JPH0769706B2

JPH0769706B2 - 吸音ゴム板

Info

Publication number: JPH0769706B2
Application number: JP5008166A
Authority: JP
Inventors: 正勝大垣; 年晃菊池
Original assignee: Towa Co Ltd
Current assignee: Towa Co Ltd
Priority date: 1993-01-21
Filing date: 1993-01-21
Publication date: 1995-07-31
Anticipated expiration: 2010-07-31
Also published as: JPH06222778A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、音波を吸収するゴム
板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】実験水槽の壁面と水面の音波の反射波や
水中の物体からの音波の反射波を少なくする水中用の吸
音材には、ゴム中にアルミや鉛などの金属の粉末を混合
したゴム、木材を楔形に加工した吸音楔、ゴム中に多数
の気孔を封入した吸音ゴム板などが従来用いられてい
る。

【０００３】ゴム中にアルミや鉛などの金属の粉末を封
入したゴムは、ゴム中の金属の粉末の振動が熱に変換さ
れ吸音するもので、数１０ｋＨｚ以上の高周波数で効果
がある。

【０００４】また、木材の吸音楔は、先端を細くして徐
々に音波を木材中に吸収して吸音するもので、音波の半
波長以上の長さが必要である。そのため１０ｋＨｚ以上
で実用化されているが、低周波にまで効果をもたせるに
は寸法が長くなり、実用的でない。また、木材は腐食す
る欠点もある。

【０００５】ゴム中に多数の気孔を封入した吸音ゴム板
の構造は、気孔を封入した大きさの異なる楔形のゴムを
組合せている（Ｅ．Ｍｅｙｅｒほか、Ａｃｏｕｓｔｉｃ
ａ、Ｖｏｌ．１０，ｐｐ．２８１−２８７，１９６
０）。ゴム中に多数の気孔を封入した吸音ゴム板の吸音
機構は気孔の共振振動によっている。ゴム中の微小の気
孔の共振周波数は気孔の形状に関係せず、気孔の体積に
依存することをＭｅｙｅｒは報告している。図１０はＭ
ｅｙｅｒが文献中に報告している図である（Ｍｅｙｅｒ
ほか、Ｊ．Ａｃｏｕｓｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．３０．ｐｐ．
１１１６−１１２４，１９５８）。ゴム中に封入した
球、楕円、円筒および正方形の形状の気孔の共振周波数
の測定値（νｍａｘ）の逆数（縦軸）を気孔の体積の３
乗根（横軸）に対して図示している。この図より、ゴム
中の微小の気孔の共振周波数は気孔の形状に関係せず、
気孔の体積の３乗根に依存することを示している。

【０００６】従来の気孔を封入した吸音ゴム板の構造
は、図１０の関係を応用すると共に、ゴムと気孔の混合
体の音響インピーダンスを水の音響インピーダンスに順
次等しくなるよう気孔の大きさと数とを決めている
（Ｅ．Ｇ．Ｒｉｃｈａｒｄｓｏｎ、Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ
ＡｓｐｅｃｔｓｏｆＳｏｕｎｄｐ．２８１Ｅ
ｌｓｅｖｉｅｒＰｕｂｌｉｓｈｉｎｇＣｏｍｐａｎ
ｙＡｍｓｔｅｒｄａｍ−ＮｅｗＹｏｒｋ，１９５
７）。例えば、ゴム板に直径２〜８ｍｍ程度の円柱状の
気孔を多数個配列して設け、その両面にゴム板を張り合
わせて、ゴム板中に多数の気孔を封入している。吸音の
周波数特性はほぼ４〜５ｋＨｚ以上の高周波数で効果が
ある。それ以下の低周波数領域まで吸音効果を広げるに
は、気孔の直径を大きくする必要がある。

【０００７】しかし、従来の吸音ゴム板では、ゴムの硬
度が低いのでゴム板中に外周寸法が８ｍｍ程度の大きさ
の気孔の封入が限度であり、大きな外周寸法の気孔を封
入することは困難であった。従って、４〜５ｋＨｚ以下
の低周波数領域に於ても吸音の効果を有する吸音ゴム板
の実現は困難であった（Ｅ．Ｍｅｙｅｒほか：Ａｃｏｕ
ｓｔｉｃａ、Ｖｏｌ．１０，ｐｐ．２８１−２８７，１
９６０、伊藤豊ほか：気孔入りゴムの吸音特性、防衛
庁技報１８１号、ｐｐ．４９−５５、堀井浩ほか：吸音
くさびの水圧特性の改善、海洋音響学会講演論文集ｐ
ｐ．１−２，１９９１年５月１７日）。そのため、２ｋ
Ｈｚ程度の低周波数から１０ｋＨｚ以上の高周波数まで
の十分な広帯域特性を有する吸音ゴム板が得られないと
いう欠点があった。

【０００８】以上のように、これまでは２ｋＨｚ程度の
低周波数から１０ｋＨｚ以上の高周波数までの十分な広
帯域特性を有する吸音ゴム板が得られないという問題が
あった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】水中音響機器の使用周
波数は、４〜５ｋＨｚ以下の低周波数領域の場合も多く
あり、従来の吸音ゴム板では十分な効果がなく、実験水
槽では４〜５ｋＨｚ以下での機器の特性に関する測定は
困難であった。また、吸音ゴム板の吸音特性を低周波数
領域まで広げるには、気孔の寸法を大きくする必要があ
るが、従来の吸音ゴム板では硬度が低いため、気孔の形
が変形してしまい、低周波数領域での吸音が困難であっ
た。

【００１０】この発明の目的は、吸音特性が、１０ｋＨ
ｚ以上の高周波領域はもとより、４〜５ｋＨｚ以下の低
周波数領域までの十分な広帯域特性となる吸音ゴム板を
提供することにある。

【００１１】この発明の他の目的は、気孔の外周寸法が
大きくても、気孔が吸音ゴム板の吸音特性が十分広帯域
特性を維持できる程度にしか変形しない構造の吸音ゴム
板を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この目的の達成を図るた
め、この発明によれば、ゴム板中に多数の気孔を封入し
た吸音ゴム板において、気孔の内部で気孔の中央部に、
板の厚さ方向に中実の支柱を有し、かつ気孔の形状をリ
ング状とすることを特徴とする。

【００１３】

【作用】上述したこの発明の構成によれば、気孔の中央
部に、板の厚さ方向に中実の支柱を設けかつ気孔の形状
をリング状としてあるので、外周寸法の大きな気孔の場
合、ゴムの硬度が小さくてもゴム板の強度を低下するこ
とがなく、従って、気孔が潰れたり、または吸音特性に
悪影響を及ぼすような変形を生じたりすることがない。
従って、中実の支柱のある気孔をゴム板中に封入した場
合は、気孔の外周寸法を、中実の支柱のない気孔を封入
したゴム板に比べてゴム板の強度をあまり低下すること
なく大きくできるので、より低周波数での吸音特性が可
能となる。

【００１４】

【実施例】以下、図面を参照しながら、この発明の実施
例について説明する。

【００１５】なお、図はこの発明が理解できる程度に、
各構成成分の形状、大きさ、および配置関係は概略的に
示してあるにすぎない。また、ここで説明する実施例
は、単なる一例であって、ここに説明される具体的な動
作、順序、および具体的な数値は、これに限定されるも
のではなく、部分的に動作を追加したり、あるいは削除
したり、また別の動作、および数値で置き換えても同様
な効果を達成することができる。

【００１６】図１、図２は、この発明を説明するための
図で、図１は、図２の吸音ゴム板１０のＩ−Ｉ線断面
図、図２は、吸音ゴム板１０の部分的平面図である。ゴ
ム板１１中に、例えば１種類の大きさの気孔１３を所定
の間隔で封入する。気孔としては球形、楕円形、円板
形、円筒形、矩形、半円板形、半円柱形などとする。

【００１７】気孔の内部で気孔の中央部に、板の厚さ方
向に中実の支柱１５を設けかつ気孔の形状をリング状と
する。ここでは製作の容易な円筒形の気孔の場合につい
て説明する。円筒の外周寸法の大きな気孔の場合でも中
実の支柱１５があるため、ゴムの硬度が小さくてもゴム
板の強度を低下することが少ない。ゴム板中に封入した
球形の気孔の壁の外周寸法がゴム中の音波の横波の２波
長に等しい周波数で気孔が共振振動して吸音することが
報告されている（菊地年晃：ゴム中の気泡振動と吸音
特性海洋音響学会誌１５巻３号、１９８８年７月
ｐｐ．１４８−１５１）。円筒形気孔の場合には、円筒
直径の外周寸法が近似的に球形の外周寸法に相当する。
外周寸法の大きな気孔の共振周波数は低くなる。従っ
て、気孔の中央部に、板の厚さ方向に中実の支柱のある
気孔をゴム板中に封入した場合は、気孔のゴム板表面と
平行な断面の外側の外周寸法を中実の支柱のない気孔を
封入したゴム板に比べて、ゴム板の強度をあまり低下す
ることなく大きくできるので、より低周波数での吸音特
性が可能となる。

【００１８】中実の支柱１５としては、ゴムと同一の材
質でよいが、ゴムと特性が近いプラスチックなどの材質
を用いてもよい。

【００１９】図１、図２では、同一寸法の気孔を規則的
に配列した例を図示したが、気孔の大きさと間隔は、所
定の範囲内であれば任意の大きさと配列でよい。このこ
とは、以下の説明でも同じである。

【００２０】気孔の外周寸法比が２ⁿ （ｎ：整数）とな
る複数の異なる外周寸法の気孔を組み合わせ封入すれ
ば、一番小さい寸法の気孔に対応する共振周波数が一番
高い周波数で、その次に小さい寸法の気孔に対応する共
振周波数がその周波数の半分の周波数である。以下順
に、さらに半分の周波数ごとに共振する吸音特性を有す
る。一番大きい寸法の気孔に対応する共振周波数は一番
低周波数である。気孔の共振のＱは小さく、気孔の大き
さに対応する吸音特性はなだらかに変化するので、隣り
合う寸法の共振による吸音特性は、スタガーとなるの
で、気孔の外周寸法を、倍、倍となる気孔を組み合わせ
て配列すると、高周波数から低周波数までの広帯域で吸
音特性の良好な吸音ゴム板が実現できる。このとき、外
周寸法の大きな気孔は中実の支柱を有する気孔とする。

【００２１】例えば、製作の容易な円柱形の気孔の一例
として、直径を４ｍｍ、８ｍｍ，１６ｍｍ、３２ｍｍの
円柱形の気孔を封入した場合の一例を図３、図４に示
す。図３は、図４の一点鎖線ＩＩＩ上の吸音ゴム板１６
の部分的断面図、図４は、図３の一点鎖線ＩＩ上の吸音
ゴム板１６の平面図である。ゴム板１７中の気孔２１は
直径４ｍｍ、気孔２３は直径８ｍｍで外周寸法が小さい
ので支柱がなく、気孔２５は直径１６ｍｍ、気孔２７は
直径３２ｍｍで外周寸法が大きいのでそれぞれ中実の支
柱２９、３１を有する。

【００２２】硬度約４５度の天然ゴム中の横波の音速を
約１００ｍ／ｓｅｃとすると前記４種類の各々の気孔に
対応する理論的な共振周波数は、それぞれ約１６ｋＨ
ｚ、８ｋＨｚ、４ｋＨｚ、２ｋＨｚとなる。それぞれの
共振特性は、なだらかな周波数特性を有するので、これ
ら４種類の寸法の気孔を封入した場合の吸音特性は、２
ｋＨｚ付近から１６ｋＨｚ付近までの広帯域で吸音特性
を有する吸音ゴム板が実現できる。

【００２３】図３、図４では、寸法の異なる気孔を同じ
数として示しているが、各寸法の気孔の数は同一である
必要はなく、それぞれ異なる割合で封入してもよい。各
々の気孔の大きさに対応した各周波数領域において、各
気孔の数に対応した吸音特性を得ることができる。

【００２４】また、図３、図４では、異なる外周寸法の
気孔を同一のゴム板中１７に配列した場合として示して
あるが、同一のゴム板中に必要な、異なる外周寸法の気
孔をすべて封入する必要はなく、１枚のゴム板中に同一
の寸法の気孔を封入し、気孔の外周寸法がゴム板間で異
なるゴム板を複数枚組み合わせ、全体として必要な外周
寸法の気孔をすべて含むようにしても同様の効果が得ら
れる。例えば、一例として図５の部分的断面図に示すよ
うに、ゴム板３３には一番小さい気孔４１を、ゴム板３
５には２番目に小さい気孔４３を、ゴム板３６には中実
の支柱４９を有する２番目に大きい気孔４５を、ゴム板
３７には支柱５１を有する一番大きい気孔４７を各々封
入し、３３、３５、３７、３９のゴム板を重ね合わせて
吸音ゴム板３０としても同様の効果がある。

【００２５】また、ゴム板中に複数の異なる外周寸法の
気孔を組み合わせて封入し、複数の異なる外周寸法の気
孔の組み合わせが、ゴム板間で異なるゴム板を組み合わ
せても同様の効果が得られる。例えば、一例として図６
の部分的断面図に示すように、ゴム板５３には一番小さ
い気孔４１と２番目に小さい４３を、ゴム板５５には２
番目に小さい気孔４３と支柱４９を有する２番目に大き
い気孔４５を、ゴム板５７には一番小さい気孔４１と支
柱５１を有する一番大きい気孔４７を各々封入し、５
３、５５、５７の３枚のゴム板を重ね合わせて吸音ゴム
板４０としても同様の効果がある。ここでは１枚のゴム
板中に２種類の大きさの気孔を封入した例で説明した
が、１枚のゴム板中に封入する気孔の大きさは、１種類
でも、２種類でも、３種類以上でもよい。また、同じ大
きさの気孔を異なるゴム板中に封入してもよいことは、
いうまでもない。このような構造により、目的とする吸
音特性にあわせて、異なった気孔を含むゴム板を選択し
て複数組み合わせて目的を達成できる利点がある。

【００２６】図７および図８は、本発明の吸音ゴム板の
一実施例の損失特性および吸音特性の実施例で、外周の
直径３ｍｍ，６ｍｍ，１３ｍｍ，１６ｍｍの気孔を厚さ
２ｍｍのゴム板に空け、その両面に厚さ２ｍｍのゴム板
を張り合わせた場合の測定結果である。白丸の曲線６０
は、透過損失、黒丸の曲線６２は反射損失である。

【００２７】図７の透過損失と反射損失の測定結果から
吸音率を算出し図８に示す。吸音率は次式で表される。

【００２８】吸音率＝１−（透過率＋反射率）図９は、
支柱が無い気孔が設けられている従来の３種類の吸音ゴ
ムの反射損失特性の測定結果の一例である。厚さ３ｍｍ
の一枚のゴム板に直径２ｍｍ、４ｍｍおよび８ｍｍの気
孔を設け、このゴム板の両面に厚さ３ｍｍのゴム板を貼
り合わせて全厚が９ｍｍのものと、６ｍｍのゴム板を貼
り合わせて全厚が１５ｍｍのものと、および９ｍｍのゴ
ム板を貼り合わせてゴム板の全厚が２１ｍｍのものと３
通りの場合についてターゲット・ストレングス（Ｔａｒ
ｇｅｔｓｔｒｅｎｇｔｈ）を測定した結果から反射損
失（ＥＲで表してある。）を求めて、それぞれ曲線８
０、８２および８４で示してある（堀井浩ほか：吸音
くさびの水圧特性の改善、海洋音響学会講演論文集ｐ
ｐ．１−２，１９９１年５月１７日）。図９からも明ら
かなように、約２ｋＨｚ以下ではその反射損失および透
過損失はいずれの周波数でも測定していない。また、上
述したこの発明の実施例では、使用したゴムシートに設
けられた気孔の直径は１３ｍｍと１６ｍｍであって、直
径１２ｍｍおよび２４ｍｍの気孔ではない。直径が２ⁿ
ｍｍであるのが理想的ではあるが、直径が１３ｍｍ、１
６ｍｍ、１２ｍｍおよび２４ｍｍの気孔は、いずれも５
ｋＨｚよりも低い周波数帯で反射損失または吸音率にピ
ーク値を与えるので、本来１２ｍｍおよび２４ｍｍであ
るべき気孔の直径を１３ｍｍおよび１６ｍｍの直径の気
孔としても大した相違はなく、吸音ゴム板の特性に支障
は無い。

【００２９】図１１は、この発明の吸音ゴム板と従来の
吸音ゴム板との相違を説明するための反射損失−周波数
特性をそれぞれ示す図である。図１１において、図７に
示した反射損失曲線６２を曲線１００として示してあ
り、また、図９に示した反射損失曲線を曲線１０２とし
て示してある。これら曲線１００および１０２の比較か
ら、４ｋＨｚ以下の周波数帯域では、この発明の実施例
の反射損失は従来のものよりも大きく、従って、この発
明の吸音ゴム板は従来の吸音ゴム板よりも優れているこ
とがわかる。

【００３０】従来の吸音ゴム板に比べて５ｋＨｚ以下で
の吸音特性が著しく向上し、約１ｋＨｚから１０ｋＨｚ
までの広帯域で吸音特性の良好な吸音ゴム板が実現でき
た。

【００３１】なお、気孔の共振のＱは小さく、気孔の大
きさに対応する吸音の周波数特性は、なだらかで帯域が
あるので、気孔の外周寸法比は、厳密に２ⁿ （ｎ：整
数）でなくてもよく、ほぼ倍、倍となる寸法であれば十
分目的は達成できる。

【００３２】また、気孔の外周寸法比が２ⁿ （ｎ：整
数）以外の大きさの気孔を有していてもよい。また、気
孔の外周寸法比が２ⁿ （ｎ：整数）である気孔のうち、
ある寸法の気孔の代わりに、その寸法より少し大きい寸
法と、少し小さい寸法の大きさの異なる複数の気孔に分
けても同様の効果が得られる。

【００３３】ここでの説明ではゴム板は、図２に示すよ
うに矩形としたが、実際に実験水槽の壁などに使用する
場合には、任意の形状を組み合わせて使用しても同様の
効果がある。

【００３４】また、水中で使用する場合について説明し
たが、空中で使用すれば広帯域の吸音特性を持つ良好な
吸音材として効果がある。

【００３５】また、振動を減衰する防振ゴム板として使
用すれば、減衰量の大きく、かつ広帯域の良好な防振ゴ
ム板として効果がある。

【００３６】

【発明の効果】上述の説明で明らかなように、この発明
の吸音ゴム板によれば、低周波領域まで良好に吸音する
広帯域の吸音特性を実現できるので、水中物体の表面を
この発明の吸音ゴム板で覆うと反射特性を低周波域まで
低減でき、また無響水槽の壁に設置すると無響水槽の反
射特性を低周波数域まで低減できる効果がある。また、
空中での吸音材や防振ゴム板としても効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の吸音ゴム板の一実施例の説明のため
の断面図である。

【図２】この発明の吸音ゴム板の一実施例の説明のため
の平面図である。

【図３】この発明の吸音ゴム板の一実施例の断面図であ
る。

【図４】この発明の吸音ゴム板の一実施例の断面図であ
る。

【図５】この発明の吸音ゴム板の一実施例の断面図であ
る。

【図６】この発明の吸音ゴム板の一実施例の断面図であ
る。

【図７】この発明の吸音ゴム板の一実施例の測定データ
の一例である。

【図８】この発明の吸音ゴム板の一実施例の吸音特性測
定データの一例である。

【図９】従来の吸音ゴム板の反射特性測定データの一例
である。

【図１０】ゴム板中の気孔の共振周波数の逆数と気孔の
体積の３乗根との関係を示すデータである。

【図１１】図９に示した、支柱を有さない気孔が形成さ
れている従来の吸音ゴム板の反射損失特性と、図７に示
した、中実の支柱を有する気孔が形成されているこの発
明の吸音ゴム板の反射損失特性との相違を説明するため
のグラフである。

【符号の説明】１０，１６，３０，４０：吸音ゴム板１
１，１７，３３，３５，３７，３９：吸音ゴム板１３，
２１，２３，２５，２７，４１，４３，４５，４７：気
孔１５，２９，３１，４９，５１：中実の支柱６０，６
２：測定データ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ゴム板中に多数の気孔を封入した吸音ゴ
ム板において、気孔の内部で該気孔の中央部に、板の厚
さ方向に中実の支柱を有し、かつ前記気孔の形状をリン
グ状とすることを特徴とする吸音ゴム板。