JP3957128B2 - 吸音機構 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、道路防音、鉄道防音、工事現場の防音、工場の防音、住宅の防音、公共施設や娯楽施設の防音、ダクトやトンネルの防音、音響特性を調整するための吸音、その他、音を吸音する必要がある箇所に配置される吸音機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高速道路や鉄道における防音手段として、数々の吸音装置が知られている。
【０００３】
その一例として、図１に示すような金属繊維を板状に圧縮成形した多孔質吸音材料１の背後に、所定の厚さｔの背後空気層２を配置した吸音構造が知られている。
【０００４】
通常は、単に所定の厚さｔを有する単純な空気層が作用され、その厚さｔによって吸音周波数のピークが概略決まるものとなっている。
【０００５】
図２に示すグラフは、図１に示す構造を有する吸音構造において、ｔ＝50
mm、多孔質吸音材料として直径＝100μmのアルミニウム繊維に有機バインダーを加えて板状に圧縮成形した厚さ＝1.5mm、面密度＝2000g/m²のものを用いた場合の吸音特性を示すものである。
【０００６】
図２には、音波の入射角毎における吸音特性が示されている。ここで、縦軸は吸音率、横軸は周波数を示す（以下、同じ）。なお、図２に示す吸音特性は、コンピューターシミュレーションによって得たものである。このコンピューターシミュレーションにより得られる吸音特性は、実測で得られる吸音特性とぼぼ同一であり、音響設計手段として有効に利用できることが確かめられている。
【０００７】
なお、入射角度は、吸音面に垂直な線（法線）からなす角として定義される。例えば、吸音面に垂直に入射する音波の入射角は０度である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図２に示す吸音特性を有する図１の吸音構造においては、低域での吸音特性を向上させることが課題となる。
【０００９】
一般的に、図１に示す構造において、低域での吸音特性を高めるには、背後空気層２の厚みｔを大きくすればよい。
【００１０】
しかし、吸音構造体が配設されるのは、各種の壁や高速道路の側壁等である場合が多く、その厚さは制限される。従って、低域の吸音特性を高めるために、背後空気層２の厚さｔを必要とする寸法まで大きくすることは一般には困難な場合が多い。
【００１１】
また、図１の構造における他の問題として、図２に示されるように入射角が大きくなると、吸音特性がより高域にシフトし、入射角によって吸音率の周波数特性がずれてしまう点がある。
【００１２】
この問題は、乱入射吸音率（２π空間から乱入射する音波に対する平均吸音
率、統計吸音率ともいう）の低域での吸音率を低下させる要因であり、改善されることが望まれる。
【００１３】
また、吸音せんとする音波は、あらゆる方向から入射するものであり、広い入射角度にわたって同じような吸音特性を示す方が吸音構造としては好ましい。
【００１４】
例えば、図２に示す吸音特性では、４５度の角度で入射する音波に対する吸音率が０度の角度で入射する音波の吸音率に比較して、1250Hz以下の音域において著しく低下しているが、この４５度入射成分に対しても０度入射成分と同様な吸音特性を示すことが理想的である。また、そうすることで、吸音率を各角度の入射音波において平均化し、乱入射吸音率とした場合において、低域の吸音率を向上させることができることにもなる。
【００１５】
図１に示すような基本構造を有する吸音機構において、吸音特性を改善する構造として、図１２に示す特許第２８１５５４２号公報に示すようなものが知られている。この特許は斜入射する音波を考慮したもので、背後空気層１０を仕切り板１１，１１…により複数の独立空間１２，１２…に仕切ることにより、吸音特性を高めようとするものである。図中、１３は吸音板、１４は遮音部である。
【００１６】
しかしながら、上記特許公報に記載された構造では、図１３のグラフに示すように高域の吸音特性が改善されるだけで低域の吸音特性は改善されていない。また、該公報の記載からは、図２に示すような斜入射成分の吸音特性の高域へのシフトが是正されているか不明である。
【００１７】
本発明は、図１に示すような基本構造を有する吸音機構において、斜入射成分に対する低域での吸音特性を向上させ、また、入射角度の違いによる吸音率の違いを是正することを解決するべき課題とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らの研究によれば、板状の吸音材料と背後空気層とからなる図１に示すような構造の吸音機構において、背後空気層を所定の寸法周期の仕切り幅Ｗで仕切ることで、斜入射成分の低域での吸音率を垂直入射成分以上に改善でき、同時に入射角度の違いによる吸音特性の違いを是正できることを見いだし、本発明を得るに至った。
【００１９】
即ち、本発明の第１の発明は、吸音材料と該吸音材料の背後の空間とを備えた吸音機構であって、前記空間を下記の式により求められる仕切り幅で仕切ることにより、入射角４５度における吸音率が部分的に低下する大きな落ち込みであるディップを存在させ、このディップ部分の周波数であるディップ周波数の生成によって斜入射成分の低周波数域での吸音率を向上させることを特徴とする吸音機構であることを要旨とする。
式 ｆ＝（Ｃ／Ｗ）／（１＋ｓｉｎ４５°）
ｆ：前記空間の奥行きから測定又はシミュレーションによって求められる垂直入 射吸音率のピーク周波数より低域側における吸音率７５％以上の範囲の周波 数領域から選択された任意の周波数
Ｃ：音速
Ｗ：仕切り幅（ｍｍ）
【００２０】
第１の発明における用語の意味は、以下の通りである。
【００２１】
「ディップ周波数」というのは、吸音材料背後の空間を仕切ることで特定の斜入射成分に対する吸音特性に発生する部分的な吸音率の落ち込み部分の周波数のことである。
【００２２】
「乱入射吸音率」というのは、吸音面に乱入射する音波に対する吸音率のことであり、残響室において測定された乱入射吸音率のことを残響室法吸音率と呼
ぶ。乱入射吸音率は、背後からの音波の回り込みを無視した場合における２π空間から入射する音波の吸音率を平均化したものとして算出される。
【００２３】
本発明においては、ディップ周波数の設定は、４５度入射成分を対象として行う。これは、乱入射吸音率は確率的に４５度入射の影響が大きいので、４５度入射成分の吸音特性を制御することで、乱入射吸音率の吸音特性をほぼ決めることができるからである。
【００２４】
本発明において、入射角４５度の入射音が示す一次ディップ周波数を垂直入射音に比較して決定するのは、仕切りがない場合において、大きい入射角の入射音波が示す吸音周波数特性が、図２に示すように高周波数側にシフトしている影響を排除するためである。
【００２５】
入射角４５度の入射音が示す一次ディップ周波数を垂直入射吸音率のピークの値以下とするのは、本発明の目的が、吸音機構が示す乱入射吸音率の低域側を改善すること、及び斜入射成分の吸音特性と垂直入射成分のそれとの違いを是正することにあり、入射角４５度における入射音の低域側の吸音率を高めることが発明の目的達成のために重要だからである。
【００２６】
また、入射角４５度の入射音が示す一次ディップ周波数を垂直入射吸音率のピークの値に対して７５％以上の周波数領域に設定するのは、その範囲以下では、ディップ周波数の発生による吸音率の落ち込みの影響により乱入射吸音率の低域における吸音率の向上効果が小さくなってしまうからである。また、ディップの２次モードの悪影響が顕在化するからである。
【００２７】
第１の発明は、所定の間隔で仕切り幅Ｗを設けることで、斜入射成分における吸音率特性に特定の周波数での吸音率の落ち込み（ディップ）が生じ、このディップが生じた周波数の低域側においては吸音率の劇的な改善が得られる現象を利用したものである。
【００２８】
即ち、第１の発明の基本的な考え方は、各入射角成分の吸音率特性を平均化することで得られる乱入射吸音率の低域での吸音率の向上させるために、ディップ周波数の生成によって生じる斜入射成分の低域での吸音率の向上に着目し、この斜入射成分の低域での吸音率を向上させるのに効果的で、かつ斜入射吸音特性に悪影響を与えないディップ周波数の適当な設定を、仕切り幅Ｗを所定の条件に従って設定することで行い、結果として乱入射吸音率の低域での吸音特性を改善するものである。
【００２９】
換言すれば、斜入射成分におけるディップ周波数の低周波側での吸音率の向上効果を利用したものであって、ディップ周波数での吸音率の落ち込みによる影響が乱入射吸音率に極力及ばないようし、かつディップ周波数の低域側における吸音率の向上効果を最大限得るために、ディップ周波数の設定を特定の周波数範囲に限定したものである。
【００３０】
第１の発明によれば、斜入射成分として確率的に最も影響の大きい４５度入射成分の低域での吸音率を最大で３倍程度高めることができ、さらに、垂直入射成分（０度入射成分）に対する吸音特性（吸音率の周波数特性）の違いを是正することができる。そして、斜入射成分の低域での吸音率を向上させることができるので、乱入射吸音率における低域側の吸音率を改善することができ、広い周波数範囲にわたり高い吸音率を有する吸音機構を得ることができる。
【００３１】
なお、ここでいう「低域」とは、相対的に低域側という意味であり、どの帯域に吸音のピークを設定するかによって、その音域は異なるものとなる。
【００３２】
第２の発明は、第１の発明において、仕切り幅Ｗが所定の幅でもって設定されていることを特徴とする。
【００３３】
第２の発明は、例えば所定の寸法から１０％以内の範囲内において、仕切り幅Ｗの値をばらけさせる場合のことを規定したものである。
【００３４】
第２の発明によれば、ディップ周波数をある程度の幅で設定することができるので、吸音特性の凹凸をならすことができる。
【００３５】
第３の発明は、第１または第２の発明において、異なる値の仕切り幅Ｗが複数設定され、それらが組み合わされていることを特徴とする。
【００３６】
第３の発明によれば、ディップ周波数を複数設定することで、そのマイナス面を小さくしたり、より広い周波数範囲で吸音を行うことができる吸音機構を得ることができる。
【００３７】
第４の発明は、第１乃至第３の発明において、背後の空間がヘルムホルツ共鳴を基本原理とした共鳴機構の開口部であることを特徴とする。
【００３８】
ヘルムホルツ共鳴を基本原理とした共鳴機構を用いた吸音は、開口、該開口でもって外部と連通した閉鎖空間でもって構成され、共鳴に必要とされる閉鎖空間の容積と開口の面積及びその深さで吸音周波数が決まるので、厚さの寸法が制限された吸音装置において、より低域まで吸音を行えるものが得られる。
【００３９】
第５の発明は、仕切りが縦横に升目状に配置されていることを特徴とする。
【００４０】
本発明では、仕切り板を配置することによって、低域における吸音率を向上できるので、ここにさらにヘルムホルツ共鳴を基本原理とした共鳴機構に組み合わせることで、低域での吸音特性をより高いものとできる。
【００４１】
図１に示す構造において、仕切り板３を配置し、仕切り幅Ｗの複数の小空間に背後空気層２を仕切り、図３のような構造とした場合、図４及び図５に示すように仕切り幅Ｗの寸法によって、吸音特性が変化する。
【００４２】
なお、図示する吸音特性は、直径＝100μmのアルミニウム繊維に有機バインダーを加え、板状に圧縮成形することで得た厚さ＝1.5mm、面密度＝2000g/m²の板状吸音材料１と、その背後の厚さt=50mmの背後空気層２を備え、さらに背後空気層２を厚さ＝１mmのアルミニウム板３によって、一方向に仕切り幅Ｗ＝300mm、または仕切り幅Ｗ＝250mmでもって仕切った構造のものである。
【００４３】
また、図４及び図５に示す吸音特性は、仕切り板３と直角な方向から入射する音波ａの吸音率に関するもので、仕切り板３の配列方向における入射音波ａだけを対象として考えた場合のものである。即ち、仕切り板３に平行な方向から入射する音波ｂを無視した条件設定において、コンピューターシミュレーションにより算出された音響特性である。なお、このコンピューターシミュレーションで得られた吸音特性と実際の吸音特性とは、高い精度で一致することが確認されている。
【００４４】
図３と図１とに示す吸音構造との違いは、仕切り板３があるかないかの違いだけである。それにも係わらず図２と図４及び図５とを比較すれば明らかなように、主に斜入射成分の吸音率が大きく異なる。
【００４５】
即ち、図４及び図５に示す特性では、図２に示す特性に比較して、斜入射成分の低域での吸音率が大きく改善されている。例えば、周波数によっては３倍程度改善されている。
【００４６】
図２に示す吸音特性と図４及び図５に示す吸音特性とを比較すると、下記のことが分かる。
【００４７】
▲１▼ 図４及び図５に示す吸音特性では、斜入射成分（特に４５度入射成分）において、部分的に吸音率が低下する大きなディップ（落ち込み）が存在する（以
下、このディップ部分の周波数を「ディップ周波数」と定義する）。
▲２▼ ディップ周波数の直前（低域側）において、吸音率が高まり、それに引っ張られるようにして当該入射角音波に対する低域全体の吸音率が増加する。
▲３▼ ディップ周波数は入射角によって異なり、その周波数ｆは、以下のように示される。f=ｎ(C/W)/(1+sinθ) …… 式(1)
で示される。ここで、n：１,２,３・・、Ｃ：音速、Ｗ：仕切り幅間隔、θ：入射角である。
【００４８】
仕切り板３を設けることで、斜入射成分にディップが生じるのは、以下の理由による。
【００４９】
周期壁で散乱・反射される音波を考えた場合、反射波は、壁の周期・音波の波長・音波の入射角によって決まる、いくつかの特定の方向だけに伝搬するモードを有し（これを伝搬モードという）、この伝搬モードの数が増加する周波数がディップ周波数に相当する。
【００５０】
この伝搬モードは、前述した式(1)で示される特定の周波数で生成される。そして、ディップ周波数の低域側では、伝搬モードが生成されず、即ち反射波は生成されず、逆に周期壁に捕まる音波の割合が増え、吸収効率が高まる。
【００５１】
即ち、上記式(1)で求められる伝搬モードの数が増加する周波数（ディップ周波数）においては、伝搬モードの増加によって反射波成分が強くなり、その分吸音率が低下するが、ディップ周波数より低い周波数領域では伝搬モードが形成されず、周期壁が存在することで、より吸音が行われ易くなる状態となる。
【００５２】
なお、図３に示す構造において、仕切り板３の厚みを無視すると、その存在は入射角０度（垂直入射）の音波に対して無視できないから、垂直入射音波に対しては上記伝搬モードの議論は関係ない。従って、ディップ周波数の存在は、入射角０度以外の斜入射成分においては問題となると考えてよい。
【００５３】
本発明は、周期的に配置された障壁に音波が斜入射した場合、障壁の間隔Ｗに関係した所定の周波数において伝搬モードが生成され、その伝搬モードが生成される周波数では吸音率が低下するディップを生じるが、その低域側では吸音率が大きく向上する現象を利用し、このディップ周波数と垂直入射吸音率の周波数特性との関係を所定のものとすることで、乱入射吸音率がより低域まで伸び、広い周波数範囲にわたって高い吸音率を示す吸音機構を提供するものである。
【００５４】
本発明が適用できる吸音原理としては、吸音材料と背後空気層とで構成される図３で示されるような古典的な吸音機構以外に、ヘルムホルツ共鳴を基本原理とし、開口部に吸音材料を配置した吸音機構を採用することもできる。
【００５５】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施形態としては、繊維状金属材料を板状に圧縮した板状吸音材料で一面を塞いだ金属製の箱状構造体であって、内部が縦横に金属板で仕切られた構造を挙げることができる。
【００５６】
この構造では、全て金属材料で構成され、従来多用されていたガラスウール等のセラミックス繊維材料を吸音材として用いないので、次の優位性がある。
▲１▼ リサイクル性に優れる。
▲２▼ 吸音パネルの取付け時や取外し時における作業環境が悪化しない。
▲３▼ 吸音パネルを道路防音用等に用いた場合において、交通事故等により吸音パネルが破損した場合でも、繊維材料の飛散がない。
▲４▼ セラミックス繊維材料を用いた場合に問題となる長期使用時における繊維の「へたり」や「劣化」といった問題がない。特に、水分による性能低下がない。
▲５▼ セラミックス繊維を用いないので、体育館等の公共施設に安心して利用できる。
【００５７】
また、吸音パネルの内部を仕切る仕切り板が支持板の役目も果たし、吸音パネルが仕切り板によって補強されるので、極めて強固な構造とすることができる。
【００５８】
吸音材料としては、金属繊維材料以外に音響的に抵抗性がある各種多孔質吸音材料を用いることができる。
【００５９】
仕切り幅Ｗの間隔は、下記のように決められる。
【００６０】
まず、吸音パネルの厚さを決める。これは、吸音パネルの設置場所等の条件によって決めればよい。
【００６１】
吸音パネルの厚さが決まれば、背後空気層の厚さが決まり、それにより垂直入射吸音率のピークが決まる。一般には、垂直入射音の吸音率のピーク周波数を測定あるいはシミュレーションにより求めればよい。
【００６２】
次に、上記ピーク周波数より低域側において、吸音率が７５%まで低下する範囲の周波数領域から特定の周波数ｆを選択する。そして、式(1)のｆ＝(C/W)/(1+sinθ)から仕切り幅Ｗを求める。ここで、θ＝４５度、Ｃ＝音速を代入する。
【００６３】
こうして仕切り幅Ｗを求めたら、所定間隔の仕切り幅Ｗで背後空気層が仕切られ、表面に吸音材料が配置された吸音パネルを得る。
【００６４】
仕切り板としては、非通気性のもの、あるいは音響的に障壁となる材質のものを用いるのが一般的だが、吸音性の材料を用いても良い。
【００６５】
背後空気層の仕切り方は、一方向のみであってもまた縦横に升目状であってもよい。仕切り方が一方向のみであると、図３（Ｂ）に示すような仕切り板３に垂直な方向からの斜入射成分ａにしか発明の効果が得られないが、縦横に升目状に仕切ると吸音面に平行なあらゆる方向からの斜入射成分に対して発明の効果が得られる。
【００６６】
また、仕切り幅Ｗの間隔は、全て同じとせず、異なる寸法のものを複数組み合わせても良い。
【００６７】
ここで示した仕切り幅Ｗの間隔の算出方法は、ヘルムホルツ共鳴を基本原理とした吸音機構においても同様に適用できる。その場合は、まず垂直入射吸音率のピークを求め、その後に上述したのと同じ方法により、仕切り幅Ｗの間隔を決めればよい。
【００６８】
本発明は、それ自身独立した構造を有する吸音パネルのような構造体に適用する以外に、壁や天井面を構造の一部に利用することで、壁や天井面に吸音機構を組み付けた吸音構造に利用することもできる。
【００６９】
また、吸音面が完全な平面体ではなく、湾曲しているような構造のものに適用することもできる。
【００７０】
また、吸音面の全ての領域で本発明を実施するのではなく、その一部で本発明を利用し、他の吸音機構と複合化あるいは併用するような構造としてもよい。
【００７１】
【実施例１】
図３に示すのは、直径＝100μmのアルミニウム繊維に有機バインダーを加
え、板状に圧縮成形することで得た厚さ＝1.5mm、面密度＝2000g/m²の板状吸音材料１と、その背後の厚さt=50mmの背後空気層２を備え、さらに背後空気層２を厚さ＝１mmのアルミニウム板製の仕切り板３によって一方向に仕切り幅Ｗ＝
300mm、または幅Ｗ＝250mmでもって仕切った構造を有する吸音構造である。
【００７２】
この構造では、垂直入射吸音率のピークは、1100Hz付近となる。また、そのピークから低域側において、吸音率が７５%まで低下するのは、約520Hzである。
【００７３】
本実施例では、仕切り板３に配列方向における入射音波ａだけを対象として考え、仕切り板３に平行な方向から入射する入射音波ｂを無視した条件設定において、コンピューターシミュレーションにより算出された吸音特性を示す。なお、このコンピューターシミュレーションで得られた吸音特性と実際の吸音特性とは高い精度で一致することが確認されている。
【００７４】
図４に示す特性が得られた例では、４５度入射の１次ディップ周波数を約670Hzに設定するため、式(1)のｆ＝(C/W)n/(1+sinθ)式から算出される仕切り幅Ｗ≒300mmとしたものである。
【００７５】
なお、上式にf=670Hz、Ｃ（音速）=344m/s、n=1、θ=45度を代入することで仕切り幅Ｗ≒300mmを求めた。
【００７６】
図２は、本実施例において、仕切り板３を配置しなかった場合における吸音特性であるが、図２と図４とを比較すると、入射角が１５度以下の吸音特性は両者でほとんど変わらず、特に入射角が０度の吸音特性は、両者で全く同一であることが分かる。
【００７７】
また、ディップ周波数の決定に際し、比較対象として垂直入射吸音特性を利用するのは、この仕切り板３の有無に吸音特性が左右されないことに起因する。
【００７８】
図４に示す吸音特性では、入射角３０度以上の吸音特性が、ディップ周波数の影響があるとはいえ、ディップ周波数である約650Hz以下の低域側において劇的に改善されていることが分かる。
【００７９】
また、３０度入射と４５度入射の吸音特性が、０度及び１５度入射の吸音特性に近づき、むしろ上回ったものとなっていることが分かる。
【００８０】
ディップ周波数付近では、３０度入射及び４５度入射の吸音特性は悪化しているが、その値は図２の従来構造に対応する値と同レベルであり、仕切り板３を配置したことで、ディップ周波数領域の吸音率が低下している訳ではない。
【００８１】
また、1600Hz以上の高音域において、３０度入射及び４５度入射の吸音特性が暴れているが、これも総合的な吸音特性に悪影響を与えるものではない。
【００８２】
図５に示すのは、４５度入射のディップ周波数を800Hzに設定するため、式(1)ｆ＝(C/W)ｎ/(1+sinθ)式から得られた仕切り幅Ｗ≒250mmを採用した場合の吸音特性である。なお、Ｃ（音速）=344m/s、n=1、θ=４５度を代入することで仕切り幅Ｗ≒250mmを求めた。
【００８３】
図５に示す吸音特性は、図４に示す吸音特性より、斜入射成分の低域での吸音率が高まり、さらに好ましいものとなっていることが分かる。
【００８４】
図６に示すのは比較例の吸音特性であり、上記実施例１において、４５度入射の１次ディップ周波数を400Hzに設定した場合の吸音特性である。この場合、仕切り幅Ｗ＝500mmとなる。
【００８５】
前述したように、この場合における垂直入射吸音率のピークは、1100Hz付近であり、そのピークから低域側において、吸音率が７５%まで低下するのは、約520Hz付近である。
【００８６】
従って、この比較例は、発明で規定する範囲500Hzより低い周波数領域400Hzに４５度入射の１次ディップ周波数を設定したものといえる。
【００８７】
図６を見れば分かるように、４５度入射の１次ディップ周波数の設定が低すぎるので、斜入射成分の低域での持ち上がり効果が有効に得られておらず、全体として見た場合の低域の吸音率を高めるという効果が十分に得られていない。
【００８８】
また、４５度入射の２次ディップが周波数800Hzに大きく現れ、１次及び２次のディップによるマイナス面が強く現れてしまっている。さらに、周波数450Hz付近に現れた３０度入射の１次ディップによる悪影響が現れてしまっている。
【００８９】
即ち、全体として、斜入射成分の１次ディップ周波数の低域側で得られる吸音率の持ち上げ効果より、ディップ周波数付近の落ち込み現象の方が顕著になってしまっており、発明の効果が十分に現れていない。
【００９０】
【実施例２】
図７に示すのは、アルミニウム繊維を圧縮して板状にした吸音材料２０１と、上面が開放され五面がアルミニウム金属板によって囲まれた箱状構造体２０２でなる吸音パネルである。
【００９１】
この吸音パネルは、アルミニウム金属製の箱状構造体２０２の一面が板状の吸音材料２０１によって塞がれた構造を有している。なお、図では、箱状構造体２０２と板状の吸音材料２０１とが離れて記載されているが、実際には両者が接合されており、背後空気層２０６が構成されている。
【００９２】
図７に示す吸音パネルで重要なのは、箱状構造体２０２の内部が仕切り板２０３，２０４に縦横に仕切られている点にある。
【００９３】
この仕切り板２０３，２０４が存在することで、吸音面に平行なあらゆる方向から斜入射する音波に対して仕切り板２０３，２０４を配置することの効果が得られる。
【００９４】
仕切り板２０３，２０４は、箱状構造体２０２と同じアルミニウム材料で構成すればよい。ただし、これに限られるものではない。図７では、仕切り板２０３及び２０４が箱状構造体２０２の底板２０５にまで達する構造が示されているが、仕切り板２０３，２０４は底面２０５にまで達していなくてもよい。また、縦横の仕切り幅の間隔は、同じであっても異なっていてもよい。
【００９５】
【実施例３】
図８に示すのは、通常の背後空気層を用いた吸音構造と、ヘルムホルツ共鳴を基本原理として利用した共鳴吸音構造とを組み合わせた吸音パネルに本発明を利用した例である。この吸音パネルについては、本出願人らによる出願である特願平１１−３０５４１２号に詳細が記載されている。
【００９６】
この構造では、図８にその概略分解構造を示すように、五面が同様なアルミニウム金属板で囲まれた箱形構造体３０５の開放面に、実施例２と同様な材料の板状吸音材料３０４が配置され、この吸音材料３０４の背後に断面コの字形状の桁材３０２を配置した構造を有している。
【００９７】
この構造では、板状吸音材料３０４の背後に長手立体形状の背後空気層３０６と、スリット状の開口３０７とが設けられている。
【００９８】
そして、桁材３０２の背後には、共鳴のための空間３０８を有している。背後空気層３０６は、断面コの字形状の桁材３０２の内部（コの字の内部）に形成されており、板状の吸音材料３０４と一体となって吸音を行う。この吸音作用は、通常の（吸音材料）＋（背後空気層）の吸音構造によって行われるものであり、吸音周波数のピークは、背後空気層３０６の厚さｔ₂で概略決定される。
【００９９】
共鳴のための空間３０８は、スリット状の開口３０７と一体となってヘルムホルツ共鳴を基本原理とした共鳴を行い、その際に板状吸音材料３０４の作用もあり吸音が行われる。
【０１００】
前者の吸音は、板状の吸音材料３０４が存在する部分に背後空気層の厚さｔ₂できまる定在波の腹（定在波における振幅の大きい部分）が存在することで、振動のエネルギーが吸音材料３０４と気体分子との摩擦によって熱エネルギーに変換されることで行われる。
【０１０１】
後者の吸音は、ヘルムホルツ共鳴を基本原理とするもので、空間３０８の容積とスリット状の開口３０７における開口面積及び開口３０７の深さＯ（空間３０８の厚さは含まれない）で決まる共鳴周波数において、開口３０７を激しく出入りする空気塊の運動エネルギーが吸音材料３０４で消費されることで行われる。
【０１０２】
図８に示す構造では、上記２種類の吸音機構によって、吸音が行われる。そして、その吸音特性はそれらを組み合わせたものとなる。
【０１０３】
本実施例３においては、仕切り板３０１によって背後空気層３０６及びスリット形状の開口３０７が一方向に仕切られている。なお、開口３０７において、仕切り板３０１は空間３０８まで延存しておらず、スリット状の開口３０７の内部のみを仕切る構造となっている。なお、この仕切り板３０１及び桁材３０２の材料は、上記実施例１，２と同様な材料のものを用いている。
【０１０４】
また、本実施例３においても、仕切り板３０１の仕切り幅Ｗの間隔を本発明で規定される条件に従って、所定の寸法に設定することで、斜入射成分の低域側における吸音率を高めることができる。
【０１０５】
即ち、垂直入射吸音特性（この吸音特性も所定の周波数領域をピークとした特性を示す）を基準として、そのピークの低域側において、吸音率がピーク値の７５％以上である領域にディップ周波数を設定し、前述した式(1)から仕切り幅Ｗの間隔を算出すればよい。
【０１０６】
なお、仕切り板３０１は、箱形構造体３０５の底板３０９に達していてもよいし、達していなくてもよい。
【０１０７】
【実施例４】
実施例４は、仕切りの構造を各種用意し、JIS A 1409に規定される残響室法吸音率の測定を行った結果の例である。この残響室法吸音率は、乱入射吸音率を残響室において用いて実際に測定したものに相当する。
【０１０８】
ここでは、図９に示す仕切り構造を備えた吸音パネル（Ａ）〜（Ｆ）を用意した。この内、吸音パネル（Ａ）〜（Ｄ）が実施例４を示す構造であり、吸音パネル（Ｅ）が実施例４の要件を満たさない構造であり、吸音パネル（Ｆ）が仕切りのない従来構造のものである。
【０１０９】
これら吸音パネルは、厚さ＝2mmの鋼板で構成された幅＝500mm、長さ＝2000mmの一面が開放された深さ＝50mmの箱状構造体４０１，４０２…の開放面に、アルミニウム繊維でなる板状吸音材料４１０を配置したものを用い、その背後空気層４０８，４０８ａ…の厚さ＝50mmとしてある。
【０１１０】
板状吸音材料４１０は、直径＝100μmのアルミニウム繊維に有機バインダーを加えて圧縮し、厚さ＝1.5mm、面密度＝2000g/m²とした板状多孔質材料を用いた。
【０１１１】
即ち、図９（Ａ）に示す吸音パネルは、箱形構造体４０１内がアルミニウム材料で構成された縦横の仕切り板４１１，４１２…で仕切られて、背後空気層４０８ａ，４０８ｂ…に二つにそれぞれ分割構成されている。この実施例の仕切り寸法は、幅＝250mm、長さ＝250mmで、各背後空気層４０８ａ，４０８ｂを仕切ってあり、４１５は底板を示している。
【０１１２】
図９（Ｂ）に示す吸音パネルは、箱形構造体４０２内が仕切り板４１１，４１１…で仕切られた背後空気層４０８を構成し、また一つ置きの背後空気層４０８内を二等分する横状の仕切り板４１２を配置させ、同じ容積の背後空気層４０８ａ，４０８ｂがそれぞれ構成されている。仕切り寸法は、幅＝250mm、長さ＝500mm及び幅＝250mm、長さ＝250mmで、背後空気層４０８ａと４０８ｂとに仕切ってある。
【０１１３】
図９（Ｃ）に示す吸音パネルは、上記吸音パネル（Ａ）の変形例であり、箱形構造体４０３内が千鳥状に配置される横状の仕切り板４１２，４１２…で仕切られて、容積を異にする大小の背後空気層４０８ｃ，４０８ｄが構成されている。この仕切り寸法は、幅＝250mm、長さ＝200mm及び幅＝250mm、長さ＝300mmで大小の背後空気層４０８ｃと４０８ｄとに仕切ってある。
【０１１４】
図９（Ｄ）に示す吸音パネルは、箱形構造体４０４内を仕切り板４１１，４１１…で仕切られて複数の背後空気層４０８，４０８…が構成されている。この例の仕切り寸法は、幅＝250mm、長さ＝500mmである。なお、この実施例では、何れも仕切り寸法は、同じ幅＝250mmで構成されているが、上記する本発明で規定される条件に従って、各種所定の寸法に設定すること勿論のことである。
【０１１５】
図９（Ｅ）に示す吸音パネルは、箱形構造体４０５内を比較的大きな仕切り幅に仕切り板４１１、４１１…で仕切った例であり、本発明の要件を満たさない吸音構造である。この仕切り寸法は、幅＝500mm、長さ＝500mmである。
【０１１６】
図９（Ｆ）に示す吸音パネルは、箱形構造体４０６内に仕切りのない従来構造の吸音構造である。なお、本実施例４に用いられる仕切り板４１１、４１２は、上記の実施例１〜３と同様な材料のものを用いている。
【０１１７】
吸音率の計測は、残響室の床面に１０m²（５ｍ×２枚）の広さに各吸音パネルを敷き詰め、JIS A1409で定める残響室法吸音率の測定方法に準じて行った。
【０１１８】
図１０及び図１１に計測結果を示す。この図から分かるように、各種の仕切りを設けた吸音パネル（Ａ）〜（Ｄ）とすることで、従来構造の仕切りを設けない吸音パネル（Ｆ）の特性に比較して、吸音ピーク及び該ピークの低域側吸音特性が改善されることが分かる。また、仕切り幅の配列が、本発明の要件を満たさない構造の吸音パネル（Ｅ）の場合でも、上記従来構造の吸音パネル（Ｆ）に比較すれば、その吸音特性は向上していることが分かる。
【０１１９】
このように 図１０及び図１１から明らかなように、本発明を採用すること
で、吸音ピークの低域側の吸音性能を飛躍的に向上させることができる。なお、図１０及び図１１から残響室法吸音率には、ディップ周波数の悪影響は殆どないことが分かる。吸音特性が僅かに段階状になっている部分が、ディップ周波数の影響である。
【０１２０】
【発明の効果】
本発明を採用することで、より低音域まで吸音を行うことができ、また、入射角の異なる音波に対する吸音率の違いを是正した吸音機構を得ることができる。
【０１２１】
また、本発明は、従来から知られている吸音機構に仕切りを付加することで得ることができる。さらに、厚さが制限された寸法において、より低域までの吸音率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来例の古典的な吸音構造を示す概略断面図。
【図２】 図１の吸音特性の一例を示すグラフ。
【図３】 本発明の実施例１を示し、（Ａ）は実施例１を示す概略斜視図、（Ｂ）は同概略平面図。
【図４】 実施例１の仕切り幅Ｗ300mmの吸音特性を示すグラフ。
【図５】 実施例１の仕切り幅Ｗ250mmの吸音特性を示すグラフ。
【図６】 比較例の吸音特性を示すグラフ。
【図７】 実施例２を示す説明用斜視図。
【図８】 実施例３を示す説明用斜視図。
【図９】 実施例４の各例を示す概略斜視図。
【図１０】 図９の残響室法吸音率を示すグラフ。
【図１１】 同測定結果の詳細を示す図。
【図１２】 従来特許の吸音構造を示す概略断面図。
【図１３】 同従来構造の吸音特性を示すグラフ。
【符号の説明】
１，２０１，３０４，４１０ 板状吸音材料
２，２０６，３０６，４０８ 背後空気層
３，２０３，３０１，４１１ 仕切り板
Ｗ 仕切り幅

Claims (5)

1. 吸音材料と該吸音材料の背後の空間とを備えた吸音機構であって、
   前記空間を下記の式により求められる仕切り幅で仕切ることにより、入射角４５度における吸音率が部分的に低下する大きな落ち込みであるディップを存在させ、このディップ部分の周波数であるディップ周波数の生成によって斜入射成分の低周波数域での吸音率を向上させることを特徴とする吸音機構。
   式 ｆ＝（Ｃ／Ｗ）／（１＋ｓｉｎ４５°）
   ｆ：前記空間の奥行きから測定又はシミュレーションによって求められる垂直入 射吸音率のピーク周波数より低域側における吸音率７５％以上の範囲の周波 数領域から選択された任意の周波数
   Ｃ：音速
   Ｗ：仕切り幅（ｍｍ）
2. 仕切り幅Ｗが所定の幅の範囲内に設定されていることを特徴とする請求項１記載の吸音機構。
3. 異なる値の仕切り幅Ｗが複数設定され、
   それらが組み合わされていることを特徴とする請求項１又は２記載の吸音機
   構。
4. 背後の空間がヘルムホルツ共鳴を基本原理とした共鳴機構の開口部であることを特徴とする請求項１、２又は３記載の吸音機構。
5. 仕切りが縦横に升目状に配置されていることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の吸音機構。

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