JP7310120B2

JP7310120B2 - 吸音構造体

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Publication number: JP7310120B2
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Authority: JP
Inventors: 清行冨松
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Description

本発明は、吸音構造体に関する。

ヘルムホルツ共鳴を用いる吸音構造体が知られている。例えば、特許文献１に記載の吸音構造体は、複数の開口部を有する板状部材を備え、当該板状部材と壁体との間に空気層を設ける。特許文献１に記載の吸音構造体は、板状部材の開口部に接続される延長部材をさらに備える。延長部材の少なくとも一部は、空気層内に壁体と離間する状態で収容される。特許文献１では、板状部材として石膏ボードが挙げられる。

特開２０１３－００８０１２号公報

しかし、特許文献１に記載の吸音構造体では、次の課題ａおよびｂがある。課題ａ．板状部材が実質的な剛体であるため、壁面が曲面状をなす場合、壁面に沿って設置することができない。課題ｂ．延長部材と壁体とを離間させる必要があるため、仮に板状部材を柔軟な部材で構成すると、板状部材と壁体との間の距離を均一にすることが難しく、所望の吸音効果を得ることが難しい。ここで、仮に延長部材が壁体に接触すると、延長部材の空気層側の開口が塞がってしまい、吸音効果を得ることできない。

以上の事情を考慮して、本発明は、壁体の壁面が曲面である場合であっても、所望の吸音効果を得ることを目的とする。

以上の課題を解決するために、本発明の好適な態様に係る吸音構造体は、互いに別体で構成され、ヘルムホルツ共鳴を生じさせる複数の共鳴器と、前記複数の共鳴器を連結する柔軟な連結部材と、を有する。

第１実施形態に係る吸音構造体の平面図である。図１中のＡ１－Ａ１線断面図である。第１実施形態における共鳴器の縦断面図である。第２実施形態における共鳴器の縦断面図である。スピーカーシステムに吸音構造体を設置する場合の応用例を模式的に示す斜視図である。スピーカーシステムの筐体の右壁と左壁との間に発生する定在波の状態を模式的に示す図である。スピーカーシステムの筐体の前壁と後壁との間に発生する定在波の状態を模式的に示す図である。スピーカーシステムの筐体の天壁と底壁との間に発生する定在波の状態を模式的に示す図である。車両用のドアに吸音構造体を設置する場合の応用例を模式的に示す断面図である。変形例１に係る吸音構造体の平面図である。変形例２に係る吸音構造体の断面図である。

１．第１実施形態
以下、本発明の第１実施形態について図面を参照して説明する。なお、図面において各部の寸法及び縮尺は実際のものと適宜に異ならせてある。また、以下に記載する実施形態は、本発明の好適な具体例である。このため、本実施形態には、技術的に好ましい種々の限定が付されている。しかし、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。

図１は、第１実施形態に係る吸音構造体１００の平面図である。図２は、図１中のＡ１－Ａ１線断面図である。図１および図２に示す吸音構造体１００は、ヘルムホルツ共鳴を用いて吸音する構造体である。吸音構造体１００は、ヘルムホルツ共鳴により吸音する複数の共鳴器１０と、複数の共鳴器１０を連結する連結部材２０と、を有する。

以下、吸音構造体１００の各部を順に説明する。なお、図１および図２に図示されるように、以下の説明では、壁体２００の壁面２００ａに沿う任意の一方向（図１中左右方向）をＸ方向と表記し、壁面２００ａに沿ってＸ方向に直交する方向（図１中上下方向）をＹ方向と表記し、壁面２００ａの法線方向をＺ方向と表記する。図１中右側がＸ方向の正側であり、左側がＸ方向の負側である。また、図１中上側がＹ方向の正側であり、下側がＹ方向の負側である。また、図１中紙面手前側がＺ方向の正側であり、奥側がＺ方向の負側である。また、以下の説明では、Ｚ方向からみる状態を平面視という。

連結部材２０は、複数の共鳴器１０を連結する部材である。本実施形態の連結部材２０は、板状またはシート状をなす部材である。このため、吸音構造体１００の設置前または設置時の取り扱いが容易となる。連結部材２０の一方の面には、複数の共鳴器１０がそれぞれ接着剤または粘着剤等により接合される。一方、連結部材２０の他方の面は、設置面である壁面２００ａを有する壁体２００に取り付けられる。壁体２００は、例えば、スピーカーシステム等の音響装置が有する筐体、車両等の移動体のドア等に用いられるパネル、建物の内壁、またはこれらのいずれかに固定される構造体等である。壁体２００に対する連結部材２０の取り付けは、例えば、接着剤、粘着剤またはネジ等を用いて行われる。なお、スピーカーシステムまたは車両用のドアに吸音構造体１００を設置する場合の応用例については、後述する。

連結部材２０は、柔軟である。言い換えると、連結部材２０は、可撓性を有する。連結部材２０が柔軟であることにより、壁体２００の壁面２００ａが曲面であっても、連結部材２０を壁面２００ａに沿って変形させて配置することができる。連結部材２０の厚さｔは、連結部材２０に必要な強度および取り扱い易さ等に応じて決められ、特に限定されないが、連結部材２０を柔軟にする観点から、例えば、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましい。連結部材２０の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、エラストマー材料、樹脂材料および金属材料等が挙げられる。ここで、連結部材２０自体が粘着性を有する材料で構成されてもよい。また、連結部材２０は、緻密体で構成してもよいし、多孔質体で構成してもよい。連結部材２０が多孔質材で構成される場合、共鳴器１０の吸音可能な周波数帯域とは異なる周波数帯域で連結部材２０により吸音を行うことができる。当該多孔質材としては、例えば、ガラス繊維、フェルトおよびウレタンフォーム等が挙げられる。なお、連結部材２０の平面視での形状または大きさは、図１に示す例に限定されず、吸音構造体１００の設置場所および吸音特性等に応じて適宜に設定される。

複数の共鳴器１０のそれぞれは、ヘルムホルツ共鳴を生じさせる共鳴器である。複数の共鳴器１０は、互いに別体で構成される。このため、複数の共鳴器１０のそれぞれは、いかなる姿勢であっても、容積が変化しない。このため、壁体２００の壁面２００ａが曲面である場合であっても、所望の吸音効果を得ることができる。

図３は、第１実施形態における共鳴器１０の縦断面図である。図３に示すように、共鳴器１０は、本体部１２と底部１３と口部１４と、を有する。本体部１２は、中空部１１を有する筒状の部材である。底部１３は、中空部１１に嵌め込まれ、本体部１２の一端側の開口を塞ぐ中実の部材である。口部１４は、中空部１１に嵌め込まれ、本体部１２の他端側の開口の幅を狭める筒状の部材である。口部１４は、開口部１５を有する。このように、共鳴器１０は、筒状または管状をなし、第１端面Ｅ１に開口部１５が設けられ、第１端面Ｅ１とは反対側の端面である第２端面Ｅ２が底部１３である。このため、既存のチューブ等の部材を加工して簡単に共鳴器１０を製造することができる。

なお、本実施形態では、本体部１２が円筒状をなすが、これに限定されない。例えば、本体部１２が角筒状であってもよい。この場合、連結部材２０の対する共鳴器１０の接触面積が本実施形態よりも大きくなる。このため、共鳴器１０を連結部材２０に対して設置しやすいという利点がある。

本体部１２、底部１３および口部１４は、一体で構成されても、別体で構成されてもよい。また、これらの構成材料としては、それそれ、特に限定されず、例えば、樹脂材料、炭素材料、金属材料、セラミックス材料およびこれらの２種以上からなる複合材料等が挙げられる。中でも、樹脂材料は、他の材料に比べて、成形性がよく、かつ、軽量でコストも安価あることから好ましい。

また、共鳴器１０を例えばエラストマー材料等で構成することで、共鳴器１０が柔軟性を有してもよい。この場合、各共鳴器１０を壁面２００ａに沿って変形させることができる。このため、曲面状をなす壁面２００ａに対して吸音構造体１００を設置しやすい。また、共鳴器１０を音圧により変形させることができる。このため、共鳴器１０の容積の変動に伴って、吸音構造体１００の吸音可能な周波数帯域を広げることができる。

共鳴器１０の長さＬおよび幅Ｗは、それぞれ、吸音構造体１００の設置場所および吸音特性等に応じて適宜に設定される。本実施形態では、本体部１２の長さＬは、本体部１２の幅Ｗよりも長い。図１および図２に示すように、本体部１２の側面が連結部材２０に対して固定される。このため、底部１３を連結部材２０に対して固定する場合に比べて、吸音構造体１００の薄型化を図ることができる。なお、底部１３を連結部材２０に対して固定してもよい。この場合、吸音構造体１００の薄型化を図る観点から、本体部１２の長さＬが本体部１２の幅Ｗよりも短いことが好ましい。また、共鳴器１０の長さＬおよび幅Ｗは、それぞれ、共鳴器１０ごとに異なってもよい。この場合、複数の共鳴器１０の吸音可能な周波数帯域を互いに異ならせることができる。この結果、吸音構造体１００の吸音可能な周波数帯域を広くすることができる。

図１に示すように、複数の共鳴器１０は、互いに同じ方向を向いて配置される第１共鳴器および第２共鳴器となる２つの共鳴器１０を含む。このため、吸音構造体１００の所定方向における吸音効率を高めることができる。また、複数の共鳴器１０は、互いに異なる方向を向いて配意される第３共鳴器および第４共鳴器となる２つの共鳴器１０を含む。このため、吸音構造体１００の吸音可能な方向を広げることができる。なお、連結部材２０上における複数の共鳴器１０の姿勢または配置密度等は、図１に示す例に限定されない。

以上の構成の共鳴器１０では、中空部１１内および口部１４内の空気は、口部１４内の空気を質量とし、中空部１１内の空気をバネとする振動系を構成する。この振動系が共振すると、口部１４内の空気が激しく振動するため、口部１４内の空気の摩擦損失により吸音作用が生じる。ここで、中空部１１内の体積をＶとし、口部１４の長さをｌとし、口部１４内の横断面積をｓとするとき、共鳴器１０の共振周波数ｆ_０は、以下の式（１）で表される。

この式（１）において、ｃは、空気中の音速である。また、δは、開口端補正値であり、口部１４内の横断面形状が円形である場合、口部１４内の直径をｄとするとき、δ≒０．８×ｄで表される。

２．第２実施形態
以下、本発明の第２実施形態について説明する。以下に例示する形態において作用や機能が第１実施形態と同様である要素については、第１実施形態の説明で使用した符号を流用して各々の詳細な説明を適宜に省略する。

図４は、第２実施形態における共鳴器１０Ａの縦断面図である。本実施形態の吸音構造体１００Ａが有する共鳴器１０の外表面には、多孔質材１６が配置される。このため、多孔質材１６を用いない場合に比べて、吸音構造体１００Ａの吸音可能な周波数帯域を広くすることができる。多孔質材１６としては、例えば、ガラス繊維、フェルトおよびウレタンフォーム等が挙げられる。図４では、本体部１２の外周面上に多孔質材１６が配置される。なお、多孔質材１６を底部１３上に配置してもよい。

３．応用例
以下、前述の吸音構造体１００または１００Ａの応用例について説明する。

３－１．スピーカーシステム
図５は、スピーカーシステム４００に吸音構造体１００を設置する場合の応用例を模式的に示す斜視図である。スピーカーシステム４００は、筐体４０１と、筐体４０１に取り付けられるスピーカーユニット４０２および吸音構造体１００と、を有する。筐体４０１は、スピーカーユニット４０２が取り付けられる開口部を有する中空の直方体である。すなわち、筐体４０１は、右壁４０１Ｒと左壁４０１Ｌと前壁４０１Ｆと後壁４０１Ｂと天壁４０１Ｔと底壁４０１Ｓとを有する。ここで、右壁４０１Ｒおよび左壁４０１Ｌは、Ｘ１方向に互いに対向する。前壁４０１Ｆおよび後壁４０１Ｂは、Ｙ１方向に互いに対向する。天壁４０１Ｔおよび底壁４０１Ｓは、Ｚ１方向に互いに対向する。なお、図５に示すＸ１方向、Ｙ１方向およびＺ１方向は、互いに直交する。

図６は、右壁４０１Ｒと左壁４０１Ｌとの間に発生する定在波ＧＸ１およびＧＸ２の状態を模式的に示す図である。図７は、前壁４０１Ｆと後壁４０１Ｂとの間に発生する定在波ＧＹ１およびＧＹ２の状態を模式的に示す図である。図８は、天壁４０１Ｔと底壁４０１Ｓとの間に発生する定在波ＧＺ１およびＧＺ２の状態を模式的に示す図である。図６から図８に示す定在波ＧＸ１、ＧＹ１、ＧＺ１、ＧＸ２、ＧＹ２およびＧＺ２のそれぞれは、１次元（軸波）の定在波である。定在波ＧＸ１は、Ｘ１方向における１次の定在波である。定在波ＧＹ１は、Ｙ１方向における１次の定在波である。定在波ＧＺ１は、Ｚ１方向における１次の定在波である。定在波ＧＸ２は、Ｘ１方向における２次の定在波である。定在波ＧＹ２は、Ｙ１方向における２次の定在波である。定在波ＧＺ２は、Ｚ１方向における２次の定在波である。なお、図６から図８では、定在波ＧＸ１、ＧＹ１およびＧＺ１のそれぞれが破線で示され、定在波ＧＸ２、ＧＹ２およびＧＺ２のそれぞれが一点鎖線で示される。

前述の筐体４０１の６つの壁のうち１つまたは複数の内面には、その一部または全部の領域にわたって、吸音構造体１００が設置される。例えば、右壁４０１Ｒおよび左壁４０１Ｌのうちの一方または両方の内面に吸音構造体１００が設置される場合、吸音構造体１００の吸音可能な周波数帯域を前述の定在波ＧＸ１またはＧＸ２の周波数に応じて設定することにより、定在波ＧＸ１またはＧＸ２を低減することができる。同様に、前壁４０１Ｆおよび後壁４０１Ｂのうちの一方または両方の内面に吸音構造体１００が設置される場合、吸音構造体１００の吸音可能な周波数帯域を前述の定在波ＧＹ１またはＧＹ２の周波数に応じて設定することにより、定在波ＧＹ１またはＧＹ２を低減することができる。また、前壁４０１Ｆおよび後壁４０１Ｂのうちの一方または両方の内面に吸音構造体１００が設置される場合、吸音構造体１００の吸音可能な周波数帯域を前述の定在波ＧＺ１またはＧＺ２の周波数に応じて設定することにより、定在波ＧＺ１またはＧＺ２を低減することができる。以上の通り、定在波ＧＸ１、ＧＹ１、ＧＺ１、ＧＸ２、ＧＹ２およびＧＺ２のうちの１つまたは複数を低減することにより、スピーカーシステム４００の音質を向上させることができる。

なお、吸音構造体１００の吸音可能な周波数帯域を２次元（接線波）または３次元（斜め波）の定在波の周波数に応じて設定してもよい。この場合、筐体４０１内の２次元または３次元の定在波を低減することができる。また、吸音構造体１００の吸音可能な周波数帯域を３次以上の高次の定在波の周波数に応じて設定してもよい。この場合、筐体４０１内の３次以上の高次の定在波を低減することができる。また、図５では、吸音構造体１００をスピーカーシステム４００に設置する場合が例示されるが、吸音構造体１００に代えて、吸音構造体１００Ａを用いてもよい。

３－２．車両用のドア
図９は、車両用のドア５００に吸音構造体１００を設置する場合の応用例を模式的に示す断面図である。図９に示すドア５００は、アウターパネルと称される第１パネル５０１と、ドアトリムと称される第２パネル５０２と、インナーパネルと称される第３パネル５０３と、第３パネル５０３に取り付けられるスピーカーユニット５０４と、第２パネル５０２に取り付けられる吸音構造体１００と、を有する。

第１パネル５０１および第３パネル５０３のそれぞれは、一般に、鋼板で構成される。また、第１パネル５０１および第３パネル５０３は、互いに溶接等により接合される。第１パネル５０１と第３パネル５０３との間には、空間Ｓ１０が形成される。空間Ｓ１０には、スピーカーユニット５０４の一部、図示しない窓ガラス、窓ガラス昇降機構およびドアロック機構等が配置される。なお、第１パネル５０１または第３パネル５０３は、例えば、アルミニウム合金または炭素材を用いて構成してもよい。

第３パネル５０３には、開口部５０３ａおよび５０３ｂが設けられる。開口部５０３ａは、スピーカーユニット５０４を第３パネル５０３に取り付けるための取付孔である。開口部５０３ｂは、例えば前述の空間Ｓ１０での作業等に用いる孔である。なお、開口部５０３ｂは、吸音構造体１００で塞がれてもよいし、単なる樹脂製のシートで塞がれてもよい。

第２パネル５０２は、例えば樹脂を用いて構成される。第２パネル５０２は、第３パネル５０３に対し、複数の連結機構５０５により固定される。なお、連結機構５０５は、第２パネル５０２を第３パネル５０３に対して固定することができれば、いかなる構成でもよい。

第２パネル５０２と第３パネル５０３との間には、空間Ｓ１１が形成される。空間Ｓ１１には、スピーカーユニット５０４の空間Ｓ１０に配置されない部分が配置される。ここで、第２パネル５０２と第３パネル５０３との間には、第２パネル５０２の外周に沿って、ゴム等で構成されるパッキン５０６が配置される。

吸音構造体１００は、第２パネル５０２の内面に設置される。ここで、吸音構造体１００の吸音可能な周波数帯域は、例えば、前述の空間Ｓ１０またはＳ１１の定在波の周波数に応じて設定される。この設定により、スピーカーユニット５０４の音質を高めることができる。また、吸音構造体１００の吸音可能な周波数帯域を適宜設定することにより、外部から車両内へのロードノイズ等の侵入を低減することもできる。なお、吸音構造体１００が有する壁体２００は、第２パネル５０２と一体でも別体でもよい。壁体２００が第２パネル５０２と別体である場合、壁体２００は、例えば接着剤または粘着剤等により第２パネル５０２に固定される。

スピーカーユニット５０４は、例えば、スピーカー本体５０４ａと、スピーカー本体５０４ａを収容する筒状のハウジング５０４ｂと、を有する。スピーカー本体５０４ａは、ねじ止め等によりハウジング５０４ｂに固定される。ハウジング５０４ｂは、第３パネル５０３の開口部５０３ａを貫通する状態で、ねじ止め等により第３パネル５０３に固定される。

なお、図９では、吸音構造体１００をドア５００に設置する場合が例示されるが、吸音構造体１００に代えて、吸音構造体１００Ａ、１００Ｂまたは１００Ｃを用いてもよい。また、図９では、ドア５００が例示されるが、車両のドア以外の部分、例えば、ルーフパネルまたはフロアパネル等に吸音構造体１００を設置してもよい。また、車両以外の移動体に吸音構造体１００を設置してもよい。

４．変形例
本発明は前述の各実施形態に限定されるものではなく、以下に述べる各種の変形が可能である。また、各実施形態及び各変形例を適宜組み合わせてもよい。

４－１．変形例１
前述の形態では、連結部材２０上における複数の共鳴器１０が規則的に配置される構成を例示したが、図１０に示す吸音構造体１００Ａのように複数の共鳴器１０をランダムに配置してもよい。この場合、吸音構造体１００Ａの吸音可能な方向の均一化を図ることができる。

４－２．変形例２
前述の形態では、共鳴器１０を連結部材２０に対して接着剤または粘着剤を用いて固定する場合を例示したが、当該固定の方法は、これに限定されない。

図１１は、変形例２に係る吸音構造体１００Ｂの断面図である。本実施形態の吸音構造体１００Ｂは、複数の共鳴器１０を着脱可能に連結する連結部材２０Ｂを有する。ここで、各共鳴器１０は、互いに結合して面ファスナーを構成する複数のループ１８および複数のフック２１を介して連結部材２０Ｂに固定される。本実施形態では、複数のループ１８は、各共鳴器１０Ａの外表面に配置される。複数のフック２１は、連結部材２０Ｂに配置される。以上の吸音構造体１００Ｂでは、共鳴器１０が連結部材２０Ｂに対して着脱可能であるため、連結部材２０Ｂに固定される共鳴器１０の姿勢および数等の変更により、吸音構造体１００Ｂの吸音特性を容易に調整できるという利点がある。なお、複数のループ１８を連結部材２０Ｂに配置し、複数のフック２１を各共鳴器１０に配置してもよい。

４－３．変形例３
前述の形態では、複数の共鳴器１０を連結する連結部材２０が板状またはシート状をなす場合を例示したが、複数の共鳴器１０を連結する連結部材の形状は、前述の形態に限定されない。例えば、当該連結部材は、糸状または網状をなしてもよい。また、共鳴器１０の吸音を妨げない構成であれば、当該連結部材が複数の共鳴器１０を収容する袋状をなしてもよい。

５．付記
以上に例示する形態または変形例から、例えば以下の態様が把握される。

本発明の好適な態様（第１態様）に係る吸音構造体は、互いに別体で構成され、ヘルムホルツ共鳴を生じさせる複数の共鳴器と、前記複数の共鳴器を連結する柔軟な連結部材と、を有する。以上の態様によれば、複数の共鳴器が柔軟な連結部材により連結されるため、設置面が曲面状をなしても、設置面に沿って吸音構造体を設けることができる。また、複数の共鳴器が互いに別体で構成されるため、曲面状をなす設置面に沿って吸音構造体を設けても、各共鳴器が所望の吸音効果を発揮できる。

第１態様の好適例（第２態様）において、前記複数の共鳴器のそれぞれは、筒状または管状をなし、第１端面に開口部が設けられ、前記第１端面とは反対側の端面である第２端面が底部である。以上の態様によれば、既存のチューブ等の部材を加工して簡単に共鳴器を製造することができる。

第１態様または第２態様の好適例（第３態様）において、前記複数の共鳴器のそれぞれは、柔軟性を有する。以上の態様によれば、各共鳴器を設置面に沿って変形させることができる。このため、曲面状をなす設置面に対して吸音構造体を設置しやすい。また、共鳴器を音圧により変形させることができる。このため、共鳴器の容積の変動に伴って、吸音構造体の吸音可能な周波数帯域を広げることができる。

第１態様から第３態様のいずれかの好適例（第４態様）において、前記複数の共鳴器のそれぞれは、外表面上に配置される多孔質材を有する。以上の態様によれば、多孔質材を用いない場合に比べて、吸音構造体の吸音可能な周波数帯域を広くすることができる。

第１態様から第４態様のいずれかの好適例（第５態様）において、前記複数の共鳴器は、互いに同じ方向を向いて配置される第１共鳴器および第２共鳴器を含む。以上の態様によれば、吸音構造体の所定方向における吸音効率を高めることができる。

第１態様から第５態様のいずれかの好適例（第６態様）において、前記複数の共鳴器は、互いに異なる方向を向いて配意される第３共鳴器および第４共鳴器を含む。以上の態様によれば、吸音構造体の吸音可能な方向を広げることができる。

第１態様から第６態様のいずれかの好適例（第７態様）において、前記連結部材は、シート状または板状をなす。以上の態様によれば、吸音構造体の設置前または設置時の取り扱いが容易となる。

１０…共鳴器、１０Ａ…共鳴器、１３…底部、１５…開口部、１６…多孔質材、２０…連結部材、２０Ｂ…連結部材、１００…吸音構造体、１００Ａ…吸音構造体、１００Ｂ…吸音構造体、Ｅ１…第１端面、Ｅ２…第２端面。

Claims

互いに別体で構成され、ヘルムホルツ共鳴を生じさせる複数の共鳴器と、
前記複数の共鳴器を連結する柔軟なシート状または板状をなす連結部材と、を有し、
前記複数の共鳴器のそれぞれは、第１端面と前記第１端面とは反対の端面である第２端面とを有する筒状または管状をなし、前記第１端面には、開口部が設けられ、前記第２端面が底部であり、
前記複数の共鳴器のそれぞれは、柔軟性を有し、
前記複数の共鳴器のそれぞれの側面が接着剤、粘着剤またはファスナーによって前記連結部材の一方の面に接合される、
吸音構造体。
前記複数の共鳴器のそれぞれは、外表面上に配置される多孔質材を有する、
請求項１に記載の吸音構造体。
前記複数の共鳴器は、互いに同じ方向を向いて配置される第１共鳴器および第２共鳴器を含む、
請求項１または２に記載の吸音構造体。
前記複数の共鳴器は、互いに異なる方向を向いて配置される第３共鳴器および第４共鳴器を含む、
請求項１または２に記載の吸音構造体。