JP4545558B2 - 吸音材、吸音材料、吸音ダクトおよび音響装置 - Google Patents

Description

本発明は、新規な形態を有する吸音材、この吸音材を用いた吸音材料、この吸音材を配置した吸音ダクトおよびこの吸音材を配置した音響装置に関する。

コンサートホール、録音スタジオ、リスニングルームなどでは、良好な音響空間を形成するために、壁面に吸音材が使用されている。また、空調設備などのように駆動部から空気を送り出すダクトを有する設備では、駆動部で発生する騒音がダクトを通して伝達されないようにダクト内に吸音材が配置されている。さらに、スピーカーなどの音響装置においては、スピーカーを配置した筐体（ハウジング）内において発生する背圧を吸収し、排除するために吸音材が充填されている。

従来、上記のようにして使用されている吸音材としては、樹脂発泡体、ガラス繊維、発泡セラミックスなどが使用されており、微細な空気の層あるいは気泡内に音波を分散吸収して吸音しており、それぞれの吸音材には吸音特性があり、低音から高音域までの広汎な領域の単一の吸音材で減衰させるのは比較的難しいとされていた。特に低音域の音は波長が長いために吸音が比較的難しい。

また、空調設備などのダクトは、空気流と共に駆動装置で発生する騒音も空気流によって搬送されるために、ダクト内に吸音材を配備することが好ましいが、ダクト内に配備された吸音材によって空気流がせき止められることになり、従来の吸音材では、吸音材を配備することによる圧力損失が非常に大きくなるという問題がある。

また、スピーカーを筐体に配置したスピーカーキャビネットなどの音響装置においては、スピーカーのコーンが振動することによりスピーカーの背面に生ずる圧力（背圧）を減衰させる必要があり、スピーカーキャビネット内には、グラスウール、ロックウール、吸音フェルト、発泡ウレタン、合成繊維中空糸などが充填されており、さらに、粒子状の吸音プラスチックなどを用いたスピーカーシステムなどが使用されている（特開2000-115872号公報、特許文献１、特開平5-344578号公報、特許文献２）。

さらに、特許文献３（特開平4-227198号公報）には、位相反転形バックロードホーンスピーカーシステムが開示されており、このスピーカーハウジングの後面に放出される音の一定周波数帯域の音をフィルタリング手段で吸収して放出させるようにしたスピーカーシステムが開示されている。

しかしながら、上記の音響装置に用いられる吸音材あるいは音響施設、設備に用いられる吸音材として、広汎な周波数帯にわたって効率よく吸音可能な吸音材は知られていない。
特開2000-115872号公報 特開平5-344578号公報 特開平4-227198号公報

本発明は、非常に効率よく音波を減衰することができる新規な吸音材を提供することを目的としている。
また、本発明は、上記のような新規な吸音材を用いた防音パネルなどの吸音材料を提供
することを目的としている。

さらに、本発明は、上記のような新規な吸音材を用いた吸音ダクトを提供することを目的としている。
またさらに、本発明は、上記のような新規な吸音材を用いた音響装置を提供することを目的としている。

本発明の吸音材は、略円筒状の形態を有し、外形方向および内径方向に交互に折曲して軸方向長さを縮めるように重合した多数の襞が形成された筒状体からなることを特徴としている。

また、本発明の吸音材は、上記の筒状体が、管状に形成された薄葉状物の管を軸方向から圧縮して該筒状体の円周方向に沿って該軸方向長さを縮めるように多数の襞を重合させてなるものであることが好ましい。

本発明の吸音材料は、上記のような筒状体からなる吸音材を、筐体内に配置してなることを特徴としている。また、この吸音材料は、上記の筒状体からなる吸音材を、音源に対して筒状体の外周壁面が対面するように筐体内に配置されてなるものであるか、あるいは、音源に対して筒状体の開口部が対面するように筐体内に配置されてなるものであることが好ましい。

本発明の吸音ダクトは、上述のような筒状体からなる吸音材を、空気流通可能なダクト内に、筒状体の軸方向が当該ダクトの長手方向にほぼ沿うように配置されていることを特徴としている。

さらに、本発明の音響装置は、上述のような筒状体からなる吸音材を、スピーカーの背面に筒状体の開口部が当接して配置するか、あるいは、スピーカーハウジング内に配置することを特徴としている。

本発明の吸音材は、略円筒状の形態を有し、この円筒の表面に多数の襞が形成されており、この吸音材に音が到達すると表面の襞によって音が吸収されると共に、襞による音の乱反射を繰り返して音波が減衰する。さらに、本発明の吸音材は中空部を有する筒状であり、気体流に沿ってこの吸音材を配置することにより、気体の圧力損を最小限にして効率的に吸音することができる。

次に本発明の吸音材、吸音材料、吸音ダクトおよび音響装置について、具体的に説明する。
図１は、本発明の吸音材の一例を示す斜視図であり、一部切り欠かれて示されている。また図２は、本発明の吸音材における吸音のメカニズムを示す説明図である。

図１に示すように、本発明の吸音材１０は、内部に軸方向に貫通する中空部２０を有する円筒状の形態を有している。本発明の吸音材１０においては、上記のように内部に軸方向に貫通する中空部２０を形成するために、例えば図２に示すように、管状に形成された薄葉状物１７を管の軸方向から矢印A方向に圧縮されて略円筒状の外周壁２１が形成され
ている。このようにして管状に形成された薄葉状物１７を矢印A方向に圧縮して略管状の
外周壁２１を形成することにより外周壁２１は管状に形成された薄葉状物１７が折畳まれた多数の襞が重合して形成されており、その外周壁面１１および内周壁面１３には折畳ま
れた多数の襞による凹凸が形成されている。この外周壁面１１あるいは内周壁面１３の表面に音波がぶつかると、音波の一部は吸音され、また音波の一部は反射するが乱反射して隣接する吸音材１５に到達することを繰り返すことにより、音を吸収して減衰させることができる。

このような本発明の吸音材１０は、合成樹脂等を用いて管状に形成された筒状の薄葉状物を、この管の軸方向から圧縮して該筒状体の円周方向に沿って該軸方向長さを縮めるように圧縮し多数の襞を重合させることにより製造することができる。本発明の吸音材１０は、上記のような円筒壁２１の壁面に形成された無数の襞によって吸音するものであり、本発明の吸音材１０を形成する素材およびその製造方法などは限定されるものではない。

かかる薄葉状物の具体例としては、例えば、紙、セロファン等のセルロースを原料とする薄葉状物、熱硬化性樹脂あるいは熱可塑性樹脂からなるシートまたはフィルム等を挙げることができるが、筒状に形成し得る薄葉状物で、多数の襞が形成され得るものである限り、これらに限定されるものではない。

熱硬化性樹脂としては、種々公知の熱硬化性樹脂、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ユリア・メラミン樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド等を例示することができる。

熱可塑性樹脂としては、種々公知の熱可塑性、例えばポリオレフィン（ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ4-メチル-1-ペンテン、ポリブテン等）、ポリエステル（ポリエチ
レンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等）、ポリアミド（ナイロン-6、ナイロン-66、ポリメタキシレンアジパミド等）、ポリ塩化ビニ
ル、ポリイミド、エチレン・酢酸ビニル共重合体もしくはその鹸化物、ポリビニルアルコール、ポリアクリロニトリル、ポリカーボネート、ポリスチレン、アイオノマー、あるいはこれらの混合物等を例示することができる。

これらセルロースあるいは樹脂からなる薄葉状物を用いて筒状体を形成し、その筒状体を中空部２０が形成され、且つ長手方向（軸方向）にその長さを減ずるように筒状体の壁面を圧縮することにより多数の襞を形成する。

この中空部２０を形成するように外周壁２１を形成する方法および用いる装置には特に限定はないが、例えば特開昭55-483441号公報に記載されている装置およびこの公開公報
に開示されている方法などを応用することができる。

本発明の吸音材１０は、上記のように筒状の薄葉状物を圧縮して多数の襞が重合した円筒壁２１を有し、その周壁２１の外周壁面１１および内周壁面１３には無数の凹凸が形成されており、さらに、この筒壁２１には、多数の襞間には空気も含有されており、この吸音材１０の外周壁面１１あるいは内周壁面１３によって音波は、減衰する。

本発明の吸音材１０は、管状に形成された筒状の薄葉状物を、管の軸方向（長手方向）から圧縮してこの筒状体の円周方向に沿って、この筒状の薄葉状物（例えば管状に形成された合成樹脂フィルム管）の長さを縮めるように圧縮することにより形成された表面に無数の襞のある略筒状の形態を有するものである。

このような吸音材１０のサイズに特に限定はないが、音速をｖ、周波数をｆ、波長をλで表わすと、音速ｖ、周波数ｆ、波長λには次の関係式が成立する。
ｖ＝ｆλ
ここで吸音しようとする音の波長λについてみると、
λ＝ｖ／ｆ
の関係式が導き出される。一般に音波は正弦曲線波であり、例えば、高音領域である２０kHzの音の波長λは、１．７cm、低音領域である２０Hzの音の波長λは１７００cmである
。

一般に吸音材の長さは、吸音しようとする音波の波長λの１／４程度あれば充分な効果があるとされており、吸音しようとする音の波長に合わせて、本発明の吸音材の長さは適宜設定することができる、例えば高音領域である２０kHzの音をより効率的に吸音するた
めには、吸音材の最大長さを０．４２５cmとすればよく、また例えば低音領域にある２０Hzの音をより効率的に吸音するためには吸音材の最大長さを４２５cmとすればよい。

上記吸音材の長さは、吸音材１つの長さである必要はなく、複数の吸音材を連接して上記長さにすることができる。また、上記吸音材の最大長さは、吸音しようとする音の波長λの１／４の長さで充分な吸音効果が発現することに基くものであり、この長さより長い吸音材を用いることにより、さらに効率よく吸音することができる。

また、この吸音材１０の直径Dは、通常は３〜１２cm、好ましくは３．５〜９cmの範囲
内、周壁２１の厚さTは、通常は０．５〜２cm、好ましくは０．７〜１．５cmの範囲内、
中空部２０の直径Wは、通常は２〜７cm、好ましくは２〜６cmの範囲内に設定する。これ
らのサイズは、主として本発明の吸音材の製造を考慮して選定した値であり、これらのサイズによって吸音効果が著しく変化することはない。

上記の吸音材１０を用いた吸音材料の一例を図３に示す。
図３には、上記の吸音材１０を筐体３１内に配置した吸音パネルの一例が模式的に示されている。図３に示すように、本発明の吸音材料（吸音パネル）３０は、吸音材１０を配置する筐体３１と、この筐体３１に吸音材１０を配置・固定するための固定手段３５とを有する。図３において、固定手段３５は、筐体３０の側壁３１a,３１b間に張り渡した糸
状体である態様が示されている。この筐体３０の側壁３１a,３１bに張り渡された糸状体
３５を吸音材１０に設けられた中空部２０に通して吸音材１０を筐体３０に固定する。

上記のような吸音材料３０において、吸音材１０は、隣接する吸音材１０との間に多少の間隙を形成して配置することが好ましい。すなわち、吸音材１０の表面で反射された音波は、隣接する吸音材１０の表面に到達して反射される際に減衰すると共に、間隙を形成することにより、この間隙から後ろに回りこんだ音波を確実に減衰させることができる。このような吸音材１０と隣接する吸音材１０との間隙幅は、通常は０〜１．５cm、好ましくは０〜１cmである。なお、吸音材１０の表面には多数の襞による凹凸が形成されているので、吸音材１０を筐体３０内に密に配置しても、隣接する吸音材間に多少の間隙は形成される。

上記の吸音材料の例は、吸音材１０を筐体３０内に横方向に多数配置した例であるが、本発明の吸音材料は、これ以外に、図４（a）、（b）に示すように配置してもよい。図４（a）は、筐体内に吸音材１０を縦に多数配置したものであり、図４（b）は、吸音材１０の筒状体の開口面２５が表面に向くように配置したものである。図４（b）に示すように
、吸音材１０の筒状体の開口面２５が表面に向くように多数の吸音材を配置することにより、吸音材１０の外周壁１１の内周壁面１３をも吸音に有効に利用することができる。

また、本発明の吸音材料は、図５(a)に示すように、筐体３１に、吸音材１０の開口面
が表面を向くように多数配置した吸音材料３０を連接して配置することにより、表面からの音を効率よく吸音することができる吸音材料とすることができる。また、図５(b)に示
すように、筐体３１の側壁３１aが露出するように段差を設けて配置することにより、正
面からの音は吸音材１０によって良好に吸音されるが、側壁３１a側からの音は反射され
、吸音されないような指向性を有する吸音材料とすることもできる。さらに、本発明の吸音材料３０は、非常に優れた吸音機能を有するが、その表面を覆うことにより、あるいは、露出する本発明の吸音材１０の面積を調整することにより、吸音材料３０の吸音効果を調整することができる。

なお、上記吸音材料３０は、筐体３１内に吸音材１０を配置した例であるが、筐体３１は、吸音材１０を保持し、吸音材１０を取り扱いやすくするためのものであり、この筐体３１自体が吸音機能を有しているわけではないので、本発明の吸音材料は、筐体３１を必須の構成要件とするものではない。また逆に、筐体として他の吸音材（吸音板など）を使用することにより、本発明の吸音材との組みあわせにおいてさらに高度な吸音機能を発現させることができる。

さらに、本発明の吸音材１０を、図６(a)、(b)に示すように、ダクト４０内に配置することにより、本発明の吸音材１０の有する中空部２０を利用して圧力損失を最小減にとどめながらダクト内を伝わる騒音を低減することができる。すなわち、図６(a)に示すよう
に、ダクトの長さ方向に沿って、吸音材１０の軸線が揃うように複数の吸音材１０を配置することにより、ダクト内を伝わる騒音を吸音材１０の外周表面１１および内周表面１３にある多数の襞によって減衰することができる。他方、このダクト４０内を通過する気体流れは、吸音材１０に形成されている中空部２０、および、配置された吸音材１０の間隙を通るので、この吸音材１０の前後における圧力損失は無視し得る程度に小さくすることができる。また、吸音材１０を配置することによる圧力損失が大きい場合には、図６（ｂ）に示すように、配置する吸音材１０を複数に分割して配置することにより、圧力損失を低減することができる。

このようにダクト内に吸音材１０を配置する場合、ダクトの断面積に対して、吸音材１０の合計の断面積が通常は２〜２０％、好ましくは３〜１５％の範囲内にすることにより、圧力損失を無視できる程度にしながら良好な吸音効果が得られる。なお、ここで吸音材１０の断面積は中空部２０を含めた吸音材１０の断面積の合計である。

このようにダクト４０内に吸音材１０を配置することにより、例えば、空気調製装置の運転音などを遮断して送風することができ、また屋外の騒音を遮断して外気を取り入れることができる。

また、本発明の吸音材１０は、スピーカー装置などの音響装置５０に配置することができる。例えば図７に示すように、音響装置５０は、通常は、スピーカー４４と、このスピーカー４４を収納する筐体４２からなり、このスピーカー４４が振動する際にはこのスピーカー４４が収容されている筐体４２の内部には背圧と呼ばれる圧力が生ずる。この背圧は、スピーカー４４のコーンが振動することにより生ずる一種の音波であり、筐体４２の内壁にこの背圧が反射すると、反射した音波がスピーカー４４のコーンに悪影響を及ぼすので、この背圧を筐体４２内で減衰させるか、あるいは、背圧を減衰させて筐体４２から放出させる必要がある。本発明の音響装置では、筐体４２内に上記吸音材１０を配置して、スピーカー４４の背圧を減衰させている。また、本発明の音響装置では、バスレフ型の音響装置である場合には、スピーカー４４の背面に吸音材１０を配置して背圧を減衰させながら放出してもよし、例えば図８に示すようにスピーカー４４の背面に筒状の吸音材１０を当該吸音材の開口面が当接するように配置してもよい。

上記のように本発明の吸音材１０は、非常に優れた吸音機能を有しており、吸音しようとする音源に対面するように配置することにより、非常に効率よく吸音することができる。また、その吸音効率は、吸音しようとする音源に対面する吸音材の面積および吸音材の
長さなどを調整することより制御することができる。さらに、上述したように吸音パネルのような形態で使用すれば、吸音機能に指向性を持たせることも可能である。

さらに、本発明の吸音材は、吸音面に並べて配置するだけで非常に優れた吸音効果を奏すると共に、中空部を有するので、気体の流通を阻害しない。
しかも、本発明の吸音材は、筒状の薄葉状体を襞を形成するように収縮させたものであり、非常に廉価に製造することができる。

上記のように本発明の吸音材は、略円筒状の壁面全体に筒状の薄葉状物（例えば樹脂フィルムなど）が折畳まれることにより形成された多数の襞が形成されており、この多数の襞により音波を非常に効率よく減衰させることができる。しかも、本発明の吸音材は、中空部を有する略円筒状の形態を有しており、音波は非常に効率よく減衰されるが、空気の流通は妨げられにくいという従来の吸音材にはない特性を有している。従って、壁面などに配置する一般的な吸音材料として利用できることは勿論、空気の流通が不可欠なダクト内吸音材、音響装置用の吸音材などとしても有効に使用することができる。

図１は、本発明の吸音材の一例を示す斜視図であり、一部切り欠きを有する切欠斜視図である。 図２は、本発明の吸音材の一例における吸音のメカニズムを説明するための説明図である。 図３は、本発明の吸音材を用いた吸音材料の一例である吸音パネルの例を模式的に示す図である。 図４は、本発明の吸音材料の他の態様を示す図である。 図５は、本発明の吸音材料の他の態様を示す図である。 図６は、本発明の吸音ダクトの例を示す図である。 図７は、本発明の吸音材を配置した音響装置の例を示す図である。 図８は、本発明の吸音材を配置した音響装置の他の例を示す図である。

符号の説明

１０・・・吸音材
１１・・・外周壁面
１３・・・内周壁面
１５・・・隣接する吸音材
１７・・・管状に形成された筒状の薄葉状物
２０・・・中空部
２１・・・周壁
２５・・・筒状体の開口面
３０・・・吸音材料（吸音パネル）
３１・・・筐体
３１a,３１b・・・側壁
３５・・・固定手段
４０・・・ダクト
４２・・・筐体
４４・・・スピーカー
５０・・・音響装置

Claims (8)

1. 略円筒状の形態を有し、該円筒の壁面が、外形方向および内径方向に交互に折曲して軸方向長さを縮めるように重合した多数の襞で形成された筒状体からなることを特徴とする吸音材。
2. 上記筒状体が、管状に形成された薄葉状物を管の軸方向から圧縮して該筒状体の円周方向に沿って該軸方向長さを縮めるように多数の襞を重合させてなることを特徴とする請求項1記載の吸音材。
3. 請求項１または２に記載の筒状体からなる吸音材を、筐体内に配置してなる吸音材料。
4. 筒状体からなる吸音材を、音源に対して筒状体の外周壁面が対面するように、筐体内に配置してなる請求項３記載の吸音材料。
5. 筒状体からなる吸音材を、音源に対して筒状体の開口部が対面するように、筐体内に配置してなる請求項３記載の吸音材料。
6. 請求項１または２記載の筒状体からなる吸音材を、空気流通可能なダクト内に筒状体の軸方向が当該ダクト内の長手方向にほぼ沿うように配置してなる吸音ダクト。
7. 請求項１または２記載の筒状体からなる吸音材を、スピーカーの背面に筒状体の開口面を当接してなる音響装置。
8. 請求項１または２記載の筒状体からなる吸音材を、スピーカーハウジング内に配置してなる音響装置。

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