JPH04147199A

JPH04147199A - 吸音体

Info

Publication number: JPH04147199A
Application number: JP2271411A
Authority: JP
Inventors: Kyoji Fujiwara; 恭司藤原; Naoyuki Furuta; 直行古田; Shinta Yamamura; 山村　信太
Original assignee: Nitto Boseki Co Ltd
Current assignee: Nitto Boseki Co Ltd
Priority date: 1990-10-09
Filing date: 1990-10-09
Publication date: 1992-05-20
Anticipated expiration: 2011-06-19
Also published as: JP2508397B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野〕本発明は、室内の音響設計、屋外の騒音防止等に使用さ
れる吸音体に関し、特に低周波数域において高い吸音率
を示す吸音体に関する。

〔従来の技術〕

従来より、各種の吸音材料が使用されているが、いずれ
も高周波数域において良好な吸音率を示すものであり、
３１５Ｈｚ以下という低周波数域においては吸音率が極
めて低下していた。従って、従来の吸音材料をそのまま
使用しても低周波数域の吸音にはあまり効果がなかった
。

そこで１本出願人は先に、一端が開口し、他端が閉塞し
た長さの異なる筒状空間からなる音響管を多数。

その開口部が同一面となるように、且つその長さがラン
ダムになるように、好適には平方余剰系列に従うように
配列してなる吸音体を開発し、特許出願した（特願平１
−１６９１４０号）、この特許出願に提案の吸音体の代
表的なものは第１１図、第１２図に示す構造のものであ
る。即ち、全体を参照符号１で示す吸音体は、壁２で形
成され一端（図面では上＃ｉ）が開口し。

他端が閉塞した筒状空間からなる音響管３を多数、開口
部が同一面となるように配列したものであり、開口端を
並べた面が吸音面となる。多数の音響管３は同一断面積
のものであるが、その長さは異なっており、異なる長さ
のものがランダムに配列され、更に第１２図に示すよう
に、長さの長い音響管の一部は折曲して１長さの短い音
響管の背後に配置され２　これによって吸音体の厚みｌ
を小さくしている。

ここで、異なる長さの音Ｖ管３をランダムに配列する方
法としては、音響管３の長さを、成る単位長さｈを基準
とし、この単位長さの整数倍とし、かつその配列を平方
剰余系列に従って定めることが好ましく、第１１図、第
１２図の吸音体もこの平方剰余系列による配列を採用し
ている。以下、平方剰余系列を簡単に説明する。

ｐを素数、ａをｐと互いに素な整数とする。二次の合同
方程式％式％）が解をもつとき、ａはｐを法として平方剰余であるとい
う。

例として、素数ｐ−７の場合の平方剰余系列は次のよう
になる。

Ｘ２ミａ　（ｍｏｃｌ　７）Ｘ＝Ｏ→　０２ミ０ｘ＝１　　→　１２ミ１ｘ＝２　　→　２２ミ４ｘ＝３　　→　３２ミ２　　（９＝１ｘ７＋２）ｘ＝４
　　→　４！ミ２　　（１６＝２ｘ７＋２）ｘ＝５　　
→　５２　ミ４　　　（２５＝３Ｘ７＋土）ｘ＝６　　
→　６２ミ１　　（３６＝５Ｘ７＋上）以上から、素数
ｐ−７の場合の平方剰余系列は、−次元で。

０．１，４，２，２．４，１．０，１，４，２，２゜４
、　１−、−−−−−一・となる。二次元では第１表に
示す７×７のマトリックスの繰り返しとなる。ここで、
横の第１行及び縦の第１列（左端の列）は上記−次元配
列の数値であり、その他の部分は、対応する第１行と第
１列の数値の和（７より小さい場合）又はその和（７よ
り大きい場合）から７の倍数を引いた数値となる。

第１表第１１図に示す吸音体１における音響管３の深さは。

上記の平方剰余系列の二次元配列によって定められてお
り、第１２図において音響管３の開口部に記載した数値
は、第１表の数値である。この数値は音響管の深さの比
を示すもので１例えば、第１２図において５数値“２”
で示す深さは２ｈ、数値“°３゛で示す深さは３ｈ、数
値“６”で示す深さは６ｈである。具体的な数値例とし
ては９例えば、音響管３の断面が７０×７０ｍ５．ｈ＝
７０ａａｎを挙げることができる。

この吸音体１は、多数の音響管３の開口部を配列した面
が吸音面として作用し、その吸音面に入射した音波、特
に低周波数域の音波を吸音でき、低周波数域の音波の吸
音体として極めて有効である。これは、吸音体の吸音面
に入射して反射する音波の位相が１反射位置の音響管３
の深さによって変化し、そのため位相の異なる音波同士
が干渉することとなり、この干渉によって吸音効果を生
じるものと考えられる。

しかしながら、この吸音体１は厚さが厚く２例えば上記
したｈ＝７０ｍｍの例では厚さが約２８ｃ＋ｎもあり。

また、内部の空間が非常に複雑で製作が容易ではないと
いう問題点があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

そこで１本発明は、上記開発の吸音体と同等の吸音特性
を備えながら吸音体の厚さを薄クシ、かつ製作が容易で
あるような吸音体を開発することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者等は上記課題を解決すべく鋭意検討の結果。

一端が開口した筒状空間からなる音響管の終端にヘルム
ホルツ型共鳴器を取付けることにより１短い音響管を使
用しながら比較的低い共鳴周波数を得ることができ、し
かも共鳴器の口に当たる細管の径や長さを調整すること
で容易に共鳴周波数を変えることができることに着目し
、共鳴器を有していない長い音響管に代えてこのヘルム
ホルツ型共鳴器を備えた短い音響管を用いることにより
、厚さを薄くシながら上記開発の吸音体と同様な吸音特
性を持つ吸音体を構成しうろことを見出し１本発明を完
成した。

すなわち２本発明は、一端が開口し他端はへルムホルツ
型共鳴器により終端された筒状空間からなる共鳴器付音
響管と、一端が開口し他端は閉じた筒状空間からなる共
鳴器無し音響管とを多数、その開口部が同一面となるよ
うに、且つ多数の音響管の第一共鳴周波数がランダムと
なるように配列してなる吸音体を要旨とする。

以下３本発明を更に詳細に説明する。

まず２本発明に使用するヘルムホルツ型共鳴器により終
端された音響管の構造及び音響特性について述べる。第
１図はヘルムホルツ型共鳴器により終端された音響管（
以下共鳴器付音響管という）の１例を示す断面図、第２
図はその正面図である。音響管１３は板材１２によって
正方形断面の筒状空間を形成し、その一端（左端）全体
を開口して開口部１４とし、他端を端壁１５で閉じその
中間に、穴１６を備えた隔壁１７を設けたものであり、
隔壁１７及びその奥の部分（右側の部分）がヘルムホル
ツ型共鳴器１８を構成する。−方、第３図は、第１１図
に示す吸音体１を構成する通常の音響管即ち共鳴器を備
えていないシュレーダー型の音響管（以下共鳴器無し音
響管という）３を示すものであり、この音響管３は単に
板材２によって正方形断面の筒状空間を形成し、その一
端（左端）全体を開口して開口部４とし、他端を端壁５
で閉したものである。

第３図に示すような長さＬｔ　の共鳴器無し音響管３の
開口部４から見た音響インピーダンスＺ、′　は。

Ｚ、’＝ｊρｃ−ｃ　ｏ　ｔ　（ｋ　Ｌ　＋　）　−一
−−−（１）で与えられる。また、第１図、第２図に示
す共鳴器付音響管１３の終端に位置するヘルムホルツ型
共鳴器１８の共鳴器入口から見た音響インピーダンスＺ
１は。

Ｚ＋　＝−ｊ　　（ωｍ／ｐ＋ρｃ　（ｒｃｏｔ　（ｋ
Ｌ）−ｃ　ｏ　？、　（ｒ　ｋ　Ｌ　）　）　）　−−
−−−−（２）で与えられる。

ここで１ｍ−ρ（Ｔ＋δ）。

Ｔ−ω／ω０　。

ｋｏ−ω。／　ｃ　。

δ−１，７０ｒ　　（１−０，４：３　ｒ　／　ａ　）
　。

ｒ＝　　　（Ｓ／π）。

ａ−（Ｓよ　）。

ｐ＝Ｓ／Ｓ。

であり、Ｌは共鳴器の長さ、Ｓ８は音響管の断面積。

Ｓは共鳴器の穴１６の面積、には波数、Ｔは共鳴器の穴
１６の長さ、Ｃは音速、そしてω。は。

（Ｔ＋δ）／　（ｐＬ）＝ｃｏｔ　（ｋｏ　Ｌ）／ｋｏ
　Ｌの根である。

終端インピーダンスがＺ、の音響管のインピーダンス、
すなわち、長さＤの音響管の終端にヘルムホルツ型共鳴
器が取付けられている音響管の開口部から内部を見た音
響インピーダンスＺ１１は。

Ｚａ−ρｃ　（Ｚ＋　　ｃｏｓ　　（ｋＤ）　−ｊｐｃ
−ｓ　ｉｎ　（ｋＤ）ｌ／　（−ｊＺｌ　ｓ　ｉｎ　（
ｋＤ）＋ｐ　ｃ−ｃ　ｏ　ｓ　（ｋＤ）　ｌ−−・（３
）ここで、Ｚい′　とＺ、の極小となる周波数即ち第一
共鳴周波数が同しになるように、Ｔ、Ｓを調整してやれ
ば、長い共鳴器無し音響管と同等の特性を持つ短い共鳴
器付音響管１３を得ることができる。

本発明の吸音体は、先に開発した吸音体、即ち長さの異
なる共鳴器無し音響管を多数、ランダムに配列してなる
吸音体において、長さの短い共鳴器無し音響管はそのま
ま用いるが、長さの長い共鳴器無し音響管のところでは
それに代えてそれと同じ第一共鳴周波数を持った短い共
鳴器付音響管（第１図に示すもの）を用いることを特徴
とするものである。これにより、吸音体を構成する音響
管の長さを短くでき、全体を薄くすることが可能となる
。

本発明の好適な形態においては、第１１図に示すように
、多数の共鳴器無し音響管をその長さが、平方余剰系列
の二次元配列になるようにした吸音体において。

その長さの長い（例えば長さが３以上の）音響管に代え
て、同一特性の短い（例えば長さが２の）共鳴器付音響
管を用いる。

〔作用〕

上記構成の吸音体は、多数の音響管の開口部を配列した
面が吸音面として作用し、その吸音面に入射した音波、
特に低周波数域の音波が吸音される。これは。

吸音体の吸音面に入射して反射する音波の位相が１反射
位置の音響管の音響インピーダンスに応じて変化し。

そのため位相の異なる音波同士が干渉することとなり。

この干渉によって吸音効果を生じるものと考えられる。

本発明の吸音体は７基本的には音響管を構成する板材、
端壁、隔壁等の材料自体の吸音効果を利用するものでは
ないので、上記の音響管を形成する材料には。

音波の内部損失のない鋼板のような剛性の高い金属材料
を用いることができ、この場合は、耐候性、衛生上の問
題がなく、屋外への設置、或いは病院１食品工場への使
用が可能である。しかし、この構成材料は、剛体に限定
されるものではない。

前記の吸音体は、吸音面に多数の音響管が開口した構成
であるので、音響管内にごみ、はこり等が侵入しやすく
、且つ清掃が難しい。そこで、その吸音面（音響管の開
口部）をステンレス箔、アルミ箔等の金属製薄膜或いは
プラスチックシート等の薄膜で被覆してもよい。このよ
うな薄膜の被覆を施しても低周波数域での吸音効果はあ
まり影響を受けることがないことが確認された。薄膜被
覆を施した吸音体は、清掃が容易で衛生的であるので、
病院の手術室９食品工場等の騒音防止に特に好適である
。

更に、吸音体の吸音面を被覆するＴＲ膜に換えて、グラ
スウール板、ロックウール板、焼結金属板、金属繊維板
等の多孔質板を配置することも可能である。この多孔質
板を配置すると、低周波数域から高周波数域までの全周
波数に渡って高い吸音率を示すので、好ましい。この多
孔質板は、そのままで配置してもよいが１その外周をＰ
ＶＦ　（ポリフッ化ビニールフィルム）等のプラスチッ
クフィルムで被覆して用いると、−取り扱い、清掃が容
易となるので好ましい。

〔実施例〕

以下１図面に示す本発明の詳細な説明する。

第４図は本発明の一実施例による吸音体の概略平面図、
第５図、第６図はそれぞれ第４図のＶ−■矢視断面図、
　Ｖｌ−Ｖｌ矢視断面図、第７図はその吸音体の概略斜
視図、第８図はその吸音体を分解して示す概略斜視図で
ある。全体を参照符号２１で示す吸音体は、板材２２で
断面正四角形に形成された筒状空間からなる音響管２３
を多数配列したもので、全体が一定厚さに作られている
。各音響管２３はその一端（上端）を開口部２４とし、
他端を端壁２５で閉しその中間に、穴２６を備えた隔壁
２７を設けている。隔壁２７及びその奥の部分がヘルム
ホルツ型共鳴器２８を構成する。各音響管２３は、その
開口部２４が同一面となるように配置されており、その
開口部２４を配置した面が吸音面となる。各音響管２３
内に設けられる隔壁２７の穴２６の径は異なっており、
異なる音響インピーダンスを与えるようになっている。

なお、音響管２３によっては、隔壁２７に穴を全く設け
ていないもの（第５図の左端の音響管等）、或いは音響
管断面とほぼ等しい穴を設けたもの（第５図の右端の音
響管等）があり。

これらは共鳴器無し音響管となっている。このように。

吸音体２１は音響インピーダンスの異なる共鳴器付音響
管と共鳴器無し音響管とを配列したもの（配列について
は後述する）である。

この構造の吸音体２１は、第８図に示すように１両端を
開口した一定長さの筒状空間を多数形成した上部ユニッ
ト３１と、所定位置に所定内径の穴２６を多数形成した
隔壁ユニット３２と、上端を開口し下端を端壁で閉じた
一定長さの筒状空間を多数形成した下部ユニット３３を
積層することにより、容易に製造できる。

吸音体２１を構成する板材２２．端壁２４．隔壁２６等
の材料としては、鋼板、アルミ等の金属材、プラスチッ
ク材等を使用できる。

次に本実施例の吸音体２１の各部寸法及び音響管の配列
を説明する。この実施例の吸音体２１は、第３図に示す
共鳴器無し音響管３を多数、その長さが平方余剰系列に
従うように配列した吸音体（第１１図に示す吸音体１）
と同じ特性を持つように製作したものである。第２表は
、素数７に対する平方余剰系列に従う長さを持つ吸音体
の各音響管の長さ（深さ）を示すものであり３表中の数
値は音響管の長さに比例した値を示している。単位深さ
をここでは７〔とする。

第２表第４図〜第８図に示す吸音体２１は、上記第２表の構造
の吸音体を、深さ２　（＝２Ｘ７＝１４ＣＩ＋１）の構
造体で実現したものである。この深さの吸音体２１は深
さ２までの共鳴器無し音響管を形成しうるので、第２表
の深さ０，１．２の共鳴器無し音響管に対応する音響管
２３は、ヘルムホルツ型共鳴器で終端する必要はない、
すなわち、深さ１に対応する音響管２３には。

穴を設けていない隔壁２７を存在させればよく、また。

深さ２に対応する音響管２３には、隔壁２７に音響管断
面にほぼ等しい穴を開ければよく、これらの音響管２３
は共鳴器無し音響管となる。残りの深さ３．４゜５．６
の共鳴器無し音響管に対応する音響管２３には。

長さ２の音響管２３で同じ音響インピーダンスを得るた
め、その音響管途中に穴２６を有する隔壁２７を設け、
ヘルムホルツ型共鳴器で終端させる。

深さ３．４，５．６の共鳴器無し音響管の長さ及び第一
共鳴周波数は第３表に示す通りである。この音響管の共
鳴周波数と、共鳴器により終端された音響管の共鳴周波
数とが一致するように、共鳴器の寸法としての変数を変
えて、インピーダンスとして計算したのが。

第９図（ａ）、　（ｂ）、　（Ｃ）、　（ｄ）に示すも
のである。ここで、音響管２３内に配置する隔壁２７は
、深さ１．２の共鳴器無し音響管を形成できるよう、Ｄ
＝Ｌ＝７ｃｍとしている。また、その他の各部寸法は、
隔壁２７の厚さＴ＝１．０ｃｍ、音響管断面７ｃｍＸ７
ｃｍ、その断面積Ｓ、＝４９ｃｄとしている。このよう
に各部寸法を一定値とし。

共鳴器無し音響管の深さ（Ｌｌ）に対する共鳴器の穴２
６の面積Ｓを求めた結果を、第３表に示す。

第３表音響管深さ　Ｌ、　　第一共鳴周波数　共鳴器の穴（ｃ
ｍ）　　　　　　（Ｈｚ）　　　面積（ｃＪ）３：　　
２１．０　　　　４０４．８．　　１２．４１　２Ｂ、
０　　　　３０３．６　　　３．５８５：　　３５．０
　　　　２４２．９　　　１．８０６：　　４２．０　
　　　２０２．４　　　１．００以上の結果より、共鳴
器無し音響管の深さに対応する共鳴器付音響管２３の深
さ及び穴径は第４表の通りとなる。

第４表共鳴器無し音響管　　　　共鳴器付音響管深さ　　　　
　　深さ　　　穴直径（０）０　　　　　　０　　　０
（穴無）１　　　　　　　１　　　０（穴無）２　　　　　　２　　　　全開３　　　　　　　２　　　　３．９７４　　　　　　　２　　　　２．１３５　　　　　　　２　　　　１．５１６　　　　　　　２　　　　１、１３第４図〜第８図に示す実施例の吸音体２１は、第２表、
第４表に基づいて構成されたものであり、音響管２３の
開口部２４から隔壁２７までの長さＤを７ｃｍ。

隔壁２７の厚さＴを１１．隔壁２７から底壁２５までの
長さしを１ｃｍとしている。そして、各音響管２３にお
ける穴２６の内径（直径）を第２表、第４表に基づいて
定めており、その概略を第４図に示している。なお、第
４図の各音響管において、２本の斜線を交差させている
部分は深さ０の部分を、１本の斜線を引いた部分は深さ
ｌの部分（隔壁２７に穴を形成しない場合）を、二重四
角で示す部分は深さ２の部分（隔壁２７を全開した場合
）を示す。

この吸音体２１は、多数を並べることによって、防音壁
を形成するように使用される。その際、吸音体２１の吸
音面（各音響管２３の開口部２４）はそのままの状態（
開口した状態のまま）としてもよいし、或いは吸音面に
ステンレス、アルミ等の金属製薄膜、プラスチックシー
ト等の薄膜を配置し、音響管の開口を覆って使用するこ
とも可能である。このように薄膜を配置することにより
、清掃が容易となる。

また、吸音体の吸音面を、多孔質板で覆って使用するこ
とも可能である。ここで使用する多孔質板としては、“
グラスウール板、ロックウール板、焼結金属板。

金属繊維板等をそのまま、或いはプラスチックフィルム
で覆って使用することができる。また、多孔質板に換え
て、ハードボード、石こうボード、合板等からなる穴あ
き板材料を使用してもよい。このように多孔質板を併用
すると、−層吸音効果が増す。

次に、上記構造の吸音体２１による吸音テストを行った
結果を示す。第４図〜第８図に示す構造の吸音体２１を
、板材２２及び端壁２５を０．７　ｌ１ｃｍの鋼板で。

隔壁２７を厚さ１０＋ｍａのアクリル板で製作した。ま
た比較のため、０．７ｍ＋の綱板で共鳴器無し音響管を
第２表の配列とした吸音体を製作した６両吸音体につい
て。

ＪＩＳ−Ａ１４０５に従って垂直入射吸音率を測定した
結果を第１０図に示す。第１０図より判るように。

共鳴器付音響管を有する吸音体も、共鳴器無し音響管の
みからなる吸音体も、１６’ＯＨｚ以上ではほぼ同様な
吸音率を有している。従って本発明の実施例による吸音
体は厚さがわずかに１４ＣＩであるにもかかわらず。

共鳴器無し音響管のみからなる吸音体と同等の吸音率を
得ることができ、多孔質吸音材料を用いずに非常に高い
吸音率を示している。共鳴器無し音響管からなる吸音体
は、最も厚い部分が４２ｃｍ（音響管の深さ６０部分）
もあり、また、この長い音響管の一部を第１２図に示す
ように折り曲げたとしても、その厚みは２８ｃｍもある
ので２本実施例の吸音体２１はこれらに比べて厚さを極
めて薄くできたものである。

なお、８０〜１２５Ｈｚにおいて１本実施例の吸音体が
共鳴器無し音響管からなる吸音体のように大きな吸音率
を示していない。これは、第９図（ａ）〜（ｄ）に見ら
れるように音響インピーダンスが高くなっているためと
思われる。しかし９本実施例の吸音体２１も実際の使用
に当たっては、多数の吸音体を並べて使用するものであ
り、その場合にはこの周波数範囲内でも成る程度大きな
値が得られるものと期待できる。

なお、上記実施例では吸音体に形成する音響管として、
断面が正方形のものを示しているが、この断面は正方形
に限らず、長方形、三角形０円形等任意である。

また、長さ等の寸法も上記実施例はその１例を示したに
過ぎず、適宜変更可能である。

［発明の効果〕以上に説明したように１本発明の吸音体は、音響管の終
端にヘルムホルツ型共鳴器を配置することにより。

音響管の長さを短くしながら共鳴器無し音響管と同等の
特性を得ることができ、共鳴器無し音響管を多数並べて
構成された吸音体と同様に、低周波数域から中間周波数
域に渡って高い吸音率を得ることができ、材料的にも鋼
板、アルミ板等の金属材料が使用できるので製作が容品
であり、耐候性にも優れている。また、プラスチック材
料を使用することにより、軽量化を図ることも可能であ
る。このため１本発明の吸音体は、屋内、屋外の低周波
数域の吸音構造に極めて有効に使用できるという効果を
有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の吸音体に使用する共鳴器付音響管を示
す概略断面図、第２図はその正面図、第３図は共鳴器無
し音響管の概略断面図、第４図は本発明の一実施例によ
る吸音体の概略平面図、第５図、第６図はそれぞれ第４
図の■−■矢視断面図、　Ｖｌ−Ｖｌ矢視断面図。第７図はその吸音体の概略斜視図２第８図はその吸音体
の分解斜視図、第９図（ａ）、　（ｂ）、、　（ｃ）、
　（ｄ）は音響管の音響インピーダンスを示すグラフ、
第１０図は吸音体の垂直入射吸音率の測定結果を示すグ
ラフ、第１１図は先に開発して特許出願した吸音体を示
す概略斜視図。第１２図は第１１図の刈−刈断面の斜視図である。１−・吸音体、２−・−板材１３−音響管、４−　開口
部。５一端壁、１２・−板材、１３へ・−音響管、ＩＬ−開
口部。１５−一端壁、１６−・−穴、１７・−隔壁、ＩＩＬ−
ヘルムホルツ型共鳴器、２１・−吸音体、２２−・−板
材、２３−音響管、２４−　開口部、１５一端壁、２６
−　　穴、２Ｌ−隔！２Ｂ−ヘルムホルツ型共鳴器、３
１・−・上部ユニット、３２−隔壁、３３−下部ユニン
ト。代理人　弁理士　乗　松　恭　三牙１図２．１２−、釈１３．１３・・−者Ｒ−宵４．１４−−・間１部５．１５−・・塙襞１６−久１７−隔壁１８−・・へ）レムボ、１／ｌｌ／シ騰号ヤニ岬オ８図周ジ友駁　（Ｈｚ）牙１０図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）一端が開口し他端はヘルムホルツ型共鳴器により
終端された筒状空間からなる共鳴器付音響管と、一端が
開口し他端は閉じた筒状空間からなる共鳴器無し音響管
とを多数、その開口部が同一面となるように、且つ多数
の音響管の第一共鳴周波数がランダムとなるように配列
してなる吸音体。
（２）請求項１記載の吸音体において、前記多数の音響
管をその第一共鳴周波数が、多数の共鳴器無し音響管を
その長さが平方余剰系列に従うように配列した吸音体に
おける対応する音響管の第一共鳴周波数に一致するよう
に配列したことを特徴とする吸音体。