(57)【要約】  ２次元的に配置された複数の防音セルを有し、その各々は、開口を形成する枠材からなる枠と、枠に固定された膜と、を備え、複数の防音セルの中には、第１共振周波数が異なる２種以上の防音セルが存在し、各防音セルの第１共振周波数の中で最低の周波数以上でかつ各防音セルの第１共振周波数の中で最大の周波数以下の範囲内に透過損失が極大となる遮蔽ピーク周波数を有することにより、軽量で薄く、その形状に遮蔽周波数及び大きさ等の遮音特性が依存することなく、遮音材としてのロバスト性が高く、かつ安定性があり、機器、自動車、及び一般家庭の用途に適し、製造適性に優れた防音構造を提供する。
2016208580.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元的に配置された複数の防音セルを有する防音構造であって、
前記複数の防音セルの各々は、
開口を形成する枠材からなる枠と、
前記枠に固定された膜と、を備え、
前記複数の防音セルの中には、第１共振周波数が異なる２種以上の防音セルが存在し、
各防音セルの第１共振周波数の中で最低の周波数以上でかつ各防音セルの第１共振周波数の中で最大の周波数以下の範囲内に透過損失が極大となる遮蔽ピーク周波数を有することを特徴とする防音構造。
【請求項２】
前記第１共振周波数は、各防音セルの前記枠の幾何学的形態と前記膜の剛性とによって定まり、
前記遮蔽ピーク周波数は、１つ以上存在し、
各遮蔽ピーク周波数は、それぞれ異なる２つの隣接する前記第１共振周波数の間の周波数に定まるものである請求項１に記載の防音構造。
【請求項３】
前記複数の防音セルの前記第１共振周波数のうち、２つ以上の異なる前記第１共振周波数は、１０Ｈz〜１０００００Ｈｚの範囲内に含まれる請求項１〜２のいずれか１項に記載の防音構造。
【請求項４】
前記枠の円相当半径をＲ（ｍ）、前記膜の厚みをｔ（ｍ）、前記膜のヤング率をＥ（Ｐａ）、前記膜の密度をｄ（ｋｇ／ｍ３）とする時、前記第１共振周波数が異なる前記２種以上の防音セルに関して、それぞれ下記式（１）で表されるパラメータＢが、１５．４７以上２．３５０×１０５以下である請求項１〜３のいずれか１項に記載の防音構造。
Ｂ＝ｔ／Ｒ２＊√（Ｅ／ｄ）                      …（１）
【請求項５】
前記複数の防音セルの前記枠の平均サイズは、前記遮蔽ピーク周波数に対応する波長サイズ以下である請求項１〜４のいずれか１項に記載の防音構造。
【請求項６】
前記第１共振周波数が異なる前記２種以上の防音セルは、互いに異なる膜厚の２種類以上の前記膜を有する請求項１〜５のいずれか１項に記載の防音構造。
【請求項７】
前記第１共振周波数が異なる前記２種以上の防音セルは、互いに異なる枠サイズの２種類以上の前記枠を有する請求項１〜６のいずれか１項に記載の防音構造。
【請求項８】
前記第１共振周波数が異なる前記２種以上の防音セルは、互いに異なる張力をかけた２種類以上の前記膜を有する請求項１〜７のいずれか１項に記載の防音構造。
【請求項９】
前記第１共振周波数が異なる前記２種以上の防音セルは、同種の膜材質の前記膜で構成されている請求項６〜８のいずれか１項に記載の防音構造。
【請求項１０】
前記第１共振周波数が異なる前記２種以上の防音セルは、互いに異なる膜材質を用いた２種類以上の前記膜を有する請求項１〜８のいずれか１項に記載の防音構造。
【請求項１１】
前記第１共振周波数が同一である前記防音セルが連続して続く領域が、前記遮蔽ピーク周波数における波長長さ未満である請求項１〜１０のいずれか１項に記載の防音構造。
【請求項１２】
前記複数の防音セルの前記膜は、該膜を貫通する１以上の穴を有する請求項１〜１１のいずれか１項に記載の防音構造。
【請求項１３】
前記複数の防音セルは、前記第１共振周波数が異なる第１防音セルと第２防音セルとを有し、
前記第１防音セルの第１共振周波数と、前記第２防音セルの高次の共振周波数とが一致する請求項１〜１２のいずれか１項に記載の防音構造。
【請求項１４】
前記第１防音セルの第１共振周波数と、前記第２防音セルの高次の共振周波数とが一致する時、前記第１防音セルと前記第２防音セルとを備える前記防音構造は、最大吸収率を示すものであり、
前記第１防音セルの第１共振周波数と、前記第２防音セルの高次の共振周波数とが一致するとは、前記第１防音セルの第１共振周波数と、前記第２防音セルの高次の共振周波数との差が、前記第２防音セルの高次の共振周波数の±１／３以内であることを指す請求項１３に記載の防音構造。
【請求項１５】
前記第１防音セルは、その開口を覆う１層の膜を有し、前記第２防音セルは、その開口をそれぞれ覆う複数層の膜を有する請求項１３または１４に記載の防音構造。
【請求項１６】
前記第２防音セルは、２層の膜を有し、
前記第２防音セルの高次の共振周波数は、前記第２防音セルの前記２層の膜の変位が反対方向に動く共振モードの共振周波数である請求項１５に記載の防音構造。
【請求項１７】
前記複数の防音セルの前記枠の枠サイズ、または枠厚は、音波の波長の１／４未満の大きさである請求項１３〜１６のいずれか１項に記載の防音構造。
【請求項１８】
前記第２防音セルは、その開口をそれぞれ覆う複数層の膜を有し、
前記複数層の膜の隣接する膜間の距離は、音波の波長の１／４未満の大きさである請求項１３〜１７のいずれか１項に記載の防音構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、防音構造に係り、詳しくは、枠と、枠に固定された膜とを有する実効的な堅さの異なる２種以上の防音セルが複数２次元的に配置され、ターゲットとなる周波数の音を選択的に強く遮蔽するための防音構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な遮音材は、質量が重ければ重いほど音を良く遮蔽するために、良好な遮音効果を得るために、遮音材自体が大きく重くなってしまう。一方、特に、低周波成分の音を遮蔽することは困難である。一般に、この領域は、質量則と呼ばれ周波数が２倍になると遮蔽が６ｄＢ大きくなることが知られている。
このように、従来のほとんどの防音構造は、構造の質量で遮音を行っていたために大きく重くなりまた低周波の遮蔽が困難という欠点があった。
このため、機器、自動車、及び一般家庭など様々な場面に対応する遮音材として軽くて薄い遮音構造が求められている。そこで、近年、薄く軽い膜構造に枠を取り付けて膜の振動を制御する遮音構造が注目されている（特許文献１、２、及び３参照）。
この構造の場合、遮音の原理が上記質量則と異なる剛性則となるため薄い構造でも低周波成分をより遮蔽できる。この領域は、剛性則と呼ばれ、枠部分で膜振動が固定されることによって膜が枠開口と一致する有限サイズのときと同様の振る舞いとなる。【０００３】
特許文献１においては、貫通孔が形成された枠体と、貫通孔の一方の開口を覆う吸音材を有し、吸音材の第１の貯蔵弾性率Ｅ１が９．７×１０６以上であり、第２の貯蔵弾性率Ｅ２が３４６以下である吸音体が開示されている（要約、請求項１、段落［０００５］〜［０００７］、［００３４］等参照）。なお、吸音材の貯蔵弾性率は、吸音により吸音材に生じたエネルギのうち内部に保存する成分を意味する。
特許文献１では、実施例では、配合の材料を樹脂又は樹脂とフィラーの混合物とする吸音材を用いることにより、吸音体の大型化を招くことなく、吸音率のピーク値が０．５〜１．０であり、ピーク周波数が２９０〜５００Ｈｚであり、５００Ｈｚ以下の低周波領域において高度な吸音効果を達成することができるとしている。【０００４】
また、特許文献２には、複数の個々のセルに分割された、音響的に透過性のある２次元の剛性フレームと、剛性フレームに固定されたフレキシブルな材料のシートと、複数の錘と、を具備する音響減衰パネルであって、複数の個々のセルは、大体２次元セルであり、各錘は、各セルにそれぞれ錘が設けられるようにフレキシブルな材料のシートに固定され、音響減衰パネルの共鳴周波数は、個々の各セルの２次元形状、フレキシブルな材料の柔軟性、及びその上の各錘によって定義される音響減衰パネル、及び音響減衰構造が開示されている（請求項１、１２、及び１５、図４、第４欄等参照）。
なお、特許文献２には、従来と比較して、この音響減衰パネルは以下の利点があることが開示されている。即ち、（１）音響パネルは非常に薄くできる。（２）音響パネルは非常に軽量（密度が低い）にできる。（３）パネルは広い周波数範囲にわたって質量則に従わないで広い周波数の局部的共振音響材料（ＬＲＳＭ：Locally Resonant Sonic Materials）を形成するために一緒に積層でき、特に、これは５００Ｈｚよりも低い周波数で質量則から外れることができる。（４）パネルは容易に、廉価に製造できる。（第５欄第６５行〜第６欄第５行参照）。
また、特許文献３は、枠となる区画壁で仕切られ、板状部材による後壁（剛壁）で閉じられ、前部が開口部を形成する空洞の開口部を覆う膜材（膜状吸音材）が被せられ、その上から押さえ板が載せられ、膜材の音波による変位が最も生じにくい領域である開口部の周縁部の固定端から膜状吸音材の面の寸法の２０％の範囲内の領域（隅部分）にヘルムホルツ共鳴用の共鳴穴が形成された吸音体を開示している。この吸音体においては、共鳴穴を除いて、空洞は閉塞されている。この吸音体は、膜振動による吸音作用とヘルムホルツ共鳴による吸音作用を併せて奏する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４８３２２４５号公報
【特許文献２】米国特許第７３９５８９８号公報（対応日本特許公開：特開２００５−２５０４７４号公報参照）
【特許文献３】特開２００９−１３９５５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、従来のほとんどの防音構造は、構造の質量で遮音を行っていたために、大きく、かつ重くなり、また、低周波の遮蔽が困難という欠点があった。
また、特許文献１に開示の吸音体では、軽量で、吸音率のピーク値が０．５以上と高く、ピーク周波数が５００Ｈｚ以下の低周波領域において高度な吸音効果を達成することができるが、吸音材の選択の幅が狭く、難しいという問題があった。
更に、膜振動と背後空気層の連成による吸音を原理としているために、条件を満たすためには厚い枠と背後の壁が必要となっていた。このために、設置する場所や大きさに制限が大きかった。
また、このような吸音体の吸音材は、枠体の貫通孔を完全にふさぐものであるため、風、及び熱を通す能力がなく熱がこもりがちとなり、特許文献１に開示の特に機器及び自動車の遮音に向かないという問題があった。
また、特許文献１に開示の吸音体の遮音性に関しては通常の剛性則もしくは質量則にしたがってなだらかに変化してしまうため、モータ音など特定の周波数成分がパルス的に強く発することの多い一般の機器及び／又は自動車において有効に用いることが困難であった。【０００７】
また、特許文献２では、音響減衰パネルは、非常に薄く軽量で低密度にでき、５００Ｈｚよりも低い周波数で使用でき、質量密度の法則から外れることができ、容易に廉価に製造できるとしているが、機器、自動車、及び一般家庭などで求められている更に軽く薄い遮音構造としては、以下のような問題点があった。
特許文献２に開示の音響減衰パネルでは、膜に錘が必須であるため、構造が重いものとなり機器、自動車、及び一般家庭などに用いることが難しい。
錘を各セル構造に配置するための容易な手段がなく、製造適性がない。
錘の重さ、及び膜上での位置に遮蔽の周波数・大きさが強く依存するため、遮音材としてのロバスト性が低く安定性がない。
また、特許文献３では、膜振動による吸音作用とヘルツホルム共鳴による吸音作用を合わせて利用する必要があるので、枠となる区画壁の後壁は板状部材によって閉塞されており、特許文献１と同様に、風、及び熱を通す能力がなく熱がこもりがちとなり、機器及び自動車等の遮音に向かないという問題があった。【０００８】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、軽量で薄く、その形状に遮蔽周波数及び大きさ等の遮音特性が依存することなく、遮音材としてのロバスト性が高く、かつ安定性があり、機器、自動車、及び一般家庭の用途に適し、製造適性に優れた防音構造を提供することにある。
なお、本発明において、「防音」とは、音響特性として、「遮音」と「吸音」の両方の意味を含むが、特に、「遮音」を言い、「遮音」は、「音を遮蔽する」こと、即ち「音を透過させない」こと、したがって、音を「反射」すること（音響の反射）、及び音を「吸収」すること（音響の吸収）を含めて言う。（三省堂  大辞林（第三版）、及び日本音響材料学会のウェブページのhttp://www.onzai.or.jp/question/soundproof.html、並びにhttp://www.onzai.or.jp/pdf/new/gijutsu201312_3.pdf参照）
以下では、基本的に、「反射」と「吸収」とを区別せずに、両者を含めて「遮音」及び「遮蔽」と言い、両者を区別する時に、「反射」及び「吸収」と言う。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の防音構造は、２次元的に配置された複数の防音セルを有する防音構造であって、複数の防音セルの各々は、開口を形成する枠材からなる枠と、枠に固定された膜と、を備え、複数の防音セルの中には、第１共振周波数が異なる２種以上の防音セルが存在し（又は、複数の防音セルは、第１共振周波数が異なる２種以上の防音セルを有し）、各防音セルの第１共振周波数の中で最低の周波数以上でかつ各防音セルの第１共振周波数の中で最大の周波数以下の範囲内に透過損失が極大となる遮蔽ピーク周波数を有することを特徴とする。【００１０】
ここで、第１共振周波数は、各防音セルの枠の幾何学的形態と膜の剛性とによって定まり、遮蔽ピーク周波数は、１つ以上存在し、各遮蔽ピーク周波数は、それぞれ異なる２つの隣接する第１共振周波数の間の周波数に定まるものであることが好ましい。
また、複数の防音セルの第１共振周波数のうち、２つ以上の異なる第１共振周波数は、１０Ｈz〜１０００００Ｈｚの範囲内に含まれることが好ましい。
また、枠の円相当半径をＲ（ｍ）、膜の厚みをｔ（ｍ）、膜のヤング率をＥ（Ｐａ）、膜の密度をｄ（ｋｇ／ｍ３）とする時、第１共振周波数が異なる２種以上の防音セルに関して、それぞれ下記式（１）で表されるパラメータＢが、１５．４７以上２．３５０×１０５以下であることが好ましい。
Ｂ＝ｔ／Ｒ２＊√（Ｅ／ｄ）                      …（１）
また、複数の防音セルの枠の平均サイズは、遮蔽ピーク周波数に対応する波長サイズ以下であることが好ましい。【００１１】
また、第１共振周波数が異なる２種以上の防音セルは、互いに異なる膜厚の２種類以上の膜を有することが好ましい。
また、第１共振周波数が異なる２種以上の防音セルは、互いに異なる枠サイズの２種類以上の枠を有することが好ましい。
また、第１共振周波数が異なる２種以上の防音セルは、互いに異なる張力をかけた２種類以上の膜を有することが好ましい。
また、第１共振周波数が異なる２種以上の防音セルは、同種の膜材質の膜で構成されていることが好ましい。
また、第１共振周波数が異なる２種以上の防音セルは、互いに異なる膜材質を用いた２種類以上の膜を有することが好ましい。【００１２】
また、第１共振周波数が同一である防音セルが連続して続く領域が、遮蔽ピーク周波数における波長長さ未満であることが好ましい。
また、複数の防音セルの膜は、膜を貫通する１以上の穴を有することが好ましい。
また、１以上の穴は、同一サイズの複数の穴で構成されることが好ましい。
また、複数の防音セルの１以上の穴は、その７０％以上が同一サイズの穴で構成されることが好ましい。
また、１以上の穴のサイズは、２μｍ以上であることが好ましい。【００１３】
また、膜は、空気に対して不浸透性であることが好ましい。
また、防音セルの１つの穴は、膜の中心に設けられていることが好ましい。
また、膜は、可撓性のある弾性材料製であることが好ましい。
また、複数の防音セルの枠は、複数の防音セルを覆う１つの枠体によって構成されたものであることが好ましい。
また、複数の防音セルの内の第１共振周波数が同一である防音セルの膜は、複数の防音セルを覆う１枚のシート状の膜体によって構成されることが好ましい。【００１４】
また、複数の防音セルは、第１共振周波数が異なる第１防音セルと第２防音セルとを有し、第１防音セルの第１共振周波数と、第２防音セルの高次の共振周波数とが一致することが好ましい。
ここで、第１防音セルの第１共振周波数と、第２防音セルの高次の共振周波数とが一致する時、第１防音セルと前記第２防音セルとを備える防音構造は、最大吸収率を示すものであり、第１防音セルの第１共振周波数と、第２防音セルの高次の共振周波数とが一致するとは、第１防音セルの第１共振周波数と、第２防音セルの高次の共振周波数との差が、第２防音セルの高次の共振周波数の±１／３以内であることを指す。【００１５】
また、第１防音セルは、その開口を覆う１層の膜を有し、第２防音セルは、その開口をそれぞれ覆う複数層の膜を有することが好ましい。
第２防音セルは、２層の膜を有し、第２防音セルの高次の共振周波数は、第２防音セルの２層の膜の変位が反対方向に動く共振モードの共振周波数であることが好ましい。【００１６】
また、複数の防音セルの前記枠の枠サイズ、または枠厚は、音波の波長の１／４未満の大きさであることが好ましい。
また、第２防音セルは、その開口をそれぞれ覆う複数層の膜を有し、複数層の膜の隣接する膜間の距離は、音波の波長の１／４未満の大きさであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、軽量で薄く、その形状に遮蔽の周波数及び大きさ等の遮音特性が依存することなく、遮音材としてのロバスト性が高く、かつ安定性があり、機器、自動車、及び一般家庭の用途に適し、製造適性に優れた防音構造を提供することができる。
特に、本発明によれば、枠と膜とからなる遮蔽構造の堅さ、具体的には、膜の材質（ヤング率、密度等の膜物性）、膜厚み、膜サイズ（枠サイズ）、及び膜の張力等で決定される実効的な堅さの異なる２種以上の防音セルを用いることで任意の狙った周波数成分を極めて強く遮蔽し、即ち反射かつ／又は吸収することができる。
即ち、本発明によれば、「堅さ」の異なる２つの枠及び膜からなる構造体、例えば、同じ枠に厚みが違う２種の膜及び／又は種類（物性）の違う２種の膜を貼ること、又はサイズの異なる枠に同じ膜を貼ることだけで強い音響遮音が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る防音構造の一例を模式的に示す平面図である。
【図２】図１に示す防音構造のII−II線で切断した模式的断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係る防音構造の一例を模式的に示す平面図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る防音構造の一例を模式的に示す平面図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係る防音構造の一例を模式的に示す平面図である。
【図６】図１に示す防音構造の厚みの異なる膜の複数の組み合わせについての周波数に対する透過損失で表される遮音特性を示すグラフである。
【図７】図１に示す防音構造の厚みの異なる膜の他の複数の組み合わせについての遮音特性を示すグラフである。
【図８】図１に示す防音構造の物性の異なる膜の複数の組み合わせについての遮音特性を示すグラフである。
【図９】図４に示す防音構造のサイズの異なる枠の複数の組み合わせについての遮音特性を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施例１の防音構造の遮音特性を示すグラフである。
【図１１】本発明の実施例１の防音構造の音の吸収特性を示すグラフである。
【図１２】図１に示す枠−膜構造を持つ本発明の実施例１の防音構造の遮音特性の測定結果及びシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１３】本発明の実施例２の防音構造の遮音特性を示すグラフである。
【図１４】本発明の実施例２の防音構造の音の吸収特性を示すグラフである。
【図１５】本発明の実施例３の防音構造の遮音特性を示すグラフである。
【図１６】本発明の実施例３の防音構造の音の吸収特性を示すグラフである。
【図１７】本発明の実施例１、比較例１及び比較例２の防音構造の遮音特性を示すグラフである。
【図１８】図１に示す防音構造の張力の異なる膜の組み合わせについての遮音特性を示すグラフである。
【図１９】図１に示す防音構造の厚みの異なる膜を３種類組み合わせたときについての周波数に対する透過損失で表される遮音特性を示すグラフである。
【図２０】様々な枠形状を有する本発明の防音構造のパラメータＢに対する第１共振周波数を示すグラフである。
【図２１】四角形枠を有する本発明の防音構造のパラメータＢに対する第１共振周波数を示すグラフである。
【図２２】本発明の他の実施形態に係る防音構造の一例を模式的に示す断面図である。
【図２３】本発明の他の実施形態に係る防音構造の一例を模式的に示す断面図である。
【図２４】本発明の実施例５の防音構造の遮音特性を示すグラフである。
【図２５】本発明の実施例５の防音構造の音の透過特性、反射特性及び吸収特性を示すグラフである。
【図２６】本発明の実施例５の防音構造および防音構造を構成する防音セルの音の吸収特性を示すグラフである。
【図２７】本発明の実施例５の防音構造の膜変位とそれを模式的に示す図である。
【図２８】図２７に示す膜変位における局所速度を示す図である。
【図２９】本発明の実施例６の防音構造の音の透過特性、反射特性および吸収特性を示すグラフである。
【図３０】本発明の実施例６の防音構造の膜変位を示す図である。
【図３１】図３０に示す膜変位における局所速度を示す図である。
【図３２】図２３に示す第１防音セルの異なる枠サイズについての音の吸収特性を示すグラフである。
【図３３】図３２に示す各枠サイズの第１防音セルを備える図２３に示す防音構造の最大吸収率を示すグラフである。
【図３４】第１防音セルの第１共振周波数と第２防音セルの高次の共振周波数との各差における図２３に示す防音構造の最大吸収率を示すグラフである。
【図３５】本発明の防音構造を持つ防音部材の一例の断面模式図である。
【図３６】本発明の防音構造を持つ防音部材の他の一例の断面模式図である。
【図３７】本発明の防音構造を持つ防音部材の壁への取付状態の一例を示す断面模式図である。
【図３８】図３７に示す防音部材の壁からの取外状態の一例の断面模式図である。
【図３９】本発明の防音構造を持つ防音部材の他の一例における単位ユニットセルの着脱を示す平面図である。
【図４０】本発明の防音構造を持つ防音部材の他の一例における単位ユニットセルの着脱を示す平面図である。
【図４１】本発明の防音構造の防音セルの一例の平面図である。
【図４２】図４１に示す防音セルの側面図である。
【図４３】本発明の防音構造の防音セルの一例の平面図である。
【図４４】図４３に示す防音セルのＡ−Ａ線矢視断面模式図である。
【図４５】本発明の防音構造を持つ防音部材の他の一例の平面図である。
【図４６】図４５に示す防音部材のＢ−Ｂ線矢視断面模式図である。
【図４７】図４５に示す防音部材のＣ−Ｃ線矢視断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明に係る防音構造を添付の図面に示す好適実施形態を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る防音構造の一例を模式的に示す平面図であり、図２は、図１に示す防音構造のII−II線で切断した模式的な断面図である。図３〜図５は、それぞれ本発明の他の実施形態に係る防音構造の一例を模式的に示す平面図である。
【００２０】
図１及び図２に示す本発明の防音構造１０は、開口１２をそれぞれ有し、２次元的に配置された複数、図示例では３６個の枠１４を形成する枠体１６と、それぞれの枠１４の開口１２を覆うようにそれぞれの枠１４に固定される、複数、図示例では３６個の膜１８を形成するシート状の膜体２０とを有する。複数（３６個）の膜１８は、それぞれ複数、図示例では１８個ずつの、互いに厚み及び／又は種類（ヤング率、密度等の物性）が異なる２種類の膜１８ａ及び１８ｂからなり、膜体２０は、それぞれ複数（１８個）の膜１８ａ及び１８ｂを形成するシート状の膜体２０ａ及び２０ｂからなる。
【００２１】
本実施形態の防音構造１０において、１つの枠１４と、この枠１４に固定された膜１８とは、１つの防音セル２２を構成する。
したがって、防音構造１０は、２次元的に配置された複数、図示例では３６個の防音セル２２を有するものである。これらの防音セル２２は、それぞれ、枠１４と膜１８ａからなり、所定の第１共振周波数を持つ複数（１８個）の防音セル２２ａと、枠１４と膜１８ｂからなり、防音セル２２ａと異なる所定の第１共振周波数を持つ複数（１８個）の防音セル２２ｂとからなる。これらの１８個ずつの防音セル２２ａ及び２２ｂは、それぞれ図中右側及び左側に隣接して６行３列に配置される。図示例では、右端の列の６個の防音セル２２ａと左端の列の６個の防音セル２２ｂとが隣接するように配置される。なお、第１共振周波数とは、各防音セル２２ａ及び２２ｂの最も低次の共振周波数である。本実施形態の防音構造１０においては、互いに厚み及び／又は種類（物性）の異なる膜１８ａ及び１８ｂを用いることによって、それぞれ互いに異なる第１共振周波数を持つ２種類の防音セル２２ａ及び２２ｂを構成している。
本発明の防音構造１０は、異なる第１共振周波数を持つ２種類の防音セル２２ａおよび２２ｂにより、両者の第１共振周波数の間に透過損失が極大となる遮蔽ピーク周波数を有する。なお、２種類の防音セルの第１共振周波数及び遮蔽のピークを表わす遮蔽ピーク周波数については、後述する。
【００２２】
図示例の防音構造１０は、互いに厚み及び／又は種類（物性）の異なる膜を持つ２種類の複数の防音セル２２（２２ａ、２２ｂ）によって構成されるものであるが、本発明はこれに限定されず、１つの防音セル２２ａと、２２ｂとから構成されるものであっても良い。
なお、図示例の防音構造１０においては、複数（１８個）の防音セル２２ａと、複数（１８個）の防音セル２２ｂとは、１つの境界線の両側に、図示例では左右に、それぞれ集まって（纏って）配置されているが、本発明はこれに限定されず、図３に示す防音構造１０ａのように、防音セル２２ａと防音セル２２ｂとが千鳥状の配置されるものであっても良い。図３に示す防音構造１０ａでは、厚さ及び／又は種類（物性）が互いに異なる膜１８ａ及び１８ｂが千鳥状にそれぞれ枠１４の開口１２を覆うように枠１４に張り付けられるので、全体としてシート状の膜体２０を構成するが、同種の膜１８ａ及び１８ｂ同士が連続したシート状の膜体２０ａ及び２０ｂは存在しない。
【００２３】
なお、図１に示す防音構造１０では、複数の防音セル２２ａ及び２２ｂは、それぞれ２つの領域中の異なる１つの領域に連続して配置され、図３に示す防音構造１０ａでは、防音セル２２ａ同士、及び防音セル２２ｂ同士がそれぞれ連続することはなく、防音セル２２ａの周囲４方（前後左右）には防音セル２２ｂが配置され、防音セル２２ｂの周囲４方（前後左右）には防音セル２２ａが配置されるが、本発明はこれに限定されず、両者の中間的な状態に配置されていても良い。例えば、部分的に複数の防音セル２２ａ同士が連続した領域、及び複数の防音セル２２ｂ同士が連続した領域があり、それらの領域が千鳥配置されていても良いし、この配置と図３に示す防音セル２２ａ及び２２ｂの配置とが混合された中間的な状態に配置されていても良い。
また、本発明の防音構造１０及び１０ａのように、実効的な堅さの異なる防音セル２２ａ及び２２ｂは、同数であるのが好ましいが、本発明はこれに限定されず、後述する遮蔽ピーク周波数が、後述する２つの防音セル２２ａ及び２２ｂのそれぞれの第１共振周波数の間に明確に存在することができれば、両防音セル２２ａ及び２２ｂの数は、異なっていても良い。
【００２４】
本実施形態の防音構造１０において、防音セル２２ａの膜１８ａと、防音セル２２ｂの膜１８ｂとは、上述したように、膜１８の厚み及び／又は種類（ヤング率、密度等の物性）が互いに異なるため、枠１４及び膜１８を組み合わせた枠−膜構造の防音セル２２の一方の防音セル２２ａと他方の防音セル２２ｂとは、枠−膜構造としての膜の堅さが互いに異なる２種類の枠−膜構造である。この２種類の枠−膜構造の防音セル２２ａ及び防音セル２２ｂでは、一方の構造が質量則側の振る舞いを示し、他の構造が剛性則側の振る舞いをする周波数において互いの構造を透過する音波が互いに打消し合うので、本実施形態の防音構造１０においては、強い遮音を得ることができる。
【００２５】
本発明において、「堅さ」とは、膜物性の堅さの指標であるヤング率だけではなく、膜の厚み、及び／又は膜種類（ヤング率や密度等の膜物性）等で決定される枠−膜構造における実効的な堅さのことを言う。なお、本発明においては、実効的な堅さは、膜の厚み、及び／又は膜種類（ヤング率や密度等の膜物性）等のみならず、枠１４のサイズ、即ち、枠１４の開口１２のサイズ、したがって、枠１４に貼り付けられる膜１８のサイズによって決定されるものであっても良い。
図１に示す例では、実効的な堅さが互いに異なる膜１８（１８ａ、１８ｂ）を持つ枠−膜構造の防音セル２２は、防音セル２２ａ及び２２ｂの２種類であるが、本発明はこれに限定されず、実効的な堅さが互いに異なる膜１８を持つ３種類以上の防音セル２２からなるものであっても良い。以下では、２種類の防音セルを代表例として説明する。
【００２６】
枠１４は、厚みのある板状部材である枠材１５で環状に囲むように形成された、内部に開口１２を有し、少なくともの一方の側において開口１２を覆うように膜１８（１８ａ、１８ｂ：以下では、両者を区別して説明する必要がある場合を除いて、参照符号１８で表すものとする）を固定するためのもので、この枠１４に固定された膜１８の膜振動の節となるものである。したがって、枠１４は、膜１８に比べて、剛性が高く、具体的には、単位面積当たりの質量及び剛性は、共に高い必要がある。
枠１４の形状は、膜１８の全外周を抑えることができるように膜１８を固定できる閉じた連続した形状であることが好ましいが、本発明は、これに限定されず、枠１４が、これに固定された膜１８の膜振動の節となるものであれば、一部が切断され、不連続な形状であっても良い。即ち、枠１４の役割は、膜１８を固定して膜振動を制御することにあるため、枠１４に小さな切れ目が入っていても、極わずかに接着していない部位が存在していても効果を発揮する。
【００２７】
また、枠１４によって形成される開口１２の形状は、平面形状で、図１に示す例では正方形であるが、本発明においては、特に制限的ではなく、例えば、長方形、ひし形、又は平行四辺形等の他の四角形、正三角形、２等辺三角形、又は直角三角形等の三角形、正五角形、又は正六角形等の正多角形を含む多角形、円形、若しくは楕円形等であっても良いし、不定形であっても良い。なお、枠１４の開口１２の両側の端部は、共に閉塞されておらず、共にそのまま外部に開放されている。この開放された開口１２の少なくとも一方の端部に開口１２を覆うように膜１８が枠１４に固定される。
また、枠１４のサイズは、平面視のサイズであり、その開口１２のサイズとして定義できるが、図１に示す正方形のような正多角形、又は円の場合には、その中心を通る対向する辺間の距離、又は円相当直径と定義することができ、多角形、楕円又は不定形の場合には、円相当直径と定義することができる。本発明において、円相当直径及び半径とは、それぞれ面積の等しい円に換算した時の直径及び半径である。
なお、本発明の防音構造１０において、枠１４のサイズは、厚み及び／又は種類（物性）が互いに異なる２種類以上の膜１８を用いる場合には、全ての枠１４において、一定であっても良いが、異なるサイズ（形状が異なる場合も含む）の枠が含まれていても良く、この場合には、枠１４のサイズとして、枠１４の平均サイズを用いればよい。
【００２８】
一方、本発明の防音構造１０において、厚み及びは種類（物性）が同一の１種類の膜１８を用いる場合には、図４に示す防音構造１０ｂのように、枠１４のサイズは、互いに異なる２種以上のサイズを持つものであっても良い。
図４に示す防音構造１０ｂは、長方形の開口１２ａを形成する枠材１５からなる複数、図示例では８個の枠１４ａと、長方形の開口１２ａの短辺を１辺とし、開口１２ａとサイズが異なる正方形の開口１２ｂを形成する枠材１５からなる複数、図示例では８個の枠１４ｂとからなる複数（１６個）の枠１４を有する枠体１６と、全ての枠１４ａの開口１２ａ及び全ての枠１４ｂの開口１２ｂを覆うように全部の枠１４に固定される同一材料からなるシート状の膜体２０とを有する。防音構造１０ｂでは、シート状の膜体２０は、枠１４ａの開口１２ａを覆う膜１８ｃと、枠１４ｂの開口１２ｂを覆う膜１８ｄとの複数（１６個）の膜１８を形成し、枠１４ａ及び膜１８ｃは、防音セル２２ｃを構成し、枠１４ｂ及び膜１８ｄは、防音セル２２ｄを構成する。
なお、防音構造１０ｂでは、枠１４ａと１４ｂとは、したがって、膜１８ｃと膜１８ｄとは、それぞれ１辺が共通な長さを持つ長方形と正方形を成すが、枠１４ａと１４ｂとのサイズ、したがって開口１２を覆う膜１８のサイズが異なるものであれば、本発明はこれに限定されず、いかなる形状であっても、いかなるサイズであっても良い。
【００２９】
このような枠１４のサイズは、特に制限的ではなく、本発明の防音構造１０、１０ａ、及び１０ｂ（以下、防音構造１０で代表する）が防音のために適用される防音対象物、例えば、複写機、送風機、空調機器、換気扇、ポンプ類、発電機、ダクト、その他にも塗布機、回転機、搬送機など音を発する様々な種類の製造機器等の産業用機器、自動車、電車、航空機等の輸送用機器、冷蔵庫、洗濯機、乾燥機、テレビジョン、コピー機、電子レンジ、ゲーム機、エアコン、扇風機、ＰＣ、掃除機、空気清浄機等の一般家庭用機器などに応じて設定すればよい。
また、この防音構造１０自体をパーティションのように用いて、複数の騒音源からの音を遮る用途に用いることもできる。この場合も、枠１４のサイズは対象となる騒音の周波数から選択することができる。
【００３０】
なお、詳細は後述するが、枠１４及び膜１８からなり、実効的な堅さの異なる枠−膜構造の２種類の防音セル２２（２２ａ及び２２ｂ、２２ｃ及び２２ｄ）を有する防音構造１０の固有振動モードを高周波側に得るためには、枠１４のサイズを小さくすることが好ましい。
また、枠１４の平均サイズは、詳細は後述するが、上記２種類の防音セル２２（２２ａ及び２２ｂ、２２ｃ及び２２ｄ）による防音構造１０の遮蔽ピークにおける回折による音の漏れを防止するために、後述する遮蔽ピーク周波数に対応する波長サイズ以下であることが好ましい。
例えば、枠１４のサイズは、異なるサイズを持つ枠１４ａ及び１４ｂであっても、０．５ｍｍ〜２００ｍｍであることが好ましく、１ｍｍ〜１００ｍｍであることがより好ましく、２ｍｍ〜３０ｍｍであることが最も好ましい。
なお、枠１４のサイズによって防音セル２２の枠−膜構造の実効的な堅さを異ならしめる場合を除いて、枠１４のサイズは、各枠１４で異なるサイズが含まれる場合などは、平均サイズで表しても良い。
【００３１】
また、枠１４の幅及び厚さも、膜１８を確実に抑えるように固定することができ、膜１８を確実に支持できれば、特に制限的ではないが、例えば、枠１４のサイズに応じて設定することができる。
例えば、枠１４の幅は、枠１４のサイズが、０．５ｍｍ〜５０ｍｍの場合には、０．５ｍｍ〜２０ｍｍであることが好ましく、０．７ｍｍ〜１０ｍｍであることがより好ましく、１ｍｍ〜５ｍｍであることが最も好ましい。
枠１４の幅が、枠１４のサイズに対して比率が大きくなりすぎると、全体に占める枠１４の部分の面積率が大きくなり、デバイスとしての防音構造１０が重くなる懸念がある。一方、上記比率が小さくなりすぎると、その枠１４部分において接着剤などによって膜を強く固定することが難しくなってくる。
【００３２】
また、枠１４の幅は、枠１４のサイズが、５０ｍｍ超、２００ｍｍ以下の場合には、１ｍｍ〜１００ｍｍであることが好ましく、３ｍｍ〜５０ｍｍであることがより好ましく、５ｍｍ〜２０ｍｍであることが最も好ましい。
また、枠１４の厚さは、０．５ｍｍ〜２００ｍｍであることが好ましく、０．７ｍｍ〜１００ｍｍであることがより好ましく、１ｍｍ〜５０ｍｍであることが最も好ましい。
なお、枠１４の幅及び厚さは、各枠１４で異なる幅及び厚さが含まれる場合などは、それぞれ平均幅及び平均厚さで表すことが好ましい。
【００３３】
なお、本発明においては、複数、即ち２以上の枠１４は、２次元的に繋がるように配置された枠体１６、好ましくは１つの枠体１６として構成されることが好ましい。
ここで、本発明の防音構造１０の枠１４の数、即ち図示例では、枠体１６を構成する枠１４の数は３６個であるが、本発明では、特に制限的ではなく、本発明の防音構造１０の上述した防音対象物に応じて設定すればよい。もしくは、上述した枠１４のサイズは、上述した防音対象物応じて設定されているので、枠１４の数は、枠１４のサイズに応じて設定すればよい。
例えば、枠１４の数は、機器内騒音遮蔽の場合には、１個〜１００００個であることが好ましく、２〜５０００であることがより好ましく、４〜１０００であることが最も好ましい。
【００３４】
これは、一般の機器の大きさに対しては、機器のサイズが決まっているために、１対の防音セル２２（２２ａ及び２２ｂ、２２ｃ及び２２ｄ）のサイズを騒音の周波数に適したサイズとするためには、複数の防音セル２２を組み合わせた枠体１６で遮蔽する、即ち反射かつ／又は吸収する必要があることが多く、また、一方で防音セル２２を増やしすぎることで、枠１４の重量分全体重量が大きくなることがあるためである。一方で、大きさに制約のないパーティションのような構造では、必要とされる全体の大きさに合わせて枠１４の個数を自由に選ぶことができる。
なお、１つの防音セル２２は、１つの枠１４を構成単位とするので、本発明の防音構造１０の枠１４の数は、防音セル２２の数である。
【００３５】
枠１４の材料、即ち枠体１６の材料は、膜１８を支持でき、上述した防音対象物に適用する際に適した強度を持ち、防音対象物の防音環境に対して耐性があれば、特に制限的ではなく、防音対象物及びその防音環境に応じて選択することができる。例えば、枠１４の材料としては、アルミニウム、チタン、マグネシウム、タングステン、鉄、スチール、クロム、クロムモリブデン、ニクロムモリブデン、これらの合金等の金属材料、アクリル樹脂、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート、ポリアミドイド、ポリアリレート、ポリエーテルイミド、ポリアセタール、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、ポリサルフォン、ポリエチレンテレフタラート、ポリブチレンテレフタラート、ポリイミド、トリアセチルセルロース等の樹脂材料、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：Carbon Fiber Reinforced Plastics）、カーボンファイバ、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ：Glass Fiber Reinforced Plastics）等を挙げることができる。
また、これらの枠１４の材料の複数種を組み合わせて用いてもよい。
【００３６】
膜１８は、枠１４の内部の開口１２を覆うように枠１４に抑えられるように固定されるもので、外部からの音波に対応して膜振動することにより音波のエネルギを吸収、もしくは反射して防音するものである。そのため、膜１８は、空気に対して不浸透性であることが好ましい。
ところで、膜１８は、枠１４を節として膜振動する必要があるので、枠１４に確実に抑えられるように固定され、膜振動の腹となり、音波のエネルギを吸収、もしくは反射して防音する必要がある。このため、膜１８は、可撓性のある弾性材料製であることが好ましい。
このため、膜１８の形状は、枠１４の開口１２の形状であり、また、膜１８のサイズは、枠１４のサイズ、より詳細には、枠１４の開口１２のサイズであるということができる。
【００３７】
膜１８は、図１〜図４に示すように、厚さ及び／又は種類（ヤング率、密度などの物性）が異なる２種類の膜１８ａ及び１８ｂ、又は枠サイズ、したがって枠１４に貼るサイズが異なる２種類の膜１８ｃ及び１８ｄからなる。図１〜図４に示す防音構造１０、１０ａ及び１０ｂにおいては、図６〜図１０、図１２、及び図１３に示すように、２種類の防音セル２２（２２ａ及び２２ｂ、２２ｃ及び２２ｄ）の枠１４（１４ａ及び１４ｂ）に固定された互いに異なる２種類の膜１８（１８ａ及び１８ｂ、１８ｃ及び１８ｄ）は、それぞれ最も低次の固有振動モードの周波数（固有振動周波数）として、透過損失が極小、例えば０ｄＢとなる、互いに異なる第１共振周波数を持つ。即ち、本発明では、膜１８の第１固有振動周波数においては、音を透過させる。したがって、本発明の防音構造１０、１０ａ及び１０ｂは、２種類の膜１８がそれぞれ持つ２つの第１共振周波数の間に透過損失が極大、即ち遮蔽のピークとなる遮蔽ピーク周波数を持つものである。
なお、本発明の防音構造においては、サイズ、厚さ及び／又は種類（の物性）が異なる２種類以上の膜を有し、それにより第１共振周波数が異なる２種類以上の防音セルを有することにより、各防音セルの第１共振周波数の中で最低の周波数以上でかつ各防音セルの第１共振周波数の中で最大の周波数以下の範囲内に透過損失が極大となる遮蔽ピーク周波数を有する。
【００３８】
このような特徴を有する本発明の防音構造の防音の原理は、以下のように考えることができる。
まず、本発明の防音構造の防音セルの枠−膜構造は、上述したように、膜面が共鳴的に振動して音波が大きく透過する周波数である第１共振周波数をもつ。この第１共振周波数は、上述した膜の厚み、膜の種類（ヤング率、密度等の物性）、及び／又は枠のサイズ（開口、膜のサイズ）等の実効的な堅さによって決定され、堅い構造ほど高周波数に共振点を持つ。
このような枠−膜構造の第１共振周波数以下の周波数領域である剛性則領域では、枠での固定部が膜を引っ張るバネ方程式が支配的であり、このとき膜を通過する音波の位相は遅れ、例えば９０°遅れ、キャパシタ的な振る舞いをするということができる。一方で、第１共振周波数以上の周波数領域である質量則領域では、膜自体の重さによる運動方程式が支配的となり、このとき膜を通過する音波の位相は進み、例えば９０°進み、インダクタンス的な振る舞いをするということができる。即ち、この枠−膜構造は、キャパシタ（コンデンサ）とインダクタンス（コイル）とを接続したものと見做すことができる。
【００３９】
ここで、音波も波動現象であるため、干渉による波の振幅の強めあいや打消し合いが生じる。剛性則を示す枠−膜構造（防音セル）を透過した位相遅れの波と、質量則を示す別の枠−膜構造（防音セル）を透過した位相進みの波とは、お互いの位相が逆向きとなっているために打ち消し合いの関係となる。よって、異なる２つの枠−膜構造（防音セル）の２つの第１共振周波数で挟まれた周波数領域では打ち消し合いの関係となり、特に、それぞれの枠−膜構造を透過する音波の振幅が等しい周波数では、互いの波の振幅が等しく位相が反転していることとなり、非常に大きな遮蔽が生じる。
即ち、実効的な「堅さ」の異なる２つの構造体である枠−膜構造（防音セル）を用いること、例えば枠は同じで厚みが違う２種の膜及び／又は物性の違う２種の膜を貼ることだけで、強い音響遮音が実現できる。
これが、本発明の防音構造の防音の原理である。
このような本発明の特徴は、２種類以上の堅さの異なる枠−膜構造（防音セル）があればよく、膜の材質や厚みを用途に応じてさまざまに選択できるということである。したがって、本発明の防音構造では、枠に貼る膜として、種々の特性を持つ膜を用いることができるので、例えば、容易に、難燃性、光透過性、及び／又は断熱性等の他の物性又は特性との組み合わせた機能を持つ防音構造とすることもできる。
【００４０】
なお、上述した図６〜図９、及び図１８〜図１９は、それぞれ本発明の防音構造の厚みの異なる膜、物性の異なる膜、サイズの異なる枠に貼り付けられたサイズの異なる膜、及び張力の異なる膜の複数の組み合わせについての遮音特性のシミュレーション結果を示すグラフであり、図１０、及び図１３は、それぞれ本発明の防音構造の実施例１、及び実施例２の防音構造の遮音特性を示すグラフであり、周波数に対する透過損失を表わす。本発明の防音構造の遮音特性のシミュレーションの詳細については、後述する。
ここで、枠１４及び膜１８からなる構造における、即ち枠１４に抑えられるように固定された膜１８の第１共振周波数は、共鳴現象により音波が膜振動を最も揺らすところで、音波はその周波数で大きく透過する固有振動モードの共振周波数である。
【００４１】
例えば、図６は、図１に示す防音構造１０について、厚みの異なる膜１８（１８ａ及び１８ｂ）の複数の組み合わせについての周波数に対する透過損失で表される遮音特性のシミュレーション結果を示すグラフである。図６は、枠１４のサイズを１辺が２０ｍｍの正方形とし、膜１８ａ及び１８ｂを同種類（同材質、同物性）のＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムとし、一方の膜１８ａの厚みを１００μｍとし、他方の膜１８ｂの厚みを１２５μｍから２５０μｍまで、２５μｍ刻みで変化させた時の透過損失を表わしている。図６において、例えば、２点鎖線で示す例では、一方の１００μｍ厚さの膜１８ａを備える防音セル２２ａの第１共振周波数は、透過損失が０ｄＢとなる可聴域内の約８３０Ｈｚであり、他方の膜１８ｂを備える防音セル２２ｂの第１共振周波数は、透過損失が０ｄＢとなる可聴域内の約１６１０Ｈｚであり、この両第１共振周波数の間の約１３６０Ｈｚにおいて透過損失がピーク値約３２ｄＢとなる遮蔽のピークを示すので、可聴域内の遮蔽ピーク周波数である１３６０Ｈｚを中心とする一定の周波数帯域を選択的に遮音することができる。
また、図６に示す例では、他方の膜１８ｂの厚みが大きくなると、膜１８ｂの厚みに起因する防音セル２２ｂの第１共振周波数は、高周波側にシフトし、それに伴い、遮蔽ピーク周波数も高周波側にシフトし、遮蔽のピークも高くなり、遮音が強くなることが分かる。したがって、異なる２つの膜１８ａ及び１８ｂの厚みの組み合わせを適切に選ぶことにより、希望する特定の周波数帯域を選択的に遮音することができる。
【００４２】
次に、図７は、図１に示す防音構造１０において、枠１４のサイズを１辺が２５ｍｍの正方形とし、膜１８ａ及び膜１８ｂを同種類のＰＥＴフィルムとし、膜１８ａの厚みを５０μｍと薄くし、他方の膜１８ｂの厚みを８０μｍから１２０μｍまで、２０μｍ刻みで変化させた時の周波数に対する透過損失で表される遮音特性のシミュレーション結果を示すグラフである。図７に示す例においては、図６に示す例に比べて、防音セル２２ａ及び２２ｂの第１共振周波数を共に、より低周波側にシフトさせることができるので、より低周波側の３００Ｈｚ〜６００Ｈｚにおいて、遮蔽のピークを示す遮蔽ピーク周波数を取ることができる。このように、図７に示す例では、より低周波側で遮蔽のピークは低くなるが、より低周波側において、遮蔽ピーク周波数を中心とする一定の周波数帯域を選択的に遮音することができる。
なお、上述の説明では、図６及び図７を、図１に示す防音構造１０の遮音特性として説明しているが、膜厚の異なる防音セル２２ａ及び２２ｂの構成が同一であれば、両者を千鳥状に配置した図３に示す防音構造１０ａの遮音特性も、両者を境界線で完全に２つの領域に分割して配置する図１に示す防音構造１０の遮音特性と、即ち、図６及び図７と同じであることを、後述する実施例において確認している。
【００４３】
ここで、膜１８の厚さは、厚さの異なる２種類の膜１８ａ及び１８ｂであっても、音波のエネルギを吸収、もしくは反射して防音するために膜振動することができれば、特に制限的ではないが、固有振動モードを高周波側に得るためには厚くすることが好ましい。例えば、膜１８の厚さは、本発明では、枠１４のサイズ、即ち膜のサイズに応じて設定することができる。
例えば、膜１８の厚さは、枠１４のサイズが０．５ｍｍ〜５０ｍｍの場合には、０．００５ｍｍ（５μｍ）〜５ｍｍであることが好ましく、０．００７ｍｍ（７μｍ）〜２ｍｍであることがより好ましく、０．０１ｍｍ（１０μｍ）〜１ｍｍであることが最も好ましい。
また、膜１８の厚さは、枠１４のサイズが、５０ｍｍ超、２００ｍｍ以下の場合には、０．０１ｍｍ（１０μｍ）〜２０ｍｍであることが好ましく、０．０２ｍｍ（２０μｍ）〜１０ｍｍであることがより好ましく、０．０５ｍｍ（５０μｍ）〜５ｍｍであることが最も好ましい。
なお、膜１８の厚みは、１つの膜１８で厚みが異なる場合、又は各膜１８で異なる厚さが含まれる場合などは、平均厚さで表すことが好ましい。
【００４４】
次に、図８は、図１に示す防音構造１０について、種類、例えば膜物性であるヤング率が異なる膜１８（１８ａ及び１８ｂ）の複数の組み合わせについての遮音特性のシミュレーション結果を示すグラフである。図８は、枠１４のサイズを１辺が１５ｍｍの正方形とし、膜１８ａ及び１８ｂを、厚み１００μｍのＰＥＴフィルムとし、一方の膜１８ｂのヤング率が４．５０ＧＰａである時、他方の膜１８ａのヤング率を０．９０ＧＰａから４．５０ＧＰａまで、０．９０ＧＰａ刻みで変化させた時の透過損失を表わしている。このとき、ヤング率以外のＰＥＴフィルムの物性値（例えば、密度等）は変化させていない。図８において、膜１８ａ及び１８ｂのヤング率が４．５０ＧＰａで等しい防音構造では、膜１８ａ及び１８ｂに起因する第１共振周波数は、同じ約１４５０Ｈｚ付近に現れるものの、遮蔽のピークは現れず、本発明の防音構造とならないことが分かる。なお、図８から、これ以外の膜１８ａ及び１８ｂのヤング率が異なる本発明の防音構造においては、膜１８ａのヤング率が０．９０ＧＰａの場合が、膜１８ａに起因する第１共振周波数は最も低周波側にあり、したがって遮蔽ピーク周波数も、最も低周波側にあり、遮蔽のピークは最も高く、膜１８ａのヤング率が大きくなるにつれて、膜１８ａに起因する第１共振周波数及び遮蔽ピーク周波数は、高周波側にシフトし、遮蔽のピークは低くなることが分かる。こうして、防音構造１０の防音セル２２の膜１８のヤング率等の膜物性を異ならしめることにより、可聴域内の遮蔽ピーク周波数を中心とする一定の周波数帯域を選択的に遮音することができる。
【００４５】
このため、枠１４及び異なる膜１８（１８ａ及び１８ｂ）からなる本発明の防音構造１０において、異なる膜１８ａ及び１８ｂに依存する２つの第１共振周波数の間に存在する遮蔽ピーク周波数を可聴域内の任意の周波数とするためには、一方の第１共振周波数に対して他方の第１共振周波数を高周波側に持っていき、両者の差を大きくすることが重要であり、特に、実用的には重要となる。そのために、一方の膜１８、例えば膜１８ａに対して、他方の膜１８、例えば膜１８ｂの膜厚を厚くして、その差を大きくすることが好ましく、膜１８ｂの材質のヤング率を大きなものとして、その差を大きくすることが好ましい。即ち、本発明においては、これらの好ましい条件が重要となる。なお、枠１４のサイズ、したがって、膜１８のサイズを小さくしても良い。
【００４６】
次に、図１８は、図１に示す防音構造１０について、張力が異なる膜１８（１８ａ及び１８ｂ）の複数の組み合わせについての周波数に対する透過損失で表される遮音特性のシミュレーション結果を示すグラフである。図１８は、枠１４のサイズを１辺が２０ｍｍの正方形とし、膜１８をＰＥＴフィルムとし、膜１８の厚みを１００μｍとし、膜１８ａ及び１８ｂの一方、例えば、膜１８ａのみに一定の張力１３０（Ｎ／ｍ）を加えた時の透過損失を表わしている。図１８において、例えば張力を加えない他方の膜１８ｂを備える防音セル２２ａの第１共振周波数は、上述したように、透過損失が０ｄＢとなる可聴域内の約８３０Ｈｚであるが、一方の張力を加えた膜１８ａを備える防音セル２２ａの第１共振周波数は、透過損失が０ｄＢとなる可聴域内の約１１００Ｈｚであり、この両第１共振周波数の間の約９６０Ｈｚにおいて透過損失がピーク値約３８ｄＢとなる遮蔽のピークを示すので、可聴域内の遮蔽ピーク周波数である９６０Ｈｚを中心とする一定の周波数帯域を選択的に遮音することができる。
【００４７】
そこで、本発明の防音構造１０は、一方の枠−膜構造が剛性則に従い、他方の枠−膜構造が質量則に従うものであり、枠１４に固定された異なる膜１８ａ及び１８ｂによる２つの第１共振周波数の間の遮蔽ピーク周波数で音波の遮蔽を起こすため、膜１８ａ及び１８ｂによる２つの第１共振周波数は、共に人間の音波の感知域に相当する１０Ｈｚ〜１０００００Ｈｚになることが好ましく、人間の音波の可聴域である２０Ｈｚ〜２００００Ｈｚにあることがより好ましく、４０Ｈｚ〜１６０００Ｈｚにあることが更により好ましく、１００Ｈｚ〜１２０００Ｈｚにあることが最も好ましい。
【００４８】
ここで、本発明の防音構造１０において、枠１４及び膜１８（１８ａ及び１８ｂ）からなる構造における膜１８ａ及び１８ｂの両第１共振周波数は、複数の防音セル２２の枠１４の幾何学的形態、例えば枠１４の形状及び寸法（サイズ）と、複数の防音セル２２の膜１８（１８ａ及び１８ｂ）の剛性、例えば膜の厚さ及び可撓性等の物性とによって定めることができる。
なお、膜１８の第１固有振動モードを特徴づけるパラメータとしては、同種材料の膜１８の場合は、膜１８の厚み(ｔ)と枠１４のサイズ（ａ）の２乗との比、例えば、正四角形の場合には一辺の大きさとの比［ａ２／ｔ］を用いることができ、この比［ａ２／ｔ］が等しい場合、例えば、（ｔ、ａ）が、（５０μｍ、７．５ｍｍ）の場合と（２００μｍ、１５ｍｍ）の場合とは、上記第１固有振動モードが同じ周波数、即ち同じ第１共振周波数となる。即ち、比［ａ２／ｔ］を一定値にすることにより、スケール則が成立し、適切なサイズを選択することができる。
【００４９】
また、膜１８（１８ａ及び１８ｂ）のヤング率は、両者で異なっていても、膜１８が音波のエネルギを吸収、もしくは反射して防音するために膜振動することができる弾性を有していれば、特に制限的ではないが、固有振動モードを高周波側に得るためには大きくすることが好ましい。例えば、膜１８（１８ａ及び１８ｂ）のヤング率は、本発明では、枠１４のサイズ、即ち膜１８のサイズに応じて設定することができる。
例えば、膜１８（１８ａ及び１８ｂ）のヤング率は、１０００Ｐａ〜３０００ＧＰａであることが好ましく、１００００Ｐａ〜２０００ＧＰａであることがより好ましく、１ＭＰａ〜１０００ＧＰａであることが最も好ましい。
また、膜１８（１８ａ及び１８ｂ）の密度も、両者で異なっていても、音波のエネルギを吸収、もしくは反射して防音するために膜振動することができるものであれば、特に制限的ではなく、例えば、１０ｋｇ／ｍ３〜３００００ｋｇ／ｍ３であることが好ましく、１００ｋｇ／ｍ３〜２００００ｋｇ／ｍ３であることがより好ましく、５００ｋｇ／ｍ３〜１００００ｋｇ／ｍ３であることが最も好ましい。
【００５０】
膜１８の材料は、膜状材料、又は箔状材料にした際に、上述した防音対象物に適用する際に適した強度を持ち、防音対象物の防音環境に対して耐性があり、膜１８が音波のエネルギを吸収、もしくは反射して防音するために膜振動することができるものであれば、特に制限的ではなく、防音対象物及びその防音環境などに応じて選択することができる。例えば、膜１８の材料としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリイミド、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート、アクリル（ＰＭＭＡ）、ポリアミドイド、ポリアリレート、ポリエーテルイミド、ポリアセタール、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、ポリサルフォン、ポリエチレンテレフタラート、ポリブチレンテレフタラート、ポリイミド、トリアセチルセルロース、ポリ塩化ビニリデン、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、芳香族ポリアミド、シリコーン樹脂、エチレンエチルアクリレート、酢酸ビニル共重合体、ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリメチルペンテン、ポリブテン等の膜状にできる樹脂材料、アルミニウム、クロム、チタン、ステンレス、ニッケル、スズ、ニオブ、タンタル、モリブデン、ジルコニウム、金、銀、白金、パラジウム、鉄、銅、パーマロイ等の箔状にできる金属材料、紙、セルロースなどその他繊維状の膜になる材質、不織布、ナノサイズのファイバーを含むフィルム、薄く加工したウレタンやシンサレートなどのポーラス材料、薄膜構造に加工したカーボン材料など、薄い構造を形成できる材質または構造等を挙げることができる。
【００５１】
膜１８は、防音構造１０の枠体１６の複数の枠１４のそれぞれに個々に固定されて全体としてシート状の膜体２０を構成するものであっても良いし、逆に、全ての枠１４を覆うように固定される１枚のシート状の膜体２０によって各枠１４を覆う各膜１８を形成しても良い。即ち、複数の膜１８は、複数の枠１４を覆う１枚のシート状の膜体２０によって構成されるものであっても良い。又は、これらの中間として、複数の枠１４の一部を覆うようにシート状の膜体を一部の枠１４に固定して各枠１４を覆う膜１８を形成すると共に、これらのシート状膜体をいくつか用いて複数の枠１４の全体（全ての枠１４）を覆うシート状の膜体２０を構成しても良い。
【００５２】
また、膜１８は、枠１４の開口１２の少なくとも一方の側の開口を覆うように枠１４に固定される。即ち、膜１８は、枠１４の開口１２の一方の側、又は他方の側、もしくは両側の開口を覆うように枠１４に固定されていても良い。
ここで、防音構造１０の複数の枠１４の開口１２の同じ側に全ての膜１８が設けられていても良いし、一部の膜１８が、複数の枠１４の一部の開口１２の一方の側に一部の膜１８が設けられ、複数の枠１４の残りの一部の開口１２の他方の側には残りの膜１８が設けられていても良いし、更に、枠１４の開口１２一方の側、他方の側、及び両側に設けられた膜が混在していても良い。
【００５３】
枠１４への膜１８の固定方法は、特に制限的ではなく、膜１８を枠１４に膜振動の節となるように固定できればどのようなものでも良く、例えば、接着剤用いる方法、又は物理的な固定具を用いる方法などを挙げることができる。
接着剤を用いる方法は、接着剤を枠１４の開口１２を囲む表面上に接着剤を塗布し、その上に膜１８載置し、膜１８を接着剤で枠１４に固定する。接着剤としては、例えば、エポキシ系接着剤（アラルダイト（登録商標）（ニチバン社製）等）、シアノアクリレート系接着剤（アロンアルフア（登録商標）（東亜合成社製）など）、アクリル系接着剤等を挙げることができる。
物理的な固定具を用いる方法としては、枠１４の開口１２を覆うように配置された膜１８を枠１４と棒等の固定部材との間に挟み、固定部材をネジやビス等の固定具を用いて枠１４に固定する方法等を挙げることができる。
【００５４】
次に、図９は、図４に示す防音構造１０ｂのサイズの異なる枠１４（１４ａ及び１４ｂ）の複数の組み合わせについての遮音特性のシミュレーション結果を示すグラフである。図９は、膜１８（１８ｃ及び１８ｄ）を、厚み１００μｍのＰＥＴフィルムとし、枠１４ａのサイズ、したがって開口１２ａ及び膜１８ｃのサイズを１辺２０ｍｍ×１辺１５ｍｍ、２０ｍｍ、及び３０ｍｍの四角形の３種に変化させ、枠１４ｂのサイズ、したがって開口１２ｂ及び膜１８ｄのサイズを１辺２０ｍｍの正方形の１種とした時の透過損失を表わしている。図９において、枠１４ａ及び１４ｂのサイズが１辺２０ｍｍの正方形で等しい防音構造では、膜１８ｃ及び１８ｄに起因する防音セル２２ｃ及び２２ｄの第１共振周波数は、同じ約１２００Ｈｚ付近に現れるものの、遮蔽のピークは現れず、本発明の防音構造とならないことが分かる。なお、図９から、枠１４ａのサイズが枠１４ｂのサイズより小さい本発明の防音構造１０ｂでは、防音セル２２ｃは防音セル２２ｄよりも実効的な堅さが大きくなるため、防音セル２２ｃの第１共振周波数は、高周波側にシフトし、逆に、枠１４ａのサイズが枠１４ｂのサイズより大きい本発明の防音構造１０ｂでは、防音セル２２ｃは防音セル２２ｄよりも実効的な堅さは小さくなるため、防音セル２２ｃの第１共振周波数は、低周波側にシフトする。このように、防音構造１０ｂの防音セル２２の枠１４（膜１８）のサイズを異ならしめることによっても、可聴域内の遮蔽ピーク周波数を中心とする一定の周波数帯域を選択的に遮音することができる。
【００５５】
次に、図１９は、本発明の防音構造について、堅さの異なる３種膜１８の組み合わせについての周波数に対する透過損失で表される遮音特性のシミュレーション結果を示すグラフである。図１９は、枠１４のサイズを１辺が２０ｍｍの正方形とし、膜１８をＰＥＴフィルムとし、膜１８の厚みを１００μｍ、１５０μｍ、及び２００μｍの３種とした時の透過損失を表わしている。図１９において、膜１８の厚みが１００μｍである防音セル２２の第１共振周波数は、上述したように、透過損失が０ｄＢとなる可聴域内の約８３０Ｈｚであり、膜１８の厚みが１５０μｍである防音セル２２の第１共振周波数は、透過損失が０ｄＢとなる可聴域内の約１１５０Ｈｚであり、膜１８の厚みが２００μｍである防音セル２２の第１共振周波数は、透過損失が０ｄＢとなる可聴域内の約１５５０Ｈｚであり、隣接する２つの第１共振周波数約８３０Ｈｚと約１１５０Ｈｚとの間の約１０５０Ｈｚにおいて透過損失がピーク値約３４ｄＢとなる遮蔽のピークと、隣接する２つの第１共振周波数約１１５０Ｈｚと約１５５０Ｈｚとの間の約１４５０Ｈｚにおいて透過損失がピーク値約３４ｄＢとなる遮蔽のピークとの２つの遮蔽のピークを示すので、可聴域内の２つの遮蔽ピーク周波数である約１０５０Ｈｚと約１４５０Ｈｚとをそれぞれ中心とする一定の周波数帯域を選択的に遮音することができる。
【００５６】
なお、詳細は後述するが、図１０及び図１３に示す本発明の防音構造の実施例１及び２の各例においても、可聴域内の５００Ｈｚ〜８００Ｈｚ、及び１４００Ｈｚ〜１５００Ｈｚに、２種類の異なる防音セル（２２ａ及び２２ｂ）による２つの第１共振周波数が現れ、これらの２つの第１共振周波数の間に、可聴域内の１０００Ｈｚ〜１３００Ｈｚに、それぞれ透過損失が極大となる遮蔽ピーク周波数が現れるので、各遮蔽ピーク周波数を中心とする一定の周波数帯域を選択的に遮音することができることを示している。
なお、本発明の防音構造においては、図１１及び図１４に示すように、２種類の異なる防音セル（２２ａ及び２２ｂ）に対応する２つの第１共振周波数付近に、それぞれ音の吸収率の極大が存在し、結果として広帯域な吸音が達成されている。
なお、本発明の防音構造の実施例における透過損失（ｄＢ）及び吸収率の測定方法については、後述する。
【００５７】
上述した図１〜図４に示す例では、膜１８（１８ａ及び１８ｂ、並びに１８ｃ及び１８ｄを含む）は、枠１４（１４ａ及び１４ｂを含む）の開口１２（１２ａ及び１２ｂを含む）を密閉するように、枠１４に貼り付けられているが、本発明はこれに限定されず、図５に示す実施形態の防音構造１０ｃのように、サイズ、厚さ及び／又は種類（物性等）が異なる膜１８ｅ及び１８ｆからなる膜１８に１以上の貫通穴２４が穿孔されたものであっても良い。
ここで、本発明においては、図１５に示すように、図５に示す異なる防音セル２２ｅ及び２２ｆからなる本実施形態の防音構造１０ｃも、図１〜図４に示す防音構造１０、１０ａ、及び１０ｂと同様に、貫通穴２４の有無にかかわらず、防音セル２２ｅ及び２２ｆのそれぞれの膜１８の厚さ、種類（物性）及び／又は枠１４のサイズ（膜１８のサイズ）を異ならしめることにより、防音セル２２ｅ及び２２ｆのそれぞれに第１共振周波数が現れ、これらの２つの第１共振周波数の間に遮蔽がピーク（極大）となる透過損失のピークが現れ、この遮蔽（透過損失）がピーク（極大）となる周波数が遮蔽ピーク周波数となる。
【００５８】
また、本実施形態の防音構造１０ｃでは、図１５に示すように、防音セル２２ｅ及び２２ｆに貫通穴２４を設けたことにより、低周波側の第１共振周波数よりも低周波側に貫通穴２４に起因する新たな遮蔽ピークが現れる。こうして、本実施形態の防音構造１０ｃでは、実効的な堅さの異なる２種類の防音セル２２による２つの第１共振周波数の間に遮蔽のピークを持つのみならず、その低周波側の第１共振周波数よりも低周波側に貫通穴２４に起因する新たな遮蔽のピークを持つので、遮音性を向上させることができる。
なお、本実施形態の防音構造１０ｃにおいては、図１６に示すように、２種類の異なる防音セル（２２ｅ及び２２ｆ）に対応する２つの第１共振周波数付近に、それぞれ音の吸収率の極大が存在し、結果として広帯域な吸音が達成されている。
【００５９】
ここで、貫通穴２４は、図５に示すように、防音セル２２（２２ｅ及び２２ｆ）の開口１２を覆う膜１８（１８ｅ及び１８ｆ）内に１個又は２個以上穿孔されていれば良い。また、貫通穴２４の穿孔位置は、図５に示すように膜１８、即ち防音セル２２（以下、防音セル２２で代表する）内の真中であっても良いが、本発明はこれに限定されず、図５に示すように、防音セル２２の真中である必要はなく、どの位置に穿孔されていても良い。
即ち、単に、貫通穴２４の穿孔位置が変わっただけでは、本実施形態の防音構造１０ｃの遮音特性は変化しない。
しかしながら、本発明では、貫通穴２４は、開口１２の周縁部の固定端から膜１８の面の寸法の２０％超離れた範囲内の領域に穿孔されていることが好ましく、膜１８の中心に設けられていることが最も好ましい。
また、防音セル２２内の貫通穴２４の数は、図５に示すように、１個の防音セル２２に対して、１個であっても良いが、本発明はこれに限定されず、２個以上（即ち複数）であっても良い。
ここで、本実施形態の防音構造１０ｃは、通気性の点からは、図５に示すように、各防音セル２２の貫通穴２４は、１つの貫通穴２４で構成することが好ましい。その理由は、一定の開口率の場合、風としての空気の通り易さは、一つの穴が大きく境界での粘性が大きく働かない場合の方が大きいためである。
【００６０】
一方、１個の防音セル２２内に複数の貫通穴２４がある時は、本実施形態の防音構造１０ｃの遮音特性は、複数の貫通穴２４の合計面積に対応した遮音特性を示す。したがって、１個の防音セル２２（又は膜１８）内にある複数の貫通穴２４の合計面積が、他の防音セル２２（又は膜１８）内に１個のみ有する貫通穴２４の面積に等しいことが好ましいが、本発明はこれに限定されない。
なお、防音セル２２内の貫通穴２４の開口率（開口１２を覆う膜１８の面積に対する全貫通穴２４の合計面積率（全ての貫通穴２４の合計面積の割合））が同一の場合には、単一貫通穴２４と複数貫通穴２４で同様の防音構造１０ｃが得られるため、ある貫通穴２４のサイズに固定しても様々な防音構造を作製することができる。
【００６１】
本実施形態においては、防音セル２２内の貫通穴（全貫通穴）２４の開口率（面積率）は、特に制限的ではなく、遮音特性に応じて適宜設定すれば良いが、０．０００００１％〜７０％であるのが好ましく、０．０００００５％〜５０％であるのがより好ましく、０．００００１％〜３０％であるのが好ましい。全貫通穴２４の開口率を上記範囲に設定することにより、選択的に遮音するべき遮音周波数帯域の中心となる遮音ピーク周波数及び遮音ピークの透過損失を適切に調整できる。
本実施形態の防音構造１０ｃは、製造適性の点からは、１つの防音セル２２内には、同一サイズの貫通穴２４を複数個有することが好ましい。即ち、各防音セル２２には、同一サイズの複数の貫通穴２４を穿孔することが好ましい。
更に、本実施形態の防音構造１０ｃは、全ての防音セル２２の貫通穴２４を同一サイズの穴とすることが好ましい。
【００６２】
本発明においては、貫通穴２４は、エネルギを吸収する加工方法、例えばレーザ加工によって穿孔されることが好ましく、又は物理的接触による機械加工方法、例えばパンチング、又は針加工によって穿孔されることが好ましい。
このため、１つの防音セル２２内の複数の貫通穴２４、又は、全ての防音セル２２内の１個又は複数個の貫通穴２４を同一サイズとすると、レーザ加工、パンチング、又は針加工で穴をあける場合に、加工装置の設定や加工強度を変えることなく連続して穴をあけることができる。
また、図５に示すように、本実施形態の防音構造１０ｃにおいては、防音セル２２（又は膜１８）内の貫通穴２４のサイズ（大きさ）は、各防音セル２２（又は膜１８）毎に異なっていても良い。このように防音セル２２（又は膜１８）毎にサイズの異なる貫通穴２４がある場合には、それらの貫通穴２４の面積を平均した平均面積に対応した遮音特性を示す。
また、本発明の防音構造１０の各防音セル２２の貫通穴２４は、７０％以上が同一サイズの穴で構成されることが好ましい。
【００６３】
貫通穴２４のサイズは、上述した加工方法で適切に穿孔できれば、どのようなサイズでも良く、特に限定されない。
しかしながら、貫通穴２４のサイズは、その下限側では、レーザの絞りの精度等のレーザ加工の加工精度、又はパンチング加工もしくは針加工などの加工精度や加工の容易性などの製造適性の点から、２μｍ以上であることが好ましく、５μｍ以上であることがより好ましく、１０μｍ以上であることが最も好ましい。
なお、これらの貫通穴２４のサイズの上限値は、枠１４のサイズより小さい必要があるので、通常、枠１４のサイズはｍｍオーダであり、貫通穴２４のサイズをμｍオーダに設定しておけば、貫通穴２４のサイズの上限値は、枠１４のサイズを超えることはないが、もし、超えた場合には、貫通穴２４のサイズの上限値を枠１４のサイズ以下に設定すればよい。
【００６４】
図１〜５に示す例では、膜１８は、枠１４の開口１２の一方の側の開口を覆うように枠１４に固定されているが、本発明はこれに限定されず、図２２に示す実施形態の防音構造１０ｄのように、枠１４の開口１２の一方の側のみに膜１８ｇが設けられた防音セル（以下、第１防音セルともいう）２２ｈと、枠１４の開口１２の両側に設けられ、厚さが膜１８ｇとは異なる膜１８ｈが設けられた防音セル（以下、第２防音セルともいう）２２ｉからなるものや、図２３に示す実施形態の防音構造１０ｅのように、枠１４の開口１２の一方の側のみに膜１８ｉが設けられた防音セル（第１防音セル）２２ｊと、枠１４の開口１２の両側に設けられ、防音セル２２ｊと枠サイズが異なる、すなわち、膜１８ｉとは異なるサイズの膜１８ｊが設けられた防音セル（第２防音セル）２２ｋからなるものであってもよい。
【００６５】
より具体的に言えば、図１〜５に示す例は、互いに厚み、種類（物性）及び／又は膜サイズの異なる膜１８（１８ａ及び１８ｂ、１８ｃ及び１８ｄ、１８ｅ及び１８ｆ）が、それぞれ枠１４の開口１２の一方の側を覆う、互いに第１共振周波数の異なる２種類の防音セルを組み合わせて２次元配置したものであるが、図２２に示す実施形態の防音構造１０ｄのように、膜１８ｇが枠１４の開口１２の一方のみを覆う防音セル、即ち１層（単層）の膜を備える防音セル２２ｈと、膜１８ｈが枠１４の開口１２の両側を覆う防音セル、即ち２層（複層）の膜を備える防音セル２２ｉを組み合わせたものであってもよい。また、図２３に示す実施形態の防音構造１０ｅに示すように、膜１８ｉが枠１４の開口１２の一方のみを覆う防音セル、即ち１層の膜（単層膜）を備える防音セル２２ｊと、膜１８ｊが枠１４の開口１２の両側を覆う防音セル、即ち２層の膜（複層膜）を備える防音セル２２ｋを組み合わせたものであってもよい。なお、図２２及び図２３に示す例では、防音セル２２ｊ及び２２ｋは、２層の膜を有するものであるが、本発明はこれに限定されず、２層以上の複層の膜を有する防音セルであっても良い。
膜振動の共振には、第１共振周波数以外に高次の共振周波数が存在する。また、枠１４の開口１２の両側に膜が固定された防音セル２２ｉ及び２２ｋのように、膜１８が枠１４の開口１２をそれぞれ覆うように複数層に積層されて固定されている場合は、その複数層の膜の相互作用による共振も生じる。
図２２及び図２３に示す実施形態は、異なる第１共振周波数を有する、１層の膜１８の防音セル２２と２層の膜１８の防音セル２２（２２ｈと２２ｉ、２２ｊと２２ｋ）を組み合わせて、このような作用を利用したものである。
【００６６】
また、さらに、図２２及び図２３に示す実施形態は、防音セル（第１防音セル）２２ｈまたは２２ｊの１層の膜の第１共振周波数と、防音セル（第２防音セル）２２ｊまたは２２ｋの高次の共振周波数を一致させるように、枠サイズや枠厚、２層間（膜間）の距離を調整したものである。
具体的には、防音セル（第１防音セル）２２ｈまたは２２ｊの１層の膜の第１共振周波数と、防音セル（第２防音セル）２２ｊまたは２２ｋの高次モードの共振周波数のうち、２層の膜の変位が反対方向に動く共振モードの共振周波数を一致させるように、膜厚や、枠サイズや、枠厚、２層間（膜間）の距離を調整したものである。
このように、第１防音セルの第１共振周波数と、第２防音セルの高次の共振周波数とが一致することにより、第１防音セルと第２防音セルとを備える、例えば第１防音セルと第２防音セルとが隣接して配置された防音構造は、特定の周波数で音の最大吸収率を示す、即ち最大吸収率を示す特定の周波数を持つ。なお、最大吸収率を示す特定の周波数を最大吸収周波数と呼ぶことができる。この時、最大吸収周波数は、第２防音セルの高次の共振周波数である、又は第２防音セルの高次の共振周波数に略等しいと言うことができる。
【００６７】
なお、本発明において、「第１防音セルの第１共振周波数と、第２防音セルの高次の共振周波数とが一致する」とは、第１防音セルの第１共振周波数と、第２防音セルの高次の共振周波数との差（ずれ）が、第２防音セルの高次の共振周波数の±１／３以内であることを指すことが好ましい。
なお、このような第１防音セルの第１共振周波数と、第２防音セルの高次の共振周波数との差は、第２防音セルの高次の共振周波数の±１／７以内であればより好ましく、±１／１７以内であればさらに好ましく、±１／３３以内であれば最も好ましい。例えば、第１防音セルと第２防音セルを備える防音構造が音の最大吸収率を示す最大吸収周波数、即ち第２防音セルの高次、例えば２次の共振周波数が１６５０Ｈｚである場合、±５５０Ｈｚ以内であることが好ましく、±２５０Ｈｚ以内であればより好ましく、±１００Ｈｚ以内であればさらに好ましく、±５０Ｈｚであれば最も好ましい。
【００６８】
このような構成により、図２２及び図２３に示す実施形態の防音構造１０ｄ及び１０ｅは、図１〜５に示す実施形態１０、１０ａ、１０ｂ及び１０ｃと同様に、２種類の防音セル（２２ｈと２２ｉ，２２ｊと２２ｋ）の第１共振周波数が異なるため、２種類の防音セルの第１共振周波数の間に、透過損失が極大となる遮蔽ピーク周波数を生じさせることができる。
具体的に言えば、図２２及び２３に示す実施形態の防音構造１０ｄ及び１０ｅは、図１〜５に示す実施形態の防音構造１０、１０ａ、１０ｂ及び１０ｃと同様に、防音セル２２ｈ及び２２ｉのそれぞれに対応する第１共振周波数が現れ、これらの２つの第１共振周波数の間に遮蔽がピーク（極大）となる透過損失のピークが現れ、この遮蔽（透過損失）がピーク（極大）となる周波数が遮蔽ピーク周波数となる。
【００６９】
また、図２２及び２３に示す実施形態の防音構造１０ｄ及び１０ｅは、この透過損失のピークを生じさせることに加え、第１共振周波数が異なる２種類の防音セルの一方の防音セル、即ち１層の膜の防音セルの膜振動の第１共振周波数と、他方の防音セル、即ち２層の膜の防音セルの膜振動の高次の共振周波数とを一致させるようにすることにより、両者が一致する周波数、例えば他方の防音セルの高次の共振周波数において、それぞれ単独の防音セルからなる防音構造では達成できない５０％を遥かに超える大きな音の吸収率を得ることができる、即ち、最大吸収率を達成することができる。
即ち、図２２及び２３に示す実施形態の防音構造１０ｄ及び１０ｅは、１層の膜の第１共振周波数と、２層の膜の高次の共振周波数を一致させるように設計されていることで、防音セルの枠の枠サイズまたは枠厚、２層間（膜間）の距離が音波の波長の１／４未満の大きさで構成されていても５０％を遥かに超える音の吸収率を達成することができる。
特に、図２２に示す実施形態の防音構造１０ｄにおいては、防音セルの枠サイズや枠厚の大きさが、音波の波長の１／１０未満のサイズであっても９０％以上もの音の吸収率を達成することができる。
【００７０】
一般的に、音波の波長の大きさよりもサイズが非常に小さい防音構造で５０％以上の吸収率を実現することは非常に困難である。
これは、下記に示す音波の圧力の連続の式により導かれる吸収率からもわかる。
【００７１】
吸収率ＡはＡ＝１-Ｔ-Ｒとして決められる。
透過率Ｔと反射率Ｒを透過係数tと反射係数rで表わし、Ｔ=|t|2、Ｒ=|r|2とする。
１層の膜の構造体と相互作用をする音波の基本式である、圧力の連続の式は、入射音圧pＩ、反射音圧ｐＲ、透過音圧ｐＴ（pＩ、ｐＲ、ｐＴは複素数）としたとき、pＩ＝ｐＴ＋ｐＲとなる。t＝pT/pI、r=pR/pIであるため、圧力の連続の式は以下のように表わされる。
Ｉ=t+r
これらより、吸収率Ａを求める。Reは複素数の実部、Imは複素数の虚部を示す。
Ａ=１-Ｔ-Ｒ=１-|t|2-|r|2=１-|t|2-|１-t|2
=１-(Re(t)2+Im(t)2)-(Re(１-t))2+Im(１-t))2)
=１-(Re(t)2+Im(t)2)-(１-２Re(t)+Re(t)2+Im(t))2)
=-２Re(t)2+２Re(t)-２Im(t)2
=２Re(t)×(１-Re(t))-２Im(t)2＜２Re(t)×(Ｉ-Re(t))
上記式は２ｘ×(１−ｘ)の形の式で、かつ０≦ x ≦１の範囲を取る。
この場合、x=０．２５のときに最大値となり、２ｘ(Ｉ-x) ≦ ０．５であることが分かる。よって、Ａ＜Re(t)×(Ｉ- Re(t)) ≦０．５となり、単一の構造での吸収率は最大０．５となることを示すことができる。
【００７２】
このように、通常、１層の膜の構造体における音の吸収率は５０％以下にとどまることが分かる。
また、２層の膜の構造体の場合にも、２層間（膜間）の距離が音の波長の大きさよりも非常に小さい場合、具体的には、１／４未満である場合、透過波を打ち消し合う位相とすることが困難であるため、音の吸収率は５０％程度に留まる。このことは、後述する実施例５の防音構造の吸音特性を示す図２５において、２層の膜を有する防音セル２２ｉに対応する第１共振周波数が７６０Ｈｚに存在するが、その周波数に対応する音の吸収率が５０％程度であることからもわかる。
このように、本実施形態の防音構造によれば、枠サイズの変更や枠厚の調整のみで、従来の吸収率を遥かに超える音の吸収率を獲得することができる。
【００７３】
なお、図２２の防音構造１０ｄにおいては、防音セル２２ｉの膜１８ｈ−１と膜１８ｈ−２は、同じ膜厚で構成されているが、これに限定されず、異なる膜厚のものを使用することもできる。
また、図２３の防音構造１０ｅにおいては、防音セル２２ｉの膜１８ｉ、防音セル２２ｋの膜１８ｊ−１及び膜１８ｊ−２はいずれも同じ膜厚のものを使用しているが、これに限定されず、２つの防音セルの枠１４の開口１２の一方の側を共に覆う膜１８ｉ及び１８ｊ−２の膜厚が同一であれば良く、防音セル１８ｊ−１の膜厚は、膜１８ｉ及び１８ｊ−２の膜厚と異なっていても良い。
【００７４】
ところで、図１〜図５に示す本発明の防音構造１０、１０ａ、１０ｂ、及び１０ｃにおいては、２つ以上の第１共振周波数は、枠１４及び膜１８からなる枠−膜構造の膜１８の厚み、膜１８の種類（物性）、及び枠１４のサイズ（膜１８のサイズ）の少なくとも１つが異なる２種類以上防音セル２２によって定まり、透過損失がピークとなる遮蔽ピーク周波数は、２種類以上防音セル２２の実効的な堅さに依存して定まる。
ここで、本発明者らは、本発明の防音構造１０、１０ａ、１０ｂ、及び１０ｃの防音セル２２（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆ）において、枠１４（１４ａ、１４ｂ）の円相当半径をＲ（ｍ）、膜１８（１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ、１８ｆ）の厚みをｔ（ｍ）、膜１８のヤング率をＥ（Ｐａ）、膜１８の密度をｄ（ｋｇ／ｍ３）とする時、下記式（１）で表されるパラメータＢ（√ｍ）と、防音構造１０、１０ａ、１０ｂ、及び１０ｃの枠１４及び膜１８からなる枠−膜構造の各防音セル２２の第１共振周波数（Ｈｚ）とは、防音セル２２の円相当半径Ｒ（ｍ）、膜１８の厚みｔ（ｍ）、膜１８のヤング率Ｅ（Ｐａ）、膜１８の密度ｄ（ｋｇ／ｍ３）を変化させた時にも略線形な関係にあり、図２０及び図２１に示すように、下記式（２）で表される式で表されることを知見した。
Ｂ＝ｔ／Ｒ２＊√（Ｅ／ｄ）                      …（１）
ｙ＝０．７２７８ｘ０．９５６６                      …（２）
ここで、ｙは、第１共振周波数（Ｈｚ）であり、ｘは、パラメータＢである。
【００７５】
なお、図２０及び図２１は、後述する実施例の実験前の設計段階におけるシミュレーションの結果から得られたものである。
図２０は、様々な開口形状及びサイズを有する開口１２を持つ枠１４と種々の厚み及び密度、ヤング率等の物性の膜１８からなる防音セル２２について第１共振周波数（Ｈｚ）とパラメータＢとの関係をプロットしたもので、パラメータＢと防音構造の第１共振周波数（Ｈｚ）との関係を表わす点は、全ての点が略同一直線上にあり、略一次式と見做せる上記式（２）で表されることを示すものである。
一方、図２１は、表１〜表３に示す本発明の防音構造の四角形状を有する枠（四角形枠）１４と膜１８とからなる１つの防音セル２２について第１共振周波数（Ｈｚ）とパラメータＢとの関係をプロットしたもので、パラメータＢと防音構造の第１共振周波数（Ｈｚ）との関係を表わす点は、全ての点が略同一直線上にあることを示すものである。なお、表１〜表３において、Ｅは、１０を底とする指数表示であることを表わす。例えば、１．００Ｅ−０４は、１．００×１０−４であることを表わす。
図２１から、本発明の防音構造が、四角形状を有する枠（四角形枠）１４と膜１８とからなる防音セル２２を備えるものである場合、パラメータＢと防音構造の第１共振周波数（Ｈｚ）との関係を表わす点は、図２０に示す略一次式と見做せる上記式（２）で表される直線と同一の直線上にあると略言えることが分かる。
【００７６】
【表１】
2016208580.tif 000003
【００７７】
【表２】
2016208580.tif 000004
【００７８】
【表３】
2016208580.tif 000005
【００７９】
以上から、本発明の防音構造１０〜１０ｃにおいては、防音セル２２の円相当半径Ｒ（ｍ）、膜１８の厚みｔ（ｍ）、膜１８のヤング率Ｅ（Ｐａ）、膜１８の密度ｄ（ｋｇ／ｍ３）をパラメータＢ（√ｍ）で規格化することにより、２次元（ｘｙ）座標上において、パラメータＢと防音構造１０の第１共振周波数（Ｈｚ）との関係を表わす点は、略一次式と見做せる上記式（２）で表され、全ての点が略同一直線上にあること分かる。
第１共振周波数を１０Ｈｚから１０５（１０００００）Ｈｚまでの間の複数の値に対するパラメータＢの値を表１に示す。
【００８０】
【表４】
2016208580.tif 000006
【００８１】
表４から明らかなように、パラメータＢは、第１共振周波数に対応することから、本発明においては、１５．４７（１．５４７×１０）以上２．３５０×１０５以下であることが好ましく、３１．９４（３．１９４×１０）〜４．３６９×１０４であることがより好ましく、６５．９２（６．５９２×１０）〜３．４６０×１０４であることが更により好ましく、１７１．８（１．７１８×１０２）〜２．５６２×１０４であることが最も好ましい。
以上のように規格化されたパラメータＢを用いることにより、本発明の防音構造において、遮蔽ピーク周波数の低周波側の下限となる一方の側の防音セルの第１共振周波数と、遮蔽ピーク周波数の高周波側の上限となる他方の側の異なる防音セルの第１共振周波数を決定することができ、選択的に遮音すべき周波数帯域の中心となる遮蔽ピーク周波数を決めることができる。また、逆に、このパラメータＢを用いることにより、選択的に遮音すべき周波数帯域の中心となる遮蔽ピーク周波数をその間に持つことができる異なる２種以上の第１共振周波数を有する本発明の防音構造を設定することができる。
【００８２】
本発明の防音構造は、以上のように構成されているため、従来の防音構造において困難であった低周波遮蔽を可能にし、さらに、低周波から１０００Ｈｚを超える周波数まで様々な周波数の騒音に合わせて強く遮音する構造を設計できるという特徴も有する。また、本発明の防音構造は、構造の質量（質量則）によらない遮音原理であるため、従来の防音構造と比較して非常に軽量かつ薄い遮音構造を実現できるために、従来の防音構造では十分な遮音が困難であった防音対象にも適用することができる。
【００８３】
また、本発明の防音構造は、従来のほとんどの遮音材及び遮音構造と比較すると、従来が質量則による遮蔽で遮音構造が重くなる必要があったのに対し、単なる枠−膜構造で良いので、軽くすることができる。
本発明の防音構造は、特許文献２に記載の技術のように、後から粘着剤で取り付ける必要がある錘を用いなくも、強い遮蔽ピークを得ることができ、構成がより簡潔になっている。本発明の防音構造は、特許文献２に記載の技術のように、枠−膜構造において、錘を必要とせず、膜又は枠を異ならしめるだけで製造適性があり遮音材としてロバスト性の高い遮音構造であるという特徴を有する。
また、特許文献２の技術が、単位セル内での膜振動の平均値を０にするという構造力学的原理で遮音しているのに対し、本発明の防音構造は、膜自体が振動し、その透過音波の干渉によって音を消すという音響波動的原理で遮音ピークを生じさせているため原理が全く異なり、任意の特定の周波数の音、特に低周波側の音を選択的に消すことができる。
また、本発明の防音構造は、強い遮音ピークを生じさせて狙いの周波数を消すという特許文献１に記載の技術には無い技術によって遮音をするもので、膜の堅さを複数組み合わせるという簡単な変更によって強い遮蔽ピークを任意の周波数に狙って出せるという大きな性能改善があると言える。
【００８４】
また、本発明の防音構造では、複数セルの組合せにより遮音を行うという技術を用いているため、１つの単位セル内の工夫によって遮音効果を生じさせている従来技術に対して、様々な遮音に適応でき、汎用性が高い。
また、本発明の防音構造では、可聴域内の低〜中周波数の任意の周波数を強く遮蔽する技術として、錘などの余分な構造物を付け加える必要がなく、最もシンプルな構成として枠と膜のみで構成される枠−膜構造からなるので、製造適性に優れ、コストの観点からも優位性がある。
また、本発明の防音構造では、膜の物性のうちの堅さ、密度、及び／又は膜の厚みによって防音効果が決まり他の物性には依らないため、難燃性、高透過性、生体適合性、断熱性、及び電波透過性など様々な他の優れた物性と組み合わせることができる。例えば、電波透過性に関しては、アクリルなど電気伝導度のない枠材質と誘電体膜の組み合わせでは電波透過性が確保され、一方で、アルミニウムなど電気伝導度の大きな枠材質や金属膜で全面を覆うことにより、電波を遮蔽できる。
【００８５】
以下に、本発明の防音構造を持つ防音部材に組合せることができる構造部材の物性、又は特性について説明する。
［難燃性］
建材や機器内防音材として本発明の防音構造を持つ防音部材を使用する場合、難燃性であることが求められる。
そのため、膜は、難燃性のものが好ましい。膜としては、例えば難燃性のＰＥＴフィルムであるルミラー（登録商標）非ハロゲン難燃タイプＺＶシリーズ（東レ社製）、テイジンテトロン（登録商標）ＵＦ（帝人社製）、及び／又は難燃性ポリエステル系フィルムであるダイアラミー（登録商標）（三菱樹脂社製）等を用いればよい。
また、枠も、難燃性の材質であることが好ましく、アルミニウム等の金属、セミラックなどの無機材料、ガラス材料、難燃性ポリカーボネート（例えば、ＰＣＭＵＰＹ６１０（タキロン社製））、及び／又はや難燃性アクリル（例えば、アクリライト（登録商標）ＦＲ１（三菱レイヨン社製））などの難燃性プラスチックなどが挙げられる。
さらに、膜を枠に固定する方法も、難燃性接着剤（スリーボンド１５３７シリーズ（スリーボンド社製））、半田による接着方法、又は２つの枠で膜を挟み固定するなどの機械的な固定方法が好ましい。
【００８６】
［耐熱性］
環境温度変化にともなう、本発明の防音構造の構造部材の膨張伸縮により防音特性が変化してしまう懸念があるため、この構造部材を構成する材質は、耐熱性、特に低熱収縮のものが好ましい。
膜は、例えばテイジンテトロン（登録商標）フィルム  ＳＬＡ（帝人デュポン社製）、ＰＥＮフィルム  テオネックス（登録商標）（帝人デュポン社製）、及び／又はルミラー（登録商標）オフアニール低収縮タイプ（東レ社製）などを使用することが好ましい。また、一般にプラスチック材料よりも熱膨張率の小さいアルミニウム等の金属膜を用いることも好ましい。
また、枠は、ポリイミド樹脂（ＴＥＣＡＳＩＮＴ４１１１（エンズィンガージャパン社製））、及び／又はガラス繊維強化樹脂（ＴＥＣＡＰＥＥＫＧＦ３０（エンズィンガージャパン社製））などの耐熱プラスチックを用いること、及び／又はアルミニウム等の金属、又はセラミック等の無機材料やガラス材料を用いることが好ましい。
さらに、接着剤も、耐熱接着剤（ＴＢ３７３２（スリーボンド社製）、超耐熱１成分収縮型ＲＴＶシリコーン接着シール材（モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン社製）、及び／又は耐熱性無機接着剤アロンセラミック（登録商標）（東亜合成社製）など）を用いることが好ましい。これら接着を膜または枠に塗布する際は、１μm以下の厚みにすることで、膨張収縮量を低減できることが好ましい。
【００８７】
［耐候・耐光性］
屋外や光が差す場所に本発明の防音構造を持つ防音部材が配置された場合、構造部材の耐侯性が問題となる。
そのため、膜は、特殊ポリオレフィンフィルム（アートプライ（登録商標）（三菱樹脂社製））、アクリル樹脂フィルム（アクリプレン（三菱レイヨン社製））、及び／又はスコッチカルフィルム（商標）（３Ｍ社製）等の耐侯性フィルムを用いることが好ましい。
また、枠材は、ポリ塩化ビニル、ポリメチルメタクリル（アクリル）などの耐侯性が高いプラスチックやアルミニウム等の金属、セラミック等の無機材料、及び／又はガラス材料を用いることが好ましい。
さらに、接着剤も、エポキシ樹脂系のもの、及び／又はドライフレックス（リペアケアインターナショナル社製）などの耐侯性の高い接着剤を用いることが好ましい。
耐湿性についても、高い耐湿性を有する膜、枠、及び接着剤を適宜選択することが好ましい。吸水性、耐薬品性に関しても適切な膜、枠、及び接着剤を適宜選択することが好ましい。
【００８８】
［ゴミ］
長期間の使用においては、膜表面にゴミが付着し、本発明の防音構造の防音特性に影響を与える可能性がある。そのため、ゴミの付着を防ぐ、または付着したゴミ取り除くことが好ましい。
ゴミを防ぐ方法として、ゴミが付着し難い材質の膜を用いることが好ましい。例えば、導電性フィルム（フレクリア（登録商標）（ＴＤＫ社製）、及び／又はＮＣＦ（長岡産業社製））などを用いることで、膜が帯電しないことで、帯電によるゴミの付着を防ぐことができる。また、フッ素樹脂フィルム（ダイノックフィルム（商標）（３Ｍ社製））、及び／又は親水性フィルム（ミラクリーン（ライフガード社製）、ＲＩＶＥＸ（リケンテクノス社製）、及び／又はＳＨ２ＣＬＨＦ（３Ｍ社製））を用いることでも、ゴミの付着を抑制できる。さらに、光触媒フィルム（ラクリーン（きもと社製)）を用いることでも、膜の汚れを防ぐことができる。これらの導電性、親水性、及び／又は光触媒性を有するスプレー、及び／又はフッ素化合物を含むスプレーを膜に塗布することでも同様の効果を得ることができる。
【００８９】
上述したような特殊な膜を使用する以外に、膜上にカバーを設けることでも汚れを防ぐことが可能である。カバーとしては、薄い膜材料(サランラップ（登録商標）など)、ゴミを通さない大きさの網目を有するメッシュ、不織布、ウレタン、エアロゲル、ポーラス状のフィルム等を用いることができる。
また、図５に示すような膜１８に通気孔となる貫通穴２４を有する防音構造１０ｃの場合には、図３５、及び図３６にそれぞれ示す防音部材３０ａ、及び３０ｂのように、膜１８上に設けられたカバー３２にも孔３４を空けて、膜１８上に直接風やゴミが当たらないように、配置することが好ましい。
付着したゴミを取り除く方法としては、膜の共鳴周波数の音を放射し、膜を強く振動させることで、ゴミを取り除くことができる。また、ブロワー、又はふき取りを用いても同様の効果を得ることができる。
【００９０】
［風圧］
強い風が膜に当たることで、膜が押された状態となり、共鳴周波数が変化する可能性がある。そのため、膜上に、不織布、ウレタン、及び／又はフィルムなどでカバーすることで、風の影響を抑制することができる。図５に示すような膜１８に貫通穴２４を有する防音構造１０ｃの場合には、上記のゴミの場合と同様に、図３５、及び図３６にそれぞれ示す防音部材３０ａ、及び３０ｂのように、膜１８上に設けられたカバー３２にも孔３４を空けて、膜１８上に直接風が当たらないように、配置することが好ましい。
【００９１】
［ユニットセルの組み合わせ］
図１〜図５に示す本発明の防音構造１０、１０ａ、１０ｂ、及び１０ｃは、複数の枠１４が連続した１つの枠体１６によって構成されているが、本発明はこれに限定されず、１つの枠とそれに取り付けられた１枚の膜とを持つ、又はこの１つの枠と１枚の膜と膜に形成された貫通穴を持つ単位ユニットセルとしての防音セルであっても良い。即ち、本発明の防音構造を有する防音部材は、必ずしも１つの連続した枠体によって構成されている必要はなく、単位ユニットセルとして枠構造とそれに取り付けられた膜構造とを持つ、又は１つの枠構造と１つの膜構造と膜構造に形成された穴構造を持つ防音セルであっても良く、このような単位ユニットセルを独立に使用する、もしくは複数の単位ユニットセルを連結させて使用することもできる。
複数の単位ユニットセルの連結の方法としては、後述するが、枠体部にマジックテープ（登録商標。以下、同様）、磁石、ボタン、吸盤、及び／又は凹凸部を取り付けて組み合わせてもよいし、テープなどを用いて複数の単位ユニットセルを連結させることもできる。
【００９２】
［配置］
本発明の防音構造を有する防音部材を壁等に簡易に取り付け、又はり取外しできるようにするため、防音部材に磁性体、マジックテープ、ボタン、吸盤などからなる脱着機構が取り付けられていることが好ましい。例えば、図３７に示すように、防音部材３０ｃの枠体１６の外側の枠１４の底面に脱着機構３６を取付けて置き、防音部材３０ｃに取り付けられた脱着機構３６を壁３８に取付けて、防音部材３０ｃを壁３８に取り付けるようにしても良いし、図３８に示すように、防音部材３０ｃに取り付けられた脱着機構３６を壁３８から取り外して、防音部材３０ｃを壁３８から離脱させるようにしても良い。
【００９３】
また、共鳴周波数の異なる各防音セル、例えば図３９に示すように、防音セル３１ａ、３１ｂ、及び３１ｃをそれぞれ組合せて、防音部材３０ｄの防音特性を調整する際に、容易に防音セル３１ａ、３１ｂ、及び３１ｃを組み合わせられるように、各防音セル３１ａ、３１ｂ、及び３１ｃに磁性体、マジックテープ、ボタン、吸盤などの脱着機構４０が取り付けられていることが好ましい。
また、防音セルに凹凸部を設け、例えば図４０に示すように、防音セル３１ｄに凸部４２ａを設け、かつ防音セル３１ｅに凹部４２ｂを設け、それらの凸部４２ａと凹部４２ｂとをかみ合わせで防音セル３１ｄと防音セル３１ｅとの脱着を行ってもよい。複数の防音セルを組み合わせることができれば、１つの防音セルに凸部及び凹部の両方を設けても良い。
更に、上述した図３９に示す脱着機構４０と、図４０に示す凹凸部、凸部４２ａ及び凹部４２ｂとを組み合わせて防音セルの着脱を行うようにしても良い。
【００９４】
［枠機械強度］
本発明の防音構造を有する防音部材のサイズが大きくなるにつれ、枠が振動しやすくなり、膜振動に対し固定端としての機能が低下する。そのため、枠の厚みを増して枠剛性を高めることが好ましい。しかし、枠の厚みを増すと防音部材の質量が増し、軽量である本防音部材の利点が低下していく。
そのため、高い剛性を維持したまま質量の増加を低減するために、枠に孔や溝を形成することが好ましい。例えば、図４１に示す防音セル４４の枠４６に対して、図４２に側面図として示すようにトラス構造を用いることで、又は図４３に示す防音セル４８の枠５０ｄに対して、図４４にＡ−Ａ線矢視図として示すようにラーメン構造を用いることで、高い剛性かつ軽量を両立することができる。
【００９５】
また、例えば、図４５〜図４７に示すように、面内の枠厚みを変える、又は組合せることで、高剛性を確保し、軽量化を図ることもできる。図４５に示す本発明の防音構造を有する防音部材５２のように、図４５に示す防音部材５２をＢ−Ｂ線で切断した断面模式図である図４６に示すように、３６個の防音セル５４の複数の枠５６からなる枠体５８の両外側、及び中央の枠材５８ａを、その他の部分の枠材５８ｂより厚みを厚くする、図示例では２倍以上厚くする。Ｂ−Ｂ線と直交するＣ−Ｃ線で切断した断面模式図である図４７に示すように、直交する方向においても、同様に、枠体５８の両外側、及び中央の枠材５８ａを、その他の部分の枠材５８ｂより厚みを厚くする、図示例では２倍以上厚くする。
こうすることにより、高剛性化と軽量化を両立することができる。
なお、上述した図３７〜図４７に示す各防音セルの膜１８には、貫通穴が穿孔されていないが、本発明はこれに限定されず、図５に示す実施例の防音セル２２のように、貫通穴２４を有していても良いのは勿論である。
【００９６】
本発明において、膜に貫通穴を持つ防音セルからなる防音構造では、特許文献２に記載の技術に比較して、上述のように、質量を重くしてしまう要因であった錘が必要ないため、より軽い遮音構造を実現できる等の特徴に加え、以下の特徴を有する。
１．レーザ加工やパンチ穴により、高速かつ容易に膜に穴をあけることができるために、製造適性を有する。
２．穴の位置や形状に遮音特性がほとんど依存しないため、製造において安定性が高い。
３．穴が存在することで膜が通気性をもつ、すなわち風や熱を通しながら音を遮蔽する構造を実現できる。
【００９７】
図１に示す本発明の防音構造１０は、以下のようにして製造される。
まず、複数、例えば２２５の枠１４を有する枠体１６と、枠体１６の全ての枠１４の半分の枠１４の開口１２を全て覆うシート状の膜体２０ａと、残りの半分の枠１４の開口１２を全て覆う、膜体２０ａと異なる厚さを持つシート状の膜体２０ｂと、を準備する。
次に、枠体１６の全ての枠１４の半分の枠１４にシート状の膜体２０ａを接着剤によって貼り付けて固定し、この半分の枠１４の開口１２をそれぞれ覆う膜１８ａを形成して、枠１４と膜１８ａとからなる構造を持つ複数の防音セル２２ａを構成する。
枠体１６の全ての枠１４の残りの半分の枠１４にシート状の膜体２０ｂを接着剤によって貼り付けて固定し、この残りの半分の枠１４の開口１２をそれぞれ覆う膜１８ｂを形成して、枠１４と膜１８ｂとからなる構造を持つ複数の防音セル２２ｂを構成する。
こうして、本発明の防音構造１０を製造することができる。
【００９８】
なお、図３に示す本発明の防音構造１０ａの場合には、膜１８ａと膜１８ｂとを千鳥配置となるように枠１４に貼る点で、図１に示す本発明の防音構造１０の場合と異なる。
また、図４に示す本発明の防音構造１０ｂの場合には、枠サイズの異なる枠１４を備える枠体１６と、１枚のシート状の膜体２０とを準備し、枠体１６の枠サイズの異なる全枠１４に１枚のシート状の膜体２０を貼る点で、図１に示す本発明の防音構造１０の場合と異なる。
図５に示す本発明の防音構造１０ｃの場合には、図１に示す本発明の防音構造１０の半分の防音セル２２ａの膜１８ａ及び残りの半分の防音セル２２ｂの膜１８ｂのそれぞれに、レーザ加工などのエネルギを吸収する加工方法、もしくはパンチング、又は針加工などの物理的接触による機械加工方法によって１個以上の貫通穴２４をそれぞれ穿孔して、各防音セル２２に貫通穴２４を形成する。
こうして、本発明の防音構造を製造することができる。
本発明の防音構造は、基本的に以上のように構成される。
【００９９】
本発明の防音構造は、以下のような防音部材として使用することができる。
例えば、本発明の防音構造を持つ防音部材としては、
建材用防音部材：建材用として使用する防音部材、
空気調和設備用防音部材：換気口、空調用ダクトなどに設置し、外部からの騒音を防ぐ防音部材、
外部開口部用防音部材：部屋の窓に設置し、室内又は室外からの騒音を防ぐ防音部材、
天井用防音部材：室内の天井に設置され、室内の音響を制御する防音部材、
床用防音部材：床に設置され、室内の音響を制御する防音部材、
内部開口部用防音部材：室内のドア、ふすまの部分に設置され、各部屋からの騒音を防ぐ防音部材、
トイレ用防音部材：トイレ内またはドア（室内外）部に設置、トイレからの騒音を防ぐ防音部材、
バルコニー用防音部材：バルコニーに設置し、自分のバルコニーまたは隣のバルコニーからの騒音を防ぐ防音部材、
室内調音用部材：部屋の音響を制御するための防音部材、
簡易防音室部材：簡易に組み立て可能で、移動も簡易な防音部材、
ペット用防音室部材：ペットの部屋を囲い、騒音を防ぐ防音部材、
アミューズメント施設：ゲームセンター、スポーツセンター、コンサートホール、映画館に設置される防音部材、
工事現場用仮囲い用の防音部材：工事現場を多い周囲に騒音の漏れを防ぐ防音部材、
トンネル用の防音部材：トンネル内に設置し、トンネル内部および外部に漏れる騒音を防ぐ防音部材、等を挙げることができる。
【実施例】
【０１００】
本発明の防音構造を実施例に基づいて具体的に説明する。
本発明の実施例を製造して音響特性を測定する実験を行う前にシミュレーションによる防音構造の設計について示す。
この防音構造の系は、膜振動と空気中の音波の相互作用系であるため、音響と振動の連成解析を用いて解析を行った。具体的には、有限要素法の解析ソフトウェアであるＣＯＭＳＯＬｖｅｒ５．０の音響モジュールを用いて設計を行った。まず、固有振動解析によって第１共振周波数を求めた。次に、周期構造境界中で周波数スイープによる音響構造連成解析を行って、正面から入射する音波に対する各周波数における透過損失を求めた。この設計に基づいて、サンプルの形状や材質を決定した。実験結果における遮蔽ピーク周波数とシミュレーションからの予測遮蔽ピーク周波数とは、図１２に示す実施例１の実験結果及びシミュレーション結果のように、良く一致した。【０１０１】
また、材料特性や膜厚を自由に変化させることができるシミュレーションの特徴を活かして、第１共振周波数と各物性の対応を求めた。パラメータＢとして膜１８の厚みｔ（ｍ）、枠１４のサイズ（又は半径）Ｒ（ｍ）、膜のヤング率Ｅ（Ｐａ）、膜の密度ｄ（ｋｇ／ｍ３）を変化させて固有振動を求めた。その結果を図２０及び図２１に示した。本発明者らは、この計算により第１共振周波数ｆ_ｒｅｓｏｎａｎｃｅがｔ／Ｒ２＊√（Ｅ／ｄ）に略比例することを見出した。したがって、パラメータＢ＝ｔ／Ｒ２＊√（Ｅ／ｄ）とおくことで固有振動が予測できることが分かった。【０１０２】
まず、本発明の防音構造についてシミュレーションによる遮音特性の解析を行った。以下に、シミュレーションによる実施例Ｓ１〜Ｓ６を示す。
（実施例Ｓ１）
まず、２０ｍｍ枠１４に膜１８として厚みの異なるＰＥＴフィルムを２種類固定した本発明の防音構造１０のシミュレーションに関して、一方の膜１８ａのＰＥＴフィルムが１００μｍ、他方の膜１８ｂのＰＥＴフィルムが１２５、１５０、１７５、２００、２２５、及び２５０μｍの厚みの場合の透過損失を図６に示した。枠１４のサイズが２０ｍｍ正方形であり、一方の膜１８ａのＰＥＴフィルム１００μｍの防音セル２２ａの第１共振周波数が８００Ｈｚにあり、他方の膜１８ｂの厚みの異なるＰＥＴフィルムの防音セル２２ｂの第１共振周波数がより高周波側にあり、その中間の周波数において透過損失の極大値が現れた。この極大値を示す周波数が遮蔽ピーク周波数である。
図６から、上述したように、本発明の防音構造１０では、他方の膜１８ｂのＰＥＴフィルムが厚くなると、高周波側の第１共振周波数がより高周波側にシフトし、遮蔽ピーク周波数もより高周波側にシフトし、遮蔽のピークは高くなることが分かる。【０１０３】
（実施例Ｓ２）
次に、本発明の防音構造１０において、低周波を遮蔽する観点から、枠１４のサイズが２５ｍｍ正方形であり、一方の膜１８ａのＰＥＴフィルムの膜厚が５０μｍ、枠１４のサイズを２５ｍｍとして第１共振周波数を低周波になるようにした。２５ｍｍ正方形の枠１４と、他方の膜１８ｂの膜厚８０、１００、 １２０μｍのＰＥＴフィルムとを組み合わせてシミュレーションを行い、透過損失の周波数依存性を求めた。その結果を図７に示した。周波数が３００Ｈｚから５００Ｈｚの間付近の低周波側においても透過損失の極大値が現れることが分かった。
図７から、上述したように、本発明の防音構造１０は、ＰＥＴフィルムの膜厚を全体的に薄くしても、図６と同様な傾向を示すことが分かる。【０１０４】
（実施例Ｓ３）
次に、膜の種類が異なる場合のシミュレーションとして、１５ｍｍ正方形の枠１４に膜１８ａの厚み１００μｍのＰＥＴフィルムと、膜１８ｂの厚み１００μｍでヤング率を設定するフィルムの組合せの計算を行った。設定したヤング率は０．９、１．８、２、７、３．６、４．５ＧＰａであって、その他のポアソン比や密度のパラメータは、膜１８ａのＰＥＴフィルムと同一とした。ここでＰＥＴフィルム自体のヤング率は４．５ＧＰａであった。それらの透過損失を図８に示した。膜１８ａと膜１８ｂでヤング率に差がある時、例えば、低いヤング率の膜１８ｂの時の第１共振周波数が低周波側となり、その場合に、膜１８ａのＰＥＴフィルムの枠−膜構造の第１共振周波数との間に透過損失の極大値が現れた。膜１８ａと膜１８ｂでヤング率が４．５ＧＰａで等しい場合には、１つの第１共振周波数しか現れず、遮蔽ピーク周波数は現れなかった。図８から、上述したように、低いヤング率の膜１８ｂのヤング率が低くなると、その第１共振周波数は低周波側にシフトし、遮蔽ピーク周波数も低周波側にシフトし、遮蔽のピークは高くなることが分かる。【０１０５】
（実施例Ｓ４）
次に、枠１４の面積が異なる場合のシミュレーションとして、２０ｍｍ角正方形の枠１４ｂと一辺２０ｍｍ×一辺ｘｍｍ（ｘはそれぞれ１５、２０、３０ｍｍ）の四角形の枠１４ａの２種類の単位枠を有する構造に膜体２０（膜１８ｅ、１８ｆ）として１５０μｍ厚みのＰＥＴフィルムを固定した場合のシミュレーションを行った。図４は、ｘ＝３０ｍｍの時の枠−膜構造の防音セル２２（２２ｅ、２２ｆ）の防音構造１０ｃを模式的に示す平面図である。また、シミュレーションによる透過損失の結果を図９に示した。
上述したように、単位枠の面積が大きくなるほどに単位防音セル内の膜の堅さは小さくなるため、第１共振周波数は低周波にシフトする。このことより、ｘ＝３０ｍｍのとき、第１共振周波数は正方形枠と長方形枠に起因して２周波数に現れ、その中間で透過損失が極大値を持った。これとは、逆にｘ＝１５ｍｍのとき、第１共振周波数は高周波側にシフトし、その中間で透過損失が極大値を持った。ｘ＝２０ｍｍの時、枠１４ａと枠１４ｂのサイズは同じとなり、防音セル２２ｅと２２ｆとは同じとなり、１つの第１共振周波数しか現れず、遮蔽ピーク周波数は現れなかった。【０１０６】
（実施例Ｓ５）
張力の効果をみるために、一方の防音セル２２に張力を付与したモデルの透過損失を上述のＣＯＭＳＯＬで計算した。防音セル２２の枠１４のサイズは２０ｍｍ角の正方形状、膜１８の厚みを１００μｍとし、片側の防音セル２２の膜１８、例えば１８ａのみに一定の張力１３０（Ｎ／ｍ)を加えた。膜１８の材質は、ＰＥＴフィルムの物性値を用いた。
計算結果から求めた透過損失を図１８に示した。それぞれの防音セル２２（２２ａ，２２ｂ）のセル構造による固有振動に対応して透過損失の極小値（第１共振周波数）が２つ存在し、その間の周波数において大きな透過損失のピークが現れた。
防音セル２２（２２ａ）の膜１８（１８ａ）張力を加えることで、張力を加えない防音セル２２（２２ｂ）の元のセル構造の第１共振周波数からずれて第１共振周波数が高周波シフトする。よって、元々は同一の性質の防音セルであっても張力の異なる防音セル同士では第１共振周波数が異なり、その間の周波数において強い透過損失が現れることを示した。【０１０７】
（実施例Ｓ６）
３種類以上の膜の堅さが異なる場合の影響をみるために、膜厚みを３水準もつ枠−膜構造の防音セル２２の透過損失を上述のＣＯＭＳＯＬで計算した。モデルの全ての防音セル２２の枠１４のサイズは２０ｍｍ角の正方形状、それぞれの膜１８の厚みを１００μｍ、１５０μｍ、及び２００μｍの３種としてその膜１８の周辺を枠１４に固定拘束した。膜１８の材質は、ＰＥＴフィルムの物性値を用いた。
計算結果から求めた透過損失を図１９に示した。３つの固有振動による透過損失の極小値が存在し、それぞれ低周波側からフィルム厚み１００［μｍ］,１５０［μｍ］,２００［μｍ］の膜−枠構造の防音セル２２に対応している。それらの複数の第１共振周波数の間に、具体的には隣接する２つの第１共振周波数の間に、それぞれ大きな遮蔽が生じた。この実施例Ｓ６の場合、膜１８の固有振動の数に対応して、透過損失の遮蔽ピークも２つ存在していた。
このように複数種類の膜の堅さを組み合わせることで遮蔽ピークも複数形成することができることが分かった。【０１０８】
次に、本発明の防音構造について実験による遮音特性の解析を行った。以下に、実験による実施例１〜４を示す。
（実施例１）
まず、図１に示すように、膜１８ａ及び１８ｂがそれぞれＰＥＴフィルム１００μｍと１８８μｍであり、枠１４のサイズが２０ｍｍ各正方形である構造体の防音セル２２ａ及び２２ｂを持つ防音構造１０を作製した。以下に、その作成手順を示す。
膜１８ａ及び１８ｂとして、１００μｍと１８８μｍのＰＥＴフィルム（東レ株式会社  ルミラー）を用いた。枠１４としては、厚み３ｍｍ×幅２ｍｍのアルミニウムを用い、枠１４の形状を正方形として、その正方形開口１２の一辺を２０ｍｍとして加工を行ったものを用いた。図１に示すように、枠構造の貫通する開口１２は、６×６個の合計３６個を有する。この枠構造に対して、まず、１００μｍ厚みのＰＥＴフィルムを３×６個の枠領域に対し接着剤で固定し、次に、１８８μｍ厚みのＰＥＴフィルムを残りの３×６個の枠領域に対し接着剤で固定することで、枠と２種類の膜からなる枠−膜構造である２種類の防音セルを有する、図１に示す防音構造１０を作製した。【０１０９】
音響特性は、自作のアルミニウム製音響管に４本のマイクを用いて伝達関数法による測定を行った。この手法は「ASTM E2611-09: Standard Test Method for Measurement of Normal Incidence Sound Transmission of Acoustical Materials Based on the Transfer Matrix Method」に従う。音響管としては例えば日東紡音響エンジニアリング株式会社製のＷｉｎＺａｃと同一の測定原理である。この方法で広いスペクトル帯域において音響透過損失を測定することができる。枠−膜構造の防音構造１０を音響管の測定部位に配置し、１００Ｈｚ〜２０００Ｈｚの範囲で音響透過損失測定を行った。
透過損失の測定結果を図１０及び図１７に示した。
実施例１の防音構造には、図１０及び図１７に示すように、２種類の防音セルそれぞれに対応する異なる２つの第１共振周波数がそれぞれ約８００Ｈｚ及び約１４００Ｈｚに存在するが、それらの間の１３００Ｈｚ付近の遮蔽ピーク周波数で極めて強い遮蔽が生じていることが分かった。遮蔽ピーク周波数である１２８４Ｈｚにおいて、遮蔽ピーク周波数の透過損失のピーク値は、２４ｄＢとなった。【０１１０】
また、実施例１において測定した透過率、反射率を用いて、実施例１の音の吸収率の周波数依存性を求めた。その結果を図１１に示した。実施例１の防音構造には、図１０に示すように、２種類の防音セルそれぞれに対応する異なる２つの第１共振周波数が存在するが、図１１に示すように、それぞれの防音セルの第１共振周波数において吸収率の極大が存在し、結果として広帯域な吸音が達成されていることが分かる。
なお、実施例１の構成を有する防音構造の音響透過損失を１００Ｈｚ〜２０００Ｈｚの範囲でシミュレーションによって求めた。そのシミュレーション結果を図１２に示した。図１２には、上述の図１０に示す実験による透過損失の測定結果を重ねて示した。
図１２に示すように、実験による透過損失の測定結果と、シミュレーションによる透過損失の予測結果とは、良く一致していることが分かる。
以下、全ての実施例、及び比較例において測定方法は同じであるため、サンプルの作製方法を示した。【０１１１】
（比較例１）
上記実施例１において、２種類の膜を用いる代わりに、その内の一方の１種類の膜である１８８μｍ厚みのＰＥＴフィルムを６×６個の枠領域に対し接着剤で固定した。この単一種類の防音セルを有する防音構造に関して音響透過損失測定を行った。一般的な質量則と剛性則による遮音が得られた。図１７に比較例１の透過損失の測定結果を示した。図１７は、比較例１の遮蔽係数の周波数依存性を示している。
（比較例２）
上記実施例１において、２種類の膜を用いる代わりに、その内の他方の１種類の膜である１００μｍ厚みのＰＥＴフィルムを６×６個の枠領域に対し接着剤で固定した。この単一種類の防音セルを有する防音構造に関して音響透過損失測定を行った。一般的な質量則と剛性則による遮音が得られた。図１７に比較例２の透過損失の測定結果を示した。図１７は、比較例２の遮蔽係数の周波数依存性も示している。比較例１の防音構造に対して、比較例２の防音構造の方が、膜厚が薄く、したがって堅さが小さくなる。このため、図１７に示すように、第１共振周波数は、比較例１と比較してより低周波側に現れた。【０１１２】
図１７には、実施例１、比較例１、及び比較例２の全ての遮透過損失の測定結果である遮蔽係数の周波数依存性が示されている。図１７から、１３００Ｈｚ付近では、比較例１のＰＥＴ１８８μｍの防音セルは剛性則、比較例２のＰＥＴ１００μｍの防音セルは質量則の振る舞いを示していることが分かる。この２つの防音セルからの透過振幅が等しくなる時に、この２つの防音セルからなる実施例１の構造で、大きな遮蔽ピークが現れている。これは、２種類の防音セルからの透過波が互いに打ち消し合いの関係となり大きな遮音効果を得られたことを示していることが分かる。【０１１３】
（実施例２）
次に、図１に示す膜１８ａ及び１８ｂがそれぞれＰＥＴフィルム１００μｍと２５０μｍであり、枠１４のサイズが２５ｍｍ各正方形である構造体の防音セル２２ａ及び２２ｂを持つ防音構造１０を作製した。
実施例２では、膜１８ａ及び１８ｂのＰＥＴフィルムとして、実施例１と同様に、ルミラーを用いた。枠１４としては、実施例１と同様にアルミニウム厚み３ｍｍ×幅２ｍｍを用い、枠１４の形状を正方形として、その正方形開口１２の一辺を２５ｍｍとして加工を行ったものを用いた。枠構造の貫通する開口１２は、図１に示す防音構造１０と異なり、４×４個の合計１６個を有する。この枠構造に対して、まず、１００μｍ厚みのＰＥＴフィルムを２×４個の枠領域に対して接着剤で固定し、次に、２５０μｍ厚みのＰＥＴフィルムを残りの２×４個の枠領域に対して接着剤で固定することで、枠と２種類の膜からなる枠−膜構造である２種類の防音セルを有する防音構造を作製した。遮音特性の測定は、実施例１と同様に行った。【０１１４】
図１３に、実施例２の透過損失の測定結果を示した。また、求めた実施例２の音の吸音率を図１４に示した。
実施例２の防音構造には、図１３に示すように、２種類の防音セルそれぞれに対応する異なる２つの第１共振周波数がそれぞれ約６００Ｈｚ及び約１３００Ｈｚに存在するが、それらの間の１０００Ｈｚ〜１１００Ｈｚ付近の遮蔽ピーク周波数を中心とする周波数領域で極めて強い遮蔽が生じていることが分かった。遮蔽ピーク周波数である１１００Ｈｚにおいて、遮蔽ピーク周波数の透過損失のピーク値は、３０ｄＢとなった。
また、図１４に示すように、実施例２の防音構造では、２種類の防音セル２２ａおよび２２ｂの２種類の第１共振周波数に起因する吸収率の極大がこの場合も現れた。【０１１５】
（実施例３）
上記実施例２の防音構造の各防音セル２２の膜１８に直径１ｍｍの貫通穴２４を形成した。貫通穴２４は、ポンチを用いて力学的に形成した。貫通穴２４の径が１ｍｍで貫通していることは光学顕微鏡を用いて確認した。こうして、図５に模式的に示す実効的な堅さの異なる貫通穴２４付防音セル２２ｅ及び２２ｆを有する防音構造１０ｃを形成した。
音響測定は、実施例１と同様に行った。図１５に透過損失の測定結果を示した。実施例２にみられた、２種類の異なる膜厚みに起因する２つの第１共振周波数の約６００Ｈｚ及び約１３００Ｈｚは残り、また、両第１共振周波数の間の遮蔽ピーク周波数となる１１００Ｈｚ付近の遮蔽ピークも残り、遮蔽ピーク周波数である１１５０Ｈｚで、その透過損失のピーク値は、２４ｄＢとなった。【０１１６】
更に、貫通穴２４を設けたことによる新たな遮蔽ピークが低周波側に生じた。この貫通穴２４による遮蔽のピークは４００Ｈｚ付近に現れ、３８０Ｈｚにおいて、遮蔽のピーク値として２５ｄＢの透過損失を示した。穴の存在しない実施例２では、３８０Ｈｚの透過損失は、１２ｄＢであったため、貫通穴２４を設けて遮音性が向上したことが分かる。
また、音の吸収率の測定の結果を図１６に示した。この場合にも、２種類の防音セルの２つの第１共振周波数に起因する吸収率の極大が現れたとともに、貫通穴を設けたことによる低周波側の遮蔽ピークより更に低周波領域に実施例２には無い吸収も現れた。【０１１７】
（実施例４）
実施例１と同じ膜厚の組み合わせで、図３に示す防音構造１０ａのように、膜厚の異なる防音セル２２の配置の仕方を１防音セル毎に隣り合う防音セルの膜厚を変化させて、膜厚の異なる防音セル２２の配置を市松模様としたサンプルを作製した。実施例４の防音構造１０ａにおいて、透過損失、及び音の吸収率を実施例１と同様に測定した結果、実施例１と変化がないことが分かった。
このことは、実施例１においても防音セル２２の６×３構造の大きさが今回の周波数測定範囲において波長未満の大きさとなっているため、実施例１の構造においても実施例４の構造においても、大きさの基本単位が波長未満になっているために回折や散乱が生じず、音波からみて構造が粗視化されて機能したために音波に対する機能の変化がなかったと考えられる。【０１１８】
（実施例５）
図２２に示すように、枠１４の厚み（枠厚）Ｌ１が１５ｍｍであり、枠１４のサイズ（枠サイズ）が２０ｍｍ各正方形である構造体の防音セル２２ｈ及び２２ｉからなる防音構造１０ｄを作製した。この枠構造に対して、枠１４の開口１２の一方の側を覆うように、ＰＥＴフィルム膜１８ｇを、接着剤を用いてエッジ固定し、次に、枠１４の開口１２の両側を覆うように、且つ、２層間（膜間）の距離が１５ｍｍとなるように、ＰＥＴフィルム膜１８ｈを、接着剤を用いてエッジ固定することで、２種類の防音セル２２ｈ及び２２ｉを有する防音構造１０ｄを作製した。また、膜１８ｇには、厚み（膜厚）１８８μｍのＰＥＴフィルムを使用し、膜１８ｈには、厚み（膜厚）１００μｍのＰＥＴフィルムを使用した。なお、上述の枠厚、枠サイズ及び膜厚は、防音セル２２ｈの第１共振周波数と、防音セル２２ｉの高次の共振周波数とが一致するように設計されている。
遮音特性の測定は、実施例１と同様に行った。なお、この遮音特性は、図２２中、下側から入射する音波に対する各周波数における透過損失を測定したものである。【０１１９】
図２４に、実施例５の透過損失の測定結果を示した。また、求めた実施例５の音の透過率、反射率及び吸収率を図２５に示した。
実施例５の防音構造１０ｄには、図２４に示すように、防音セル２２ｈに対応する第１共振周波数が１４１０Ｈｚに存在し、防音セル２２ｉに対応する第１共振周波数が７６０Ｈｚに存在し、それらの間の１０９０Ｈｚ付近に遮蔽がピークとなる大きな透過損失が生じていることが分かった。【０１２０】
また、さらに、実施例５の防音構造は、図２４に示すように、１４１０Ｈｚ近傍にも３０ｄＢ以上の大きな透過損失が生じることがわかった。これは、防音セル２２ｈの第１共振周波数と、防音セル２２ｉの高（２）次の共振周波数が一致する周波数において、遮蔽のピークが現れることによる。図２５に示される周波数１４１０Ｈｚ近傍の反射率及び吸収率から、この透過損失は、大きな反射によるものではなく、大きな吸収が生じたことにより生じたものであり、吸収率が最大９３％にも達することがわかった。
また、防音セル２２ｈ及び２２ｉの枠厚が１５ｍｍであり、枠サイズが２０ｍｍであることを考慮すると、この最大吸収率が獲得された１４１０Ｈｚの波長は約２４０ｍｍであるため、音波の波長の１／１０未満の大きさで非常に高い音の吸収率を実現していることがわかった。【０１２１】
図２６は、実施例５の防音構造１０ｄ、防音セル２２ｈ、及び２２ｉのそれぞれについて、シミュレーションによる遮音特性の解析を行った結果である。解析は、上述した有限要素法の解析ソフトウェアであるＣＯＭＳＯＬｖｅｒ５．０の音響モジュールを用いて行った。図２６によれば、実施例５の防音構造１０ｄが、防音セル２２ｈの第１共振周波数と、防音セル２２ｉの高次の共振周波数とが一致するように設計されていることがわかる。また、防音セル２２ｈ及び防音セル２２ｉそれぞれの吸収率は、いずれも、５０％程度に留まるが、これら２つの防音セルを隣合せて配置し防音構造１０ｄとすることで、９０％程度の吸収率になることが示された。音響モジュールでは、音響構造相互作用を、音波の伝達と構造の振動を連成させて計算する。よって、構造計算より振動膜の振動の振舞いも計算され、音波計算より各位置での圧力と局所速度の方向を出力することができる。【０１２２】
図２７は、矢印が示す方向から、すなわち、図２２の下側から防音構造１０ｄに、音波を入射した際に生じる膜変位とその模式図を示し、図２８は、その局所速度を示す。
図２７の膜変位から、１層（単層）の膜を有する防音セル２２ｈにおいては、通常の第１共振周波数モードの膜の変位、すなわち、入射音圧により、膜１８ｇの中央部に大きな振動状態が生じ、２層の膜を有する防音セル２２ｉにおいては、入射音圧により、２層の膜１８ｈの変位が反対方向に動く共振モードの膜の変位が生じていることが分かる。これは、図２７の模式図で示すように、防音セル２２ｈと２２ｉは、入射音圧により、同時に膜１８ｇと膜１８ｈ−１が押されるものの、音波の出射側、すなわち、音波の入射方向とは逆側において音波の位相が反転し、膜１８ｈ−１と膜１８ｈ−２の間において、膜１８ｈ−１を透過した波と、膜１８ｈ−２を透過した波が干渉する関係になることによる。図２８からも、防音セル２２ｈの膜１８ｇを透過した音波は、その位相が反転して防音セル２２ｉの膜１８ｈ−２に入射し、膜１８ｈ−１を透過した音波と打ち消し合いを起こして透過波が小さくなることがわかる。【０１２３】
つまり、第１共振周波数に挟まれた領域で透過波同士の打ち消し合いが生じることにより透過損失を大きくすることができるだけではなく、防音セル２２ｈの１層の膜の第１共振周波数と、防音セル２２ｉの２層の膜の高次の共振周波数を一致させることで、防音セルの枠サイズが、音波の波長の１／１０未満の大きさで構成されているとしても、５０％を遥かに超える音の吸収率を獲得することができることがわかる。【０１２４】
（実施例６）
図２３に示すように、一方は枠１４のサイズ（枠サイズ）が１４ｍｍ各正方形であり、もう一方は枠１４のサイズ（枠サイズ）が２０ｍｍ各正方形であり、枠厚Ｌ２はいずれも１０ｍｍである構造体の防音セルからなる防音構造１０ｅを作製した。この枠構造に対して、枠１４の開口１２の一方の側を覆うように、ＰＥＴフィルム膜１８ｉを、接着剤を用いてエッジ固定することで防音セル２２ｊを作成し、また、枠１４の開口１２の両側を覆うように、且つ、２層間（膜間）の距離が１０ｍｍとなるように、ＰＥＴフィルム膜１８ｊを、接着剤を用いてエッジ固定することで防音セル２２ｋを作製した。また、膜１８ｉ及び１８ｊはいずれも厚み（膜厚）１００μｍのＰＥＴフィルムを使用した。よって、枠に接着剤を塗布後、膜１８ｉに当たる部分と膜１８ｊ−１に当たる部分は、同じＰＥＴフィルムで全体を覆うように取り付けるのみで作成することができる。なお、上述の枠厚、枠サイズ及び膜厚は、防音セル２２ｊの第１共振周波数と、防音セル２２ｋの高次の共振周波数とが一致するように設計されている。【０１２５】
図２９は、実施例６の防音構造１０ｅについて、シミュレーションによる遮音特性の解析を行った結果である。解析は、上述した有限要素法の解析ソフトウェアであるＣＯＭＳＯＬｖｅｒ５．０の音響モジュールを用いて行った。
図２９によれば、実施例５の結果と同様に、実施例６の防音構造１０ｅの音の吸収率が５０％を遥かに超える８２％の吸収率を示すことがわかる。【０１２６】
図３０は、矢印が示す方向から、すなわち、図２３の下側から防音構造１０ｅに、音波を入射した際に生じる際に生じる膜変位を示し、図３１は、その局所速度を示す。
図３０においても、実施例５の防音構造１０ｄの結果と同様に、１層（単層）の膜を有する防音セル２２ｊにおいては、通常の第１共振周波数モードの膜の変位、すなわち、入射音圧により、膜１８ｉの中央部に大きな振動状態が生じ、２層の膜を有する防音セル２２ｋにおいては、入射音圧により、２層の膜１８ｊの変位が反対方向に動く共振モードの膜の変位が生じていることが分かる。また、図３１からも、防音セル２２ｊの膜１８ｉを透過した音波は、その位相が反転して防音セル２２ｋの膜１８ｊ−２に入射し、膜１８ｊ−１を透過した音波と打ち消し合いを起こして透過波が小さくなることがわかる。【０１２７】
表５は、実施例５及び６の防音構造の構成条件をまとめたものである。表５に示すように、２種類の防音セルの枠厚、層構成、枠サイズ及び膜厚を適切に設定することにより、本発明の防音構造は、５０％を遥かに超える音の吸収率を実現することができる。【０１２８】
【表５】
2016208580.tif 000007
【０１２９】
（実施例７）
次に、表６に示すように、図２３に示す実施例６の防音構造１０ｅの防音セル２２ｊの枠サイズを１０〜１８ｍｍまで１ｍｍ刻みで変化させた時の防音セル（第１防音セル）を作製し、各防音セルの第１共振周波数を求めた。また、図２３に示すように、作製した各防音セル（第１防音セル）と防音セル（第２防音セル）２２ｋとを隣接して配置した防音構造をそれぞれ作製し、その音の最大吸収率をそれぞれ求めた。その結果は表６に示す。図３２は、作製した各防音セル（第１防音セル）の各吸収スペクトルを示す。図３３は、表６に基づき、各防音セル（第１防音セル）の枠サイズと、各防音セル（第１防音セル）と防音セル（第２防音セル）２２ｋを隣接して配置した防音構造の音の最大吸収率との関係をそれぞれグラフにしたものである。
図３２に示されるように、第１防音セルのみの防音構造では、吸収率は、枠サイズが１２〜１４ｍｍの時に、略５０％となり最大となるが、５０％を超えて高くなることはないことが分かる。なお、枠サイズが１４ｍｍの時に、吸収率は周波数１６５０Ｈｚにおいて最大の５０％となることが分かる。【０１３０】
【表６】
2016208580.tif 000008
【０１３１】
また、図３３及び表６に示されるように、作製された全ての防音構造において、最大吸収率８２％が確認されたのは、枠サイズ１４ｍｍの防音セル（第１防音セル）と第２防音セル２２ｋとを隣接して配置した防音構造であり、その第１防音セルの第１共振周波数は、１６５０Ｈｚであった。すなわち、これは、第２防音セル２２ｋの高（２）次の共振周波数も１６５０Ｈｚであることを示す。
ここで、作製された各第１防音セルの第１共振周波数と、防音構造が最大吸収率を示す最大吸収周波数、例えば第２防音セルの高次の共振周波数である１６５０Ｈｚとの差（ずれ）を表６に示す。また、作製された各防音構造の第１防音セルの第１共振周波数と、防音構造が最大吸収率を示す第２防音セルの高次の共振周波数（１６５０Ｈｚ）との差と、各防音構造の最大吸収率との関係を図３４に示した。【０１３２】
表６から、差（ずれ）が±５５０Ｈｚ以内（±１／３以内）であるときに、５５％以上の音の吸収を実現できることが分かった。また、差（ずれ）が大きくなるにつれて、防音構造の音の最大吸収率が小さくなっていることが分かった。
また、図３４から、防音構造の音の最大吸収率は、第１防音セルの第１共振周波数と、防音構造の最大吸収率が獲得される第２防音セルの高次の共振周波数との差（ずれ）が「０」の最大吸収率を中心としてほぼ正負に対称となり、差（ずれ）が小さいほど吸収率が大きいことが分かった。【０１３３】
図６〜図９、図１２、及び図１８〜図１９に示すシミュレーション結果、並びに図１０〜図１６及び図１７に示す実測結果、また、図２４、図２６、図３３、及び図３４に示す結果から明らかなように、シミュレーションによる実施例Ｓ１〜Ｓ６、及び実験による実施例１〜７を含め、本発明の防音構造は、比較例１〜２と異なり、実効的な堅さの異なる２種類の防音セルによる異なる２つの第１共振周波数を持ち、これらの２つの第１共振周波数の間の遮蔽ピーク周波数において、透過損失がピークとなる遮蔽ピークが存在しているので、遮蔽ピーク周波数を中心とする一定の幅の周波数帯域を選択的に遮音することができる。
また、図２４、図２６、図３３、及び図３４に示す実施例５〜７の結果から明らかなように、本発明の防音構造は、異なる第１共振周波数を持つ２種類の防音セルを備える防音構造において一方の防音セルの第１共振周波数と他方の防音セル高次の共振周波数とを一致させるようにすることにより、両者が一致した周波数において、それぞれの防音セルでは達成できない高い吸収率を達成することができる。
このように、本発明の防音構造は、狙った特定の周波数成分を極めて強く遮蔽することができるという優れた遮音特性を持ち、更に、より低周波側の成分の吸収を増大させることができることが分かった。
以上から、本発明の防音構造の効果は、明らかである。【０１３４】
以上、本発明の防音構造についての種々の実施形態及び実施例を挙げて詳細に説明したが、本発明は、これらの実施形態及び実施例に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良又は変更をしてもよいのはもちろんである。
【符号の説明】
【０１３５】
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ  防音構造
１２、１２ａ、１２ｂ  貫通する開口
１４、１４ａ、１４ｂ、４６、５０、５６  枠
１５、５８ａ、５８ｂ  枠材
１６、５８  枠体
１８、１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ、１８ｆ、１８ｇ、１８ｈ、１８ｉ、１８ｊ  膜
２０、２０ａ、２０ｂ  膜体
２２、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆ、２２ｈ、２２ｉ、２２ｊ、２２ｋ、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、３１ｅ、４４、４８、５４  防音セル
２４  貫通穴
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、５２  防音部材
３２  カバー
３４  孔
３６、４０  脱着機構
３８  壁
４２ａ  凸部
４２ｂ  凹部
【図１】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【国際調査報告】
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