JP5286949B2

JP5286949B2 - 吸音構造

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Publication number: JP5286949B2
Application number: JP2008146825A
Authority: JP
Inventors: 廉人棚瀬
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2008-06-04
Filing date: 2008-06-04
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2028-06-04
Also published as: JP2009293251A

Description

本発明は、音を吸音する技術に関する。

特許文献１に開示された吸音構造のように、板状（または膜状）の振動体と、この振動体の背後の空気層により音を吸収する吸音構造（以下、板・膜振動型吸音構造という）がある。この板・膜振動型吸音構造においては、振動体の質量成分と、空気層のバネ成分によってバネマス系の吸音メカニズムが形成され、振動体が弾性を有して屈曲振動をする場合には屈曲振動による屈曲系の吸音メカニズムが加わる。

特開２００６−１１４１２号公報

ところで、板・膜振動型吸音構造においては、バネマス系による共振周波数と板振動による屈曲系の共振周波数とが近接していると、共振が連成してしまうために低域の周波数の音を吸音するのが難しく、また吸音率が高い周波数帯が狭いため低域の周波数について幅広く且つ効率よく吸音することができていない。

本発明は、上述した背景の下になされたものであり、板・膜振動型の吸音構造において、吸音する音の周波数帯を広げて効率良く吸音する技術を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために本発明は、弾性を有する板状または膜状の振動体と、弾性を有する板状又は膜状の第１部材と、前記第１部材とは異なる弾性を有する板状又は膜状の第２部材と、枠形に形成された支持部材とを有し、前記第１部材の表面に前記第２部材が積み重ねられ、前記支持部材の枠形の端面の一方に前記第２部材が固着され、他方の端面に前記振動体が固着され、前記支持部材、前記振動体及び前記第２部材で囲まれて中空の空気層が形成されており、設置される空間を仕切る境界面に前記第１部材が接している吸音構造を提供する。

本発明においては、前記振動体の表面に付加部材を有していてもよい。
上記吸音構造においては、前記第１部材はフェルトシート又は不織布であり、前記第２部材はゴムシートであってもよい。

本発明によれば、板・膜振動型の吸音構造において、吸音する音の周波数帯を広げて効率良く吸音することができる。

［実施形態］
図１は、本発明の一実施形態に係る吸音構造１の外観図、図２は、吸音構造１の断面図（図１のＡ−Ａ線断面矢視図）である。吸音構造１は、自動車において車室を構成する各種パネルの車室側や、一般家屋やビルなどの部屋、防音室、音楽室、ホール、劇場、音響機器のリスニングルーム、会議室等の居室など各種の音響室の境界面（壁、床、天井など）に配置されて音を吸音するものである。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１の寸法を実際の寸法とは異ならせてある。

（各部の構成）
吸音構造１は、図に示したように振動体１０、ゴムシート２０、フェルトシート３０および支持部材４０で構成されている。
振動体１０は、弾性を有するプラスチックで形成された板状で矩形の部材であり、力（音圧）を加えると変形し、弾性により復元力を発生して振動する部材である。なお、本実施形態においては、振動体１０の素材はプラスチックとしているが、素材はプラスチックに限定されず、弾性を有し屈曲振動が生じるのであれば合成樹脂、紙、合成樹脂、金属、繊維板など他の素材であってもよい。
支持部材４０は、合成樹脂を矩形の枠形に形成した部材である。なお、支持部材４０についても、素材は合成樹脂に限定されず金属など他の素材であってもよいが、振動体１０よりも相対的に剛性が高いのが好ましい。
ゴムシート２０は、弾性を有するゴムを板状又は膜状にして矩形に形成したものであり、力（音圧）を加えると変形し、弾性により復元力を発生して振動する部材である。
フェルトシート３０は、獣毛に熱と水分を含ませ大きな圧力により時間をかけて揉み固めた（縮絨された）所謂フェルトであり、その形状は板状で矩形となっている。フェルトシート３０は、力（音圧）を加えると変形し、力（音圧）がかからなくなると弾性により復元力を発生して元の形状に戻る多孔質材である。なお、本実施形態においては、ゴムシート２０よりフェルトシート３０の方が柔らかくなっており、フェルトシート３０よりゴムシート２０の方が大きな質量（面密度）となっている。

（全体構成）
吸音構造１においては、フェルトシート３０の上にゴムシート２０が載せられている。そして、ゴムシート２０の上に支持部材４０が固着され、支持部材４０を挟んでゴムシート２０と対向するようにして振動体１０が支持部材４０に接着されている。これにより、振動体１０、支持部材４０およびゴムシート２０とで囲まれて振動体１０の背後には長方体の形状に区画された空気層５０が形成されている。なお、本実施形態においては空気層５０は、密閉されているが、支持部材４０に孔を設けて空気層５０が吸音構造１の外側の空間と通じるようにしてもよい。

そして、この吸音構造１は、フェルトシート３０を部屋の境界面２に向けて境界面２に固定される。吸音構造１においては、振動体１０の質量成分と空気層５０のバネ成分によってバネマス系の吸音メカニズムが形成され、また吸音構造１においては振動体１０が弾性を有して屈曲振動をするため、屈曲振動（固有振動）による屈曲系の吸音メカニズムが加わる。また、ゴムシート２０とフェルトシート３０においても、ゴムシート２０の質量成分とフェルトシート３０のバネ成分によってバネマス系の吸音メカニズムが形成される。

この吸音構造１においては、音波が振動体１０に到達すると、音波の音圧と吸音構造１の空気層５０内の圧力との差により振動体１０が振動し、音波のエネルギは、この振動により消費されて音が吸音される。
また、音波は振動体１０と空気層５０を通過してゴムシート２０に到達する。音波がゴムシート２０に到達すると、音波の音圧とフェルトシート３０の弾性によりゴムシート２０が振動し、音波のエネルギは、この振動によっても消費されて音が吸音される。

ここで、振動体１０と空気層５０とによる吸音メカニズムと、ゴムシート２０とフェルトシート３０とによる吸音メカニズムとを見ると、振動体１０とゴムシート２０では質量が異なり、また、空気層５０とフェルトシート３０では弾性が異なるため、振動体１０と空気層５０とによる吸音メカニズムとゴムシート２０とフェルトシート３０とによる吸音メカニズムとでは共振周波数が異なり、各吸音メカニズムで吸音率のピークとなる周波数が異なることとなる。

このように吸音構造１においては、複数の吸音メカニズムが形成されており、各吸音メカニズムで吸音率がピークとなる周波数が異なるため、ゴムシート２０とフェルトシート３０を有さない吸音構造と比較すると、吸音する音の周波数帯を広げて効率良く吸音するが可能となっている。

［変形例］
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。

本発明においては、図３に示した吸音構造１Ａのように、振動体１０において空気層５０に対向している面に付加部材６０を振動体１０に隣接させて取り付けてもよい。付加部材６０は、例えば発泡シリコーン（silicone）であり、その形状は薄い板状で矩形となっている。なお、付加部材６０を振動体１０に隣接させる際には、付加部材６０の振動体１０側の面の全てを振動体１０に接着してもよく、また、付加部材６０の振動体１０側の面の一部のみを接着し、接着されていない部分においては振動体１０との間で摩擦が生じるようにしてもよい。
この構成においては、振動体１０が振動により変形すると、付加部材６０が変形して付加部材６０の内部で内部摩擦が生じ、この摩擦によっても音波のエネルギが消費されて音が吸音される。また、振動体１０と付加部材６０との接触面（界面）で摩擦が生じる構成であると、この摩擦によっても音波のエネルギが消費されて音が吸音される。つまり、この構成では付加部材６０を取り付けない場合と比較して、より音波のエネルギが消費されることとなるので、より吸音がされることとなる。

図４は、空気層５０の厚さが１５ｍｍの吸音構造において、（１）付加部材６０を有する一方、ゴムシート２０、フェルトシート３０を備えていない場合と、（２）図３に示した付加部材６０を有すると共に、ゴムシート２０、フェルトシート３０も備える吸音構造１Ａの場合の、それぞれの垂直入射吸音率の測定結果（１／３オクターブバンド）を示したグラフである。なお、垂直入射吸音率の測定は、JIS A 1405-2（音響管による吸音率及びインピーダンスの測定−第２部：伝達関数法）による。
図４に示したように、付加部材６０を有していてもゴムシート２０、フェルトシート３０を備えていない場合、（図４の（１）のグラフ）には、４００［Ｈｚ］に吸音率のピーク（約０．５８）が表れているが、３１５［Ｈｚ］以下では吸音率が下がっている。
一方、ゴムシート２０、フェルトシート３０を有し、付加部材６０を振動体１０の表面に配置した場合（図４の（２）のグラフ）には、２００［Ｈｚ］〜３１５［Ｈｚ］の間の吸音率が（１）の場合より高くなっており、吸音率の良い周波数帯が低域側に広がっていることが分かる。

このように、測定結果は、振動体１０の背後に空気層５０を介してゴムシート２０とフェルトシート３０とを設けると、吸音する音の周波数帯が低域側に広がることを表しており、上述した吸音構造１においては、ゴムシート２０とフェルトシート３０とを設けない場合と比較して、低い音を吸音することが可能となっている。

本発明において振動体１０は、弾性を有する弾性体で形成されているのであれば、板状以外に膜の形状（フィルム状やシート状）であってもよい。なお、板状とは、直方体（立体）に対して相対的に厚さが薄く２次元的な広がりをもつことを意味し、膜状（フィルム状、シート状）とは、板状よりもさらに相対的に厚さが薄く、張力により復元力を発生することを意味する。

上述した実施形態においては、振動体１０において各空気層に接している部分の形状が矩形となっているが、この部分の形状が正方形となるように支持部材の形状を変形してもよい。また、この部分の形状は、多角形、楕円形、円形など他の形状であってもよい。

上述した実施形態においては、境界面とゴムシート２０との間にはフェルトシート３０があるが、フェルトシート３０に替えて不織布であってもよい。
また、本発明においては、支持部材４０の内側を格子状に区切り、振動体１０の背後に複数の空気層５０が形成されるようにしてもよい。

上述した実施形態においては、付加部材６０は発泡シリコーンで形成されているが、外力を受けて変形する際に抵抗を有する素材であれば、発泡シリコーン以外で弾性を有する素材（ゴム、合成樹脂など）や織物、不織布などの他の素材で付加部材６０を形成してもよい。
また、付加部材６０は、振動体１０において空気層５０側の面に取り付けられているが、空気層５０と反対側に付加部材６０を取り付けるようにしてもよい。この場合、付加部材は音響透過性を有する部材であって、フェルト、グラスウール、クロス等の多孔質部材や有孔部材で構成される。これらの音響透過部材により中高音域を吸音する一方で、低音域はこれらの部材を透過するため、振動体１０の振動により低音域を吸音する。

本発明においては、付加部材６０は、振動体１０が変形するときに振動体１０との間に摩擦が生じるように取り付けられているのであれば、弾性を有する素材でなくてもよい。
また、本発明においては、外力を受けて振動体１０と共に変形する部材を振動体１０の表面全体に取り付けるようにしてもよい。なお、この構成においては、取り付けられる部材は、部材を貫通する孔が規則的に部材全体に配置されているのが好ましい。

上述した実施形態においては、振動体１０は、支持部材４０に接着されて固定されており、接着部位においては変位（移動）も回転も拘束されているが、振動体１０は、支持部材４０に対して変位が拘束され、回転が許容されている単純支持状態であってもよい。また、変位が許容されている支持状態や自由支持など他の支持状態であってもよい。

上述した実施形態または変形例に係る吸音構造を境界面に配置する場合、大きさの同じ吸音構造を複数組み合わせた吸音体群を配置してもよい。また、吸音構造を複数組み合わせる場合には、組み合わせる吸音構造毎に空気層５０の縦と横のサイズを一定にして厚さを異ならせてもよく、空気層５０の厚さを一定にして空気層５０の縦と横のサイズを各々異ならせてもよい。また、空気層５０の厚さとサイズの両方を各々異ならせてもよい。

また、少なくとも、振動体１０のサイズまたは材質、ゴムシート２０の材質・サイズ、フェルトシート３０の材質・サイズ、付加部材６０のサイズ、厚み、材質などのうちいずれか一を変更して吸音構造におけるバネマス系の吸音メカニズムの共振周波数や屈曲系の吸音メカニズムの共振周波数を調整し、吸音構造における吸音率のピークとなる周波数を調整してもよい。

また、上述した本発明に係る吸音構造を、吸音構造の吸音率のピークの周波数の音が騒音として発生している部屋の境界面に配置したり、騒音が発生している車両に配置して騒音を低減させてもよい。このように吸音構造を騒音の発生場所に配置して騒音を低減させる騒音低減方法によれば、振動体１０が振動して騒音のエネルギが消費されて騒音が低減されることとなる。

本発明の一実施形態に係る吸音構造１の外観の模式図である。吸音構造１のＡ−Ａ線に沿う断面矢視図である。本発明の変形例に係る吸音構造１Ａの断面図である。吸音構造１Ａの吸音率の測定結果を示したグラフである。

符号の説明

１，１Ａ・・・吸音構造、１０・・・振動体、２０・・・ゴムシート、３０・・・フェルトシート、４０・・・支持部材、５０・・・空気層、６０・・・付加部材

Claims

弾性を有する板状または膜状の振動体と、
弾性を有する板状又は膜状の第１部材と、
前記第１部材とは異なる弾性を有する板状又は膜状の第２部材と、
枠形に形成された支持部材と
を有し、
前記第１部材の表面に前記第２部材が積み重ねられ、
前記支持部材の枠形の端面の一方に前記第２部材が固着され、他方の端面に前記振動体が固着され、
前記支持部材、前記振動体及び前記第２部材で囲まれて中空の空気層が形成されており、設置される空間を仕切る境界面に前記第１部材が接している吸音構造。
前記第１部材はフェルトシート又は不織布であり、前記第２部材はゴムシートであることを特徴とする請求項１に記載の吸音構造。
前記振動体の表面に付加部材を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の吸音構造。