JP5245641B2 - 吸音構造体 - Google Patents
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Description
一方、板状または膜状の振動体と、この振動体の背後の空気層とにより音を吸収する吸音構造体において、低音域で高い吸音力を発生させようとすると、例えば厚さ4mm程度の合板を背後空気層45mmで配置し、空気層内部にグラスウールを充填すれば、吸音率のピークが250Hz程度の低音域に発現するが、この吸音率のピークは0.6程度に留まる。
一方、特許文献2に示す吸音材は、連続気泡の多孔質材料および独立気泡の多孔質材料からなり、通気量が0.1dm3/s以上となっている例が開示されている。この通気量が大きい場合には、多孔質材の表裏での音圧差が発生しなくなるため、板振動を励振することができなくなったり、板振動の吸音機構に基づく吸音効果が低減したりすることとなる。
図1は本発明の実施形態に係る吸音構造体10の斜視図、図2は吸音構造体10の分解斜視図、図3は図1中の矢視III−III方向から見た縦断面図である。なお、図面においては、本実施形態の構成を分かりやすく図示するために、吸音構造体10の実際の寸法とは異ならせている。
図に示したように、吸音構造体10は、当該吸音構造体10の基台をなす筐体20と、この筐体20の開口部23を施蓋する振動体30と、筐体20と振動体30によって筐体20内に画成される空気層40と、を具備する。
独立気泡の多孔質材料50は、図4(a)に示すように、部材内に形成される各気泡51は連通せずに殆どが重なり合わないで独立している。このため、独立気泡の多孔質材料は、一定の弾性を有し、振動板として一体に振動可能である。つまり、独立気泡の多孔質材料は、弾性を有し且つ通気性を持たない材料となる。
図4(a)では、気泡51が整列したように模式的に図示したが、ランダムに配置されてもよく、要は各気泡51が重なり合わないで、材料の表面と裏面間で空気が流通しない構造であればよい。
一般に、この種の吸音構造体においては、振動体のマス(質量(mass))成分と、空気層のバネ成分とによってバネマス系が形成される。
ここで、空気の密度をρ0[kg/m3]、音速をc0[m/s]、振動体の密度をρ[kg/m3]、振動体の厚さをt[m]、空気層の厚さをL[m]とすると、バネマス系の共振周波数f[Hz]は数式1のようなる。
振動体の形状が長方形で一辺の長さをa[m]、もう一辺の長さをb[m]、振動体のヤング率をE[N/m2]、振動体のポアソン比をσ[−]、p,qを正の整数とすると、以下の数式2に示すようにして板・膜振動型吸音構造体の共振周波数が求められる。そして、建築音響の分野においては、この求めた共振周波数を音響設計に利用している。
本実施形態における吸音構造体の効果を、図5〜図7による吸音特性の図に基づいて説明する。この特性線図は、実際の実験結果をグラフ化したものであり、実験対象となる吸音構造体に対し、周波数を適宜可変にした音を当てた際の、吸収率を垂直入射吸音率として記録したものです。
図5〜図7は、振動体に連続気泡のウレタン10mm厚を使用した吸音構造体、振動体に独立気泡の発泡シリコーン10mm厚を使用した吸音構造体による実験結果を示している。
図5は、振動体の背後に形成した空気層の厚さを10mm厚とした場合の実験結果であり、図6は、空気層の厚さを20mm厚とした場合の実験結果であり、図7は、空気層の厚さを30mm厚とした場合の実験結果である。図中のAは、連続気泡の振動体による特性を示し、図中のBは、独立気泡の振動体による特性を示している。
この独立気泡のEPDMを振動体に用いた吸音構造体であっても、図5〜図7に示す特性と同様に、吸音のピークとなる周波数が比較的低い周波数にあり、その吸音率も大きな値を示すことが分かる。
しかも、独立気泡の多孔質材料50は、空気の通過を遮断するため、当該吸音構造体10を塵埃の比較的多い音場に設置した場合であっても、振動体30が空気層40への空気の流入を阻止することになる。この結果、塵埃によって空気層40内が汚れるのを防止することができる。
また、独立気泡の多孔質材料50は、その構造から、空気や湿気の材料内への浸入を防止することができるため、振動体30の耐久性を高め、ひいては当該吸音構造体10の信頼性を高めることができる。
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。
<変形例1>
前記実施形態では、振動体30に独立気泡の多孔質材料50を用いた場合を例示したが、本発明はこれに限らず、振動体に独立気泡の多孔質材料50を用いた種々の構成が可能である。
図3(c)は、独立気泡の多孔質材料50の表側(音波の入射側)にメッシュ、クロス、植毛等の繊維性の通気性部材70を積層した振動体32を用いた吸音構造体の縦断面図を示している。そして、この振動体32は、独立気泡の多孔質材料50の背面に空気層40が来るように、筐体20に固定される。
このように構成される吸音構造体とすると、前記実施形態の吸音効果を得ることができる。しかも、振動体30の表側に連続気泡の多孔質材料60或いは通気性部材70を配置したから、音がこの部材に吸収される作用も付加することができる。
このように構成される吸音構造体においては、バネマス系による共振周波数と、板の弾性による弾性振動による屈曲系の共振周波数との関連性については、前記数式2によって一義的に決められるものの、実際には十分に解明されておらず、低音域で高い吸音力を発揮する吸音構造体の構造が確立されていないのが実情である。
さらに、吸音構造体10の構成は、矩形状の筐体20、筐体20の開口部23を閉塞する振動体30と、筐体20内に画成される空気層40と、を具備する構成としたが、本発明による筐体の形状は矩形状に円形状、多角形状であっても、振動体30に対して振動条件を変更するための集中質量を、振動体30の中央部に設けるようにしてもよい。
シミュレートの結果を見ると、300〜500[Hz]の間と、700[Hz]付近において吸音率が高くなっている。
また、本発明においては、吸音構造体群を形成する場合、上述した実施形態または変形例のいずれか一種類の吸音構造体を複数組み合わせて吸音構造体群とするだけでなく、例えば、吸音特性の異なった吸音構造体を組み合わせたり、3種類以上の吸音特性の異なった吸音構造体を組み合わせたりするというように、異なった吸音特性を有する吸音構造体を組み合わせて吸音構造体群としてもよい。
Claims (1)
- 中空で開口部を備えた筐体と、
前記開口部に設けられ、弾性を有する高分子化合物である独立気泡の多孔質材料によって形成される第1の振動体と、
連続気泡の多孔質材料又は繊維性の通気性部材によって形成される第2の振動体と、
前記第1の振動体により密閉された前記筐体の中空に画成される空気層と、を具備し、
前記筐体に近いほうから、前記第1の振動体、前記第2の振動体という順番でこれらの
振動体が積層されている
ことを特徴とする吸音構造体。
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