JP2020076797A - 吸音用ユニットおよび吸音構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】吸音可能な周波数帯域を広い吸音用ユニットおよび吸音構造体を提供する。【解決手段】吸音用ユニットは、ヘルムホルツ共鳴のための１以上の第１開口部を有する第１部材と、第１部材上に配置され、板状またはシート状をなし、平面視で前記１以上の第１開口部に重なる１以上の第２開口部を有し、平面視で前記１以上の第２開口部の周縁が前記１以上の第１開口部の周縁と一致するかまたはそれよりも外側に位置し、多孔質材で構成される第２部材と、を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、吸音用ユニットおよび吸音構造体に関する。

ヘルムホルツ共鳴を用いる吸音構造体が知られている。例えば、特許文献１に記載の吸音構造体は、複数の開口部を有する板状部材を備え、当該板状部材と壁体との間に空気層を設ける。特許文献１に記載の吸音構造体は、板状部材の開口部に接続される延長部材をさらに備える。延長部材の少なくとも一部は、空気層内に壁体と離間する状態で収容される。特許文献１では、板状部材として石膏ボードが挙げられる。

特開２０１３−００８０１２号公報

しかし、特許文献１に記載の吸音構造体では、ヘルムホルツ共鳴のみを用いて吸音するため、吸音可能な周波数帯域が狭いという課題がある。以上の事情を考慮して、本発明は、吸音可能な周波数帯域を広くすることを目的とする。

以上の課題を解決するために、本発明の好適な態様に係る吸音用ユニットは、ヘルムホルツ共鳴のための１以上の第１開口部を有する第１部材と、前記第１部材上に配置され、板状またはシート状をなし、平面視で前記１以上の第１開口部に重なる１以上の第２開口部を有し、平面視で前記１以上の第２開口部の周縁が前記１以上の第１開口部の周縁と一致するかまたはそれよりも外側に位置し、多孔質材で構成される第２部材と、を有する。

本発明の好適な態様に係る吸音構造体は、前記吸音用ユニットと、前記吸音用ユニットが設置される壁体と、を有する。

実施形態に係る吸音構造体の平面図である。 図１中のＡ１−Ａ１線断面図である。 実施形態における第１部材の縦断面である。 図３中のＢ−Ｂ線断面図である。 典型的なヘルムホルツ共鳴器を概念的に示す図である。 共振システムにおける周波数と利得との関係を抵抗要素の大きさごとに示すグラフである。 ヘルムホルツ共鳴器の開口部と音の流れとの関係を示す図である。 スピーカーシステムに吸音構造体を設置する場合の応用例を模式的に示す斜視図である。 スピーカーシステムの筐体の右壁と左壁との間に発生する定在波の状態を模式的に示す図である。 スピーカーシステムの筐体の前壁と後壁との間に発生する定在波の状態を模式的に示す図である。 スピーカーシステムの筐体の天壁と底壁との間に発生する定在波の状態を模式的に示す図である。 車両用のドアに吸音構造体を設置する場合の応用例を模式的に示す断面図である。 変形例１に係る吸音構造体の平面図である。 図１３中のＡ２−Ａ２線断面図である。 変形例２に係る吸音構造体の平面図である。 図１５中のＡ３−Ａ３線断面図である。

１．実施形態
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、図面において各部の寸法及び縮尺は実際のものと適宜に異ならせてある。また、以下に記載する実施形態は、本発明の好適な具体例である。このため、本実施形態には、技術的に好ましい種々の限定が付されている。しかし、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。

１−１．吸音構造体の構成
図１は、実施形態に係る吸音構造体１００の平面図である。図２は、図１中のＡ１−Ａ１線断面図である。図１および図２に示す吸音構造体１００は、ヘルムホルツ共鳴を用いて吸音する構造体である。吸音構造体１００は、壁体２００と、壁体２００に設置される吸音用ユニット１と、を有する。吸音用ユニット１は、板状またはシート状の基材２０と、基材２０を貫通する筒状の複数の吸音用部材１０と、基材２０上に配置される多孔質材３０と、を有する。複数の吸音用部材１０および基材２０からなる構造体１０１は、第１部材の一例である。多孔質材３０は、第２部材の一例である。基材２０は、複数の吸音用部材１０を介して壁体２００に支持される。壁体２００と基材２０との間には、空間Ｓ０が形成される。空間Ｓ０は、各吸音用部材１０内を介して外部空間に通じる。ここで、空間Ｓ０は、吸音用部材１０に対応する空間Ｓ１ごとに、典型的なヘルムホルツ共鳴器の容器として機能する。また、多孔質材３０は、ヘルムホルツ共鳴による吸音とは異なる周波数帯域での吸音が可能である。以下、吸音構造体１００の各部を順に説明する。

なお、図１および図２に図示されるように、以下の説明では、壁体２００の壁面２００ａに沿う任意の一方向（図１中左右方向）をＸ方向と表記し、壁面２００ａに沿ってＸ方向に直交する方向（図１中上下方向）をＹ方向と表記し、壁面２００ａの法線方向をＺ方向と表記する。図１中右側がＸ方向の正側であり、左側がＸ方向の負側である。また、図１中上側がＹ方向の正側であり、下側がＹ方向の負側である。また、図１中紙面手前側がＺ方向の正側であり、奥側がＺ方向の負側である。また、以下の説明では、Ｚ方向からみる状態を平面視という。

壁体２００は、吸音用ユニット１を支持する構造体である。例えば、壁体２００は、スピーカーシステム等の音響装置が有する筐体、車両等の移動体のドア等に用いられるパネル、建物の内壁、またはこれらのいずれかに固定される構造体等である。なお、スピーカーシステムまたは車両用のドアに吸音構造体１００を設置する場合の応用例については、後述する。

基材２０は、複数の孔２１を有する板状またはシート状をなす部材である。基材２０は、柔軟であること、言い換えると、可撓性を有することが好ましい。基材２０が柔軟であることにより、壁体２００の壁面２００ａが曲面であっても、基材２０を壁面２００ａに沿って変形させて配置することができる。基材２０の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、エラストマー材料、樹脂材料および金属材料等が挙げられる。また、基材２０は、吸音構造体１００がヘルムホルツ共鳴を生じさせることが可能であれば、緻密体で構成してもよいし、多孔質体で構成してもよい。また、基材２０の厚さｔは、基材２０に必要な強度および取り扱い易さ等に応じて決められ、特に限定されないが、基材２０を柔軟にする観点から、例えば、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましい。なお、基材２０の平面視での形状または大きさは、図１に示す例に限定されず、吸音構造体１００の設置場所および吸音特性等に応じて適宜に設定される。

複数の孔２１のそれぞれは、吸音用部材１０が挿入される孔である。図１に示す例では、複数の孔２１は、平面視で行列状に規則的に配置される。図１に例示される各孔２１の平面視形状は、円形である。なお、複数の孔２１の数、行数、列数、行ピッチまたは列ピッチは、吸音構造体１００の大きさおよび吸音特性等に応じて決められ、図１に示す例に限定されない。また、複数の孔２１の配置は、図１に示す例に限定されず、例えば、千鳥配置等の他の規則的な配置でもよい。さらに、各孔２１の平面視形状は、吸音用部材１０の外形等に応じて決められ、円形に限定されず、例えば、四角形、五角形または六角形等の多角形等でもよい。

吸音用部材１０は、前述の基材２０の孔２１に挿入され、空間Ｓ０と外部空間とを連通させる筒状の部材である。吸音用部材１０の構成材料としては、特に限定されず、例えば、樹脂材料、炭素材料、金属材料、セラミックス材料およびこれらの２種以上からなる複合材料等が挙げられる。中でも、樹脂材料は、他の材料に比べて、成形性がよく、かつ、軽量でコストも安価あることから好ましい。

図３は、第１実施形態における吸音用部材１０の縦断面である。図４は、図３中のＢ−Ｂ線断面図である。図３に示すように、吸音用部材１０は、中空部１１を有する筒状をなす。ここで、吸音用部材１０は、第１端面Ｅ１と、第１端面Ｅ１とは反対側の端面である第２端面Ｅ２と、第１端面Ｅ１と第２端面Ｅ２との間に設けられる側面ＦＳと、を含む。

吸音用部材１０の第１端面Ｅ１には、中空部１１に連通する開口部１２が設けられる。ここで、開口部１２は、第１開口部の一例である。また、吸音用部材１０の側面ＦＳの第１端面Ｅ１よりも第２端面Ｅ２に近い位置には、中空部１１に連通する複数の開口部１３が設けられる。したがって、複数の開口部１３のぞれぞれは、中空部１１を介して開口部１２に連通する。このため、吸音用部材１０は、典型的なヘルムホルツ共鳴器の管として機能する。

ここで、複数の開口部１３が側面ＦＳに設けられるため、第２端面Ｅ２を壁体２００に接触させても、各開口部１３が壁体２００により塞がれることなく、この機能が維持される。また、この機能を好適に発揮させる観点から、複数の開口部１３の開口面積の合計は、開口部１２の開口面積以上であることが好ましい。図４に示すように、複数の開口部１３は、側面ＦＳの周方向に並んで配置される。この配置は、開口部１３の数が１つである場合に比べて、開口部１３の必要な開口面積を確保しても、吸音用部材１０の機械的強度を高くしやすいという利点がある。また、複数の開口部１３は、第１端面Ｅ１よりも第２端面Ｅ２に近い位置に配置されるため、そうでない場合に比べて、吸音用部材１０における典型的なヘルムホルツ共鳴器の管に相当する部分の長さｌを長くすることができる。このため、吸音用部材１０の長さＬ１を短くして吸音構造体１００の薄型化を図りつつ、吸音構造体１００の吸音可能な周波数帯域を低くすることができる。なお、開口部１３の数は、図４に示す例では４つであるが、これに限定されず、例えば、３つ以下または５つ以上でもよい。

吸音用部材１０には、側面ＦＳから突出するフランジ部１４が第１端面Ｅ１の外周に沿って設けられる。フランジ部１４は、基材２０の一方の面（図２中上側の面）に接触することにより、基材２０に対する位置を規制する。すなわち、フランジ部１４を用いて基材２０に対する吸音用部材１０の位置決めを行うことができる。このため、基材２０に対する吸音用部材１０の位置ずれに起因する吸音構造体１００の吸音可能な周波数帯域の変動を低減することができる。また、フランジ部１４の基材２０側の面は、基材２０との接合のための接合面として用いることができる。したがって、フランジ部１４は、必要に応じて、接着剤または粘着剤により基材２０に固定される。本実施形態のフランジ部１４の平面視での外形は、円形である。フランジ部１４の外側への突出量は、特に限定されないが、例えば、０．１ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲内である。また、フランジ部１４の厚さは、特に限定されないが、０．１ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲内である。なお、フランジ部１４の平面視での外形は、円形に限定されず、例えば、四角形、五角形または六角形等の多角形でもよい。なお、フランジ部１４は、省略してもよい。

本実施形態の吸音用部材１０の第２端面Ｅ２は、吸音用部材１０の一端を塞ぐ底部１５である。すなわち、吸音用部材１０は、一端が開口する有底筒状をなす。第２端面Ｅ２は、壁体２００に対して固定される。ここで、吸音用部材１０は、基材２０と壁体２００との間の距離Ｌを規定するスペーサーとして機能する。このため、壁体２００の壁面２００ａが曲面であっても、基材２０と壁体２００との間の距離Ｌを均一にすることができ、この結果、吸音構造体１００の所望の吸音効果を得ることができる。

壁体２００に対する底部１５または吸音用部材１０の固定方法としては、特に限定されないが、例えば、接着剤または粘着剤による固定方法、壁面２００ａに設けられる凹部と底部１５との嵌め合いによる固定方法等が挙げられる。なお、底部１５は、省略してもよい。この場合、第２端面Ｅ２に設けられる開口部と、壁面２００ａに設けられる凸部との嵌め合いにより、吸音用部材１０を壁体２００に対して固定してもよい。

多孔質材３０は、基材２０の壁体２００とは反対側の面上、すなわち、基材２０の前述の第１端面Ｅ１側の面上に配置される。多孔質材３０は、平面視で基材２０の複数の孔２１に重なる複数の孔３１を有する板状またはシート状の多孔質体である。ここで、孔３１は、第２開口部の一例である。各孔３１の平面視形状は、図１に示す例では円形であるが、これに限定されず、例えば、四角形、五角形または六角形等の多角形等でもよいし、吸音用部材１０の開口部１２の平面視形状と異なってもよい。また、多孔質材３０は、柔軟であること、言い換えると、可撓性を有することが好ましい。多孔質材３０が柔軟であることにより、壁体２００の壁面２００ａが曲面であっても、多孔質材３０を壁面２００ａに沿って配置することができる。多孔質材３０は、例えば、ガラス繊維、フェルトまたはウレタンフォーム等の多孔質体で構成される。当該多孔質体で構成される多孔質材３０は、ヘルムホルツ共鳴で吸音可能な周波数帯域よりも高い周波数帯域での吸音が可能である。このため、多孔質材３０を用いない場合に比べて、吸音構造体１００の吸音可能な周波数帯域を広くすることができる。

複数の孔３１は、基材２０の複数の孔２１に対応して配置され、平面視で、対応する孔２１に重なる。図１に示す例では、複数の孔３１は、複数の孔２１に対応して、平面視で行列状に規則的に配置される。また、平面視で孔３１の周縁が前述の吸音用部材１０の開口部１２の周縁よりも外側に位置する。このため、多孔質材３０が吸音構造体１００のヘルムホルツ共鳴による吸音を阻害するのを低減できる。なお、開口部１２および孔３１の関係については、後に詳述する。

１−２．吸音構造体の作用
図５は、典型的なヘルムホルツ共鳴器１００Ｘを概念的に示す図である。ヘルムホルツ共鳴器１００Ｘは、容器１０１と、容器１０１に接続される管１０２と、を有する。ヘルムホルツ共鳴器１００Ｘでは、容器１０１内および管１０２内の空気は、管１０２内の空気を質量とし、容器１０１内の空気をバネとする振動系を構成する。この振動系が共振すると、管１０２内の空気が激しく振動するため、管１０２内の空気の摩擦損失により吸音作用が生じる。ここで、容器１０１内の体積をＶとし、管１０２の長さをｌとし、管１０２内の横断面積をｓとするとき、ヘルムホルツ共鳴器１００Ｘの共振周波数ｆ_０は、以下の式（１）で表される。

この式（１）において、ｃは、空気中の音速である。また、δは、開口端補正値であり、管１０２内の横断面形状が円形である場合、管１０２内の直径をｄとするとき、δ≒０．８×ｄで表される。

一方、前述の構成の吸音構造体１００において、空間Ｓ０は、複数の吸音用部材１０からの圧力の均衡により区分けされ、この区分けの部分が壁ＷＡとして機能する。したがって、空間Ｓ０は、壁ＷＡにより吸音用部材１０ごとの複数の空間Ｓ１に区画される。各空間Ｓ１は、前述の容器１０１内の空間に相当する。また、中空部１１の開口部１２と開口部１３との間の部分が前述の管１０２に相当する。したがって、当該部分の長さが前述の長さｌに相当する。また、基材２０上における複数の開口部１２の開口率をＰとし、基材２０と壁体２００との間の距離をＬとするとき、Ｐ／Ｌは、前述のｓ／Ｖに近似される関係にある。したがって、この関係および前述の式（１）から、吸音構造体１００の共振周波数ｆ_０は、以下の式（２）で表される。

この式（２）から理解される通り、開口率Ｐ、距離Ｌおよび長さｌに応じて、吸音構造体１００が最も効率的に吸音可能な周波数である共振周波数ｆ_０を調整できる。ここで、距離Ｌまたは長さｌを大きくすることにより、共振周波数ｆ_０を低くすることができる。

本実施形態の吸音構造体１００では、吸音用部材１０の大部分が空間Ｓ０内に配置されるため、距離Ｌまたは長さｌを大きくしても、吸音用部材１０を用いずに孔２１を管１０２として用いる場合に比べて、吸音構造体１００の厚さを薄くすることができる。したがって、吸音構造体１００では、薄型化を図りつつ、吸音可能な周波数を低くすることができる。なお、開口率Ｐを小さくすることによっても共振周波数ｆ_０を低くすることができるが、この場合、吸音構造体１００が有するヘルムホルツ共鳴器の単位面積あたりの数が少なくなり、吸音効果が低下する。

また、吸音用部材１０は、壁体２００に対して基材２０を支持するため、壁体２００と基材２０との間の距離を規定するスペーサーとして機能する。このため、前述の距離Ｌが吸音構造体１００の面方向での位置によってばらつくことを低減することができる。この結果、吸音構造体１００は、所望の吸音効果を発揮できる。

１−３．開口部１２および孔３１の関係
ヘルムホルツ共鳴器による吸音効果は、ヘルムホルツ共鳴器での共鳴が強くなるほど高くなる。当該共鳴の強さに影響を与える要素としては、例えば、ヘルムホルツ共鳴器の構成材料、表面粗さ、剛性、気密性、開口部の音響抵抗等が挙げられる。このうち、開口部の音響抵抗は、適切に設計および製造されるヘルムホルツ共鳴器において、共鳴の強さに最も影響を与えやすいといえる。

図６は、共振システムにおける周波数と利得との関係を抵抗要素の大きさごとに示すグラフである。図６の横軸は、規格化された周波数であり、縦軸は、利得である。ここで、当該抵抗要素は、ヘルムホルツ共鳴器の開口部の音響抵抗に対応し、当該利得は、ヘルムホルツ共鳴器の吸音率に対応する。図６中ａが抵抗要素の最も小さい場合を示す。図６中ｅが抵抗要素の最も大きい場合を示す。図６中ａ、ｂ、ｃ、ｄおよびｅは、この順に抵抗要素が大きくなる。図６から明らかなように、抵抗要素が大きくなると、共振周波数ｆ_０における利得が低下する。したがって、音響抵抗が大きくなると、ヘルムホルツ共鳴器の吸音率が低下する。

より具体的には、５００Ｈｚ〜４ｋＨｚの中高音域において十分な吸音効果を有する多孔質材でヘルムホルツ共鳴器の開口部を覆うと、当該開口部における音響抵抗が大きくなりすぎてしまい、ヘルムホルツ共鳴による吸音率も著しく低下する。そこで、前述の吸音構造体１００では、多孔質材３０は、開口部１２を塞がないように配置される。ただし、ヘルムホルツ共鳴による吸音率を最大化するには、開口部１２における音響抵抗は、適度な大きさであることが好ましい。当該適度な大きさの音響抵抗は、それ自体に実質的な吸音効果を有しないメッシュ布等のわずかな音響抵抗要素で開口部１２を覆うことにより実現可能である。

図７は、ヘルムホルツ共鳴器の開口部と音の流れとの関係を示す図である。図７では、音響抵抗無限大相当の剛璧であって一部にヘルムホルツ共鳴器の開口部を有する平面状の壁面に音が垂直入射する場合における反射音の音響強度の分布のシミュレーション結果が示される。ここで、図７中の横軸は、当該開口部の中心からの距離［ｍｍ］であり、縦軸は、当該壁面からの距離［ｍｍ］である。なお、本シミュレーションでは、ヘルムホルツ共鳴による吸音率が最大化するようにヘルムホルツ共鳴器の開口部における音響抵抗が調整される。また、本シミュレーションでは、当該開口部の幅ｄが５０ｍｍであるが、幅ｄを変更しても同様の傾向を有する結果が得られる。

図７に示すように、ヘルムホルツ共鳴器では、開口部の周辺部分における反射音がヘルムホルツ共鳴器に吸い込まれる現象が生じる。当該現象は、ヘルムホルツ共鳴器の開口部と周囲の壁面との音響インピーダンスに十分に差がある場合に生じる。この場合、ヘルムホルツ共鳴器による吸音効果は、当該開口部に直接入射する音だけでなく、当該開口部の周囲の壁面に入射する音も巻き込んで当該開口部に入射することで得られる。

ヘルムホルツ共鳴器の共振周波数ｆ_０における音響インピーダンス（絶対値）は、当該開口部において最小となる。ここで、複素数の音響インピーダンスの虚数部である音響リアクタンスは、ゼロであり、実数部である音響抵抗は、ヘルムホルツ共鳴器の開口部における音響抵抗の要素に応じた値となる。

一方、ヘルムホルツ共鳴器の開口部の周囲において、理想的な剛壁が設置される場合、音響インピーダンス（実数部）が無限大となる。これに対し、ヘルムホルツ共鳴器の開口部の周囲に多孔質材が配置される場合、音響インピーダンスが低下する。したがって、ヘルムホルツ共鳴器による吸音効果を高くするには、ヘルムホルツ共鳴器の開口部の周囲をできるだけ剛壁に近い壁面にすることが好ましい。

そこで、本実施形態の吸音用ユニット１では、前述のように、平面視で、第２開口部の一例である孔３１の周縁が第１開口部の一例である開口部１２の周縁よりも外側に位置する。このため、多孔質材３０がヘルムホルツ共鳴による吸音を阻害するのを低減できる。なお、平面視で孔３１の周縁が開口部１２の周縁と一致してもよく、この場合でも、開口部１２が多孔質材に覆われる場合に比べて、ヘルムホルツ共鳴による吸音効果が高い。

前述の開口部１２および孔３１の周縁同士の位置関係を実現するため、多孔質材３０の孔３１の幅をｄ１とし、開口部１２の幅をｄとするとき、幅ｄおよびｄ１の比ｄ１／ｄは、１．０以上である。なお、開口部１２の幅ｄは、当該開口部１２の中心軸を含む断面でみるときにおける当該中心軸に対して垂直な方向での開口部１２の長さである。孔３１の幅ｄ１は、当該孔３１に対応する開口部１２の中心軸を含む断面でみるときにおける当該中心軸に対して垂直な方向での当該孔３１の長さである。また、比ｄ１／ｄは、同一の断面でみるときの幅ｄおよびｄ１の比である。

図７に示す結果から、幅ｄおよびｄ１の比ｄ１／ｄは、１．０以上６．０以下であることが好ましく、２．０以上６．０以下、３．２以上６．０以下、４．０以上６．０以下とすることでより好ましくなる。比ｄ１／ｄをこの範囲内とすることにより、ヘルムホルツ共鳴による吸音効果と多孔質材３０による吸音効果との両立を好適に図ることができる。これに対し、比ｄ１／ｄが小さすぎると、ヘルムホルツ共鳴による吸音効果が急激に低下する傾向を示す。一方、比ｄ１／ｄが大きすぎると、多孔質材３０による吸音効果の低下が顕著となる。また、比ｄ１／ｄが大きくしすぎても、ヘルムホルツ共鳴による吸音効果のそれ以上の向上が認められない。

また、多孔質材３０における複数の孔３１の開口率は、５０％以下であることが好ましく、１％以上５０％以下であることがより好ましい。当該開口率がこの範囲内にある場合、孔３１がない場合と同程度に多孔質材３０による吸音効果を発揮させることができる。これに対し、当該開口率が大きすぎると、多孔質材３０による吸音効果が急激に減少する傾向を示す。一方、当該開口率が小さすぎると、孔２１の開口率によっては、孔３１の開口面積を孔２１の開口面積よりもよりも大きくすることが難しい。

２．応用例
以下、前述の吸音構造体１００の応用例について説明する。

２−１．スピーカーシステム
図８は、スピーカーシステム４００に吸音構造体１００を設置する場合の応用例を模式的に示す斜視図である。スピーカーシステム４００は、筐体４０１と、筐体４０１に取り付けられるスピーカーユニット４０２および吸音構造体１００と、を有する。筐体４０１は、スピーカーユニット４０２が取り付けられる開口部を有する中空の直方体である。すなわち、筐体４０１は、右壁４０１Ｒと左壁４０１Ｌと前壁４０１Ｆと後壁４０１Ｂと天壁４０１Ｔと底壁４０１Ｓとを有する。ここで、右壁４０１Ｒおよび左壁４０１Ｌは、Ｘ１方向に互いに対向する。前壁４０１Ｆおよび後壁４０１Ｂは、Ｙ１方向に互いに対向する。天壁４０１Ｔおよび底壁４０１Ｓは、Ｚ１方向に互いに対向する。なお、図８に示すＸ１方向、Ｙ１方向およびＺ１方向は、互いに直交する。

図９は、右壁４０１Ｒと左壁４０１Ｌとの間に発生する定在波ＧＸ１およびＧＸ２の状態を模式的に示す図である。図１０は、前壁４０１Ｆと後壁４０１Ｂとの間に発生する定在波ＧＹ１およびＧＹ２の状態を模式的に示す図である。図１１は、天壁４０１Ｔと底壁４０１Ｓとの間に発生する定在波ＧＺ１およびＧＺ２の状態を模式的に示す図である。図９から図１１に示す定在波ＧＸ１、ＧＹ１、ＧＺ１、ＧＸ２、ＧＹ２およびＧＺ２のそれぞれは、１次元（軸波）の定在波である。定在波ＧＸ１は、Ｘ１方向における１次の定在波である。定在波ＧＹ１は、Ｙ１方向における１次の定在波である。定在波ＧＺ１は、Ｚ１方向における１次の定在波である。定在波ＧＸ２は、Ｘ１方向における２次の定在波である。定在波ＧＹ２は、Ｙ１方向における２次の定在波である。定在波ＧＺ２は、Ｚ１方向における２次の定在波である。なお、図９から図１１では、定在波ＧＸ１、ＧＹ１およびＧＺ１のそれぞれが破線で示され、定在波ＧＸ２、ＧＹ２およびＧＺ２のそれぞれが一点鎖線で示される。

前述の筐体４０１の６つの壁のうち１つまたは複数の内面には、その一部または全部の領域にわたって、吸音構造体１００が設置される。例えば、右壁４０１Ｒおよび左壁４０１Ｌのうちの一方または両方の内面に吸音構造体１００が設置される場合、吸音構造体１００の吸音可能な周波数帯域を前述の定在波ＧＸ１またはＧＸ２の周波数に応じて設定することにより、定在波ＧＸ１またはＧＸ２を低減することができる。同様に、前壁４０１Ｆおよび後壁４０１Ｂのうちの一方または両方の内面に吸音構造体１００が設置される場合、吸音構造体１００の吸音可能な周波数帯域を前述の定在波ＧＹ１またはＧＹ２の周波数に応じて設定することにより、定在波ＧＹ１またはＧＹ２を低減することができる。また、前壁４０１Ｆおよび後壁４０１Ｂのうちの一方または両方の内面に吸音構造体１００が設置される場合、吸音構造体１００の吸音可能な周波数帯域を前述の定在波ＧＺ１またはＧＺ２の周波数に応じて設定することにより、定在波ＧＺ１またはＧＺ２を低減することができる。以上の通り、定在波ＧＸ１、ＧＹ１、ＧＺ１、ＧＸ２、ＧＹ２およびＧＺ２のうちの１つまたは複数を低減することにより、スピーカーシステム４００の音質を向上させることができる。

なお、吸音構造体１００の吸音可能な周波数帯域を２次元（接線波）または３次元（斜め波）の定在波の周波数に応じて設定してもよい。この場合、筐体４０１内の２次元または３次元の定在波を低減することができる。また、吸音構造体１００の吸音可能な周波数帯域を３次以上の高次の定在波の周波数に応じて設定してもよい。この場合、筐体４０１内の３次以上の高次の定在波を低減することができる。また、図１１では、吸音構造体１００をスピーカーシステム４００に設置する場合が例示されるが、吸音構造体１００に代えて、後述する吸音構造体１００Ａまたは１００Ｂを用いてもよい。

２−２．車両用のドア
図１２は、車両用のドア５００に吸音構造体１００を設置する場合の応用例を模式的に示す断面図である。図１２に示すドア５００は、アウターパネルと称される第１パネル５０１と、ドアトリムと称される第２パネル５０２と、インナーパネルと称される第３パネル５０３と、第３パネル５０３に取り付けられるスピーカーユニット５０４と、第２パネル５０２に取り付けられる吸音構造体１００と、を有する。

第１パネル５０１および第３パネル５０３のそれぞれは、一般に、鋼板で構成される。また、第１パネル５０１および第３パネル５０３は、互いに溶接等により接合される。第１パネル５０１と第３パネル５０３との間には、空間Ｓ１０が形成される。空間Ｓ１０には、スピーカーユニット５０４の一部、図示しない窓ガラス、窓ガラス昇降機構およびドアロック機構等が配置される。なお、第１パネル５０１または第３パネル５０３は、例えば、アルミニウム合金または炭素材を用いて構成してもよい。

第３パネル５０３には、開口部５０３ａおよび５０３ｂが設けられる。開口部５０３ａは、スピーカーユニット５０４を第３パネル５０３に取り付けるための取付孔である。開口部５０３ｂは、例えば前述の空間Ｓ１０での作業等に用いる孔である。なお、開口部５０３ｂは、吸音構造体１００で塞がれてもよいし、単なる樹脂製のシートで塞がれてもよい。

第２パネル５０２は、例えば樹脂を用いて構成される。第２パネル５０２は、第３パネル５０３に対し、複数の連結機構５０５により固定される。なお、連結機構５０５は、第２パネル５０２を第３パネル５０３に対して固定することができれば、いかなる構成でもよい。

第２パネル５０２と第３パネル５０３との間には、空間Ｓ１１が形成される。空間Ｓ１１には、スピーカーユニット５０４の空間Ｓ１０に配置されない部分が配置される。ここで、第２パネル５０２と第３パネル５０３との間には、第２パネル５０２の外周に沿って、ゴム等で構成されるパッキン５０６が配置される。

吸音構造体１００は、第２パネル５０２の内面に設置される。ここで、吸音構造体１００の吸音可能な周波数帯域は、例えば、前述の空間Ｓ１０またはＳ１１の定在波の周波数に応じて設定される。この設定により、スピーカーユニット５０４の音質を高めることができる。また、吸音構造体１００の吸音可能な周波数帯域を適宜設定することにより、外部から車両内へのロードノイズ等の侵入を低減することもできる。なお、吸音構造体１００が有する壁体２００は、第２パネル５０２と一体でも別体でもよい。壁体２００が第２パネル５０２と別体である場合、壁体２００は、例えば接着剤または粘着剤等により第２パネル５０２に固定される。

スピーカーユニット５０４は、例えば、スピーカー本体５０４ａと、スピーカー本体５０４ａを収容する筒状のハウジング５０４ｂと、を有する。スピーカー本体５０４ａは、ねじ止め等によりハウジング５０４ｂに固定される。ハウジング５０４ｂは、第３パネル５０３の開口部５０３ａを貫通する状態で、ねじ止め等により第３パネル５０３に固定される。

なお、図１２では、吸音構造体１００をドア５００に設置する場合が例示されるが、吸音構造体１００に代えて、後述する吸音構造体１００Ａまたは１００Ｂを用いてもよい。また、図１２では、ドア５００が例示されるが、車両のドア以外の部分、例えば、ルーフパネルまたはフロアパネル等に吸音構造体１００を設置してもよい。また、車両以外の移動体に吸音構造体１００を設置してもよい。

３．変形例
本発明は前述の各実施形態に限定されるものではなく、以下に述べる各種の変形が可能である。また、各実施形態及び各変形例を適宜組み合わせてもよい。

３−１．変形例１
前述の形態では、吸音用部材１０を用いてヘルムホルツ共鳴器を構成する場合が例示されるが、ヘルムホルツ共鳴器の構成は、前述の形態に限定されない。

図１３は、変形例１に係る吸音構造体１００Ａの平面図である。図１４は、図１３中のＡ２−Ａ２線断面図である。図１３および図１４に示す吸音構造体１００Ａは、吸音用ユニット１Ａと壁体２００とを有する。吸音用ユニット１Ａは、複数の容器１０Ａと、複数の容器１０Ａを保持する多孔質材３０、支持部材４０および複数の連結部材５０と、を有する。

複数の容器１０Ａのそれぞれは、ヘルムホルツ共鳴器を構成する第１部材の一例である。具体的には、容器１０Ａは、容器本体１６と、容器本体１６の内外を貫通する管１７と、を有する。ここで、管１７の開口部１８は、第１開口部の一例である。このように、容器１０Ａは、開口部１８を通じて外部に連通する中空の容器である。容器１０Ａの構成材料としては、特に限定されず、例えば、樹脂材料、炭素材料、金属材料、セラミックス材料およびこれらの２種以上からなる複合材料等が挙げられる。中でも、樹脂材料は、他の材料に比べて、成形性がよく、かつ、軽量でコストも安価あることから好ましい。また、容器１０Ａが柔軟性を有してもよい。この場合、音圧により容器１０Ａの容積を変動させることにより、容器１０Ａの吸音可能な周波数帯域を広げることができる。以上の複数の容器１０Ａは、互いに別体のヘルムホルツ共鳴器であるため、いかなる姿勢であっても、容積が変化しない。このため、壁体２００の壁面２００ａが曲面である場合であっても、所望の吸音効果を得ることができる。

支持部材４０は、容器１０Ａに対して多孔質材３０とは反対側に配置される第３部材の一例である。支持部材４０は、板状またはシート状をなす部材である。支持部材４０は、基材２０と同様、柔軟であることが好ましく、例えば、エラストマー材料、樹脂材料または金属材料等で構成される。複数の連結部材５０は、多孔質材３０と支持部材４０とを連結し、多孔質材３０と支持部材４０との間に複数の容器１０Ａを保持する複数の第４部材の一例である。図１３および図１４に例示される連結部材５０は、多孔質材３０および支持部材４０のそれぞれを貫通する長尺状をなす。ここで、連結部材５０の両端の幅は、他の部分の幅よりも広い。このため、連結部材５０が多孔質材３０および支持部材４０から外れるのを防止できる。以上のように、複数の容器１０Ａが多孔質材３０に対して支持部材４０および複数の連結部材５０により保持されるため、壁体２００に設置する前の吸音用ユニット１Ａの取り扱いが容易となる。

３−２．変形例２
図１５は、変形例２に係る吸音構造体１００Ｂの平面図である。図１６は、１５中のＡ３−Ａ３線断面図である。図１５および図１６に示す吸音構造体１００Ｂは、複数の吸音用部材１０が省略される以外は、前述の実施形態の吸音構造体１００と同様である。すなわち、吸音構造体１００Ｂは、吸音用ユニット１Ｂと壁体２００とを有する。吸音用ユニット１Ｂは、複数の吸音用部材１０が省略される以外は、前述の実施形態の吸音用ユニット１と同様である。ここで、基材２０は、板状またはシート状をなす第１部材の一例である。また、基材２０の孔２１は、第１開口部の一例である。以上の吸音用ユニット１Ｂによれば、前述の変形例１のようなヘルムホルツ共鳴器の容器ごとに構造体を設ける構成に比べて、吸音用ユニット１Ｂの構造が簡単となる。

なお、変形例２の複数の孔２１のうちの一部の孔２１に前述の吸音用部材１０を挿入してもよいし、複数の孔２１のそれぞれに開口幅の調整のための筒状の部材を挿入してもよい。

４．付記
以上に例示する形態または変形例から、例えば以下の態様が把握される。

本発明の好適な態様（第１態様）に係る吸音用ユニットは、ヘルムホルツ共鳴のための１以上の第１開口部を有する第１部材と、前記第１部材上に配置され、板状またはシート状をなし、平面視で前記１以上の第１開口部に重なる１以上の第２開口部を有し、平面視で前記１以上の第２開口部の周縁が前記１以上の第１開口部の周縁と一致するかまたはそれよりも外側に位置し、多孔質材で構成される第２部材と、を有する。以上の態様によれば、ヘルムホルツ共鳴および多孔質材の双方による吸音効果が得られる。このため、吸音可能な周波数帯域を広くすることができる。ここで、平面視で多孔質材の第２開口部の周縁がヘルムホルツ共鳴のための第１開口部の周縁よりも外側に位置するため、多孔質材がヘルムホルツ共鳴による吸音を阻害するのを低減できる。

第１態様の好適例（第２態様）において、前記１以上の第１開口部のそれぞれの幅をｄとし、前記１以上の第２開口部のそれぞれの幅をｄ１とするとき、ｄ１／ｄは、１．０以上６．０以下である。以上の態様によれば、ヘルムホルツ共鳴による吸音効果と多孔質材による吸音効果との両立を好適に図ることができる。

第１態様または第２態様の好適例（第３態様）において、前記第２部材における前記１以上の第２開口部の開口率は、５０％以下である。以上の態様によれば、第２孔がない場合と同程度に多孔質材による吸音効果を発揮させることができる。

第１態様から第３態様のいずれかの好適例（第４態様）において、前記第１部材は、
板状またはシート状の基材と、前記基材を貫通し、前記１以上の第１開口部が設けられる筒状の吸音用部材と、を有する。以上の態様によれば、吸音構造体の薄型化を図りつつ、吸音構造体の吸音可能な周波数帯域を低くすることができる。

第１態様から第３態様のいずれかの好適例（第５態様）において、前記第１部材は、前記１以上の第１開口部を通じて外部に連通する中空の容器である。以上の態様によれば、壁体の壁面が曲面である場合であっても、所望の吸音効果を得ることができる。

第５態様の好適例（第６態様）において、前記第１部材に対して前記第２部材とは反対側に配置される第３部材と、前記第２部材と前記第３部材とを連結し、前記第２部材と前記第３部材との間に前記第１部材を保持する複数の第４部材と、を有する。以上の態様によれば、第１部材が第２部材に対して第３部材および第４部材により保持されるため、壁体に設置する前の吸音用ユニットの取り扱いが容易となる。

第１態様から第３態様のいずれかの好適例（第７態様）において、前記第１部材は、板状またはシート状をなす。以上の態様によれば、ヘルムホルツ共鳴器の容器ごとに構造体を設ける構成に比べて、吸音用ユニットの構造が簡単となる。

本発明の好適な態様（第８態様）に係る吸音構造体は、第１態様から第７態様のいずれかの吸音用ユニットと、前記吸音用ユニットが設置される壁体と、を有する。以上の態様によれば、ヘルムホルツ共鳴または多孔質材の一方のみを用いる吸音構造体に比べて、吸音可能な周波数帯域の広い吸音構造体を提供することができる。

１…吸音用ユニット、１Ａ…吸音用ユニット、１Ｂ…吸音用ユニット、１０…吸音用部材、１０Ａ…容器、１２…開口部、１８…開口部、２０…基材、２１…孔、３０…多孔質材、３１…孔、４０…支持部材、５０…連結部材、１００…吸音構造体、１００Ａ…吸音構造体、１００Ｂ…吸音構造体、１００Ｃ…吸音構造体、２００…壁体、２００ａ…壁面、Ｅ１…第１端面。

Claims (8)

1. ヘルムホルツ共鳴のための１以上の第１開口部を有する第１部材と、
   前記第１部材上に配置され、板状またはシート状をなし、平面視で前記１以上の第１開口部に重なる１以上の第２開口部を有し、平面視で前記１以上の第２開口部の周縁が前記１以上の第１開口部の周縁と一致するかまたはそれよりも外側に位置し、多孔質材で構成される第２部材と、を有する、
   吸音用ユニット。
2. 前記１以上の第１開口部のそれぞれの幅をｄとし、前記１以上の第２開口部のそれぞれの幅をｄ１とするとき、
   ｄ１／ｄは、１．０以上６．０以下である、
   請求項１に記載の吸音用ユニット。
3. 前記第２部材における前記１以上の第２開口部の開口率は、５０％以下である、
   請求項１または２に記載の吸音用ユニット。
4. 前記第１部材は、
   板状またはシート状の基材と、
   前記基材を貫通し、前記１以上の第１開口部が設けられる筒状の吸音用部材と、を有する、
   請求項１ないし３のいずれか１項に記載の吸音用ユニット。
5. 前記第１部材は、前記１以上の第１開口部を通じて外部に連通する中空の容器である、
   請求項１ないし３のいずれか１項に記載の吸音用ユニット。
6. 前記第１部材に対して前記第２部材とは反対側に配置される第３部材と、
   前記第２部材と前記第３部材とを連結し、前記第２部材と前記第３部材との間に前記第１部材を保持する複数の第４部材と、を有する、
   請求項５に記載の吸音用ユニット。
7. 前記第１部材は、板状またはシート状をなす、
   請求項１ないし３のいずれか１項に記載の吸音用ユニット。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の吸音用ユニットと、
   前記吸音用ユニットが設置される壁体と、を有する、
   吸音構造体。
   

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