JP7246053B1 - 吸音パネル及び吸音壁 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラスなどの光透過性を有する壁面に用いるに適した吸音部材を提供する。【解決手段】吸音ユニット１０は、光透過性を有する外殻に囲まれ隔壁により複数に分割された空洞部と、前記空洞部の内部と外部とを連通させる穿孔２１～２７とを有する。吸音ユニットに対して－Ｄ方向から到来して穿孔板２０に入射する音波は、穿孔領域に形成された複数の穿孔を介して各空洞部の内部に侵入し、非穿孔領域に覆われた部分をＤ方向とは非平行に進行し、チャンバー部材４０の側面で反射する。穿孔板２０の各穿孔領域は、音響インピーダンスの整合部材として機能し、各空洞部は互いに共振特性が異なる共振器として機能する。そのため、単一の空洞部を有する吸音材と比較して、広い周波数帯域において吸音効果を得ることができる。【選択図】図１

Description

本開示は、吸音により音を低減させる技術に関する。

鉄道、高速道路、工事現場、室内空間などにおいて発生する騒音を抑制することは、重要な社会課題の１つである。特許文献１には、壁面に吸音パネルを固定することで音を吸収することが開示されている。

特開２０１２－０７７４８０号公報

建築物の内装や外装、又は設備などに吸音部材を取り付けた場合、取り付け対象の建築物や設備の外観が変化する。特に、ガラスなどの光透過性を有する壁面に吸音部材を取り付けることで光透過性が失われると、その壁面の機能性及び意匠性が損なわれてしまう。

本開示は、ガラスなどの光透過性を有する壁面に用いるに適した吸音部材を実現することを目的とする。

本開示の一態様によれば、吸音部材は、光透過性を有する外殻に囲まれた空洞部と、前記空洞部の内部と外部とを連通させる穿孔と、を有する。

吸音ユニットの構造を示す図である。 吸音ユニットの構造を示す図である。 チャンバー部材の構造を示す図である。 チャンバー部材の構造を示す図である。 吸音ユニットの機能を説明する図である。 吸音ユニットの使用例を示す図である。 吸音ユニットの使用例を示す図である。 設計装置の構成例を示す図である。 設計装置による吸音ユニットの設計処理を示す図である。 吸音ユニットの構造の変形例を示す図である。 吸音ユニットの構造の変形例を示す図である。 チャンバー部材の構造の変形例を示す図である。 チャンバー部材の構造の変形例を示す図である。 穿孔板の構造の変形例を示す図である。

以下、本発明の実施形態の例について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための図面において、同一の構成要素についてはその繰り返しの説明は省略する。

（１）吸音ユニットの構成
（１－１）吸音ユニットの基本構成
吸音ユニット１０の基本構成について説明する。吸音ユニット１０は、吸音ユニット１０に向かって進む音波のエネルギーを他のエネルギーに変換したり打ち消したりすることで反射音及び透過音の音圧を低減する吸音効果を有する、特定の吸音構造を備える吸音部材である。図１（ａ）及び図１（ｂ）はそれぞれ、実施形態に係る吸音ユニットの構造を示す斜視図及び正面図である。図２（ａ）及び図２（ｂ）はそれぞれ、実施形態に係る吸音ユニットの構造を示す側面図及び底面図である。

以下の説明において、「Ｄ方向」は、吸音ユニット１０の奥行方向（厚み方向）である。吸音ユニット１０は、主にＤ方向に進む音波を吸音する。「Ｈ方向」は、Ｄ方向と略垂直な方向であり、吸音ユニット１０の高さ方向である。「Ｗ方向」は、「Ｄ方向」および「Ｈ方向」に直交する方向であり、吸音ユニット１０の幅方向である。吸音ユニット１０は、穿孔を介して音波が侵入可能な空洞部（以下「導波管」という。）を複数有し、各導波管は共振器として機能する。

図１に示すように、吸音ユニット１０は、穿孔が形成された板状部材である穿孔板２０と、穿孔板２０と組み合わされることで空洞を形成するチャンバー部材４０とを有する。穿孔板２０の表面には、それぞれ複数の穿孔が形成された穿孔領域２１～２７と、穿孔が形成されていない非穿孔領域３１～３６が存在する。吸音ユニット１０は－Ｄ方向から見て多角形（具体的には六角形）の形状である。

図３（ａ）及び図３（ｂ）はそれぞれ、実施形態に係るチャンバー部材の構造を示す斜視図及び正面図である。図４（ａ）及び図４（ｂ）はそれぞれ、実施形態に係るチャンバー部材の構造を示す側面図及び底面図である。チャンバー部材４０には、隔壁４５～４７により互いに仕切られた空間４１～４４が存在する。チャンバー部材４０を－Ｄ方向側から覆うように穿孔板２０が設けられることで、空間４１～４４はそれぞれ、チャンバー部材４０と穿孔板２０とにより壁が構成された導波管となる。具体的には、空間４１は、穿孔領域２１と、穿孔領域２１に隣接する非穿孔領域３１と、穿孔領域２１に隣接せず且つ非穿孔領域３１に隣接する穿孔領域２２とにより覆われる。空間４２は、非穿孔領域３２と、穿孔領域２３と、非穿孔領域３３と、穿孔領域２４とにより覆われる。空間４３は、穿孔領域２５と、穿孔領域２５に隣接する非穿孔領域３４とにより覆われる。空間４４は、非穿孔領域３５と、穿孔領域２６と、非穿孔領域３６と、穿孔領域２７とにより覆われる。

以下では、空間４１を有する導波管を導波管１１と呼び、空間４２を有する導波管を導波管１２と呼び、空間４３を有する導波管を導波管１３と呼び、空間４４を有する導波管を導波管１４と呼ぶ。導波管１１と導波管１２とは隔壁４５を介して隣接しており、導波管１２と導波管１３とは隔壁４６を介して隣接しており、導波管１３と導波管１４とは隔壁４７を介して隣接している。すなわち、隔壁４５～４７は、吸音ユニット１０の内部を複数の導波管に分割する。

隔壁４５～４７は互いに略同一方向に延在している。そのため、導波管１１～１４はそれぞれ－Ｄ方向から見た輪郭が略台形であり、互いに略平行に延在する。導波管１１と導波管１２とは互いに形状及び大きさが異なり、導波管１３と導波管１４とは互いに形状及び大きさが異なる。導波管１２と導波管１３とは、空洞の形状及び大きさが互いに略同一であるが、それぞれの壁に形成された穿孔の配置が異なる。導波管１１と導波管１４とは、空洞の形状及び大きさが互いに略同一であるが、それぞれの壁に形成された穿孔の配置が異なる。

なお、吸音ユニット１０は、全体が一体となって構成されていてもよいし、複数の部材を組み合わせることで構成されていてもよい。例えば、穿孔板２０とチャンバー部材４０とを組み合わせることで吸音ユニット１０が構成されてもよいし、穿孔板２０とチャンバー部材４０とが一体となって構成されていてもよい。また例えば、各導波管を構成する部材を組み合わせることで吸音ユニット１０が構成されてもよい。すなわち、吸音ユニット１０は、複数の導波管を有し、各導波管の壁を構成する部材に穿孔領域と非穿孔領域とが存在していればよい。各導波管の内部と外部とは、穿孔領域に存在する複数の穿孔を介して連通しており、通気が可能である。

具体的には、導波管１１の内部と外部とは、穿孔領域２１及び穿孔領域２２に形成された複数の穿孔を介して連通しており、通気可能である。一方、非穿孔領域３１に覆われた部分においては、導波管１１の内部と外部とが通気可能でない。同様に、導波管１２の内部と外部とは、穿孔領域２３及び穿孔領域２４に形成された複数の穿孔を介して連通している。導波管１３の内部と外部とは、穿孔領域２５に形成された複数の穿孔を介して連通している。導波管１４の内部と外部とは、穿孔領域２６及び穿孔領域２７に形成された複数の穿孔を介して連通している。

導波管１１～１４それぞれの壁を構成する穿孔板２０における穿孔が形成された表面は、－Ｄ方向から見て露出している。吸音ユニット１０に対して－Ｄ方向から到来して穿孔板２０に入射する音波は、穿孔領域に形成された複数の穿孔を介して各導波管の内部に侵入し、非穿孔領域に覆われた部分をＤ方向とは非平行に進行し、チャンバー部材４０の側面で反射する。穿孔板２０の各穿孔領域は、音響インピーダンスの整合部材として機能し、導波管１１～１４は、互いに共振特性が異なる共振器として機能する。そのため、吸音ユニット１０によれば、単一の導波管を有する吸音材と比較して、広い周波数帯域において吸音効果を得ることができる。本実施形態における吸音ユニット１０の吸音特性は、例えば、周波数ごとの吸音率、又は音響インピーダンスにより表される。なお、各導波管が吸音する音波の周波数帯域が互いに重ならないように吸音ユニット１０が設計されていてもよいし、各導波管が吸音する音波の周波数帯域の一部が重なるように吸音ユニット１０が設計されていてもよい。

導波管１１の体積は導波管１２の体積より小さく、導波管１３の体積は導波管１４の体積より大きい。このように複数の導波管の大きさを異ならせることで、それらの導波管の共振特性を異ならせることができる。なお、穿孔板２０の表面における穿孔領域２１と穿孔領域２２との距離（図１（ｂ）における長さＬ１）は、穿孔板２０の表面の法線方向における導波管１１の長さ（図２（ｂ）における厚さＬ２）より長い。このような構成により、導波管１１において、Ｄ方向とは非平行な方向に音波が進行する経路の長さを長くすることで低周波数帯域の吸音率を向上させつつ、吸音ユニット１０のＤ方向の奥行（つまり厚さ）を小さくすることができる。また、穿孔板２０の表面における穿孔領域２５の重心と非穿孔領域３４の重心とを結ぶ方向における非穿孔領域３４の長さ（図１（ｂ）における長さＬ３）は、穿孔板２０の表面の法線方向における導波管１３の長さ（図２（ｂ）における厚さＬ４）より長い。このような構成により、導波管１３において、Ｄ方向とは非平行な方向に音波が進行する経路の長さを長くすることで低周波数帯域の吸音率を向上させつつ、吸音ユニット１０の厚さを小さくすることができる。

導波管１１は、導波管１３と比較して、高い周波数帯域の吸音率が優れている。一方、導波管１３は、導波管１１と比較して、低い周波数帯域の吸音率が優れている。ここで、穿孔板２０のうち導波管１３の壁を構成する部分においては、穿孔の配置が１か所（すなわち穿孔領域２５）にまとめられている。このような構成により、穿孔の配置を複数箇所に分散させた場合と比較して、導波管１３による低い周波数帯域の吸音率を向上させることができる。一方、穿孔板２０のうち導波管１１の壁を構成する部分においては、穿孔の配置が複数箇所（すなわち穿孔領域２１及び穿孔領域２２）に分散している。このような構成により、穿孔の配置を１か所にまとめた場合と比較して、導波管１１による高い周波数帯域の吸音率を向上させることができる。後述するように、それぞれの穿孔の大きさなどのパラメータを変えることでも導波管の吸音特性を変化させることは可能であるが、穿孔の大きさ等に製造上の制限がある場合であっても、穿孔の配置を適切に設計することで所望の吸音特性を実現することができる。

吸音ユニット１０は、その形状及び構造により吸音性能を発揮するため、様々な素材を用いて構成することができる。吸音ユニット１０は、例えば、樹脂、金属、シリコン、ゴム、ポリマー、紙、段ボール、木材、又は不織布などの素材により構成される。ただし、吸音ユニット１０はこれらの素材以外の素材により構成されていてもよい。また、それぞれ素材が異なる複数の部材を組み合わせることで吸音ユニット１０が構成されてもよい。例えば、吸音ユニット１０のうち穿孔板２０とチャンバー部材４０とが異なる素材により構成されていてもよい。

（１－２）穿孔板の構成
穿孔板２０の構成について説明する。穿孔板２０の穿孔領域２１～２７には、それぞれ複数の穿孔が形成されている。なお、穿孔板２０は一体として構成されていてもよいし、複数の部材を組み合わせることで構成されていてもよい。例えば、穿孔板２０のうち各導波管を覆う部分が別個の部材で構成されていてもよいし、穿孔板２０の各穿孔領域及び各非穿孔領域が別個の部材で構成されていてもよいし、穿孔板２０が６個の三角形形状の板状部材で構成されていてもよい。穿孔板２０の全体を一体として構成することで、穿孔板２０の製造工程を簡易にすることができ、製造コストを低減できる。一方、複数の部材を組み合わせて穿孔板２０を構成することで、各部材のサイズを小さくできるため、部材の製造可能なサイズに制限がある場合でも大きい穿孔板２０を作成することができる。

各導波管の共振特性は、当該導波管の形状と、当該導波管に組み合わされる穿孔板の形状パラメータ（以下「孔パラメータ」という）に依存する。孔パラメータには、例えば、以下が含まれる。
・穿孔領域の面積（孔が形成される表面の面積）
・穿孔板の厚さ（表面に直交する方向の寸法）
・孔の大きさ（例えば孔が円形である場合の直径）
・穿孔板の表面に占める孔の面積の割合（以下「孔の占有率」という）
・孔の形状
・孔の数
・孔どうしの間隔

穿孔板の孔パラメータを変更することで、吸音ユニット１０の音響インピーダンスを調整することができる。また、穿孔板は、熱粘性抵抗によってＱ値を低くし、広い周波数帯域における吸音を可能とする効果もある。具体的なパラメータ例として、例えば、吸音ユニット１０のＨ方向及びＷ方向の長さがそれぞれ１０ｃｍ～５０ｃｍであり、吸音ユニット１０のＤ方向の厚さが２ｃｍ～１０ｃｍであるものとする。また、穿孔板２０の厚さが０．５ｍｍ～３ｍｍである場合に、穿孔板に存在する孔の径を０．３ｍｍ～３ｍｍに設定する。そして、穿孔板における孔の数などその他のパラメータを適切に設定することで、人の会話に含まれる音の主成分である４００Ｈｚ～１５００Ｈｚの音を効率的に吸音する（音圧を低減する）ことができる。この場合、吸音ユニット１０による４００Ｈｚ以上１５００Ｈｚ以下の音の平均吸音率は、吸音ユニット１０による他の周波数帯（４００Ｈｚより低い周波数帯及び１５００Ｈｚより高い周波数帯）の音の平均吸音率よりも高くなる。また、導波管の形状及び孔パラメータの少なくとも何れかを調整することで、吸音ユニット１０の吸音特性を変化させることができる。例えば、１０００Ｈｚ以上４０００Ｈｚ以下の音の平均吸音率が、その他の周波数帯の音の平均吸音率よりも高くなるように、吸音ユニット１０を設計することもできる。また例えば、２００Ｈｚ以上２５００Ｈｚ以下の音を効率的に吸音するように吸音ユニット１０を設計することもできる。

吸音ユニット１０が有する複数の穿孔領域の孔パラメータは互いに異なっていてもよい。例えば、穿孔領域２１及び穿孔領域２２の孔パラメータは導波管１１に要求される吸音特性に応じて最適化されてもよい。穿孔領域２３及び穿孔領域２４の孔パラメータは導波管１２に要求される吸音特性に応じて最適化されてもよい。穿孔領域２５の孔パラメータは導波管１３に要求される吸音特性に応じて最適化されてもよい。穿孔領域２６及び穿孔領域２７の孔パラメータは導波管１４に要求される吸音特性に応じて最適化されてもよい。すなわち、導波管１１～１４のうち１つの導波管の内部と外部とを連通させる穿孔と、他の導波管の内部と外部とを連通させる穿孔とは、少なくとも何れかの孔パラメータ又は孔の配置が異なっていてもよい。これにより、吸音ユニット１０は、広い周波数帯域において高い吸音率を達成できる。ただしこれに限らず、吸音ユニット１０が有する複数の穿孔領域の孔パラメータは共通であってもよい。これにより、穿孔板２０の孔の仕様を統一にできるため、穿孔板２０の製造コストを低減することができる。

なお、吸音ユニット１０の例では穿孔板２０の表面が平面状であるが、穿孔板２０の形状はこれに限定されない。例えば、穿孔板２０の表面が曲面であってもよいし、凹凸を有していてもよい。

（２）吸音ユニットの使用方法
吸音ユニットの使用方法について説明する。図５は、実施形態に係る吸音ユニットの機能を説明する図である。図５に示すように、吸音ユニット１０は、吸音すべき音を発する騒音源ＮＳに対してＤ方向に離れた位置に設置される。吸音ユニット１０に含まれる各導波管は、騒音源ＮＳからＤ方向に進行する音波のうち、当該導波管の形状（例えば長さ又は体積）と穿孔板の孔パラメータとに応じた周波数の成分を吸収する。これにより、騒音源ＮＳから吸音ユニット１０よりもＤ方向側の位置に到達する音波の音圧は、吸音ユニット１０が設置されていない場合と比較して、大きく低減される。

図６実施形態に係る吸音ユニットの使用例を示す図である。図６に示すように、複数の吸音ユニット１０を組み合わせて設置することで、騒音源ＮＳから発される音の音圧をより低減することができる。複数の吸音ユニット１０は、騒音源ＮＳから人間ＨＭａがいる方向へ進行する音波を遮る吸音壁１を構成するように、組み合わせて設置される。具体的には、複数の吸音ユニット１０それぞれの穿孔板２０の表面（穿孔が形成された面）が同一方向から見て露出するように、複数の吸音ユニット１０が支持板５０に取り付けられることで、吸音壁１が構成される。吸音壁１は遮音効果を有するため、吸音壁１を設置することにより、騒音源ＮＳから発された音波の音圧は吸音壁１を通過する際に大きく低減され、騒音源ＮＳから見て吸音壁１より奥に居る人間ＨＭａが感じる騒音を小さくすることができる。

また、吸音壁１は吸音効果を有するため、吸音壁１を設置することにより、従来の部材で構成された壁（例えばコンクリート壁）を同じ位置に設置した場合と比較して、壁で反射した音の大きさが小さくなる。そのため、騒音源ＮＳから発された音波の音圧は、吸音壁１で反射される際に大きく低減され、騒音源ＮＳに対して吸音壁１とは反対側にいる人間ＨＭｂが感じる騒音を小さくすることができる。また、吸音壁１を設置した場合、従来の部材で構成された壁を同じ位置に設置した場合と比較して、回折により壁の奥に回り込む音の大きさも小さくなる。この効果により、壁の奥にいる人間ＨＭａが感じる騒音をより小さくすることができる。

吸音壁１の用途は限定されないが、例えば以下のような用途で吸音壁１を用いることができる。吸音壁１は、道路又は鉄道線路の周辺に配置されることで、自動車又は電車により生じる騒音を抑制することができる。吸音壁１は、工事現場に配置されることで、工事騒音を抑制することができる。吸音壁１は、建物の壁として使用されることで、建物内の騒音を抑制することができる。吸音壁１は、人の作業場所（例えば作業デスク）の周辺に配置されることで、作業者により知覚される騒音を抑制し、且つ、作業者が発する騒音の周囲への音漏れを抑制することができる。作業場所の周辺における吸音壁１の置き方としては、作業場所の四方を囲むように吸音壁１が置かれてもよいし、出入り口の方向を除いた３方向を囲むように吸音壁が置かれてもよいし、１面のみの吸音壁１が置かれてもよい。また、四方を吸音壁１により囲まれた作業場所の天井部分を塞ぐことで、作業ブースを構成してもよい。

本実施形態において、穿孔板２０とチャンバー部材４０はそれぞれ、光透過性を有する素材により構成される。光透過性を有する素材としては、例えば、ガラスやアクリル等の樹脂素材を用いることができるが、これらに限定されない。なお、吸音ユニット１０は、少なくとも外殻が光透過性を有していればよい。すなわち、チャンバー部材４０のうち隔壁４５～４７以外の部分と、穿孔板２０とが、透明又は半透明の素材により構成される。このような構成を有する吸音ユニット１０は、ガラスやアクリルなどの光透過性を有する壁面に用いるに適した吸音部材である。

例えば、図６の支持板５０として、ガラス製の衝立又はローパーティションを用いる場合を考える。支持板５０に吸音ユニット１０が取り付けられていない場合、支持板５０は光透過性を有するため、人間ＨＭａは支持板５０を透過して人間ＨＭｂにより視認される。一方、仮に光透過性を有しない吸音材を支持板５０に取り付けた場合、人間ＨＭｂは人間ＨＭａを視認できなくなる。すなわち、吸音材の取り付けにより支持板５０の機能性及び意匠性が損なわれる。これに対して、光透過性を有する吸音ユニット１０を支持板５０に取り付けた場合、人間ＨＭｂは人間ＨＭａを視認することができ、支持板５０の機能性及び意匠性が維持される。

なお、半透明の吸音ユニット１０を壁面に取り付けることで、取付対象の壁面の透明度を変化させることもできる。例えば、ガラス製の支持板５０に吸音ユニットが取り付けられていない場合、互いに支持板５０の反対側にいる人間ＨＭａと人間ＨＭｂは互いの行動を視認可能である。一方、半透明の吸音ユニット１０を支持板５０に取り付けた場合、吸音ユニット１０と支持板５０からなる吸音壁１の透明度は、支持板５０よりも低くなる。その結果、人間ＨＭａと人間ＨＭｂは、お互いの存在は視認可能でありつつ、詳細な行動の内容までは視認できなくなる。このような構成によれば、互いに支持板５０の反対側にいる人間の間でのプライバシー保護が可能となる。なお、半透明の吸音ユニット１０は、穿孔板２０に半透明の素材を用いることや、穿孔板２０の表面粗さを粗くすることにより、実現できる。

また、吸音ユニット１０を、光透過性を有しない壁面に用いることもできる。例えば、図５の支持板５０として、不透明であり且つ表面に特徴的な模様を有する衝立を用いる場合を考える。この場合において、仮に光透過性を有しない吸音材を支持板５０に取り付けると、特徴的な模様が視認できなくなり意匠性が損なわれてしまうが、光透過性を有する吸音ユニット１０を支持板５０に取り付けると、特徴的な模様が視認可能となり意匠性が維持される。

なお、図１（ａ）及び図１（ｂ）においては、図面を簡潔にするために穿孔板２０を不透明に描いている。ただし、実際には穿孔板２０は透明又は半透明であるため、これらの図と同じ角度（斜め方向及び－Ｄ方向）から見た場合には、隔壁４５～４７が穿孔板２０を透過して視認される。また、隔壁４５～４７を、光透過性を有する素材で構成してもよい。これにより、吸音ユニット１０を介した視認性をさらに向上させることができる。

図７は、実施形態に係る吸音ユニットの他の使用例を示す図である。図７に示すように、複数の吸音ユニット１０が空間ＳＰの壁面６０に取り付けられることで、空間ＳＰにおける音圧を低減することができる。具体的には、吸音ユニット１０を壁面６０に取り付け可能にする取付構造を吸音ユニット１０に付加することで、吸音パネルを構成する。そして、複数の吸音ユニット１０それぞれの穿孔板２０の表面（穿孔が形成された面）が壁面６０の法線方向から見て露出するように、複数の吸音パネルが壁面６０に並べて取り付けられる。吸音パネルが取付構造を有することにより、吸音ユニット１０を容易に壁面６０に取り付けたり取り外したりすることが可能となる。取付構造としては、例えば、両面テープ、ネジ固定具、マグネット、面ファスナー、又は吸盤などを用いることができる。

空間ＳＰに吸音ユニット１０が設置されていない場合、空間ＳＰにおける人間ＨＭｃと人間ＨＭｄとの会話の音は空間ＳＰ内で反響し、同じ空間ＳＰにいる人間ＨＭｅと人間ＨＭｆとの会話を妨害してしまうことがある。一方、壁面６０に吸音ユニット１０を取り付けることで、壁面６０に入射する音が吸音され、空間ＳＰにおける音の反響を抑制することができる。また、空間ＳＰ内から空間ＳＰの外へ漏れ出す音も抑制することができる。さらに、吸音ユニット１０が所望の吸音特性を有するように導波管の形状及び穿孔板２０の孔パラメータを設計することで、空間ＳＰにおける特定の周波数帯域の音を他の周波数帯域の音よりも大きく低減させることができる。これにより、空間ＳＰにおける音の響きを調整することができる。

上述したように、吸音ユニット１０は、少なくとも外殻が光透過性をする。そのため、例えば壁面６０がガラスなどの光透過性を有する素材により構成されている場合に、空間ＳＰの機能性及び意匠性が損なわれることを特に抑制できる。また、吸音ユニット１０を壁面６０に取り付けるための取付構造を、光透過性を有する素材で構成してもよい。また、取付構造が光透過性を有するか否かに関わらず、取付構造を、吸音ユニット１０の取付面の全面に設けるのではなく、取付面の一部にだけ設けてもよい。これらの構成により、空間ＳＰの機能性及び意匠性が損なわれることをさらに抑制できる。

（３）吸音ユニットの設計方法
（３－１）設計装置の構成
吸音ユニット１０を設計するための処理を実行する設計装置の構成について説明する。図８は、設計装置の構成例を示す図である。図８に示すように、設計装置２１０は、記憶装置２１１と、プロセッサ２１２と、入出力インタフェース２１３と、通信インタフェース２１４とを備える。

記憶装置２１１は、プログラム及びデータを記憶するように構成される。記憶装置２１１は、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、及び、ストレージ（例えば、フラッシュメモリ又はハードディスク）の組合せである。プログラムは、例えば、ＯＳ（Operating System）のプログラムと、情報処理を実行するアプリケーション（例えば、ウェブブラウザ）のプログラムを含む。データは、例えば、情報処理において参照されるデータ及びデータベースと、情報処理を実行することによって得られるデータ（つまり、情報処理の実行結果）を含む。記憶装置２１１により記憶されるプログラム及びデータは、ネットワークを介して提供されてもよいし、コンピュータにより読み取り可能な記録媒体に記録して提供されてもよい。

プロセッサ２１２は、記憶装置２１１に記憶されたプログラムを実行してデータを処理することによって、設計装置２１０の機能を実現する。なお、設計装置２１０の機能の少なくとも一部が、専用のハードウェア（例えばＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）又はＦＰＧＡ（field-programmable gate array））により実現されてもよい。

入出力インタフェース２１３は、設計装置２１０に接続される入力デバイスに対するユーザ操作に応じた入力を受け付ける機能と、設計装置２１０に接続される出力デバイスに情報を出力する機能を有する。入力デバイスは、例えば、キーボード、ポインティングデバイス、タッチパネル、又は、それらの組合せである。出力デバイスは、例えば、画像を表示するディスプレイ又は音声を出力するスピーカである。通信インタフェース２１４は、設計装置２１０と外部装置（例えばサーバ）との間の通信を制御する。

（３－２）設計処理
吸音ユニット１０を設計するための処理について説明する。図９は、設計装置による吸音ユニットの設計処理を示す図である。

図６に示す処理は、設計装置２１０のプロセッサ２１２が記憶装置２１１に記憶されたプログラムを実行することで実現される。ただし、図６に示す処理の少なくとも一部が専用のハードウェアにより実現されてもよい。図６に示す処理は、吸音ユニット１０の設計を開始するためのユーザによる指示が設計装置２１０に入力されたことに応じて開始される。ただし、図６に示す処理の開始条件はこれに限定されない。

Ｓ１００において、設計装置２１０は、吸音ユニット１０の設計パラメータとして設定可能な固定値を取得する。例えば、プロセッサ２１２は、ユーザの入力を受け付けることで、もしくは固定値が格納されたファイルを読み込むことで、固定値を取得する。吸音ユニット１０の設計パラメータは、例えば以下の少なくとも１つを含む。
・吸音ユニット１０のサイズ（Ｈ方向、Ｄ方向、及びＷ方向の寸法）
・導波管の数
・導波管の長さ又は体積（Ｈ方向又はＷ方向の寸法）
・導波管の奥行（Ｄ方向の寸法）
・導波管の形状
・吸音ユニット１０に含まれる側壁の形状
・穿孔板の孔パラメータ

一例として、以降の説明では、Ｓ１００において吸音ユニット１０のサイズ、導波管の数、及び側壁の形状が固定値として取得されるものとする。そして、穿孔板の孔パラメータ、導波管のサイズ、及び導波管の形状が変数として扱われるものとする。

Ｓ１０１において、設計装置２１０は、変数として扱われる設計パラメータの定義域（変数のとり得る範囲）を取得する。例えば、プロセッサ２１２は、ユーザの入力を受け付けることで、もしくは変数の定義域が格納されたファイルを読み込むことで、変数の定義域を取得する。

Ｓ１０２において、設計装置２１０は、吸音ユニット１０の解析モデルを構築する。具体的には、プロセッサ２１２は、Ｓ１００で取得した固定値と、Ｓ１０１で取得した定義域から選択された変数の値とを、吸音ユニット１０の解析モデルの設計パラメータとして用いる。

Ｓ１０３において、設計装置２１０は、解析モデルの吸音特性を評価する。具体的には、プロセッサ２１２は、Ｓ１０２において構築した解析モデルを用いた音響シミュレーションにより吸音特性を解析することで、解析モデルの吸音特性の評価値を取得する。例えば、設計装置２１０は、複数の周波数帯それぞれにおける平均吸音率または平均反射率を取得する。なお、吸音特性の評価方法はこれに限定されない。例えば、設計装置２１０は、複数の周波数帯それぞれにおける平均透過率を取得してもよい。

Ｓ１０４において、設計装置２１０は、探索状態の判定を実行する。具体的には、プロセッサ２１２は、各変数について、Ｓ１０１において取得した定義域が探索済みであるか（つまり、定義域から選択可能な全ての数値を用いた解析モデルの構築および吸音特性の評価が終了したか）否かを判定する。

Ｓ１０４において探索終了と判定されなかった場合、Ｓ１０２に戻り、設計装置２１０は、Ｓ１０１で取得した定義域から新たな変数の値を選択し、解析モデルの構築と吸音特性の評価を再度実行する。一方、Ｓ１０４において探索終了と判定された場合、Ｓ１０５へ進む。

Ｓ１０５において設計装置２１０は、変数の最適値を抽出する。具体的には、プロセッサ２１２は、繰り返し実行されたＳ１０３における吸音特性の評価において最も高い評価値を示した解析モデルに対応する設計パラメータの数値を、最適値として抽出する。例えば、４００Ｈｚ～１０００Ｈｚが吸音対象の周波数帯として指定されている場合、４００Ｈｚ～１０００Ｈｚの平均吸音率が最も高い解析モデルの設計パラメータの数値が最適値として抽出される。こうして抽出された最適値を用いて吸音ユニット１０を設計することで、４００Ｈｚ～１０００Ｈｚにおける吸音特性が優れた吸音ユニット１０を製造することができる。吸音対象の周波数帯は、ユーザ入力に応じて指定されてもよい。

Ｓ１０５の後に、図６の処理フローは終了する。なお、図６の処理フローにおいて、Ｓ１００とＳ１０１の処理は逆の順序で行われてもよいし、並行して行われてもよい。また、設計装置２１０は、Ｓ１０５における変数の最適値の抽出に代えて、もしくはＳ１０５の処理に加えて、解析モデルの評価結果を示す情報の出力を行ってもよい。例えば、設計装置２１０は、Ｓ１０２で構築した複数の解析モデルそれぞれの吸音特性を示す情報を出力してもよいし、Ｓ１０５で抽出された最適値に対応する解析モデルの吸音特性を示す情報を出力してもよい。設計装置２１０により出力される情報は、吸音特性を示す数値であってもよいし、表示装置へ出力される画像であってもよい。

なお、上記の説明では、所定の周波数帯域における吸音性能が最も高くなるように吸音ユニット１０が設計される場合について説明した。ただしこれに限らず、所定の周波数帯域において指定された吸音性能が実現されるように吸音ユニット１０が設計されてもよい。例えば、空間における人の声の反響を抑制したいが、多少の反響は残しておくことで声が自然に聞こえるようにしたい場合が考えられる。この場合、Ｓ１０５において設計装置２１０は、指定された４００Ｈｚ～１０００Ｈｚの周波数帯域における平均吸音率が指定された値（例えば０．５）に最も近い解析モデルの設計パラメータの数値を最適値として抽出する。また例えば、空間における低音の反響は抑制したいが、高音の反響は残しておきたい場合が考えられる。この場合、Ｓ１０５において設計装置２１０は、１００Ｈｚ～５００Ｈｚの平均吸音率が８００Ｈｚ～２０００Ｈｚの平均吸音率よりも高く、且つ、それらの平均吸音率の差が最も大きい解析モデルの設計パラメータの数値を最適値として抽出してもよい。

（４）変形例
（４－１）吸音ユニットの変形例１
吸音ユニットの構成の変形例について説明する。上述した実施形態の説明における吸音ユニット１０は、以下で説明する変形例の吸音ユニットに置き換えることができる。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）はそれぞれ、変形例に係る吸音ユニットの構造を示す斜視図及び正面図である。図１１（ａ）及び図１１（ｂ）はそれぞれ、変形例に係る吸音ユニットの構造を示す側面図及び底面図である。図１２（ａ）及び図１２（ｂ）はそれぞれ、変形例に係るチャンバー部材の構造を示す斜視図及び正面図である。図１３（ａ）及び図１３（ｂ）はそれぞれ、変形例に係るチャンバー部材の構造を示す側面図及び底面図である。図１から図４を用いて説明した吸音ユニット１０においては、複数の隔壁が互いに略同一方向に延在することで、複数の導波管が略平行に並ぶ。一方、図１０から図１３を用いて説明する吸音ユニット１１０においては、吸音ユニット１１０の内部を複数の導波管に分割する複数の隔壁はそれぞれ、－Ｄ方向から見て吸音ユニット１１０の内側の位置から吸音ユニット１１０の周縁に向かって延在する。

図１０に示すように、吸音ユニット１１０は、穿孔が形成された板状部材である穿孔板１２０と、穿孔板１２０と組み合わされることで空洞を形成するチャンバー部材１４０とを有する。穿孔板１２０の表面には、それぞれ複数の穿孔が形成された複数の穿孔領域と、穿孔が形成されていない複数の非穿孔領域が存在する。吸音ユニット１１０は－Ｄ方向から見て多角形（具体的には六角形）の形状である。

図１２に示すように、チャンバー部材１４０には、隔壁１４７～１５２により互いに仕切られた空間１４１～１４６が存在する。チャンバー部材１４０を－Ｄ方向側から覆うように穿孔板１２０が設けられることで、空間１４１～１４６はそれぞれ、チャンバー部材１４０と穿孔板１２０とにより壁が構成された導波管となる。具体的には、空間１４１は、穿孔領域１２１と、穿孔領域２１に隣接する非穿孔領域１３１とにより覆われる。空間１４２は、穿孔領域１２２と、非穿孔領域１３２とにより覆われる。空間１４３は、穿孔領域１２３と、非穿孔領域１３３とにより覆われる。空間１４４は、穿孔領域１２４と、非穿孔領域１３４とにより覆われる。空間１４５は、穿孔領域１２５と、非穿孔領域１３５とにより覆われる。空間１４６は、穿孔領域１２６と、非穿孔領域１３６とにより覆われる。

以下では、空間１４１～１４６を有する導波管をそれぞれ導波管１１１～１１６と呼ぶ。隔壁１４７～１５２は吸音ユニット１１０の内部を複数の導波管に分割し、各導波管は隔壁を介して他の２つの導波管と隣接している。隔壁１４７～１５２は－Ｄ方向から見て位置１５３から六角形の各頂点に向けて延在しており、導波管１１１～１１６はそれぞれ－Ｄ方向から見て三角形の形状である。位置１５３が－Ｄ方向から見て吸音ユニット１１０の中心からずれているため、導波管１１１、導波管１１６、及び導波管１１５は互いに形状及び大きさが異なり、導波管１１２、導波管１１３、及び導波管１１４は互いに形状及び大きさが異なる。導波管１２と導波管１３とは、空洞の形状及び大きさが互いに略同一であるが、それぞれの壁に形成された穿孔の配置が異なる。導波管１１１と導波管１１２、導波管１１６と導波管１１３、導波管１１４と導波管１１５は、それぞれ空洞の大きさが互いに略同一であるが、それぞれの壁に形成された穿孔の配置が異なる。

導波管１１１～１１６それぞれの壁を構成する穿孔板１２０における穿孔が形成された表面は、－Ｄ方向から見て露出している。吸音ユニット１１０に対して－Ｄ方向から到来して穿孔板１２０に入射する音波は、穿孔領域に形成された複数の穿孔を介して各導波管の内部に侵入し、非穿孔領域に覆われた部分をＤ方向とは非平行に進行し、チャンバー部材１４０の側面で反射する。穿孔板１２０の各穿孔領域は、音響インピーダンスの整合部材として機能し、導波管１１１～１１６は、互いに共振特性が異なる共振器として機能する。そのため、吸音ユニット１１０によれば、単一の導波管を有する吸音材と比較して、広い周波数帯域において吸音効果を得ることができる。

例えば、導波管１１３は導波管１１２と比較して低い周波数帯域の吸音率が優れており、導波管１１４は導波管１１３よりさらに低い周波数帯域の吸音率が優れている。また、導波管１１６は導波管１１１と比較して低い周波数帯域の吸音率が優れており、導波管１１５は導波管１１６よりさらに低い周波数帯域の吸音率が優れている。なお、各導波管が吸音する音波の周波数帯域が互いに重ならないように吸音ユニット１１０が設計されていてもよいし、各導波管が吸音する音波の周波数帯域の一部が重なるように吸音ユニット１１０が設計されていてもよい。

穿孔領域１２５の重心と非穿孔領域１３５の重心とを結ぶ方向における非穿孔領域１３５の長さ（図１０（ｂ）における長さＬ５）は、穿孔板１２０の表面の法線方向における導波管１１５の長さ（図１１（ｂ）における厚さＬ６）より長い。このような構成により、導波管１１５において、Ｄ方向とは非平行な方向に音波が進行する経路の長さを長くすることで低周波数帯域の吸音率を向上させつつ、吸音ユニット１１０のＤ方向の奥行（つまり厚さ）を小さくすることができる。

なお、吸音ユニット１１０における穿孔の配置は図１０に示す例に限定されない。図１４は、吸音ユニット１１０における穿孔板の構造の変形例を示す。図１４の穿孔板２２０には、図１０の穿孔板１２０と比較して、新たに穿孔領域２２１及び穿孔領域２２２が設けられている。つまり、穿孔板２２０のうち導波管１１５の壁を構成する部分においては、穿孔の配置が複数箇所に分散している。このような構成により、穿孔の配置を１か所にまとめた場合（すなわち穿孔板１２０を用いる場合）と比較して、導波管１１１による高い周波数帯域の吸音率を向上させることができる。なお、穿孔板２２０の表面における穿孔領域１２５と穿孔領域２２１との距離（図１４における長さＬ７）は、穿孔板２２０の表面の法線方向における導波管１１１の長さ（図１１（ｂ）における厚さＬ６に等しい）より長い。このような構成により、導波管１１５において、Ｄ方向とは非平行な方向に音波が進行する経路の長さを長くすることで低周波数帯域の吸音率を向上させつつ、吸音ユニット１１０の厚さを小さくすることができる。

なお、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）においては、図面を簡潔にするために穿孔板１２０を不透明に描いている。ただし、実際には穿孔板１２０は透明又は半透明であるため、これらの図と同じ角度（斜め方向及び－Ｄ方向）から見た場合には、隔壁１４７～１５２が穿孔板１２０を透過して視認される。また、隔壁１４７～１５２を、光透過性を有する素材で構成してもよい。これにより、吸音ユニット１１０を介した視認性をさらに向上させることができる。

（４－２）その他の変形例

上述の実施形態では、吸音ユニットが、形状及び大きさが異なる複数の導波管の組み合わせと、形状及び大きさが略同一である複数の導波管の組み合わせを有するものとした。ただしこれに限らず、吸音ユニットは、外殻に囲まれた空洞部と、空洞部の内部と外部とを連通させる穿孔とを有していればよい。すなわち、吸音ユニットは、空気が共振する空間を少なくとも１つ有していればよく、吸音ユニットが内部空間を分割する隔壁を有することは必須ではない。また、吸音ユニットが有する空洞部の数及び穿孔の数は、１以上であればよい。ただし、吸音ユニットが、形状及び大きさの少なくとも何れかが互いに異なる複数の空洞部（導波管）を有することで、より広い周波数帯域の音を吸音することができる。また、１つの空洞部に対して複数の穿孔を形成することで、周波数に応じた吸音率の偏りを低減する（つまり、吸音特性のピークをなだらかにする）ことができる。また、上述の実施形態では、吸音ユニットが有する複数の導波管における穿孔の配置が互いに異なるものとしたが、これに限らず、穿孔の配置が互いに等しい複数の導波管が吸音ユニットに含まれていてもよい。吸音ユニットが２以上の互いに異なる共振特性を有する導波管を備えることで、広い周波数帯域の音を吸音することができる。一方、吸音ユニットが有する複数の導波管のうちの一部が互いに近しい共振特性を有することで、特定の周波数帯域における吸音率を向上させることができる。

上述の実施形態では、穿孔板の表面の法線方向における導波管の長さが不均一であるものとした。例えば、吸音ユニット１０のＤ方向における厚さは、－Ｄ方向から見た周縁部よりも、－Ｄ方向から見た中心部の方が厚い。このような構成によれば、吸音ユニット１０の厚さを－Ｄ方向から見た周縁部の厚さに揃えた場合よりも、各導波管の体積を大きくすることができ、その結果、低周波数帯域の吸音性能を向上させることができる。ただしこれに限らず、吸音ユニット１０のＤ方向における厚さが均一であってもよい。この場合、穿孔板の表面の法線方向における導波管の長さも均一となる。

上述の実施形態に係る吸音ユニットにおいては、穿孔板と、穿孔板と一体的に固着されるベース体（チャンバー部材）とによって、空洞部（導波管）が形成される。なお、吸音ユニットに設けられる穿孔板は、チャンバー部材に対して着脱可能に構成されてもよい。これにより、穿孔板が消耗して吸音ユニットの吸音特性が劣化した場合でも、容易に穿孔板を交換して吸音ユニットの吸音特性を向上させることができる。また、穿孔板を孔パラメータが異なる別の穿孔板に交換することで、吸音ユニットの吸音特性を任意に調整することができる。なお、穿孔板とチャンバー部材とが分離可能である場合、吸音ユニットの内部空間を分割する隔壁は、チャンバー部材に設けられてもよいし、穿孔板に設けられてもよいし、チャンバー部材とも穿孔板とも独立した部材であってもよい。

吸音ユニットに設けられる穿孔板及び隔壁の少なくとも何れかは、可動に構成されてもよい。また、導波管の内部に新たな部材が追加されてもよい。これにより、導波管の形状や大きさの調整が容易になり、吸音ユニットの吸音特性を任意に調整することができる。

上述の実施形態及び各変形例において、吸音ユニットは－Ｄ方向から見て六角形形状であり、吸音ユニットの－Ｄ方向側の面に穿孔面が設けられており、吸音ユニットの内部が隔壁により複数の空洞部に分割されている。ただし、吸音ユニットの形状は他の多面体や球体であってもよい。また、穿孔面は、吸音ユニットの他の面に設けられていてもよい。また、吸音ユニットの内部に、空洞以外の構造が含まれていてもよい。

図６及び図７を用いて説明したように、複数の吸音ユニットを並べて配置することで、広い範囲で吸音することができる。このとき、同一形状の複数の吸音ユニットを並べて配置してもよいし、形状が異なる複数の吸音ユニットを並べて配置してもよい。例えば、上述の実施形態及び各変形例で説明した複数種類の吸音ユニットを並べて配置してもよい。また例えば、導波管の形状は同じで穿孔板の孔パラメータが異なる複数の吸音ユニットを並べて配置してもよい。吸音特性が異なる複数の吸音ユニットを並べて配置することで、同一の吸音ユニットを並べて配置する場合よりも、広い周波数帯域において吸音効果を得ることができる。一方、同一の吸音ユニットを並べて配置した場合、吸音特性が異なる複数の吸音ユニットを並べて配置する場合よりも、特定の周波数帯域において高い吸音効果を得ることができる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の範囲は上記の実施形態に限定されない。また、上記の実施形態は、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更が可能である。また、上記の実施形態及び変形例を組合せてもよい。

１ ：吸音壁
１０ ：吸音ユニット
２０ ：穿孔板

Claims (8)

1. 光透過性を有する外殻に囲まれた空洞部と、前記空洞部の内部と外部とを連通させる穿孔と、を有する吸音部材と、
   前記吸音部材を壁面に取り付け可能にする取付手段と、
   を備える吸音パネルであって、
   前記吸音部材は、
   前記穿孔が形成された穿孔板と、
   前記空洞部を挟んで前記穿孔板と対向して形成された裏面板であって、前記空洞部の外側の面を前記壁面への取付面とする裏面板と、
   を有し、
   前記取付手段は、前記取付面の一部分に設けられ、前記取付面と前記壁面との間に介在して接着又は磁着するものであり、
   前記外殻に内包される空間が、光透過性を有する隔壁により複数の前記空洞部に分割された、
   吸音パネル。
2. 前記空洞部は、前記穿孔板と、前記穿孔板と一体的に固着されるベース体と、により形成され、
   前記穿孔板及び前記ベース体はともに光透過性を有する、
   請求項１に記載の吸音パネル。
3. 複数の前記空洞部は互いに共振特性が異なる共振器として機能する、請求項１に記載の吸音パネル。
4. 前記取付手段は光透過性を有する、請求項１に記載の吸音パネル。
5. 前記取付手段は、前記吸音部材を前記壁面に対して付け外し可能に構成される、請求項１に記載の吸音パネル。
6. 光透過性を有する前記壁面と、
   前記壁面に取り付けられた請求項１から請求項５の何れか１項に記載の吸音パネルと、
   を有する吸音壁。
7. 前記壁面には前記吸音パネルが複数取り付けられ、
   複数の前記吸音パネルそれぞれの前記穿孔が形成された表面は、所定方向から見て露出している、
   請求項６に記載の吸音壁。
8. 光透過性を有する一面の前記壁面と、
   前記壁面に複数取り付けられた請求項１から請求項５の何れか１項に記載の吸音パネルと、
   を備える吸音壁であって、
   前記吸音パネルは正面視において多角形の形状であり、
   複数の前記吸音パネルそれぞれの前記穿孔が形成された表面は、所定方向から見て露出しており、
   複数の前記吸音パネルは、隣り合う複数の前記吸音パネルの外側端面同士を直接近接させるとともに前記外側端面同士を平行に対向配置させるように並べられている、
   吸音壁。

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