(57)【要約】【課題】視覚的に透明である遮音構造体を提供してユーザがそれを通して見ることを可能とする。【解決手段】不可視の防音壁が、離間された円柱状の単位セルの周期配列を含む。各単位セルが、反対方向を向く首部を有する、一対の結合され且つ反転された円柱状のヘルムホルツ共鳴器を含む。ヘルムホルツ共鳴器の各々は、音吸収材料で形成され、共鳴器の周りに光を反射させる光反射材料でコーティングされることができ、このことによって不可視性を与える。代替的に、ヘルムホルツ共鳴器の各々は、光反射材料で形成され、透明材料が共鳴器と鉛直ミラーとの間を満たした状態で鉛直ミラー間に配置されることができる。【選択図】図１Ａ
2020008855.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
横方向の中点間距離Ｐによって離間された一次元周期配列の単位セルを備える、不可視の防音壁であって、
各単位セルが最大横寸法Ｗを有し、ＰがＷよりも大きく、
各単位セルが、第１ヘルムホルツ共鳴器と、第２ヘルムホルツ共鳴器と、該第１ヘルムホルツ共鳴器及び該第２ヘルムホルツ共鳴器の外面をコーティングする光反射材料とを備え、
前記第１ヘルムホルツ共鳴器が、
固体の音反射材料で形成された中空の円柱構造体であって、外形寸法と第１容積の第１内部チャンバ部分とを有する等辺平行四辺形を画定する断面形状を有する中空の円柱構造体と、
前記第１ヘルムホルツ共鳴器の第１の側に開口部を形成し且つ前記第１内部チャンバ部分を周囲の環境と流体連通させる第１首部と
を有し、
前記第２ヘルムホルツ共鳴器が、
固体の音反射材料で形成された中空の円柱構造体であって、前記第１ヘルムホルツ共鳴器の外形寸法と等しい外形寸法と、前記第１容積よりも大きな容積の第２内部チャンバ部分とを有する等辺平行四辺形を画定する断面形状を有する中空の円柱構造体と、
前記第１ヘルムホルツ共鳴器の第１の側と反対側にある前記第２ヘルムホルツ共鳴器の第２の側に開口部を形成し且つ前記第２内部チャンバ部分を前記周囲の環境と流体連通させる第２首部と
を有する、不可視の防音壁。
【請求項２】
前記第１ヘルムホルツ共鳴器及び前記第２ヘルムホルツ共鳴器の各々が、
角度θ有する二つの長手方向の頂点であって、前記一次元周期配列の周期性の方向に垂直な長手方向軸線に沿って配置された二つの長手方向の頂点と、
角度２θを有する二つの横方向の頂点であって、前記一次元周期配列の周期性の方向に垂直な横方向軸線に沿って配置された二つの横方向の頂点と
を備える、請求項１に記載の不可視の防音壁。
【請求項３】
Ｗが０．５Ｐ未満であり又は０．５Ｐに等しい、請求項１に記載の不可視の防音壁。
【請求項４】
Ｗが０．２５Ｐ未満であり又は０．２５Ｐに等しい、請求項１に記載の不可視の防音壁。
【請求項５】
前記第１首部の長さが前記第２首部の長さよりも長い、請求項１に記載の不可視の防音壁。
【請求項６】
Ｐが当該防音壁の共鳴波長の約１／４から当該防音壁の約共鳴波長までの範囲内である、請求項１に記載の不可視の防音壁。
【請求項７】
横方向の中点間距離Ｐによって離間された一次元周期配列の単位セルを備える、不可視の防音壁であって、
各単位セルが最大横寸法Ｗを有し、ＰがＷよりも大きく又はＷに等しく、
各単位セルが、
第１ヘルムホルツ共鳴器と、
第２ヘルムホルツ共鳴器と、
前記一次元周期配列の周期性の方向に前記第１ヘルムホルツ共鳴器及び前記第２ヘルムホルツ共鳴器から横方向に離間された第１平面ミラー及び第２平面ミラーと、
光に対して透明な固体材料であって、前記第１ヘルムホルツ共鳴器及び前記第２ヘルムホルツ共鳴器と前記第１平面ミラー及び前記第２平面ミラーとの間の容積を満たす固体材料と
を備え、
前記第１ヘルムホルツ共鳴器が、
固体の光反射材料で形成された中空の円柱構造体であって、外形寸法と第１容積の第１内部チャンバ部分とを有する等辺平行四辺形を画定する断面形状を有する中空の円柱構造体と、
前記第１ヘルムホルツ共鳴器の第１の側に開口部を形成し且つ前記第１内部チャンバ部分を周囲の環境と流体連通させる第１首部と
を有し、
前記第２ヘルムホルツ共鳴器が、
固体の光反射材料で形成された中空の円柱構造体であって、前記第１ヘルムホルツ共鳴器の外形寸法と等しい外形寸法と、前記第１容積よりも大きな容積の第２内部チャンバ部分とを有する等辺平行四辺形を画定する断面形状を有する中空の円柱構造体と、
前記第１ヘルムホルツ共鳴器の第１の側と反対側にある前記第２ヘルムホルツ共鳴器の第２の側に開口部を形成し且つ前記第２内部チャンバ部分を前記周囲の環境と流体連通させる第２首部と
を有する、不可視の防音壁。
【請求項８】
前記第１ヘルムホルツ共鳴器及び前記第２ヘルムホルツ共鳴器の各々が、
角度θ有する二つの長手方向の頂点であって、前記一次元周期配列の周期性の方向に垂直な長手方向軸線に沿って配置された二つの長手方向の頂点と、
角度（１８０°−θ）を有する二つの横方向の頂点であって、前記一次元周期配列の周期性の方向に垂直な横方向軸線に沿って配置された二つの横方向の頂点と
を備える、請求項７に記載の不可視の防音壁。
【請求項９】
前記第１平面ミラー及び前記第２平面ミラーの各々が前記一次元周期配列の周期性の方向に垂直である、請求項８に記載の不可視の防音壁。
【請求項１０】
光に対して透明な前記固体材料がガラスを含む、請求項７に記載の不可視の防音壁。
【請求項１１】
光に対して透明な前記固体材料が透明なプラスチックを含む、請求項８に記載の不可視の防音壁。
【請求項１２】
Ｗが０．５Ｐ未満であり又は０．５Ｐに等しい、請求項７に記載の不可視の防音壁。
【請求項１３】
Ｗが０．２５Ｐ未満であり又は０．２５Ｐに等しい、請求項７に記載の不可視の防音壁。
【請求項１４】
前記第１首部の長さが前記第２首部の長さよりも長い、請求項７に記載の不可視の防音壁。
【請求項１５】
Ｐが当該防音壁の共鳴波長の約１／４から当該防音壁の約共鳴波長までの範囲内である、請求項７に記載の不可視の防音壁。
【請求項１６】
横方向の中点間距離Ｐによって離間された一次元周期配列の単位セルを備える、道路沿いの防音壁であって、
各単位セルが最大横寸法Ｗを有し、ＰがＷよりも大きく、
各単位セルが、第１ヘルムホルツ共鳴器と、第２ヘルムホルツ共鳴器と、該第１ヘルムホルツ共鳴器及び該第２ヘルムホルツ共鳴器の外面をコーティングする光反射材料とを備え、
前記第１ヘルムホルツ共鳴器が、
固体の音反射材料で形成された中空の円柱構造体であって、外形寸法と第１容積の第１内部チャンバ部分とを有する等辺平行四辺形を画定する断面形状を有する中空の円柱構造体と、
前記第１ヘルムホルツ共鳴器の第１の側に開口部を形成し且つ前記第１内部チャンバ部分を周囲の環境と流体連通させる第１首部と
を有し、
前記第２ヘルムホルツ共鳴器が、
固体の音反射材料で形成された中空の円柱構造体であって、前記第１ヘルムホルツ共鳴器の外形寸法と等しい外形寸法と、前記第１容積よりも大きな容積の第２内部チャンバ部分とを有する等辺平行四辺形を画定する断面形状を有する中空の円柱構造体と、
前記第１ヘルムホルツ共鳴器の第１の側と反対側にある前記第２ヘルムホルツ共鳴器の第２の側に開口部を形成し且つ前記第２内部チャンバ部分を前記周囲の環境と流体連通させる第２首部と
を有する、道路沿いの防音壁。
【請求項１７】
前記第１ヘルムホルツ共鳴器及び前記第２ヘルムホルツ共鳴器の各々が、
角度θ有する二つの長手方向の頂点であって、前記一次元周期配列の周期性の方向に垂直な長手方向軸線に沿って配置された二つの長手方向の頂点と、
角度（１８０°−θ）を有する二つの横方向の頂点であって、前記一次元周期配列の周期性の方向に垂直な横方向軸線に沿って配置された二つの横方向の頂点と
を備える、請求項１６に記載の道路沿いの防音壁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して音響メタマテリアルに関し、特に周囲の流体に対して多孔質な音響吸収メタマテリアルに関する。
【背景技術】
【０００２】
本明細書において提供される背景技術の記載は概して本開示の背景を提示することを目的としている。この背景技術の欄に記載されている限り、現在名前が挙げられた発明者の研究と、出願時の従来技術として適格ではないかもしれない記載の態様とは、本技術に対する従来技術として明示的にも暗示的にも認められない。
【０００３】
従来の音響障壁は、不透明であり、可視光を遮断する。例えば、高速道路上のコンクリートの防音壁が広く使用されているが、車両の内部のドライバは斯かる不透明の壁を越えて美しい町を見ることができない。斯かる従来の防音壁を透明にすることは、これらの構成において透明材料のほぼ排他的な使用を必要とし、設計の可能性を大きく制限する。
【０００４】
音響共振器の配列で形成されたメタマテリアルを使用して入射音波を吸収することができる。斯かる材料は、概して可視光も遮断し、よって透明ではない。視覚的に透明である遮音構造体を提供してユーザがそれを通して見ることを可能とすることが望ましいであろう。
【発明の概要】
【０００５】
この欄は、本開示の一般的な概要を提供し、その全範囲又はその全ての特徴の包括的な開示ではない。
【０００６】
様々な態様において、本教示は、横方向の中点間距離Ｐによって離間された一次元周期配列の単位セルを有する不可視の防音壁を提供し、各単位セルは最大横寸法Ｗを有し、ＰはＷよりも大きい。各単位セルは第１ヘルムホルツ共鳴器を含み、第１ヘルムホルツ共鳴器は中空の円柱構造体を有し、中空の円柱構造体は、固体の音反射材料で形成され、外形寸法と第１容積の第１内部チャンバ部分とを有する等辺平行四辺形を画定する断面形状を有する。第１ヘルムホルツ共鳴器は第１首部も含み、第１首部は、第１ヘルムホルツ共鳴器の第１の側に開口部を形成し、第１内部チャンバ部分を周囲の環境と流体連通させる。各単位セルは第２ヘルムホルツ共鳴器も含み、第２ヘルムホルツ共鳴器は中空の円柱構造体を有し、中空の円柱構造体は、固体の音反射材料で形成され、第１ヘルムホルツ共鳴器の外形寸法と等しい外形寸法と、第１容積よりも大きな容積の第２内部チャンバ部分とを有する等辺平行四辺形を画定する断面形状を有する。第２ヘルムホルツ共鳴器は第２首部も含み、第２首部は、第１ヘルムホルツ共鳴器の第１の側とは反対側にある第２ヘルムホルツ共鳴器の第２の側に開口部を形成し、第２内部チャンバ部分を周囲の環境と流体連通させる。各単位セルは、第１ヘルムホルツ共鳴器及び第２ヘルムホルツ共鳴器の外面をコーティングする光反射材料を更に含む。
【０００７】
他の態様において、本教示は、横方向の中点間距離Ｐによって離間された一次元周期配列の単位セルを備える不可視の防音壁を提供し、各単位セルは最大横寸法Ｗを有し、ＰはＷよりも大きい。各単位セルは第１ヘルムホルツ共鳴器を含み、第１ヘルムホルツ共鳴器は中空の円柱構造体を有し、中空の円柱構造体は、固体の光反射材料で形成され、外形寸法と第１容積の第１内部チャンバ部分とを有する等辺平行四辺形を画定する断面形状を有する。第１ヘルムホルツ共鳴器は第１首部を更に含み、第１首部は、第１ヘルムホルツ共鳴器の第１の側に開口部を形成し、第１内部チャンバ部分を周囲の環境と流体連通させる。各単位セルは第２ヘルムホルツ共鳴器を更に含み、第２ヘルムホルツ共鳴器は中空の円柱構造体を有し、中空の円柱構造体は、固体の光反射材料で形成され、第１ヘルムホルツ共鳴器の外形寸法と等しい外形寸法と、第１容積よりも大きな容積の第２内部チャンバ部分とを有する等辺平行四辺形を画定する断面形状を有する。第２ヘルムホルツ共鳴器は第２首部を更に含み、第２首部は、第１ヘルムホルツ共鳴器の第１の側の反対側にある第２ヘルムホルツ共鳴器の第２の側に開口部を形成し、第２内部チャンバ部分を周囲の環境と流体連通させる。各単位セルは、一次元周期配列の周期性の方向に第１ヘルムホルツ共鳴器及び第２ヘルムホルツ共鳴器から横方向に離間された第１平面ミラー及び第２平面ミラーを更に含む。加えて、各単位セルは光に対して透明な固体材料を含み、光に対して透明な固体材料は、（ｉ）第１ヘルムホルツ共鳴器及び第２ヘルムホルツ共鳴器と、（ｉｉ）第１平面鉛直ミラー及び第２平面鉛直ミラーとの間の容積を満たす。
【０００８】
更に他の態様において、本教示は、上述したような周期配列の単位セルを含む道沿いの（roadside）防音壁を提供する。
【０００９】
適用可能な更なる分野と、開示された技術を高める様々な方法とが、本明細書において提供される説明から明らかとなるだろう。この概要における説明及び特定の例は、例示の目的のみを意図しており、本開示の範囲を限定することは意図していない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】図１Ａは、三つの単位セルを有する不可視の防音壁の一つの実施例の一部の概略側面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａの不可視の防音壁の斜視図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、図１Ａ及び図１Ｂの不可視の防音壁の単位セルの周りの模擬音場である。
【図１Ｄ】図１Ｄは、図１Ａ〜図１Ｃの不可視の防音壁について周波数の関数とした音響透過、反射及び吸収のグラフである。
【図２Ａ】図２Ａは、図１Ａの不可視の防音壁と同様であるが、反射外壁を欠く比較の不可視の防音壁と垂直入射光との相互作用の概略図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図１Ａの不可視の防音壁と垂直入射光との相互作用の概略図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、垂直入射光が、図１Ａの不可視の防音壁の単位セルと相互作用するときの光線追跡のシミュレーションである。
【図３Ａ】図３Ａは、三つの単位セルを有する不可視の防音壁の代替的な実施例の一部の概略側面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａの代替的な不可視の防音壁の単位セルの概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本教示は詳細な説明及び添付図面からより完全に理解されるようになるだろう。
【００１２】
本明細書において説明される図面は、所定の態様の説明の目的のために、本技術のうちの方法、アルゴリズム及び装置の一般的な特徴を例示することを意図していることに留意されたい。これら図面は、任意の所与の態様の特徴を正確に反映していない場合があり、この技術の範囲内の特定の実施形態を定義し又は限定することを必ずしも意図していない。さらに、所定の態様は図面の組合せからの特徴を包含してもよい。
【００１３】
本教示は不可視の防音壁（invisible sound barrier）を提供する。不可視の防音壁が開示される。開示される防音壁は、音を反射し又は吸収する構造体を提供し、目に見えない。
【００１４】
本技術は一次元配列の単位セルを提供し、各単位セルは、対向するヘルムホルツ共鳴器を有し且つ音波を吸収するように構成された円柱構造体を含む。各ヘルムホルツ共鳴器は、光反射材料で覆われた斜めの壁を有する。光反射体の構成は、不可視をもたらす態様で入射光を構造体を通して跳ね返させる。構造体は、音の吸収及び不可視が望ましい任意の実施例、例えばドライバが防音壁の他方の側の空間を見ることを可能とする道路沿いの防音壁に有用である。
【００１５】
図１Ａ及び図１Ｂは、それぞれ、本教示による不可視の防音壁１００の一つの実施例の側面図及び斜視図を示す。図１Ａ及び図１Ｂの不可視の防音壁は一次元配列の単位セル１１０を含む。各単位セル１１０は第１ヘルムホルツ共鳴器１２０及び第２ヘルムホルツ共鳴器１３０を含む。各ヘルムホルツ共鳴器１２０、１３０は、図１Ａ及び図１Ｂのｚ軸に沿って見たときに中空のダイヤモンド形状を形成する四つの側壁（図１Ａ及び図１Ｂにおいて個々に符号が付与されていない）を有する。多くの実施例において、各ヘルムホルツ共鳴器１２０、１３０は、ｘｙ平面において、内部チャンバを有する等辺平行四辺形を画定する断面形状を有する。単位セル１１０の各ヘルムホルツ共鳴器１２０、１３０は、ヘルムホルツ共鳴器１２０、１３０の内部を周囲の流体１１２（例えば空気）と流体連通させる首部１２２、１３２を有する。図１Ａに示されるように、第１ヘルムホルツ共鳴器１２０は第１の厚さの側壁を有し、第２ヘルムホルツ共鳴器は第１の厚さよりも薄い第２の厚さの側壁を有する。第１の厚さ及び第２の厚さは必ずしも均一である必要はないが（すなわち、いずれか又は両方が側壁の種々の点において任意に変化しうる）、第１の厚さは概して第２の厚さよりも厚いことが理解されるべきである。第１ヘルムホルツ共鳴器及び第２ヘルムホルツ共鳴器は概して同一の外形寸法を有し、この結果、第２ヘルムホルツ共鳴器１３０に対して第１ヘルムホルツ共鳴器１２０のより厚い壁厚によって第１ヘルムホルツ共鳴器１２０はより小さい容積の内部キャビティを有する。第１首部１２２及び第２首部１３２が概して第１ヘルムホルツ共鳴器１２０及び第２ヘルムホルツ共鳴器１３０の反対側に位置することが更に理解されるだろう。
【００１６】
図１Ａ及び図１Ｂを続けて参照すると、第１ヘルムホルツ共鳴器及び第２ヘルムホルツ共鳴器のいずれかの断面によって画定された等辺平行四辺形が、概して、単位セル１１０の周期性の方向に垂直である長手方向軸線と、単位セルの周期性の方向に平行である横方向軸線とを有する。長手方向軸線は平行四辺形の二つの長手方向の頂点を通り、横方向軸線は平行四辺形の二つの横方向の頂点を通る。いくつかの実施例では、平行四辺形の二つの長手方向の頂点は角度θを有することができ、二つの横方向の頂点は角度（１８０°−θ）を有することができる。
【００１７】
単位セル１１０の一次元配列の周期Ｐは、概して、不可視の防音壁１００が吸収するように設計される音波の波長よりも実質的に短い。図１Ａに示されるように、周期は、近接する単位セル間の中心間距離に等しいと見なされることができる。種々の実施例において、単位セル１１０の周期配列の周期は、不可視の防音壁１００が吸収するように設計される音波の波長、すなわち不可視の防音壁１００の共鳴周波数／共鳴波長の０．１未満又は０．０１未満である。例えば、いくつかの実施例において、不可視の防音壁１００は、数十ミリメートル（ｍｍ）から数十メートルまでの範囲内の波長を有する人間の可聴周波数の音波を吸収するように設計されうる。斯かる実施例では、単位セル１１０の周期配列は約１０μｍ又は数十μｍから約１ｍｍまでの範囲内の周期を有することができる。いくつかの実施例では、不可視の防音壁１００は、約１００μｍから約２ｍｍまでの範囲内の波長を有する音波のようなＭＨｚの周波数範囲の音波を吸収するように設計される。斯かる実施例では、不可視の防音壁１００は約１μｍから約１００μｍまでの範囲内の周期を有することができる。所定の実施例では、不可視の防音壁１００はその共鳴波長の約１／４から約その共鳴波長までの範囲内（すなわち約０．２５λから約λまでの周期の範囲内、ここでλは不可視の防音壁１００の共鳴波長である）の周期を有することができる。
【００１８】
第１ヘルムホルツ共鳴器１２０及び第２ヘルムホルツ共鳴器１３０の各々は、その外面が光反射材料で覆われており、光反射材料は、反射外壁１２４、１２５、１２６、１２７、１３４、１３５、１３６、１３７を形成する。反射外壁１２４、１２５、１２６、１２７、１３４、１３５、１３６、１３７は、概して、外側から第１ヘルムホルツ共鳴器１２０又は第２ヘルムホルツ共鳴器１３０のいずれかに入射した可視光に対して少なくとも０．９の反射率を有する。言い換えれば、反射側壁１２４、１２５、１２６、１２７、１３４、１３５、１３６、１３７は、一つの方向のみにおいて、すなわちそれぞれの共鳴器の外側からの方向において反射性を有する必要がある。
【００１９】
概して、各反射外壁１２４、１２５、１２６、１２７、１３４、１３５、１３６、１３７は、ｘｙ次元内で同一の長さ（ｌM）を有し、ここで、ｌMは式１によって定義される。
【数１】
2020008855.tif 000003
ここで、ｈは各単位セル１１０のｙ次元の長さであり、θMは、ｙ軸に対する反射外壁の傾斜角度であり、所与のｈ及びＰについて式２に従って算出される。
【数２】
2020008855.tif 000004
【００２０】
周期配列の単位セル１１０の各単位セル１１０は概して最大横寸法又は幅Ｗを有する。不可視の防音壁の一次元配列において、最大横寸法が周期の方向（例えばｘ次元）においてのみであり、引き伸ばされる方向（elongated direction）（例えばｚ次元）ではないことが理解されるだろう。単位セル１１０の周期配列は、Ｗ／Ｐに等しいフィルファクタ（fill factor）によって更に特徴付けられる。概して、フィルファクタは０．５以下である。いくつかの実施例では、フィルファクタは０．２５（すなわち２５％）以下である。周期相の共鳴周波数、すなわち周期配列の単位セル１１０の共鳴周波数が、単位セル１１０の周期配列のフィルファクタ、すなわち単位セル１１０の周期に対する幅の比率によって実質的に決定されることが理解されるだろう。上述したように、単位セル１１０の周期配列の周期は、所望の共鳴周波数に対応する波長よりも小さい（周期＜波長）。同時に、多くの実施例において、単位セル１１０の周期及び幅は、単位セル１１０の周期配列が少なくとも０．２（すなわち２０％）のフィルファクタを有するように選択される。
【００２１】
第１ヘルムホルツ共鳴器及び第２ヘルムホルツ共鳴器の各々の内部チャンバが、チャンバ内に保持されることができる周囲の流体１１２の容積に対応する容積を画定することが更に理解されるだろう。概して、第１ヘルムホルツ共鳴器１２０の内部チャンバの容積は第２ヘルムホルツ共鳴器１３０の内部チャンバの容積よりも小さい。第1首部１２２及び第２首部１３２の各々が長さを有することが更に理解されるだろう。概して、第１首部１２２の長さは第２首部１３２の長さよりも長い。このため、第１ヘルムホルツ共鳴器１２０は、概して、第２ヘルムホルツ共鳴器１３０よりも長い首部と、第２ヘルムホルツ共鳴器１３０よりも小さい（容積が小さい）内部チャンバとを有する。
【００２２】
第１ヘルムホルツ共鳴器１２０及び第２ヘルムホルツ共鳴器１３０は、反射外壁１２４、１２５、１２６、１２７、１３４、１３５、１３６、１３７を除いて、典型的には固体の（solid）音反射材料で形成される。概して、第１ヘルムホルツ共鳴器１２０及び第２ヘルムホルツ共鳴器１３０を形成する材料又は複数の材料は、周囲の流体１１２の音響インピーダンスよりも大きい音響インピーダンスを有する。斯かる材料は、熱可塑性樹脂、例えば、ポリウレタン、セラミック又はその他の適切な材料を含むことができる。一対の共鳴器は、首部の長さ（Ｌ）、首部の面積（Ｓ）及びキャビティの容積（Ｖ）を用いて、ｆ〜（Ｓ*Ｌ-1*Ｖ-1）1/2によって決定される同一の共鳴周波数を有する。音は、（共鳴の周りの結合に近い）構造体の吸収によって遮断される。第１共鳴器は、第２共鳴器と比較して、より長い首部及びより小さいキャビティを有する。入射音響エネルギーは粘性損失を介して首部において熱に放散される。第１共鳴器はその長い首部（損失がＬに比例）によって第２共鳴器よりも大きい粘性損失を有する。さらに、構造体の外部側壁が複数のミラーでコーティングされ、このことは構造体全体を不可視にする。第１共鳴器が第２共鳴器と同一の共鳴周波数を有すること、すなわちＳ1／（Ｌ1Ｖ1）＝Ｓ2／（Ｌ2Ｖ2）が理解されるだろう。Ｌ1＞Ｌ2及びＳ1〜Ｓ2について、容積はＶ1＜Ｖ2＝Ｓ2Ｖ1Ｌ1／（Ｓ1Ｌ2）〜Ｖ1Ｌ1／Ｌ2であるべきである。
【００２３】
図１Ｃは、第１ヘルムホルツ共鳴器１２０に最初に到達するように伝播する入射音波によって衝突されたときの不可視の防音壁１００の単位セル１１０についての模擬音響場を示す。その結果は、音響エネルギーが首部１２２、１３２の周りに集中していることを示す。図１Ｄは、透過、反射及び吸収を用いて、図１Ａ及び図１Ｂの不可視の防音壁の音響性能を示す。構造体が共鳴周波数（この場合、約２５００Ｈｚ）において高い吸収を示すことを観察することができる。上記の通り、第１ヘルムホルツ共鳴器１２０及び第２ヘルムホルツ共鳴器１３０の寸法を変化させることによって共鳴周波数を変更することができる。
【００２４】
図１Ｃは、図面の上部から近付く音波を用いて、２５％のフィルファクタを有する図１Ａ及び図１Ｂの不可視の防音壁についての共鳴周波数（２．５ｋＨｚ）における音響圧力分布を示す。図１Ｄは、同一の不可視の防音壁１００についての周波数の関数とした音響透過、反射及び吸収のグラフである。不可視の防音壁１００が、この例では２．５ｋＨｚに中心を有する共鳴周波数において強い音響吸収を示し、共鳴周波数において非常に低い透過を可能とすることが観察されるだろう。共鳴周波数において反射が非常に低く、ほぼ全ての音が共鳴周波数において吸収されることが更に観察されるだろう。図１Ｃの概略画像から分かるように、音響エネルギーは、主に第１ヘルムホルツ共鳴器１２０の首部の周りに集中しているが、第２ヘルムホルツ共鳴器１３０の首部１３２の周りにもかなり集中している。この結果は、両方のヘルムホルツ共鳴器１２０、１３０が吸収モードで動作するときに不可視の防音壁１００の音響性能に与える貢献を強調する。
【００２５】
図２Ａは、図１Ａの不可視の防音壁１００に等しいが、反射外壁１２４、１２５、１２６、１２７、１３４、１３５、１３６、１３７を欠く比較の可視の防音壁２００を示す。比較の可視の防音壁の単位セル２１０に当たる垂直入射光が可視の単位セル２１０によって遮断され（例えば反射され又は吸収され）、このことによって、可視の単位セル２１０が視覚的に観察可能となる。光の斯かる遮断が、バツ印が付された鉛直の矢印によって示された関連する光ビームによって図２Ａに示され、バツ印は、光ビームが可視の防音壁２００を通過しないことを示す。図２Ｂは不可視の防音壁１００の等価図を示す。図２Ｂに示されるように、垂直入射光は、不可視の防音壁１００が存在しない場合と全く同じように光の透過側（すなわち図２Ｂの図では下側）から出るように反射側壁間で反射される。このため、図２Ｂに従うように不可視の防音壁１００を垂直角度から見るとき、単位セル１１０を見ることができないように光が単位セル１１０の周りに反射されるので、不可視の防音壁１００は観察者には見えない。異なる角度で不可視の防音壁１００を見るときには不可視の防音壁１００が部分的に見えてもよいことが理解されるだろう。図２Ｃは、近接する二つの単位セル１１０を有する不可視の防音壁１００の一部における光線追跡のシミュレーションを示し、防音壁１００の不可視をもたらす一連の反射についての追加の詳細を提供する。
【００２６】
図３Ａは、一次元配列の単位セル３１０も有する、本開示の不可視の防音壁３００の代替的な実施例を示す。図３Ｂは、図３Ａの不可視の防音壁３００の単一の単位セル３１０を示す。図３Ａ及び図３Ｂの不可視の防音壁３００は、図１Ａの防音壁１００の外側反射壁１２４、１２５、１２６、１２７、１３４、１３５、１３６、１３７に等しい八つの反射壁を含み、このことによって図１Ａ及び図１Ｂの場合のようにｘｙ平面においてダイヤモンド形状の断面を有し且つｚ方向において引き伸ばされる第１ヘルムホルツ共鳴器３３０及び第２ヘルムホルツ共鳴器３４０を形成する。多くの実施例において、第１ヘルムホルツ共鳴器３３０及び第２ヘルムホルツ共鳴器３４０の各々が、内部キャビティを有する等辺平行四辺形を画定するｘｙ平面の断面形状を有する。図３Ａ及び図３Ｂのヘルムホルツ共鳴器３３０、３４０は、上記のように首部３３２、３４２を有するが、内部にいかなる固体材料も有さない。代わりに、共鳴器の内部と流体連通する周囲の流体（例えば空気）は反射壁の内面と直接接触している。
【００２７】
対向するヘルムホルツ共鳴器３３０、３４０の各対が鉛直ミラー３５０に近接し且つ鉛直ミラー３５０から離間される。鉛直ミラー３５０は、ｙ次元及びｚ次元において一対のヘルムホルツ共鳴器３３０、３４０と同様の長さを有し、図２Ｂ及び図２Ｃに関して上述された態様と同様の態様で、一対のヘルムホルツ共鳴器３３０、３４０の周りに光を反射することを助けるように機能する。ガラス又は透明プラスチックのような透明固体３２０が、各対のヘルムホルツ共鳴器３３０、３４０と、近接する鉛直ミラー３５０との間の空間を満たす。
【００２８】
各反射壁の長さが上の式１に従って算出され、ここで、値ｈは、上の式２の修正バージョンである式３に従って算出される。
【数３】
2020008855.tif 000005
ここで、ｗは単位セル３１０の幅である。
【００２９】
例示的な防音壁１００、３００を含む本教示の任意の不可視の防音壁で道沿いの防音壁を形成できることが理解されるだろう。斯かる実施例では、道路の脇に円柱状の単位セル１１０又は３１０を配置し、通過車両によって発せられる音を吸収することができる。斯かる道路沿いの防音壁は、通り過ぎるドライバには見えず、この結果、ドライバは視覚的な障害無しに道路に隣接する景色を見ることができる。
【００３０】
前述の説明は、本質的に単なる例示であり、本開示、本開示の用途、又は本開示の使用を限定することを決して意図するものではない。本明細書において使用されるとき、Ａ、Ｂ及びＣの少なくとも一つとの語句は、排他的論理「又は」を使用して、論理（Ａ又はＢ又はＣ）を意味すると解釈されるべきである。方法における様々なステップは、本開示の原理を変更することなく、異なる順序で実行されてもよいことを理解されたい。範囲の開示は、全ての範囲と、全範囲内の更に分割された範囲との開示を含む。
【００３１】
本明細書において使用される見出し（例えば「背景技術」及び「概要」）及び小見出しは、本開示内のトピックの一般的な編成のみを意図しており、本技術の開示又は本技術の任意の態様を制限することを意図していない。述べられた特徴を有する複数の実施形態の列挙は、追加の特徴を有する他の実施形態、又は述べられた特徴の異なる組合せを包含する他の実施形態を排除することを意図していない。
【００３２】
本明細書において使用されるとき、用語「備える（comprise）」及び「含む（include）」及びこれらの変形は、連続的な品目の列挙又はリストが、本技術の装置及び方法においても有用でありうる他の同様の品目を排除しないように、非限定的であることを意図している。同様に、用語「することができる（can）」及び「してもよい（may）」並びにこれらの変形は、実施形態が所定の要素又は特徴を備えることができ又は備えてもよいという記載が、これら要素又は特徴を含まない本技術の他の実施形態を排除しないように、非限定的であることを意図している。
【００３３】
本開示の広範な教示は様々な形態で実施されることができる。このため、本開示が特定の例を含むが、本明細書及び以下の特許請求の範囲を検討すれば、他の変形が当業者に明らかとなるので、本開示の真の範囲はそのように限定されるべきではない。本明細書における一つの態様又は様々な態様への言及は、実施形態又は特定のシステムに関連して記載された特定の特徴、構造又は特性が少なくとも一つの実施形態又は態様に含まれることを意味する。「一つの態様における」との語句（又はこの変形）の使用は、必ずしも同一の態様又は実施形態について言及しているわけではない。本明細書において論じられた様々な方法のステップは、示されているのと同一の順序で実行される必要はなく、各方法のステップは各態様又は各実施形態において必要とされないことも理解されたい。
【００３４】
実施形態の前述の説明は例示及び説明の目的で提供されてきた。それは網羅的であること又は本開示を限定することを意図していない。特定の実施形態の個々の要素又は特徴は、概してその特定の実施形態に限定されないが、適用可能であれば交換可能であり、具体的に示され又は説明されていない場合でさえ、選択された実施形態において使用されることができる。同一のことが多くの方法において変更されてもよい。斯かる変形は本開示からの逸脱とみなされるべきではなく、斯かる全ての修正は本開示の範囲内に含まれることが意図されている。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
2020008855.tif 000007
【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
2020008855.tif 000013
【図３Ｂ】
2020008855.tif 000014
【外国語明細書】
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