JP2010097148A - Sound absorbing structure, sound absorbing structure group and acoustic room - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、吸音する技術に関する。 The present invention relates to a technique for absorbing sound.
板振動又は膜振動をする吸音構造が知られている。かかる吸音構造のことを、以下では「板・膜振動吸音構造」という。また、吸音効率の向上を目的に、気体粒子の運動に対して抵抗となる抵抗材(多孔質材、グラスウール等)を、吸音する構造体の内部や開口部に付設する技術も知られている(例えば、特許文献1又は2参照)。すなわち、板・膜振動吸音構造の振動体に対向する気体層の領域にかかる抵抗材を付加すれば、吸音効率の向上を期待できる場合がある。この場合、抵抗材の特性や分量を最適に設計すれば吸音効率が向上する。
しかし、板・膜振動吸音構造の内部にこの種の抵抗材を設けると、板振動又は膜振動を阻害することがある。なぜならば、板・膜振動吸音構造は、振動体を質量成分(マス)とし、気体層をバネ成分としたバネマス系を構成するものであるため、抵抗材を設けることで気体層を構成する気体が減少すると、気体層のバネとしての作用も減少する傾向を示すからである。この傾向は、特に、気体層の厚さが小さい場合に顕著となる。
そこで、本発明は、板・膜振動吸音構造において、本来の吸音作用を阻害することがより少ない吸音構造体を付加することにより、板・膜振動吸音構造の吸音効率の向上を図ることを目的とする。
However, when this type of resistance material is provided inside the plate / membrane vibration absorption structure, plate vibration or membrane vibration may be hindered. This is because the plate / membrane vibration absorption structure constitutes a spring mass system in which the vibrating body is a mass component (mass) and the gas layer is a spring component, so that the gas constituting the gas layer by providing a resistance material This is because, as the value decreases, the action of the gas layer as a spring also tends to decrease. This tendency is particularly remarkable when the thickness of the gas layer is small.
Therefore, the present invention aims to improve the sound absorption efficiency of the plate / membrane vibration absorbing structure by adding a sound absorbing structure that is less obstructive to the original sound absorbing action in the plate / membrane vibration absorbing structure. And
本発明に係る吸音構造は、板状又は膜状の振動体と、前記振動体に塞がれる開口部において当該振動体を支持し、当該振動体に対向して気体バネをなす気体層を吸音時に形成する支持体と、開口端を有する開管又は閉管であり、当該開口端が前記気体層に面する管構造とを備えることを特徴とする。
本発明に係る吸音構造は、前記管構造の内部が、吸音対象の音に応じた波長の定在波の生じる長さであってもよい。
本発明に係る吸音構造は、前記支持体が、前記気体層を囲む側面部を有し、前記側面部の少なくとも一部が前記管構造であってもよい。
本発明に係る吸音構造は、前記管構造が、気体粒子(例えば、空気分子)の運動に対する抵抗が他の領域より大である抵抗領域を前記定在波の粒子速度の腹が生じる位置に有する構成であってもよい。
本発明に係る吸音構造は、前記管構造が、気体粒子の運動を妨げる抵抗材を前記抵抗領域に有し、前記抵抗領域でない領域に前記抵抗材を有しない構成であってもよい。
本発明に係る吸音構造群は、上述した吸音構造を複数組み合わせて備えることを特徴とする。なお、かかる構成において、吸音構造の組み合わせは、同種の吸音構造を組み合わせるものであってもよいし、異種の吸音構造を組み合わせるものであってもよい。
本発明に係る吸音構造群は、複数の前記吸音構造の気体層の厚さ又は容積及び開管又は閉管の長さの少なくともいずれかが互いに同一でない構成であってもよい。
本発明に係る音響室は、上述した吸音構造又は吸音構造群を備えることを特徴とする。
The sound absorbing structure according to the present invention is configured to absorb sound from a plate-like or film-like vibrating body and a gas layer that supports the vibrating body in an opening covered by the vibrating body and forms a gas spring facing the vibrating body. It is characterized by comprising a support body sometimes formed and an open or closed tube having an open end, the open end facing a tube structure facing the gas layer.
In the sound absorbing structure according to the present invention, the tube structure may have a length in which a standing wave having a wavelength corresponding to the sound to be absorbed is generated.
In the sound absorbing structure according to the present invention, the support may have a side surface surrounding the gas layer, and at least a part of the side surface may be the tube structure.
In the sound absorbing structure according to the present invention, the tube structure has a resistance region where resistance to movement of gas particles (for example, air molecules) is larger than other regions at a position where the antinode of the particle velocity of the standing wave is generated. It may be a configuration.
The sound absorbing structure according to the present invention may be configured such that the tube structure has a resistance material that prevents movement of gas particles in the resistance region and does not have the resistance material in a region that is not the resistance region.
The sound absorbing structure group according to the present invention includes a combination of a plurality of the sound absorbing structures described above. In this configuration, the sound absorbing structure may be combined with the same type of sound absorbing structure or may be combined with different types of sound absorbing structures.
The sound absorbing structure group according to the present invention may be configured such that at least one of the thickness or volume of the gas layers of the plurality of sound absorbing structures and the length of the open tube or the closed tube is not the same.
The acoustic chamber according to the present invention includes the above-described sound absorbing structure or sound absorbing structure group.
本発明によれば、板・膜振動吸音構造において、本来の吸音作用を阻害することがより少ない吸音構造体を付加することにより、板・膜振動吸音構造の吸音効率の向上させることが可能となる。 According to the present invention, it is possible to improve the sound absorption efficiency of the plate / membrane vibration absorption structure by adding a sound absorption structure with less obstruction to the original sound absorption effect in the plate / membrane vibration absorption structure. Become.
[第1実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態である吸音構造の構成を示す図である。この吸音構造10は、直方体状の外観を有する板・膜振動吸音構造であり、筐体11と振動体12とを備える。筐体11は、吸音構造10の側面及び底面を構成し、その内部は中空に形成されている。筐体11は、例えば、ABS樹脂等の合成樹脂により形成されているが、振動体12を支持可能な強度を有するものであれば、金属など他の材料であってもよい。振動体12は、吸音構造10の上面を構成する。なお、ここでいう「上面」は、面の方向を便宜的に表したものであって、吸音構造10が配置されるときに上方向を向くことを表したものではない。吸音構造10は、その配置に際しては、必要に応じてどのような向きで配置されてもよい。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a sound absorbing structure according to the first embodiment of the present invention. The
図2は、筐体11を上面側から示す図であり、図3は、筐体11及び振動体12を図2中のA−A線で切断した場合の断面図である。これらの図に示すように、筐体11は、その上面側に開口部を有するとともに、側面部111と、底面部112と、管状部材113及び114とを備える。側面部111は、吸音構造10の側面を構成する部材であり、その上面側の端部において振動体12を支持する。側面部111は、本発明に係る支持体の一例に相当する。本実施形態において、側面部111の高さ(上面側端部から下面側端部までの距離)は、吸音構造10の内部に形成される気体層の厚さと同等である。底面部112は、吸音構造10の底面を構成する部材であり、その形状は振動体12の形状と一致する。管状部材113及び114は、その延びる方向(以下、「長さ方向」という。)が振動体12のなす平面と平行になるように配置され、かつ、その切断面(すなわち開口端)のなす平面が振動体12のなす平面と交差するように配置される。また、管状部材113及び114は、好ましくは、底面部112には接し、振動体12には接しないように配置される。このような配置とすれば、気体層の厚さを確保することが容易となる。
2 is a view showing the
管状部材113及び114は、所定の長さを有する中空で筒状の部材であり、それぞれが本発明に係る管構造の一例に相当する。管状部材113は、両端が開口しており、いわゆる開管である。これに対し、管状部材114は、その一方の開口端が側面部111により塞がれており、いわゆる閉管である。すなわち、管状部材113及び114は、その開口端が気体層に面し、気体層と気体の流通が可能であるように構成されている。なお、管状部材113及び114は、底面部112に接しており、これらの直径は、側面部111の高さより小さい。すなわち、管状部材113及び114は、振動体12と所定の間隔をもって離間している。また、気体層に充填される気体は、典型的には空気であり、本実施形態においても空気であるとするが、その他の気体であることを妨げない。気体層とは、図3においてハッチングで示した領域のことをいう。
The
なお、管状部材113及び114は、側面部111に接して配置されている必要はなく、例えば、底面部112の中央付近に配置されていてもよい。また、管状部材113及び114の開口端は、振動体12の固有振動モードに対応して配置される。具体的には、振動体12の振動振幅(又は振動速度)が最も大きい場所に管状部材113及び114の開口端が配置される。例えば、振動体12が1次モード(基準振動モード)で振動する場合には、振動体12の略中央部の領域に管状部材113及び114の開口端が配置されるように、管状部材113及び114が筐体11内に配置される。このようにすることで、振動体12の振動と同じ周波数の共振が、管状部材113及び114でも容易に励起される。
The
管状部材113及び114の長さ(両端間の距離)は、それぞれ、吸音対象とする音に応じて決められる。具体的には、開管である管状部材113の長さをL1、閉管である管状部材114の長さをL2とし、吸音対象とする音に応じた定在波の波長をλとすると、L1及びL2は、以下の式(1.1)及び式(1.2)を満たす。ただし、式(1.1)及び式(1.2)において、nは、1以上の整数である。
なお、管状部材113及び114の実際の長さは、開口端補正の値を考慮して決める必要があるが、式(1.1)及び式(1.2)においては省略している。開口端補正の値は、管状部材113及び114の形状に応じて定まるものである。
また、筐体11は、側面部111、底面部112、管状部材113及び114が一体成形されたものであってもよいし、これらの各部が独立した部材であり、互いに接着等により固定されたものであってもよい。
Note that the actual lengths of the
Further, the
振動体12は、板状又は膜状の部材であり、側面部111により支持されて筐体11の上面の開口部を塞ぎ、筐体11の内部の気体層を外部の気体と隔てる。振動体12は、板状又は膜状の部材であるが、その厚さは特に問わない。振動体12は、例えば、合成樹脂により形成されているが、筐体11に支持されて振動する程度の弾性を有するものであれば、紙、金属、繊維など他の材料であってもよい。振動体12は、接着剤や釘などにより筐体11に取り付けられている。
The vibrating
本実施形態の吸音構造10の構成は、以上のとおりである。この構成において、吸音構造10は、板・膜振動吸音構造として機能する。吸音構造10において、筐体11内部の気体層は、いわゆる気体バネ(空気バネ)として機能する。具体的には、吸音構造10にある音波が入射した場合に、振動体12が振動するとともに、振動体12の振動により気体層にも音波が入射して、気体層内の音響エネルギーが増加する。この音響エネルギーは、振動体12の振動と、気体層の気体バネとしての作用と、振動体12と気体層などの内部抵抗による振動を減衰させる作用とにより減衰し、やがて消散する。すなわち、吸音構造10は、振動体12を質量成分(マス)とし、気体層をバネ成分としたバネマス系を形成する。
The configuration of the
本実施形態の吸音構造10の各部は、以下の条件により設定される。
一般に、板状又は膜状の振動体と気体層とにより音を吸収する板・膜振動吸音構造において、吸音する周波数は、振動体の質量成分と気体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。ここで、気体層の気体の密度を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)、気体層の厚さをL(m)とすると、バネマス系の共振周波数は以下の式(2.1)で表される。
In general, in a plate / membrane vibration absorbing structure that absorbs sound by a plate-like or membrane-like vibrating body and a gas layer, the sound absorbing frequency is the resonance frequency of the spring mass system due to the mass component of the vibrating body and the spring component of the gas layer. Set by Here, the density of the gas in the gas layer is ρ 0 (kg / m 3 ), the speed of sound is c 0 (m / s), the density of the vibrator is ρ (kg / m 3 ), and the thickness of the vibrator is t ( m) When the thickness of the gas layer is L (m), the resonance frequency of the spring mass system is expressed by the following formula (2.1).
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、長方形である振動体の対向する二辺の長さをa(m)、当該二辺と直交する二辺の長さをb(m)、振動体のヤング率をE(Pa)、振動体のポアソン比をσ、モード次数をp及びq(正の整数)とすると、以下の式(2.2)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が行われている(周辺支持の場合)。
本実施形態においては、160〜315Hzバンド(1/3オクターブ中心周波数)を吸音するように、例えば、式(2.2)に基づいて以下のようにパラメータが設定される。
気体の密度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)
気体層の厚さ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
In the present embodiment, parameters are set as follows based on, for example, the equation (2.2) so as to absorb the 160 to 315 Hz band (1/3 octave center frequency).
Gas density ρ 0 : 1.225 (kg / m 3 )
Speed of sound c 0 : 340 (m / s)
Density of vibrating body ρ: 940 (kg / m 3 )
Thickness t of vibration body: 0.0017 (m)
Gas layer thickness L: 0.03 (m)
Case length a: 0.1 (m)
Case length b: 0.1 (m)
Young's modulus E of vibrator: 1.0 (GPa)
Poisson's ratio σ: 0.4
Mode order: p = q = 1
一方、式(2.2)においては、バネマス系の項(右辺第1項、すなわち式(2.1)の右辺)と屈曲系の項(右辺第2項)とが加算される。このため、式(2.2)により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。このような吸音構造においては、バネマス系による共振周波数と、板又は膜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、低音域で高い吸音効果を奏する吸音構造が確立されていないのが実情である。 On the other hand, in the equation (2.2), the term of the spring mass system (the first term on the right side, that is, the right side of the equation (2.1)) and the term of the bending system (the second term on the right side) are added. For this reason, the resonance frequency obtained by the equation (2.2) is higher than the resonance frequency of the spring mass system, and it may be difficult to set the peak frequency of sound absorption low. In such a sound absorbing structure, the relationship between the resonance frequency due to the spring mass system and the resonance frequency of the bending system due to the elastic vibration due to the elasticity of the plate or film has not been sufficiently elucidated, and has a high sound absorption effect in the low frequency range. The fact is that no sound absorption structure has been established.
本発明の発明者らは、屈曲系の基本振動周波数の値をfa(式(2.2)の右辺第2項)、バネマス系の共振周波数の値をfb(式(2.2)の右辺第1項)とした場合に、以下の式(2.3)の関係を満足するように上記パラメータを設定すれば、高い吸音効果が得られるという知見を得た。これにより、屈曲系の基本振動が背後の気体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(屈曲系共振周波数fa<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式(2.4)に設定する場合、ピーク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という知見が得られた。
また、吸音構造10は、板・膜振動吸音構造として機能すると同時に、管状部材113及び114が共鳴管として機能する。管状部材113及び114は、所定の波長の定在波を生じさせることによって音響エネルギーを熱エネルギーに変換し、気体層の音響エネルギーを減少させる。すなわち、管状部材113及び114は、気体層の音響エネルギーを吸収してその消散を促進し、吸音構造10の吸音効率を向上させる。
Further, the
また、吸音構造10は、板・膜振動吸音構造として機能すると同時に、管状部材113及び114が共鳴管として機能する。管状部材113及び114は、所定の波長の定在波を生じさせることによって音響エネルギーを熱エネルギーに変換し、気体層の音響エネルギーを減少させる。さらに、管状部材113及び114は、その長さ方向が振動体12のなす平面に平行になるように、すなわち気体層の厚さ方向に交差しないように配置されるため、気体層に十分な厚さが確保できない場合であっても、管状部材113及び114の長さを確保することが容易である。したがって、管状部材113及び114は、式(1)または式(2)に基づいて低い共鳴周波数を有する共鳴管とすることができる。
Further, the
以上より、管状部材113及び114は、気体層の音響エネルギーを吸収してその消散を促進し、吸音構造10の吸音効率を向上させる。さらに、管状部材113及び114は、吸音構造10の気体層の厚さが小さい場合においても、低い周波数に吸音率のピークを設定し、より低音域での吸音効率を向上させることを可能にする。
As described above, the
本実施形態において、管状部材113及び114は、その内部が中空であり、気体層の気体が存在し得る。よって、管状部材113及び114は、その厚さが薄くなるように構成すれば、気体層全体の体積に占める当該部材自体の割合を小さくすることが可能であり、例えば、同体積の抵抗材(多孔質材、グラスウール等)を設ける場合に比べ、本来の板・膜振動吸音構造としての吸音作用に与える影響を少なくできることがある。また、管状部材113及び114は、振動体12に接触していないため、振動体12の振動を阻害することもない。
In the present embodiment, the
また、吸音構造10は、振動体12の共鳴周波数と共鳴管の共鳴周波数とをそれぞれ適切に設定することで、低い周波数域において必要な吸音率を実現できる。例えば、振動体12の共鳴周波数と共鳴管の共鳴周波数とを同一の共鳴周波数として、吸音構造10の吸音率のピークを大きくするように設定してもよいし、振動体12の共鳴周波数と共鳴管の共鳴周波数とを近似した異なる共鳴周波数として、吸音構造10の吸音率をより広い帯域で大きくするようにしてもよい。また、複数(3以上)の共鳴管を、その共鳴周波数が同一となるようにし、あるいは互いに異なるように構成し、さらにこれらを組み合わせることにより、吸音率のピーク値の増大と帯域の拡大とを適宜に設定することも可能である。
Further, the
[第2実施形態]
図4は、本発明の第2の実施形態である吸音構造の構成を示す図である。本実施形態の吸音構造20は、側面が管構造で構成されている点を特徴とするものである。吸音構造20は、筐体21及び振動体22により構成され、その外観は、第1実施形態の吸音構造10と同様である。また、吸音構造20を構成する材料も、吸音構造10のそれと同様である。なお、本実施形態において、第1実施形態と重複する事項(意味が共通の用語など)については、その説明を適宜省略する。
[Second Embodiment]
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a sound absorbing structure according to the second embodiment of the present invention. The
図5は、筐体21を上面側から示す図であり、図6は、筐体21及び振動体22を図5中のB−B線で切断した場合の断面図である。これらの図に示すように、筐体21は、外側面部(がいそくめんぶ)211と、内側面部(ないそくめんぶ)212と、底面部213とを備える。外側面部211は、吸音構造20の側面を構成する部材であり、吸音構造20の側面の四方を囲むように構成されている。内側面部212は、外側面部211がなす四辺のいずれかと平行になるように設けられた板状の部材であり、その一端が外側面部211と接し、他端が外側面部211と接しないように構成されている。なお、外側面部211及び内側面部212の高さは、吸音構造20の内部に形成される気体層の厚さと同等である。底面部213は、吸音構造20の底面を構成する部材であり、その形状は振動体12の形状と一致する。振動体22は、第1実施形態の振動体12と同様のものである。
FIG. 5 is a diagram showing the
図6に示すように、内側面部212は、その上面側において振動体22と接し、底面側において底面部213と接する。すなわち、外側面部211と内側面部212の間には、振動体22、外側面部211、内側面部212及び底面部213によって壁面が構成された角柱状の気柱が形成される。この気柱は、図5に示す開口部212aにおいて内側面部212の内側(吸音構造20の中心寄り)の気体層と気体の流通が可能である。すなわち、この気柱を覆うように設けられた吸音構造20の各部は、開口部212aの設けられた側を開口端とした閉管として機能する。この閉管は、本発明に係る管構造の一例に相当する。
As shown in FIG. 6, the inner side surface portion 212 is in contact with the vibrating
なお、内側面部212の長さ(高さ方向に対して垂直な方向の長さ)は、吸音対象とする音の波長に応じて適宜決められる。内側面部212の長さは、各辺について等しくしてもよいし、辺毎に異なるようにしてもよい。また、図7に示すような仕切部材214を移動可能に設け、気柱の長さを変えられるようにしてもよい。図7において、仕切部材214は、振動体22、外側面部211、内側面部212及び底面部213に接するように、すなわち気柱の断面と同じ形状になるように構成されている。
Note that the length of the inner side surface portion 212 (the length in the direction perpendicular to the height direction) is appropriately determined according to the wavelength of the sound to be absorbed. The length of the inner side surface portion 212 may be equal for each side or may be different for each side. Moreover, the
本実施形態の吸音構造20の構成は、以上のとおりである。この吸音構造20によれば、吸音構造20の気体層を囲む側面を共鳴管として機能させることが可能となる。
板・膜振動吸音構造においては、軽量化などの目的のために、振動体を支持する支持体を空洞にする場合がある。本実施形態は、かかる場合において、その空洞にされた支持体に気体流通部(すなわち開口部212a)を設けるだけで、空洞部分を共鳴管として機能させることを可能にするものである。つまり、本実施形態の吸音構造20は、これに開口部212aを設けないようにした場合や、その支持体を柱状の中空でない部材とした場合に比べて、吸音効率を向上させることが可能である。また、換言すれば、本実施形態の吸音構造20は、軽量化と吸音効率の向上とを両立させることが可能であるともいえる。
The configuration of the
In the plate / membrane vibration absorption structure, the support for supporting the vibrating body may be hollow for the purpose of reducing the weight. In this case, the present embodiment makes it possible to allow the hollow portion to function as a resonance tube only by providing a gas flow portion (that is, the opening portion 212a) in the hollow support. That is, the
[変形例]
本発明は、上述した実施形態と異なる形態での実施が可能である。以下に示す変形例は、本発明に適用可能な変形の一例である。なお、これらの変形例は、必要に応じて、各々を適宜に組み合わせて実施されてもよい。また、以下の説明においては、既に説明した構成と共通する構成については、その説明を適宜省略する。
[Modification]
The present invention can be implemented in a form different from the above-described embodiment. The following modifications are examples of modifications applicable to the present invention. In addition, these modifications may be implemented by appropriately combining each as required. Moreover, in the following description, the description of a configuration common to the configuration described above is omitted as appropriate.
(1)変形例1
本発明に係る吸音構造は、上述した吸音構造10(又は20)に代えて、その底面部112(又は213)を省略した構成としてもよい。例えば、吸音構造10(又は20)を所定の面(壁面など)に取り付ける場合であれば、その取り付ける面を底面部の代用とすることができるからである。本発明に係る吸音構造は、側面部111(又は外側面部211及び内側面部212)の底面側が取り付けるべき面に沿った形状にされていれば、取り付けられた後(すなわち吸音時)においては気体層を区画して外部と区別することが可能であり、支持体内部を気体バネとして機能させることが可能である。すなわち、本発明に係る支持体は、吸音時(設置時)において気体層を形成すれば足り、販売時等の非吸音時(非設置時)においては気体層が外部に対して開放され、気体の移動が妨げられないものであってもよい。
(1)
The sound absorbing structure according to the present invention may be configured such that the bottom surface portion 112 (or 213) is omitted instead of the sound absorbing structure 10 (or 20) described above. For example, if the sound absorbing structure 10 (or 20) is attached to a predetermined surface (wall surface or the like), the attachment surface can be used as a substitute for the bottom surface portion. In the sound absorbing structure according to the present invention, if the bottom surface side of the side surface portion 111 (or the outer
(2)変形例2
本発明に係る管構造の具体的な形状や構成は、上述したものに限らない。例えば、第1実施形態の構成においては、管構造を丸管(円管)ではなく角管にしてもよいし、開管又は閉管の一方のみを備えるようにしてもよい。あるいは、長さが異なる管構造を複数設け、吸音効率を向上させるようにしてもよい。また、第2実施形態の構成においては、両端を開口端にした開管の管構造としてもよいし、側面の一部を管構造でない構成としてもよい。
(2)
The specific shape and configuration of the tube structure according to the present invention are not limited to those described above. For example, in the configuration of the first embodiment, the tube structure may be a square tube instead of a round tube (circular tube), or only one of an open tube and a closed tube may be provided. Alternatively, a plurality of pipe structures having different lengths may be provided to improve sound absorption efficiency. In the configuration of the second embodiment, the tube structure may be an open tube with both ends being open ends, or a part of the side surface may not be a tube structure.
図8及び図9は、第2実施形態の構成、すなわち側面部を管構造とする構成の変形例を示す図である。図8は、側面部を複数の管構造ではなく単一の管構造にした場合の筐体の構成を示す図であり、図9は、複数の板・膜振動吸音構造を連結した場合の筐体の構成を示す図である。 8 and 9 are diagrams showing a modification of the configuration of the second embodiment, that is, the configuration in which the side surface portion has a tube structure. FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a case where the side surface portion is not a plurality of tube structures but a single tube structure, and FIG. 9 is a case where a plurality of plate / membrane vibration absorption structures are connected. It is a figure which shows the structure of a body.
図8において、筐体31は、外側面部311と内側面部312とを備え、内側面部312は、外側面部311の形状に沿って屈曲している。なお、外側面部311及び内側面部312は、図示せぬ振動体と底面部に接しており、その内部の空間は、屈曲した角柱状の気柱を形成する。ここにおいて、内側面部312は、開口部312aを形成する。このような構成とした場合、第2実施形態の構成よりも気柱の長さを増加させることが可能であり、より低い共鳴周波数に設定することができる。
In FIG. 8, the
図9において、筐体41は、外側面部411と内側面部412とを備える。なお、外側面部411及び内側面部412は、図示せぬ振動体と底面部に接している。内側面部412は、開口部412a、412b、412c及び412dを形成する。
図10は、外側面部411の内部の気体層の領域と気柱の領域とを分けて示す図である。内側面部412は、外側面部411内部の領域を領域a1、a2、a3、a4、b1、b2、b3の7つの領域に分割する。領域a1〜a4は、それぞれ、対向する振動体に対して気体バネとして機能する気体層を構成し、領域b1〜b3は、それぞれ、内側面部412、振動体及び底面部に囲まれた気柱を構成する。かかる筐体41を備える吸音構造は、領域a1〜a4を別個の気体層としてみたとき、4つの板・膜振動吸音構造を連結した吸音構造群とみなせる。
In FIG. 9, the
FIG. 10 is a diagram showing the gas layer region and the air column region inside the
領域b1は、開口部412aにおいて領域a1に対して開口している。また、領域b3は、開口部412cにおいて領域a3に対して開口している。よって、領域b1及びb3は、閉管の気柱として機能し、通じている気体層の音響エネルギーを吸収することが可能である。また、領域b2は、開口部412bにおいて領域a2に対して開口するとともに、開口部412dにおいて領域a4に対して開口している。よって、領域b2は、開管の気柱として機能し、通じている気体層の音響エネルギーを吸収することが可能である。ここにおいて、気体層たる領域a2と領域a4とは、開管の気柱たる領域b2を介して連結されるように構成されている。
The region b 1 is open to the region a 1 at the
この場合、領域b2は開管となるため、開口部412bと412dにおける振動の位相関係には、逆相の場合(λ/2の奇数倍で共鳴する場合:図12の(a)、(c)など)と同相の場合(λ/2の偶数倍で共鳴する場合:図12の(b)など)とがある。また、連結される領域a2とa4とにおける気体層の振動の位相関係(気体層内の圧力変動の位相関係)にも、逆相の場合と同相の場合とがある。したがって、複数の気体層が気柱を介して連結される場合において、複数の気体層の振動の位相関係と気柱の振動の位相関係とが所定の共鳴周波数において連成されるように構成すれば、より高い吸音率を発現することができる。具体的には、所定の共鳴周波数において、領域a2とa4とが同相で共振し、かつ、領域b2がその開口部412bと412dとにおいて同相で共振する(例えば2倍振動で共振する)ように、領域a2とa4とb2との寸法、形状等を設計すれば、領域a2とa4とb2とが連成して共振するため、より高い吸音率を発現することができる。また、領域a2とa4とが逆相で共振し、かつ領域b2がその開口部412bと412dとにおいて逆相で共振する(例えば基本振動で共振する)ように、領域a2とa4とb2との寸法、形状等を設計すれば、領域a2とa4と領域b2とが連成して共振するため、より高い吸音率を発現することができる。
In this case, since the region b 2 is an open tube, the phase relationship of vibrations in the
なお、領域a1〜a4は、これらが同体積となるように構成されていてもよいし、体積が相異なるように構成されていてもよい。これは、領域b1〜b3についても同様である。また、領域a1〜a4に対向する振動体を同一の部材としてもよいし、各々の厚さや材料を異ならせ、それぞれが吸音特性の異なる板・膜振動吸音構造となるようにしてもよい。 The regions a 1 to a 4 may be configured so that they have the same volume, or may be configured so that the volumes are different. The same applies to the regions b 1 to b 3 . In addition, the vibrating bodies facing the regions a 1 to a 4 may be the same member, or may have different thicknesses and materials so that each has a plate / membrane vibration absorption structure with different sound absorption characteristics. .
(3)変形例3
本発明に係る管構造は、例えば発泡材料などにより構成し、さらなる軽量化を図ってもよい。この場合において、開口端は、気体の流通が可能であれば足りる。
図11は、発泡材料により構成された管構造を示す図である。同図において、管構造50は、独立気泡部51と、連続気泡部52とを有する中空の部材である。独立気泡部51は、独立気泡構造であり、隣り合う気泡(セル)が互いに独立した構造を有する閉管である。連続気泡部52は、連続気泡構造であり、隣り合う気泡が互いに通じており、気体の流通が可能である。連続気泡部52は、独立気泡部51の開口端を塞ぐように設けられている。よって、管構造50は、連続気泡部52のみにおいて内部の中空領域と気体が流通可能に構成されている。すなわち、管構造50は、閉管である。
なお、本例に係る管構造は、連続気泡構造を図11と異なる位置に有していてもよく、また、連続気泡構造を複数設け、開管を構成してもよい。
(3)
The tube structure according to the present invention may be made of, for example, a foam material, and further weight reduction may be achieved. In this case, it is sufficient for the open end if gas can be circulated.
FIG. 11 is a diagram showing a tube structure made of a foam material. In the figure, a
In addition, the tube structure which concerns on this example may have an open cell structure in the position different from FIG. 11, and multiple open cell structures may be provided and an open tube may be comprised.
(4)変形例4
本発明に係る管構造は、その内部に抵抗領域を設けてもよい。ここにおいて、抵抗領域とは、他の領域に比して気体粒子の運動に対する抵抗が大である領域をいう。抵抗領域は、例えば、当該領域に気体粒子の運動を妨げる抵抗材を設けることで得られる。また、抵抗領域は、管構造の内壁の表面を粗くし、表面を気体粒子の運動に対して抵抗として作用させることでも得られる。抵抗領域は、管構造内部の一部であってもよいし、全部であってもよい。なお、抵抗領域を管構造内部の一部に設ける場合であれば、当該領域を定在波の粒子速度の腹が生じる位置に設けるのが望ましい。
(4)
The tube structure according to the present invention may be provided with a resistance region therein. Here, the resistance region refers to a region in which the resistance to the movement of gas particles is larger than that in other regions. The resistance region can be obtained, for example, by providing a resistance material that prevents the movement of gas particles in the region. The resistance region can also be obtained by roughening the surface of the inner wall of the tube structure and causing the surface to act as a resistance against the movement of gas particles. The resistance region may be a part or all of the inside of the tube structure. In the case where the resistance region is provided in a part of the inside of the tube structure, it is desirable to provide the region at a position where an antinode of the particle velocity of the standing wave is generated.
図12及び図13は、内部に抵抗領域を設けた管構造を示す断面図である。図12は、管構造が開管である場合の例であり、図13は、管構造が閉管である場合の例である。なお、これらの図において、二点鎖線は、管構造の内部で生じる定在波の粒子速度の振幅の分布を示している。図12(a)、(b)及び(c)は、それぞれ、基本振動、2倍振動、3倍振動の場合を示している。また、図13(a)、(b)及び(c)は、それぞれ、基本振動、3倍振動、5倍振動の場合を示している。 12 and 13 are cross-sectional views showing a tube structure in which a resistance region is provided inside. FIG. 12 shows an example when the tube structure is an open tube, and FIG. 13 shows an example when the tube structure is a closed tube. In these figures, the two-dot chain line indicates the distribution of the particle velocity amplitude of the standing wave generated inside the tube structure. FIGS. 12A, 12B, and 12C show the cases of fundamental vibration, double vibration, and triple vibration, respectively. FIGS. 13A, 13B, and 13C show cases of fundamental vibration, triple vibration, and five-fold vibration, respectively.
図12(a)において、管構造60は、抵抗材61を備えている。抵抗材61は、定在波の粒子速度の腹(すなわち音圧の節)が生じる位置とその近傍に設けられている。ここにおいて、粒子速度の腹が生じる位置とは、管構造60内部の気体粒子の振動する速さ(振動速度の振幅の絶対値)が極大となる位置をいう。開管においては、基本振動における粒子速度の腹の位置は両開口端の位置に相当する。なお、この場合において、粒子速度の腹の位置は、実際には開口端よりもわずかに外側にある(開口端補正)。ゆえに、抵抗材61は、開口端からはみ出すように設けられてもよい。
In FIG. 12A, the tube structure 60 includes a
一方、2倍振動や3倍振動においては、開口端の位置以外の位置にも粒子速度の腹が生じ、図12(b)及び(c)に示すように、その位置に抵抗材62又は63が設けられる。すなわち、開管において抵抗材が設けられる位置(開口端の位置を除く。)をd1とすると、位置d1は次の式(3.1)のように一般化することができる。なお、ここにおいて、位置d1は、管構造のいずれかの開口端からの距離を表す。また、式(3.1)において、mは、1以上の整数であり、λは、定在波の波長の値である。
ここにおいて、波長λは、上述した式(1.1)に示す関係を満たす。そのため、式(3.1)は、開管の長さ(一方の開口端から他方の開口端までの距離)をLTとすると、次の式(3.2)に置換することができる。ただし、d1<LT、すなわちn>mである。
また、閉管においても、同様に、定在波の速度の腹が生じる位置とその近傍に抵抗材が設けられている。具体的には、基本振動における速度の腹の位置は、開口端の位置に相当する。そのため、抵抗材71は、このような位置に設けられている。一方、2倍振動や3倍振動においては、抵抗材71に加え、図12(b)及び(c)に示す位置に抵抗材72又は73が設けられる。すなわち、閉管の長さ(閉端から開口端までの距離)をLとし、閉管において抵抗材が設けられる位置をd2とすると、位置d2は次の式(3.3)のように一般化することができる。なお、ここにおいて、位置d2は、管構造の閉端からの距離を表す。また、式(3.3)において、mは、1以上の整数であり、λは、定在波の波長の値である。
ここにおいて、波長λは、上述した式(1.2)に示す関係を満たす。そのため、式(3.3)は、次の式(3.4)に置換することができる。ただし、d2<LT、すなわちn>mである。
このように、抵抗材を必要な領域にのみ設けるようにすれば、これを管構造の内部全体に設ける場合に比べ、抵抗材の量を減らすことが可能である。
なお、抵抗領域は、実際には、有意な効果が認められる位置のみに設けられていればよい。すなわち、上述したmの値は、1以上の整数のすべてが対象となり得るものの、そのうちの適当なもののみが適宜選択されればよい。
As described above, if the resistance material is provided only in a necessary region, the amount of the resistance material can be reduced as compared with the case where the resistance material is provided in the entire inside of the tube structure.
Note that the resistance region may actually be provided only at a position where a significant effect is recognized. That is, the value of m described above can be any integer greater than or equal to 1, but only an appropriate one of them may be selected as appropriate.
(5)変形例5
本発明において、振動体は、その全体が一様な構成であってもよいし、その一部が他の部分と異なる質量を有する構成であってもよい。この構成において、当該一部は、他の部分と異なる密度を有するものであってもよいし、他の部分と同じ密度だが厚さが異なるものであってもよい。さらには、当該一部は、質量を付与するために他の部材を接着等により取り付けた構成であってもよい。なお、当該一部は、振動体の中央にあると望ましい。
(5)
In the present invention, the vibrator may have a uniform structure as a whole, or a part of the vibrator may have a mass different from that of the other parts. In this configuration, the part may have a density different from the other parts, or may have the same density as the other parts but a different thickness. Further, the part may have a configuration in which another member is attached by adhesion or the like in order to impart mass. Note that the part is preferably in the center of the vibrating body.
図14は、底面が100mm×100mmの正方形で厚さが10mmの空気層を形成する筐体11に、100mm×100mmの正方形で厚さが0.85mmの振動体12を固着し、振動体12の中央部(大きさ20mm×20mm、厚さ0.85mm)の面密度を変化させた際の吸音構造10の吸音率のシミュレーション結果を示す図である。なお、シミュレーションは、JIS A1405−2(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)に従って吸音構造10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するものである。なお、本シミュレーションにおいては、振動体12の質量成分による作用に注目し、管状部材113及び114の作用を除外することを目的に、管状部材113及び114を設けない構成を用いた。
In FIG. 14, a vibrating
図14に示すシミュレーションに用いた振動体12の構成は、以下のとおりである。なお、面密度及び平均密度の単位は、いずれも「g/m2」である。また、振動体12のうち中央部を除いた部分の面密度は、いずれも799(g/m2)である。
(1)中央部の面密度:399.5、振動体の平均密度:783
(2)中央部の面密度:799、振動体の平均密度:799
(3)中央部の面密度:1199、振動体の平均密度:815
(4)中央部の面密度:1598、振動体の平均密度:831
(5)中央部の面密度:2297、振動体の平均密度:863
The configuration of the vibrating
(1) Center area density: 399.5, average density of vibrator: 783
(2) Area density at center: 799, average density of vibrator: 799
(3) Center area density: 1199, average density of vibrator: 815
(4) Area density at center: 1598, average density of vibrators: 831
(5) Area density at center: 2297, average density of vibrator: 863
図14に示すように、吸音率は、300〜500Hzの間と、700Hz付近において高くなっている。700Hz付近の吸音率のピークは、振動体12の質量成分と空気層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。本シミュレーションの吸音構造においては、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、中央部の面密度を大きくしても、振動体12全体としての質量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は変わらない。
As shown in FIG. 14, the sound absorption coefficient is high between 300 to 500 Hz and in the vicinity of 700 Hz. The peak of the sound absorption coefficient near 700 Hz is due to resonance of the spring mass system formed by the mass component of the vibrating
一方、300〜500Hzの間での吸音率のピークは、振動体12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。本シミュレーションの吸音構造においては、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、中央部の面密度を異ならせると、屈曲系の共振周波数がバネマス系の共振周波数よりも大きく変化する。また、屈曲系の共振周波数は、図示のとおり、中央部の面密度が大きくなるほど低くなる。
On the other hand, the peak of the sound absorption coefficient between 300 and 500 Hz is due to the resonance of the bending system formed by the bending vibration of the vibrating
一般に、屈曲系の共振周波数は、振動体12の弾性振動を支配する運動方程式で決定され、振動体12の密度(及び面密度)に反比例する。また、屈曲系の共振周波数は、固有振動の腹(振幅が極大値となる場合)の密度の影響を強く受ける。本シミュレーションにおいては、1×1の固有モードの腹となる領域(すなわち中央部)を異なる面密度で形成したことにより、屈曲系の共振周波数が変化したのである。
In general, the resonance frequency of the bending system is determined by an equation of motion governing the elastic vibration of the vibrating
図14に示すシミュレーション結果は、振動体12の中央部の面密度をその他の部分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。したがって、中央部の面密度を変更すれば、吸音のピークとなる周波数の一部をさらに低音域側又は高音域側に移動(シフト)させることが可能である。
The simulation result shown in FIG. 14 shows that when the surface density of the central portion of the vibrating
以上のことから、本発明に係る吸音構造においては、中央部の面密度を変えることによって、吸音のピーク周波数を変える(シフトさせる)ことができるといえる。すなわち、本発明に係る吸音構造によれば、振動体の中央部の質量を異ならせるだけで、吸音構造全体としての質量を大きく変えることなく、より低い周波数の音を吸音することができるようになる。これにより、本発明に係る吸音構造は、吸音対象の音の周波数が変化する場合においても、振動体の中央部の質量を変化させるだけで、音の変化に対応することが可能となる。 From the above, in the sound absorbing structure according to the present invention, it can be said that the peak frequency of sound absorption can be changed (shifted) by changing the surface density of the central portion. That is, according to the sound absorbing structure according to the present invention, it is possible to absorb a sound having a lower frequency without greatly changing the mass of the entire sound absorbing structure only by changing the mass of the central portion of the vibrating body. Become. As a result, the sound absorbing structure according to the present invention can cope with a change in sound only by changing the mass of the central part of the vibrating body even when the frequency of the sound to be absorbed changes.
(6)変形例6
本発明は、上述した吸音構造を備える音響室としても実施可能である。かかる音響室は、例えば、スピーカや防音室などの、楽音の聴取の用に供される物品や構造物である。また、船舶、飛行機、車両等の乗り物の壁面や、浴室や浴槽などの壁面に本発明を適用し、音響室を構成するようにしてもよい。本発明は、特定の周波数の音が騒音として生じるような場所に適用するに好適なものであるため、かかる物品や構造物に用いると、騒音の抑制に一定の効果を奏する。
(6) Modification 6
The present invention can also be implemented as an acoustic chamber having the above-described sound absorbing structure. Such an acoustic room is an article or a structure provided for listening to musical sounds, such as a speaker or a soundproof room. Further, the present invention may be applied to a wall surface of a vehicle such as a ship, an airplane, or a vehicle, or a wall surface such as a bathroom or a bathtub to constitute an acoustic room. Since the present invention is suitable for application to a place where sound of a specific frequency is generated as noise, when used in such an article or structure, there is a certain effect in suppressing noise.
10、20…吸音構造、11、21、31、41、50…筐体、111…側面部、112…底面部、113、114…管構造、211…外側面部、212…内側面部、213…底面部、61、62、63、71、72、73…抵抗材
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記振動体に塞がれる開口部において当該振動体を支持し、当該振動体に対向して気体バネをなす気体層を吸音時に形成する支持体と、
開口端を有する開管又は閉管であり、当該開口端が前記気体層に面する管構造と
を備えることを特徴とする吸音構造。 A plate-like or membrane-like vibrating body;
A supporting body that supports the vibrating body in an opening that is closed by the vibrating body, and that forms a gas layer that forms a gas spring opposite the vibrating body during sound absorption;
A sound-absorbing structure comprising: an open tube or a closed tube having an open end, and the open end facing the gas layer.
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