JP2009109991A

JP2009109991A - 吸音構造および音響室

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Publication number: JP2009109991A
Application number: JP2008255155A
Authority: JP
Inventors: Yasuhito Tanase; 廉人棚瀬
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2007-10-11
Filing date: 2008-09-30
Publication date: 2009-05-21
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Abstract

【課題】空気層の厚さを抑えつつ、低音を効率良く吸音する。
【解決手段】吸音体２の筐体２０の開口部には、弾性を有する素材で形成された振動部２５が筐体２０の開口部を塞ぐようにして接着されている。そして、吸音体２の振動部２５側が壁面１０に向けられ、壁面１０と振動部２５との間に空間Ｓ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、振動部２５と壁面１０との間の空間Ｓに入り込む。音波が振動部２５と壁面１０との間の空間Ｓに入り込むと、この空間Ｓの音圧と、吸音体２の空気層２６内の圧力との差により振動部２５が振動し、この振動により、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２

Description

本発明は、音を吸音する技術に関する。

部屋の壁と吸音体との間に空気層を有する吸音構造として、例えば特許文献１に開示された吸音構造がある。特許文献１に開示されている吸音構造においては、セラミックからなる方形状の吸音体を凹凸状に配列した吸音パネルが、側壁との間に空気層が生じるように配置されている。この吸音構造によれば、部屋内部から壁方向に向かった音は、吸音体により吸音され、さらに吸音体を透過した音は、吸音体の背後の空気層によりエネルギーが減衰されるため、効率良く音が吸音される。

特開平５−２３１１７７号公報

ところで、特許文献１に開示されているように吸音体としてセラミックのように多孔質の吸音体を使用する場合、低音を吸音するためには、壁と吸音パネルとの間の空気層を厚くする必要がある。しかし、空気層を厚くとると、部屋の内部において、吸音以外に使用できる空間が狭くなってしまうため、空気層を十分に確保するのが難しいという問題がある。

本発明は、上述した背景の下になされたものであり、空気層の厚さを抑えつつ、低音を効率良く吸音でき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、開口部を有する筐体と、前記開口部に設けられ、前記筐体内に空気層を画成する板状または膜状の振動部と、を備えた吸音体を有し、音場の室境界に対して前記振動部が対向するように前記吸音体が配置され、前記振動部と前記室境界との間に形成された空間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、前記筐体の前記振動部以外の面のうち、少なくとも前記音場からの音が直接入射される面は、凹凸形状としてもよい。
また、本発明においては、前記筐体の前記振動部以外の面のうち、少なくとも前記音場からの音が直接入射される面は、曲面形状としてもよい。
また、本発明においては、前記筐体の前記振動部以外の面のうち、少なくとも前記音場からの音が直接入射される面には、多孔質の素材で形成された多孔質層が設けられてもよい。

また、本発明においては、前記吸音体が複数配置されており、各吸音体が所定の間隔を離して設けられていてもよい。
また、本発明においては、前記複数の吸音体において室境界と対向している面と反対側に位置する前記筐体の面が音の透過性と流通抵抗を有する部材で覆われていてもよい。
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、空気層の厚さを抑えつつ、低音を効率良く吸音することができる。

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、図１中の矢視II−IIから見た断面図である。吸音体２は、大別すると筐体２０と振動部２５とにより形成されている。筐体２０は、筐体２０の底面（吸音体２の底面）となる木製で矩形の底面部材２１と、筐体２０の側壁となる木製の側壁部材２２で形成されており、振動部２５の振動を発現するように内部空間を形成している。側壁部材２２は、角管の形状をしており、開口部側の一方の端面が底面部材２１に固着されている。なお、筐体２０を形成する部材の素材は、木材に限定されるものではなく、振動部２５の振動を発現させる程度に、振動部２５より相対的に剛な素材であれば、合成樹脂や金属など他の素材であってもよい。

振動部２５は、弾性を有する素材を板状に形成した矩形の部材である。振動部２５は、底面部材２１側に固着された側壁部材２２の端面とは反対側の端面に接着されており、これにより、前記筐体２０の開口部が前記振動部２５で塞がれて吸音体２の内部に閉じた空気層２６が画成される。なお、振動部２５は、板状に形成された部材に限定されるものではなく、弾性を有する素材を膜状に形成したり、高分子化合物を膜状に形成したものであってもよい。

そして、本実施形態においては、吸音体２は、振動部２５側が音場である部屋の壁面（あるいは境界面）の側に向けられ、部屋の壁面（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３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において振動部２５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を固定する位置に振動部２５を突き合わせた時の振動部２５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、振動部２５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、振動部２５と壁面１０との間に固定部材３の高さ分だけ空間Ｓが形成される。このように、本実施形態による吸音構造の特徴は、吸音体２の振動部２５と壁面１０とが空間Ｓを隔てて配置される点にある。

このように、吸音体２の振動部２５側が壁面１０に向けられ、壁面１０と振動部２５との間に空間Ｓ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、振動部２５と壁面１０との間の空間Ｓに入り込む。音波が振動部２５と壁面１０との間の空間Ｓに入り込むと、この空間Ｓの音圧と、吸音体２の空気層２６内の圧力との差により振動部２５が振動し、空間Ｓに入り込んだ音波のエネルギーは、この振動により消費されて音が吸音される。ここで、振動部２５と壁面１０との間の空間Ｓ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、振動部２５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。

ここで、吸音体２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ρ₀[ｋｇ／ｍ³]、音速をｃ₀[ｍ／ｓ]、振動体の密度をρ[ｋｇ／ｍ³]、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ρ₀ ；１．２２５[ｋｇ／ｍ³]
音速ｃ₀ ；３４０[ｍ／ｓ]
振動体の密度ρ ；９４０[ｋｇ／ｍ³]
振動体の厚さｔ；０．００１７[ｍ]
空気層の厚さＬ；０．０３[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；１．０[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（ρ₀ｃ₀ 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（＝（１／２π）・（（ｐ／ａ）²＋（ｑ／ｂ）²）・（π⁴Ｅｔ³／（１２ρｔ（１−σ²）））^1/2）、バネマス系の共振周波数の値をｆｂ（＝数１の式）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、上記パラメータを以下の数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。

［一の具体例］
次に、上記吸音構造を部屋に配置した場合の具体例を説明する。
図４と図５は、（１）吸音体２を部屋に配置しなかった場合、（２）吸音体２の底面側を部屋の床に密着するように置いた場合、（３）吸音体２の底面側を部屋の床側に向けて床と底面部材２１との間に空間Ｓを設けた場合、（４）吸音体２の振動部２５側を部屋の床側に向けて床と振動部２５との間に空間Ｓを設けた場合、（５）吸音体２の振動部２５側を部屋１の床側に向けて床と振動部２５との間に空間Ｓを設け、吸音体２の底面側全面に厚さ１０ｍｍのウレタンフォームを貼り付けた場合、の各々の残響時間（図４）と平均吸音率（図５）の測定結果である。また、図６（ａ）は図４の測定結果を表したグラフ、図６（ｂ）は図５の測定結果を表したグラフである。

なお、この測定においては、床はフローリング床であり、床と吸音体２との間に空間Ｓを設けた時の床と吸音体２との距離は、２４ｍｍとなっている。また、部屋の室容積は、７２．８３ｍ³、室表面積は１１３ｍ²であり、振動部２５において床に対向する面の面積と、底面部材２１において床に対向する面の面積とは、それぞれ６ｍ²となっている。また、振動部２５は、合成樹脂を厚さ１．５ｍｍのシート状に形成したものである。

図４〜図６に示したように、（１）〜（５）の各条件で残響時間および平均吸音率を比較すると、以下の通りとなる。
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の底面側を部屋の床に密着するように置いた場合（２）は、主に低音域（１２５Ｈｚ〜２５０Ｈｚ）の音が吸音される。
更に、前記（２）の場合に対して、吸音体２の底面側を部屋の床側に向けて床と底面部材２１との間に空間Ｓを設けた場合（３）は、中高音域（５００Ｈｚ〜４ｋＨｚ）の音が吸音される。

本発明の実施形態である、吸音体２の振動部２５側を部屋の床側に向けて床と振動部２５との間に空間Ｓを設けた場合（４）は、前記（３）場合と同等以上の吸音力を示し、更に低音域（１２５Ｈｚ）の吸音力も若干増加する。
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振動部２５が振動し、音波のエネルギーが振動により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Ｓ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、振動部２５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。

以上より、振動部２５側を部屋１の床側に向けて床との間に空間Ｓを設けた（４）の場合は、吸音体２の底面側を部屋の床側に向けて床との間に空間Ｓを設けた（３）の場合と比較して、同等以上の吸音特性を示しており、吸音体２の振動部２５側を壁面１０に対向させ、吸音体２と壁面１０との間に空間Ｓを設けるという本発明の吸音構造が、効率良く吸音を行うことが分かる。
また、本実施形態（（４）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）は吸音面として直接機能しておらず、平面形状となっているため、意匠上、様々な加工を吸音体２の吸音特性に影響を与えることなく施すことが可能となっているおり、ユーザの好みに合わせて室内を最適にデザインすることができる。

［他の具体例］
前記具体例では、本実施形態による吸音構造を部屋に用いた場合を示したが、本発明はこれに限らず、車両に用いてもよい。以下、車両の各部に本発明による吸音構造を採用した場合を示す。

図７は、本発明による吸音構造が採用される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、４枚のドア１９０、トランクドア１０３が開閉可能に取り付けられる。

図８は、車両１００の構成を模式的に示す図である。車両１００は、フロア１２０と、このフロア１２０から上側に延びる一対のフロントピラー１３０・センタピラー１４０・リアピラー１５０と、ピラー１３０，１４０，１５０によって支えられるルーフ１６０と、車室１０４とエンジン室１０５とを仕切るエンジン仕切板１７０（ダッシュパネル）と、車室１０４と荷室１０６とに分けるリアパッケージトレイ１８０と、を具備する。

そして、この具体例では、前述した吸音構造を、ルーフ１６０、ピラー１３０，１４０，１５０、リアパッケージトレイ１８０、エンジン仕切板１７０に設けられたインストルメントパネル１７１、ドア１９０およびフロア１２０に設けている。

［他の具体例ａ］
まず、吸音構造を、ルーフ１６０に設ける場合について説明する。
図９は、図８中のａ部において、車両１００の幅方向から見た断面図であり、図１０は、車室１０４側からルーフ１６０側への吸音体２の配置を模式的に示した図（天井伏図）である。このルーフ１６０は、車両１００の基台となるシャーシの一部をなすルーフアウタパネル１６１と、このルーフアウタパネル１６１にクリップ止め等（図示せず）によって取り付けられ、例えばポリプロピレン樹脂によって形成されるルーフインナパネル１６２と、を具備する。ルーフインナパネル１６２の車室１０４側には音圧を透過する布材によって形成された表面材１６３が設けられる。

吸音体２は、振動部２５がルーフアウタパネル１６１（室境界）との間に空間Ｓが形成されるように、筐体２０がルーフインナパネル１６２に取り付けられる。ルーフインナパネル１６２には、パネル１６１，１６２間と車室１０４とを連通させる矩形状の連通孔１６４が複数個穿設される。
このように、吸音構造を備えたルーフ１６０にあっては、車室１０４側で発生する音は、各連通孔１６４を介して、ルーフアウタパネル１６１とルーフインナパネル１６２と間に入り込み、さらに振動部２５とルーフアウタパネル１６１との間の空間Ｓに入り込む。そして、吸音体２は、具体例で述べた如く、空間Ｓの音圧と、吸音体２の空気層２６内の圧力との差により振動部２５が振動し、空間Ｓに入り込んだ音波のエネルギーは、この振動により消費されて音が吸音される。

なお、吸音体２は、図１０に示すように、ルーフ１６０の全面に対して配置してもよいし、車室１０４側の音がルーフ１６０に伝わる周囲、或いは中央部に散らばらせて配置してもよい。さらに、音圧が高い部位に選択的に配置してもよい。

［他の具体例ｂ］
次に、吸音構造を、リアピラー１５０に設ける場合について説明する。
図１１は、図８中のｂ部において、吸音体２を取り付けた状態を示すリアピラー１５０の断面図である。リアピラー１５０は、シャーシの一部をなすリアピラーアウタパネル１５１と、このリアピラーアウタパネル１５１にピン１５２Ａによって取り付けられるリアピラーインナパネル１５２と、を具備する。リアピラーアウタパネル１５１の一端にはリアガラス１０７が、他端にはドアガラス１０８が、それぞれシール部材（図示せず）を介して固定される。さらに、リアピラーインナパネル１５２の車室１０４側には音圧を透過する布材によって形成された表面材１５３が設けられる。

吸音体２は、振動部２５がリアピラーアウタパネル１５１（室境界）との間に空間Ｓが形成されるように、筐体２０がリアピラーインナパネル１５２に取り付けられる。リアピラーインナパネル１５２には、パネル１５１，１５２間と車室１０４とを連通させる連通孔１５４が複数個穿設される。

このように、吸音構造を備えたリアピラー１５０にあっては、車室１０４側で発生する音は、各連通孔１５４を介して、リアピラーアウタパネル１５１とリアピラーインナパネル１５２と間に入り込み、さらに振動部２５とリアピラーアウタパネル１５１との間の空間Ｓに入り込む。そして、吸音体２は、空間Ｓの音圧と、吸音体２の空気層２６内の圧力との差により振動部２５が振動し、空間Ｓに入り込んだ音波のエネルギーは、この振動により消費されて音が吸音される。

［他の具体例ｃ］
次に、吸音構造を、リアパッケージトレイ１８０に設ける場合について説明する。
図１２は、図８中のｃ部において、吸音体２を取り付けた状態を示すリアパッケージトレイ１８０周囲の断面図である。リアパッケージトレイ１８０は、シャーシの一部をなすトランク仕切板１８１と、このトランク仕切板１８１に取り付けられるリアパケインナーパネル１８２と、を具備する。トランク仕切板１８１の一端にはリアガラス１０７が、他端にはリアシート１０９が、それぞれ固定される。さらに、リアパケインナーパネル１８２の車室１０４側には音圧を透過する布材によって形成された表面材１８３が設けられる。

吸音体２は、振動部２５がトランク仕切板１８１（室境界）との間に空間Ｓが形成されるように、筐体２０がリアパケインナーパネル１８２に取り付けられる。リアパケインナーパネル１８２には、トランク仕切板１８１，リアパケインナーパネル１８２間と車室１０４とを連通させる連通孔１８４が複数個穿設される。

このように、吸音構造を備えたリアパッケージトレイ１８０にあっては、車室１０４側で発生する音は、各連通孔１８４を介して、トランク仕切板１８１とリアパケインナーパネル１８２との間に入り込み、さらに振動部２５とトランク仕切板１８１との間の空間Ｓに入り込む。そして、吸音体２は、空間Ｓの音圧と、吸音体２の空気層２６内の圧力との差により振動部２５が振動し、空間Ｓに入り込んだ音波のエネルギーは、この振動により消費されて音が吸音される。

［他の具体例ｄ］
次に、吸音構造を、インストルメントパネル１７１に設ける場合について説明する。
図１３は、図８中のｄ部において、吸音体２を取り付けた状態を示すインストルメントパネル１７１周囲の断面図である。インストルメントパネル１７１は、シャーシの一部をなすエンジン仕切板１７０と、このエンジン仕切板１７０に取り付けられるインストルメントパネル１７１と、を具備する。エンジン仕切板１７０にはフロントピラー１３０と共にフロントガラス１１０が固定される。また、エンジン仕切板１７０にはインストルメントパネル１７１との間に隙間を形成するための反射板１７０Ａが延在される。

吸音体２は、振動部２５がエンジン仕切板１７０（室境界）の反射板１７０Ａとの間に空間Ｓが形成されるように、筐体２０がインストルメントパネル１７１に取り付けられる。インストルメントパネル１７１には、インストルメントパネル１７１，反射板１７０Ａ間と車室１０４とを連通させる連通孔１７２が複数個穿設される。

このように、吸音構造を備えたインストルメントパネル１７１にあっては、車室１０４側で発生する音は、各連通孔１７２を介して、反射板１７０Ａとインストルメントパネル１７１との間に入り込み、さらに振動部２５と反射板１７０Ａとの間の空間Ｓに入り込む。そして、吸音体２は、空間Ｓの音圧と、吸音体２の空気層２６内の圧力との差により振動部２５が振動し、空間Ｓに入り込んだ音波のエネルギーは、この振動により消費されて音が吸音される。

［他の具体例ｅ］
次に、吸音構造を、ドア１９０に設ける場合について説明する。
図１４は、図８中のｅ部において、吸音体２を取り付けた状態を示すドア１９０周囲の断面図である。ドア１９０は、ドアアウタパネル１９１と、このドアアウタパネル１９１に取り付けられるドアインナパネル１９２と、を具備する。ドアアウタパネル１９１の一端にはドアガラス１９３がドア１９０に対して伸縮可能に設けられる。さらに、ドアインナパネル１９２の車室１０４側には音圧を透過する布材によって形成された表面材１９４が設けられる。また、ドアアウタパネル１９１は、開窓時にドアガラス１９３を収容する収容部を形成するガラス収容壁１９１Ａを有する。

吸音体２は、振動部２５がドアアウタパネル１９１のガラス収容壁１９１Ａ（室境界）との間に空間Ｓが形成されるように、筐体２０がドアインナパネル１９２に取り付けられる。ドアインナパネル１９２には、ドアインナパネル１９２，ガラス収容壁１９１Ａ間と車室１０４とを連通させる連通孔１９５が複数個穿設される。

このように、吸音構造を備えたドア１９０にあっては、車室１０４側で発生する音は、各連通孔１９５を介して、ガラス収容壁１９１Ａとドアインナパネル１９２との間に入り込み、さらに振動部２５とガラス収容壁１９１Ａとの間の空間Ｓに入り込む。そして、吸音体２は、空間Ｓの音圧と、吸音体２の空気層２６内の圧力との差により振動部２５が振動し、空間Ｓに入り込んだ音波のエネルギーは、この振動により消費されて音が吸音される。

［他の具体例ｆ］
次に、吸音構造を、フロア１２０に設ける場合について説明する。
図１５は、図８中のｆ部において、吸音体２を取り付けた状態を示すフロア１２０の断面図である。フロア１２０は、シャーシの一部をなすフロアアウタパネル１２１と、このフロアアウタパネル１２１との間に隙間を介して設けられたフロアインナパネル１２２と、前記フロアアウタパネル１２１に貼着されたフェルト材１２３と、フロアインナパネル１２２の車室１０４側に貼着され、音圧透過性を有するカーペット１２４とによって構成されている。

吸音体２は、振動部２５がフロアアウタパネル１２１（室境界）との間に空間Ｓが形成されるように、筐体２０がフロアインナパネル１２２に取り付けられる。フロアインナパネル１２２には、フロアアウタパネル１２１，フロアインナパネル１２２間と車室１０４とを連通させる連通孔１２５が複数個穿設される。

このように、吸音構造を備えたフロア１２０にあっては、車室１０４側で発生する音は、各連通孔１２５を介して、フロアアウタパネル１２１とフロアインナパネル１２２との間に入り込み、さらに振動部２５とフロアアウタパネル１２１との間の空間Ｓに入り込む。そして、吸音体２は、空間Ｓの音圧と、吸音体２の空気層２６内の圧力との差により振動部２５が振動し、空間Ｓに入り込んだ音波のエネルギーは、この振動により消費されて音が吸音される。

［他の具体例における作用・効果］
以上のように、本実施形態による吸音構造を車両１００に採用することにより、比較的低い周波数の音（特定の音響モードの音）を吸音して、エンジンノイズ、ロードノイズ、風切り音等の騒音を低減することができる。

特に、本吸音構造は、吸音体２の振動部２５を車室１０４に対して裏向きに配置しているから、振動部２５に直射日光や空気が直接作用するのを軽減でき、材料選択に対して耐候基準が緩和される。この結果、振動部２５の材料の選択肢が増えるだけでなく、耐候を高めるための添加剤等を付加せずに済むため、コスト低減や環境負荷の低減も図ることができる。
さらに、意匠的な要求がなくなるため、筐体２０の底面部材２１等を使用して意匠的・機械的な追加が可能となる。
さらにまた、吸音体２の振動部２５を車室１０４に対して表向きに配置した場合には、振動部２５に対して乗員から外力が加わって当該振動部２５を破損する可能性があったが、その危険性も回避でき、耐久性も高めることができる。

［他の具体例における変形例］
前記他の具体例では、吸音体２を振動部２５が対向する面（室境界）との間に空間Ｓを形成するように、前記面の反対側に位置する面に筐体２０の底面部材２１が固定されるようにしたが、本発明はこれに限らず、一の具体例に述べたように、固定部材３で底面部材２１を固定して振動部２５が対向する面（室境界）との間に空間Ｓを形成するようにしてもよい。

［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。

［変形例１］
本発明においては、図１６に示したように、吸音体２において振動部２５と反対側の面に、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、中高音域の音を多孔質層２７で吸音することができる（上記（５）の場合に相当する）。

［変形例２］
また、本発明においては、図１７に示したように、筐体２０の外面（すなわち、振動部２５が対向する音場の室境界側の面とは異なる面であって、音場内の音源から音が直接入射される筐体２０の底面部材２１側の面）となる底面部材２１の形状を、凹凸形状としてもよい。この構成によれば、中高音域の音を凹凸形状により拡散することができる。
また、本発明においては、筐体２０の形状を、図１８に示したように曲面形状としてもよい。また、筐体２０の形状を曲面形状とする際には、この曲面形状に凹凸形状を作り込んでもよい。また、図１７，１８の構成、および図１８の曲面形状に凹凸形状を作り込んだ構成においても、その表面に多孔質層２７を設けるようにしてもよい。

［変形例３］
また、本発明においては、吸音体２の形状は直方体となっているが、円柱形状や多角柱の形状など他の形状であってもよい。

［変形例４］
また、本発明においては、図１６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。

［変形例５］
本発明においては、図１９に示したように、複数の吸音体２を、それぞれ所定の間隔を設けて壁、天井、床などに配置してもよい。前記間隔は、吸音の対象とする周波数帯域に応じて設定する。具体的には、吸音の対象とする周波数帯域を低い帯域まで設定する場合には、前記間隔を大きく設定し、吸音の対象とする周波数帯域を高い帯域に設定する場合には、前記間隔を小さく設定して、前記複数の吸音体２と部屋の壁面（境界面）との間の空間に回りこむ音の周波数帯域を制御する。これにより、吸音体の背後で吸音される周波数帯域を、壁面１０と振動部２５との間の空間Ｓの厚さとは別に独立して、任意に制御できる。

［変形例６］
また、本発明においては、吸音体２を部屋の壁、床（室境界）、天井（室境界）に固定する方法は、上述した面ファスナーによる方法に限定されるものではなく、柱状のスペーサと接着材により、壁面（または天井、床）に固定するようにしてもよい。

［変形例７］
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（つまり、吸音体２の底面部材２１側の面）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。

［変形例８］
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、振動部２５と壁面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２０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２０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、振動部２５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。
前記距離は、吸音の対象とする周波数帯域に応じて設定することが可能となる。具体的には、吸音の対象とする周波数帯域を低い帯域まで設定する場合には、前記距離を大きく設定し、吸音の対象とする周波数帯域を高い帯域に設定する場合には、前記距離を小さく設定して、吸音体２と部屋の壁面（境界面）との間の空間に回りこむ音の帯域を制御する。これにより、前記吸音体２で吸音される周波数帯域を、任意に制御できる。更に、変形例５を併用して吸音体２を複数とし、吸音体２のそれぞれの所定の間隔を前記距離とは別に任意に設けて配置することで、より詳細で最適な吸音特性を実現することができる。

なお、上述した、壁面１０と振動部２５との距離を調整する構成は、一例であり、壁面１０と振動部２５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。
また、本発明においては、対向する振動部２５と壁面１０とは平行ではなく、壁面１０に対して振動部２５が傾斜した状態で壁面１０に固定されるようにしてもよい。

［変形例９］
前述した実施形態では、吸音体２の構成を、矩形状の筐体２０と、筐体２０の開口部を閉塞する振動部２５と、筐体２０内に画成される空気層２６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、振動部２５に対して振動条件を変更するための集中質量を、振動部２５の中央部に設けることが望ましい。

吸音体２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、振動部２５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２１は、空気層２６の縦と横の大きさが１００ｍｍ×１００ｍｍで厚さが１０ｍｍの筐体２０に振動部２５（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吸音体２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、上記吸音体２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／ｍ²]、（２）７９９[ｇ／ｍ²]、（３）１１９９[ｇ／ｍ²]、（４）１５９８[ｇ／ｍ²]、（５）２２９７[ｇ／ｍ²]とし、周縁部材の面密度を７９９[ｇ／ｍ²]とし、振動部２５の平均密度を、（１）７８３[ｇ／ｍ²]、（２）７９９[ｇ／ｍ²]、（３）８１５[ｇ／ｍ²]、（４）８３１[ｇ／ｍ²]、（５）８６３[ｇ／ｍ²]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、振動部２５のマスと空気層２６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。吸音体２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、振動部２５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、振動部２５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。吸音体２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、振動部２５の弾性振動を支配する運動方程式で決定され、振動部２５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。

上述した吸音体２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、振動部２５を吸音体２全体と同じ素材で板状に形成し、吸音体２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、吸音体２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、吸音体２の空気層２６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。

［変形例１０］
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模式図である。図１のII−II方向から見た縦断面図である。固定部材３の分解図である。一の具体例による吸音体２を部屋に配置した時の残響時間の測定結果である。一の具体例による吸音体２を部屋に配置した時の平均吸音率の測定結果である。一の具体例による吸音体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。本発明による吸音構造が用いられる他の具体例を示す４ドアセダン形の車両を示す斜視図である。他の具体例による車両を模式的に示す図である。図８中のａ部を示す断面図である。図９に示す吸音体２の配置を示す平面図である。図８中のｂ部を示す断面図である。図８中のｃ部を示す断面図である。図８中のｄ部を示す断面図である。図８中のｅ部を示す断面図である。図８中のｆ部を示す断面図である。本発明の変形例に係る吸音体の断面図である。本発明の変形例に係る吸音体の断面図である。本発明の変形例に係る吸音体の断面図である。吸音体２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。変形例９によるシミュレート結果を示した図である。

符号の説明

１・・・部屋、２・・・吸音体、３・・・固定部材、１０・・・壁面、２０・・・筐体、２１・・・底面部材、２２・・・側壁部材、２５・・・振動部、２６・・・空気層、２７・・・多孔室層、３１・・・柱状部材、３２・・・面ファスナー、３２Ａ・・・鉤部、３２Ｂ・・・パイル部、Ｓ・・・空間。

Claims

開口部を有する筐体と、前記開口部に設けられ、前記筐体内に空気層を画成する板状または膜状の振動部と、を備えた吸音体を有し、
音場の室境界に対して前記振動部が対向するように前記吸音体が配置され、前記振動部と前記室境界との間に形成された空間が前記音場とつながっている
ことを特徴とする吸音構造。
前記筐体の前記振動部以外の面のうち、少なくとも前記音場からの音が直接入射される面は、凹凸形状となる
ことを特徴とする請求項１に記載の吸音構造。
前記筐体の前記振動部以外の面のうち、少なくとも前記音場からの音が直接入射される面は、曲面形状となる
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の吸音構造。
前記筐体の前記振動部以外の面のうち、少なくとも前記音場からの音が直接入射される面には、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乃至請求項３のいずれかに記載の吸音構造。
前記吸音体が複数配置されており、各吸音体が所定の間隔を離して設けられている
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の吸音構造。
前記複数の吸音体において室境界と対向している面と反対側に位置する前記筐体の面が音の透過性と流通抵抗を有する部材で覆われている
ことを特徴とする請求項５に記載の吸音構造。
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６のいずれかに記載の吸音構造。
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の吸音構造を有する音響室。