衰させることができ、かつ、開口部２１Ａを形成する位置に応じて、減衰される音波を調整できるようになっている。

次に、吸音体２を部屋に配置する方法について説明する。本実施形態においては、吸音体２は、上面部２１側が音場である部屋の壁面（あるいは境界面）側に向けられ、壁面（境界面）と吸音体２との間に空間が形成されるように壁面に固定される。
図５は、吸音体２を部屋の壁面１０（室境界）に固定するための固定部材３の分解図である。固定部材３は、柱状部材３１、面ファスナー３２で形成されている。柱状部材３１は、その素材が合成樹脂であり、四角柱の形状に形成されている。また、面ファスナー３２は、鉤状の突起が一面についた布である鉤部３２Ａと、パイル織りの布であるパイル部３２Ｂとで構成されている。この柱状部材３１において対向する２つの面の一方には、鉤部３２Ａが接着され、もう一方の端面にはパイル部３２Ｂが接着される。

そして、吸音体２において上面部２１の４隅には、パイル部３２Ｂが接着され、壁面１０において、吸音体２を固定する位置には、鉤部３２Ａが接着される。なお、壁面１０に接着される鉤部３２Ａの位置は、吸音体２を固定する位置に上面部２１を突き合わせた時の上面部２１の４隅の位置と同じ位置となっている。
吸音体２を壁面１０に固定する際には、まず、固定部材３に接着されたパイル部３２Ｂを壁面１０に接着された鉤部３２Ａに突き合わせる。これにより、鉤部３２Ａの鉤状の突起が、パイル部３２Ｂに絡み、固定部材３が壁面１０に固定される。
次に、吸音体２の４隅に接着されているパイル部３２Ｂの各々を、壁面１０に固定された固定部材３に接着されている鉤部３２Ａに突き合わせる。すると、鉤部３２Ａの鉤状の突起が、上面部２１に接着されているパイル部３２Ｂに絡み、吸音体２が壁面１０に固定され、上面部２１と壁面１０との間に固定部材３の高さ分だけ空間（空気層）が得られる。

このように、吸音体２の上面部２１側が壁面１０に向けられている状態において、壁面１０と上面部２１との間に空間がある状態で部屋に音が発生すると、部屋内で発せられた音波のうち低周波数の音波は、上面部２１と壁面１０との間の空間に入り込む。音波が上面部２１と壁面１０との間の空間に入り込むと、開口部２１Ａを有する空気層３０Ａにより、音波のエネルギーが消費されて音が吸音される。ここで、上面部２１と壁面１０との間の空間は、上面部２１と壁面１０の２つの境界面に挟まれ、吸音体２が配置されていない場合と比較して、音圧が高くなることから、空気層３０Ａへ入力する音波のエネルギーが大きくなり、吸音効率が向上することとなる。

図６と図７は、（１）吸音体２を部屋に配置しなかった場合、（２）吸音体２の開口部２１Ａを部屋の壁面側に向けて開口部２１Ａと壁面との間に空間を設けた場合、（３）吸音体２の開口部２１Ａを部屋の内側に向けて下面部２３と壁面との間に空間を設けた場合、の各々の残響時間（図６（ａ）、図７（ａ））と平均吸音率（図６（ｂ）、図７（ｂ））の測定結果である。なお、この測定においては、部屋の床面積は２４．３平方メートル、部屋の容積は、６５．１立方メートル、部屋の表面積は１０３平方メートルとなっている。

図６及び図７に示したように、（１）〜（３）の各条件で残響時間および平均吸音率を比較すると、吸音体２を部屋に配置しなかった場合（１）に対して、吸音体２を部屋の壁面との間に空間があるように配置した場合（（２）と（３）の場合）は、主に低音域（１２５Ｈｚ〜２５０Ｈｚ）の音が吸音される。
また、（２）の場合と（３）の場合を比較すると、本発明の実施形態である（２）の場合には５００Ｈｚ付近での吸音力が若干増加する。このように測定結果は、音波が振動部２５と壁面との間に入り込むと開口部２１Ａを有する空気層３０Ａにより、音波のエネルギーが消費されて音が吸音されていることを裏付けるものとなっており、振動部２５と壁面１０との間の空間は、振動部２５と壁面１０の２つの境界面に挟まれ、吸音体２が配置されていない場合と比較して、音圧が高くなることから、空気層３０Ａへ入力する音波のエネルギーが大きくなり、吸音効率が向上することを示唆している。

また、本実施形態（（２）の場合）によれば、吸音体２において部屋の内部方向に向けられている面（吸音体２の底面）は平面形状となっているため、意匠上、様々な加工を施すことが可能となっており、ユーザの好みに合わせて部屋内を最適にデザインすることができる。

［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、他の様々な形態で実施可能である。例えば、上述の実施形態を以下のように変形して本発明を実施してもよい。

上述した実施形態においては、空気層３０Ａは、開管となっており、空気層の長手方向の両端が開口しているが、吸音体２の側面を部材で塞ぐことにより、長手方向の両方の開口部を塞いでもよいし、いずれか一方の開口部のみを塞ぐようにしてもよい。また、上述した実施形態においては、空気層３０Ａの長手方向の両端から開口部２１Ａまでの距離を、複数の空気層３０Ａ毎に同じにしてもよい。また、上述した実施形態においては、開口部２１Ａの形状は、矩形ではなく円形や多角形、またはスリット状であってもよい。
また、上述した実施形態においては、空気層３０Ａが音を吸音する共鳴管となるように構成したが、該空気層３０Ａにつながる開口部２１Ａを凹部２６に沿って複数設けて
ヘルムホルツ共鳴を利用する有孔板となるように構成してもよい。

本発明においては、上面部２１、下面部２３、分離壁部２４の素材は、木材に限定されるものではなく、合成樹脂や金属など他の素材であってもよい。また、上面部２１と下面部２３は木材、分離壁部２４は金属というように、部材毎に素材を異ならせてもよい。

本発明においては、図８に示したように、吸音体２の下面部２３に、多孔質の素材で形成された多孔質層２７を設けるようにしてもよい。この構成によれば、多孔質層２７が壁面１０とは反対側に向けられると（即ち部屋内側）、部屋内に生じた中高音域の音を多孔質層２７で吸音することができる。

上述した実施形態においては、吸音体２は、分離壁部２４を上面部２１と下面部２３とで挟んだ構成となっているが、図９に示したように、下面部２３を設けず分離壁部２４と上面部２１のみで吸音体２を形成してもよい。この構成によれば、分離壁部２４が壁面１０とは反対側に向けられると、部屋内に生じた高周波の音が分離壁部２４の凹凸部分で反射し、高周波の音を拡散することができる。
また、図１０に示したように、下面部２３を設けず分離壁部２４と上面部２１を接着し、上述した実施形態において、空気層３０Ｂとなっていた部分に、多孔質の素材で形成された多孔質層２７を配置するようにしてもよい。この構成でも、分離壁部２４が壁面１０とは反対側に向けられると、部屋内に生じた高周波の音を多孔質層２７で吸音することができる。
また、本発明においては、図８や図１０に示した多孔質層２７に代えてヘルムホルツ共鳴を利用した有孔板や管共鳴を利用した吸音機構を設けてもよい。

また、本発明においては、下面部２３に替えて、力が加えられると変形する素材を薄い膜状に形成した膜状部材を、底辺部２６Ａに塗布された接着剤により、複数の底辺部２６Ａに張力を掛けた状態で接着してもよい。この構成によれば、膜状部材と分離壁部２４との間に空気層が得られ、膜状部材が部屋の内側に向けられると、膜状部材が振動して低音が吸音される。また、膜状部材に替えて、弾性を有する素材を板状に形成した板状部材を底辺部２６Ａに接着してもよい。この構成でも、板状部材と分離壁部２４との間に空気層が得られ、板状部材が部屋の内側に向けられると、板状部材が振動して低音が吸音される。

本発明においては、図１１に示したように、吸音体２を複数並べ、吸音体２間で隙間があるように吸音体２を壁面１０に配置してもよい。
また、上記隙間を設けて配置された複数の吸音体２において、部屋の内部方向に向けられている面（吸音体２の底面）をまとめて音響透過性と音に対する流通抵抗を有する仕上げ材（例えば、ジャージネット、カーテンクロス、不織布、メッシュシートなど）で覆い、配置された複数の吸音体が視覚的に一つの面をなすように構成してもよい。この構成によれば、仕上げ材の流通抵抗により吸音力がさらに向上する。
また、吸音体２を壁面１０に複数配置する際には、図１２に示したように、吸音体２を壁面１０に対して傾斜させて配置してもよい。この構成によれば、部屋の内部で発生した音は、吸音体２の外面を回り込んで壁面１０と上面部２１との間の空間に到達し、空気層３０Ａの共鳴により吸音される。
また、本発明においては、図１３に示したように、吸音体２と、音を反射する反射板４とを隙間を空けて壁面１０に配置してもよい。また、このように、吸音体２と反射板４とを配置する構成においても、図１２に示した配置と同様に、吸音体２と反射板４とを壁面１０に対して傾斜させて壁面１０に配置してもよい。また、吸音体２や反射板４を複数壁面に配置する構成においては、吸音体２の隣に配置される吸音体２または反射板４との間の隙間に、パンチングメタルなどの音響透過性の良い部材を配置してもよい。
また、吸音体２と反射板４とを壁面に配置する構成においては、図１４に示したように吸音体２と反射板４との傾きを異ならせて壁面１０に配置するようにしてもよい。
また、吸音体２や反射板４を部屋内に配置する際には、天井や床に配置してもよい。

また、本発明においては、上述した柱状部材を伸縮自在の形状とし、上面部２１と壁面１０との間の距離をユーザが自在に調整できるようにしてもよい。図１５は、伸縮自在の柱状部材３３の一例を示した図（側面図）である。図１５に示したように、柱状部材３３は、基部３３Ａと、調節部３３Ｂとにより構成されている。基部３３Ａは、円管の一方の開口部を閉じた形状となっており、内周面に雌ねじが切られている。また、調節部３３Ｂの外観は円柱形状をしており、外周面には雄ねじが切られている。調節部３３Ｂに設けられている雄ねじは、基部３３Ａの雌ねじに噛み合うようになっているため、調節部３３Ｂを回転させると、基部３３Ａの底面（基部３３Ａで開口部が設けられていない側）から、調節部３３Ｂにおいて基部３３Ａの開口部側に入っている側と反対側の端面までの距離を調節することができる。
そして、上述した実施形態の柱状部材３１を、この柱状部材３３に替えれば、上面部２１と壁面１０との間の距離を自在にユーザが変更でき、吸音特性を任意に調整することができる。なお、上述した、壁面１０と上面部２１との距離を調整する構成は、一例であり、壁面１０と上面部２１との距離を調整する構成は、上述した構成に限定されるものでない。

本発明においては、吸音のための空気層の形状は、上述した形状に限定されるものではない。例えば、図１６に示したように、分離壁部２４の形状を格子状にし、分離壁部２４を上面部２１と下面部２３とで挟んだ時に、複数の空気室が得られるようにしてもよい。また、この構成においては、図１７に示したように、各空気室につながる開口部２１Ａを上面部２１に設けるようにしてもよい。

また、本実施形態における吸音体（吸音構造）は、音響特性を制御する各種の音響室に配置することが可能である。ここで各種音響室とは、防音室、ホール、劇場、音響機器のリスニングルーム、会議室等の居室、各種輸送機器の空間、スピーカや楽器などの筐体などである。

本発明の一実施形態に係る吸音体の外観図である。 同実施形態に係る吸音体の側面図である。 同実施形態に係る吸音体の上面図である。 吸音の原理を説明するための図である。 固定部材３の分解図である。 吸音体２を部屋に配置した時の残響時間と平均吸音率の測定結果である。 吸音体２を部屋に配置した時の残響時間と平均吸音率の測定結果を表したグラフである。 本発明の変形例に係る吸音体の側面図である。 本発明の変形例に係る吸音体の側面図である。 本発明の変形例に係る吸音体の側面図である。 吸音体２の配置例を示した図である。 吸音体２の配置例を示した図である。 吸音体２と反射板４の配置例を示した図である。 吸音体２と反射板４の配置例を示した図である。 本発明の変形例に係る柱状部材を示した図である。 本発明に変形例に係る分離壁部を示した図である。 本発明の変形例に係る吸音体の外観図である。

符号の説明

２・・・吸音体、３・・・固定部材、４・・・反射板、１０・・・壁面、２１・・・上面部、２１Ａ・・・開口部、２３・・・下面部、２４・・・分離壁部、２５・・・凸部、２５Ａ・・・上辺部、２６・・・凹部、２６Ａ・・・底辺部、２７・・・多孔質層、３０Ａ，３０Ｂ・・・空気層、３１・・・柱状部材、３２・・・面ファスナー、３２Ａ・・・鉤部、３２Ｂ・・・パイル部、３３・・・柱状部材、３３Ａ・・・基部、３３Ｂ・・・調節部

Claims (10)

1. 対向する上面部と下面部との間に空気層を備え、前記空気層に繋がる開口部が前記上面部に設けられている吸音体を有し、
   音場の室境界に対して前記上面部が対向して配置され、前記上面部と前記室境界との間に空気層を有し、当該空気層が前記音場とつながっている吸音構造。
2. 前記吸音体において前記室境界に対向している側と反対側に、多孔質の素材で形成された多孔質層が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の吸音構造。
3. 前記吸音体において前記室境界に対向している側と反対側に、複数の凹部と複数の凸部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の吸音構造。
4. 前記凹部に多孔質の素材で形成された多孔質層が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の吸音構造。
5. 前記凹部の開口部が、外力により変形する板状または膜状の振動部材により塞がれていることを特徴とする請求項３に記載の吸音構造。
6. 伸縮自在で前記室境界と前記吸音体とに取り付けられた固定部材により、前記吸音体が前記室境界から距離をおいて支持されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の吸音構造。
7. 前記吸音体が前記室境界に複数配置されており、各吸音体間に隙間が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の吸音構造。
8. 音を反射する反射板と、前記吸音体が前記室境界にそれぞれ複数配置されており、前記反射板と前記吸音体との間に隙間が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の吸音構造。
9. 前記吸音体と前記反射板は、前記室境界に対して傾斜しており、前記室境界に対する前記吸音体の傾斜角度と前記室境界に対する前記反射板の傾斜角度とが異なることを特徴とする請求項８に記載の吸音構造。
10. 請求項１乃至９のいずれかに記載の吸音構造を有する音響室。

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