JP6625118B2 - 音響デバイス - Google Patents
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Description
1.入口及び出口を有する音響デバイスであって、エキスパンションチャンバを画定する外部ハウジングと、エキスパンションチャンバを貫いて延在し、エキスパンションチャンバを、中心チャンバと、この中心チャンバに隣接する周辺チャンバとに区分する管状壁であって、入口及び出口は両方とも中心チャンバと連通している、管状壁と、を備え、管状壁が、中心チャンバと周辺チャンバとの間の空気流動を可能にするための、管状壁を貫いて形成された複数のアパーチャを含み、複数のアパーチャは、100MKS Rayl〜5000MKS Raylの範囲の平均流動抵抗を実現するように構成されている、音響デバイス。
2.複数のアパーチャが、250MKS Rayl〜3000MKS Raylの範囲の平均流動抵抗を実現するように構成されている、実施形態1に記載の音響デバイス。
3.複数のアパーチャが、500MKS Rayl〜2000MKS Raylの範囲の平均流動抵抗を実現するように構成されている、実施形態2に記載の音響デバイス。
4.アパーチャが、10マイクロメートル〜250マイクロメートルの範囲の平均最狭小直径を有する、実施形態1〜3のいずれか1つに記載の音響デバイス。
5.アパーチャが、20マイクロメートル〜200マイクロメートルの範囲の平均最狭小直径を有する、実施形態4に記載の音響デバイス。
6.アパーチャが、30マイクロメートル〜150マイクロメートルの範囲の平均最狭小直径を有する、実施形態5に記載の音響デバイス。
7.管状壁が、50マイクロメートル〜625マイクロメートルの範囲の厚さを有する、実施形態1〜6のいずれか1つに記載の音響デバイス。
8.管状壁が、75マイクロメートル〜575マイクロメートルの範囲の厚さを有する、実施形態7に記載の音響デバイス。
9.管状壁が、150マイクロメートル〜500マイクロメートルの範囲の厚さを有する、実施形態8に記載の音響デバイス。
10.管状壁が、0.3パーセント〜5パーセントの範囲の有孔率を有する、実施形態1〜9のいずれか1つに記載の音響デバイス。
11.管状壁が、0.3パーセント〜3.5パーセントの範囲の有孔率を有する、実施形態10に記載の音響デバイス。
12.管状壁が、0.3パーセント〜2パーセントの範囲の有孔率を有する、実施形態11に記載の音響デバイス。
13.管状壁が、0.2GPa〜10GPaの範囲の弾性率を有する材料を含む、実施形態1〜12のいずれか1つに記載の音響デバイス。
14.管状壁が、0.2GPa〜5GPaの範囲の弾性率を有する材料を含む、実施形態13に記載の音響デバイス。
15.管状壁が、0.2GPa〜4GPaの範囲の弾性率を有する材料を含む、実施形態14に記載の音響デバイス。
16.周辺チャンバ及び中心チャンバが同心状である、実施形態1〜15のいずれか1つに記載の音響デバイス。
17.管状壁が、170リットル毎分の流量における入口から出口までの圧力降下を、エキスパンションチャンバのみに関連付けられる圧力降下に対して最小の20パーセント低減する、実施形態1〜16のいずれか1つに記載の音響デバイス。
18.管状壁が、圧力降下を、エキスパンションチャンバのみに関連付けられる圧力降下に対して最小の50パーセント低減する、実施形態17に記載の音響デバイス。
19.管状壁が、圧力降下を、エキスパンションチャンバのみに関連付けられる圧力降下に対して最小の70パーセント低減する、実施形態18に記載の音響デバイス。
20.入口及び出口が、管状壁の断面直径に概ね一致する断面直径を有する、実施形態1〜19のいずれか1つに記載の音響デバイス。
21.管状壁がエキスパンションチャンバの全長に沿って延在する、実施形態1〜20のいずれか1つに記載の音響デバイス。
22.管状壁が、エキスパンションチャンバの全長の50パーセント〜99パーセントに沿って延在する、実施形態1〜21のいずれか1つに記載の音響デバイス。
23.管状壁が、エキスパンションチャンバの全長の60パーセント〜95パーセントに沿って延在する、実施形態22に記載の音響デバイス。
25.管状壁が第1の管状壁であり、アパーチャが第1のアパーチャであり、周辺チャンバが第1の周辺チャンバであり、第1の周辺チャンバに隣接する第2の周辺チャンバを画定する第2の管状壁を更に備え、第2の管状壁は、複数の第1のアパーチャの音響伝達インピーダンスよりも大幅に低い音響伝達インピーダンスを実現するサイズに作られた複数の第2のアパーチャを有する、実施形態1〜24のいずれか1つに記載の音響デバイス。
26.複数の第2のアパーチャが、100MKS Rayl〜5000MKS Raylの範囲の平均流動抵抗を実現するサイズに作られている、実施形態25に記載の音響デバイス。
27.複数の第2のアパーチャが、250MKS Rayl〜3000MKS Raylの範囲の平均流動抵抗を実現するサイズに作られている、実施形態26に記載の音響デバイス。
28.複数の第2のアパーチャが、500MKS Rayl〜2000MKS Raylの範囲の平均流動抵抗を実現するサイズに作られている、実施形態27に記載の音響デバイス。
29.エキスパンションチャンバが第1のエキスパンションチャンバであり、外部ハウジングが、第1のエキスパンションチャンバの全ての限定を有する第2のエキスパンションチャンバを更に備え、第1のエキスパンションチャンバの出口が第2のエキスパンションチャンバの入口と連通している、実施形態1〜28のいずれか1つに記載の音響デバイス。
30.エキスパンションチャンバを画定する外部ハウジングと、エキスパンションチャンバを貫いて延在し、エキスパンションチャンバを、中心チャンバと、この中心チャンバに隣接する周辺チャンバとに区分する管状壁と、中心チャンバの複数の対向端部と連通した入口及び出口と、を備える音響デバイスを用いて空気伝搬音エネルギーを減衰させる方法であって、本方法は、
中心チャンバを通して空気を流すことと、
音響エネルギーを中心チャンバから、管状壁内に配置された複数のアパーチャを通り抜けるように導くことと、を含み、複数のアパーチャは、100MKS Rayl〜5000MKS Raylの範囲の平均流動抵抗を実現する、方法。
31.管状壁が、170リットル毎分の流量における入口から出口までの圧力降下を、エキスパンションチャンバのみに関連付けられる圧力降下に対して最小の20パーセント低減する、実施形態30に記載の方法。
32.管状壁が、170リットル毎分の流量における入口から出口までの圧力降下を、エキスパンションチャンバのみに関連付けられる圧力降下に対して最小の50パーセント低減する、実施形態31に記載の方法。
33.管状壁が、170リットル毎分の流量における入口から出口までの圧力降下を、エキスパンションチャンバのみに関連付けられる圧力降下に対して最小の70パーセント低減する、実施形態32に記載の方法。
34.壁が第1の壁であり、アパーチャが第1のアパーチャであり、周辺チャンバが第1の周辺チャンバであり、音響エネルギーを第1の周辺チャンバから、第1の周辺チャンバを境界する第2の壁内に配置された複数の第2のアパーチャを通して、第1の周辺チャンバに隣接する第2の周辺チャンバ内へ導き、第2の壁に第1の壁の伝達インピーダンスよりも大幅に低い伝達インピーダンスを与えることを更に含む、実施形態30〜33のいずれか1つに記載の方法。
35.第2の壁が、100MKS Rayl〜5000MKS Raylの範囲の平均流動抵抗を実現する、実施形態34に記載の方法。
36.第2の壁が、250MKS Rayl〜3000MKS Raylの範囲の平均流動抵抗を実現する、実施形態35に記載の方法。
37.第2の壁が、500MKS Rayl〜2000MKS Raylの範囲の平均流動抵抗を実現する、実施形態36に記載の方法。
音響試験
微細穿孔されたフィルム又はパネルの音響特性は、ASTM E2611−09(伝達マトリックス法に基づく音響材料の直角入射音波透過の測定のための標準試験法)に概説されている手順に従うことによって測定することができる。この手順から収集されたデータを、音響透過損失を得るために用いることができる。
圧力降下測定のためのベースラインを得るために、穿孔フィルムを全く有せず、チャンバを形成するためのハウジングを有しない別個の音響デバイスを組み立てた。1つのエンドキャップのみを用い、この測定は、チャンバ又はフィルムを全く有しないベースラインの空気流動測定の役割を果たした。その後、このベースライン測定を、図8に示される各測定から減算した。そのため、図示されている圧力降下曲線は、ベースラインに対する圧力降下の増大を表す。
図1及び図2に概略的に示される音響デバイスを、以下の手順及び材料を用いて組み立てた。ラピッドプロトタイピング(Fortus 400モデル3Dプリンタ、Stratasys Ltd.,Eden Prairie,MN)によって、黒色アクリルニトリル・ブタジエン・スチレン(ABS)樹脂(Stratasys Ltd.,Eden Prairie,MN)を用いて、チャンバを画定する円筒形外部ハウジングを作成した。チャンバの長さは9.6cmであった。ハウジングの内径及び外径はそれぞれ2.9cm及び15.2cmであった。ラピッドプロトタイピング及び黒色ABS樹脂を用いて、チャンバのためのエンドキャップも別個に作成した。エンドキャップは、システムの空気が音響デバイスを通って流れることができる2.9cmの直径の円環を包含した。穿孔フィルムの管を包含するための環状溝部をエンドキャップの設計内に組み込んだ。
単純なエキスパンションチャンバを代表する、穿孔フィルムを全く有しない音響デバイスを上述の実施例1と同様に組み立てた。
音響デバイスを上述の実施例1と同様に組み立てた。得られたフィルムは、0.35mmの厚さ、およそ400グラム/m2の坪量、及び46アパーチャ/cm2のアパーチャ密度を有した。平均アパーチャ径はおよそ0.077mmであった。有効アパーチャ径を実施例1と比べて減少させ、およそ1750MKS Raylの静的空気流動抵抗を有するフィルムを製作した。
図4に示される構成を提供するために、穿孔フィルムから、異なる直径の2つの別個の管を作製したことを除き、音響デバイスを上述の実施例1と同様に組み立てた。管をハウジング、及びエンドキャップ内の環状溝部に挿入し、中心チャンバ212、並びに第1の周辺チャンバ214及び第2の周辺チャンバ218を形成した。2つの同心状の管は半径方向に沿って互いからおよそ2.8cm離間させた。
図5Cに概略的に示される、直列の2つの別個のチャンバ(空気は左から右へ流れる)を用いたことを除いて、音響デバイスを上述の実施例1と同様に組み立てた。2つのチャンバは互いに流体連通し、およそ2cmの間隙によって離間していた。
穿孔フィルムを全く有しないことを除いて、音響デバイスを上述の実施例4と同様に組み立てた。
実施例4に示されるように直列の2つの別個のチャンバを用いたことを除いて、音響デバイスを上述の実施例3と同様に組み立てた。2つのチャンバはおよそ2cmの間隙によって互いから離間していた。
中実の非穿孔フィルムを穿孔フィルムの代わりに用いたことを除いて、音響デバイスを実施例1と同様に組み立てた。
Claims (9)
- 入口及び出口を有する音響デバイスであって、
エキスパンションチャンバを画定する外部ハウジングと、
前記エキスパンションチャンバを貫いて延在し、前記エキスパンションチャンバを、中心チャンバと、前記中心チャンバに隣接する周辺チャンバとに区分する管状壁であって、前記入口及び出口は両方とも前記中心チャンバと連通している、管状壁と、を備え、
前記管状壁が、0.2GPa〜10GPaの範囲の弾性率を有する材料を含むと共に、前記中心チャンバと前記周辺チャンバとの間の空気流動を可能にするための、前記管状壁を貫いて形成された複数のアパーチャを含み、前記複数のアパーチャは、100MKS Rayl〜5000MKS Raylの範囲の平均流動抵抗を実現するように構成されており、前記複数のアパーチャは、10マイクロメートル〜300マイクロメートルの平均最狭小直径を有する、音響デバイス。 - 前記管状壁が、0.3パーセント〜5パーセントの範囲の有孔率を有する、請求項1に記載の音響デバイス。
- 前記管状壁が、170リットル毎分の流量における前記入口から前記出口までの圧力降下を、前記エキスパンションチャンバのみに関連付けられる圧力降下に対して最小の20パーセント低減する、請求項1又は2に記載の音響デバイス。
- 前記入口及び前記出口が、前記管状壁の断面直径に概ね一致する断面直径を有する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の音響デバイス。
- 前記管状壁が前記エキスパンションチャンバの全長に沿って延在する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の音響デバイス。
- 前記管状壁が第1の管状壁であり、前記アパーチャが第1のアパーチャであり、前記周辺チャンバが第1の周辺チャンバであり、
前記第1の周辺チャンバに隣接する第2の周辺チャンバを画定する第2の管状壁を更に備え、
前記第2の管状壁は、前記複数の第1のアパーチャの音響伝達インピーダンスよりも大幅に低い音響伝達インピーダンスを実現するサイズに作られた複数の第2のアパーチャを有する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の音響デバイス。 - 前記複数の第2のアパーチャが、100MKS Rayl〜5000MKS Raylの範囲の平均流動抵抗を実現するサイズに作られている、請求項6に記載の音響デバイス。
- 前記エキスパンションチャンバが第1のエキスパンションチャンバであり、前記外部ハウジングが、前記第1のエキスパンションチャンバの全ての前記限定を有する第2のエキスパンションチャンバを更に備え、前記第1のエキスパンションチャンバの出口が前記第2のエキスパンションチャンバの入口と連通している、請求項1〜7のいずれか一項に記載の音響デバイス。
- エキスパンションチャンバを画定する外部ハウジングと、前記エキスパンションチャンバを貫いて延在し、前記エキスパンションチャンバを、中心チャンバと、前記中心チャンバに隣接する周辺チャンバとに区分する管状壁と、前記中心チャンバの複数の対向端部と連通した入口及び出口と、を備える音響デバイスを用いて空気伝搬音エネルギーを減衰させる方法であって、前記方法は、
前記中心チャンバを通して空気を流すことと、
前記音響エネルギーを前記中心チャンバから、前記管状壁内に配置された複数のアパーチャを通り抜けるように導くことと、を含み、前記管状壁が、0.2GPa〜10GPaの範囲の弾性率を有する材料を含み、前記複数のアパーチャは、100MKS Rayl〜5000MKS Raylの範囲の平均流動抵抗を実現し、前記複数のアパーチャは、10マイクロメートル〜300マイクロメートルの平均最狭小直径を有する、方法。
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