(57)【要約】【課題】本来の吸音作用を阻害することがより少ない吸音構造体を付加することにより、板・膜振動吸音構造の吸音効率の向上を図る。【解決手段】吸音構造１０は、振動体１２を備える。振動体１２は、筐体を構成する側面部１１１によって支持される。側面部１１１、底面部１１２及び振動体１２によって、その内部に気体層が形成される。気体層の内部には、管構造１１３及び１１４が設けられている。管構造１１３及び１１４は、開口端を有する。管状部材１１３及び１１４は、その内部が中空であり、気体層の気体が存在し得る。よって、管状部材１１３及び１１４は、その厚さが薄くなるように構成すれば、気体層全体の体積に占める当該部材自体の割合を小さくすることが可能であり、例えば、同体積の抵抗材を設ける場合に比べ、本来の板・膜振動吸音構造としての吸音作用に与える影響を少なくできる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状又は膜状の振動体と、
前記振動体に塞がれる開口部において当該振動体を支持し、当該振動体に対向して気体バネをなす気体層を吸音時に形成する支持体と、
開口端を有する開管又は閉管であり、当該開口端が前記気体層に面する管構造と
を備えることを特徴とする吸音構造。
【請求項２】
前記管構造の内部が、吸音対象の音に応じた波長の定在波の生じる長さであることを特徴とする請求項１に記載の吸音構造。
【請求項３】
前記支持体が、前記気体層を囲む側面部を有し、前記側面部の少なくとも一部が前記管構造であることを特徴とする請求項１に記載の吸音構造。
【請求項４】
前記管構造が、気体粒子の運動に対する抵抗が他の領域より大である抵抗領域を前記定在波の粒子速度の腹が生じる位置に有することを特徴とする請求項２に記載の吸音構造。
【請求項５】
前記管構造が、気体粒子の運動を妨げる抵抗材を前記抵抗領域に有し、前記抵抗領域でない領域に前記抵抗材を有しないことを特徴とする請求項４に記載の吸音構造。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の吸音構造を複数組み合わせて備えることを特徴とする吸音構造群。
【請求項７】
複数の前記吸音構造の気体層の厚さ又は容積及び開管又は閉管の長さの少なくともいずれかが互いに同一でないことを特徴とする請求項６に記載の吸音構造群。
【請求項８】
請求項１ないし５のいずれかに記載の吸音構造又は請求項６若しくは７に記載の吸音構造群を備えることを特徴とする音響室。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸音する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
板振動又は膜振動をする吸音構造が知られている。かかる吸音構造のことを、以下では「板・膜振動吸音構造」という。また、吸音効率の向上を目的に、気体粒子の運動に対して抵抗となる抵抗材（多孔質材、グラスウール等）を、吸音する構造体の内部や開口部に付設する技術も知られている（例えば、特許文献１又は２参照）。すなわち、板・膜振動吸音構造の振動体に対向する気体層の領域にかかる抵抗材を付加すれば、吸音効率の向上を期待できる場合がある。この場合、抵抗材の特性や分量を最適に設計すれば吸音効率が向上する。
【特許文献１】特開平７−３０２０８７号公報
【特許文献２】特開２００３−８２８３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、板・膜振動吸音構造の内部にこの種の抵抗材を設けると、板振動又は膜振動を阻害することがある。なぜならば、板・膜振動吸音構造は、振動体を質量成分（マス）とし、気体層をバネ成分としたバネマス系を構成するものであるため、抵抗材を設けることで気体層を構成する気体が減少すると、気体層のバネとしての作用も減少する傾向を示すからである。この傾向は、特に、気体層の厚さが小さい場合に顕著となる。
そこで、本発明は、板・膜振動吸音構造において、本来の吸音作用を阻害することがより少ない吸音構造体を付加することにより、板・膜振動吸音構造の吸音効率の向上を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明に係る吸音構造は、板状又は膜状の振動体と、前記振動体に塞がれる開口部において当該振動体を支持し、当該振動体に対向して気体バネをなす気体層を吸音時に形成する支持体と、開口端を有する開管又は閉管であり、当該開口端が前記気体層に面する管構造とを備えることを特徴とする。
本発明に係る吸音構造は、前記管構造の内部が、吸音対象の音に応じた波長の定在波の生じる長さであってもよい。
本発明に係る吸音構造は、前記支持体が、前記気体層を囲む側面部を有し、前記側面部の少なくとも一部が前記管構造であってもよい。
本発明に係る吸音構造は、前記管構造が、気体粒子（例えば、空気分子）の運動に対する抵抗が他の領域より大である抵抗領域を前記定在波の粒子速度の腹が生じる位置に有する構成であってもよい。
本発明に係る吸音構造は、前記管構造が、気体粒子の運動を妨げる抵抗材を前記抵抗領域に有し、前記抵抗領域でない領域に前記抵抗材を有しない構成であってもよい。
本発明に係る吸音構造群は、上述した吸音構造を複数組み合わせて備えることを特徴とする。なお、かかる構成において、吸音構造の組み合わせは、同種の吸音構造を組み合わせるものであってもよいし、異種の吸音構造を組み合わせるものであってもよい。
本発明に係る吸音構造群は、複数の前記吸音構造の気体層の厚さ又は容積及び開管又は閉管の長さの少なくともいずれかが互いに同一でない構成であってもよい。
本発明に係る音響室は、上述した吸音構造又は吸音構造群を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、板・膜振動吸音構造において、本来の吸音作用を阻害することがより少ない吸音構造体を付加することにより、板・膜振動吸音構造の吸音効率の向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態である吸音構造の構成を示す図である。この吸音構造１０は、直方体状の外観を有する板・膜振動吸音構造であり、筐体１１と振動体１２とを備える。筐体１１は、吸音構造１０の側面及び底面を構成し、その内部は中空に形成されている。筐体１１は、例えば、ＡＢＳ樹脂等の合成樹脂により形成されているが、振動体１２を支持可能な強度を有するものであれば、金属など他の材料であってもよい。振動体１２は、吸音構造１０の上面を構成する。なお、ここでいう「上面」は、面の方向を便宜的に表したものであって、吸音構造１０が配置されるときに上方向を向くことを表したものではない。吸音構造１０は、その配置に際しては、必要に応じてどのような向きで配置されてもよい。
【０００７】
図２は、筐体１１を上面側から示す図であり、図３は、筐体１１及び振動体１２を図２中のＡ−Ａ線で切断した場合の断面図である。これらの図に示すように、筐体１１は、その上面側に開口部を有するとともに、側面部１１１と、底面部１１２と、管状部材１１３及び１１４とを備える。側面部１１１は、吸音構造１０の側面を構成する部材であり、その上面側の端部において振動体１２を支持する。側面部１１１は、本発明に係る支持体の一例に相当する。本実施形態において、側面部１１１の高さ（上面側端部から下面側端部までの距離）は、吸音構造１０の内部に形成される気体層の厚さと同等である。底面部１１２は、吸音構造１０の底面を構成する部材であり、その形状は振動体１２の形状と一致する。管状部材１１３及び１１４は、その延びる方向（以下、「長さ方向」という。）が振動体１２のなす平面と平行になるように配置され、かつ、その切断面（すなわち開口端）のなす平面が振動体１２のなす平面と交差するように配置される。また、管状部材１１３及び１１４は、好ましくは、底面部１１２には接し、振動体１２には接しないように配置される。このような配置とすれば、気体層の厚さを確保することが容易となる。
【０００８】
管状部材１１３及び１１４は、所定の長さを有する中空で筒状の部材であり、それぞれが本発明に係る管構造の一例に相当する。管状部材１１３は、両端が開口しており、いわゆる開管である。これに対し、管状部材１１４は、その一方の開口端が側面部１１１により塞がれており、いわゆる閉管である。すなわち、管状部材１１３及び１１４は、その開口端が気体層に面し、気体層と気体の流通が可能であるように構成されている。なお、管状部材１１３及び１１４は、底面部１１２に接しており、これらの直径は、側面部１１１の高さより小さい。すなわち、管状部材１１３及び１１４は、振動体１２と所定の間隔をもって離間している。また、気体層に充填される気体は、典型的には空気であり、本実施形態においても空気であるとするが、その他の気体であることを妨げない。気体層とは、図３においてハッチングで示した領域のことをいう。
【０００９】
なお、管状部材１１３及び１１４は、側面部１１１に接して配置されている必要はなく、例えば、底面部１１２の中央付近に配置されていてもよい。また、管状部材１１３及び１１４の開口端は、振動体１２の固有振動モードに対応して配置される。具体的には、振動体１２の振動振幅（又は振動速度）が最も大きい場所に管状部材１１３及び１１４の開口端が配置される。例えば、振動体１２が１次モード（基準振動モード）で振動する場合には、振動体１２の略中央部の領域に管状部材１１３及び１１４の開口端が配置されるように、管状部材１１３及び１１４が筐体１１内に配置される。このようにすることで、振動体１２の振動と同じ周波数の共振が、管状部材１１３及び１１４でも容易に励起される。
【００１０】
管状部材１１３及び１１４の長さ（両端間の距離）は、それぞれ、吸音対象とする音に応じて決められる。具体的には、開管である管状部材１１３の長さをＬ1、閉管である管状部材１１４の長さをＬ2とし、吸音対象とする音に応じた定在波の波長をλとすると、Ｌ1及びＬ2は、以下の式（１．１）及び式（１．２）を満たす。ただし、式（１．１）及び式（１．２）において、ｎは、１以上の整数である。
【数１】
2010097148.tif 000003
【数２】
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【００１１】
なお、管状部材１１３及び１１４の実際の長さは、開口端補正の値を考慮して決める必要があるが、式（１．１）及び式（１．２）においては省略している。開口端補正の値は、管状部材１１３及び１１４の形状に応じて定まるものである。
また、筐体１１は、側面部１１１、底面部１１２、管状部材１１３及び１１４が一体成形されたものであってもよいし、これらの各部が独立した部材であり、互いに接着等により固定されたものであってもよい。
【００１２】
振動体１２は、板状又は膜状の部材であり、側面部１１１により支持されて筐体１１の上面の開口部を塞ぎ、筐体１１の内部の気体層を外部の気体と隔てる。振動体１２は、板状又は膜状の部材であるが、その厚さは特に問わない。振動体１２は、例えば、合成樹脂により形成されているが、筐体１１に支持されて振動する程度の弾性を有するものであれば、紙、金属、繊維など他の材料であってもよい。振動体１２は、接着剤や釘などにより筐体１１に取り付けられている。
【００１３】
本実施形態の吸音構造１０の構成は、以上のとおりである。この構成において、吸音構造１０は、板・膜振動吸音構造として機能する。吸音構造１０において、筐体１１内部の気体層は、いわゆる気体バネ（空気バネ）として機能する。具体的には、吸音構造１０にある音波が入射した場合に、振動体１２が振動するとともに、振動体１２の振動により気体層にも音波が入射して、気体層内の音響エネルギーが増加する。この音響エネルギーは、振動体１２の振動と、気体層の気体バネとしての作用と、振動体１２と気体層などの内部抵抗による振動を減衰させる作用とにより減衰し、やがて消散する。すなわち、吸音構造１０は、振動体１２を質量成分（マス）とし、気体層をバネ成分としたバネマス系を形成する。
【００１４】
本実施形態の吸音構造１０の各部は、以下の条件により設定される。
一般に、板状又は膜状の振動体と気体層とにより音を吸収する板・膜振動吸音構造において、吸音する周波数は、振動体の質量成分と気体層のバネ成分とによるバネマス系の共振周波数によって設定される。ここで、気体層の気体の密度をρ0（ｋｇ／ｍ3）、音速をｃ0（ｍ／ｓ）、振動体の密度をρ（ｋｇ／ｍ3）、振動体の厚さをｔ（ｍ）、気体層の厚さをＬ（ｍ）とすると、バネマス系の共振周波数は以下の式（２．１）で表される。
【数３】
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【００１５】
また、板・膜振動型吸音構造において、振動体が弾性を有して弾性振動をする場合には、弾性振動による屈曲系の性質が加わる。建築音響の分野においては、長方形である振動体の対向する二辺の長さをａ（ｍ）、当該二辺と直交する二辺の長さをｂ（ｍ）、振動体のヤング率をＥ（Ｐａ）、振動体のポアソン比をσ、モード次数をｐ及びｑ（正の整数）とすると、以下の式（２．２）で板・膜振動型吸音構造の共振周波数を求め、求めた共振周波数を音響設計に利用することが行われている（周辺支持の場合）。
【数４】
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【００１６】
本実施形態においては、１６０〜３１５Ｈｚバンド（１/３オクターブ中心周波数）を吸音するように、例えば、式（２．２）に基づいて以下のようにパラメータが設定される。
気体の密度ρ0       ：１．２２５（ｋｇ／ｍ3）
音速ｃ0               ：３４０（ｍ／ｓ）
振動体の密度ρ    ：９４０（ｋｇ／ｍ3）
振動体の厚さｔ    ：０．００１７（ｍ）
気体層の厚さＬ    ：０．０３（ｍ）
筐体の長さａ      ：０．１（ｍ）
筐体の長さｂ      ：０．１（ｍ）
振動体のヤング率Ｅ：１．０（ＧＰａ）
ポアソン比σ      ：０．４
モード次数        ：ｐ＝ｑ＝１
【００１７】
一方、式（２．２）においては、バネマス系の項（右辺第１項、すなわち式（２．１）の右辺）と屈曲系の項（右辺第２項）とが加算される。このため、式（２．２）により得られる共振周波数は、バネマス系の共振周波数より高いものとなり、吸音のピーク周波数を低く設定することが難しい場合がある。このような吸音構造においては、バネマス系による共振周波数と、板又は膜の弾性による弾性振動による屈曲系の共振周波数との関連性は十分に解明されておらず、低音域で高い吸音効果を奏する吸音構造が確立されていないのが実情である。
【００１８】
本発明の発明者らは、屈曲系の基本振動周波数の値をｆａ（式（２．２）の右辺第２項）、バネマス系の共振周波数の値をｆｂ（式（２．２）の右辺第１項）とした場合に、以下の式（２．３）の関係を満足するように上記パラメータを設定すれば、高い吸音効果が得られるという知見を得た。これにより、屈曲系の基本振動が背後の気体層のバネ成分と連成して、バネマス系の共振周波数と屈曲系の基本周波数との間の帯域に振幅の大きな振動が励振され（屈曲系共振周波数ｆａ＜ピーク周波数ｆ＜バネマス系基本周波数ｆｂ）、吸音率が高くなる。
【数５】
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【００１９】
さらに、上記パラメータを以下の式（２．４）に設定する場合、ピーク周波数がバネマス系の共振周波数より十分に小さくなる。この場合、低次の弾性振動のモードにより屈曲系の基本周波数がバネマス系の共振周波数より十分に小さく、３００（Ｈｚ）以下の周波数の音を吸音する吸音構造として適しているという知見が得られた。
【数６】
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このように、式（２．３）、（２．４）の条件を満足するように各種パラメータを設定することにより、ピーク周波数を低くした吸音構造を構成することができる。
【００２０】
また、吸音構造１０は、板・膜振動吸音構造として機能すると同時に、管状部材１１３及び１１４が共鳴管として機能する。管状部材１１３及び１１４は、所定の波長の定在波を生じさせることによって音響エネルギーを熱エネルギーに変換し、気体層の音響エネルギーを減少させる。すなわち、管状部材１１３及び１１４は、気体層の音響エネルギーを吸収してその消散を促進し、吸音構造１０の吸音効率を向上させる。
【００２１】
また、吸音構造１０は、板・膜振動吸音構造として機能すると同時に、管状部材１１３及び１１４が共鳴管として機能する。管状部材１１３及び１１４は、所定の波長の定在波を生じさせることによって音響エネルギーを熱エネルギーに変換し、気体層の音響エネルギーを減少させる。さらに、管状部材１１３及び１１４は、その長さ方向が振動体１２のなす平面に平行になるように、すなわち気体層の厚さ方向に交差しないように配置されるため、気体層に十分な厚さが確保できない場合であっても、管状部材１１３及び１１４の長さを確保することが容易である。したがって、管状部材１１３及び１１４は、式（１）または式（２）に基づいて低い共鳴周波数を有する共鳴管とすることができる。
【００２２】
以上より、管状部材１１３及び１１４は、気体層の音響エネルギーを吸収してその消散を促進し、吸音構造１０の吸音効率を向上させる。さらに、管状部材１１３及び１１４は、吸音構造１０の気体層の厚さが小さい場合においても、低い周波数に吸音率のピークを設定し、より低音域での吸音効率を向上させることを可能にする。
【００２３】
本実施形態において、管状部材１１３及び１１４は、その内部が中空であり、気体層の気体が存在し得る。よって、管状部材１１３及び１１４は、その厚さが薄くなるように構成すれば、気体層全体の体積に占める当該部材自体の割合を小さくすることが可能であり、例えば、同体積の抵抗材（多孔質材、グラスウール等）を設ける場合に比べ、本来の板・膜振動吸音構造としての吸音作用に与える影響を少なくできることがある。また、管状部材１１３及び１１４は、振動体１２に接触していないため、振動体１２の振動を阻害することもない。
【００２４】
また、吸音構造１０は、振動体１２の共鳴周波数と共鳴管の共鳴周波数とをそれぞれ適切に設定することで、低い周波数域において必要な吸音率を実現できる。例えば、振動体１２の共鳴周波数と共鳴管の共鳴周波数とを同一の共鳴周波数として、吸音構造１０の吸音率のピークを大きくするように設定してもよいし、振動体１２の共鳴周波数と共鳴管の共鳴周波数とを近似した異なる共鳴周波数として、吸音構造１０の吸音率をより広い帯域で大きくするようにしてもよい。また、複数（３以上）の共鳴管を、その共鳴周波数が同一となるようにし、あるいは互いに異なるように構成し、さらにこれらを組み合わせることにより、吸音率のピーク値の増大と帯域の拡大とを適宜に設定することも可能である。
【００２５】
［第２実施形態］
図４は、本発明の第２の実施形態である吸音構造の構成を示す図である。本実施形態の吸音構造２０は、側面が管構造で構成されている点を特徴とするものである。吸音構造２０は、筐体２１及び振動体２２により構成され、その外観は、第１実施形態の吸音構造１０と同様である。また、吸音構造２０を構成する材料も、吸音構造１０のそれと同様である。なお、本実施形態において、第１実施形態と重複する事項（意味が共通の用語など）については、その説明を適宜省略する。
【００２６】
図５は、筐体２１を上面側から示す図であり、図６は、筐体２１及び振動体２２を図５中のＢ−Ｂ線で切断した場合の断面図である。これらの図に示すように、筐体２１は、外側面部（がいそくめんぶ）２１１と、内側面部（ないそくめんぶ）２１２と、底面部２１３とを備える。外側面部２１１は、吸音構造２０の側面を構成する部材であり、吸音構造２０の側面の四方を囲むように構成されている。内側面部２１２は、外側面部２１１がなす四辺のいずれかと平行になるように設けられた板状の部材であり、その一端が外側面部２１１と接し、他端が外側面部２１１と接しないように構成されている。なお、外側面部２１１及び内側面部２１２の高さは、吸音構造２０の内部に形成される気体層の厚さと同等である。底面部２１３は、吸音構造２０の底面を構成する部材であり、その形状は振動体１２の形状と一致する。振動体２２は、第１実施形態の振動体１２と同様のものである。
【００２７】
図６に示すように、内側面部２１２は、その上面側において振動体２２と接し、底面側において底面部２１３と接する。すなわち、外側面部２１１と内側面部２１２の間には、振動体２２、外側面部２１１、内側面部２１２及び底面部２１３によって壁面が構成された角柱状の気柱が形成される。この気柱は、図５に示す開口部２１２ａにおいて内側面部２１２の内側（吸音構造２０の中心寄り）の気体層と気体の流通が可能である。すなわち、この気柱を覆うように設けられた吸音構造２０の各部は、開口部２１２ａの設けられた側を開口端とした閉管として機能する。この閉管は、本発明に係る管構造の一例に相当する。
【００２８】
なお、内側面部２１２の長さ（高さ方向に対して垂直な方向の長さ）は、吸音対象とする音の波長に応じて適宜決められる。内側面部２１２の長さは、各辺について等しくしてもよいし、辺毎に異なるようにしてもよい。また、図７に示すような仕切部材２１４を移動可能に設け、気柱の長さを変えられるようにしてもよい。図７において、仕切部材２１４は、振動体２２、外側面部２１１、内側面部２１２及び底面部２１３に接するように、すなわち気柱の断面と同じ形状になるように構成されている。
【００２９】
本実施形態の吸音構造２０の構成は、以上のとおりである。この吸音構造２０によれば、吸音構造２０の気体層を囲む側面を共鳴管として機能させることが可能となる。
板・膜振動吸音構造においては、軽量化などの目的のために、振動体を支持する支持体を空洞にする場合がある。本実施形態は、かかる場合において、その空洞にされた支持体に気体流通部（すなわち開口部２１２ａ）を設けるだけで、空洞部分を共鳴管として機能させることを可能にするものである。つまり、本実施形態の吸音構造２０は、これに開口部２１２ａを設けないようにした場合や、その支持体を柱状の中空でない部材とした場合に比べて、吸音効率を向上させることが可能である。また、換言すれば、本実施形態の吸音構造２０は、軽量化と吸音効率の向上とを両立させることが可能であるともいえる。
【００３０】
［変形例］
本発明は、上述した実施形態と異なる形態での実施が可能である。以下に示す変形例は、本発明に適用可能な変形の一例である。なお、これらの変形例は、必要に応じて、各々を適宜に組み合わせて実施されてもよい。また、以下の説明においては、既に説明した構成と共通する構成については、その説明を適宜省略する。
【００３１】
（１）変形例１
本発明に係る吸音構造は、上述した吸音構造１０（又は２０）に代えて、その底面部１１２（又は２１３）を省略した構成としてもよい。例えば、吸音構造１０（又は２０）を所定の面（壁面など）に取り付ける場合であれば、その取り付ける面を底面部の代用とすることができるからである。本発明に係る吸音構造は、側面部１１１（又は外側面部２１１及び内側面部２１２）の底面側が取り付けるべき面に沿った形状にされていれば、取り付けられた後（すなわち吸音時）においては気体層を区画して外部と区別することが可能であり、支持体内部を気体バネとして機能させることが可能である。すなわち、本発明に係る支持体は、吸音時（設置時）において気体層を形成すれば足り、販売時等の非吸音時（非設置時）においては気体層が外部に対して開放され、気体の移動が妨げられないものであってもよい。
【００３２】
（２）変形例２
本発明に係る管構造の具体的な形状や構成は、上述したものに限らない。例えば、第１実施形態の構成においては、管構造を丸管（円管）ではなく角管にしてもよいし、開管又は閉管の一方のみを備えるようにしてもよい。あるいは、長さが異なる管構造を複数設け、吸音効率を向上させるようにしてもよい。また、第２実施形態の構成においては、両端を開口端にした開管の管構造としてもよいし、側面の一部を管構造でない構成としてもよい。
【００３３】
図８及び図９は、第２実施形態の構成、すなわち側面部を管構造とする構成の変形例を示す図である。図８は、側面部を複数の管構造ではなく単一の管構造にした場合の筐体の構成を示す図であり、図９は、複数の板・膜振動吸音構造を連結した場合の筐体の構成を示す図である。
【００３４】
図８において、筐体３１は、外側面部３１１と内側面部３１２とを備え、内側面部３１２は、外側面部３１１の形状に沿って屈曲している。なお、外側面部３１１及び内側面部３１２は、図示せぬ振動体と底面部に接しており、その内部の空間は、屈曲した角柱状の気柱を形成する。ここにおいて、内側面部３１２は、開口部３１２ａを形成する。このような構成とした場合、第２実施形態の構成よりも気柱の長さを増加させることが可能であり、より低い共鳴周波数に設定することができる。
【００３５】
図９において、筐体４１は、外側面部４１１と内側面部４１２とを備える。なお、外側面部４１１及び内側面部４１２は、図示せぬ振動体と底面部に接している。内側面部４１２は、開口部４１２ａ、４１２ｂ、４１２ｃ及び４１２ｄを形成する。
図１０は、外側面部４１１の内部の気体層の領域と気柱の領域とを分けて示す図である。内側面部４１２は、外側面部４１１内部の領域を領域ａ1、ａ2、ａ3、ａ4、ｂ1、ｂ2、ｂ3の７つの領域に分割する。領域ａ1〜ａ4は、それぞれ、対向する振動体に対して気体バネとして機能する気体層を構成し、領域ｂ1〜ｂ3は、それぞれ、内側面部４１２、振動体及び底面部に囲まれた気柱を構成する。かかる筐体４１を備える吸音構造は、領域ａ1〜ａ4を別個の気体層としてみたとき、４つの板・膜振動吸音構造を連結した吸音構造群とみなせる。
【００３６】
領域ｂ1は、開口部４１２ａにおいて領域ａ1に対して開口している。また、領域ｂ3は、開口部４１２ｃにおいて領域ａ3に対して開口している。よって、領域ｂ1及びｂ3は、閉管の気柱として機能し、通じている気体層の音響エネルギーを吸収することが可能である。また、領域ｂ2は、開口部４１２ｂにおいて領域ａ2に対して開口するとともに、開口部４１２ｄにおいて領域ａ4に対して開口している。よって、領域ｂ2は、開管の気柱として機能し、通じている気体層の音響エネルギーを吸収することが可能である。ここにおいて、気体層たる領域ａ2と領域ａ4とは、開管の気柱たる領域ｂ2を介して連結されるように構成されている。
【００３７】
この場合、領域ｂ2は開管となるため、開口部４１２ｂと４１２ｄにおける振動の位相関係には、逆相の場合（λ／２の奇数倍で共鳴する場合：図１２の（ａ）、（ｃ）など）と同相の場合（λ／２の偶数倍で共鳴する場合：図１２の（ｂ）など）とがある。また、連結される領域ａ2とａ4とにおける気体層の振動の位相関係（気体層内の圧力変動の位相関係）にも、逆相の場合と同相の場合とがある。したがって、複数の気体層が気柱を介して連結される場合において、複数の気体層の振動の位相関係と気柱の振動の位相関係とが所定の共鳴周波数において連成されるように構成すれば、より高い吸音率を発現することができる。具体的には、所定の共鳴周波数において、領域ａ2とａ4とが同相で共振し、かつ、領域ｂ2がその開口部４１２ｂと４１２ｄとにおいて同相で共振する(例えば２倍振動で共振する)ように、領域ａ2とａ4とｂ2との寸法、形状等を設計すれば、領域ａ2とａ4とｂ2とが連成して共振するため、より高い吸音率を発現することができる。また、領域ａ2とａ4とが逆相で共振し、かつ領域ｂ2がその開口部４１２ｂと４１２ｄとにおいて逆相で共振する(例えば基本振動で共振する)ように、領域ａ2とａ4とｂ2との寸法、形状等を設計すれば、領域ａ2とａ4と領域ｂ2とが連成して共振するため、より高い吸音率を発現することができる。
【００３８】
なお、領域ａ1〜ａ4は、これらが同体積となるように構成されていてもよいし、体積が相異なるように構成されていてもよい。これは、領域ｂ1〜ｂ3についても同様である。また、領域ａ1〜ａ4に対向する振動体を同一の部材としてもよいし、各々の厚さや材料を異ならせ、それぞれが吸音特性の異なる板・膜振動吸音構造となるようにしてもよい。
【００３９】
（３）変形例３
本発明に係る管構造は、例えば発泡材料などにより構成し、さらなる軽量化を図ってもよい。この場合において、開口端は、気体の流通が可能であれば足りる。
図１１は、発泡材料により構成された管構造を示す図である。同図において、管構造５０は、独立気泡部５１と、連続気泡部５２とを有する中空の部材である。独立気泡部５１は、独立気泡構造であり、隣り合う気泡（セル）が互いに独立した構造を有する閉管である。連続気泡部５２は、連続気泡構造であり、隣り合う気泡が互いに通じており、気体の流通が可能である。連続気泡部５２は、独立気泡部５１の開口端を塞ぐように設けられている。よって、管構造５０は、連続気泡部５２のみにおいて内部の中空領域と気体が流通可能に構成されている。すなわち、管構造５０は、閉管である。
なお、本例に係る管構造は、連続気泡構造を図１１と異なる位置に有していてもよく、また、連続気泡構造を複数設け、開管を構成してもよい。
【００４０】
（４）変形例４
本発明に係る管構造は、その内部に抵抗領域を設けてもよい。ここにおいて、抵抗領域とは、他の領域に比して気体粒子の運動に対する抵抗が大である領域をいう。抵抗領域は、例えば、当該領域に気体粒子の運動を妨げる抵抗材を設けることで得られる。また、抵抗領域は、管構造の内壁の表面を粗くし、表面を気体粒子の運動に対して抵抗として作用させることでも得られる。抵抗領域は、管構造内部の一部であってもよいし、全部であってもよい。なお、抵抗領域を管構造内部の一部に設ける場合であれば、当該領域を定在波の粒子速度の腹が生じる位置に設けるのが望ましい。
【００４１】
図１２及び図１３は、内部に抵抗領域を設けた管構造を示す断面図である。図１２は、管構造が開管である場合の例であり、図１３は、管構造が閉管である場合の例である。なお、これらの図において、二点鎖線は、管構造の内部で生じる定在波の粒子速度の振幅の分布を示している。図１２（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ、基本振動、２倍振動、３倍振動の場合を示している。また、図１３（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ、基本振動、３倍振動、５倍振動の場合を示している。
【００４２】
図１２（ａ）において、管構造６０は、抵抗材６１を備えている。抵抗材６１は、定在波の粒子速度の腹（すなわち音圧の節）が生じる位置とその近傍に設けられている。ここにおいて、粒子速度の腹が生じる位置とは、管構造６０内部の気体粒子の振動する速さ（振動速度の振幅の絶対値）が極大となる位置をいう。開管においては、基本振動における粒子速度の腹の位置は両開口端の位置に相当する。なお、この場合において、粒子速度の腹の位置は、実際には開口端よりもわずかに外側にある（開口端補正）。ゆえに、抵抗材６１は、開口端からはみ出すように設けられてもよい。
【００４３】
一方、２倍振動や３倍振動においては、開口端の位置以外の位置にも粒子速度の腹が生じ、図１２（ｂ）及び（ｃ）に示すように、その位置に抵抗材６２又は６３が設けられる。すなわち、開管において抵抗材が設けられる位置（開口端の位置を除く。）をｄ1とすると、位置ｄ1は次の式（３．１）のように一般化することができる。なお、ここにおいて、位置ｄ1は、管構造のいずれかの開口端からの距離を表す。また、式（３．１）において、ｍは、１以上の整数であり、λは、定在波の波長の値である。
【数７】
2010097148.tif 000009
【００４４】
ここにおいて、波長λは、上述した式（１．１）に示す関係を満たす。そのため、式（３．１）は、開管の長さ（一方の開口端から他方の開口端までの距離）をＬTとすると、次の式（３．２）に置換することができる。ただし、ｄ１＜ＬT、すなわちｎ＞ｍである。
【数８】
2010097148.tif 000010
【００４５】
また、閉管においても、同様に、定在波の速度の腹が生じる位置とその近傍に抵抗材が設けられている。具体的には、基本振動における速度の腹の位置は、開口端の位置に相当する。そのため、抵抗材７１は、このような位置に設けられている。一方、２倍振動や３倍振動においては、抵抗材７１に加え、図１２（ｂ）及び（ｃ）に示す位置に抵抗材７２又は７３が設けられる。すなわち、閉管の長さ（閉端から開口端までの距離）をＬとし、閉管において抵抗材が設けられる位置をｄ2とすると、位置ｄ2は次の式（３．３）のように一般化することができる。なお、ここにおいて、位置ｄ2は、管構造の閉端からの距離を表す。また、式（３．３）において、ｍは、１以上の整数であり、λは、定在波の波長の値である。
【数９】
2010097148.tif 000011
【００４６】
ここにおいて、波長λは、上述した式（１．２）に示す関係を満たす。そのため、式（３．３）は、次の式（３．４）に置換することができる。ただし、ｄ2＜ＬT、すなわちｎ＞ｍである。
【数１０】
2010097148.tif 000012
【００４７】
このように、抵抗材を必要な領域にのみ設けるようにすれば、これを管構造の内部全体に設ける場合に比べ、抵抗材の量を減らすことが可能である。
なお、抵抗領域は、実際には、有意な効果が認められる位置のみに設けられていればよい。すなわち、上述したｍの値は、１以上の整数のすべてが対象となり得るものの、そのうちの適当なもののみが適宜選択されればよい。
【００４８】
（５）変形例５
本発明において、振動体は、その全体が一様な構成であってもよいし、その一部が他の部分と異なる質量を有する構成であってもよい。この構成において、当該一部は、他の部分と異なる密度を有するものであってもよいし、他の部分と同じ密度だが厚さが異なるものであってもよい。さらには、当該一部は、質量を付与するために他の部材を接着等により取り付けた構成であってもよい。なお、当該一部は、振動体の中央にあると望ましい。
【００４９】
図１４は、底面が１００ｍｍ×１００ｍｍの正方形で厚さが１０ｍｍの空気層を形成する筐体１１に、１００ｍｍ×１００ｍｍの正方形で厚さが０．８５ｍｍの振動体１２を固着し、振動体１２の中央部（大きさ２０ｍｍ×２０ｍｍ、厚さ０．８５ｍｍ）の面密度を変化させた際の吸音構造１０の吸音率のシミュレーション結果を示す図である。なお、シミュレーションは、ＪＩＳ Ａ１４０５−２（音響管による吸音率及びインピーダンスの測定−第２部：伝達関数法）に従って吸音構造１０を配置した音響室の音場を有限要素法により求め、その伝達関数より吸音特性を算出するものである。なお、本シミュレーションにおいては、振動体１２の質量成分による作用に注目し、管状部材１１３及び１１４の作用を除外することを目的に、管状部材１１３及び１１４を設けない構成を用いた。
【００５０】
図１４に示すシミュレーションに用いた振動体１２の構成は、以下のとおりである。なお、面密度及び平均密度の単位は、いずれも「ｇ／ｍ2」である。また、振動体１２のうち中央部を除いた部分の面密度は、いずれも７９９（ｇ／ｍ2）である。
（１）中央部の面密度：３９９．５、振動体の平均密度：７８３
（２）中央部の面密度：７９９、振動体の平均密度：７９９
（３）中央部の面密度：１１９９、振動体の平均密度：８１５
（４）中央部の面密度：１５９８、振動体の平均密度：８３１
（５）中央部の面密度：２２９７、振動体の平均密度：８６３
【００５１】
図１４に示すように、吸音率は、３００〜５００Ｈｚの間と、７００Ｈｚ付近において高くなっている。７００Ｈｚ付近の吸音率のピークは、振動体１２の質量成分と空気層のバネ成分によって形成されるバネマス系の共振によるものである。本シミュレーションの吸音構造においては、バネマス系の共振周波数での吸音率をピークとして音が吸音されており、中央部の面密度を大きくしても、振動体１２全体としての質量は大きく変わらないので、バネマス系の共振周波数も大きくは変わらない。
【００５２】
一方、３００〜５００Ｈｚの間での吸音率のピークは、振動体１２の屈曲振動によって形成される屈曲系の共振によるものである。本シミュレーションの吸音構造においては、屈曲系の共振周波数での吸音率が低音域側のピークとして表れており、中央部の面密度を異ならせると、屈曲系の共振周波数がバネマス系の共振周波数よりも大きく変化する。また、屈曲系の共振周波数は、図示のとおり、中央部の面密度が大きくなるほど低くなる。
【００５３】
一般に、屈曲系の共振周波数は、振動体１２の弾性振動を支配する運動方程式で決定され、振動体１２の密度（及び面密度）に反比例する。また、屈曲系の共振周波数は、固有振動の腹（振幅が極大値となる場合）の密度の影響を強く受ける。本シミュレーションにおいては、１×１の固有モードの腹となる領域（すなわち中央部）を異なる面密度で形成したことにより、屈曲系の共振周波数が変化したのである。
【００５４】
図１４に示すシミュレーション結果は、振動体１２の中央部の面密度をその他の部分の面密度より大きくすると、吸音のピークとなる周波数のうち、低音域側の吸音率のピークがさらに低音域側へ移動することを表している。したがって、中央部の面密度を変更すれば、吸音のピークとなる周波数の一部をさらに低音域側又は高音域側に移動（シフト）させることが可能である。
【００５５】
以上のことから、本発明に係る吸音構造においては、中央部の面密度を変えることによって、吸音のピーク周波数を変える（シフトさせる）ことができるといえる。すなわち、本発明に係る吸音構造によれば、振動体の中央部の質量を異ならせるだけで、吸音構造全体としての質量を大きく変えることなく、より低い周波数の音を吸音することができるようになる。これにより、本発明に係る吸音構造は、吸音対象の音の周波数が変化する場合においても、振動体の中央部の質量を変化させるだけで、音の変化に対応することが可能となる。
【００５６】
（６）変形例６
本発明は、上述した吸音構造を備える音響室としても実施可能である。かかる音響室は、例えば、スピーカや防音室などの、楽音の聴取の用に供される物品や構造物である。また、船舶、飛行機、車両等の乗り物の壁面や、浴室や浴槽などの壁面に本発明を適用し、音響室を構成するようにしてもよい。本発明は、特定の周波数の音が騒音として生じるような場所に適用するに好適なものであるため、かかる物品や構造物に用いると、騒音の抑制に一定の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】吸音構造の構造を示す図
【図２】筐体の構造を示す図
【図３】筐体及び振動体の構造を示す断面図
【図４】吸音構造の構造を示す図
【図５】筐体の構造を示す図
【図６】筐体及び振動体の構造を示す断面図
【図７】筐体の構造を示す図
【図８】筐体の構造を示す図
【図９】筐体の構造を示す図
【図１０】筐体の構造を示す図
【図１１】管構造の構造を示す図
【図１２】抵抗領域を有する管構造の構造を示す図
【図１３】抵抗領域を有する管構造の構造を示す図
【図１４】吸音率のシミュレーション結果を示す図
【符号の説明】
【００５８】
１０、２０…吸音構造、１１、２１、３１、４１、５０…筐体、１１１…側面部、１１２…底面部、１１３、１１４…管構造、２１１…外側面部、２１２…内側面部、２１３…底面部、６１、６２、６３、７１、７２、７３…抵抗材
【図１】
2010097148.tif 000013
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010097148.tif 000019
【図８】
2010097148.tif 000020
【図９】
2010097148.tif 000021
【図１０】
2010097148.tif 000022
【図１１】
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【図１２】
2010097148.tif 000024
【図１３】
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【図１４】
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