JPS61500692A - 音響障壁 - Google Patents

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】 音響障壁 技術分野 本発明は、音響障壁の分野、特Ｋ、所定の周波数において増大される伝達損失を 提供可能な音響障壁に関する。

背景技術 音響障壁の分野では、単一壁の有効さがその表面密度（単位面積当シ重量）に比 例し、単一壁の有効さが音の周波数に比例して増大することは、周知である。

従って、低い周波数の音を排除するＫは、非常に質量のある壁が必要である。

しかしながら、音響障壁の成る用途が強い外部音響を排除せねばならないのと同 時に出来るだけ軽量でなければならない旅客輸送航空機の側壁の様に大きな重量 を許容不能なため、一層軽い重量の壁の必要性は、複合壁溝造の開発に導いた。

中間の周波数から高い周波数までの範囲では、介在する空気空間によって離され る胴体外皮の様な比較的軽い外壁と、トリムパネルの様な軽い内壁とを有する複 合壁は、所与の全重量にの櫟な吸音材料が内壁と外壁との間の空気空間に設置さ れれば、得られる。また、これ等のブランケットは、かなシな熱絶縁を与えるの に役立ち、熱音響的ブランケットとして周知である。小さな付加的な利益は、薄 い可撓性シート（隔壁）によって熱音響的プランケットを幾つかの層に細分する ことによって取得可能であった。これ等の複合壁は、徹底的に開発され、高度の 改善を達成し、ジュツトエンシンまたはターボファンエンシンによって動力を与 えられる輸送航空機に一般的に使用される。

しかしながら、輸送航空機のキャビンから中間の周波数および高い周波数の音を 排除するのに役立つ複合壁は、低い周波数では同一重量の単＝、壁に実際に劣る 。

その上、料えば、高い性能のプロペラ被動航空機によって生じる強烈なブレード 通過周波数を排除する様に設計される単一壁は、禁止的に重＜、’＄要の重量は 、この型式の推進によって達成可能な潜在的燃料節減の総てソはないにしても多 くを無効にする。

従って、本発明の一般的な目的は、改良された音響障壁を提供することである。

本発明の他の目的は、増大される伝達損失の有効性を有する軽量の音響障壁を提 供することである。

本発明の別の目的は、所定の周波数において増大される音響低減を生じる音響障 壁を提供することである。

本発明の更に他の目的は、共振音響要素を組込む音響障壁を提供することである 。

本発明の別の目的は、プロペラ被動航空機の胴体壁の構造に好適な音響障壁を提 供することである。

発明の開示 一対の離れた部材と、該部材の間に位置し音波を伝播可能な媒体と、該媒体゛に 結合され１またはそれ以上の所定の周波数に同調される１またはそれ以上の音響 共振装置とを備える音響障壁が提供される。該共振装置は、部材の間に配置され てもよく、または音響障壁窓の構成を可能にする様に部材の外周のまわシに配置 されてもよい。該共振装置は、１つの部材の一体部分を形成してもよく、または 絹織物または音響絶縁材料によって部材間に懸吊されてもよい。

本発明の別の目的および利点と共に、本発明の構成および作用の方法の両者に関 し本発明の特徴と信じられる新規な特徴は、本発明の現在好適な実施例が例とし て示される添付図面に関する下記の説明によって更に良好に理解される。しかし ながら、該図面が、例示および説明のみの目的のためであシ、本発明の限界を限 定するものとして意図されないことは、明白に理解されねばならない。

図面の簡単な説明 第１画は、従来技術で使用される音響障壁の単一壁の一部の図式的な断面図であ る。

第２図は、従来技術で使用される音響障壁の簡単な複合壁の一部の図式的な断面 図である。

第３図は、第１図、第２図の単一壁および簡単な複合壁についての周波数に対す る伝達損失を線図で示す。

第４図は１本発明の第１実施例の図式的な断面図である。

第５図は、第２図の簡単な複合壁および第４図に示される本発明の第１実施例に ついての周波数に対する伝達損失を線図で示す。

第６図は、本発明の第２実施例の部分的に破断された斜視図である。

第７図は、第６図の線７−７に沿う本発明の第２実施例の断面図である。

第８図は、第６図の実施例についての周波数に対する伝達損失を線図で示す。

第９図は、本発明の第３実施例の部分的に破断された斜視図である。

第１０図は、第９図の線１０−１０に沿う本発明の第３実施例の断面図である。

第１１図は、本発明の第３実施例において有用な共振装置の変更された形状の断 面図である。

第１２図は、第９図の実施例についての周波数に対する伝達損失を線図で示す。

第１３図は、本発明の第４実施例の断面図である。

第１４図は、第１３図の実施例についての周波数に対する伝達損失を線図で示す 。

発明を実施するための最良の形態 本発明の重要さへの洞察を得るためぺは、単一壁、複合壁および本発明の一実施 例で！Ｓ成される音響障壁を半定量的な態様で比較することは、有用である。次 に、第１図を参照すると、振動する音圧の音波Ｐｉは、単位面積当ジ表面質量Ｍ を有する壁１０に衝突する。

周知の様に、質量Ｍが大きければ大きい程、また壁′１０の慣性が大きければ大 きい程、壁１０は、音波ｐｔとして音を再放射する様に振動運動で一層少なく移 動する。音波Ｐｉの一部分は、音波Ｐｒとして反射される。音の周波数Ｆの増大 は、表面質量Ｍの゛増大と同様な効果を有している。従って、簡単な単一壁音響 障壁の有効さは、積】４×Ｆに比例する。周波数Ｆが小さければ、音響低減の任 意の特定の値を得るために、質量１．イが大きくならなければならないことは、 明らかである。第３図の曲線１は、９．７６　ｋＬ／ｍ”　（０，２ポンド／平 方フート）の重量の簡単な単一壁に対しＨｚにおける周波数の関数としてデシベ ルで表わされる伝達損失ＴＬを示す。

表面密度Ｍの非剛性単一壁の伝達損失ＴＬは、関係によってデシベルで与えられ る。

ここに　ｗ＝２πＦ Ｆ＝周波数 ρ＝空気の密度 Ｃ＝音の速度 これは、理想質量法則として周知である。理想質量法則の誘導は、１９５１年ロ ンドン市チャッゾマ／アンド　ホール（Ｃｈａｐｃａｎ　ａｎｄ　Ｈａｌｌ　） によって出版されたｐ、ｖ、プルエルによる「音の絶縁（５ｏｕｎｄｒｎｓｕｌ ａｔｉｏｎ　）　Ｊの第１４４頁に見出される。ＷまたはＭの大きい値に対し、 上の式の数字１は、無視されてもよく、従って、ＦまたはＭのいずれかの各２倍 は、約６　ｄＢの付加的な伝達損失を生じる。

第２図は、表面密度Ｍ１の外壁１４と、゛表面密度Ｍ２の内壁１６と、空気の様 な音響支持媒体２０を内部に有する巾ｄの介在空間１８とを有する簡単な音響障 壁の複合壁１２を示す。この２重壁１２の利点は、充分に高い周波数では、１、 ζ、Ｋよる伝達損失と、Ｍ２による伝達損失とが加法になる点である。従って、 中間の周波数および高い周波数において過度な重量なしに極めて大きい値の伝達 損失を得ることは・、容易に可能である。第３図の曲線２は、Ｍｌ　＝　Ｍ２　 ＝　０．４８８　ｋｇ／ｍ２（（１，１１１０／ｆｔ２）およびｄ＝１０．１６ （２）（４インチ）の場合に周波数に対するデシベルでの伝達損失を示す。

第３図の曲線１，２の比較は、５００　Ｈ２以上における２重壁１２の伝達損失 （曲線２）が単一壁１０の伝達損失（°曲線１）を越えることを示す。しかしな がら、５００’Ｈｚ以下の総ての周波数では、単一壁１０の伝達損失は、小さい が、２重壁１２の伝達損失よりも大きい。実際上、理論的には、２重壁１２の伝 達損失は、はぼ によって与えられる周波数Ｆ。において零になシ、Ｆは、”１＝　Ｍ２　＝　Ｏ −４８８ｋｇ７ｍ２（０，１”／　ｒｔ２）　オヨびｄ　＝　１０．１６ａｎ　 （４“）に対して約３５０　Ｈｚである。

上の式は°、「質量−空気−質量の共振」と題するＢ。

フェダーによる論文において１９７０年８月「音響と振動（Ｓｏｕ！１ｄ　ａｎ ｄ　Ｖｉｂｒａｔｉｏｒｚ　）　Ｊの第２５頁に見出される。

Ｆｏにおける伝達損失の降下は、不可避なシステム共感による。理論的には、質 量Ｍ１および質量Ｍ２　（壁１４．１６）は、これ等の間に捕捉される空気２０ によって与えられる空気ばねで結合される。質量Ｍ１゜Ｍ２は、最初に相互に接 近して空気ばねを圧縮した後、相互に後退する。これ等の共通の重心は、静止状 態に維持される。この運動の性質は、屡々バタケイキと呼ばれ、Ｆ−は、バタケ イキ周波数として周知である。

この共振の影響は、曲線１，２が第６図で交差する５　Ｄ　ＯＨ２以下の総ての 周波数において、単一壁の伝達損失以下に２重壁の伝達損失を低減するのに充分 である。最低の可能なバタケイキ周波数は、Ｍ１＝　Ｍ２の際に得られる。実際 上、空間１８は、屡々繊維がラスの様な熱絶縁物を部分的にまたは完全に充填さ れる。

これは、２重壁の伝達損失の降下を緩和する様に共振の音響減衰に充分に寄与す るが、第３図の曲線１，２によって示される基本的傾向は、同一の！まである。

第４図では、本発明の第１実施例が示される。音響障壁２２は、フレーム２８に よって離される外壁２４および内壁２６から成る。フレーム２８は、外壁２４と 内壁２６との間の空間３６における空気３４に結合されるその喉３２によってフ レーム２８に結合される音響共振装置３０を有している。共振装置３００体積Ｖ と、喉面積Ａと、喉の有効長さｌとは、例えばＦｏのバタクイキ周波数において 共振装置３０に共振を生じる様に調節可能である。音響共振装置３０の共振周波 数は、上述のｐ、ｖ、プルエル（／ｃよる「音の絶縁」の第１０８頁から第１１ ４頁に見出される関係式による。

作用の際、外壁２４と、内壁２６とが相互に向って移動するとき、これ等の壁は 、空気３４を圧縮しこれによシパタケイキ運動を持続する傾向がある。しかしな がら、共振装置３０は、同一の周波数Ｆ。に同調される。しかしながら、矢印に よって示される共振装置への共振空気の流入は、空間３６における空気３４の圧 力の上昇を阻止し、従って、空気の回復力のバタケイキ共振を奪い、外壁上内壁 との結合を阻止する。電気的なＭ推を使用すると、共振装置は、そうでなければ 外壁２４から内壁２６へ進むエネルゼの分路を与える。第５図は、第２図の２重 壁の伝達損失（曲線２）と、Ｆｏに近い３１５　Ｈｚに同調された共振装置３０ を有する第４図の２重壁の伝達損失（曲線３）との比較を示す。従って、第２図 の２重壁のバタケイキ降下（曲線２）は、本発明の共振装置３０の使用によって Ｆ＝３１５）（Ｚの伝達損失の強いピークに変換された。

曲線４は、共振装置３０の共振周波数を変更することによって得られる伝達損失 のピークの包絡線である。

図示の様Ｋ、増加する伝達損失における共振装置３０の効率は、一層高い周波数 において低下する。第４図に示される実施例は、航空機に使用される櫟な２重ガ ラス窓を構成するのに使用されてもよい。外壁２４および内Ｍ２６の両者は、透 明樹脂で作られ、一方、共振装置３０は、該層のフレーム２８内に隠される。

第６図、第７図は、本発明の第２実姉例を示す。音響ｌ！ｌ壁３８は、外壁４０ および内壁４２を有し、これ等の壁の間には、共振装置４４が配置される。共振 装置４４は、例えば絹織物４６によって支持されてもよい。繊維ガラスブランケ ット４８は、外壁４０と共振装置４４との間および内壁４２と共振装置４４との 間に設置されてもよい。絹織物４６は、共振装置４４の喉５２が結合される空の 空間５０を音響障壁３８の中心に保証する様に繊維ガラスブランケット４８を抑 制する。

この実施例の作用は、第４図の実施例について既に述べたのとほぼ同一である。

ａｍが２スブランケツト４８の存在は、望ましくない多数の小さい共振を抑圧す ると共Ｋ、高い周波数の伝達損失を改善する補足的減衰に寄与する。また、繊維 ガラスシラ７ケツト４８は、望ましい熱絶縁を与える。第８図は、１０．１６ｃ ｍ（４“）離された１ｍｍ（０，０４０”）の厚さのアルミニウムの内側パネル および外側パネルを有する１、１２ｍＸ１−１２ｍ（４４’Ｘ４４“）壁につい て測定された伝達損失を曲線１で示す。パネル間の空気空間は、１９０Ｈ２に同 調され絹織物の２層の間に支持される１６個の球形共振装置を収容する。絹織物 と各パネルとの間の空間は、９．６１　ｋｇ／ｍ３（０，６１′。／ｌ　ｔ３　 ）　ＡＡ型線繊維ガラスブランケット充填される。球形共振装置は、直径が８， ８９■（３，５“）で、空気空間の約５％を占める。第８図の曲線２は、共振装 置が除去され全体の空気空間が繊維がラスで充填された同一構造について測定さ れた伝達損失を示す。明らかな櫟に、共振装置を包含することによって生じる１ 　９０　Ｈ２における伝達損失のピークの出現によシ曲線１，２の間に著しい差 異が存在する。このピークの高さは、一層多くの共振装置が加えられる際に増大 する。この実施例では、共振装置は、その共振周波数においてまたはその近くに おいてのみ伝達損失に著しく寄与する。

本発明の第３実施例は、第９図、第１０図に示される。この実権例では、共振装 置の質量、は５単一壁とほぼ同様な態様で総ての非共振周波数において伝達損失 に寄与するのに利用される。第９図、第１０図に示す様に、音響１ｍ壁５４は、 その中心に近く外壁６０と内壁６２との間に配置される不透過性シート５８によ って結合される共振装置５６を有している。共振装置５６の該層は、金属または 樹脂の２枚のシートに適合する半球形空所を形成した後、平坦面を一体に結合す ることによって便利に製作可能である。次に、共振装置の喉６４は、所定の位置 に接着または溶接されてもよい。共振装置の喉６４の長さおよび直径は、共振装 置５６の所望の同調を得る様に調節される。共振装置５６間の空間は、繊維ガラ ス６６を平らに充填されてもよい。外壁６０および内壁６２は、共振装置の喉６ ４が結合可能な空の空間を保証する様に空気９間６８．６８’によって繊維ガラ ス６６から離される。

作用の際、共振装置５６の同調された周波数では、共振装置５６は、第１実施例 について前に述べた様に、空気空間６６　、６６’の空気ばねを損じる如く吸入 空気流によって外壁６０および内壁６２を不透過性シート５８から分離する。総 ての非共振周波数では、壁を介する振動運動の伝達は、単一壁についてほぼ述べ た櫟に、共振装置５６を包含する不透過性シート５８の慣性によって阻害される 。

この第３実施例の幾つかの変形は、特定の設計問題に該実施例を適合させるため に使用されてもよい。例えば、第９図は、交互の空気空間に結合される交互の共 振装置を示すが、総ての共振装置を１つの空気空間に結合して、他の空気空間を 付加的な繊維ガラスで充填することが可能である。これは、増加される熱絶縁を 得るためになされてもよい、第１１図は、第９図の音響・障壁に好適な変更され た形状の共振装置１０を示す。共振装置７０は、中心の不透過性シー）７６に接 着される不透過性シー）７４．７４’の２つの半球形空所７２，１２′によって 形成される。喉７８．７８’　−は、空所７２，１２′および空気空間８０　、 ８０’に結合される。第１２図は、第９図に示される型式の複合壁の伝達損失を 示す。２００　Ｈｚの近くには、共振装置の作用による伝達損失のかなりな増大 か存在する。

一層高い周波数では、伝達損失は、共振装置を包含する不透過性シートの存在に よシかなりな質量の複合壁の特徴的な態様で再度増大する。

第１３図は、本発明の第４実施例を示す。音響障壁８２は、空気空間８８によっ て分離される外壁８４および第２の内壁８６を有している。共振装置９０は、形 状が半球形であり、内壁８６に取付けられて示されるが、所望によシ他の壁８４ に取付けられてもよい。

共振装置の喉９２は、前の様に空気空間８８に結合される。共振装置９０間の空 間は、阻害されないで残される共振装置の喉への近接部を有する熱音響的繊維が ラス９４で充填されてもよい。代表的な設計では、壁８４．８６は、各々が９． ７６　ｋｇ／ｍ２（２１ｂ／ｆｔ２　）の重量であり、７．６２　ａｎ　（５’ 　）の空気空間によって分離される。半球形共振装置９０は、１２．７ｃｍ（５ “）の直径を有している。この設計は、２００　Ｈｚに近いブレード通過周波数 を有するプロペラの回転面の領域におけるプロペラ被動航空機の側壁に適当であ る。２表面質量、空気空間および半球形の直径が倍加されれば、該設計は、磁歪 で発生される１　２０　Ｈｚの音響周波数を有する変圧器の包被に使用されても よい。これ等の用途の両者では、共振装置の喉の面積Ａおよび長さｅは、適当な 共振周波数を与える様に調節される。音響障壁の壁の形状は、胴体構造に使用さ れる彎曲壁の様に適当な用途に対して変更され、図示される平坦なパネル壁に制 限されない。

第１４図は、第１３図に示される型式のパネルの周波数に対する伝達損失を示す 。外壁８４は、４．５４ｋｌｉ’／ｍ２（０−９３１ｂ／ｆ＋、２）　ｆ）　ｗ 量テｈ　’）、内ｊｉｉ８６は、共振装置９０を含んで１４−６４　ｋｇ／ｍ２ （５１ｂ／ｆｔ２）の重量である。壁８４．８６を分離する空気空間８８は、７ ．１１　ｃｍ　（２，８“）である。共振装置９０間の空間は、約１６−０２　 ｋｇ／ｍ３（１１ｂ／ｆｔ３）　ノ密度を有するＢ型繊維ガラスで充填される。

本発明を述べたが、多くの変更および新発展が当該技術の熟達者によって実施可 能なことは、明らかである。従って、本発明は、添付請求の範囲の精神および範 囲によってのみ制限される様に解釈されるべきである。

産業上の利用可能性 該音響障壁は、航空機の内部からの音響の遮断と、変圧器の様な強い音調を生じ る装置の包被とに有用である。

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Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．一対の離れた部材と，該部材の間に位置し、音波を伝播可能な媒体と，該媒 体に結合され、１またはそれ以上の所定の周波数に同調される１またはそれ以上 の音響共振装置とを備える音響障壁。
2. ２．前記共振装置が、前記部材の外周のまわりに配置され、前記媒体に連通する 請求の範囲第１項に記載の障壁。
3. ３．前記部材が、光に透明なパネルを有する請求の範囲第２項に記載の障壁。
4. ４．前記共振装置が、前記部材の間に配置され、前記媒体に連通する請求の範囲 第１項に記載の障壁。
5. ５．前記共振装置が、前記部材間に位置する網織物によつて支持される請求の範 囲第４項に記載の障壁。
6. ６．前記共振装置が、前記部材間に配置される吸音装置によつて支持される請求 の範囲第４項に記載の障壁。
7. ７．前記共振装置が、球形の形状であり、前記媒体に結合される喉を各々が有す る請求の範囲第１項に記載の障壁。
8. ８．前記球形共振装置が、半球形の凹みを有し適合する２枚のシートによつて形 成される請求の範囲第７項に記載の障壁。
9. ９．前記共振装置が、半球形の形状であり、前記媒体に結合される喉を各々が有 する請求の範囲第１項に記載の障壁。
10. １０．前記共振装置が、半球形の形状であり，該共振装置の平坦な部分が、１つ の前記部材の一部を形成する請求の範囲第１項に記載の障壁。