JP2010168748A

JP2010168748A - 吸音体及び音響室

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Publication number: JP2010168748A
Application number: JP2009010125A
Authority: JP
Inventors: Akira Miki; 晃三木; Takeshi Sakai; 毅境
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2009-01-20
Filing date: 2009-01-20
Publication date: 2010-08-05
Anticipated expiration: 2029-01-20
Also published as: JP5515300B2

Abstract

【課題】ヘルムホルツの吸音体で効率良く吸音を行う。
【解決手段】吸音体１の外形は管状の柱の形状であって、外壁４と内壁５との間に円環状の中空部２０があり、吸音体１においては、貫通孔１０から中空部２０へ貫通した円環形状の開口部３０が設けられている。この吸音体１においては、開口部３０部分の空気の質量と中空部２０の空気のバネ性によりバネマスの振動系が構成される。そして、バネマスの振動系の共振周波数の音が貫通孔１０内に入ると、開口部３０の空気が激しく振動し、開口部３０の空気と内壁５との摩擦により音響エネルギーが熱エネルギーに変換されて消費され、吸音がなされる。吸音体１においては、中空部２０と開口部３０が円環状であって、開口部３０の空気と接触する内壁５の面積を広くとることができるため、開口部３０で振動する空気の摩擦を多くして、効率良く吸音を行うことができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、音を吸音する技術に関する。

室内の音を吸音する技術として特許文献１に開示された吸音パネルがある。この吸音パネルは、スリットを複数備えたスリット部材を側面に有し、表面板と壁面との間に空気層が形成されている。また、表面板の背後には空気層を仕切る仕切部材があり、仕切部材、表面板、壁面、スリット部材によりヘルムホルツのレゾネータが形成されている。そして、この吸音パネルが配置された部屋において音が側面にあるスリット部材に到達すると、レゾネータで共鳴が起こり、スリット部分における空気が激しく振動して空気の摩擦により音響エネルギーが熱エネルギーに変換されて音が吸音される。

特開平６−５７８５０号公報

さて、ヘルムホルツのレゾネータを用いて吸音を行う場合、スリット部分の空気の振動による摩擦で吸音がなされるため、摩擦が多くなれば、より効率良く吸音がなされることとなる。

本発明は、上述した背景の下になされたものであり、効率良く吸音できるヘルムホルツの吸音体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、管状の柱の形状で、当該形状の外側面と内側面との間に中空部を有し、前記内側面を一周し、前記中空部と前記内側面より内側の空間とを繋げる環状の開口部を有する吸音体を提供する。

また、本発明は、中空部を有する柱の形状であって、当該形状の側面を一周し、前記中空部と外部とを繋げる環状の開口部を有する吸音体を提供する。

本発明においては、前記中空部は前記柱の形状の中心軸を中心として環状であってもよい。
また、本発明においては、前記中空部は、前記柱の形状の中心軸の方向から外側面の方向へ放射状に形成された仕切部材で複数に分けられていてもよい。
また、本発明は、上記いずれかの構成の吸音体を有する音響室を提供する。

本発明によれば、ヘルムホルツの吸音体で効率良く吸音することができる。

本発明の一実施形態に係る吸音体１の外観図である。吸音体１の部分断面図である。本発明の変形例に係る吸音体１の部分断面図である。本発明の変形例に係る吸音体１Ａの外観図である。本発明の変形例に係る吸音体１Ａの部分断面図である。吸音体１を複数配置した状態を示した図である。本発明の変形例に係る吸音体１の部分断面図である。ヘルムホルツ型の吸音体１Ｃの部分断面図である。吸音体１Ｂと吸音体１Ｃの寸法と共振周波数を示した図である。吸音体１Ｂと吸音体１Ｃの吸音特性の測定結果を示した図である。

［実施形態］
図１は本発明の一実施形態に係る吸音体１の外観を示した図、図２は吸音体１の部分断面図である。
吸音体１の素材は合成樹脂であり、外形は管状の柱の形状であって、円形の一方の端面側（上壁２）から他方の円形の端面側（下壁３）へ貫通した貫通孔１０が設けられている。また、吸音体１は、外周面（外壁４）と内周面（内壁５）との間に円環状の中空部２０を有し、吸音体１においては、貫通孔１０から中空部２０へ貫通した円環形状の開口部３０が設けられている。

この吸音体１は、開口部３０の空気の質量と中空部２０の空気のバネ性によりヘルムホルツの共鳴器として作用するものであり、開口部３０部分の空気の質量と中空部２０の空気のバネ性によりバネマスの振動系が構成される。そして、吸音体１が円形の端面のいずれか一方を部屋の壁面に接するようにして配置され、バネマスの振動系の共振周波数の音が貫通孔１０内に入ると、開口部３０の空気（中空部２０と貫通孔１０との間にある空気）が吸音体１の径方向（中空部２０の方向と貫通孔１０の方向）へ激しく振動する。すると、開口部３０の空気と、内壁５において開口部３０に対面する面との間で摩擦が発生し、この摩擦によって音響エネルギーが熱エネルギーに変換されて消費され、吸音がなされる。

ヘルムホルツのレゾネータを利用した吸音部材としては、建築部材として天井などに使用される穴あき板があり、この穴あき板において板の厚さを厚くすれば、板と摩擦する空気の量を増やして空気の摩擦を多くし、効率良く吸音を行うことができるが、板の厚さを厚くすると重量が重くなるという問題が生じてしまう。
一方、本発明に係る吸音体１においては、中空部２０と開口部３０が円環状であって、開口部３０の空気と接触する内壁５の面積を広くとることができるため、開口部３０で振動する空気の摩擦を多くして、効率良く吸音を行うことができる。
また、特許文献１に開示された吸音パネルと比較しても、開口部３０が円環状であって、摩擦が生じる空気の量を多くすることができるため、効率良く吸音を行うことができる。

［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、吸音体１の素材は合成樹脂となっているが、中空部２０にある空気のバネ性が発現する程度に十分な剛性を有していれば、吸音体１の素材は合成樹脂に限定されず金属、木質材料、繊維板など他の素材であってもよい。

上述した実施形態においては、吸音体１を上壁２側から見た形状は円形となっているが、この形状に限定されず、例えば、三角、四角、五角、または六角以上の多角形であってもよい。また、多角形に限定されず、楕円の形状であってもよい。

本発明に係る吸音体においては、開口部３０の貫通孔１０側をグラスウール、フェルト、布など多孔質の部材で覆ってもよい。この構成によれば、多孔質の部材は開口部３０で振動する空気に対して抵抗となるため効率良く吸音を行うことができる。

吸音体１においては、中空部２０は円環状となっているが、中空部２０に複数の仕切りを設け、中空部２０を複数の空間に区切るようにしてもよい。具体的には、図３に示したように内壁５から外壁５へ放射状に延びた仕切部２１を設け、中空部２０を複数の空間に仕切る。なお、仕切部２１の数は、図に示した４つに限定されるものではなく５つ以上であってもよい。
また、仕切部２１で仕切られてできた複数の中空部の容積を異ならせたり、開口部３０についても仕切られた各中空部に繋がる部分の寸法を中空部毎に異ならせたりし、共鳴する周波数が各中空部で異なるようにしてもよい。
また、図３においては仕切部２１は中空部２０のみを仕切っているが、開口部３０も仕切るようにしてもよい。また、仕切部２１で中空部２０を仕切るときは、仕切られた各空間の容積が各々同じとなるようにしてもよい。また、仕切られた各空間が相互に連成するように仕切部２１を設けるようにしてもよい。また、仕切部２１で仕切られた開口部３０においては、仕切られた各開口部の寸法がそれぞれ異なるようにしてもよい。
また、中空部２０に複数の仕切りを設け、中空部２０を径方向へ２つに区切るようにしてもよい。そして、この仕切りで上壁２と下壁３を支持し、内壁５側の開口部３０に加えて、外周面から中空部２０へ貫通した円環形状の開口部３０を設けるようにしてもよい。

開口部３０が環状に形成されているのであれば、本発明に係る吸音体は図１の形状に限定されるものではなく、図４，５に示した吸音体１Ａの形状であってもよい。
吸音体１Ａの素材は合成樹脂であり、外形は円柱状であって、内部は中空となっている。また、吸音体１Ａの内部においては、円柱形状の柱部４０が円形の上壁２と円形の下壁３の中心部分に固着または形成されており、円環状の中空部２０が形成されている。また、吸音体１Ａの外周面（外壁４）には、外周面から中空部２０へ貫通した円環形状の開口部３０が設けられている。

この吸音体１Ａも、開口部３０の空気の質量と中空部２０の空気のバネ性によりヘルムホルツの共鳴器として作用するものであり、開口部３０部分の空気の質量と中空部２０の空気のバネ性によりバネマスの振動系が構成される。そして、吸音体１Ａが円形の端面のいずれか一方を部屋の壁面に接するようにして配置され、バネマスの振動系の共振周波数の音が開口部３０に到達すると、開口部３０の空気が激しく振動し、開口部３０の空気と外壁４との摩擦により音響エネルギーが熱エネルギーに変換されて消費され、吸音がなされる。

図２の吸音体１においては、開口部３０は円形の一方の端面と他方の円形の端面との中間部分に設けられているが、開口部３０の位置は中央部分ではなく、いずれかの端面側に近づけて設けられていてもよい。また、図４の吸音体１Ａにおいても、開口部３０の位置は中央部分ではなく、いずれかの端面側に近づけて設けられていてもよい。

上述した吸音体１においては、上壁２側から下壁３側へ貫通した貫通孔１０が設けられているが、貫通孔１０の上壁２側と下壁３側のいずれか一方を塞いでもよい。

本発明に係る吸音体は、図６（ａ）に示したように、一般家屋やビルなどの部屋、防音室、音楽室、ホール、劇場、音響機器のリスニングルーム、会議室等の居室など各種の音響室の境界面１００（壁、床、天井など）に複数並べて配置してもよい。また、複数並べて配置する場合、図６（ｂ）に示したように吸音体１を複数重ねて配置するようにしてもよい。

吸音体１，１Ａにおいては、上壁２と下壁３の面積は同じとなっているが、上壁２と下壁３の面積を異ならせてもよい。

吸音体１，１Ａにおいては、中空部２０の断面形状は矩形となっているが、中空部２０の断面形状は円形、楕円形、または長方形や正六角形などの多角形などであってもよい。また、吸音体１，１Ａにおいては、中空部２０を上壁２側から見た時の形状は円環の形状となっているが、上壁２側から見た時の形状は環状であれば中空部２０の形状は円環の形状に限定されず、多角形や楕円形であってもよい。
また、開口部３０についても、上壁２側から見た時の形状は円形に限定されるものではなく、環状であれば多角形や楕円形であってもよい。
また、吸音体１，１Ａの外形についても上壁２側から見た時の形状は円形に限定されず、多角形や楕円形であってもよい。吸音体１，１Ａの上壁２側から見た時の形状が例えば正六角形であれば、吸音体１，１Ａを音響室の境界面に隙間無く配置することができる。

吸音体１においては、内壁５側に開口部３０があるが、内壁５側に開口部３０を設けず、外壁４側に吸音体１Ａと同様に開口部３０を設けるようにしてもよい。

上述した実施形態においては、吸音体１は貫通孔１０が設けられているが、上壁２側または下壁３側が塞がれていてもよい。図７は、この構成の一例である吸音体１Ｂの部分断面図である。吸音体１Ｂにおいては、下壁３側には孔１０Ｂが設けられているものの、上壁２側には孔が設けられなく、中空部２０の高さより低い高さとなるように内壁５が下壁３から立ち上がっており、内壁５と上壁２との間の隙間が開口部３０となっている。
この構成においても、開口部３０の空気と、上壁２との間、および開口部３０の空気と内壁５において開口部３０に対面する面との間で摩擦が発生し、この摩擦によって音響エネルギーが熱エネルギーに変換されて消費され、吸音がなされる。

なお、本発明の発明者は、図７に示した吸音体１Ｂと図８に示した形状のヘルムホルツ型の吸音体１Ｃとの比較を行った。
まず、図９（ａ）は、吸音体１Ｂの寸法と吸音体１Ｂの共振周波数を示した表である。吸音体１Ｂの中空部２０の外径Ｄ２を４００［ｍｍ］、中空部２０の内径Ｄ１（開口部３０の外径）を２００［ｍｍ］、中空部２０の高さＨ１を１００［ｍｍ］とし、開口部３０の内径を１００［ｍｍ］、上壁２から内壁５までの距離Ｈ２を５［ｍｍ］とすると、共振周波数は８２［Ｈｚ］〜１０９［Ｈｚ］の間に存在する。
この共振周波数と同じ共振周波数を持ち、外径が同じである吸音体１Ｃを設計すると、共振周波数を８２［Ｈｚ］とする場合、各部の寸法は図９（ｂ）に示した寸法となり、共振周波数が１０９［Ｈｚ］とする場合、各部の寸法は図９（ｃ）に示した寸法となる。
図９（ａ）〜（ｃ）に示した寸法を比較すると、吸音体１Ｂにおいては吸音体１Ｂの高さが約１００［ｍｍ］であるのに対し、吸音体１Ｃの形状では、共振周波数を８２［Ｈｚ］とするために吸音体１Ｃの高さとして、Ｌ３＋Ｈ２より高い１８８［ｍｍ］以上の高さが必要となる。つまり、本発明に係る吸音体１Ｂは、吸音体１Ｃより高さを抑えることができる。

また、本発明の発明者は、図７に示した形状の吸音体１Ｂと、図８に示した形状の吸音体１Ｃについて吸音特性を測定した。
なお、吸音特性を測定する際には、点音源から１［ｍ］離れた位置に孔１０Ｂ側を点音源に向けて吸音体１Ｂを配置し、孔１０Ｂの中心軸上で吸音体１Ｂから０．２［ｍ］離れた位置に観測点を配置した。また、吸音体１Ｃについては、点音源から１［ｍ］離れた位置に孔１０Ｃ側を点音源に向けて吸音体１Ｃを配置し、孔１０Ｃの中心軸上で吸音体１Ｃから０．２［ｍ］離れた位置に観測点を配置した。
図１０は、この測定した吸音特性を示したグラフである。図１０において実線と塗りつぶされた四角形で示されているグラフは吸音体１Ｂの吸音特性であり、点線と塗りつぶされた三角形で示されているグラフは吸音体１Ｃの吸音特性である。吸音体１Ｂと吸音体１Ｃとを比較すると、吸音体１Ｂにおいては、観測点における音圧レベルが吸音体１Ｃより低い周波数があり、音を吸音できていることが分かる。

１，１Ａ・・・吸音体、２・・・上壁、３・・・下壁、４・・・外壁、５・・・内壁、１０・・・貫通孔、２０・・・中空部、２１・・・仕切部、３０・・・開口部、４０・・・柱部

Claims

管状の柱の形状で、当該形状の外側面と内側面との間に中空部を有し、
前記内側面を一周し、前記中空部と前記内側面より内側の空間とを繋げる環状の開口部
を有する吸音体。
中空部を有する柱の形状であって、
当該形状の側面を一周し、前記中空部と外部とを繋げる環状の開口部
を有する吸音体。
前記中空部は前記柱の形状の中心軸を中心として環状であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の吸音体。
前記中空部は、前記柱の形状の中心軸の方向から外側面の方向へ放射状に形成された仕切部材で複数に分けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の吸音体。
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の吸音体を有する音響室。