JPS6327242A - 空気伝播音を吸収する構造要素及びその製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、コツプ状凸部多数を有し、この凸部表面が音
源により振動するべく励起され、音のエネルギーが少な
くとも部分的には吸収されて、熱に変えられるという、
空気伝播音を吸収する構造要素およびその製造法、なら
びにこの構造要素の便利な応用に関するものである。

［従来の技術］ 記述される方式を採る構造要素は、通常、プラスチック
プレートから製作される。このような構造要素は、気密
性を有する表面、小さなブロックを有し、多くの酎、油
、溶剤に対して耐久力を有し、かつ比較的高温に耐えら
れ、従って、特に騒音を発生する作業場内での空気伝播
音の吸収に、また内燃機関のような騒音源用のハウジン
グを内張すするのに用いられる。

このような構造要素の最も良く知られている既知実施態
様は、２つの異なるグループのうち一つに対応するもの
である。一つのグループ（西独国特許公開明細書第２７
５８０４１号）では、空気を内包する振動性被覆面のブ
ロックが、明確な共鳴周波数を有する物理的なブロック
／ばね系を構成するように、いわば入射音フィールドに
背を向けた凸部後方空隙が遮蔽されている。他のグルー
プ（スイス特許第６２６９３６号）では、凸部の後方空
隙は遮蔽されていない。

使用時には、特に音の反射壁前に、この壁から間隔をお
いて配備される。

構造要素のこれ等、両グループの実施態様にか−わる資
料では、屋根面ないし共鳴面の共鳴周波数はこの面の型
、大きさ、ブロックおよび凸部の高さ、ならびに使用さ
れる材料の機械的損失係数および弾性率に左右される。

更になお実際の経験は、凸部の寸法の比較的小さな差も
、当該音源の周波数に依存する音響吸収変動性をも、ま
た音響吸収の強さをも強く阻害することを実証するので
ある。このような知見があるにもか−わらず、前景てケ
ーえられた適用内容に対する材料特性を配慮して、共鳴
面の形態および・」法を最適化することを可能ならしめ
る構成要素の製作法は、これまで何等、知られていない
。

音源の直接、近くに音響吸収性構造安素を用いる場合に
は、凸部の最大許容高さは往々にして音源の形態、寸法
などにより、また音源自体の覆いにより前景て予測され
、前記の既知実施態様におけるより、大抵は小さなもの
となっている。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明の基本的課題は、空気伝播速度を吸収する構造要
素の製作を可能とし、この構造要素が凸部の許容高さと
関連して適切な吸収特性をもつような方法を得ることに
ある。

［問題点を解決するための手段及びその具体例］共鳴周
波数ｆＯが現実の値であり、空気のインスピーダンス比
Ｚｏにはず等しい場合には、曲げ振動面および広域から
成る空気層により構成される振動系のｒｆ響吸収が最大
値となるといった点を考慮に入れて、諸々の理論的およ
び実験的調査が行われたが、このような調査は、音響吸
収が実際の要求に適合した凸部高さ域を得るべく最適化
されていて、共鳴周波数域でわずかに周波数依存性を発
揮するといった音響吸収構造要素の製作法を確保するた
めに行われた。

こうした課題は、冒頭に挙げられた種類の方法論によれ
ば、 共鳴振動による適切な音響吸収のために、式に相当する
共鳴面の厚みｄ、および式 但し に相当する各共鳴面の面積Ａか構成され、この式で、ｈ
が凸部の高さ、およびｆＯが共鳴周波数、Ｋ１、Ｋ２お
よびに３が構造要素の材料にか−わる、ならびに共鳴面
振動形態にか−わる定数であるといった方法により解決
された。

振動形態ｓ＝１としては、以下、振動の側部縁に固定さ
れる共鳴面長ｙ方向断面において巾に一つの振動面のみ
しか持たぬ振動が示され、振動形１１！ｊ　Ｓ　＝　２
としては、同じ長さ方向断面で３つの振動面（その間に
２つの振動節）を示す振動が表示される。

２つの、実用される異種材料に対する、および双方の振
動形態ｓ＝１およびｓ＝２といったパラメータに対する
定数の値は、次の表に示されている。

本発明による方法は、共鳴振動による実効性ある音響吸
収にとり重視される値、いわば凸部高さに依存した共鳴
面厚みおよび面積を構成し、これによってこれまでは確
保されなかった、またはせいぜい偶然、確保ごれるにと
Ｃまる音響吸収イ１１１を系統的に、またｐ＜現し得る
ように実現をはかることを可能とする。

以下、本発明による方法を、空気伝播へ゛を吸収する構
造要素の実施態様に基き１図を使って説明する。

第１６図中にポされる空気伝播音吸収構造要素は基礎面
１０を有し、この面の周辺縁部が安定したフレームｌｌ
を具備する。この基礎面は、同種のピラミッド型台形状
をなす多数の凸部を有するが、これ等の凸部の中で、単
純化をはかるために凸部１２だけが参照記号を用いて識
別されている。それぞれの凸部は４つの側面１３，１４
．１５および１６と屋根面１７を有する。本発明に対し
重視される凸部パラメータは一定の共鳴面として（動く
屋根面の高さｈと厚みｄおよび面積Ａである。音響吸収
Ｊｌｌｌ定を行つたところ、相隣接する凸部間の水平間
隔と、基礎面に対する側壁傾斜角が、周波数に依存して
音響吸収率が変る相互関連性にあまり影響を及ぼさぬこ
とか示ぶれた。できる限り大きな総合的音響吸収を行わ
せるために、製法と実際のニーズが可能ならしめる程度
に、凸部は特に接近せしめられ、側壁はあまり傾斜され
ずに構成されねばならない。

この構造要素をつくるために、簡単な手法で、プラスチ
ックプレートが深絞りされる。　しかるにまた、構造要
素を樹脂成形でつくることも、あるいは個々に相互に結
合される部分面から形成される凸部を支持プレート−１
−に接着したり、溶接することも可能である。適切な合
成樹脂は、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピ
レン、アクリルニトリル−ブタジェン−スチール爪合体
ないしはポリカーボネートであって、これ等は集密な形
態でも、ｆＭ綿状形態でも用いられ得る。与えられた使
用目的に対して最も適切なプラスチックの選択が、この
処理と同様、専門家の知識領域に入るという４ｉから、
実用材料およびその処理の詳細な記述は省略する。

第２ａ図および第２ｂ図においては、集密な樹脂ないし
海綿状の樹脂に対する凸部における肉厚ｄおよび頂部部
活Ａと高さｈとの関係が示されている。

第２ａ図においては、本発明による最適厚さｄの曲線２
１は、振動形７ｆ、　ｓ　＝　１および集密なｐｖｃ　
４ｊ４脂に対する凸部の高さｈとの関連において、共鳴
面として働く屋根面積に対応する。曲線２２は同じく、
高さｈに関し同じ面積に対応する適性の肉厚ｄを示すが
、しかしながらこれは振動形５１Ｂ　ｓ＝２に対応する
ものである。双方の曲線は、周波数域ｆｏ−１０００ヘ
ルツにおける最適共鳴周波数ないし最適音響吸収に相応
するものである。

曲線２３は、振動形態ｓ＝１および集密ｐｖｃ　８１脂
に対する凸部の高さｈとの関連で、共鳴面の本発明によ
る最適面積Ａに対応する。曲線２４は同様に、品さｈと
の関連で最適面積Ａを示すが、ただし振動形態ｓ＝２の
場合である。これ等双フｊの曲線もｆｏ−１０００ヘル
ツの領域での共鳴周波数に相応する。

第２ｂ図では、凸部の共鳴面の本発明の最適厚みｄと高
さｈとの関係が示され、しかも海綿状ポリプロピレン樹
脂の構造要素に対して、曲線２５により振動形態ｓ＝１
の場合を１曲線２６により振動形ｊ’ｌＤ　Ｓ　＝　２
の場合を表わしている。両曲線は、周波数域ｆｏ−１６
００ヘルツにおける共鳴周波数ないし最適音響吸収に相
応するものである。

更に曲線２７は、振動形＠　ｓ　＝　１に対する本凸部
の、共鳴面の本発明による最適面積Ａと高さｈとの関係
を示し、曲線２８は振動形態ｓ＝２に対する同様のパラ
メータを表現し、これ等は海綿状ポリプロピレン樹脂を
素材とするものである。両曲線は、周波数域ｆＯ，，１
６００ヘルツの域での共鳴周波数に対して、ないしは適
切な音響吸収に対して適用される。

これ等曲線から、凸部の高さｈが太きくなればなるほど
共鳴面の最適厚みｄが小さくなることが明らかである。

これ等曲線は、本構造要素の実際の適用に対し重要な、
いわば１０ｍｍから最大限で３５１１ＩＩＩまでの凸部
の高さｈの範囲での厚みｄが、このような高さ目体に依
存することを実証する。これ等曲線は更に、振動形態ｓ
＝２に対し、また１０ｍ＋ｗから５０＋ａｍまでの表示
域での高さをもつ凸部に対して、製作構造要素の必要と
される安定性がもはや保証されぬ値にまで、適切な厚み
ｄが低重することを実証する。

図から明らかな点は、共鳴面の最適面積Ａが共鳴面の厚
みｄに対してはＣ比例関係にあることがはっきりする。

曲線は更に、振動形８ｓ−２に対する最適面積Ａが、振
動面積ｓ＝１に対する最適面積よりも小さくなること、
および本発明による方法に対応する厚みｄおよび共鳴面
の面積Ａの値が、基本的にはこれまで活用され、冒頭に
挙げられた出版物に紹介されている値以ドになっている
ことを実証する。

結局、第２ａ図と第２ｂ図にある諸曲線を比較すれば、
適切な音響吸収のために決められた共鳴面の厚みや面積
の、海綿状樹脂の共鳴面画部高さとの相関性は、集密な
樹脂による共鳴面の場合との相関性よりも極めて強いも
のとなっている。

第３図は、４気筒を有する内燃機関（４サイクルオツト
一内燃機関）で、約８０Ｏｒ、ｐ、ｍ、での空運転時に
おける周波数と音のレベルの典型的変動を示すものであ
る。この場合、これ等曲線の正確な変動が、」−記内燃
機関、回転数および負荷だけで決るのではなく、特殊な
構造特性、運転温度および別のパラメータによって決る
ものと理解される。各種側転条件のもと各種内燃機関を
測定したところ、曲線３０の変動が平均値に相当するこ
とか示された。この曲線３０は、音のレベルが１０００
ヘルツまでの周波数では小さく、周波数増加と共に急−
１−昇して、１６００ヘルツで最大値を確保して、およ
そ２５００ヘルツまで緩慢に低ｆし、これ以−にの周波
数では急激に低下する。

第４図は、空気伝播音を吸収する構造要素の３つの異な
る実施態様に対する発生音周波数と音響吸収力との関係
を示している。３つの構造要素すべては、後方側を空隙
としたピラミッド台形凸部を有するが、この点は第１ａ
図および第１ｂ図において示されている。３つのすべて
の実施ＩＥ様では、プラスチックプレートは、側面が垂
直面に対し約２０°傾き、基礎面で凸部が５ｍｍの間隔
をとるようになるよう深絞りされた。

凸部の高さおよび共鳴面の面積は３つのすべての実施態
様に対して等しく、それぞれ３０１１１１または３５ｃ
ｍ２となっている。共鳴面はこの実施態様では長方形を
採り、約０．８：１の辺比率を有する。

曲線４１は、海綿状ポリエチレン製で、共鳴面の厚みが
１．５ｍｍになっている構造要素の音響吸収を示す。こ
の曲線は、低周波数での小さな音響吸収から１０００ヘ
ルツでα５〜０．８といった最大音響吸収にまで定常的
に増し、次に約１２５０ヘルツの周波数まではや覧緩い
傾斜で減少し、更に約１５００ヘルツまでは急激にαＳ
−０，３へと降下する。

曲線４２は、共鳴面の厚みが０．１５＋Ｉ１ｍとなる集
密なＰｖＣ製構造要素の音響吸収を示す。曲線４２は曲
線４１に比して、高い周波数ではじまり、急勾配で高ま
り、および１０００ヘルツのところでαＳ−０，９とい
った値の比較的狭い最大値になって、その後、急勾配で
降下して１５００ヘルツでα、〜０．４５の値になる。

曲線４３は海綿状ポリプロピレン製構造要素の音響吸収
を示すが、この構造要素においては共鳴面の厚みは３■
となっている。この曲線４３は、約１２５０ヘルツの周
波数まで曲線４１と同様に−１−昇し。

次に１５００ヘルツ近傍の周波数域内で０．９５以１４
の最大値まで高まり、その後曲線４１および曲線４２よ
り緩やかに降下し、４０００ヘルツの周波数でα、〜０
．５の値となる。

図示された曲線は、海綿状樹脂の音響吸収は比較的高い
値を得て、および集冨柵脂のｊイ響吸収挙動に比して、
より広域の周波数域において効果的に働くこと、および
本発明による・１法を有する凸部（曲線４３〕は、内燃
機関の音のレベル（ｆＪｊ３図）と極めて良好に一致す
る音響吸収曲線を有することを明らかにしている。

本発明による方法、およびこの方法によりつくられる構
造要素が、特殊の作業条性や特殊な応用性に適用され得
るものと理解される。すでに、記述された実施態様のた
めに用いられるプレートの代りに、同様の特性を備えた
他のプラスチックプレートも使用され得ることが言及さ
れた。記述されたような単純な、凸部を具備するプラス
チックプレート以外の構造様式を構成させることも可能
である。−ｆの応用を行うには、構造要素背面に多孔性
の音響吸収材料を付与するか、凸部の背面孔部にこのよ
うな材料から成る゛°被覆血°°をセラ］・することが
有利である。更に、記述された種類の２つの構造要素に
より複合構造要素をつくることが可能である。このため
に用いられるモ担な構造要素のうちで一方の構造要素が
凸部を具備するが、この凸部は他の構造要素のものに比
してや−高く、また基礎面が若干、広くなっている。凸
部のこのような構成は、基礎面の凸部相互間に配備され
たブリッジだけは相］−下して位置するように、構造要
素を上下配備することを可能とする。

こうすれば、相ηに屯なった凸部が、一つの閉じた共鳴
空間と後方に開放状態をとっている共鳴空間を構成する
。これにより音響吸収およびその周波数は更に改善ない
し拡大され得る。結局、２つ以」二の構造要素から複合
構造要素をっくることも可能である。

【図面の簡単な説明】 第１ａ図は、ピラミッド台形凸部を有し、空気伝播音の
吸収に適する典型的な構造要素の一部を上から見た斜視
図である。 第１ｂ図は、第１ａ図で示された構造要素をＸ−Ｘ線で
切った断面図である。 第２ａ図は、共鳴周波数ｆｏ＝　１０００ヘルツの際、
凸部の品さｈと、東密なＰＶＣプレートによる共鳴面の
最適厚みｄと最適面積Ａの本発明による測定値との関係
をグラフに示したものである。 第２ｂ図は、ｆｏ＝１６００ヘルツの際、海綿状ポリプ
ロピレンプレート製の共鳴面に対する第２ａ図に対応の
グラフを示したものである。 第３図は、内燃機関から生ずる騒１′！ｉの音のレベル
変動と周波数との関係を示したものである。 第４図は、従来から知られる種類の構造要素、および本
発明による２つの構造要素の音響吸収率と周波数との関
係を示したものである。 第１ａ図および第１ｂ図は、はっきり図解を行うため番
こ、；ｊ−法に相応した表示をしていない。 １０・−基礎面、　　　１２・φ凸部、１７・拳屋根面
。 ４￥詐出願人　マテクホールディング株式会社Ｆｉｇ、
　７ａ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、コップ型の多数の凸部を有し、この凸部の共鳴面と
   して働く被覆面が音源により振動するよう励起され、音
   響エネルギーが少なくとも部分的に吸収され、および熱
   に変えられるといった空気伝播音を吸収する構造要素を
   つくる方法において、 共鳴振動による適切な音響吸収のために、式３・［（Ｋ
   ＿１／ｆ＿０）＋（Ｋ＿２／ｆ＾２＿０ｈ）］≦４・ｄ
   ≦５・［（Ｋ＿１／ｆ＿０）＋（’Ｋ＿２／ｆ＾２＿０
   ｈ）］に相当する共鳴面の厚みｄ、および式 Ａ＝Ｋ＿３（ｄ／Ｆ＿０）√（１＋ｑ） 但し、 ｑ＝（１／ｆ＿０ｈ）・（Ｋ＿２／Ｋ＿１）に相当する
   各共鳴面の面積Ａが構成され、この式で、ｈが凸部の高
   さ、ｆ＿０が共鳴周波数であり、且つＫ＿１、Ｋ＿２お
   よびＫ＿３が構造要素の材料にかかわると共に、共鳴面
   振動形態にかゝわる定数であることを特徴とする空気伝
   播音を吸収する構造要素の製造方法。 ２、集密樹脂製構造要素で、１０００ヘルツ領域での共
   鳴振動、および振動形態ｓ＝１の時に、定数Ｋ＿１＝１
   ．１ｍｓ＾−＾１、Ｋ＿２＝１．６ｍ＾２ｓ＾−＾２ｓ
   ＾−＾２、Ｋ＿３＝４．７・１０＾３ｍｓ＾−＾１であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方法
   。 ３、集密樹脂製構造要素で、１０００ヘルツ領域での共
   鳴振動、および振動形態ｓ＝２（上位振動）の時に、Ｋ
   ＿１＝０．１２ｍｓ＾−＾１、Ｋ＿２＝０．１７ｍ＾−
   ＾２ｓ＾−＾２、Ｋ＿３＝２．１・１０＾４ｍｓ＾−＾
   １であることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
   の方法。 ４、海綿状樹脂製構造要素で、振動形態ｓ＝１の時に、
   Ｋ＿１＝３．２ｍｓ＾−＾１、Ｋ＿２＝７０．６ｍｓ＾
   ２ｓ＾−＾２、Ｋ＿３＝１．６．１０＾３ｍｓ＾−＾１
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   方法。 ｂ、海綿状樹脂製構造要素で、振動形態ｓ＝２の時に、
   Ｋ＿１＝０．３４ｍｓ＾−＾１、Ｋ＿２＝７．５ｍ＾２
   ｓ＾−＾２、Ｋ＿３＝７．５・１０＾３ｍｓ＾−＾１で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方
   法。 ６、コップ状凸部がワンピース型で構成されている少な
   くとも一枚の集密性ないし海綿状プラスクプレートから
   なることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方
   法により製作される空気伝播音吸収構造要素。 ７、基礎面の相隣接し合う凸部間に配備されたブリッジ
   のみが互いに接触し合うように、凸部について異る高さ
   および基礎面積を有する２枚以上のプラスチックプレー
   トが相上下して配置されていることを特徴とする特許請
   求の範囲第６項に記載の構造要素。 ８、凸部の屋根面または共鳴面が、長方形、台形、平行
   四辺形、円形または正多角形の形状を有することを特徴
   とする特許請求の範囲第６項に記載の構造要素。 ９、コップ状凸部が屋根面の方向に細くなっていること
   を特徴とする特許請求の範囲第８項に記載の構造要素。 １０、コップ状凸部の内側空隙が多孔性材料による層を
   以て閉ざされていることを特徴とする特許請求の範囲第
   ６項に記載の構造要素。