(57)【要約】  防音構造体は、第１管構造と、第１管構造に接続され、第１管構造とは断面積の異なる第２管構造とを有し、第１管構造の内部に、第１管構造の断面積よりも小さい断面積を有する構造体が設置されており、第１管構造内に構造体が設置されていない場合に対する第１管構造内に構造体が設置されている場合の透過損失が、第１管構造内において気柱共鳴モードを発現し難く、隣接する２つの周波数において正である。この防音構造体は、ダクト、又はマフラ等の管構造の気柱共鳴以外の周波数でも防音効果を発現し、小型で、広い帯域で高い透過損失を得ることができる。
2019069903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１管構造と、前記第１管構造と接続され、前記第１管構造とは面積の異なる第２管構造とを有し、前記第２管構造から前記第１管構造に向かう方向を導波路順方向とする防音構造体であって、
前記第１管構造の内部に、前記第１管構造の断面積よりも小さい断面積を有する構造体が設置されており、
前記第１管構造内において安定な気柱共鳴モードを形成する周波数が連続して３つ以上あり、これらの連続する３つ以上の周波数の内の連続する３つの周波数を、ｉを整数としてｆｉ、ｆｉ＋１、及びｆｉ＋２とし、初めに隣接する２つの周波数ｆｉとｆｉ＋１との中間の周波数を、ｎを整数としてｆｎ、次に隣接する２つの周波数ｆｉ＋１とｆｉ＋２との中間の周波数をｆｎ＋１とする時、
前記第１管構造内に前記構造体が設置されていない場合に対する前記第１管構造内に前記構造体が設置されている場合の透過損失が、周波数ｆｎ、及びｆｎ＋１において正であることを特徴とする防音構造体。
【請求項２】
前記第２管構造の断面積は、前記第１管構造の断面積より小さく、
前記第１管構造の長さをＬ、断面積をＳ１とし、前記導波路順方向の前記第１管構造の出口側空間の断面積をＳｏｕｔとし、前記構造体の長さをｄ、前記導波路順方向に垂直な面の断面積Ｓ２、前記導波路順方向の前記第１管構造の出口側開口端から前記構造体の設置位置までの距離をｐとし、
前記第１管構造と前記第２管構造の接合部側における、前記第１管構造の前記導波路順方向と逆方向に向かう音波を反射する、前記導波路順方向に垂直な面の断面積をＳｄとし、音速をｃとし、ｎを整数とし、
前記第１管構造の長さＬが、Ｌ＝ｎλ／２に該当する周波数ｆをｆｎとし、ｆｎ＝ｎｃ／２Ｌで表される時、
下記式（１）を満足する周波数が存在する請求項１に記載の防音構造体。
【数１】
2019069903.tif 000016
ここで、Ｘ（ｆ）は、下記式（２）〜（４）で表される。
【数２】
2019069903.tif 000017
【数３】
2019069903.tif 000018
【数４】
2019069903.tif 000019
また、ｄＳは、０．０１×Ｓ１であり、
ρは、空気密度であり、ｋは、波数で２πｆ／ｃであり、ｊは虚数を表わす。
【請求項３】
前記第１管構造の断面の外縁を構成する線分の長さのうち最も長い線分長さをａとする時、前記第１管構造の長さＬが、Ｌ＝（ｎ＋１）λ／２に該当する周波数であるｆｎ＋１は、ｆｎ＋１＜ｃ／ａを満足する請求項２に記載の防音構造体。
【請求項４】
更に、下記式（５）を満足する請求項２、又は３に記載の防音構造体。
【数５】
2019069903.tif 000020
【請求項５】
前記透過損失をＴＬとする時、ＴＬは、下記式（６）で表される請求項２〜４のいずれか１項に記載の防音構造体。
ＴＬ＝１０ｌｏｇ１０（Ｘ（ｆ））              …（６）
【請求項６】
前記出口側空間の断面積Ｓｏｕｔと前記第１管構造の断面積Ｓ１との比Ｓｏｕｔ／Ｓ１は、１０より大きい請求項２〜５のいずれか１項に記載の防音構造体。
【請求項７】
前記第２管構造は、前記第１管構造の端部に接続されている請求項１〜６のいずれか１項に記載の防音構造体。
【請求項８】
前記第１管構造と前記第２管構造とが直角に接続されている請求項１〜７のいずれか１項に記載の防音構造体。
【請求項９】
前記導波路順方向の前記第１管構造の出口側空間が開放空間である請求項１〜８のいずれか１項に記載の防音構造体。
【請求項１０】
前記構造体が、音波に対する共鳴体である請求項１〜９のいずれか１項に記載の防音構造体。
【請求項１１】
前記共鳴体は、気柱共鳴筒、ヘルムホルツ共鳴器、又は膜振動型構造体である請求項１０に記載の防音構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管構造と構造体とを備える防音構造体に係る。詳しくは、本発明は、ダクト、マフラ、及び換気スリーブ等のような通気性の管構造において、通気性を維持しつつ、広い周波数帯域で音を低減して防音するための防音構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ダクト、マフラ、及び換気スリーブ等の通気性の確保を前提とした構造物は、気体、風、又は熱と同時に音も通過させてしまうことから、騒音対策が求められる場合がある。そのため、ダクト、及びマフラ等のように、特に騒音性の機械に取り付けられる用途においては、ダクト、及びマフラの構造を工夫することによる防音が必要となる（特許文献１及び２参照）。【０００３】
特許文献１に記載の技術は、拡張型消音器からなる排気消音装置に関するものであり、マフラが有する拡張室とアウトレットパイプとの長さが規定されている。この技術では、拡張室の長さＬとアウトレットパイプの長さＬ２との間にＬ＝２ｎＬ２の関係がある。この技術は、アウトレットパイプで規定される気柱共鳴を、拡張室の長さを上記関係にすることで、アウトレットパイプで気柱共鳴の生じる周波数の音を干渉効果により効果的に抑制する技術である。【０００４】
特許文献２には、振動板を用いた共鳴構造の吸音体がダクト内に設置された吸音構造が開示されている。特許文献２に開示の技術では、振動板が共鳴（共振）する吸音ピーク周波数において最も高い吸音率を得るものである。したがって、特許文献２に記載の技術では、ダクト内に入射する音の騒音周波数帯域に合わせて、吸音体の吸音ピーク周波数を調整することができる。また、この技術では、ダクト内に入射する音の騒音周波数が複数の周波数帯域に渡る場合には、複数の周波数帯域に応じて、複数の吸音体をダクト内に設置している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１７１９３３号公報
【特許文献２】特開２０１６−１７０１９４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、特許文献１に記載の技術では、高い防音効果が発現するのはアウトレットパイプの共鳴周波数付近に限定されてしまい、広い周波数帯域での防音効果が要求される場合には、適用することができないという問題があった。
また、特許文献２に開示の技術は、あくまで吸音体の振動版の共鳴による音の吸収を前提としており、ダクトのモード、及び吸音体の共鳴周波数以外の周波数の音の防音に関しては言及されていない。このため、この技術では、広い周波数帯域での防音効果が要求される場合に多数の吸音体が必要となる。しかしながら、この技術では、空間的な制約から、多くの防音部材をダクト内に設置することが困難な場合が多いという問題があるし、空間的な制約ない場合でも、ダクト内に多数の吸音体を設置すると、ダクト内の通気性の悪化、及び吸音構造の大型化等を招くという問題があった。【０００７】
また、一般に所望の周波数で高い透過損失を得るためには、特許文献１及び２の技術のように、共鳴型の防音構造体（例えば、ヘルムホルツ共鳴器、気柱共鳴筒、又は膜振動型構造体等）を置いて、その共鳴周波数を防音することが対策の一つとして考えられる。
但し、特定の周波数に対しては、共鳴型の防音構造体は有効であるが、広帯域な防音を実現させる場合には、共鳴防音構造体は有効ではない。上述したように、共鳴型の防音構造体で広帯域な防音を実現させるためには、共鳴周波数の異なる多数の構造体を設置する必要があるという問題があった。【０００８】
一方で、広い帯域での防音には、吸音材が有効な場合がある。しかしながら、例えばウレタンやグラスウールといった吸音材は高周波音には有効であるが、例えば２ｋＨｚ以下の低周波音を広い帯域で消す場合には有効ではない。また、吸音材を用いる場合には、吸音性能はその体積に依存するため、吸音性能を向上させるには、より多くの吸音材を用いる必要があるが、これは通気性確保の観点から好適ではない場合がある。
一般的に、低い周波数の音を共鳴現象に基づいて吸音させる場合には、波長が長いためにそれに対応する防音構造のサイズが大きくなってしまう。これらは、ダクト、又はマフラの通気性を低減するというデメリットを生じてしまうという問題があった。【０００９】
本発明は、上記従来技術の問題点及び課題を解決し、ダクト、又はマフラ等の管構造の気柱共鳴以外の周波数でも防音効果を発現し、小型で、広い帯域で高い透過損失を得ることができる防音構造体を提供することを目的とする。
また、本発明は、上記目的に加え、複数の断面積からなる管構造から成る防音構造体であって、その管構造の断面積と、管構造内に設置された構造体の長さ、位置を適切に設計することにより、透過波を広い帯域で低減し、広い帯域で防音効果を得ることができる防音構造体を提供することを目的とする。【００１０】
ここで、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」を言う。また、「遮音」は、「音を遮蔽する」ことを言う。即ち、「遮音」とは、「音を透過させない」ことを言う。したがって、「遮音」とは、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】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の防音構造体は、第１管構造と、第１管構造に接続され、第１管構造とは断面積の異なる第２管構造とを有し、第２管構造から第１管構造に向かう方向を導波路順方向とする防音構造体であって、第１管構造の内部に、第１管構造の断面積よりも小さい断面積を有する構造体が設置されており、第１管構造内において安定な気柱共鳴モードを形成する周波数が連続して３つ以上あり、これらの連続する３つ以上の周波数の内の連続する３つの周波数を、ｉを整数としてｆｉ、ｆｉ＋１、及びｆｉ＋２とし、初めに隣接する２つの周波数ｆｉとｆｉ＋１との中間の周波数をｎを整数としてｆｎ、次に隣接する２つの周波数ｆｉ＋１とｆｉ＋２との中間の周波数をｆｎ＋１とする時、第１管構造内に構造体が設置されていない場合に対する第１管構造内に構造体が設置されている場合の透過損失が、周波数ｆｎ、及びｆｎ＋１において正であることを特徴とする。【００１２】
ここで、第２管構造の断面積は、第１管構造の断面積より小さく、第１管構造の長さをＬ、断面積をＳ１とし、導波路順方向の第１管構造の出口側空間の断面積をＳｏｕｔとし、構造体の長さをｄ、導波路順方向に垂直な面の断面積Ｓ２、導波路順方向の第１管構造の出口側開口端から構造体の設置位置までの距離をｐとし、第１管構造と第２管構造の接合部側における、第１管構造の導波路順方向と逆方向に向かう音波を反射する、導波路順方向に垂直な面の断面積をＳｄとし、音速をｃとし、ｎを整数とし、第１管構造の長さＬがＬ＝ｎλ／２に該当する周波数ｆをｆｎとし、ｆｎ＝ｎｃ／２Ｌで表される時、下記式（１）を満足する周波数が存在することが好ましい。【００１３】
【数１】
2019069903.tif 000003
ここで、Ｘ（ｆ）は、下記式（２）〜（４）で表される。【００１４】
【数２】
2019069903.tif 000004
【００１５】
【数３】
2019069903.tif 000005
【００１６】
【数４】
2019069903.tif 000006
また、ｄＳは、０．０１×Ｓ１であり、
ρは、空気密度であり、ｋは、波数で２πｆ／ｃであり、ｊは虚数を表わす。【００１７】
また、第１管構造の端部における断面の外縁を構成する線分の長さのうち最も長い線分長さをａとする時、第１管構造の長さＬがＬ＝（ｎ＋１）λ／２に該当する周波数であるｆｎ＋１は、ｆｎ＋１＜ｃ／ａを満足することが好ましい。
また、更に、下記式（５）を満足することが好ましい。
【数５】
2019069903.tif 000007
また、透過損失をＴＬとする時、ＴＬは、下記式（６）で表される。
ＴＬ＝１０ｌｏｇ１０（Ｘ（ｆ））              …（６）
また、出口側空間の断面積Ｓｏｕｔと第１管構造の断面積Ｓ１との比Ｓｏｕｔ／Ｓ１は、１０より大きいことが好ましい。【００１８】
また、第２管構造は、第１管構造の端部に接続されていることが好ましい。
また、第１管構造と第２管構造とが直角に接続されていることが好ましい。
また、導波路順方向の第１管構造の出口側空間が開放空間であることが好ましい。
また、構造体が、音波に対する共鳴体であることが好ましい。
また、共鳴体は、気柱共鳴筒、ヘルムホルツ共鳴器、又は膜振動型構造体であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ダクト、又はマフラ等の管構造の気柱共鳴以外の周波数でも防音効果を発現し、小型で、広い帯域で高い透過損失を得ることができる。
また、本発明によれば、複数の断面積からなる管構造から成る防音構造体であって、その管構造の断面積と、管構造内に設置された構造体の長さ、位置を適切に設計することにより、透過波を広い帯域で低減し、広い帯域で防音効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る防音構造体の一例を示す模式的断面図である。
【図２】図１に示す防音構造体の模式的斜視図である。
【図３】図１に示す防音構造体における防音原理を説明する説明図である。
【図４】本発明の防音原理を説明するための２つの管構造が直角に接続された防音構造体の模式的断面図である。
【図５】本発明の防音構造体における防音原理を説明するための音の周波数と透過損失との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の防音原理を説明するための２つの管構造が直列接続された防音構造体の模式的断面図である。
【図７】本発明の実施例における測定系を説明するための模式的断面図である。
【図８】本発明の実施例１の透過損失と周波数との関係を示すグラフである。
【図９】本発明の比較例１−１の透過損失と周波数との関係を示すグラフである。
【図１０】本発明の比較例１−２の透過損失と周波数との関係を示すグラフである。
【図１１】本発明の比較例１−３の透過損失と周波数との関係を示すグラフである。
【図１２】本発明の他の実施形態の防音構造体の一例の模式的斜視図である。
【図１３】図１２に示す防音構造体の共鳴体の一例の模式的断面図である。
【図１４】図１２に示す防音構造体の実施例２と上記実施例１との透過損失と周波数との関係を示すグラフである。
【図１５】本発明の実施例１と実施例２との透過損失と周波数との関係のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１６】本発明の他の実施形態の防音構造体の一例の模式的斜視図である。
【図１７】図１６に示す防音構造体の透過損失と周波数との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明に係る防音構造体を詳細に説明する。
本発明の防音構造体は、第１管構造と、第１管構造に接続され、第１管構造とは断面積の異なる第２管構造とを有し、第２管構造から第１管構造に向かう方向を導波路順方向とする防音構造体であって、第１管構造の内部に、第１管構造の断面積よりも小さい断面積を有する構造体が設置されており、第１管構造内において安定な気柱共鳴モードを形成する周波数が連続して３つ以上あり、これらの連続する３つ以上の周波数の内の連続する３つの周波数をｉを整数としてｆｉ、ｆｉ＋１、及びｆｉ＋２とし、初めに隣接する２つの周波数ｆｉとｆｉ＋１との中間の周波数をｎ、を整数としてｆｎ、次に隣接する２つの周波数ｆｉ＋１とｆｉ＋２との中間の周波数をｆｎ＋１とする時、第１管構造内に構造体が設置されていない場合に対する第１管構造内に構造体が設置されている場合の透過損失が、周波数ｆｎ、及びｆｎ＋１において正であることを特徴とする。
【００２２】
以下に、本発明に係る防音構造体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。
以下では、２つの第１管構造及び第２管構造が互いに直角に接続された屈曲構造の管状構造体を用い、第１管構造の内部に構造体が配置されている場合を代表例として説明するが、本発明はこれに限定されないことは勿論である。
図１は、本発明の一実施形態に係る防音構造体の一例を模式的に示す断面図である。図２は、図１に示す防音構造体の模式的な斜視図である。
【００２３】
（防音構造体）
図１、及び図２に示す本発明の一実施形態の防音構造体１０は、断面長方形状の第１管構造１２と、第１管構造１２に接続される断面長方形状の第２管構造１４と、第１管構造１２の内部に設置されている構造体１６とを有する。ここで、第２管構造１４は、第１管構造１２とは断面積が異なる。第２管構造１４の断面積Ｓｉｎは、好ましくは、図１、及び図２に示すように、第１管構造の断面積Ｓ１よりも小さい。なお、第２管構造１４の断面積Ｓｉｎは、第１管構造の断面積Ｓ１よりも小さければ良く特に制限的ではないが、少なくとも１０％であれば良い。
また、構造体１６は第１管構造１２の内部に設置されるので、構造体１６の断面積Ｓ２は、第１管構造１２の断面積Ｓ１よりも小さい。
第２管構造１４は、第１管構造１２の一方の端部に直角に接続されている。その結果、第１管構造１２、及び第２管構造１４は、屈曲構造のダクト、又はマフラ等の屈曲構造の管状構造体１８を構成する。図１、及び図２では、第１管構造１２は、管としての長さはＬであり、管状構造体１８の直管部を構成する。一方、第２管構造１４は、直管部から屈曲する管状構造体１８の屈曲部を構成する。なお、本発明において、屈曲するとは、図１に示すように、屈曲角がπ／２（９０°）であるものに限定されず、５°以上の屈曲角を有するものであっても良い。
【００２４】
管状構造体１８において、第１管構造１２の一方の端部は第２管構造１４に接続されているが、他方の端部は、開口端２０を構成している。この開口端２０は、断面積Ｓｏｕｔの出口側空間２２に接続されている。第２管構造１４の一方の端部は第１管構造１２の一方の端部に接続されており、他方の端部は開口端２４を構成している。
本発明においては、音波は、第１管構造１２の開口端２０から出口側空間２２に放射されるものであるが、本発明の防音構造体１０の第１管構造１２は、例えばダクト、又はマフラを構成するものであり、出口側空間２２は、ダクト、又はマフラの出口となる室内空間、又は外部空間であるということができる。したがって、本発明においては、出口側空間２２は、第１管構造１２の開口端２０によって構成される空間より大きい空間であることが好ましく、開放空間であることがより好ましい。例えば、出口側空間２２の断面積Ｓｏｕｔと第１管構造１２の断面積Ｓ１との比Ｓｏｕｔ／Ｓ１は、１０より大きいことが好ましい。なお、出口側空間２２が開放空間である場合、出口側空間２２の断面積Ｓｏｕｔと第１管構造１２の断面積Ｓ１との比Ｓｏｕｔ／Ｓ１が、１００００以上であっても良い。
なお、本発明においては、管状構造体１８の第１管構造１２と第２管構造１４とは、上述したように、別体を接続したものであっても良いし、一体であっても良い。即ち、管状構造体１８は、一体成型されたものであっても良い。
本発明の防音構造体１０においては、管状構造体１８の第２管構造１４から第１管構造１２に向かう方向を導波路順方向ｄｆとする。
管状構造体１８は、特定の周波数において共鳴し、気柱共鳴体として機能する。
【００２５】
構造体１６は、管状構造体１８の第１管構造１２の内部に、かつ第１管構造１２の底面１２ａ上に配置される。構造体１６は、直方体形状をなす。構造体１６は、第１管構造１２の内部空間の断面積を変化させるためのものである。図１に示す例では、導波路順方向ｄｆにおける構造体１６の長さは、ｄである。構造体１６は、第１管構造１２の開口端２０から、導波路順方向ｄｆと逆方向に第１管構造１２内に距離ｐだけ入った位置に配置される。
本発明の防音構造体１０の管状構造体１８のような管路においては、管路断面が異なる界面で音波の反射が起きる。そこで、本発明においては、構造体１６を管状構造体１８の第１管構造１２の内部の適切な位置（例えば、図１に示す例では開口端２０から距離ｐだけ入った位置）に配置することにより、導波路順方向ｄｆに進行している音波に対する反射波の干渉を適切に制御することにより、広帯域な防音が実現することができる。
なお、構造体１６は、導波路順方向ｄｆに進行している音波に対する反射波を発現でき、反射波の干渉による広帯域な防音を実現できれば、音波に対する共鳴体であっても良いし、開口部を有する構造体であっても良い。
【００２６】
（防音構造体の防音原理）
図３に示すように、防音構造体１０の管状構造体１８の第１管構造１２内に構造体１６を配置することにより、第１管構造１２の内部空間の断面積が、導波路順方向ｄｆに対して構造体１６の一方の端部（図３中左側の端部）及び構造体１６の他方の端部（図３中右側の端部）において変化する。この場合、両方の端面は、管路断面が異なる界面となるので、この界面において、音に対するインピーダンスが変化し、導波路順方向ｄｆに進行している音波に対する反射が起き、反射波ｂ１及びｂ２が発生する。
また、第１管構造１２の開口端２０では、第１管構造１２の断面積Ｓ１から出口側空間２２の断面積Ｓｏｕｔに変化する。このように、管路の断面積が変化すると、その界面である開口端２０では、導波路順方向ｄｆに進行している音波に対する反射が起き、反射波ｂ３が発生する。
このように、発生した反射波ｂ１、ｂ２、及びｂ３が強めあうように干渉するような場合には、第１管構造１２の開口端２０から出口側空間２２に放射される音波は減少する。その結果、本発明の防音構造体１０は、入射音を防音することができる。
【００２７】
ところで、本発明の防音構造体１０の防音原理を説明するために、まず、図４に示す管状構造体１８のように、構造部が配置されていない第１管構造１２単独の音響特性について説明する。
図４に示す管状構造体１８のように、第１管構造１２は、管の長さＬによって、気柱共鳴管のように振る舞う。
例えば、管の長さＬがＬ＝（２ｎ＋１）λ／４（λは、音の波長、ｎは整数）を満足する周波数において、λ／４気柱共鳴が発現することから、出口側空間２２に大きな音が放射される。
この周波数の音は、第１管構造１２内で安定な共鳴モードを形成していることから、本発明の防音構造体１０のように、第１管構造１２の中に障害物となる構造体を設置した場合、大抵の場合、形成されていた安定な共鳴モードが乱されることから、構造体を任意の位置（例えば、適当な位置）に設置することによって音を減じることができる。
【００２８】
しかしながら、このような気柱共鳴のモードが最も発現しにくい周波数、例えば管の長さＬがＬ＝ｎλ／２に該当する周波数、又はその周辺の周波数領域においては、共鳴（モードの形成）が起こらない。
このような周波数ｆｎ（＝ｎｃ／（２Ｌ））（ｃは音速（ｍ／ｓ））、又はこの周波数域では、共鳴が起きていないため、任意の位置（例えば、適当な位置）に構造体を設置したとしても（そもそもモードが形成されていないため）、出口側空間に放射される音を確実に減じることはできない。例えば、このような周波数ｆｎでは、出口側空間２２に放射される音が増幅されて大きくなる場合があるし、低減されて小さくなる場合もあり得る。このため、本発明の防音構造体１０においては、構造体１６の大きさ、及び構造体１６を置く位置に関して適切な設計が必要となる。
【００２９】
例えば、図５は、図４に示す管状構造体１８の第１管構造１２の内部に障害物となる構造体を置いた場合の透過損失の概念を表す図である。即ち、本発明の防音構造体における防音原理を説明するための音の周波数と透過損失との関係を示すグラフを図５に示す。
図５に示すように、第１管構造１２の管の長さＬが、Ｌ＝（２ｉ＋１）λ／４（ｉ：整数）となる周波数ｆｉでは、上述したように、（２ｉ＋１）λ／４共鳴（いわゆるλ／４共鳴）が生じているため、第１管構造１２内に構造体を置くことで、安定な共鳴モードが乱され、透過損失が増大する。ここでは、音の波長λは、λ＝４Ｌ／（２ｉ＋１）と表されるため、周波数ｆｉは、ｆｉ＝（２ｉ＋１）ｃ／（４Ｌ）で表される。ここで、ｃは、音速を表わす。なお、ｆｉ＋１＝（２（ｉ＋１）＋１）ｃ／（４Ｌ）＝（２ｉ＋３）ｃ／（４Ｌ）で表され、ｆｉ＋２＝（２（ｉ＋２）＋１）ｃ／（４Ｌ）＝（２ｉ＋５）ｃ／（４Ｌ）で表される。
しかしながら、図５に示すように、上述した気柱共鳴のモードが最も発現しにくい周波数ｆｎ（＝ｎｃ／（２Ｌ））を含む周辺領域の周波数においては、共鳴モードの形成が起こらないため、第１管構造１２内に構造体を置くことで、音は増幅も低減もし得る。このように、周波数ｆｎの周辺領域の周波数では、確実に音を低減させることができない。また、周波数ｆｎ＋１（＝（ｎ＋１）ｃ／（２Ｌ））の場合も同様である。
なお、図５に示すように、周波数ｆｎは、周波数ｆｉと周波数ｆｉ＋１との中間の周波数であり、周波数ｆｎ＋１は、周波数ｆｉ＋１と周波数ｆｉ＋２との中間の周波数である。
【００３０】
このため、本発明の防音構造体１０において広帯域な防音を実現するには、第１管構造１２の気柱共鳴のモードが最も発現しにくい周波数ｆｎ及びｆｎ＋１において確実に音を低減させることができる第１管構造１２内の位置に構造体１６を配置する必要がある。
このため、まず、図６に示すような直線型構造の管状構造体２６の場合の音響特性について考える。
管状構造体２６は、第１管構造１２の一方の端面の中心に第２管構造２８の一方の端部が接続されており、直線型構造を形成している。管状構造体２６においては、音が、第２管構造２８の他方の端部の開口端３０から入射し、第１管構造１２と第２管構造２８との接続部を経て、第１管構造１２内を導波路順方向ｄｆに進み、第１管構造１２の他方の端部の開口端２０から出口側空間２２に透過して放射される。
ここで、第２管構造２８の開口端３０からの入射波Ｗｉ０とし、第１管構造１２の開口端２０から出口側空間２２への透過波Ｗｔ０とする時、図６に示す第１管構造１２の伝達マトリックスは、下記式（３）で表される。
【００３１】
【数６】
2019069903.tif 000008
ここで、ｋは波数であり、ｋ＝２π／λ＝２πｆ／ｃで表される。Ｌは第１管構造１２の長さである。ρは空気の密度であり、例えば１．２（ｋｇ／ｍ２）である。ｃは音速であり、例えば３４３（ｍ／ｓ）である。Ｓ１は第１管構造１２の断面積である。ｊは虚数を表わす。
【００３２】
上記式（３）から、Acoustics of Ducts and Mufflers  second edition (M.L. Munjal著 WILEY社）の２．１８を参考に、入射波のエネルギＷｉ０と透過波のエネルギＷｔ０との比率Ｗｉ０と／Ｗｔ０を計算すると、下記式（７）で表すことができる。ここで、Ｓｉｎは第２管構造２８の断面積であり、Ｓｏｕｔは出口側空間の断面積である。なお、本発明において、出口側空間２２が開放空間であり、出口側空間２２の断面積Ｓｏｕｔと第１管構造１２の断面積Ｓ１との比Ｓｏｕｔ／Ｓ１が、１００００以上である場合には、出口側空間２２の断面積Ｓｏｕｔは、１００００Ｓ１として取り扱う。
【数７】
2019069903.tif 000009
【００３３】
ここで、第１管構造１２と第２管構造２８の接合部側における、第１管構造１２の導波路順方向と逆方向に向かう音波を反射する、導波路順方向に垂直な面の断面積をＳｄとすると、Ｓｉｎは、Ｓｉｎ＝Ｓ１−Ｓｄで表される。したがって、上記式（７）は、下記式（８）で表される。
【数８】
2019069903.tif 000010
【００３４】
ところで、図４に示す屈曲構造の管状構造体１８の場合、音は、第２管構造１４の開口端２４から入射し、第１管構造１２と第２管構造２８との接続部を経て、管構造１の端部、もしくは管構造２の端部において直角に屈曲し、第１管構造１２内を導波路順方向ｄｆに進み、第１管構造１２の開口端２０から出口側空間２２に透過して放射される。したがって、第１管構造１２における音の伝播は、図４に示す屈曲構造の管状構造体１８の場合も、図６に示す直線型構造の管状構造体２６の場合も類似している。
しかしながら、図４に示す屈曲構造の管状構造体１８の場合の音響特性は、図６に示す直線型構造の管状構造体２６の場合の音響特性と同一とは言えず、異なるため、上記式（８）をそのままでは成り立たない。
なお、本発明では、上述したように、屈曲構造とは、管構造１の導波路順方向ベクトルと管構造２の導波路順方向ベクトルとのなす角が５度以上の角度をなす場合を言い、直線型構造とは、管構造１の導波路順方向ベクトルと管構造２の導波路順方向ベクトルとのなす角が５度未満の場合を言う。
図４に示す屈曲構造の管状構造体１８の場合にも、図４に示す第１管構造１２の伝達マトリックスは、同様に上記式（３）で表され、この上記式（３）から入射波Ｗｉ０と透過波Ｗｔ０との比率Ｗｉ０と／Ｗｔ０を計算すると、同様に上記式（８）となる。
【００３５】
しかしながら、図４に示す屈曲構造の管状構造体１８の場合には、第１管構造１２と第２管構造２８の接合部側における、第１管構造１２の導波路順方向と逆方向に向かう音波を反射する、導波路順方向に垂直な面の断面積Ｓｄは、第１管構造１２の断面積Ｓ１と等しくなり、Ｓ１−Ｓｄ＝０となるため、屈曲構造のような直線型構造でない場合を想定した補正項を導入する必要がある。
ここで、その補正項をｄＳとすると、入射波Ｗｉ０と透過波Ｗｔ０との比率Ｗｉ０と／Ｗｔ０は、下記式（９）で表すことができる。なお、補正項ｄＳは、例えば、ｄＳ＝０．０１×Ｓ１とすることができる。
【数９】
2019069903.tif 000011
【００３６】
ここで、図４に示す屈曲構造の管状構造体１８の第１管構造１２の内部に構造体１６を配置して、図１に示す本発明の防音構造体１０を構成した場合、音は、図４に示す屈曲構造の管状構造体１８の場合と同様に伝播し、第１管構造１２の開口端２０から出口側空間２２に透過して放射される。
ここで、第２管構造２８の開口端３０からの入射波Ｗｉ０とし、第１管構造１２の開口端２０から出口側空間２２への透過波Ｗｔ１とする時、図１に示す第１管構造１２の伝達マトリックスは、下記式（４）で表される。ここで、図１に示すように、Ｓ２は導波路順方向ｄｆに垂直な構造体１６の面積であり、ｄは構造体１６の導波路順方向ｄｆの長さであり、ｐは開口端２０から構造体１６までの距離である。
【００３７】
【数１０】
2019069903.tif 000012
【００３８】
上記式（４）から、入射波Ｗｉ０と透過波Ｗｔ１との比率Ｗｉ０と／Ｗｔ１を計算すると、下記式（１０）で表すことができる。
【数１１】
2019069903.tif 000013
【００３９】
以上から、屈曲構造の管状構造体１８の第１管構造１２の内部に構造体１６を配置しない場合に対する屈曲構造の管状構造体１８の第１管構造１２の内部に構造体１６を配置して、図１に示す本発明の防音構造体１０を構成した場合の透過損失ＴＬは、下記式（１１）で与えられる。
ＴＬ＝１０ｌｏｇ１０（Ｗｔ０／Ｗｔ１）
＝１０ｌｏｇ１０（上記式（９）の右辺／上記式（１０）の右辺）
…（１１）
上記式（１１）において、（上記式（９）の右辺／上記式（１０）の右辺）＝Ｘ（ｆ）と置くと、透過損失ＴＬは、ＴＬ＝１０ｌｏｇ１０（Ｘ（ｆ））と表されるので、Ｘ（ｆ）＞１となれば、透過損失ＴＬは、正（ＴＬ＞０）となり、透過損失が発現し、防音効果が発現することが分かる。
ここで、Ｘ（ｆ）は下記式（２）と表すことができる。
【００４０】
【数１２】
2019069903.tif 000014
このＸ（ｆ）が、第１管構造１２の内部に構造体１６を配置した本発明の防音構造体１０の透過損失を表わすパラメータである。
本発明の防音構造体１０においては、Ｘ（ｆ）の値が１より大きく（Ｘ（ｆ）＞１と）なるように、第１管構造１２の内部に構造体１６を配置することにより、広帯域の防音効果を発現させることができる。
【００４１】
ところで、上述した伝達マトリックスの式を導出する理論は、基本的に音波がダクト等の管構造の入口から出口に向かって、波の面が乱れることなく、真直ぐ進む平面波であるという仮定の下で成り立つものである。このように、平面波で音が流れていくというのを前提とした理論であるので、平面波で流れなくなるような状況になると、成り立たなくなる。
ここで、断面積がＳ１の第１管構造１２の中を音の平面波が導波路順方向ｄｆに流れている時、導波路順方向ｄｆと垂直な方向に表面のモードが立つ。例えば、第１管構造１２の断面形状が長方形の場合、その長辺の長さをａとすると、ａがｎλ／２（ｎは自然数）、例えばλに対応するような周波数では、例えば共鳴を起こして音が全然出てこなくなることがある。この周波数は、第１管構造１２の管路断面を音が平面波で流れなくなる周波数である。この周波数より高くなると、導波路順方向ｄｆと垂直な方向に独立した定存波（モード）が発生することがあり、このようなモードが形成された場合には平面波として音が流れなくなるようになってしまう。
導波路に、完全に理想的な平面波を導入し、且つ導波路に散乱体等が無いというような場合のように、音源、及び計算モデルの設定の条件によっては、モードが発生しない場合もある。しかし、実際には、完全に理想的な平面波を導入するように音源を設定することは困難である。導波路断面が長方形の場合において、音源条件によらずに平面波として伝播しなくなる周波数の目安は、ｎ＝２に該当するｃ／ａで与えられる。
したがって第１管構造１２の管路断面を音が平面波で流れ、上記理論が成り立つ周波数をｆｎ、及びｆｎ＋１とすると、Ｘ（ｆｎ）＞１及びＸ（ｆｎ＋１）＞１であり、ｆｎ＜ｆｎ＋１であるので、周波数ｆｎ＋１は、ｃ／ａより小さい必要がある。
以上から、本発明においては、ｆｎ＋１＜ｃ／ａを満足する必要がある。
【００４２】
本発明においては、第１管構造１２と第２管構造１４を接続した管状構造体１８は、少なくとも１つの第１管構造１２の開口端２０を有し、管形状を成すものであればどのようなものでも良く、多数の用途に用いられるものであれば良いが、通気性を有するものであることが好ましい。このため、管状構造体１８は、両端（即ち、第１管構造１２及び第２管構造１４の各端部）が開口端となり、両側が解放されていることが好ましいが、管状構造体１８の一端部が音源に取り付けられている場合には、もう１つの端部のみが解放され、開口端となっていても良い。
【００４３】
管状構造体１８の管形状としては、図２に示すような断面長方形状の屈曲構造の屈曲管形状であっても良いが、特に制限的ではない。管状構造体１８は、例えば、内部に構造体が配置されていれば、図６に示す直線型の管形状であっても良いが、管状構造体１８は屈曲していることが好ましい。また、管状構造体１８（即ち、第１管構造１２及び第２管構造１４）の断面形状も特に制限的ではなく、どのような形状であっても良い。例えば、第１管構造１２、第２管構造１４及び管状構造体１８のそれぞれの断面形状としては、正方形、正三角形、正五角形、又は正六角形等の正多角形であっても良い。また、第１管構造１２、第２管構造１４及び管状構造体１８のそれぞれの断面形状としては、二等辺三角形、及び直角三角形等を含む三角形、菱形、及び平行四辺形を含む四角形、五角形、又は六角形等の多角形であっても良いし、不定形であっても良い。また、第１管構造１２、第２管構造１４及び管状構造体１８のそれぞれの断面形状としては、円形、又は楕円形であっても良い。また、第１管構造１２、第２管構造１４及び管状構造体１８のそれぞれの断面形状は、管状構造体１８の途中で変わっていても良い。また、第１管構造１２の断面形状と第２管構造１４の断面形状とは異なっていても良い。
なお、第１管構造１２、及び第２管構造１４の断面形状が多角形、円形、又は楕円形等の場合には、それらの断面形状に従って断面の面積を求めれば良い。しかしながら、断面形状が不定形であり、例えば、断面形状の外形に凹凸等がある場合には、凸部のピークを滑らかに結んだ曲線、又は凹部の谷を滑らかに結んだ曲線等によって断面形状を定め、その断面の面積を求めて、第１管構造１２の断面積Ｓ１、及び第２管構造１４の断面積Ｓｉｎ等とすれば良い。なお、その断面形状が等価な円に近似できる場合には、等価円の面積を求めて断面積とすれば良い。
なお、出口側空間２２の断面積Ｓｏｕｔ、構造体１６の断面積Ｓ２、第１管構造１２と第２管構造２８の接合部側において音波を反射する面の断面積をＳｄについても同様に求めれば良い。
【００４４】
本発明の防音構造体１０の用途としては、例えば、産業用機器、輸送用機器、又は一般家庭用機器等に直接的、又は間接的に取り付けて用いられるダクトやマフラ等を挙げることができる。産業用機器としては、例えば複写機、送風機、空調機器、換気扇、ポンプ類、及び発電機、その他にも塗布機、回転機、及び搬送機など音を発する様々な種類の製造機器等を挙げることができる。輸送用機器としては、例えば自動車、電車、及び航空機等を挙げることができる。一般家庭用機器としては、例えば冷蔵庫、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、及び空気清浄機等を挙げることができる。
本発明の防音構造体１０の用途としては、特に、自動車用マフラ、複写機等の電子機器付属のダクト等の装置及び機器のダクト、換気スリーブ等の建築用、及び建材用ダクトを挙げることができる。
【００４５】
上述した例では、本発明の第１管構造１２の内部に配置する構造体として、管路の断面の下方の一部を閉止し、管路の断面積を変化させて、反射波を発現させる直方体形状の構造体１６を用いている。しかしながら、本発明はこれに限定されず、第１管構造１２の管路の断面の少なくとも一部を閉止し、管路の断面積を変化させて、反射波を発現させることができれば、いかなる形状の構造体であっても良い。
また、本発明の防音構造体においては、管路の断面積を変化させて、反射波を発現させることができれば、複数の構造体１６等を用いても良い。
更に、本発明の第１管構造１２の内部に配置することにより、管路の断面積を変化させて、反射波を発現させると共に、第１管構造１２内を導波路順方向ｄｆに進行する音を打ち消したり、吸収したりすることにより、第１管構造１２の開口端２０から出口側空間２２に放射される音を低減できれば、どのような構造体を用いても良い。例えば、構造体として、例えば、後述するヘルムホルツ共鳴器、気柱共鳴筒、又は膜振動型構造体等の共鳴型の防音構造体を用いることにより、共鳴周波数の音を特に効率よく防音すると共に、広帯域に防音することができる。
【００４６】
上述したように、構造体としてヘルムホルツ共鳴器、気柱共鳴筒、又は膜振動型構造体等の共鳴型の構造体である共鳴体を用いる場合、第１管構造１２の断面のサイズに応じて、複数の共鳴体を用いても良い。
ここで、ヘルムホルツ共鳴器は、開口部を有する蓋と、開口部の背面の閉じられた背面空間とを有する。なお、ヘルムホルツ共鳴器の詳細については、後述する。
また、気柱共鳴筒は、１つの端面に沿って形成されるスリット状の開口部を有する筒状体、又は管状体である。
また、膜振動型構造体等の膜型共鳴体は、膜と閉じられた背面空間からなる共鳴体である。
本発明に用いられるヘルムホルツ共鳴器、気柱共鳴筒、及び膜振動型構造体等の膜型共鳴体は、特に制限的ではなく、従来公知のヘルムホルツ共鳴器、気柱共鳴筒、及び膜型共鳴体であれば良い。
【００４７】
また、構造体１６と第１管構造１２とが一体成型されていても良い。また、第１管構造１２と第２管構造１４とが一体成型されていても良い。
なお、構造体１６を第１管構造１２と一体成型する場合には、第１管構造１２の底面１２ａを直方体形状に図２中上側に凹ませることにより、凹んだ直方体形状の底面１２ａからなる構造物によって構造体１６を成形しても良い。
また、構造体１６が、第１管構造１２に対して着脱可能であっても良い。また、第２管構造１４が、第１管構造１２に対して着脱可能であっても良い。
例えば、図１に示す防音構造体１０において、図示は省略されているが、構造体１６の底部の外側面の少なくとも一部に磁石が固定され、第１管構造１２の底部の内側面の対応する位置の少なくとも一部に極性の異なる磁石が固定され、極性の異なる１組の磁石同士が着脱可能に密着固定されることにより、構造体１６等が、第１管構造１２に対して着脱可能に固定されていても良い。もしくは、１組の磁石の代わりに、マジックテープ（登録商標）（クラレファスニング株製）等の面ファスナ、又は両面テープを用いて、構造体１６が、第１管構造１２に対して着脱可能に固定されていても良いし、両面テープを用いて両者が固定されていても良い。
なお、第１管構造１２に対して着脱可能な第２管構造１４の構造も同様である。
【００４８】
管状構造体１８の第１管構造１２及び第２管構造１４、並びに構造体１６等の材料は、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、第１管構造１２及び第２管構造１４、並びに構造体１６等の材料としては、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、及び、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、及び、トリアセチルセルロース等の樹脂材料、並びに、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：Carbon Fiber Reinforced Plastic）、カーボンファイバ、及び、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ：Glass Fiber Reinforced Plastic）等を挙げることができる。
また、これらの材料の複数種を組み合わせて用いてもよい。
【００４９】
なお、第１管構造１２及び第２管構造１４、並びに構造体１６等の材料は、同じであっても良いし、異なっていても良い。構造体１６と管状構造体１８の第１管構造１２とが一体成型されている場合には、第１管構造１２及び構造体１６等の材料は、同じであることが好ましい。
なお、構造体１６の第１管構造１２の内部への配置方法も、第１管構造１２に対して構造体１６を着脱可能に配置する場合も含めて、特に制限的ではなく、従来公知の方法を用いれば良い。
【実施例】
【００５０】
本発明の防音構造体を実施例に基づいて具体的に説明する。
（実施例１）
まず、図２に示す第１管構造１２及び第２管構造１４からなる直角接続屈曲構造の管状構造体１８を用いて、管状構造体１８の第１管構造１２内に構造体１６を配置して、図１に示す本発明の防音構造体１０を作製した。
管状構造体１８として、管状構造体１８の第１管構造１２の寸法が、８８ｍｍ×１６３ｍｍ（断面）×３９４ｍｍ（長さ）であり、第２管構造１４の寸法が、６４ｍｍ×１６３ｍｍ（断面）×２７．４ｍｍ（長さ）であるものを用いた。
第１管構造１２の長さＬは、実長０．３９４ｍに対して開口端補正分の０．０４０５ｍを足すことにより、０．４３５ｍ（Ｌ＝０．３９４ｍ＋０．０４０５ｍ＝０．４３５ｍ）とした。
第１管構造１２の断面積Ｓ１は、０．０１４３ｍ２であった（Ｓ１＝０．０８８ｍ×０．１６３ｍ＝０．０１４３ｍ２）。また、第１管構造１２と第２管構造２８の接合部側において音波を反射する面の断面積をＳｄは、断面積Ｓ１に等しく、０．０１４３ｍ２であった（Ｓ１＝Ｓｄ＝０．０１４３ｍ２）。
また、構造体１６として、その寸法が、２０ｍｍ×１６３ｍｍ（断面）×４０ｍｍ（長さ）であるものを用いた。
構造体１６の長さｄは、０．０４ｍであり、断面積Ｓ２は、０．００３２６ｍ２であった（Ｓ１＝０．０２０ｍ×０．１６３ｍ＝０．００３２６ｍ２）。【００５１】
作製した防音構造体１０の第１管構造１２の開口端２０を、図７に示すように、出口側空間２２となる測定部屋３２に接続した。
なお、測定部屋３２の寸法は、１０ｍ×５ｍ（断面）×１５ｍ（長さ）であった。
出口側空間２２の断面積Ｓｏｕｔは、５０ｍ２であった（Ｓｏｕｔ＝５ｍ×１０ｍ＝５０ｍ２）。
防音構造体１０の開口端２０は、測定部屋３２の断面の中央に配置した。【００５２】
次に、図７に示すように、防音構造体１０の管状構造体１８に対して、音源３４、及びマイクロホン３６を配置した。音源３４は、管状構造体１８の第２管構造１４の開口端２４に密着させて配置した。計測用マイクロホン３６は、測定部屋３２内において、防音構造体１０の管状構造体１８の第１管構造１２の開口端２０から５００ｍｍ離れた位置で、第１管構造１２の底面１２ａから上側に５００ｍｍ離れた位置に設置した。
このような位置に、音源３４、及びマイクロホン３６を配置し、図７に示すように、第１管構造１２内に構造体１６を設置した状態、及び構造体１６を設置していない状態のそれぞれの場合において、音源３４から音を発生させ、マイクロホン３６によって音圧を測定した。これらの測定値から防音構造体１０の透過損失を算出した。
ここで、構造体１６を設置していない場合にマイクロホン３６によって測定された音圧をｐ０とし、構造体１６を設置した場合の音圧をｐ１とする時、透過損失ＴＬは、ＴＬ＝２０ｌｏｇ１０（ｐ０／ｐ１）として求めることができる。【００５３】
図７に示す防音構造体の構成において、第１管構造１２内における構造体１６の設置位置を変えて、第１管構造１２の開口端２０から構造体１６の設置位置までの距離ｐを変えて、本発明の防音構造体１０の実施例１、及び比較例１−１〜比較例１−３について、１００Ｈｚから２０００Ｈｚまでの周波数において、マイクロホン３６による音圧測定を行い、音圧の測定値から防音構造体の透過損失を算出した。こうして、周波数１００Ｈｚから２０００Ｈｚまでの透過損失の実験値を求めた。実施例１、比較例１−１、比較例１−２、及び比較例１−３の距離ｐは、それぞれ０ｃｍ、８ｃｍ、１２ｃｍ、及び１６ｃｍであった。
得られた実施例１、比較例１−１、比較例１−２、及び比較例１−３の実験値を、それぞれ図８〜図１１に示す。
ここで、周波数の上限を２０００Ｈｚとしたのは、上記式（２）を算出する理論が成り立たつ周波数ｆｎ＋１は、ｃ／ａより小さい必要があるからである。ここで、第１管構造１２の断面の外縁を構成する線分の長さのうち最も長い線分長さａは、１６３ｍｍ＝０．１６３ｍであり、音速ｃは３４３ｍ／ｓであることから、ｃ／ａ＝３４３／０．１６３＝２１０４Ｈｚであり、ｆｎ＋１＜２１０４Ｈｚであるからである。【００５４】
一方、上記式（２）を用いて、本発明の防音構造体１０の実施例１、及び比較例１−１〜比較例１−３について、１００Ｈｚから２０００Ｈｚまでの周波数において、計算により透過損失パラメータＸ（ｆ）を求め、下記式（６）に従って、防音構造体の透過損失の理論値（理論計算値）を算出した。
ＴＬ＝１０ｌｏｇ１０（Ｘ（ｆ））              …（６）
得られた実施例１、比較例１−１、比較例１−２、及び比較例１−３の理論値を、それぞれの実験値と共に、それぞれ、図８〜図１１に示す。【００５５】
また、実施例１、比較例１−１、比較例１−２、及び比較例１−３について、周波数４００Ｈｚ、８００Ｈｚ、１２００Ｈｚ、及び１６００Ｈｚにおける透過損失パラメータＸ（ｆ）の値を表１に示す。
なお、本実施例、及び比較例において、長さＬの第１管構造１２内において安定な気柱共鳴モードを発現し難い周波数ｆｎがｎｃ／２Ｌで表される時、開口端補正したＬが０．４３５ｍ、ｃが３４３ｍ／ｓであるので、ｎｃ／２Ｌ＝３４３／（０．４３５×２）＝３９４ｎ（Ｈｚ）となる。
従って、周波数４００Ｈｚ、８００Ｈｚ、１２００Ｈｚ、及び１６００Ｈｚは、それぞれ、ｎが、１、２、３、及び４の場合に該当する。【００５６】
【表１】
2019069903.tif 000015
【００５７】
表１の結果から、距離ｐが０ｃｍである実施例１では、３つの互いに隣接する周波数ｆｎ（＝ｎｃ／２Ｌ）である４００Ｈｚ、８００Ｈｚ、及び１２００Ｈｚにおいて、透過損失パラメータＸ（ｆ）が１より大きくなっており、上記式（６）から透過損失ＴＬが正となることは明らかである。なお、これらの隣接する周波数の間の周波数は、ｆｉ（＝（２ｉ＋１）ｃ／４Ｌ＝（ｉ＋１／２）ｃ／２Ｌ）として表すことができるので、長さＬの第１管構造１２内において安定な気柱共鳴モードを発現する周波数である。これらの周波数ｆｉ（２００Ｈｚ、６００Ｈｚ、１０００Ｈｚ、及び１４００Ｈｚ、１８００Ｈｚ）及びその近傍では、構造体１６を第１管構造１２内に配置することにより、安定な気柱共鳴モードが乱され、透過損失ＴＬが生じるものと思われる。
したがって、実施例１では、広帯域な透過損失が得られていると言える。
このことは、図８に示す実験、及び理論計算からも、４００Ｈｚ、８００Ｈｚ、及び１２００Ｈｚにおいて、透過損失が正となっており、これらの周波数近傍の周波数においても、透過損失が正となっていることから、広帯域な透過損失が得られていることが分かる。
このように、実施例１では、連続する隣り合うｆｎにおいて透過損失が０より大きくなっているｆｎが存在しており、広帯域な透過損失が得られていることが確認されたことが分かる。【００５８】
一方、表１の結果から明らかなように、距離ｐが８ｃｍである比較例１−１では、４００Ｈｚ、及び１６００Ｈｚでは、透過損失パラメータＸ（ｆ）が１より大きくなっているが、隣接する８００Ｈｚ、及び１２００Ｈｚでは、透過損失パラメータＸ（ｆ）が１より小さくなっている。
同様に、距離ｐが１２ｃｍである比較例１−２では、４００Ｈｚ、及び１２００Ｈｚでは、透過損失パラメータＸ（ｆ）が１より大きくなっているが、隣接する８００Ｈｚ、及び１６００Ｈｚでは、透過損失パラメータＸ（ｆ）が１より小さくなっている。
また、同様に、距離ｐが２０ｃｍである比較例１−３では、８００Ｈｚ、及び１６００Ｈｚでは、透過損失パラメータＸ（ｆ）が１より大きくなっているが、隣接する４００Ｈｚ、及び１２００Ｈｚでは、透過損失パラメータＸ（ｆ）が１より小さくなっている。
以上の表１の結果から明らかなように、比較例１−１、１−２、及び１−３では、４００Ｈｚ、８００Ｈｚ、１２００Ｈｚ及び１６００Ｈｚからなる２つ以上の連続する隣り合う周波数ｆｎにおいてＸ（ｆ）が１以下となる周波数が存在し、広帯域な透過損失が得られていないことが分かる。【００５９】
このことは、図９、図１０、及び図１１に示す実験、及び理論計算からも、比較例１−１、１−２、及び１−３では、４００Ｈｚ、８００Ｈｚ、１２００Ｈｚ、及び１６００Ｈｚを含む周波数帯域において、透過損失が正となっている周波数領域と、透過損失が負となっている周波数領域とが交互にあらわれており、広帯域な透過損失が得られていないことが分かる。
このように、比較例１−１、１−２、及び１−３では、連続する隣り合うｆｎにおいて両者が同時に透過損失が正に（０より大きく）なっておらず、その結果、広帯域な透過損失が得られていないことが分かる。
以上の結果から、本発明の有効性が示されており、本発明の効果は、明らかである。【００６０】
（実施例２）
図１に示す実施例１の防音構造体１０の構造体１６の代わりに、図１２に示すように、共鳴構造体である４つのヘルムホルツ共鳴器３８からなる構造体４０に変更した以外は、実施例１と同様な構成を有する実施例２の防音構造体１０ａを作製した。
ヘルムホルツ共鳴器３８は、図１３に示すように、直方体形状の筐体３８ａの天板に相当する蓋３８ｂの中心に円筒状の開口４２を有し、筐体３８ａの内部には、開口４２の背面となる閉じた背面空間４４を有する。【００６１】
ここで、図１３に示すヘルムホルツ共鳴器３８は、５ｍｍの板材で構成され、筐体３８ａの外形寸法が、３０ｍｍ×４０ｍｍ（断面）×５０ｍｍ（長さ）であり、開口４２の直径が８ｍｍであるものを用いた。また、背面空間４４の寸法は、２０ｍｍ×３０ｍｍ（断面）×４０ｍｍ（長さ）であった。
このヘルムホルツ共鳴器３８は、７００Ｈｚに共鳴がある共鳴構造体であった。
したがって、構造体４０の長さｄは、０．０５ｍであり、断面積Ｓ２は、０．０００４８ｍ２であった（Ｓ１＝０．０３０ｍ×０．０４０ｍ×４＝０．００４８ｍ２）。【００６２】
図７に示す防音構造体１０に代えて、図１２に示す防音構造体１０ａを測定部屋３２に取り付け、実施例２の防音構造体１０ａについて、実施例１と全く同様にして、１００Ｈｚから２０００Ｈｚまでの周波数において、マイクロホン３６による音圧測定を行い、音圧の測定値から防音構造体の透過損失を算出した。こうして、周波数１００Ｈｚから２０００Ｈｚまでの透過損失の実験値を求めた。実施例２の距離ｐは、０ｃｍであった。
得られた実施例２の実験値を、実施例１の実験値と共に、図１４に示す。
一方、上記式（２）を用いて、本発明の実施例２の防音構造体１０ａについて、周波数４００Ｈｚ、８００Ｈｚ、１２００Ｈｚ、及び１６００Ｈｚにおける透過損失パラメータＸ（ｆ）の値（理論計算値）を求めた。その結果を表１に示す。
表１の結果から、実施例２では、実施例１と同様に、３つの互いに隣接する周波数ｆｎ（＝ｎｃ／２Ｌ）である４００Ｈｚ、８００Ｈｚ、及び１２００Ｈｚにおいて、透過損失パラメータＸ（ｆ）が１より大きくなっており、上記式（６）から透過損失ＴＬが正となることは明らかである。
したがって、実施例２では、実施例１と同様に、広帯域な透過損失が得られていると言える。
この結果は、図１４に示す実験値からも明らかである。【００６３】
更に、図１４に示すように、共鳴体である構造体４０を用いる実施例２の場合には、ヘルムホルツ共鳴器３８の共鳴周波数である７００Ｈｚ近傍で、共鳴構造体でない構造体１６を用いる実施例１の場合に比較して、透過損失が向上していることが分かる。
図１に示す防音構造体１０の実施例１、及び図１２に防音構造体１０ａの実施例２における透過損失をＣＯＭＳＯＬ ＭｕｌｔｉＰｈｙｓｉｃｓ Ｖｅｒ５．３ａ音響モジュールを用いて、同時にシミュレートした。その結果が図１５に示されている。
図１５に示すシミュレーション結果から明らかなように、実施例２の場合の方が、ヘルムホルツ共鳴器３８の共鳴周波数である７００Ｈｚ近傍で、実施例１の場合に比較して、透過損失が向上していることが分かる。
以上から、第１管構造１２内に配置する構造体は、ヘルムホルツ共鳴器３８のような共鳴構造体であることが、防音の観点ではより有利であることが分かる。【００６４】
（実施例３）
図１に示す実施例１の防音構造体１０の屈曲構造の管状構造体１８の代わりに、図１６に示すように、第２管構造２８を第１管構造１２の開口端２０と対向する壁面に接続した直線型構造の管状構造体２６を用い、構造体１６ａを第１管構造１２の底面１２ａを凹ませて構成した以外は、実施例１と同様な構成を有する実施例３の直線型構造の防音構造体１１を作製した。
なお、図１６に実施例３の防音構造体１１は、図６に示す直線型構造の管状構造体２６において、第１管構造１２の開口端２０側に構造体１６ａを構成したものとも言える。
なお、構造体１６ａは、図１に示す実施例１の防音構造体１０の第１管構造１２内の構造体１６と全く同じ機能を有する。
実施例３の防音構造体１１の第２管構造２８の寸法は、３０ｍｍ×３０ｍｍ（断面）×６４ｍｍ（長さ）であった。
また、構造体１６ａは、図１に示す実施例１の構造体１６と同様に、その寸法は、２０ｍｍ×１６３ｍｍ（断面）×４０ｍｍ（長さ）であった。
構造体１６ａの長さｄは、０．０４ｍであり、断面積Ｓ２は、０．００３２６ｍ２であった。また、距離ｐは、０ｃｍであった。【００６５】
本発明の防音構造体１１の実施例３について、上記式（２）を用いて、１００Ｈｚから２０００Ｈｚまでの周波数において、計算により透過損失パラメータＸ（ｆ）を求め、下記式（６）に従って、防音構造体の透過損失の理論値（理論計算値）を算出した。
ＴＬ＝１０ｌｏｇ１０（Ｘ（ｆ））              …（６）
得られた実施例３の理論値を、図１７に示す。
また、実施例３について、周波数４００Ｈｚ、８００Ｈｚ、１２００Ｈｚ、及び１６００Ｈｚにおける透過損失パラメータＸ（ｆ）の値を表１に示す。【００６６】
表１の結果から、実施例３では、実施例１及び２と同様に、３つの互いに隣接する周波数ｆｎ（＝ｎｃ／２Ｌ）である４００Ｈｚ、８００Ｈｚ、及び１２００Ｈｚにおいて、透過損失パラメータＸ（ｆ）が１より大きくなっており、上記式（６）から透過損失ＴＬが正となることは明らかである。
したがって、実施例３では、実施例１及び２と同様に、広帯域な透過損失が得られていると言える。
この結果は、図１７に示すシミュレーション結果からも明らかである。
したがって、本発明の防音構造体は、屈曲構造ではなく、直線型構造であっても、広帯域な透過損失を実現することができる。
以上の実施例１〜３から、本発明の効果は明らかである。【００６７】
以上、本発明の防音構造体について、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。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明の防音構造体は、気体、風、又は熱と同時に音も通過させてしまうダクト、マフラ、及び換気スリーブ等のような通気性の管構造において、通気性を維持しつつ、広い周波数帯域で音を低減して防音する構造物として利用することができる。本発明の防音構造体は、特に騒音性の機械に取り付けられる用途に適している。
【符号の説明】
【００６９】
１０、１０ａ、１１  防音構造体
１２  第１管構造
１２ａ  底面
１４、２８  第２管構造
１６、１６ａ、４０  構造体
１８、２６  管状構造体
２０、２４、３０  開口端
２２  出口側空間
３２  測定部屋
３４  音源（スピーカ）
３６  マイクロホン
３８  ヘルムホルツ共鳴器
３８ａ  筐体
３８ｂ  蓋
４２  開口
４４  背面空間
ｄｆ  導波路順方向
ｂ１、ｂ２、ｂ３  反射波
【図１】
2019069903.tif 000021
【図２】
2019069903.tif 000022
【図３】
2019069903.tif 000023
【図４】
2019069903.tif 000024
【図５】
2019069903.tif 000025
【図６】
2019069903.tif 000026
【図７】
2019069903.tif 000027
【図８】
2019069903.tif 000028
【図９】
2019069903.tif 000029
【図１０】
2019069903.tif 000030
【図１１】
2019069903.tif 000031
【図１２】
2019069903.tif 000032
【図１３】
2019069903.tif 000033
【図１４】
2019069903.tif 000034
【図１５】
2019069903.tif 000035
【図１６】
2019069903.tif 000036
【図１７】
2019069903.tif 000037
【手続補正書】
【提出日】平成31年2月28日(2019.2.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１管構造と、前記第１管構造と接続され、前記第１管構造とは面積の異なる第２管構造とを有し、前記第２管構造から前記第１管構造に向かう方向を導波路順方向とする防音構造体であって、
前記第１管構造と前記第２管構造とが屈曲して接続されており、
前記第１管構造の内部に、前記第１管構造の断面積よりも小さい断面積を有する構造体が設置されており、
前記第１管構造内において安定な気柱共鳴モードを形成する周波数が連続して３つ以上あり、これらの連続する３つ以上の周波数の内の連続する３つの周波数を、ｉを整数としてｆｉ、ｆｉ＋１、及びｆｉ＋２とし、初めに隣接する２つの周波数ｆｉとｆｉ＋１との中間の周波数を、ｎを整数としてｆｎ、次に隣接する２つの周波数ｆｉ＋１とｆｉ＋２との中間の周波数をｆｎ＋１とする時、
前記第１管構造内に前記構造体が設置されていない場合に対する前記第１管構造内に前記構造体が設置されている場合の透過損失が、周波数ｆｎ、及びｆｎ＋１において正であることを特徴とする防音構造体。
【請求項２】
第１管構造と、前記第１管構造と接続され、前記第１管構造とは面積の異なる第２管構造とを有し、前記第２管構造から前記第１管構造に向かう方向を導波路順方向とする防音構造体であって、
前記第１管構造と前記第２管構造とが屈曲して接続されており、
前記第１管構造の内部に、前記第１管構造の断面積よりも小さい断面積を有する構造体が設置されており、
前記第１管構造内において安定な気柱共鳴モードを形成する周波数が連続して３つ以上あり、これらの連続する３つ以上の周波数の内の連続する３つの周波数を、ｉを整数としてｆｉ、ｆｉ＋１、及びｆｉ＋２とし、初めに隣接する２つの周波数ｆｉとｆｉ＋１との中間の周波数を、ｎを整数としてｆｎ、次に隣接する２つの周波数ｆｉ＋１とｆｉ＋２との中間の周波数をｆｎ＋１とする時、
前記第１管構造内に前記構造体が設置されていない場合に対する前記第１管構造内に前記構造体が設置されている場合の透過損失が、周波数ｆｎ、及びｆｎ＋１において正であり、
前記第２管構造の断面積は、前記第１管構造の断面積より小さく、
前記第１管構造の長さをＬ、断面積をＳ１とし、前記導波路順方向の前記第１管構造の出口側空間の断面積をＳｏｕｔとし、前記構造体の長さをｄ、前記導波路順方向に垂直な面の断面積Ｓ２、前記導波路順方向の前記第１管構造の出口側開口端から前記構造体の設置位置までの距離をｐとし、
前記第１管構造と前記第２管構造の接合部側における、前記第１管構造の前記導波路順方向と逆方向に向かう音波を反射する、前記導波路順方向に垂直な面の断面積をＳｄとし、音速をｃとし、ｎを整数とし、
前記第１管構造の長さＬが、Ｌ＝ｎλ／２に該当する周波数ｆをｆｎとし、ｆｎ＝ｎｃ／２Ｌで表される時、
下記式（１）を満足する周波数が存在する防音構造体。
【数１】
2019069903.tif 000038
ここで、Ｘ（ｆ）は、下記式（２）〜（４）で表される。
【数２】
2019069903.tif 000039
【数３】
2019069903.tif 000040
【数４】
2019069903.tif 000041
また、ｄＳは、０．０１×Ｓ１であり、
ρは、空気密度であり、ｋは、波数で２πｆ／ｃであり、ｊは虚数を表わす。
【請求項３】
前記第１管構造の断面の外縁を構成する線分の長さのうち最も長い線分長さをａとする時、前記第１管構造の長さＬが、Ｌ＝（ｎ＋１）λ／２に該当する周波数であるｆｎ＋１は、ｆｎ＋１＜ｃ／ａを満足する請求項２に記載の防音構造体。
【請求項４】
更に、下記式（５）を満足する請求項２、又は３に記載の防音構造体。
【数５】
2019069903.tif 000042
【請求項５】
前記透過損失をＴＬとする時、ＴＬは、下記式（６）で表される請求項２〜４のいずれか１項に記載の防音構造体。
2019069903.tif 000043
【請求項６】
前記出口側空間の断面積Ｓｏｕｔと前記第１管構造の断面積Ｓ１との比Ｓｏｕｔ／Ｓ１は、１０より大きい請求項２〜５のいずれか１項に記載の防音構造体。
【請求項７】
前記第１管構造と前記第２管構造とが屈曲して接続されている請求項２〜６のいずれか１項に記載の防音構造体。
【請求項８】
前記第２管構造は、前記第１管構造の端部に接続されている請求項１〜７のいずれか１項に記載の防音構造体。
【請求項９】
前記第１管構造と前記第２管構造とが直角に接続されている請求項１〜８のいずれか１項に記載の防音構造体。
【請求項１０】
前記導波路順方向の前記第１管構造の出口側空間が開放空間である請求項１〜９のいずれか１項に記載の防音構造体。
【請求項１１】
前記構造体が、音波に対する共鳴体である請求項１〜１０のいずれか１項に記載の防音構造体。
【請求項１２】
前記共鳴体は、気柱共鳴筒、ヘルムホルツ共鳴器、又は膜振動型構造体である請求項１１に記載の防音構造体。
【手続補正書】
【提出日】令和2年3月26日(2020.3.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１管構造と、前記第１管構造と接続され、前記第１管構造とは面積の異なる第２管構造とを有し、前記第２管構造から前記第１管構造に向かう方向を導波路順方向とする防音構造体であって、
前記第１管構造と前記第２管構造とが屈曲して接続されており、
前記第１管構造の内部に、前記第１管構造の断面積よりも小さい断面積を有する構造体が設置されており、
前記第１管構造内において安定な気柱共鳴モードを形成する周波数が連続して３つ以上あり、これらの連続する３つ以上の周波数の内の連続する３つの周波数を、ｉを整数としてｆｉ、ｆｉ＋１、及びｆｉ＋２とし、初めに隣接する２つの周波数ｆｉとｆｉ＋１との中間の周波数を、ｎを整数としてｆｎ、次に隣接する２つの周波数ｆｉ＋１とｆｉ＋２との中間の周波数をｆｎ＋１とする時、
前記第１管構造内に前記構造体が設置されていない場合に対する前記第１管構造内に前記構造体が設置されている場合の透過損失が、周波数ｆｎ、及びｆｎ＋１において正であることを特徴とする防音構造体。
【請求項２】
第１管構造と、前記第１管構造と接続され、前記第１管構造とは面積の異なる第２管構造とを有し、前記第２管構造から前記第１管構造に向かう方向を導波路順方向とする防音構造体であって、
前記第１管構造と前記第２管構造とが屈曲して接続されており、
前記第１管構造の内部に、前記第１管構造の断面積よりも小さい断面積を有する構造体が設置されており、
前記第１管構造内において安定な気柱共鳴モードを形成する周波数が連続して３つ以上あり、これらの連続する３つ以上の周波数の内の連続する３つの周波数を、ｉを整数としてｆｉ、ｆｉ＋１、及びｆｉ＋２とし、初めに隣接する２つの周波数ｆｉとｆｉ＋１との中間の周波数を、ｎを整数としてｆｎ、次に隣接する２つの周波数ｆｉ＋１とｆｉ＋２との中間の周波数をｆｎ＋１とする時、
前記第１管構造内に前記構造体が設置されていない場合に対する前記第１管構造内に前記構造体が設置されている場合の透過損失が、周波数ｆｎ、及びｆｎ＋１において正であり、
前記第２管構造の断面積は、前記第１管構造の断面積より小さく、
前記第１管構造の長さをＬ、断面積をＳ１とし、前記導波路順方向の前記第１管構造の出口側空間の断面積をＳｏｕｔとし、前記構造体の長さをｄ、前記導波路順方向に垂直な面の断面積Ｓ２、前記導波路順方向の前記第１管構造の出口側開口端から前記構造体の設置位置までの距離をｐとし、
前記第１管構造と前記第２管構造の接合部側における、前記第１管構造の前記導波路順方向と逆方向に向かう音波を反射する、前記導波路順方向に垂直な面の断面積をＳｄとし、音速をｃとし、ｎを整数とし、
前記第１管構造の長さＬが、Ｌ＝ｎλ／２に該当する周波数ｆをｆｎとし、ｆｎ＝ｎｃ／２Ｌで表される時、
下記式（１）を満足する周波数が存在する防音構造体。
［数１］
2019069903.tif 000044
ここで、Ｘ（ｆ）は、下記式（２）〜（４）で表される。
［数２］
2019069903.tif 000045
［数３］
2019069903.tif 000046
［数４］
2019069903.tif 000047
また、ｄＳは、０．０１×Ｓ１であり、
ρは、空気密度であり、ｋは、波数で２πｆ／ｃであり、ｊは虚数を表わす。
【請求項３】
前記第１管構造の断面の外縁を構成する線分の長さのうち最も長い線分長さをａとする時、前記第１管構造の長さＬが、Ｌ＝（ｎ＋１）λ／２に該当する周波数であるｆｎ＋１は、ｆｎ＋１＜ｃ／ａを満足する請求項２に記載の防音構造体。
【請求項４】
更に、下記式（５）を満足する請求項２、又は３に記載の防音構造体。
［数５］
2019069903.tif 000048
【請求項５】
前記透過損失をＴＬとする時、ＴＬは、下記式（６）で表される請求項２〜４のいずれか１項に記載の防音構造体。
ＴＬ＝１０ｌｏｇ１０（Ｘ（ｆ））              …（６）
【請求項６】
前記出口側空間の断面積Ｓｏｕｔと前記第１管構造の断面積Ｓ１との比Ｓｏｕｔ／Ｓ１は、１０より大きい請求項２〜５のいずれか１項に記載の防音構造体。
【請求項７】
前記第１管構造と前記第２管構造とが屈曲して接続されている請求項２〜６のいずれか１項に記載の防音構造体。
【請求項８】
前記第２管構造は、前記第１管構造の端部に接続されている請求項１〜７のいずれか１項に記載の防音構造体。
【請求項９】
前記第１管構造と前記第２管構造とが直角に接続されている請求項１〜８のいずれか１項に記載の防音構造体。
【請求項１０】
前記導波路順方向の前記第１管構造の出口側空間が開放空間である請求項１〜９のいずれか１項に記載の防音構造体。
【請求項１１】
前記構造体が、音波に対する共鳴体である請求項１〜１０のいずれか１項に記載の防音構造体。
【請求項１２】
前記共鳴体は、気柱共鳴筒、ヘルムホルツ共鳴器、又は膜振動型構造体である請求項１１に記載の防音構造体。
【国際調査報告】
2019069903.tif 000049
2019069903.tif 000050