JP2017535799A - 吸音材のインピーダンス特性及び容量拡張性能の試験装置及び試験方法 - Google Patents

Abstract

【課題】吸音材を選出するための技術指標を提供し、音響製品の製造コストを低減する。【解決手段】第１のキャビティ１０及び吸音材４０が置かれる第２のキャビティ２０を１つのスリット通路を介して連通して構成した密閉キャビティと、試験音圧を提供するために用いられ、放音面が第１のキャビティ１０内に位置する音響励起源５０と、ピックアップ面がそれぞれ第１のキャビティ１０及び第２のキャビティ２０内に位置して設けられ、それぞれ第１のキャビティ１０及び第２のキャビティ２０内の音圧を検出するための２つのピックアップセンサ６０，６２と、を含み、第１のキャビティ１０及び第２のキャビティ２０を囲む材料は、いずれも遮音材である。【選択図】図１

Description

本発明は、材料性能検出技術分野に関し、特に、吸音材のインピーダンス特性及び容量拡張性能の試験装置及び試験方法に関する。

吸音材とは、音響エネルギーを吸収し、騒音を低減するという性能を有する材料である。内部に吸音材が置かれたキャビティの中に音圧が充満すると、吸音材は一部の音響エネルギーを吸収する。これは、キャビティの容量を拡張したことに相当する。吸音材がこのような容量拡張の特性を有するため、音響分野の技術者は、吸音材を一部の音響製品のキャビティ内に置くことで、製品の外部体積を増加せずに製品のキャビティの容量を拡張したことと同等にし、これにより、音響製品の性能を向上させている。

吸音可能な材料の種類は多いが、全ての吸音材の容量拡張性能が優れているとは言えず、全ての吸音材が音響製品の技術要求を満たすことができるとも言えない。そのため、技術者は、多種多様な吸音材から、音響製品の技術要求を満たす吸音材を選択して使用しなければならない。しかしながら、現在、吸音材のインピーダンス特性及び容量拡張性能を検出する装置及び方法がないため、技術者は、各吸音材を順次に音響製品に取り付けて、音響製品の性能が変わったかどうかを試験することで、どの吸音材が最も上記音響製品に適しているのかを判断するしかなかった。このような吸音材の試験方法は、非常に立ち遅れたものであり、企業に大量の人的、物的資源の無駄使いを生じさせると共に、製品の開発サイクルを延長させ、引いては、製品の製造コストを上げてしまっていた。

このような問題に対して、本発明が解決しようとする第一の技術課題は、吸音材が音響製品に取り付けられる前に吸音材のインピーダンス特性及び容量拡張性能を試験できるようにすることで、吸音材を選出するために正確な技術指標を提供し、人的、物的資源の無駄使いを無くし、音響製品の開発サイクルを短縮し、製品の製造コストを低減することができる吸音材のインピーダンス特性及び容量拡張性能の試験装置を提供することである。

また、本発明が解決しようとする第二の技術課題は、吸音材のインピーダンス特性及び容量拡張性能を正確に試験することができる吸音材のインピーダンス特性及び容量拡張性能の試験方法を提供することである。

上記第一の技術課題を解決するために、本発明の技術的解決手段は、以下の通りである。即ち、
吸音材のインピーダンス特性及び容量拡張性能の試験装置であって、第１のキャビティ及び吸音材が置かれる第２のキャビティを１つのスリット通路を介して連通して構成した密閉キャビティと、試験音圧を提供するために用いられ、放音面が上記第１のキャビティ内に位置する音響励起源と、ピックアップ面がそれぞれ上記第１のキャビティ及び上記第２のキャビティ内に位置して設けられ、それぞれ上記第１のキャビティ及び上記第２のキャビティ内の音圧を検出するための２つのピックアップセンサと、を含み、上記第１のキャビティ及び上記第２のキャビティを囲む材料は、いずれも硬質遮音材である。

また、上記第１のキャビティ及び上記第２のキャビティは、いずれも規則的な形状のキャビティである。

さらに、上記音響励起源の放音面は、上記第１のキャビティの内壁面に揃えられている。
また、上記音響励起源は、スピーカである。
さらに、上記ピックアップセンサは、マイクロホンである。
そして、上記遮音材は、金属、ベークライト又はアクリルのいずれか一種である。

上記第二の技術課題を解決するために、本発明の技術的解決手段は、以下の通りである。
上記試験装置を用いて吸音材のインピーダンス特性及び容量拡張性能を試験する方法であって、
上記音響励起源の電圧を調整することにより、上記第２のキャビティ内の音圧が試験に必要な音圧レベルを満たすようにするステップＳ１と、
２つの上記ピックアップセンサを介して、それぞれ上記第１のキャビティ及び上記第２のキャビティ内の音圧Ｐ_11(ω)及びＰ_21(ω)を検出すると共に、次式

及び次式

に基づいて、上記第２のキャビティの等価音響容量Ｃ_a2及び音響インピーダンスＺ_a2(ω)を求め、そのうち、Ｖ₂が上記第２のキャビティの容積であり、ρが空気の密度であり、Ｃ₀が音速であり、ωが角速度であるステップＳ２と、
上記試験装置の吸音材が置かれていないときの等価音響回路に基づいて、次式

を得ると共に、上記ステップＳ２で求められた上記第２のキャビティの等価音響容量Ｃ_a2を当該式に代入して、上記スリット通路の音響インピーダンスＺ_ref(ω)を求めるステップＳ３と、
試験対象の吸音材を上記第２のキャビティ内に置き、２つの上記ピックアップセンサを介して、それぞれこの時の上記第１のキャビティ及び上記第２のキャビティ内の音圧Ｐ_12(ω)及びＰ_22(ω)を検出して、上記試験装置の吸音材が置かれた後の等価音響回路に基づいて、次式

を得ると共に、上記ステップＳ３で求められた上記スリット通路の音響インピーダンスＺ_ref(ω)を当該式に代入して、上記第２のキャビティに吸音材が置かれた後の統一音響インピーダンスＺ_L(ω)を求めるステップＳ４と、
上記試験装置の吸音材が置かれた後の等価音響回路に基づいて、次式

を得て、上記吸音材の等価音響容量Ｃ_dutを求め、そして、次式

に基づいて、上記吸音材の拡張容量Ｖ_dutを求めることで、上記吸音材のインピーダンス特性及び容量拡張性能を判定するステップＳ５と、
を含む。

また、上記ステップＳ１における上記試験に必要な音圧レベルは、上記吸音材の実際の作業環境における音圧レベルである。

本発明の吸音材のインピーダンス特性及び容量拡張性能の試験装置は、第１のキャビティ及び吸音材が置かれる第２のキャビティを１つのスリット通路を介して連通して構成した密閉キャビティと、試験音圧を提供するために用いられ、放音面が第１のキャビティ内に位置する音響励起源と、ピックアップ面がそれぞれ第１のキャビティ及び第２のキャビティ内に位置して設けられ、それぞれ第１のキャビティ及び第２のキャビティ内の音圧を検出するための２つのピックアップセンサと、を含み、第１のキャビティ及び第２のキャビティを囲む材料は、いずれも遮音材である。この場合、吸音材の性能を試験するとき、第１のキャビティと第２のキャビティ内の音圧、及びスリット通路のインピーダンスを先に検出してから、試験対象の吸音材を第２のキャビティ内に置き、そして、この時の第１のキャビティ及び第２のキャビティ内の音圧を検出し、その後、この時の試験装置の等価音響回路から得られた式に基づいて、吸音材の等価音響容量及び容量拡張体積を求めるものである。したがって、吸音材の等価音響容量及び容量拡張体積を得ると、吸音材が音響製品の技術要求を満たすかどうかを判定することができ、吸音材を音響製品内に取り付けることなく、音響製品に適する吸音材を選出することができる。それ故、音響製品毎に行われる吸音材の試験から生じる人的、物的資源の無駄使いを無くすと共に、吸音材の選択時間を大きく短縮し、更に、新製品の開発サイクルを短縮し、製品の製造コストを低減し、企業により大きな経済的利益をもたらすことができる。

以上をまとめると、本発明の吸音材のインピーダンス特性及び容量拡張性能の試験装置は、従来技術における吸音材が選択し難いという技術課題を解決することができる。また、本発明の吸音材のインピーダンス特性及び容量拡張性能の試験方法は、吸音材の性能試験を実現し、吸音材を選択するための技術指標を提供し、音響製品の製造コストを低減し、企業により大きな経済的利益をもたらすことができる。

以上の説明は、本発明の技術的解決手段の概要を述べたものに過ぎなく、より明瞭に本発明の技術手段を把握して、明細書の内容に基づいて実施可能にすると共に、本発明の上述及び他の目的、特徴及び利点をより分かりやすくするために、以下、本発明の実施形態を取り上げて説明する。

以下、図面を参照して本発明を説明する。これにより、本発明の上述の特徴及び技術的利点がより明瞭で分かりやすくなる。
本発明の吸音材のインピーダンス特性及び容量拡張性能の試験装置の構造模式図である。 本発明の吸音材のインピーダンス特性及び容量拡張性能の試験装置の吸音材が置かれていないときの等価音響回路図である。 本発明の吸音材のインピーダンス特性及び容量拡張性能の試験装置の吸音材が置かれた後の等価音響回路図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１に示すように、吸音材のインピーダンス特性及び容量拡張性能の試験装置は、第１のキャビティ１０及び第２のキャビティ２０を含み、第１のキャビティ１０及び第２のキャビティ２０は、いずれも密閉キャビティであり、１つのスリット通路３０を介して連通している。

さらに、この試験装置は、放音面が第１のキャビティ１０内に位置する音響励起源５０と、ピックアップ面が第１のキャビティ１０内に位置する第１のピックアップセンサ６０及びピックアップ面が第２のキャビティ２０内に位置する第２のピックアップセンサ６２と、を含む。

図１に示すように、第１のキャビティ１０及び第２のキャビティ２０は、いずれも規則的な形状のキャビティであり、例えば、立方体、直方体及び円柱体等が挙げられる。第１のキャビティ１０及び第２のキャビティ２０を囲む板材は、いずれも反射性が強い硬質遮音材であり、例えば、厚みが２ｍｍ以上である金属板、ベークライトやアクリル等が挙げられる。

図１に示すように、本実施形態において、音響励起源５０として、１つのスピーカが採用され、吸音材性能試験のときに音圧を提供するために用いられる。音響励起源５０の放音面は、第１のキャビティの内壁面に揃えられている。これにより、キャビティにおける各部位の音圧を一様にすることができる。

図１に示すように、本実施形態において、第１のピックアップセンサ６０及び第２のピックアップセンサ６２として、２個の高音圧のマイクロホンが採用されている。そして、第１のピックアップセンサ６０及び第２のピックアップセンサ６２は、それぞれ、第１のキャビティ１０及び第２のキャビティ２０内の音圧を検出するために用いられる。

図２は本発明の吸音材のインピーダンス特性及び容量拡張性能の試験装置の吸音材が置かれていないときの等価音響回路図である。容量性リアクタンスの式

に基づいて、第２のキャビティ２０の音響インピーダンスが

として求められる。
ここで、ωは角速度であり、Ｃ_a2は第２のキャビティ２０の等価音響容量である。

図２により、スリット通路３０の音響インピーダンスＺ_ref(ω)が以下のように求められる。

図１に示すように、吸音材性能を試験するときには、吸音材４０が第２のキャビティ２０内に置かれる。図３は上述試験装置の吸音材が置かれた後の等価音響回路図である。この等価音響回路図に基づいて、第２のキャビティ２０の吸音材４０が置かれた後の統一音響インピーダンスＺ_L(ω)を求めることができる。

吸音材４０の音響インピーダンスは、

であるので、統一音響インピーダンスＺ_L(ω)は、


となる。

図１、図２及び図３に示すように、上記試験装置を用いて吸音材のインピーダンス特性及び容量拡張性能を試験する方法は、以下のステップＳ１〜Ｓ５を含む。
先ず、ステップＳ１においては、第２のキャビティ２０内の音圧を校正する。即ち、音響励起源５０の電圧を調整し、第２のピックアップセンサ６２を介して第２のキャビティ２０内の音圧を検出することで、第２のキャビティ２０内の音圧が試験に必要な音圧レベルを満たすようにする。試験に必要な音圧レベルは、吸音材が取り付けられる音響製品のキャビティ内の音圧レベルと一致するものである。即ち、吸音材が働く時に所在する作業環境における音圧レベルである。

ステップＳ２においては、次式に基づいて第２のキャビティの等価音響容量Ｃ_a2及び前記した式に基づいて異なった周波数に対応する音響インピーダンスＺ_a2(ω)を算出する。

ここで、Ｖ₂は第２のキャビティ２０の体積であり、ρは空気の密度であり、Ｃ₀は音速である。

第１のピックアップセンサ６０を介して、この時の第１のキャビティ１０内の音圧Ｐ_11(ω)を検出し、第２のピックアップセンサ６２を介して、この時の第２のキャビティ２０内の音圧Ｐ_21(ω)を検出する。

ステップＳ３においては、ステップＳ２で求められた第２のキャビティ２０の等価音響容量Ｃ_a2、第１のキャビティ１０内の音圧Ｐ_11(ω)及び第２のキャビティ２０内の音圧Ｐ_21(ω)を式（１）に代入して、スリット通路３０の音響インピーダンスＺ_ref(ω)を求める。

ステップＳ４においては、試験対象の吸音材４０を第２のキャビティ２０内に置き、第１のピックアップセンサ６０を介して、この時の第１のキャビティ１０内の音圧Ｐ_12(ω)を検出し、第２のピックアップセンサ６２を介して、第２のキャビティ２０内の音圧Ｐ_22(ω)を検出する。そして、ステップＳ３で求められたＺ_ref(ω)を式（３）に代入して、第２のキャビティ２０の吸音材４０が置かれた後の統一音響インピーダンスＺ_L(ω)を求める。

ステップＳ５においては、ステップＳ４で求められたＺ_L(ω)を式（２）に代入して、吸音材４０の等価音響容量Ｃ_dutを求める。

これにより、

という結果が求められる。

このようにして求められたＣ_dutを次式に代入して、吸音材４０の拡張容量Ｖ_dutを求める。

求められた吸音材４０の等価音響容量Ｃ_dut及び拡張容量Ｖ_dutに基づいて、試験された吸音材４０のインピーダンス特性及び容量拡張性能を判定することができる。これにより、試験された吸音材４０が音響製品の技術要求を満たすかどうかを判定することができる。

以上の説明から分かるように、本発明の吸音材のインピーダンス特性及び容量拡張性能の試験装置及び試験方法によれば、従来技術における吸音材のインピーダンス特性及び容量拡張性能が試験不能であるという技術的な問題を解決することができる。また、本発明の試験装置及び方法によれば、音響製品のための吸音材を選択するときに、吸音材を音響製品内に取り付けて音響製品の性能が向上したかどうかを試験して、上記吸音材が上記音響製品の技術要求を満たすかどうかを判断する必要がなくなり、技術者は、検出した吸音材の等価音響容量及び拡張容量などのパラメータに基づいて適切な吸音材を選出することができる。したがって、新製品の開発サイクルを大きく短縮すると共に、大量の人的、物的資源の無駄使いを根絶して、音響製品の製造コストを大幅に低減することができ、企業により大きな経済的利益をもたらすことができる。

本明細書に言及した番号付きの技術的特徴の名称（例えば、第１のキャビティ及び第２のキャビティ）は、技術的特徴を区別するためのものにすぎず、各技術的特徴の間の位置関係、組立順番及び作業手順等を表すものではない。

本発明は、上述した具体的な実施形態に限らず、当業者が上述の発明構想から創造的量力を経ずになされた種々の変換は、いずれも本発明の保護範囲に含まれるである。

１０…第１のキャビティ
２０…第２のキャビティ
３０…スリット通路
４０…吸音材
５０…音響励起源
６０…第１のピックアップセンサ
６２…第２のピックアップセンサ
Ｐ₁₁，Ｐ₂₁…第１のキャビティの音圧
Ｐ₁₂，Ｐ₂₂…第２のキャビティの音圧
Ｍ_a …スリット通路の音質
R_a …スリット通路の音響インピーダンス
Ｃ_a1…第１のキャビティの等価音響容量
Ｃ_a2…第２のキャビティの等価音響容量
Ｃ_dut …吸音材の等価音響容量

Claims (8)

1. 吸音材のインピーダンス特性及び容量拡張性能の試験装置であって、
   第１のキャビティ及び吸音材が置かれる第２のキャビティを１つのスリット通路を介して連通して構成した密閉キャビティと、
   試験音圧を提供するために用いられ、放音面が前記第１のキャビティ内に位置する音響励起源と、
   ピックアップ面がそれぞれ前記第１のキャビティ及び前記第２のキャビティ内に位置して設けられ、それぞれ前記第１のキャビティ及び前記第２のキャビティ内の音圧を検出するための２つのピックアップセンサと、を含み、
   前記第１のキャビティ及び前記第２のキャビティを囲む材料は、いずれも硬質遮音材であることを特徴とする吸音材のインピーダンス特性及び容量拡張性能の試験装置。
2. 前記第１のキャビティ及び前記第２のキャビティは、いずれも規則的な形状のキャビティであることを特徴とする請求項１に記載の吸音材のインピーダンス特性及び容量拡張性能の試験装置。
3. 前記音響励起源の放音面は、前記第１のキャビティの内壁面に揃えられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の吸音材のインピーダンス特性及び容量拡張性能の試験装置。
4. 前記音響励起源は、スピーカであることを特徴とする請求項３に記載の吸音材のインピーダンス特性及び容量拡張性能の試験装置。
5. 前記ピックアップセンサは、マイクロホンであることを特徴とする請求項３に記載の吸音材のインピーダンス特性及び容量拡張性能の試験装置。
6. 前記遮音材は、金属、ベークライト又はアクリルのいずれか一種であることを特徴とする請求項３に記載の吸音材のインピーダンス特性及び容量拡張性能の試験装置。
7. 請求項１に記載の試験装置を用いて、吸音材のインピーダンス特性及び容量拡張性能を試験する方法であって、
   前記音響励起源の電圧を調整することにより、前記第２のキャビティ内の音圧が試験に必要な音圧レベルを満たすようにするステップＳ１と、
   ２つの前記ピックアップセンサを介して、それぞれ前記第１のキャビティ及び前記第２のキャビティ内の音圧Ｐ_11(ω)及びＰ_21(ω)を検出すると共に、式（１）
   
   及び式（２）
   
   に基づいて、前記第２のキャビティの等価音響容量Ｃ_a2及び音響インピーダンスＺ_a2(ω)を求め、そのうち、Ｖ₂が前記第２のキャビティの容積であり、ρが空気の密度であり、Ｃ₀が音速であり、ωが角速度であるステップＳ２と、
   前記試験装置の吸音材が置かれていないときの等価音響回路に基づいて、式（３）
   
   を得ると共に、前記ステップＳ２で求められた前記第２のキャビティの等価音響容量Ｃ_a2を式（３）に代入して、前記スリット通路の音響インピーダンスＺ_ref(ω)を求めるステップＳ３と、
   試験対象の吸音材を前記第２のキャビティ内に置き、２つの前記ピックアップセンサを介して、それぞれこの時の前記第１のキャビティ及び前記第２のキャビティ内の音圧Ｐ_12(ω)及びＰ_22(ω)を検出して、前記試験装置の吸音材が置かれた後の等価音響回路に基づいて、式（４）
   
   を得ると共に、前記ステップＳ３で求められた前記スリット通路の音響インピーダンスＺ_ref(ω)を式（４）に代入して、前記第２のキャビティに吸音材が置かれた後の統一音響インピーダンスＺ_L(ω)を求めるステップＳ４と、
   前記試験装置の吸音材が置かれた後の等価音響回路に基づいて、式（５）
   
   を得て、前記吸音材の等価音響容量Ｃ_dutを求め、そして、式（６）
   
   に基づいて、前記吸音材の拡張容量Ｖ_dutを求めることで、前記吸音材のインピーダンス特性及び容量拡張性能を判定するステップＳ５と、
   を含むことを特徴とする吸音材のインピーダンス特性及び容量拡張性能の試験方法。
8. 前記ステップＳ１における前記試験に必要な音圧レベルは、前記吸音材の実際の作業環境における音圧レベルであることを特徴とする請求項７に記載の吸音材のインピーダンス特性及び容量拡張性能の試験方法。