(57)【要約】  小型軽量で、音源に固有の高い周波数の騒音を複数の周波数で同時に消音できる防音構造体を提供する。  本発明の防音構造体は、互いに離間した状態で重ねられた複数の膜状部材と、剛体により構成され、複数の膜状部材をそれぞれ膜振動可能に支持する支持体と、複数の膜状部材のうち、隣り合う２つの膜状部材の間に挟まれている膜間空間と、複数の膜状部材のうち、支持体内において支持体の一端にある膜状部材と支持体の一端との間に形成された背面空間と、を有し、支持体の一端が閉じられた状態で、複数の膜状部材がそれぞれ膜振動することで吸音する。
2019155927.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに離間した状態で重ねられた複数の膜状部材と、
剛体により構成され、前記複数の膜状部材をそれぞれ膜振動可能に支持する支持体と、
前記複数の膜状部材のうち、隣り合う２つの膜状部材の間に挟まれている膜間空間と、
前記複数の膜状部材のうち、前記支持体内において前記支持体の一端にある１つの膜状部材と前記支持体の一端との間に形成された背面空間と、を有し、
前記支持体の一端が閉じられた状態で前記複数の膜状部材がそれぞれ膜振動することで吸音する防音構造体。
【請求項２】
前記１つの膜状部材の振動の、１ｋＨｚ以上に存在する少なくとも１つの高次振動モードの周波数における吸音率が、基本振動モードの周波数における吸音率よりも高い請求項１に記載の防音構造体。
【請求項３】
前記１つの膜状部材のヤング率をＥとし、前記１つの膜状部材の厚みをｔとし、前記背面空間の厚みをｄとし、前記１つの膜状部材が振動する領域の円相当直径をΦとすると、
前記１つの膜状部材の硬さＥ×ｔ3が、２１．６×ｄ-1.25×Φ4.15以下である請求項１又は２に記載の防音構造体。
【請求項４】
前記１つの膜状部材の硬さＥ×ｔ3が、２．４９×１０-7以上である請求項３に記載の防音構造体。
【請求項５】
前記支持体は、開口部を有する内側枠体を備え、
前記１つの膜状部材が、前記内側枠体の端位置で前記開口部を囲んでいる開口面に固定されており、
前記背面空間が、前記１つの膜状部材と前記内側枠体とに囲まれている請求項１乃至４のいずれか一項に記載の防音構造体。
【請求項６】
前記防音構造体が吸音可能な周波数帯域は、複数存在し、
前記防音構造体が吸音可能な複数の周波数帯域の中には、
前記１つの膜状部材が高次振動モードにて膜振動したときの第一の吸音周波数帯域と、
前記隣り合う２つの膜状部材が前記膜間空間を挟んで互いに逆位相となって膜振動したときの第二の吸音周波数帯域と、が含まれている請求項１乃至５のいずれか一項に記載の防音構造体。
【請求項７】
前記支持体は、前記１つの膜状部材が固定された前記開口面とは反対側で前記内側枠体の前記開口部を塞ぐ底壁を有する請求項５に記載の防音構造体。
【請求項８】
前記背面空間が閉じられた閉空間である請求項１乃至７のいずれか一項に記載の防音構造体。
【請求項９】
前記支持体及び前記底壁の少なくとも一方に貫通孔が設けられている請求項７に記載の防音構造体。
【請求項１０】
前記膜間空間及び前記背面空間のそれぞれの厚みが１０ｍｍ以下である請求項１乃至９のいずれか一項に記載の防音構造体。
【請求項１１】
前記膜状部材が並ぶ方向における前記防音構造体の全長が１０ｍｍ以下である請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の防音構造体。
【請求項１２】
前記膜状部材の厚みが１００μｍ以下である請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の防音構造体。
【請求項１３】
前記背面空間と前記膜間空間を合計した合計厚みが１０ｍｍ以下である請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の防音構造体。
【請求項１４】
前記複数の膜状部材のうち、少なくとも２つ以上の膜状部材の間において、膜部分の平均面密度が互いに異なっており、
前記膜部分の平均面密度がより大きい膜状部材は、前記背面空間寄りにある前記支持体の一端の側に配置され、前記膜部分の平均面密度がより小さい膜状部材は、前記背面空間からより離れている前記支持体の他端の側に配置されている請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の防音構造体。
【請求項１５】
前記複数の膜状部材のうちの少なくとも１つには、貫通孔が形成されている請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の防音構造体。
【請求項１６】
前記複数の膜状部材のうち、前記背面空間寄りにある前記支持体の一端から最も離れた位置にある膜状部材に前記貫通孔が形成されている請求項１５に記載の防音構造体。
【請求項１７】
前記背面空間及び前記膜間空間のうちの少なくとも一方の空間中、少なくとも一部に配置された多孔質吸音体を更に有する請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の防音構造体。
【請求項１８】
前記複数の膜状部材のうち、前記背面空間寄りにある前記支持体の一端から最も離れた位置にある膜状部材は、前記防音構造体の前記背面空間からより離れている端をなしている請求項１乃至１７のいずれか一項に記載の防音構造体。
【請求項１９】
前記支持体は、筒状の外側枠体を備えており、
前記隣り合う２つの膜状部材は、前記外側枠体を介して互いに対向している請求項１乃至１８のいずれか一項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、防音構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機等の各種電子機器、自動車に搭載される電子装置、住宅設備の電子機器、家電製品、及びロボット等の各種移動体等では、多機能化及び高性能化に伴い、これらを高い電圧及び電流で駆動することが求められるため、電気系の出力が大きくなっている。また、出力の増加とコンパクト化に伴い、冷却のために熱又は風を制御する必要も大きくなりファン等も重要となっている。
電子機器等は、騒音の発生源となる電子回路、パワーエレクトロニクス、若しくは電気モーター等を有しており、電子回路、パワーエレクトロニクス及び電気モーター等（以下、音源ともいう）は、それぞれ固有の周波数で大きな音量の音を発生する。電気系の出力を大きくすると、この周波数の音量がさらに大きくなるため騒音として問題となる。
例えば、電気モーターの場合には、回転数に応じた周波数の騒音（電磁騒音）が生じる。インバーターの場合には、キャリア周波数に応じた騒音（スイッチングノイズ）が生じる。ファンの場合には、回転数に応じた周波数の騒音が生じる。これらの騒音は、近い周波数の音と比べて音量が大きくなる。【０００３】
一般に、消音手段として発泡ウレタン又はフェルトなどの多孔質吸音体が多く用いられている。多孔質吸音体を用いた場合には、広い周波数において消音効果が得られる。そのため、ホワイトノイズのような周波数依存性のない騒音であれば、好適な消音効果が得られる。
しかしながら、各種電子機器の音源は、それぞれ固有の周波数において大きな音量の音を発生する。特に、各種電子機器の高速化及び大出力化で、固有の周波数の音が非常に高くなり大きくなる。【０００４】
発泡ウレタン又はフェルトなどの通常の多孔質吸音体では広い周波数で消音するため、音源に固有の周波数の騒音を十分に消音できず、また固有の周波数の騒音のみを消音するわけではなく他の周波数も同様に低減させるために、他の周波数より卓越して固有の周波数が聴こえるという状況は変化しない。そのため、ホワイトノイズ及びピンクノイズのような周波数に対してブロードな騒音に対して、特定の周波数幅のみを大きな音として有し、単周波音のようになる狭周波数帯の騒音は、人間が検知し易く問題となる。よって、上述のような電子機器等が発する騒音の場合には、多孔質吸音体を用いて騒音対策を行った後も、特定の周波数が他の周波数よりも相対的に聞こえ易くなってしまうという問題があった。【０００５】
また、多孔質吸音体を用いて、より大きな音を小さくするためには、多量の多孔質吸音体を用いる必要がある。電子機器等は小型軽量化が求められる場合が多く、電子機器等の電子回路及び電気モーター等の周辺に、多量の多孔質吸音体を配置するスペースを確保することは難しい。【０００６】
特定の周波数の音をより大きく消音する手段として、膜振動を利用した消音手段が知られている。膜振動を利用した消音手段は、小型軽量であり、かつ特定の周波数の音を好適に消音できる。
例えば、特許文献１には、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、吸音材の第一の貯蔵弾性率Ｅ１が９．７×１０６以上であり、第二の貯蔵弾性率Ｅ２が３４６以下である吸音体が記載されている。この吸音体は、音波が吸音体に入射されると、共振（膜振動）が生じることによって吸音するものである（特許文献１の段落［０００９］、図１等）。【０００７】
また、電気機器等では、互いに周波数が異なる複数の音が発生する場合があるため、それぞれの周波数の音を同時に消音したいというニーズがある。複数の周波数帯域の音を同時に消音する手段としては、振動体を複数利用した消音手段が知られている。
例えば、特許文献２には、振動板を含む第一の吸音部と、第一の吸音部を振動板要素とする第二の吸音部とを備えた吸音装置が記載されている。特許文献２に記載の吸音装置によれば、第一の吸音部と第二の吸音部とがそれぞれ特定の共振周波数を持つので広い周波数帯域の音を吸音することが可能である（特許文献２の請求項１、明細書第２頁の左段第２行目〜第７行目等）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第４８３２２４５号公報
【特許文献２】特開昭６２−９８３９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
各種電子機器の更なる高速化及び大出力化に伴い、上述した電子回路及び電気モーター等が発生する騒音の周波数は、より高い周波数となっている。膜振動を利用する消音手段を用いて高い周波数の音を消音する場合には、膜の硬さ及び大きさ等を調整して膜振動の固有振動数を高くすることが考えられる。【００１０】
しかしながら、本発明者らの検討によれば、膜振動を利用した消音手段において、膜の硬さ及び大きさ等を調整して膜振動の固有振動数を高くすると、高い周波数では吸音率が低くなることが分かった。
より詳しく説明すると、膜の硬さ及び大きさ等を調整して膜振動を利用した吸音を行う場合、基本振動モードの膜振動が主として吸音に寄与する。このとき、基本振動モードの周波数が高くなるほど、音が膜面にて反射されるために膜振動による吸音率が小さくなることが判明した。
このため、特許文献１に記載の吸音体のように基本振動モードの膜振動を利用して吸音する場合には、膜の厚み等のパラメータを単に調整して膜振動の固有振動数を高くしただけでは、比較的高周波数の音に対して十分な吸音効果が得られないと考えられる。【００１１】
また、本発明者らの更なる検討によれば、膜の背面側に空間を設けることによって基本振動モード及び高次振動モードの双方での膜振動による吸音がなされることになり、また、膜の形状及び背面空間の大きさを調整して高次振動モードの周波数における吸音率を高くすることにより、膜を硬く（又は厚く）する必要がなくなり、この結果、膜での音の反射を抑えつつ、高い周波数であっても良好な吸音効果を得られることが分かった。
したがって、膜の形状及び背面空間の大きさ等を適宜設定して基本振動モード及び高次振動モードの膜振動によって吸音すれば、高周波数の音であっても効率よく吸音することが可能になる。
一方、前述したように、電気モーター及びインバーターをはじめとする電気機器等では、互いに周波数が異なる複数の音が発生することがある。かかる場合、それぞれの周波数の音を基本振動モード及び高次振動モードの膜振動によって吸音する上で、各周波数が膜振動の振動モードにおける周波数（ピーク周波数）と一致していなければ、複数の周波数の音を同時に吸音することが難しくなる。しかしながら、対象とする騒音の発生源の振動モード（高次振動モード）及び騒音の周波数に、膜振動の振動モードにおける振動の周波数を複数の周波数において一致させることは、これまで困難であった。【００１２】
また、電子機器等では消音手段の設置スペースが限られていることが多い。このため、複数の周波数の音を吸音する構造としては、各周波数別に消音手段を配置するのではなく、同じ設置スペースのままで各周波数の音を吸音可能な構造が求められている。
前述した特許文献２に記載の吸音装置は、複数の周波数の音を同時に吸音し得るものではあるが、第二の吸音部が第一の吸音部を振動板要素として有する構造であり、主として基本振動モードでの膜振動によって吸音するものであるため、比較的低周波の音を吸音するものと考えられる。また、振動板要素に第一の吸音部を組み込むことで、第二の吸音部（振動板要素）の質量が重くなる。第二の吸音部の質量が重くなると、その吸音周波数が低周波側にシフトする。つまり、特許文献２に記載の吸音装置では、基本振動モードを利用する通常の吸音構造である第一の吸音部と、基本振動モードの吸音周波数よりもさらに低周波側にシフトさせた第二の吸音部と、を組み合わせて吸音を行うものと考えられる。このため、特許文献２に記載の吸音装置を単に利用したとしても、高周波数の音を吸音するというニーズには応えられないと考えられる。【００１３】
本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解消し、小型軽量であり、音源に固有の高い周波数の騒音を複数の周波数で同時に消音できる防音構造体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、互いに離間した状態で重ねられた複数の膜状部材と、剛体により構成され、複数の膜状部材をそれぞれ膜振動可能に支持する支持体と、複数の膜状部材のうち、隣り合う２つの膜状部材の間に挟まれている膜間空間と、複数の膜状部材のうち、支持体内において支持体の一端にある１つの膜状部材と支持体の一端との間に形成された背面空間と、を有し、支持体の一端が閉じられた状態で複数の膜状部材がそれぞれ膜振動することで吸音することにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。【００１５】
また、１つの膜状部材の振動の、１ｋＨｚ以上に存在する少なくとも１つの高次振動モードの周波数における吸音率が、基本振動モードの周波数における吸音率よりも高いことが好ましい。
また、１つの膜状部材のヤング率をＥとし、１つの膜状部材の厚みをｔとし、背面空間の厚みをｄとし、１つの膜状部材が振動する領域の円相当直径をΦとすると、１つの膜状部材の硬さＥ×ｔ3が、２１．６×ｄ-1.25×Φ4.15以下であることが好ましい。ここで、ヤング率Ｅの単位はＰａであり、厚みｔの単位はｍ（メートル）であり、背面空間の厚みｄの単位はｍ（メートル）であり、円相当直径Φの単位はｍ（メートル）であり、膜状部材の硬さＥ×ｔ3の単位はＰａ・ｍ3である。
また、１つの膜状部材の硬さＥ×ｔ3（Ｐａ・ｍ3）が、２．４９×１０-7以上であると好ましい。
また、支持体は、開口部を有する内側枠体を備え、１つの膜状部材が、内側枠体の端位置で開口部を囲んでいる開口面に固定されており、背面空間が、１つの膜状部材と内側枠体とに囲まれていることが好ましい。
また、防音構造体が吸音可能な周波数帯域は、複数存在し、防音構造体が吸音可能な複数の周波数帯域の中には、１つの膜状部材が高次振動モードにて膜振動したときの第一の吸音周波数帯域と、隣り合う２つの膜状部材が膜間空間を挟んで互いに逆位相となって膜振動したときの第二の吸音周波数帯域と、が含まれていることが好ましい。
支持体は、１つの膜状部材が固定された開口面とは反対側で内側枠体の開口部を塞ぐ底壁を有することが好ましい。
また、背面空間が閉じられた閉空間であることが好ましい。
また、支持体及び前記底壁の少なくとも一方に貫通孔が設けられていることが好ましい。【００１６】
また、膜間空間及び背面空間のそれぞれの厚みが１０ｍｍ以下であることが好ましい。
また、膜状部材が並ぶ方向における防音構造体の全長が１０ｍｍ以下であることが好ましい。
また、背面空間と膜間空間を合計した合計厚みが１０ｍｍ以下であることが好ましい。
また、膜状部材の厚みが１００μｍ以下であることが好ましい。
また、複数の膜状部材のうち、少なくとも２つ以上の膜状部材の間において、膜部分の平均面密度が互いに異なっており、膜部分の平均面密度がより大きい膜状部材は、背面空間寄りにある支持体の一端の側に配置され、膜部分の平均面密度がより小さい膜状部材は、背面空間からより離れている支持体の他端の側に配置されていることが好ましい。【００１７】
また、複数の膜状部材のうちの少なくとも１つには、貫通孔が形成されていることが好ましい。
また、複数の膜状部材のうち、背面空間寄りにある支持体の一端から最も離れた位置にある膜状部材に貫通孔が形成されていることが好ましい。
また、背面空間及び膜間空間のうちの少なくとも一方の空間中、少なくとも一部に配置された多孔質吸音体を更に有することが好ましい。
また、前記複数の膜状部材のうち、背面空間寄りにある支持体の一端から最も離れた位置にある膜状部材は、防音構造体の背面空間からより離れている方の端をなしていることが好ましい。
また、支持体は、筒状の外側枠体を備えており、隣り合う２つの膜状部材は、外側枠体を介して互いに対向していることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、小型軽量化され、かつ音源に固有の高い周波数の騒音を複数の周波数で同時に消音できる防音構造体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の防音構造体の一例を模式的に示す斜視図である。
【図２】本発明の防音構造体の一例の分解斜視図である。
【図３】図１のＩ−Ｉ線断面図である。
【図４】基本振動モードの周波数と吸音率との関係を表すグラフである。
【図５】ピーク周波数と吸音率との関係を表すグラフである。
【図６】背面空間の厚みとピーク周波数との関係を表すグラフである。
【図７】計算モデルにおける周波数と吸音率との関係を表すグラフである（その１）。
【図８】計算モデルにおける周波数と吸音率との関係を表すグラフである（その２）。
【図９】本発明の防音構造体内部における音圧の大きさと膜振動との関係を示す図である（その１）。
【図１０】本発明の防音構造体内部における音圧の大きさと膜振動との関係を示す図である（その２）。
【図１１】膜間空間内における音の速度ベクトルの分布を示す図である。
【図１２】参考例に係る防音構造体における周波数と吸音率との関係を示すグラフである（その１）。
【図１３】参考例に係る防音構造体における周波数と吸音率との関係を示すグラフである（その２）。
【図１４】本発明の一例に係る防音構造体における周波数と吸音率との関係を示すグラフである。
【図１５】本発明の防音構造体の第一変形例を模式的に示す断面図である。
【図１６】本発明の防音構造体の第二変形例を模式的に示す断面図である。
【図１７】本発明の防音構造体の第三変形例を模式的に示す断面図である。
【図１８】膜間距離を変えたときの周波数と吸音率との関係を表すグラフである。
【図１９】貫通孔を外側膜に設けたときの周波数と吸音率との関係を表すグラフである。
【図２０】貫通孔を外側膜に設け、かつ膜間空間の厚みを変えたときの周波数と吸音率との関係を表すグラフである。
【図２１】貫通孔を外側膜に設け、かつ背面空間の厚みを変えたときの周波数と吸音率との関係を表すグラフである。
【図２２】貫通孔を内側膜に設けたときの周波数と吸音率との関係を表すグラフである。
【図２３】周波数と吸音率との関係についてのシミュレーション結果を表すグラフである。
【図２４】背面空間及び膜間空間の合計厚みを変えてシミュレーションした周波数と吸音率との関係を表すグラフである（その１）。
【図２５】背面空間及び膜間空間の合計厚みを変えてシミュレーションした周波数と吸音率との関係を表すグラフである（その２）。
【図２６】合計厚みと吸音ピークの周波数との関係を表すグラフである。
【図２７】貫通孔を外側膜に設けたときの周波数と吸音率との関係についてのシミュレーション結果を示す図である。
【図２８】本発明の一例に係る防音構造体の内部における音圧の大きさを示す図である（その１）。
【図２９】本発明の一例に係る防音構造体の内部における音圧の大きさを示す図である（その２）。
【図３０】膜の貫通孔のサイズを変えてシミュレーションした周波数と吸音率との関係を示す図である（その１）。
【図３１】膜の貫通孔のサイズを変えてシミュレーションした周波数と吸音率との関係を示す図である（その２）。
【図３２】周波数と吸音率との関係を表すグラフである。
【図３３】周波数と吸音率との関係を表すグラフである。
【図３４】膜のヤング率と周波数と吸音率との関係を表すグラフである。
【図３５】膜のヤング率と周波数と吸音率との関係を表すグラフである。
【図３６】膜のヤング率と周波数と吸音率との関係を表すグラフである。
【図３７】背面距離とヤング率とをパラメータとして、高次振動モードにおける吸音率が基本振動モードにおける吸音率よりも高くなる条件を表すグラフである。
【図３８】背面距離と膜の硬さとをパラメータとして、高次振動モードにおける吸音率が基本振動モードにおける吸音率よりも高くなる条件を表すグラフである。
【図３９】枠直径と膜の硬さとをパラメータとして、高次振動モードにおける吸音率が基本振動モードにおける吸音率よりも高くなる条件を表すグラフである。
【図４０】枠直径と膜の硬さとをパラメータとして、高次振動モードにおける吸音率が基本振動モードにおける吸音率よりも高くなる条件を表すグラフである。
【図４１】膜のヤング率と周波数と吸音率との関係を表すグラフである。
【図４２】膜のヤング率と周波数と吸音率との関係を表すグラフである。
【図４３】背面距離と吸音ピーク周波数との関係を表すグラフである。
【図４４】背面距離と吸音ピーク周波数との関係を表すグラフである。
【図４５】ヤング率と最大吸音率との関係を表すグラフである。
【図４６】ヤング率と吸音率との関係を表すグラフである。
【図４７】ヤング率と吸音率との関係を表すグラフである。
【図４８】係数ａと吸音倍率との関係を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の防音構造体について詳細に説明する。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされることがあるが、本発明は、そのような実施態様に限定されるものではない。すなわち、以下では、本発明の防音構造体についての種々の実施形態を挙げて説明するが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、また、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勿論である。
【００２１】
なお、本明細書において、「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
また、本明細書において、例えば、「４５°」、「平行」、「垂直」あるいは「直交」等の角度は、特に断る場合を除き、厳密な角度との差異が５度未満の範囲内であることを意味する。厳密な角度との差異は、４度未満であることが好ましく、３度未満であることがより好ましい。
また、本明細書において、「同じ」、「同一」及び「一致」は、本発明が属する技術分野において一般的に許容される誤差範囲を含むものとする。
また、本明細書において、「全部」、「いずれも」又は「全面」などというとき、１００％である場合のほか、本発明が属する技術分野において一般的に許容される誤差範囲を含み、例えば９９％以上、９５％以上、又は９０％以上である場合を含むものとする。
【００２２】
なお、以下の説明中、「厚み」とは、後述する複数の膜状部材が並ぶ方向（以下、厚み方向）における長さを意味する。また、以下の説明中の「外側」及び「内側」は、厚み方向において互いに反対側の向きを意味し、「外側」は、より音源に近い側、すなわち、音源から発せられた音が防音構造体内に進入する際に通過する側を意味する。反対に、「内側」は、より音源から離れている側、すなわち、防音構造体内に進入した音が向かう側を意味する。
また、後述する支持体の内側端は、本発明の「支持体の一端」に相当し、外側端は、本発明の「支持体の他端」に相当する。
【００２３】
＜＜防音構造体＞＞
本発明の防音構造体は、複数の膜状部材と、複数の膜状部材をそれぞれ支持する支持体と、を有する。また、本発明の防音構造体は、複数の膜状部材のうち、隣り合う２つの膜状部材の間に挟まれている膜間空間と、複数の膜状部材のうち、支持体内において支持体の内側端にある１つの膜状部材と支持体の内側端との間に形成された背面空間と、を有する。そして、本発明の防音構造体は、支持体の内側端が閉じられた状態で複数の膜状部材がそれぞれ膜振動することで吸音するものである。
【００２４】
本発明の防音構造体は、各種の電子機器、及び輸送機器等が発生する音を消音する消音手段として好適に用いることができる。
電子機器としては、空調機（エアコン）、エアコン室外機、給湯器、換気扇、冷蔵庫、掃除機、空気清浄機、扇風機、食洗機、電子レンジ、洗濯機、テレビ、携帯電話、スマートフォン、プリンター等の家庭用電気機器；複写機、プロジェクター、デスクトップＰＣ（パーソナルコンピューター）、ノートＰＣ、モニター、シュレッダー等のオフィス機器、サーバー、スーパーコンピューター等の大電力を使用するコンピューター機器、恒温槽、環境試験機、乾燥機、超音波洗浄機、遠心分離機、洗浄機、スピンコーター、バーコーター、及び搬送機等の科学実験機器が挙げられる。
輸送機器としては、自動車、バイク、電車、飛行機、船舶、自転車（特に電気自転車）、及びパーソナルモビリティー等が挙げられる。
移動体としては、民生用ロボット（掃除用途、愛玩用途又は案内用途などのコミュニケーション用途、自動車椅子等の移動補助用途など）、及び工業用ロボット等が挙げられる。
また、使用者への通知又は警告を発する意味で、特定の少なくとも１つ以上の単周波音を通知音、警告音として発するように設定された機器にも用いることができる。
また、金属体及び機械がそのサイズに応じた周波数にて共振振動したとき、それに起因して比較的大きな音量で発せられる少なくとも１つ以上の単周波音が騒音として問題となるが、このような騒音に対しても本発明の防音構造体は適用可能である。
また、上述した機器が入っている部屋、工場、及び、車庫等にも本発明の防音構造体が適用可能である。
【００２５】
本願発明の防音構造体が消音対象とする音の音源の一例としては、上記の各種機器が有する、インバーター、パワーサプライ、昇圧器、大容量コンデンサー、セラミックコンデンサー、インダクタ、コイル、スイッチング電源、トランス等の電気制御装置を含む電子部品又はパワーエレクトロニクス部品、電気モーター、ファン等の回転部品、ギア、アクチュエータによる移動機構等の機械部品、及び金属棒等の金属体が挙げられる。
音源が、インバーター等の電子部品の場合には、キャリア周波数に応じた音（スイッチングノイズ）を発生する。
音源が、電気モーターの場合には、回転数に応じた周波数の音（電磁騒音）を発生する。
音源が、金属体の場合には、共振振動モード（１次共鳴モード）に応じた周波数の音（単周波数騒音）を発生する。
すなわち、音源はそれぞれ、音源に固有の周波数の音を発生する。
【００２６】
固有の周波数を有する音源は、特定周波数を発振するような物理的若しくは電気的メカニズムを有する場合が多い。例えば、回転系（ファン及びモーター等）はその回転数及びその倍数がそのまま音として発せられる。具体的には、例えば軸流ファンの場合は羽枚数とその回転速度に応じて決定される基本周波数と、その整数倍の周波数において強いピーク音を発生する。モーターもその回転速度に応じたモードとその高次モードにおいて強いピーク音が発生する。
また、インバーター等の交流電気信号を受ける部分は、その交流の周波数に対応する音を発振する場合が多い。また、金属棒等の金属体では、そのサイズに応じた共振振動が生じ、その結果として単一周波数の音が強く発せられる。よって、回転系、交流回路系及び金属体は、音源に固有の周波数を有する音源といえる。
より一般的なこととして、音源が固有の周波数を有するかは下記のような実験を行うことができる。
音源を無響室若しくは半無響室内、あるいはウレタン等の吸音体で囲んだ状況に配置する。周辺を吸音体とすることで、部屋及び測定系の反射干渉による影響を排除する。その上で、音源を鳴らし、離れた位置からマイクで測定を行って、周波数情報を取得する。音源と測定系のサイズによりマイクとの距離は適宜選択できるが、３０ｃｍ程度以上離れて測定することが望ましい。
音源の周波数情報において、極大値をピークと呼び、その周波数をピーク周波数と呼ぶ。その極大値が周辺の周波数での音と比較して３ｄＢ以上大きい場合には、そのピーク周波数音が十分に人間に認識できるため、固有の周波数を有する音源といえる。５ｄＢ以上であればより認識でき、１０ｄＢ以上であればさらに認識できる。周辺の周波数との比較は、信号のノイズ及び揺らぎを除いて極小となるなかで最も近い周波数における極小値と、極大値の差分で評価する。
また、自然界に環境音として頻繁に存在するホワイトノイズ及びピンクノイズに対して、特定の周波数成分のみの音がより強く発せられる狭周波数帯の騒音は、人間が検知し易く、不快な印象を与えるものとされるため、そのような音を除去することは重要となる。
【００２７】
また、音源から発せられた音が、各種機器の筐体内で共鳴することで、この共鳴周波数、あるいは、その倍音の周波数の音量が大きくなる場合もある。あるいは、上記の各種機器が入っている部屋、工場、及び、車庫等の中で音源から発せされた音が共鳴して、その共鳴周波数、あるいは、その倍音の周波数の音量が大きくなる場合もある。
他にもタイヤ内部の空間、及び、スポーツ用途ボールの内部の空洞などによって共鳴が生じることで、振動が加えられたときに空洞共鳴及びその高次モードに対応する音が大きく発振して生じる場合もある。
【００２８】
また、音源から発せられた音が、各種機器の筐体、あるいは筐体内に配置された部材等の機械的構造の共鳴周波数で発振されて、この共鳴周波数、あるいは、その倍音の周波数の音量が大きくなる場合もある。例えば、音源がファンの場合でも、機械的構造の共鳴によって、ファンの回転数よりも遥かに高い回転数で共振音が発生する場合がある。
本発明の構造は、騒音を発する電子部品あるいはモーターに直接取り付けることで用いることができる。また、ダクト部及びスリーブなどの通風部に配置して透過音の消音に用いることもできる。また、開口のある箱体（各種電子機器を入れる箱、若しくは部屋など）の壁部に取り付けて、箱体から放射して出てくる騒音に対する消音構造として用いることもできる。また、部屋の壁に取り付けて部屋内部の騒音を抑制するなどに用いることもできる。これに限定されずに用いることももちろん可能である。
【００２９】
＜＜防音構造体の構成例＞＞
本発明の防音構造体の一例について、図１、図２及び図３を参照しながら説明する。
図１は、本発明の防音構造体の一例（以下、防音構造体１０）を示す模式的な斜視図である。図２は、防音構造体１０の分解斜視図である。図３は、図１に図示した防音構造体１０のＩ−Ｉ線断面図である。
【００３０】
防音構造体１０は、膜振動を利用して、吸音の機能を発現し、特定の周波数の音を選択的に消音するものである。
防音構造体１０は、図１〜図３に示すように、複数の膜状部材１２と支持体１６とを有する。複数の膜状部材１２は、隣り合う膜状部材同士が互いに離間した状態で、各膜状部材の表面の法線方向が揃うように重ねられている。ここで、「重ねる」とは、複数の膜状部材１２をそれぞれの表面の法線方向から見たときに、複数の膜状部材１２のうちの一つと残りの膜状部材との間に重なり領域が存在している状態を意味する。言い換えれば、積層した複数の膜状部材１２の各々をある平面（仮想平面）に対して投影したときに、その平面上において各膜状部材が部分的又は全体的に一致しているとき、複数の膜状部材１２が重なっていることになる。
また、図１〜図３に図示の防音構造体１０において、複数の膜状部材１２は、２つの膜状部材からなる。以下では、より内側に位置する膜状部材を内側膜１４と呼ぶこととし、より外側に位置する膜状部材を外側膜１５と呼ぶこととする。ここで、内側膜１４は、本発明の「１つの膜状部材」に該当する。また、内側膜１４及び外側膜１５は、本発明の「隣接する２つの膜状部材」に該当する。
内側膜１４及び外側膜１５は、図２に示すように外形が円形となった薄膜体によって構成されている。
なお、複数の膜状部材１２を構成する膜の数は、２つに限定されるものではなく、３つ以上であってもよい。また、各膜状部材の形状（具体的には、膜状部分のうち、膜振動する膜部分１２ａの形状）は、特に制限的ではなく、例えば、正方形、長方形、ひし形、又は平行四辺形等の他の四角形、正三角形、二等辺三角形、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、若しくは楕円形等であってもよいし、不定形であってもよい。
【００３１】
支持体１６は、内側膜１４及び外側膜１５のそれぞれを膜振動可能に支持している。支持体１６は、中空体からなる。支持体１６の内側端は、閉じており、支持体１６の外側端は、開放端となっている。支持体１６は、複数の円筒状の枠体に分割されており、図１〜図３に図示の防音構造体１０では、内側枠体１８及び外側枠体１９によって構成されている。内側枠体１８及び外側枠体１９は、図１及び図３に示すように厚み方向に重ねられている。また、内側枠体１８は、剛体からなり、内側膜１４の縁部を固定することにより内側膜１４を膜振動可能に支持する。外側枠体１９も、剛体からなり、外側膜１５の縁部を固定することにより外側膜１５を膜振動可能に支持する。ここで、「剛体」とは、内側膜１４及び外側膜１５の各々が膜振動している間に振動せずに静止している物であり、内側膜１４及び外側膜１５に対して曲げ剛性（硬さ）が大きい物である。
なお、剛体には、それに類似する剛性体が含まれる。つまり、内側膜１４及び外側膜１５に対して硬さが十分に大きいために吸音時には内側膜１４及び外側膜１５の各々の膜振動と比較して揺れ幅が小さく実質的に揺れを無視できる剛性体を枠体として用いてもよい。具体的には、吸音時における枠体の変位量が、振動時における内側膜１４及び外側膜１５の各々の振幅の約１／１００を下回れば、そのような枠体は、実質上剛体とみなし得る。ここで、変位量は、対象部材のヤング率（縦弾性係数）及び断面二次モーメントの積に反比例し、断面二次モーメントは、対象部材の厚みの三乗値と対象部材の幅との積に比例する。つまり、ヤング率（単位はＧｐａ）をＥとし、厚み（単位はｍ）をｈとし、横幅（単位はｍ）をｗとし、下記式（１）によって値Ｉを算出したとき、枠体について算出した値Ｉが、内側膜１４及び外側膜１５の各々について算出した値Ｉの約１００倍を超えた場合に、その枠体は、実質上剛体としてみなし得ることになる。
Ｉ＝Ｅ×ｗ×ｈ３          （１）
内側膜１４及び外側膜１５の縁部は、固定端部であり、剛体である枠体に固定されているために振動しないことになる。縁部が振動しない（静止している）かどうかは、レーザー干渉を用いた測定によって確認することができ、あるいは、膜面上に白色の塩又は微粒子を撒いて内側膜１４及び外側膜１５を膜振動させた際に内側膜１４及び外側膜１５の縁部で塩又は微粒子が静置していることを観測することで視覚的に確認することができる。
【００３２】
内側枠体１８は、筒状であり、より詳しくは図２に示すように円筒形状であり、その径方向中央部分には円形の空洞からなる開口部２０が設けられている。内側枠体１８の端位置には、開口部２０を囲んだ開口面２１が形成されている。この開口面２１には、内側膜１４の縁部が固定されている。これにより、内側膜１４は、その膜部分１２ａが膜振動可能な状態で内側枠体１８に支持されることとなる。ここで、膜部分１２ａとは、膜状部材のうち、固定された縁部よりも内側で開口部２０に面しており、吸音のために振動する部分のことである。
また、支持体１６は、内側膜１４が固定された開口面２１とは反対側で内側枠体１８の開口部２０を塞ぐ底壁２２を備えている。内側枠体１８及び底壁２２は、それぞれ別体であり、一体化のために接合されたものであってもよく、あるいは同一部品によって構成されており当初から一体化されたものであってもよい。また、底壁２２は、板状部材によって構成されてもよく、あるいはフィルムのような薄厚の部材によって構成されてもよい。
【００３３】
外側枠体１９は、筒状であり、より詳しくは図２に示すように円筒形状であり、その径方向中央部分には円形の空洞からなる開口部２０が設けられている。なお、外側枠体１９の内径及び外径は、それぞれ、内側枠体１８の内径及び外径と同じ長さである。
外側枠体１９の、内側枠体１８とは反対側に位置する開口面２１には、外側膜１５の縁部（外縁部）が固定されている。これにより、外側膜１５は、その膜部分１２ａが膜振動可能な状態で外側枠体１９に支持されることとなる。また、外側膜１５は、図１に示すように、防音構造体１０の外側の端（換言すると、後述する背面空間２４からより離れている方の端）をなしており、音源に対して露出している。このように外側膜１５が防音構造体１０の外側の端をなしていれば、本発明の効果を発揮させつつ、厚み方向において防音構造体１０のサイズをよりコンパクト化することが可能となる。
【００３４】
防音構造体１０は、図２及び図３に示すように、厚み方向において内側から順に、底壁２２、内側枠体１８、内側膜１４、外側枠体１９及び外側膜１５を積み重ねることで構成されている。すなわち、内側膜１４は、支持体１６内において支持体１６の内側端にある。外側膜１５は、防音構造体１０において、支持体１６の内側端から最も離れた位置にある。また、図３に示すように、内側膜１４及び外側膜１５は、厚み方向において外側枠体１９を介して互いに対向している。
【００３５】
また、図３に示すように、内側膜１４と外側膜１５との間には、膜間空間２６が形成されている。膜間空間２６は、厚み方向において内側膜１４及び外側膜１５の間に挟まれており、その周囲が外側枠体１９によって取り囲まれている。
さらに、図３に示すように、内側膜１４と底壁２２との間（換言すると、内側膜１４と支持体１６の内側端との間）には、背面空間２４が形成されている。背面空間２４は、内側膜１４と内側枠体１８と底壁２２とによって囲まれた空間であり、図３に図示の例では、閉じられた閉空間となっている。
なお、支持体１６の端と背面空間２４との位置関係について説明しておくと、図３から分かるように、支持体１６の内側端は、厚み方向において背面空間２４寄りにある端（一端）に相当し、支持体１６の外側端は、背面空間からより離れている端（他端）に相当する。
【００３６】
外側膜１５は、図１に示すように、外側枠体１９において外側の端位置にある開口面２１に固定されており、外側枠体１９の開口部２０を塞いでいる。内側膜１４は、内側枠体１８と外側枠体１９との間に挟まれており、外側枠体１９において内側の端位置にある開口面２１と隣接し、外側枠体１９の開口部２０を塞いでいる。つまり、膜間空間２６は、背面空間２４と同様に閉空間となっている。
【００３７】
以上のように構成された防音構造体１０では、複数の吸音部が存在し、それぞれの吸音部が固有の周波数の音を吸音する。すなわち、本発明の防音構造体１０が吸音可能な周波数帯域は、複数存在しており、その中には、第一の吸音部が主に寄与する吸音の第一の吸音周波数帯域と、第二の吸音部が吸音可能な第二の吸音周波数帯域と、が含まれている。
ここで、第一の吸音部とは、内側膜１４、内側枠体１８及び背面空間２４によって構成された吸音部である。第一の吸音部は、背面空間２４が閉空間となった構成（つまり、支持体１６の内側端が閉じた構成）の下で内側膜１４が高次振動モードにて振動することにより、比較的高周波数（例えば、３ｋＨｚ〜５ｋＨｚ）の音を吸音する。つまり、第一の吸音周波数帯域は、高次振動モードでの内側膜１４の膜振動を主因とする吸音周波数帯域に相当する。
なお、付言しておくと、第一の吸音周波数帯域は、内側膜１４及び外側膜１５（すなわち、互いに隣り合う２つの膜状部材）が同一方向に振動したときの吸音周波数帯域と一致する。なお、内側膜１４及び外側膜１５の各々の振動方向については、ハイスピードカメラにて膜振動の様子を撮影することで直接観察することができ、あるいは、シミュレーションにて膜振動の方向を計算によって可視化することも可能である。
【００３８】
第二の吸音部とは、内側膜１４、外側膜１５、外側枠体１９及び膜間空間２６によって構成された吸音部である。第二の吸音部は、内側膜１４及び外側膜１５の双方が互いに逆位相となって膜振動することで得られる膜間音場と膜振動の相互作用によって、第一の吸音周波数帯域よりも高い周波数帯域（例えば、８ｋＨｚ〜９ｋＨｚ）の音を吸音する。つまり、第二の吸音周波数帯域は、内側膜１４及び外側膜１５の双方が膜間空間２６を挟んで互いに逆位相となって膜振動したときの吸音周波数帯域である。
以下、各吸音部について詳しく説明する。
【００３９】
（第一の吸音部について）
第一の吸音部は、第一の吸音周波数帯域（例えば３ｋＨｚ〜５ｋＨｚ付近）の音を選択的に吸音する。第一の吸音部では、背面空間２４が閉空間となった構成の下で内側膜１４が膜振動することになっている。比較的高周波側で吸音するためには、そのときの膜振動の、１ｋＨｚ以上に存在する少なくとも１つの高次振動モードの周波数における吸音率が、基本振動モードの周波数における吸音率よりも高くなっていることが望ましい。このような構成に至った経緯を以下に詳述する。
【００４０】
複写機等の各種電子機器等は、騒音の発生源となる電子回路及び電気モーター等の音源を有しており、これらの音源は、それぞれ固有の周波数で大きな音量の音を発生する。
消音手段として一般的に用いられる多孔質吸音体は、広い周波数で消音する。その反面、多孔質吸音体を用いた消音手段では、音源に固有の周波数の騒音を十分に消音できずに他の周波数よりも相対的に聞こえ易くなってしまうという問題があった。また、多孔質吸音体を用いてより大きな音を小さくするためには、多量の多孔質吸音体を用いる必要があり、小型軽量化するのが難しくなるという問題があった。
【００４１】
また、特定の周波数の音をより大きく消音する手段として、膜振動を利用した消音手段が知られている。
ここで、各種電子機器の更なる高速化及び大出力化に伴い、上述した電子回路及び電気モーター等が発生する騒音の周波数は、より高い周波数となっている。膜振動を利用する消音手段で高周波数の音を消音する場合には、膜状部材の硬さ及び大きさ等を調整して膜振動の固有振動数を高くすることが考えられる。
【００４２】
しかしながら、本発明者らの検討によれば、膜振動を利用する消音手段において、膜の硬さ及び大きさ等を調整して膜振動の固有振動数を高くした場合には、高周波数の音に対する吸音率が低くなることが分かった。
具体的には、高周波数の音を吸音するためには、膜振動の固有振動数を高くする必要がある。ここで、従来の膜振動を利用する消音手段においては、主に基本振動モードの膜振動を利用して吸音するものであった。基本振動モードの膜振動を利用する場合には、膜状部材をより硬くして基本振動モードにおける周波数（第一次固有振動数）を高くする必要がある。
しかしながら、本発明者らの検討によれば、膜状部材を硬くし過ぎると膜面にて音が反射され易くなってしまう。そのため、図４に示すように、基本振動モードの周波数が高くなるほど、膜振動による音の吸収（吸音率）が小さくなってしまう。
【００４３】
以上のように音が高周波になるほど、膜振動と相互作用する力が小さくなる一方で、膜状部材自体を硬くする必要がある。ただし、膜状部材を硬くすることは、膜面での反射を大きくすることにつながる。高周波の音であるほど、共鳴のためには硬い膜状部材が必要となるために、共鳴振動によって吸収される代わりに、大半の音が膜面にて反射されてしまうために吸収が小さくなったと考えられる。
したがって、特許文献１に記載の吸音体をはじめ、従来の設計理論に基づいた基本振動モードを用いた膜振動を利用した消音手段では、高周波で大きな吸音が難しいことが明らかになった。この特性は、高周波特定音の消音に用いるには不向きな特性である。
【００４４】
なお、図４に示すグラフは、有限要素法計算ソフトCOMSOL ver.5.3(COMSOL Inc.)を用いてシミュレーションを行なった結果である。計算モデルは二次元軸対称構造計算モデルであり、枠体を円筒形状とし、その開口部の直径を１０ｍｍとし、背面空間の厚みを２０ｍｍとした。また、膜状部材を厚み２５０μｍとし、膜状部材の硬さを表すパラメータであるヤング率を０．２ＧＰａ〜１０ＧＰａの範囲で種々変更した。評価は、垂直入射吸音率配置を採用して行い、吸音率の最大値とその時の周波数を計算した。
【００４５】
これに対して、本発明の防音構造体１０における第一の吸音部では、背面空間２４が閉空間である構成の下で内側膜１４が高次振動モードにて膜振動する。そして、内側膜１４の膜振動の、１ｋＨｚ以上に存在する少なくとも１つの高次振動モードの周波数における吸音率が、基本振動モードの周波数における吸音率よりも高い構成を有する。
つまり、第一の吸音部は、高次振動モードの周波数、すなわち、第二次、及び第三次固有振動数等の高次の固有振動数における吸音率を高くして、高次振動モードの膜振動によって吸音する構成となっている。これにより、第一の吸音部では、内側膜１４を硬く（又は厚く）する必要がなく、音が膜面にて反射されるのを抑制でき、高周波数の音に対しても高い吸音効果を得ることができる。
また、単層膜構造である第一の吸音部は、膜振動を利用して吸音するものであるため、小型軽量なものでありながらも、特定の周波数の音を好適に消音できる。
【００４６】
高次振動モードが励起されるメカニズムについて、本発明者らは以下のように推定した。
内側膜１４に相当する膜状部材（以下、単に「膜状部材」ともいう）の厚み、硬さ、大きさ及び固定方法等によって決定される基本振動モードと高次振動モードの周波数帯域があり、どのモードによる周波数が強く励起されて吸音に寄与するかが背面空間の厚み等によって決定される。これを以下に説明する。
【００４７】
膜状部材を用いた吸音構造の共鳴を切り分けて考えると、膜状部材が関与する部分と背面空間が関与する部分が存在する。よって、これらの相互作用によって吸音が起こる。
数式で表現すると、膜状部材の音響インピーダンスをＺｍとし、背面空間の音響インピーダンスをＺｂとすると、合計の音響インピーダンスＺｔ＝Ｚｍ＋Ｚｂとして記述される。この合計の音響インピーダンスが媒質の流体（空気など）の音響インピーダンスに一致するときに共鳴現象が生じる。ここで、膜状部材の音響インピーダンスＺｍについては、膜状部材の仕様によって決定され、例えば基本振動モードについては膜状部材の質量による運動方程式に従う成分（質量則）と、膜状部材が固定されていることによってばねのような引っ張りに支配される成分（剛性則）が一致した時に共鳴が生じる。高次振動モードも同様に、基本振動より複雑な膜振動の形状による共鳴である。
膜状部材の厚みが大きいなど、膜状部材に高次振動モードが発生し難い場合は、基本振動モードとなる帯域は広くなる。しかし、膜状部材が硬く反射され易いために吸音が小さくなることは、上述のとおりである。膜状部材の厚みを薄くするなど、膜状部材にとって高次振動モードが発生し易い条件とすると、基本振動モードが発生する周波数帯域幅が小さくなり、高次振動モードが高周波域に存在する状態となる。
【００４８】
一方、背面空間が閉空間である場合（つまり、背面空間を囲む筒状枠体の内側端が閉じている場合）には、背面空間の音響インピーダンスＺｂは、空気伝搬音の流れが閉空間あるいは貫通孔部等によって制限されていることによって開放空間のインピーダンスと異なり、例えば背面空間の厚み（以下、背面距離ともいう）が小さくなるほど背面空間が固くなる効果などが入っている。定性的には、背面距離が小さくなるにつれて波長の短い音、すなわち高周波音に適した距離となり、その場合に、より低周波音は波長に対して背面距離が小さ過ぎるために共鳴が小さくなる。すなわち、背面距離の変化によって、どの周波数の音について共鳴できるかが決まる。
これらをまとめると、膜状部材の仕様によってどの周波数領域で基本振動となり、別の帯域では高次振動となるかが決まる。そして、背面空間によってどの周波数帯の音を励起し易いかが決まるためにそれを高次振動に対応する周波数とすることで、高次振動モードに起因する吸音率を大きくすることができるというのが、第一の吸音部の吸音メカニズムである。
よって、高次振動モードを励起するように膜状部材及び背面空間をともに決定する必要がある。
【００４９】
この点について、有限要素法計算ソフトCOMSOL ver.5.3(COMSOL Inc.)の音響モジュールを用いてシミュレーションを行なった。
防音構造体１０の計算モデルに関して説明すると、枠体を円筒形状とし、開口部の直径を２０ｍｍとし、膜状部材を厚み５０μｍとし、膜状部材のヤング率をＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムのヤング率である４．５ＧＰａとした。なお、計算モデルは二次元軸対称構造計算モデルとした。
【００５０】
以上の計算モデルにおいて背面空間の厚みを１０ｍｍから０．５ｍｍまで０．５ｍｍ刻みで変更して、音響と構造の連成計算を行った。具体的に説明すると、膜状部材に関して構造計算を行い、背面空間については音の空気伝搬を計算して、シミュレーションを行った。評価は垂直入射吸音率配置で行い、吸音率の最大値とその時の周波数を計算した。
結果を図５に示す。図５は、各計算モデルにおいて吸音率が最大となる周波数（以下、ピーク周波数という）と、このピーク周波数における吸音率とをプロットしたグラフである。なお、図中、最も左にあるプロットは、背面空間の厚みが１０ｍｍであるときの計算値を示し、プロットが右に向かうほど背面空間の厚みが０．５ｍｍずつ減少し、最も右にあるプロットは、背面空間の厚みが０．５ｍｍであるときの計算値を示している。
図５に示すように、高周波数の音に対しても高い吸収率が得られることが分かった。
【００５１】
また、各計算モデルにおけるピーク周波数が何次の振動モードであるかを解析した。
図６に、各計算モデルのピーク周波数と背面空間の厚みとの関係を両対数でプロットし、振動モードの次数ごとにラインを引いたグラフを示す。また、図７及び図８には、背面空間の厚みが７ｍｍ、５ｍｍ、３ｍｍ、２ｍｍ、１ｍｍ、及び０．５ｍｍの場合の各計算モデルにおける周波数と吸音率との関係を表すグラフを示す。
【００５２】
図６から分かるように、背面空間の厚みを薄くすると、吸音率のピーク周波数が高周波化する。ここで、背面空間の厚みを薄くしていくと、両対数軸上でピーク周波数が連続的に大きくなるのではなく、両対数軸上においても複数の不連続な変化が生じていることが分かる。この特性は、吸音率が最大となる振動モードが、基本振動モードから高次振動モード、若しくは高次振動モードの次数の高いモードに移行していることを示している。すなわち、膜状部材を薄く、したがって柔らかくすることによって高次振動モードが励起され易くなった状態において、背面空間の厚みを薄くすると、基本振動モードではなく高次振動モードによる吸音の効果が大きく現れることが分かった。よって、高周波域での大きな吸音率は、基本振動モードに起因するものではなく、高次振動モードによる共鳴に起因する。また、図６に示した振動モードの次数ごとに引いたラインから分かるように、背面空間の厚みが薄いほど、より高次の振動モードにおける周波数がピーク周波数、すわなち、吸音率が最も高くなる周波数となる。
【００５３】
ここで、高次振動モードが現れた理由として、特に重要な点は、膜状部材の膜厚を５０μｍと薄くしたことである。高次振動モードは基本振動モードと比較して、膜上に複雑な振動パターンを有している。すなわち、膜上に複数の振幅の腹を有する。よって、高次振動モードでは、基本振動モードと比較して、より小さな平面サイズでの屈曲が必要となり、膜固定部（膜状部材の縁部）付近で屈曲が必要となるモードも多い。このとき、膜の厚みが小さい方が遥かに屈曲し易くなる。以上のことから、高次振動モードを利用するためには、膜状部材の厚み（膜厚）を薄くすることが重要となる。さらに背面距離を数ｍｍまで薄くすることで、基本振動モードよりも高次振動モードによる吸音を効率的に励起できる系としたことが重要な点である。
また、膜厚が薄い構成は、膜状部材の硬さが小さい系となる。こうした系では、高周波の音に対する反射が小さくなる結果、大きな吸音率が得られるようになると考えられる。
【００５４】
また、図７及び図８から、各計算モデルにおいて、複数の周波数で吸音率が極大値（ピーク）となっていることが分かる。この吸音率が極大値となる周波数が、ある振動モードの周波数である。このうち最も低い周波数の約１５００Ｈｚが基本振動モードの周波数である。すなわち、いずれの計算モデルも基本振動モードの周波数は約１５００Ｈｚである。また、基本振動モードである１５００Ｈｚよりも高い周波数に存在する極大値となる周波数が高次振動モードの周波数である。いずれの計算モデルにおいても、高次振動モードの周波数での吸音率が、基本振動モードの周波数での吸音率よりも高くなっている。
また、図７及び図８から、背面空間の厚みが薄いほど基本振動モードにおける周波数での吸音率が低くなり、高次の振動モードにおける周波数での吸音率が高くなっていることが分かる。
また、図８の背面空間の厚みが０．５ｍｍである場合では、９ｋＨｚ以上の非常に高い周波数領域でほぼ１００％という大きな吸音率が得られることが分かる。
また、図７及び図８から、高次振動モードは複数存在し、それぞれの周波数において高い吸音ピーク（吸音率の極大値）を示すことが分かる。さらに、図７及び図８に図示のケースでは、高い吸音ピークが重なる結果、比較的広帯域に亘って吸音効果が得られる。
【００５５】
以上から、高次振動モードの周波数における吸音率が、基本振動モードの周波数における吸音率よりも高い構成とすることにより、高周波数の音に対して高い吸音効果を得ることが可能となる。
【００５６】
なお、周知のとおり、基本振動モードは、最も低周波側に現れる振動モードであり、高次振動モードは基本振動モード以外の振動モードである。
振動モードが基本振動モードであるか高次振動モードであるかは、膜状部材の状態から判別することができる。基本振動モードにおける膜振動では、膜状部材の重心部が最も大きな振幅を持ち、周辺の固定端部（縁部）付近の振幅が小さい。また、膜状部材は全ての領域において同じ方向に速度を持つ。一方、高次振動モードにおける膜振動では、膜状部材は、位置によって逆方向に速度を持つ部分が存在する。
また、基本振動モードは、固定されている膜状部材の縁部が振動の節となり、膜部分１２ａ上には節が存在しない。一方、高次振動モードでは上記の定義により縁部（固定端部）のほかに膜部分１２ａ上にも振動の節となる部分が存在するため、下記に示した手法で実際に計測することができる。
振動モードの解析は、レーザー干渉を用いて膜振動を測定することで、振動モードの直接観測が可能である。若しくは、膜面状に白色の塩又は微粒子を撒いて振動させることで節の位置が可視化されるので、この手法を用いても直接観測が可能である。このモードの可視化はクラドニ図形として知られている。
また、円形膜あるいは矩形膜については、各振動モードにおける周波数を解析的に求めることもできる。さらに、有限要素法計算などの数値計算法を用いれば、任意の膜の形状について各振動モードにおける周波数を求めることができる。
【００５７】
吸音率は、音響管を用いた吸音率評価により求めることができる。具体的には、JIS A 1405-2に従った垂直入射吸音率の測定系を作製して評価を行う。これと同様の測定は日本音響エンジニアリング製WinZacMTXを用いることができる。音響管の内部直径は２０ｍｍとし、その音響管端部に、測定対象の防音構造体（具体的には、後述する実施例１〜６、参考例１及び参考例２の防音構造体）を膜面が表側（音響入射側）を向いた状態で配置して反射率を測定し、（１−反射率）を求めて吸音率の評価を行う。
音響管の直径を細くするほど高周波まで測定することが可能である。今回は高周波まで吸音率特性を測定する必要があるために、直径２０ｍｍの音響管を選択する。
【００５８】
ところで、内側膜１４の振動の、少なくとも１つの高次振動モードの周波数における吸音率が、基本振動モードの周波数における吸音率よりも高い構成とするためには、例えば、背面空間２４の厚み、並びに内側膜１４の厚み、硬さ及び密度等を調整すればよい。
【００５９】
具体的には、背面空間２４の厚み（図３中のＬａ）については、１０ｍｍ以下が好ましく、５ｍｍ以下がより好ましく、２ｍｍ以下がさらに好ましく、１ｍｍ以下が特に好ましい。
なお、背面空間２４の厚みが一様でない場合には、平均値が上記範囲であればよい。
【００６０】
内側膜１４の厚みは、１００μｍ未満が好ましく、７０μｍ以下がより好ましく、５０μｍ以下がさらに好ましい。なお、内側膜１４の厚みが一様でない場合には、平均値が上記範囲であればよい。
内側膜１４のヤング率は、１０００Ｐａ〜１０００ＧＰａであることが好ましく、１００００Ｐａ〜５００ＧＰａであることがより好ましく、１ＭＰａ〜３００ＧＰａであることが最も好ましい。
内側膜１４の密度は、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。
【００６１】
内側膜１４の膜部分１２ａの大きさ（膜振動する領域の大きさ）、換言すると、枠体の開口断面の大きさは、円相当直径（図３中のＬｃ）で１ｍｍ〜１００ｍｍが好ましく、３ｍｍ〜７０ｍｍがより好ましく、５ｍｍ〜５０ｍｍがさらに好ましい。
【００６２】
また、基本振動モードの周波数における吸音率よりも吸音率が高い、少なくとも１つの高次振動モードの周波数における吸音率は、２０％以上であるのが好ましく、３０％以上であるのがより好ましく、５０％以上であるのがさらに好ましく、７０％以上であるのが特に好ましく、９０％以上であるのが最も好ましい。
なお、以下の説明において、基本振動モードの周波数における吸音率よりも吸音率が高い高次振動モードを単に「高次振動モード」とも言い、その周波数を単に「高次振動モードの周波数」とも言う。
【００６３】
また、２つ以上の高次振動モードの周波数における吸音率がそれぞれ２０％以上であるのが好ましい。
複数の高次振動モードの周波数で吸音率が２０％以上とすることで、複数の周波数で吸音することができる。
【００６４】
さらに、吸音率が２０％以上となる高次振動モードが連続して存在する振動モードであるのが好ましい。すなわち、例えば、２次振動モードの周波数における吸音率と３次振動モードの周波数における吸音率がそれぞれ２０％以上であるのが好ましい。
さらに、吸音率が２０％以上となる高次振動モードが連続して存在する場合に、これら高次振動モードの周波数の間の帯域全域で吸音率が２０％以上となるのが好ましい。
これによって、広帯域に吸音効果を得ることができる。
【００６５】
（第二の吸音部について）
第二の吸音部は、内側膜１４及び外側膜１５の双方が膜間空間２６を挟んで互いに逆位相となって膜振動することにより、膜間空間２６（膜間音場）と膜振動との相互作用が得られる結果、第一の吸音周波数帯域よりも高い周波数帯域で吸音する。
【００６６】
より詳しく説明すると、第一の吸音周波数帯域の音（例えば、４ｋＨｚ付近の音）が防音構造体１０に対して入射されたとき、第二の吸音部では、図９に示すように、内側膜１４及び外側膜１５の各々の膜部分１２ａが互いに同位相となるように膜振動する。このとき、防音構造体１０が、全体として、第一の吸音部に近似した吸音メカニズム（すなわち、単層膜共鳴）にて吸音するようになる。このことからも、第一の吸音周波数帯域が、内側膜１４及び外側膜１５が同一方向に膜振動したときの吸音周波数帯域と一致することが分かる。
また、第一の吸音周波数帯域の音が入射された場合には、上記の吸音が行われる結果、図９に示すように、防音構造体１０の内部において最も内側（背面側）の領域で音圧が最大となる。
【００６７】
これに対して、より高周波の音（例えば、９ｋＨｚ付近の音）が防音構造体１０に対して入射されたとき、第二の吸音部では、図１０に示すように、内側膜１４及び外側膜１５の各々の膜部分１２ａが互いに逆位相となるように振動する。つまり、膜間空間２６の厚み方向中間位置を境にして内側膜１４及び外側膜１５が対称的な振動方向に振動する。この振動方向は、膜間空間２６の厚み方向中間位置にあたかも仕切壁が配置されたことと等価である振る舞いとして、各膜が膜振動している。このことを局所速度分布でも確認する。図１１に示した局所速度ベクトルによると、中間位置中央部分では局所速度ベクトルの方向が図の水平方向のみになっていて、膜に垂直方向の局所速度成分を有しない。これは中央部分に剛体壁がある場合と同じ分布になっている。この結果、内側膜１４及び外側膜１５の各々と、膜間空間２６の半分の体積の背面空間とで構成される膜型共鳴構造体と等価な相互作用とみなすことができ、内側膜１４及び外側膜１５の双方が互いに逆位相となって高次振動モードにて振動するようになる。この結果、例えば背面空間２４と膜間空間２６をほぼ同じ厚みで構成した場合には、この第二の吸音部が膜間空間２６の半分の背面空間の膜型共鳴構造体とほぼ等価な振る舞いとなる。このため、第一の吸音部が背面空間２４の体積に依存することと併せて考えると、第二の吸音部は、第一の吸音部より高周波側で吸音する。
以上のような膜振動が生じることで、図１１に示すように、膜間空間２６内を流れる空気伝播音の速度ベクトルの、厚み方向における成分が、互いに打ち消され、厚み方向の直交方向における成分のみが残るようになる。これにより、膜間空間２６内に空気伝播音が留まり、結果として、図１０に示すように、防音構造体１０の内部空間中、膜間空間２６で音圧が最大となる。
なお、図１０に図示の膜振動は、内側膜１４と外側膜１５とを積層して背面空間２４とともに膜間空間２６を設けることで初めて現れる。
【００６８】
ちなみに、図９は、４ｋＨｚ付近の音が入射された防音構造体１０内での音圧の大きさを可視化して示しており、図１０は、９ｋＨｚ付近の音が入射された防音構造体１０内での音圧の大きさを可視化して示している。なお、図９及び図１０では、１Ｐａの音圧の平面波を図の上方から入射した場合における防音構造体１０内各位置での音圧の大きさを、白黒のグラデーションで示しており、黒に近い色であるほど音圧が小さく、白に近い色であるほど音圧が大きくなっている。図１１は、９ｋＨｚ付近の音が防音構造体１０に入射されたときの、膜間空間２６内での空気伝播音の速度ベクトルの分布を可視化して示している。
図９、図１０及び図１１は、いずれも、有限要素法計算ソフトCOMSOL ver.5.3(COMSOL Inc.)の音響モジュールを用いてシミュレーションを行った結果を示している。具体的には、内側膜１４及び外側膜１５がいずれも円形状であり、かつ背面空間２４が閉空間となった太鼓状構造を前提として、音響と構造の連成解析計算を行った。このとき、内側膜１４及び外側膜１５に関しては構造力学計算を行い、背面空間２４及び膜間空間２６に関しては音の空気伝播を計算し、これらの音響計算と構造計算を強連成で結び付ける形でシミュレーションを行った。なお、計算モデルは二次元軸対称構造計算モデルとした。ちなみに、図９及び図１０は、構造全体の断面図を示しているが、図１１は、左側端が側壁、右側端が円筒対称の対称軸となり、すなわち構造全体の半分のサイズに対応する断面図を示している。
また、防音構造体１０の計算モデルに関して説明すると、内側枠体１８及び外側枠体１９を円筒形状とし、開口部２０の直径を２０ｍｍとした。また、内側膜１４及び外側膜１５の各々について、厚み５０μｍとし、ヤング率をＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムのヤング率である４．５ＧＰａとした。また、背面空間２４及び膜間空間２６の各々の厚みを２ｍｍとした。
評価は、垂直入射吸音率測定配置によって行い、吸音率の最大値とその時の周波数を計算によって求めた。
【００６９】
本発明の防音構造体１０は、上述したように、単層膜構造である第一の吸音部において内側膜１４が高次振動モードで振動することにより、高周波の音（例えば、４ｋＨｚ付近の音）を吸音することができる。
さらに、本発明の防音構造体１０は、第一の吸音部に重ねられた第二の吸音部において内側膜１４及び外側膜１５が互いに逆位相となって膜振動して膜間空間２６内に空気伝播音を閉じ込める結果、より高周波の音（例えば、９ｋＨｚ）を吸音することができる。これにより、本発明の防音構造体１０は、高周波である第一の吸音周波数帯域、及び、より高周波である第二の周波数帯域の双方において同時に吸音することができるため、より広帯域に亘って吸音することが可能である。かかる点を含め、以下、本発明の防音構造体１０の有効性について、図１２〜図１４を参照しながら詳しく説明する。
図１２及び図１３は、第一の吸音部のみを備える防音構造体（すなわち、膜間空間２６を備えず単層膜構造のみからなる防音構造体であり、以下、「参考例に係る防音構造体」という）における周波数と吸音率との関係を示すグラフである。図１４は、本発明の一例に係る防音構造体１０における周波数と吸音率との関係を示すグラフである。
図１２〜図１４の各図に示すグラフは、前述の音響管測定法に則り、音響管端部に防音構造体を膜面が表側（音響入射側）に向いた状態で配置して、垂直入射吸音率及びその周波数を測定することで得られる。
【００７０】
参考例に係る防音構造体は、単層膜構造であり、枠体と膜状部材によって構成されている。枠体は、円筒形状のアクリル板であり、その開口部の直径が２０ｍｍとなっている。枠体の外側端（開口面）には、厚み５０μｍのＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムからなる膜状部材が固定されている。膜状部材の背面には、膜状部材及び枠体に囲まれた背面空間が形成されている。なお、背面空間の底（内側端）には剛体、より詳しくは厚み１００ｍｍのアルミ板からなる背面板が押し付けられている。つまり、参考例に係る防音構造体では、背面空間が閉空間となっている。また、背面空間の厚みは、図１２に図示のケースでは２ｍｍであり、図１３に図示のケースでは４ｍｍである。
本発明の一例に係る防音構造体１０は、二層膜構造であり、厚み方向の内側から順に底壁２２、内側枠体１８、内側膜１４、外側枠体１９及び外側膜１５が配設されている。内側枠体１８及び外側枠体１９は、円筒形状のアクリル板からなり、各々の開口部２０の直径は、２０ｍｍであり、内側膜１４及び外側膜１５は、厚み５０μｍのＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムである。底壁２２は、内側枠体１８の開口部２０の内側端を塞ぐ板部材によって構成されている。つまり、本発明の一例に係る防音構造体１０では、背面空間２４が閉空間となっている。また、本発明の一例に係る防音構造体１０では、背面空間２４及び膜間空間２６の各々の厚みが２ｍｍとなっている。
【００７１】
単層膜構造である参考例に係る防音構造体は、膜状部材の高振動モードの振動によって吸音する構造となっており、図１２及び図１３に示すように３ｋＨｚ〜５ｋＨｚの帯域で複数の吸音ピークが現れており、各ピークでは高い吸音率を示している。一方、より高周波である８ｋＨｚ付近に現れた吸音ピークでは、吸音率が５０％未満となっている。つまり、単層膜構造である参考例に係る防音構造体において、ある特定の周波数帯域では膜の基本振動モード若しくは高次振動モードの膜振動によって高い吸音率が得られるものの、それ以外の振動モードでは吸音率が低くなる傾向にある。
【００７２】
これに対して、本発明の一例に係る防音構造体１０では、図１４に示すように、３ｋＨｚ〜５ｋＨｚの帯域に現れる複数の吸音ピークの各々で高い吸音率を示すとともに、８．５ｋＨｚ付近に現れる吸音ピークでも７０％以上の吸音率を示している。このように本発明の一例に係る防音構造体１０は、多層膜構造を採用したことにより、複数の周波数帯域にて同時に吸音することが可能である。
【００７３】
ここで、本発明の一例に係る防音構造体１０が吸音可能な周波数帯域のうち、第一の吸音周波数帯域は、例えば３ｋＨｚ〜５ｋＨｚにあり、第二の吸音周波数帯域は、例えば８ｋＨｚ〜９ｋＨｚにある。したがって、本発明の一例に係る防音構造体１０は、例えばモーター音又はインバーター音のような比較的高いピーク周波数の音を同時に複数吸音することが可能である。これらの騒音は、特定のピーク音とその整数倍に現れることが多いため、例えば４ｋＨｚと８ｋＨｚの同時消音などが求められる。
一方、前述した特許文献２の吸音装置（特に、特許文献２の図３に図示の吸音装置）は、第一の吸音部が振動板を背面で支持した第一の弾性体を有し、第二の吸音部が第二の弾性体を前面で支持した振動板と、この振動板を背面から支持した第二の弾性体とを備えている。第一の吸音部では、振動板が基本振動モードにて振動する。また、振動板要素に第一の吸音部を組み込むことで、第二の吸音部（振動板要素）の質量が重くなる。第二の吸音部の質量が重くなると、その吸音周波数が低周波側にシフトする。つまり、特許文献２に記載の吸音装置では、基本振動モードを利用する通常の吸音構造である第一の吸音部と、基本振動モードの吸音周波数よりもさらに低周波側にシフトさせた第二の吸音部と、を組み合わせて吸音を行い、比較的低周波数の音を吸収することになる。
これに対して、本発明の防音構造体１０では、内側膜１４及び外側膜１５を支持する枠体が剛体となっており、上述のように、より高周波数の音を効果的に吸音可能である。かかる点において、本発明の防音構造体１０は、特許文献２の吸音装置と比べて優位性を有することになる。
なお、特許文献２の吸音装置に対する本発明の防音構造体１０の優位性に関する根拠については、後述する「シミュレーション２」の項にて改めて説明するが、シミュレーションにより、ゴムのような弾性体によって枠体を構成した場合、剛体によって枠体を構成した場合に比べて高周波帯域での吸音率が低くなることが明らかとなった。このことからも、本発明の防音構造体１０が、特許文献２の吸音装置では十分に吸音し得ない高周波数の音を効果的に吸音できることが伺える。
【００７４】
以下では、第一の吸音周波数帯域に現れる吸音ピークを、「第一の吸音ピーク」と呼ぶこととし、第二の吸音周波数帯域に現れる吸音ピークを、「第二の吸音ピーク」と呼ぶことする。
【００７５】
本発明の防音構造体１０において、第一の吸音ピークの周波数は、背面空間２４の厚み、あるいは内側膜１４の厚み等を調整することで変えられる。他方、第二の吸音ピークの周波数は、膜間空間２６の厚み、あるいは内側膜１４及び外側膜１５の各々の厚み等を調整することで変えられる。このように本発明の防音構造体１０では、第一の吸音ピーク及び第二の吸音ピークの周波数を、それぞれ独立して制御することが可能である。これにより、それぞれの吸音ピークの周波数を吸音すべき騒音の周波数に応じて適宜制御することが可能となり、結果として吸音が効率よく行われるようになる。
【００７６】
また、第一の吸音ピーク及び第二の吸音ピークのそれぞれの周波数を独立して変更できることは、金属棒等の振動によって生じる単純な騒音に対しても有効である。すなわち、膜振動を利用した従来の吸音装置では、膜の振動モード（２次元振動に基づく共鳴）と金属棒等の振動モード（１次元振動に基づく共鳴）の間で、それぞれの次数ごとの周波数間隔が相違するため、金属棒由来の単純騒音に対して膜振動の共鳴ピークを複数の周波数で合わせることが困難であり、そのような単純騒音を好適に吸音することが困難であった。また、同じくピーク騒音が整数倍ごとに現れる、モーター、インバーター及びファン騒音に対しても同様の問題点があった。
これに対して、本発明の防音構造体１０であれば、上述のように各吸音周波数帯域で吸音ピークの周波数を適宜変更することができるため、金属棒由来の単純騒音を吸音するのに好適なピーク周波数を設定することで、膜型共鳴体であっても適切に整数倍で現れるピーク騒音を吸音することが可能となる。
【００７７】
ところで、第二の吸音部が第一の吸音部よりも高周波帯域で吸音するためには、膜間空間２６の厚み、あるいは内側膜１４及び外側膜１５の各々の条件（厚み、硬さ、密度及び膜部分１２ａの大きさ等）を調整すればよい。
【００７８】
具体的には、膜間空間２６の厚み（図３中のＬｂ）は、１０ｍｍ以下が好ましく、５ｍｍ以下がより好ましく、２ｍｍ以下がさらに好ましく、１ｍｍ以下が特に好ましい。
なお、膜間空間２６の厚みが一様でない場合には、平均値が上記範囲であればよい。
【００７９】
なお、外側膜１５の厚み、硬さ、密度、及び膜部分１２ａの大きさ（図３中のＬｄ）についても、前述した内側膜１４と同様となるため、内側膜１４と同様の数値範囲にて設定されることになる。
また、内側膜１４と外側膜１５との間で膜部分１２ａの平均面密度が異なる場合には、内側膜１４の膜部分１２ａの平均面密度がより大きく、外側膜１５の膜部分１２ａの平均面密度がより小さくなっているのが望ましい。
また、外側膜１５での音の反射率が大きくなってしまうと、音が内側膜１４まで届かずに外側膜１５にて反射する（つまり、内側膜１４が膜振動できない）ことになってしまう。このため、内側膜１４及び外側膜１５の間で特性が異なる場合には、音がより透過し易い特性を有する膜状部材を外側膜１５として用いるのが望ましい。すなわち、外側膜１５として用いる膜状部材については、内側膜１４として用いる膜状部材と比較して、より薄いもの、ヤング率及び密度がより小さいもの、若しくは膜部分１２ａのサイズがより大きいものを用いるのが好ましい。
【００８０】
また、可聴域で吸音効果を得られる観点から、防音構造体１０が吸音可能な周波数帯域として、吸音率が２０％以上となる周波数帯域が０．２ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの範囲に存在することが好ましく、０．５ｋＨｚ〜１５ｋＨｚの範囲に存在するのがより好ましく、１ｋＨｚ〜１２ｋＨｚの範囲に存在するのがさらに好ましく、１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚの範囲に存在するのが特に好ましい。
なお、本発明において可聴域とは、２０Ｈｚ〜２００００Ｈｚである。
【００８１】
また、前述の通り、少なくとも第一の吸音ピーク及び第二の吸音ピークで吸音が極大となるが、可聴域内において、吸音率が極大となる周波数が２ｋＨｚ以上にも少なくとも一つ存在するのが好ましく、４ｋＨｚ以上にも少なくとも一つ存在するのがより好ましく、６ｋＨｚ以上にも少なくとも一つ存在するのがさらに好ましく、８ｋＨｚ以上に存在するのが特に好ましい。
【００８２】
また、装置小型化の観点から、防音構造体１０の全長（つまり、防音構造体１０において最も厚い部分の厚みであり、図３中のＬｔ）は、１０ｍｍ以下であるのが好ましく、７ｍｍ以下であるのがより好ましく、５ｍｍ以下であるのがさらに好ましい。防音構造体１０の全長（すなわち、厚み方向におけるサイズ）がより小さくなるほど、例えば防音構造体１０をダクト内に配置した際の開口率が向上し、防音構造体１０をより効果的に利用することが可能となる。
なお、防音構造体１０の全長の下限値については、内側膜１４及び外側膜１５を適切に支持し得る以上、特に限定されるものではないが、０．１ｍｍ以上であるのが好ましく、０．３ｍｍ以上であるのがさらに好ましい。
【００８３】
また、本発明者らは、防音構造体１０において高次振動モードが励起されるメカニズムについてより詳細に検討した。
その結果、１つの膜状部材（例えば、内側膜１４）のヤング率をＥ（Ｐａ）とし、1つの膜状部材の厚みをｔ（ｍ）とし、背面空間の厚み（背面距離）をｄ（ｍ）とし、１つの膜状部材が振動する領域の円相当直径、すなわち、膜状部材が枠体（例えば、内側枠体１８）に固定されている場合には枠体の開口部の円総長直径をΦ（ｍ）とすると、１つの膜状部材の硬さＥ×ｔ3（Ｐａ・ｍ3）を、２１．６×ｄ-1.25×Φ4.15以下とすることが好ましいことが分かった。さらに、係数ａを用いて、ａ×ｄ-1.25×Φ4.15と表すと、係数ａが、１１．１以下、８．４以下、７．４以下、６．３以下、５．０以下、４．２以下、３．２以下と係数ａが小さくなるほど好ましいことが分かった。
また、１つの膜状部材の硬さＥ×ｔ3（Ｐａ・ｍ3）は、２．４９×１０-7以上であることが好ましく、７．０３×１０-7以上であることがより好ましく、４．９８×１０-6以上であることがさらに好ましく、１．１１×１０-5以上であることがよりさらに好ましく、３．５２×１０-5以上であることが特に好ましく、１．４０×１０-4以上であることが最も好ましいことがわかった。
１つの膜状部材（以下、単に膜状部材という）の硬さを上記範囲とすることで、防音構造体１０において高次振動モードを好適に励起することができる。この点について、以下詳細に説明する。
【００８４】
先ず、膜状部材の物性として、膜状部材の硬さと膜状部材の重さが一致していれば、材質、ヤング率、厚み及び密度が異なるものであっても、膜振動の特性は同じとなることを見出した。
膜状部材の硬さは、（膜状部材のヤング率）×（膜状部材の厚み）3で表される物性である。また、膜状部材の重さは、（膜状部材の密度）×（膜状部材の厚み）に比例する物性である。
ここで、膜状部材の硬さは、ゼロテンションとした場合、すなわち、伸ばされることなく、例えば、膜状部材を台にただ乗せた状態で枠体に取り付けた場合に当てはまる。張力をかけながら膜状部材を枠体に取り付けた場合は、上記の膜状部材のヤング率に対して張力込の補正をすれば同様に扱うことができる。
【００８５】
図３２及び図３３は、膜状部材の硬さ＝（膜状部材のヤング率）×（膜状部材の厚み）3と、膜状部材の重さ≒（膜状部材の密度）×（膜状部材の厚み）を一定に保ちながら、膜状部材の厚みを１０μｍから９０μｍまで５μｍ刻みで変化させた場合の、防音構造体による吸音率をシミュレーションによって求めた結果を示すグラフである。なお、シミュレーションは、有限要素法計算ソフトCOMSOL ver.5.3(COMSOL Inc.)の音響モジュールを用いて行った。
膜状部材の厚みヤング率及び密度は、厚み５０μｍ、ヤング率４．５ＧＰａ、密度１．４ｇ／ｃｍ3（ＰＥＴ膜に相当）を基準として膜状部材の厚みに合わせて変更した。枠体の開口部の直径は２０ｍｍとした。
図３２には、背面距離が２ｍｍの場合の結果を示し、図３３には、背面距離が５ｍｍの場合の結果を示す。
【００８６】
図３２及び図３３に示すとおり、膜状部材の厚みを１０μｍから９０μｍまで変えているにもかかわらず、同一の吸音性能が得られていることが分かる。すなわち、膜状部材の硬さ、及び膜状部材の重さが一致していれば、厚み、ヤング率、及び密度が異なっていても同じ特性を示すことが分かる。
【００８７】
次に、膜状部材の厚み５０μｍ、密度１．４ｇ／ｃｍ3で、枠体の開口部の直径を２０ｍｍとし、背面距離を２ｍｍとして、膜状部材のヤング率を１００ＭＰａから１０００ＧＰａまで変更してそれぞれシミュレーションを行い、吸音率を求めた。１０8Ｐａから１０12Ｐａまで、指数を０．０５ステップで大きくして計算を行った。結果を図３４に示す。図３４は、膜状部材のヤング率と周波数と吸音率との関係を示すグラフである。この条件は、上記シミュレーションの結果により、異なる厚みに対しても同じ硬さになるように換算することができる。
【００８８】
図３４に示すグラフおいて、グラフ中、最も右側、すなわちヤング率が高い側で吸音率が高くなっている帯状の領域は、基本振動モードに起因する吸音が生じたものである。基本振動モードであることは、これ以上低次のモードが現れないことを意味し、また、基本振動モードは、シミュレーションの膜振動の可視化によって確認することができる。なお、基本振動モードは、実験的にも膜振動の測定を行うことで確認可能である。
また、その左側、すなわち膜状部材のヤング率が小さい側で吸音率が高くなっている帯状の領域は、二次振動モードに起因する吸音が生じたものである。さらに、その左側で吸音率が高くなっている帯状の領域は、三次振動モードに起因する吸音が生じたものである。さらに、左側に行くにしたがって、すなわち膜状部材が柔らかくなるにしたがって、高次の振動モードに起因する吸音が生じている。
図３４から、膜状部材のヤング率が高い、すなわち膜状部材が硬いと、基本振動モードによる吸音が支配的になり、膜状部材が柔らかくなるほど高次振動モードによる吸音が支配的になることが分かる。
【００８９】
背面距離を３ｍｍ、１０ｍｍとした以外は上記と同様にして、膜状部材のヤング率を種々変更してシミュレーションを行い、吸音率を求めた結果を図３５及び図３６に示す。
図３５及び図３６からも、膜状部材が硬いと、基本振動モードによる吸音が支配的になり、膜状部材が柔らかくなるほど高次振動モードによる吸音が支配的になることが分かる。
【００９０】
図３４〜図３６から、基本振動モードによる吸音の場合には、膜状部材のヤング率の変化に対して吸音率が最も高くなる周波数（ピーク周波数）が変化しやすいことがわかる。また、高次になるにしたがって、膜状部材のヤング率が変化してもピーク周波数の変化が小さくなることが分かる。
また、膜状部材の硬さが柔らかい側（１００ＭＰａ〜５ＧＰａの範囲）では膜状部材の硬さが変わっても吸音周波数がほとんど変化せず、異なる次数の振動モードに切り替わることが分かる。よって、環境の変化等で膜の柔らかさが大きく変化しても吸音周波数をほぼ変化せずに用いることができる。
また、膜状部材が柔らかい領域ではピークの吸音率が小さくなることが分かる。これは、膜状部材の屈曲による吸音が小さくなり膜状部材のマス（重さ）のみが重要になってしまうためである。
さらに、図３４〜図３６の対比から、背面距離が大きくなるほど、ピーク周波数が低くなることが分かる。すなわち、背面距離によってピーク周波数を調整できることが分かる。
【００９１】
ここで、図３４から、高次（二次）振動モードによる吸音率が基本振動モードによる吸音率よりも高くなるヤング率（以下「高次振動ヤング率」ともいう）を読み取ると、３１．６ＧＰａであった。同様に、図３５及び図３６から高次（二次）振動モードによる吸音率が基本振動モードによる吸音率よりも高くなるヤング率を読み取ると、それぞれ、２２．４ＧＰａ、４．５ＧＰａであった。
さらに、背面距離４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍ、８ｍｍ、１２ｍｍの場合についても、上記と同様にして膜状部材のヤング率を種々変更してシミュレーションを行い、吸音率を求めて、高次（二次）振動モードによる吸音率が基本振動モードによる吸音率よりも高くなるヤング率を読み取った。結果を図３７及び表１に示す。
図３７は、高次振動モードにおける吸音率が基本振動モードにおける吸音率よりも高くなる背面距離とヤング率の値をプロットしたグラフである。なお、背面距離が８ｍｍ、１０ｍｍ、１２ｍｍの場合には、基本振動モードの吸音率は膜状部材のヤング率が低くなるにつれて下がるが、さらに低くなると吸音率が一旦高くなる領域が存在する。そのため、膜状部材のヤング率が低い領域で、高次振動モードにおける吸音率と基本振動モードにおける吸音率とが再逆転する領域が存在する。
【００９２】
【表１】
2019155927.tif 000003
【００９３】
図３７において、プロットされた点を結ぶ線よりも左下側の領域が、高次振動モードによる吸音が高くなる領域（高次振動吸音優位領域）であり、右上側の領域が基本振動モードによる吸音が高くなる領域（基本振動吸音優位領域）である。
高次振動吸音優位領域と基本振動吸音優位領域との境界線を近似式で表すと、ｙ＝８６．７３３×ｘ-1.25であった。
【００９４】
さらに、図３７に示すグラフを、膜状部材の硬さ（（ヤング率）×（厚み）3（Ｐａ・ｍ3））と背面距離（ｍ）との関係に変換した結果を図３８に示す。図３８から高次振動吸音優位領域と基本振動吸音優位領域との境界線を近似式で表すと、ｙ＝１．９２６×１０-6×ｘ-1.25であった。すなわち、高次振動モードの周波数における吸音率が、基本振動モードの周波数における吸音率よりも高い構成とするためには、ｙ≦１．９２６×１０-6×ｘ-1.25を満たす必要がある。
膜状部材のヤング率をＥ（Ｐａ）とし、膜状部材の厚みをｔ（ｍ）とし、背面空間の厚み（背面距離）をｄ（ｍ）とすると、上記式は、Ｅ×ｔ3（Ｐａ・ｍ3）≦１．９２６×１０-6×ｄ-1.25となる。
【００９５】
次に、枠体の開口部の直径（以下、枠直径ともいう）の影響について検討した。
背面距離を３ｍｍとし、枠体の開口部の直径を１５ｍｍ、２０ｍｍ、２５ｍｍ、３０ｍｍとした場合それぞれで、上記と同様に膜状部材のヤング率を種々変更してシミュレーションを行い、吸音率を算出し、図３４に示すようなグラフを求めた。求めたグラフから高次振動モードによる吸音率が基本振動モードによる吸音率よりも高くなるヤング率を読み取った。
ヤング率を膜状部材の硬さ（Ｐａ・ｍ3）に変換して、枠直径（ｍ）と膜状部材の硬さのグラフに、高次振動モードにおける吸音率が基本振動モードにおける吸音率よりも高くなる点をプロットした。結果を図３９に示す。図３９において、プロットされた点を結ぶ線を近似式で表すと、ｙ＝３１９１７×ｘ4.15であった。
【００９６】
背面距離が４ｍｍの場合についても同様にシミュレーションを行って、高次振動モードにおける吸音率が基本振動モードにおける吸音率よりも高くなる点をプロットしたグラフを求めた。結果を図４０に示す。図４０において、プロットされた点を結ぶ線を近似式で表すと、ｙ＝２２０２６×ｘ4.15であった。
他の背面距離についても同様のシミュレーションを行って高次振動吸音優位領域と基本振動吸音優位領域との境界線を表す近似式を求めたところ、係数は異なるものの、変数ｘにかかる指数は、４．１５で一定であった。
【００９７】
先に求めた、膜状部材の硬さ（Ｐａ・ｍ3）と背面距離（ｍ）との関係式Ｅ×ｔ3（Ｐａ・ｍ3）≦１．９２６×１０-6×ｄ-1.25は、枠直径が２０ｍｍの場合であるので、枠直径２０ｍｍを基準として、この式に枠直径Φ（ｍ）を変数として組み込むと、Ｅ×ｔ3（Ｐａ・ｍ3）≦１．９２６×１０-6×ｄ-1.25×（Φ／０．０２）4.15となる。これを整理すると、Ｅ×ｔ3（Ｐａ・ｍ3）≦２１．６×ｄ-1.25×Φ4.15となる。
すなわち、膜状部材の硬さＥ×ｔ3（Ｐａ・ｍ3）を２１．６×ｄ-1.25×Φ4.15以下とすることで、高次振動モードにおける吸音率が基本振動モードにおける吸音率よりも高くすることができる。
なお、枠直径Φは枠体の開口部の直径であり、すなわち、膜状部材が振動する領域の直径である。なお、開口部の形状が円形以外の場合には、円相当直径をΦとして用いればよい。
ここで、円相当直径とは、膜振動部領域の面積を求めて、それと等しい面積となる円の直径を算出することで求めることができる。
【００９８】
以上の結果から、膜状部材の高次振動モードを利用する場合、その共鳴周波数（吸音ピーク周波数）は、膜状部材のサイズと背面距離でほぼ決定され、周囲の環境の変化により膜の硬さ（ヤング率）が変化しても共鳴周波数の変化幅が小さく、環境変化に対してロバスト性が高いことが分かる。
【００９９】
次に、膜状部材の密度について検討を行った。
膜状部材の密度を２．８ｇ／ｃｍ3とし、膜状部材の厚みを５０μｍとし、枠体の開口部の直径を２０ｍｍとし、背面距離を２ｍｍとして、膜状部材のヤング率を１００ＭＰａから１０００ＧＰａまで変更してシミュレーションを行い、吸音率を求めた。結果を図４１に示す。
【０１００】
図４１から、膜状部材のヤング率が大きい領域では基本振動モードによる吸音が支配的で、その吸音周波数は膜の硬さに対して依存性が大きいことが分かる。また、一方の膜状部材のヤング率が小さい領域では、膜の硬さが変化しても吸音周波数はほとんど変化しないことが分かる。
図４１と、膜状部材の密度のみが異なる図３４との対比から、膜状部材の密度が大きくなることで、すなわち膜状部材の質量が大きくなることで、膜が柔らかい領域での周波数が低周波側にシフトしていることが分かる。なお、図３４に示したシミュレーションの場合が３．４ｋＨｚであり、図４１に示したシミュレーションの場合が４．９ｋＨｚである。
【０１０１】
また、図４１から高次振動モードにおける吸音率が基本振動モードにおける吸音率よりも高くなるヤング率を求めたところ、３１．６ＧＰａであった。この値は、膜状部材の密度のみが異なる図３４の結果と同じである。したがって、膜状部材の質量に応じて周波数は変化しているが、高次振動モードによる吸音が基本振動モードによる吸音を上回る膜の硬さは、膜の質量に因らないことが分かった。
【０１０２】
背面距離を３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍに変更した以外は図４１に示すシミュレーションと同様にシミュレーションを行い、高次振動モードにおける吸音率が基本振動モードにおける吸音率よりも高くなるヤング率を求めた。結果を表２に示す。
【０１０３】
【表２】
2019155927.tif 000004
【０１０４】
表２と表１との対比から、膜状部材の質量が異なる場合でも、背面距離が２ｍｍから５ｍｍと小さい場合には、高次振動ヤング率は膜状部材の質量に依存せずに変わらないことが分かる。
【０１０５】
さらに、膜状部材の密度を４．２ｇ／ｃｍ3とし、膜状部材の厚み５０μｍで、枠体の開口部の直径を２０ｍｍとし、背面距離を２ｍｍとして、膜状部材のヤング率を１００ＭＰａから１０００ＧＰａまで変更してシミュレーションを行い、吸音率を求めた。結果を図４２に示す。
【０１０６】
図４２から、膜状部材の密度がより大きい場合においても、高次振動モードにおける吸音率が基本振動モードにおける吸音率よりも高くなる領域があり、そのときのヤング率は、３１．６ＧＰａであった。
したがって、膜状部材の密度に対して吸音ピーク周波数は依存するが、基本振動モードにおける吸音率より高次振動モードにおける吸音率が大きくなるヤング率と背面距離との関係は、変わらないことが分かった。
以上から、上記で求めた関係式Ｅ×ｔ3（Ｐａ・ｍ3）≦２１．６×ｄ-1.25×Φ4.15は、膜状部材の密度が変化しても適用できることが分かる。
【０１０７】
ここで、図３４に対応する、背面距離２ｍｍ、枠体の開口部の直径２０ｍｍの場合について、基本振動モードによる吸音、二次振動モードによる吸音、及び三次振動モードによる吸音それぞれの吸音率ピーク（それぞれのモードにおける吸音極大値）を求めた。図４６にそれぞれのヤング率と吸音率との関係を示す。
【０１０８】
図４６から、膜の硬さ（ヤング率）を変えることで、振動モード毎に吸音率が変化していることが分かる。また、膜の硬さが柔らかくなると高次振動モードの吸音率が高くなることが分かる。すなわち、膜が柔らかくなると、高次振動モードの吸音に移り変わることが分かる。
【０１０９】
同様に、図３５に対応する、背面距離３ｍｍの場合について、基本振動モードによる吸音、二次振動モードによる吸音、三次振動モードによる吸音それぞれの吸音率ピークを求めた。図４７にそれぞれのヤング率と吸音率との関係を示す。
【０１１０】
図４６及び図４７において、基本振動モードの吸音率と２次振動モードの吸音率が逆転する膜の硬さが２１．６×ｄ-1.25×Φ4.15に対応する。
ここでは、基本振動モード吸音と２次振動モード吸音の吸音率に関して、関係式Ｅ×ｔ3≦２１．６×ｄ-1.25×Φ4.15という関係式を求めた。同様にして、右辺の係数を膜の硬さ（ヤング率×厚みの３乗）に対して求めることができる。すなわち、右辺の係数をａとして、Ｅ×ｔ3＝ａ×ｄ-1.25×Φ4.15から、ある条件を満たすヤング率Ｅおよび膜の厚みｔに対応する係数ａは、ａ＝（Ｅ×ｔ3）／（ｄ-1.25×Φ4.15）から求めることができる。
この係数ａとヤング率との関係を背面距離２ｍｍ、背面距離３ｍｍのそれぞれについて求めた。
【０１１１】
また、図４６及び図４７から、ヤング率に対して、二次振動モードにおけるピーク吸音率と基本振動モードにおけるピーク吸音率との比（二次振動モードの吸音率／基本振動モードの吸音率、以下、吸音倍率ともいう）を求めた。
吸音倍率とヤング率との関係を背面距離２ｍｍ、背面距離３ｍｍのそれぞれについて求めた。
上記で求めた係数ａとヤング率との関係と、ヤング率と吸音倍率との関係から、係数ａと吸音倍率との関係を、背面距離２ｍｍ、背面距離３ｍｍのそれぞれについて求めた。結果を図４８に示す。
【０１１２】
背面距離２ｍｍの場合と、背面距離３ｍｍの場合とでは、膜状部材の背面に存在する空気による空気ばねの硬さが異なるため、ヤング率に対する吸音率の振る舞いは互いに異なる（図４６及び図４７）。しかしながら、図４８に示したように、係数ａに従って吸音倍率を示すと、背面距離に依らずに吸音倍率が決定されることが分かる。この吸音倍率と係数ａとの関係を表３に示す。
【０１１３】
【表３】
2019155927.tif 000005
【０１１４】
図４８及び表３から、係数ａが小さいほど吸音倍率が大きくなることが分かる。吸音倍率が高い場合には、より高次振動モードの吸音が大きく現れ、また本発明の特徴であるコンパクトで高次振動モードによる吸音の効果を大きく出すことができる。
ここで、表３から分かるように、係数ａは、１１．１以下、８．４以下、７．４以下、６．３以下、５．０以下、４．２以下、３．２以下となることが好ましい。
また、別の観点で係数ａが９．３以下の場合に、３次振動吸音が基本振動吸音率を上回る。よって、係数ａが９．３以下であることも好ましい。
【０１１５】
次に、ヤング率が非常に低い領域、すなわち、膜が柔らかい領域での吸音ピーク周波数について検討を行った。
まず、上述した膜状部材の密度が１．４ｇ／ｃｍ3の場合のシミュレーション結果において、図３４等からヤング率が１００ＭＰａの場合の吸音ピーク周波数を読み取った。結果を図４３に示す。図４３は背面距離とヤング率１００ＭＰａでの吸音ピーク周波数との関係を表すグラフである。
【０１１６】
図４３から、背面距離が大きくなることで吸音ピーク周波数が低周波側になることが分かる。
ここで、膜のない単純な気柱共鳴管との比較を行う。例えば、背面距離２ｍｍの防汚構造体を、気柱共鳴管の長さ２ｍｍの場合の気柱共鳴と比較する。背面距離２ｍｍの場合、気柱共鳴管での共鳴周波数は開口端補正を加えても１０６００Ｈｚ付近となる。なお、気柱共鳴の共鳴周波数も図４３にプロットした。
【０１１７】
図４３から、膜が柔らかい領域では、吸音ピーク周波数はロバスト性を持って一定の周波数に収束するが、その周波数は、気柱共鳴周波数ではなく、より低周波側の吸音ピークであることが分かる。つまり、膜を取り付けて高次振動モードによる吸音を実施することによって、膜状部材の変化に対してロバスト性を持ち、かつ気柱共鳴管と比較して背面距離が小さいコンパクトな吸音構造を実現することができる。
一方で、膜を極端に柔らかくすると吸音率が低下する。これは、膜振動が高次に移り変わる中で膜振動の腹と節のピッチが細かくなっていき、振動による曲がりが小さくなることで吸音効果が小さくなっていることが原因である。
【０１１８】
同様に、上述した膜状部材の密度が２．８ｇ／ｃｍ3の場合のシミュレーション結果において、図４１等からヤング率が１００ＭＰａの場合の吸音ピーク周波数を読み取った。結果を図４４に示す。
図４４から、気柱共鳴管と比較して吸音ピーク周波数が小さくなるため、背面距離が小さいコンパクトな吸音構造を実現することができる。
また、図４４に示すグラフから近似式を求めると、膜が柔らかい領域では、吸音ピーク周波数は背面距離の０．５乗によく比例することが分かる。
【０１１９】
さらに、柔らかい膜まで検討するために、１ＭＰａから１０００ＧＰａまでヤング率を変化させた場合の最大の吸音率を検討した。枠直径２０ｍｍ、膜状部材の厚み５０μｍ、背面距離３ｍｍとして計算を行った。図４５に最大吸音率をヤング率に対して示した。図４５に示すグラフにおいて、吸音する振動モードが入れ替わる硬さ付近で最大吸音率の波形が振動している。また、膜状部材の厚み５０μｍで１００ＭＰａ以下程度の柔らかい膜となると、吸音率が小さくなっていくことが分かる。
表４に、最大吸音率が４０％、５０％、７０％、８０％、９０％を超えるヤング率と対応する膜の硬さ、さらに膜の最大吸音の振動モード次数が移り変わっても吸音率が９０％を超えたままとなる硬さも示した。
表４から、膜状部材の硬さＥ×ｔ3（Ｐａ・ｍ3）は、２．４９×１０-7以上であることが好ましく、７．０３×１０-7以上であることがより好ましく、４．９８×１０-6以上であることがさらに好ましく、１．１１×１０-5以上であることがよりさらに好ましく、３．５２×１０-5以上であることが特に好ましく、１．４０×１０-4以上であることが最も好ましいことが分かる。
【０１２０】
【表４】
2019155927.tif 000006
【０１２１】
以下、防音構造体１０各部（すなわち、底壁２２、内側枠体１８、内側膜１４、外側枠体１９及び外側膜１５）を構成する材料について説明する。
＜枠体材料及び壁材料＞
内側枠体１８及び外側枠体１９の材料（以下、枠体材料）、及び、底壁２２の材料（以下、壁材料）としては、金属材料、樹脂材料、強化プラスチック材料、及び、カーボンファイバ等を挙げることができる。金属材料としては、例えば、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、銅、及び、これらの合金等の金属材料を挙げることができる。また、樹脂材料としては、例えば、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、ＡＢＳ樹脂(アクリロニトリル (Acrylonitrile)、ブタジエン (Butadiene)、スチレン (Styrene)共重合合成樹脂)、ポリプロピレン、及び、トリアセチルセルロース等の樹脂材料を挙げることができる。また、強化プラスチック材料としては、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：Carbon Fiber Reinforced Plastics）、及び、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ：Glass Fiber Reinforced Plastics）を挙げることができる。また、天然ゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、ＥＰＤＭ（エチレン・プロピレン・ジエンゴム）及びシリコーンゴム等、並びに、これらの架橋構造体を含むゴム類を挙げることができる。
また、枠体材料及び壁材料として各種ハニカムコア材料を用いることもできる。ハニカムコア材料は軽量で高剛性材料として用いられているため、既製品の入手が容易である。アルミハニカムコア、ＦＲＰハニカムコア、ペーパーハニカムコア（新日本フエザーコア株式会社製、昭和飛行機工業株式会社製など）、熱可塑性樹脂（具体的には、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＣ（ポリカーボネート）など）、ハニカムコア（岐阜プラスチック工業株式会社製ＴＥＣＣＥＬＬ等）など様々な素材で形成されたハニカムコア材料を枠体材料及び壁材料として使用することが可能である。
また、枠材料としては、空気を含む構造体、すなわち発泡材料、中空材料及び多孔質材料等を用いることもできる。多数の膜型の防音構造体を用いる場合に各セル間で通気しないためには、例えば独立気泡の発泡材料などを用いて枠を形成することができる。例えば、独立気泡ポリウレタン、独立気泡ポリスチレン、独立気泡ポリプロピレン、独立気泡ポリエチレン、及び独立気泡ゴムスポンジなど様々な素材を選ぶことができる。独立気泡体は、連続気泡体と比較すると音、水及び気体等を通さず、また構造強度が大きいため、枠材料として用いるには適している。また、上述した多孔質吸音体が十分な支持性を有する場合は、枠体を多孔質吸音体のみで形成しても良く、多孔質吸音体及び枠体の材料として挙げたものを、例えば混合又は混錬等により組み合わせて用いても良い。このように内部に空気を含む材料系を用いることでデバイスを軽量化することができる。また、断熱性を付与することができる。
【０１２２】
防音構造体１０が高温となる場所に配置され得るため、枠体材料及び壁材料は、難燃材料より耐熱性の高い材料であることが好ましい。耐熱性は、例えば、建築基準法施行令の第百八条の二各号を満たす時間で定義することができる。建築基準法施行令の第百八条の二各号を満たす時間が５分間以上１０分間未満の場合が難燃材料であり、１０分間以上２０分間未満の場合が準不燃材料であり、２０分間以上の場合が不燃材料である。ただし、耐熱性については、適用分野別に定義されることが多い。そのため、防音構造体を利用する分野に合わせて、枠体材料及び壁材料を、その分野において定義される難燃性相当以上の耐熱性を有する材料からなるものとすればよい。
【０１２３】
枠体材料について付言しておくと、内側枠体１８及び外側枠体１９が内側膜１４及び外側膜１５とともに振動（共振）しない剛体であることから、枠体材料の形状については、剛体としての性質を発現し得る形状となっていればよい。詳しく説明すると、内側枠体１８及び外側枠体１９については、内側膜１４及び外側膜１５の各々の縁部を確実に固定して内側膜１４及び外側膜１５の膜振動可能に支持するものが好ましい。このような要求を満たすものである以上、枠体材料の形状については、特に制限されるものではなく、内側膜１４及び外側膜１５の膜部分１２ａのサイズ（径）等に応じて好適な形状に設定するとよい。
【０１２４】
＜膜材料＞
内側膜１４及び外側膜１５の材料（以下、膜材料）としては、アルミニウム、チタン、ニッケル、パーマロイ、４２アロイ、コバール、ニクロム、銅、ベリリウム、リン青銅、黄銅、洋白、錫、亜鉛、鉄、タンタル、ニオブ、モリブデン、ジルコニウム、金、銀、白金、パラジウム、鋼鉄、タングステン、鉛、及び、イリジウム等の各種金属、あるいはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＴＡＣ（トリアセチルセルロース）、ＰＶＤＣ（ポリ塩化ビニリデン）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、ＰＭＰ（ポリメチルペンテン）、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）、ゼオノア、ポリカーボネート、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＳ（ポリスチレン）、ＰＡＲ（ポリアリレート）、アラミド、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）、ナイロン、ＰＥｓ（ポリエステル）、ＣＯＣ（環状オレフィン・コポリマー）、ジアセチルセルロース、ニトロセルロース、セルロース誘導体、ポリアミド、ポリアミドイミド、ＰＯＭ（ポリオキシメチレン）、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）、ポリロタキサン（スライドリングマテリアルなど）及びポリイミド等の樹脂材料等が利用可能である。さらに、薄膜ガラスなどのガラス材料、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）及びＧＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）のような繊維強化プラスチック材料を用いることもできる。また、天然ゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、ＥＰＤＭ（エチレン・プロピレン・ジエンゴム）、及びシリコーンゴム等、並びに、これらの架橋構造体を含むゴム類を用いることができる。あるいは、これらを組合せた材料を膜材料として用いてもよい。
なお、熱、紫外線、及び外部振動等に対する耐久性が優れている観点から、耐久性を要求される用途においては金属材料を膜材料として用いるのが好ましい。また、金属材料を用いる場合には、錆びの抑制等の観点から、表面に金属めっきを施してもよい。
【０１２５】
また、枠体への膜の固定方法については、特に制限されるものではなく、両面テープ又は接着剤を用いる方法、ネジ止め等の機械的固定方法、及び圧着等が適宜利用可能である。ここで、枠体材料及び膜材料と同様、耐熱、耐久性、及び耐水性の観点から固定手段を選定するのが好ましい。例えば、接着剤を用いて固定する場合には、セメダイン社「スーパーＸ」シリーズ、スリーボンド社「３７００シリーズ（耐熱）」、及び太陽金網株式会社製耐熱エポキシ系接着剤「Duralcoシリーズ」などを固定手段として選定するとよい。また、両面テープを用いて固定する場合には、スリーエム製高耐熱両面粘着テープ9077などを固定手段として選定するとよい。このように、要求する特性に対して様々な固定手段を選択することができる。
【０１２６】
また、内側枠体１８及び外側枠体１９と膜状部材内側膜１４及び外側膜１５を、ともに樹脂材料等の透明性のある部材を選ぶことで、防音構造体１０自体を透明にすることができる。例えば、ＰＥＴ、アクリル及びポリカーボネート等の透明性樹脂を選べばよい。一般の多孔質吸音材料では可視光の散乱を防ぐことができないため、透明な防音構造体を実現できることに特異性がある。
さらに、内側枠体１８と外側枠体１９、及び／又は膜状部材内側膜１４と外側膜１５に反射防止コートあるいは反射防止構造をつけても良い。例えば、誘電体多層膜による光学干渉を用いた反射防止コートを用いることができる。可視光を反射防止することで、内側枠体１８と外側枠体１９、及び／又は膜状部材内側膜１４及び外側膜１５の視認性をさらに下げて目立たなくすることができる。
このようにして透明な防音構造体を例えば窓部材に取り付けたり、代替品として用いたりすることができる。
【０１２７】
また、内側枠体１８及び外側枠体１９、若しくは膜状部材内側膜１４及び外側膜１５に遮熱機能を持たせることもできる。金属材料であれば、一般的に近赤外線も遠赤外線も反射するため輻射熱伝導を抑制することができる。また、透明樹脂材料などであっても遮熱構造を表面に持たせることで透明なまま近赤外線のみを反射させることができる。例えば、誘電体多層構造によって可視光を透過させたまま近赤外線を選択的に反射させることができる。具体的には、３Ｍ社Ｎａｎｏ９０ｓなどのマルチレイヤーＮａｎｏシリーズは、２００層超の層構成で近赤外線を反射する。このような構造を透明樹脂材料に対して貼り合わせて枠体及び膜状部材として用いることもできるし、この部材自体を膜状部材内側膜１４及び外側膜１５として利用してもよい。その場合には、防音構造体を例えば、窓部材の代替品として吸音性と遮熱性を有する構造とすることができる。
【０１２８】
また、環境温度が変化する系では、枠体１９の材料と膜状部材１４，１５とも環境温度に対して物性変化が小さいことが望ましい。例えば樹脂材料を用いる場合には、大きな物性の変化をもたらす点（ガラス転移温度、又は融点等）が環境温度域外にあるものを用いることが望ましい。
さらに、枠体と膜状部材とで異質の部材を用いる場合には、環境温度における熱膨張係数（線熱膨張係数）が同程度であることが望ましい。枠体及び膜状部材との間で熱膨張係数が大きく異なると、環境温度が変化した場合に枠体と膜状部材の変位量が異なるため、膜に歪みが生じ易くなる。歪み及び張力変化は、膜の共鳴周波数に影響を与えるため、温度変化に伴って消音周波数が変化し易くなり、また温度が元の温度に戻っても歪みが緩和せずに消音周波数が変化したままになる場合がある。
これに対して、熱膨張係数が同程度である場合には、温度変化に対して枠体と膜状材料が同様に伸び縮みするために歪みが生じ難くなる結果、環境温度の変化に対して安定した消音特性を発現できる。
熱膨張係数の指標としては線膨張率が知られており、線膨張率は、例えばＪＩＳ  Ｋ  ７１９７等公知の方法で測定することができる。枠体と膜状材料との線膨張係数の差は、使用する環境温度域において９ｐｐｍ／Ｋ以下であることが好ましく、５ｐｐｍ／Ｋ以下であることがより好ましく、３ｐｐｍ／Ｋ以下であることが特に好ましい。このような範囲から部材を選定することで、使用する環境温度で安定した消音特性を発現できる。
【０１２９】
＜＜本発明の防音構造体の変形例について＞＞
以上までに本発明の一例に係る防音構造体（すなわち、防音構造体１０）の構成について説明してきたが、その内容は、あくまでも本発明の防音構造体の構成例の１つに過ぎず、他の構成も考えられる。以下では、本発明の防音構造体の変形例について説明する。
【０１３０】
上述した防音構造体１０の構成では、内側膜１４及び外側膜１５を支持する支持体１６が、複数の円筒状枠体によって構成されていることとした。ただし、支持体１６については、内側膜１４及び外側膜１５を膜振動可能に支持するものであればよく、例えば、各種電子機器の筐体の一部であってもよい。かかる構成を採用する場合、支持体１６としての枠体を筺体側にあらかじめ一体成型するとよい。そのようにすれば、内側膜１４及び外側膜１５を後から取り付けることが可能となる。
また、支持体１６は、円筒状枠体に限定されず、平板（ベース板）からなるものであってもよい。かかる構成を採用する場合、内側膜１４及び外側膜１５のうちの少なくとも１つを湾曲させて端部を支持体１６に固定すれば、湾曲させた方の膜状部材を膜振動可能に支持することが可能となる。
また、支持体１６を構成する枠体については、円筒形状に限定されるものではなく、内側膜１４及び外側膜１５を振動可能に支持できるものである以上、種々の形状とすることが可能である。例えば、角筒形状（直方体の外形形状で開口部２０が形成された形状）の枠体を用いてもよい。
【０１３１】
また、内側膜１４及び外側膜１５のうちの少なくとも１つの縁部を接着剤等で部材に固定した後に背面側（厚み方向における内側）より圧力を掛けて、その膜部分１２ａを膨らませ、その後に背面側を板等で塞ぐ構成としてもよい。あるいは、外側膜１５を湾曲させた後に縁部を内側膜１４に固定する構成としてもよい。上記２つの構成のいずれかを採用すれば、枠体を用いずに内側膜１４及び外側膜１５を膜振動可能に支持することが可能となる。
【０１３２】
また、上述した防音構造体１０の構成では、内側枠体１８の内側端に底壁２２を取り付けて開口部２０を塞いでいることとしたが、これに限定されるものではない。内側膜１４及び外側膜１５が振動する際に支持体１６の内側端が閉じられていればよく、例えば、内側枠体１８の内側端が開口端となっており、防音構造体１０が吸音する間、内側枠体１８の内側端面を部屋の壁に押し付けることで支持体１６の内側端を閉じてもよい。このような構成であっても、支持体１６の内側端と部屋の壁との間に大きな隙間がなければ、内側枠体１８の内側端に底壁２２を取り付けて開口部２０を塞いでいる場合と同じ吸音効果が得られる。
【０１３３】
また、上述した防音構造体１０の構成では、支持体１６の内部に膜間空間２６が１つのみ形成されていることとした。ただし、これに限定されるものではなく、内側膜１４及び外側膜１５の間に第三の膜状部材を１つ以上配置し、支持体１６の内部に複数（厳密には、膜の個数よりも１だけ少ない数）の膜間空間２６が形成された構成であってもよい。
【０１３４】
また、上述した防音構造体１０の構成では、背面空間２４及び膜間空間２６が閉空間となっており、厳密には、これらの空間が仕切られていて周囲の空間から完全に遮断されていることとした。ただし、これに限定されるものではなく、背面空間２４及び膜間空間２６は、その内部への空気の流れが阻害されるように仕切られていればよく、必ずしも完全な閉空間である必要はない。すなわち、内側膜１４、外側膜１５、内側枠体１８又は外側枠体１９の一部に孔又はスリットが形成されていてもよい。このような一部に開口を有する形態は、温度変化あるいは気圧変化により背面空間２４及び膜間空間２６内の気体が膨張あるいは収縮して膜状部材１４，１５に張力が付加されて膜状部材の硬さが変化することで吸音特性が変化することを防ぐことができる点で好ましい。この観点では、内側枠体１８若しくは背面板２２と、外側枠体１９の双方に小さな貫通穴又は開口を設けることで、背面空間２４と膜間空間２６がともに外部と通気するために、上記利点が膜状部材１４，１５の両方について機能する。
また、上記のような構成により、特に膜状部材に開口を設けた場合には、防音構造体１０における吸音ピークの周波数を変えることが可能となる。
具体的に説明すると、図１５及び図１６に図示した防音構造体１０の構成のように内側膜１４又は外側膜１５に貫通孔２８を設けると、ピーク周波数を調整することができる。より詳しく説明すると、内側膜１４又は外側膜１５の膜部分１２ａに貫通孔２８を形成すると、当該膜部分１２ａの音響インピーダンスが変化する。また、貫通孔２８によって膜状部材の質量が減少する。これらの事象に起因して膜状部材の共鳴周波数が変化するものと考えられ、結果としてピーク周波数が変化することになる。
なお、図１５及び図１６は、本発明の防音構造体１０の変形例を示す図であり、図３に図示の断面と同位置の断面を示す模式図である。
【０１３５】
また、貫通孔２８が形成された後のピーク周波数については、貫通孔２８の大きさ（図１５中のＬｈ）を調整することで制御可能である。また、貫通孔２８の大きさについては、空気の流れが阻害される大きさであれば、特に限定されないが、膜部分１２ａの大きさ（振動する領域の大きさ）よりも小さいサイズとし、具体的には円相当直径で０．１ｍｍ〜１０ｍｍが好ましく、０．５ｍｍ〜７ｍｍがより好ましく、１ｍｍ〜５ｍｍがさらに好ましい。
また、膜部分１２ａの面積に対する貫通孔２８の面積の割合は、５０％以下が好ましく、３０％以下がより好ましく、１０％以下がさらに好ましい。
【０１３６】
また、貫通孔２８は、防音構造体１０に配置された複数の膜状部材１２のうち、少なくとも１つに形成されていればよいが、第二の吸音ピークにおける吸音率をより高くする観点からは、図１５に示すように、背面空間２４から最も離れた外側膜１５に貫通孔２８が形成されているのが好ましい。
図１５に図示の構成を説明すると、外側膜１５のみに貫通孔２８が形成されている。そのため、内側膜１４及び外側膜１５の間で膜部分１２ａの平均面密度が互いに異なっている。具体的には、外側膜１５では、貫通孔２８が形成されている分、膜部分１２ａの平均面密度が内側膜１４よりも小さくなっている。ここで、膜部分１２ａの平均面密度は、膜部分１２ａの質量をその外縁によって囲まれる面積にて除すことで算出される。
以上のように図１５に図示の防音構造体１０では、膜部分１２ａの平均面密度がより大きい内側膜１４が、防音構造体１０において背面空間２４寄りの端（一端）に近い位置に配置されている。他方、膜部分１２ａの平均面密度がより小さい外側膜１５は、防音構造体１０において膜間空間２６寄りの端（他端）に近い位置に配置されている。
上記の構成では、膜部分１２ａの平均面密度がより小さくなることで外側膜１５を空気伝播音が通過し易くなり、また、貫通孔２８が形成されていることでより一層音が通過し易くなっている。他方、内側膜１４では、外側膜１５に比して音が通り難くなっている。つまり、図１５に図示の構成では、空気伝播音が膜間空間２６に入り込み易くなる反面、内側膜１４を通過して膜間空間２６の外に出難くなる。この結果、膜間空間２６に閉じ込められる音が増大する結果、膜間に音を閉じ込める音場モードでの吸音効果が助長されることになる。この結果、膜間空間２６と膜振動との相互作用による吸音効果が高まり、高周波数側の吸音ピークにおいて高い吸音率が得られるようになる。
なお、貫通孔２８は、複数形成されていてもよく、その場合には、それぞれの貫通孔２８のサイズを上記と同様に調整をすることが可能である。
【０１３７】
また、上述した防音構造体１０の構成では、閉空間である背面空間２４の内部に空気のみが存在していることとしたが、図１７に示すように、背面空間２４内に多孔質吸音体３０が配置されている構成であってもよい。
背面空間２４に多孔質吸音体３０を配置することで、吸音ピークでの吸音率が小さくなる代わりに低周波側に広帯域化することが可能となる。
なお、多孔質吸音体３０が配置される空間は、背面空間２４に限られず、膜間空間２６に配置されていてもよい。すなわち、多孔質吸音体３０は、背面空間２４及び膜間空間２６のうちの少なくとも一方の空間中、少なくとも一部に配置されていればよい。
【０１３８】
多孔質吸音体３０としては、特に限定はなく、公知の多孔質吸音体を適宜利用することが可能である。例えば、発泡ウレタン、軟質ウレタンフォーム、木材、セラミックス粒子焼結材、フェノールフォーム等の発泡材料及び微小な空気を含む材料；グラスウール、ロックウール、マイクロファイバー（３Ｍ社製シンサレートなど）、フロアマット、絨毯、メルトブローン不織布、金属不織布、ポリエステル不織布、金属ウール、フェルト、インシュレーションボード、ガラス不織布等のファイバー及び不織布類材料、木毛セメント板、シリカナノファイバーなどのナノファイバー系材料、並びに石膏ボードなど、種々の公知の多孔質吸音体が利用可能である。
【０１３９】
また、多孔質吸音体３０の流れ抵抗σ1については特に限定はないが、１０００〜１０００００（Ｐａ・ｓ／ｍ2）が好ましく、５０００〜８００００（Ｐａ・ｓ／ｍ2）がより好ましく、１００００〜５００００（Ｐａ・ｓ／ｍ2）がさらに好ましい。
多孔質吸音体３０の流れ抵抗は、１ｃｍ厚の多孔質吸音体３０の垂直入射吸音率を測定し、Ｍｉｋｉモデル（Ｊ．  Ａｃｏｕｓｔ．  Ｓｏｃ．  Ｊｐｎ．，  １１（１）  ｐｐ．１９−２４  （１９９０））でフィッティングすることで評価することができる。あるいは、「ＩＳＯ  ９０５３」に従って評価してもよい。
【実施例】
【０１４０】
以下に実施例に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。
なお、以下の実施例で挙げる材料、使用量、割合、処理内容、及び処理手順等については、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す実施例により限定的に解釈されるべきものではない。
下記の実施例では、多層膜構造である本発明の防音構造体について、その構成及び効果を説明するが、それに先立って、単層膜構造の防音構造体の構成等を参考例として説明することとする。【０１４１】
［参考例１］
＜単層膜構造の防音構造体の作製＞
膜状部材として、厚み５０μｍのＰＥＴフィルム（東レ株式会社製ルミラー）を外径４０ｍｍの円形状に切り出した。
支持体を構成する枠体は、次のようにして作製した。
厚み２ｍｍのアクリル板（株式会社光製）を用意し、レーザーカッターを用いて、内径２０ｍｍ、外径４０ｍｍのドーナツ状（リング形状）の板を１枚作製した。
作製したドーナツ状の板（枠体）の一方の開口面に、ドーナツ状の板の外縁とＰＥＴフィルム（膜状部材）の外縁とを一致させた状態で、ＰＥＴフィルムを両面テープ（アスクル製現場のチカラ）で貼り合せわせた。
以上の手順により、ＰＥＴフィルム（膜状部材）の厚みが５０μｍであり、ドーナツ状の板（枠体）の開口部が直径２０ｍｍの円形であり、かつ背面空間の厚みが２ｍｍである防音構造体を作製した。なお、参考例１に係る防音構造体では、背面空間を閉空間とした。【０１４２】
＜防音構造体の評価＞
作製した防音構造体を評価するため、防音構造体を用いて音響管測定を行った。具体的には、JIS A 1405-2に従った垂直入射吸音率の測定系を作製して評価を行った。これと同様の測定は、日本音響エンジニアリング製WinZacMTXを用いることが可能である。音響管の内部直径は２ｃｍとし、その音響管端部に防音構造体を、膜状部材が音響入射面側に向くように配置した上で、垂直入射吸音率の評価を行った。このとき、垂直入射吸音率の測定法に従って、防音構造体の背面（厚み方向内側の端）に厚み１００ｍｍのアルミニウム板からなる剛体を押し付けた状態で垂直入射吸音率測定を行った。すなわち、背面空間が閉空間となった構造の防音構造体に対して垂直入射吸音率の測定を行った。
参考例１での測定結果（測定した周波数と吸音率との関係）は、既出の図１２に示す通りである。
なお、防音構造体の背面に厚み１００ｍｍのアルミニウム板からなる剛体を押し付ける構造に代えて、下記の構成で同様に垂直入射吸音率測定を行った。
レーザーカッターを用いて、外径４０ｍｍの円形状の板を１枚作製し、前述したドーナツ状の板の外縁と円形状の板の外縁とを外径を一致させた状態で、両面テープ（アスクル製現場のチカラ）を用いて、ドーナッツ状の板の、膜状部材とは反対側の面に円形状の板を貼り合わせて枠体を作製した。
上記の構成においても、防音構造体の背面に厚み１００ｍｍのアルミニウム板からなる剛体を押し付けた構造と同じ測定結果が得られた。【０１４３】
［参考例２］
背面空間の厚みを４ｍｍとした以外は、参考例１と同様にして単層膜構造の防音構造体を作製し、垂直入射吸音率の測定を行った。なお、背面空間の厚みの変更については、ドーナッツ状の板を複数枚重ねることで行った。
参考例２での測定結果（測定した周波数と吸音率との関係）は、既出の図１３に示す通りである。
図１２及び図１３から分かるように、参考例１及び参考例２に係る単層膜構造の防音構造体では、３ｋＨｚ〜５ｋＨｚ付近で吸音ピークが複数存在し、各ピークの周波数で高次の振動モードにおける吸音がなされる構造となっており、大きな吸音率が得られている。一方、８ｋＨｚ付近に存在する吸音ピークでは、吸音率が５０％未満となる。これは、単層膜構造の防音構造体の場合、ある特定の周波数帯域では、基本振動モード及び高次振動モードの膜振動によって比較的高い吸音率が得られる反面、より高周波帯域の吸音ピークでは吸音率が低くなることを示している。【０１４４】
［実施例１］
参考例１での防音構造体の作製手順に倣って、ドーナツ状の板（枠体）を２つ、ＰＥＴフィルム（膜状部材）を２つずつ作製した。各ドーナツ状の板は、内径が２０ｍｍであり、外径が４０ｍｍであり、厚みが２ｍｍである円筒形状をなしている。また、各ＰＥＴフィルムは、厚みが５０μｍであり、直径が４０ｍｍである円形状をなしている。また、レーザーカッターを用いて、外径４０ｍｍの円形状の板を１枚作製した。
そして、厚み方向外側から順に、ＰＥＴフィルム、ドーナツ状の板、ＰＥＴフィルム、ドーナツ状の板及び円形状の板を、各々の外縁が一致するように積み重ね、その後、隣接する部材同士を両面テープにて貼り合わせた。
以上の手順により、外側膜及び内側膜の各々の厚みが５０μｍであり、それぞれの膜部分（振動する領域）の直径が２０ｍｍであり、外側枠体及び内側枠体の各々の外径が４０ｍｍで、背面空間の厚みが２ｍｍであり、かつ膜間空間の厚みが２ｍｍである防音構造体を作製した。すなわち、実施例１の防音構造体は、二層膜構造の防音構造体であり、参考例１の防音構造体を２つ重ねた構造となっている。
また、実施例１の防音構造体に対して垂直入射吸音率の測定を行った。
実施例１での測定結果（測定した周波数と吸音率との関係）は、既出の図１４に示す通りである。
図１４から分かるように、実施例１に係る防音構造体では、３ｋＨｚ〜５ｋＨｚの周波数帯域に現れる複数の吸音ピークの各々で高い吸音率を示すとともに、８．５ｋＨｚ付近に現れる吸音ピークでも７０％以上の吸音率を示している。
このように、本発明の防音構造体は、二層膜構造とすることにより、比較的高周波数の音を複数の周波数帯域で同時に吸音することが可能である。この結果、膜振動を利用する共鳴型の防音構造体であるにもかかわらず広帯域に亘って大きな吸音効果が得られるようになる。【０１４５】
［実施例２］
膜間空間の厚みを４ｍｍとした以外は実施例１と同様にして防音構造体を作製し、垂直入射吸音率の測定を行った。
なお、外側枠体として用いるドーナツ状の板については、その厚みを２ｍｍではなく、４ｍｍとした。
実施例２での測定結果（測定した周波数と吸音率との関係）を表すグラフを図１８に示す。【０１４６】
図１８に示すように、実施例２では、第一の吸音ピークの周波数が、実施例１における吸音ピークの周波数とは大して相違しない。一方、５ｋＨｚ以上の帯域に現れる第二の吸音ピークの周波数については、実施例２の方が実施例１に比べてより低い周波数にシフトしている。以上のことから、第一の吸音ピークの周波数は、主として、内側膜と背面空間の空気層とによって決定されると考えられる。他方、第二の吸音ピークの周波数は、主として、内側膜及び外側膜と膜間空間とによって決定されると考えられる。【０１４７】
［実施例３］
外側膜に直径４ｍｍの貫通孔を設けた以外は実施例１と同様にして防音構造体を作製し、垂直入射吸音率の測定を行った。
なお、貫通孔は、ポンチにより、外側に位置する膜状部材の径方向中央部に形成した。
実施例３での測定結果（測定した周波数と吸音率との関係）を表すグラフを図１９に示す。【０１４８】
図１９に示すように、実施例３の防音構造体では、実施例１と同様に、３ｋＨｚ〜５ｋＨｚ付近で出現する吸音ピークで大きな吸音率が得られている。一方で、より高周波側の周波数帯域に出現する吸音ピークでの吸音率は、実施例１よりも高くなっており、特に、７．８ｋＨｚで出現するピークでの吸音率は、略１００％となっていることが分かった。
このように外側膜に貫通孔を設けることにより、空気伝播音が貫通孔を直接通過することが可能となり、また、外側膜の膜部分の音響インピーダンスが大きく変化する。この結果、外側膜の材質及び厚み、並びに支持体のサイズを変化させなくても、外側膜に貫通孔を形成するだけで、外側膜の吸音に関与する性質を変えることが可能となる。【０１４９】
［実施例４］
膜間空間の厚みを４ｍｍとした以外は実施例３と同様にして防音構造体を作製し、垂直入射吸音率の測定を行った。
なお、外側枠体として用いるドーナツ状の板については、その厚みを２ｍｍではなく、４ｍｍとした。
実施例４での測定結果（測定した周波数と吸音率との関係）を表すグラフを図２０に示す。
図２０に示すように、実施例４の防音構造体では、実施例１及び実施例２と同様、第一の吸音ピークが５ｋＨｚ以下の周波数帯域に出現している。なお、第一の吸音ピークの発現周波数については、実施例３と実施例４の間で大した差異はない。一方、第二の吸音ピークの周波数については、実施例４の方が実施例３に比べてより低い周波数にシフトしている。このことから、第二の吸音ピークの周波数は、主として、内側膜及び外側膜と膜間空間とによって決定されると考えられる。【０１５０】
［実施例５］
背面空間の厚みを４ｍｍとした以外は実施例３と同様にして防音構造体を作製し、垂直入射吸音率の測定を行った。
なお、内側枠体として用いるドーナツ状の板については、その厚みを２ｍｍではなく、４ｍｍとした。
実施例５での測定結果（測定した周波数と吸音率との関係）を表すグラフを図２１に示す。
図２１に示すように、実施例５の防音構造体では、実施例３と比べて、第二の吸音ピークの周波数がほぼ変化していない。一方、第一の吸音ピークの周波数については、実施例５の方が実施例３に比べてより低い周波数にシフトしている。このことから、第一の吸音ピークの周波数は、主として、内側膜と背面空間内の空気層とによって決定されると考えられる。【０１５１】
［実施例６］
貫通孔を外側膜ではなく、内側膜に設けた以外は実施例５と同様にして防音構造体を作製し、垂直入射吸音率の測定を行った。
実施例６での測定結果（測定した周波数と吸音率との関係）を表すグラフを図２２に示す。
図２２に示すように、実施例６の防音構造体では、第一の吸音ピークでの吸音率が、実施例５の場合に近い値となっている。一方、第二の吸音ピークでの吸音率は、実施例５の方がより高い値となっている。実施例５の防音構造体では、外側膜に貫通孔が設けられている分、外側膜では内側膜よりも膜部分の平均面密度が小さくなっており、そのため、外側膜を空気伝播音が通り易くなっていると考えられる。また、実施例５の防音構造体では、外側膜に貫通孔が設けられているために音が外側膜をより一層通り易くなると考えられる。これにより、多層膜構造を採用する場合には、実施例５のように外側膜を音が通り易い構造とし、内側膜を音が通り難い構造とすることで、防音構造体の内部まで音が到達するようになり、結果として、吸音効果（特に、第二の吸音周波数帯域での吸音効果）がより大きくなる。
これに対して、実施例６の防音構造体では、外側膜の方が内側膜よりも音が通り難くなっているため、外側膜での音の反射率が大きくなり、結果として防音構造体内での吸音効果がより小さくなる。【０１５２】
表５に、実施例１〜６、参考例１及び参考例２の構成をまとめて示す。【０１５３】
【表５】
2019155927.tif 000007
【０１５４】
［シミュレーション１］
上述した実施例１の防音構造体の構造に関して、下記のシミュレーションを行った。
シミュレーションは、有限要素法計算ソフトCOMSOL ver.5.3（COMSOL Inc.）の音響モジュールを用いることとし、シミュレーションに際して各種の設計を行った。具体的には、円形状の膜状部材が取り付けられ、かつ背面空間が閉空間となった太鼓状構造の防音構造体における吸音効果（具体的には、吸音率）について、シミュレーションを行った。
より詳しくは、音響と構造の連成計算を行い、構造力学計算は膜構造に関して行い、背面空間については音の空気伝搬を計算することでシミュレーションを行った。この際、膜状部材の硬さ（厳密には、ヤング率）及び厚み、背面空間の厚み、膜間空間の厚み、並びに内側枠体及び外側枠体に形成された開口部の直径（換言すると、内側膜及び外側膜の各々の膜部分の大きさ）をパラメータとして数値計算を行った。各パラメータの値は、実施例１に従って設定し、内側膜及び外側膜のヤング率をＰＥＴフィルムのヤング率である４．５ＧＰａとし、内側膜及び外側膜の厚みを５０μｍとし、膜部分の大きさをφ２０ｍｍとし、背面空間及び膜間空間のそれぞれの厚みを２ｍｍとした。また、防音構造体の配置については、垂直入射吸音率測定における配置をシミュレーションで実装し、吸音率を計算した。なお、計算モデルは二次元軸対称構造計算モデルとした。
上記シミュレーションの結果（計算した周波数と吸音率との関係）を図２３に示す。なお、図２３では、シミュレーション結果を実線にて示すとともに、対比情報として、実測結果（実施例１での垂直入射吸音率の測定結果）を点線にて示している。
図２３に示すように、実測結果ではシミュレーション結果に比べて、吸音ピークの数が多く、各ピークにおける吸音率の変化度合いが大きくなっているものの、全体としての傾向は実測結果とシミュレーション結果との間で略一致している。すなわち、実測結果及びシミュレーション結果のいずれにおいても、３ｋＨｚ付近に吸音ピークが存在し、さらに８ｋＨｚ付近にも吸音ピークが存在している。つまり、シミュレーションにより、実測結果と同様に、実施例１の防音構造体（すなわち、多層膜構造）では大きく分けて２つの吸音周波数帯域にて吸音が生じることが明らかとなった。【０１５５】
［シミュレーション２］
内側膜及び外側膜の枠体（支持体）が剛体からなる場合、及び、枠体が弾性体（具体的には、シリコーンゴム）からなる場合のそれぞれに対して、シミュレーション１と同様のシミュレーション（シミュレーション２）を行った。具体的には、上記２つの場合のそれぞれにおいて、第一の吸音周波数帯域（例えば、２ｋＨｚ〜４．５ｋＨｚ）の音、及び第二の吸音周波数帯域（例えば、６ｋＨｚ〜９ｋＨｚ）の音を入射したときの吸音率を計算した。
枠体の材質を変えてシミュレーションしたときの、第一の吸音周波数帯域及び第二の吸音周波数帯域の各々における吸音率を表６に示す。【０１５６】
【表６】
2019155927.tif 000008
【０１５７】
表６から分かるように、枠体が弾性体からなる場合には、枠体が剛性からなる場合と比べ、第一の吸音周波数帯域及び第二の吸音周波数帯域のいずれにおいても、ピーク周波数における吸音率が小さくなる。また、枠体が弾性体からなる場合には、吸音周波数帯域自体がより狭くなり、平均吸音率がより小さくなる。特に、枠体が弾性体からなる場合、第二の吸音周波数帯域での吸音ピークにおける吸音率が８％と低く、１０％を下回っている。このような吸音率の低さは、膜振動時に弾性体である枠体自体が振動するために防音構造体全体が振動することに起因している。
以上により、特許文献２に記載の吸音装置のように振動体を弾性体によって支持する構成では、高周波数帯域（特に、第二の吸音周波数帯域である６ｋＨｚ〜９ｋＨｚの範囲）で十分な吸音率が得られない。これに対して、剛体が枠体（支持体）を構成する本発明の防音構造体では、高周波数帯域であっても十分な吸音率が得られることが分かった。【０１５８】
［シミュレーション３］
背面空間及び膜間空間の各々の厚みを変えながら、シミュレーション１と同様のシミュレーション（シミュレーション３）を行った。
背面空間及び膜間空間の各々の厚みが１ｍｍであるときのシミュレーション結果を図２４に示し、背面空間及び膜間空間の各々の厚みが３ｍｍであるときのシミュレーション結果を図２５に示す。
図２４及び図２５から分かるように、背面空間及び膜間空間の各々の厚みを変えても、実施例１の構造と同様に、二層膜構造の防音構造体では大きく分けて２つの吸音周波数帯域にて吸音が生じていることが分かった。また、背面空間及び膜間空間の各々の厚みが小さくなるほど、それぞれの周波数帯域における吸音ピークの周波数がより高周波数にシフトすることが分かった。
さらに、背面空間と膜間空間の厚みの合計（以下、合計厚み）を１ｍｍ〜３０ｍｍの範囲で変化させてシミュレーションしたときの、第一の吸音ピーク及び第二の吸音ピークのそれぞれの周波数、並びに、各ピークでの吸音率を表７に示す。
なお、各シミュレーションでは、防音構造体が二層膜構造であることとし、内側膜の膜面（内側膜において、外側を向いている方の表面）が厚み方向において防音構造体の中央位置に配置されていることとした。例えば、実施例１は、合計厚みが４ｍｍであるケースに相当する。【０１５９】
【表７】
2019155927.tif 000009
【０１６０】
表７に示すように、合計厚みが小さくなるほど、第一の吸音ピークの周波数、及び第二の吸音ピークの周波数がともにより高周波数へシフトすることが分かる。反対に、合計厚みが大きくなるほど、第一の吸音ピークでの吸音率、及び第二の吸音ピークでの吸音率がともに低下する。また、合計厚みが大きくなるにつれて、吸音ピークの周波数のシフト量が小さくなり、合計厚みが１０ｍｍを超えると、吸音ピークの周波数がほとんど変化しなくなる。また、合計厚みが大きくなるほど、当然ながら防音構造体が大型化してしまう。
以上のことから、合計厚みについては、１０ｍｍ以下であることが好ましく、７ｍｍ以下がより好ましく、５ｍｍ以下がさらに好ましい。【０１６１】
また、表７に示す、合計厚みと吸音ピークの周波数との対応関係をプロットしたグラフを図２６に示す。
図２６に示すように、吸音ピークの周波数は、合計厚みに応じて変化し、合計厚みをｘとし、第一の吸音ピークの周波数をｙ１とし、第二の吸音ピークの周波数をｙ２としたときに、合計厚みと各吸音ピークの周波数との対応関係は、下記式（２）、（３）によって近似することが可能である。
ｙ１＝５５７７．４＊ｘ−０．４７２        （２）
ｙ２＝１５４３６＊ｘ−０．５１９          （３）
なお、上記の式（２）は、合計厚みと第一の吸音ピークの周波数との対応関係を近似したものであり、式（３）は、合計厚みと第二の吸音ピークの周波数との対応関係を近似したものである。【０１６２】
［シミュレーション４］
上述した実施例３の防音構造体の構造に関して、シミュレーション１と同様のシミュレーション（シミュレーション４）を行った。貫通孔に関しては、比較的穴径が小さいものであるため、COMSOLの音響モジュール内の熱粘性音響計算を適用し、貫通孔内部での熱粘性摩擦による吸音効果を含めて、より正確にシミュレーションを行った。
上記シミュレーションの結果（計算した周波数と吸音率との関係）を図２７に示す。なお、図２７では、シミュレーション結果を実線にて示すとともに、対比情報として、実測結果（実施例３での垂直入射吸音率の測定結果）を点線にて示している。
図２７に示すように、シミュレーション４では、シミュレーション１と同様に、実測結果の方がシミュレーション結果に比べて吸音ピークの数が多くなり、各ピークにおける吸音率の変化度合いが大きくなっている。そうではあるものの、シミュレーション４では、全体としての傾向が実測結果とシミュレーション結果との間で略一致している。すなわち、シミュレーション結果及び実測結果のいずれにおいても、吸音周波数帯域が大きく２つ分かれて存在しており、それぞれの周波数帯域がシミュレーション結果と実測結果との間で概ね一致している。【０１６３】
また、シミュレーション４によれば、吸音ピークの周波数に相当する音が入射されたときの防音構造体内部での音圧の大きさが計算される。ここで、第一の吸音ピークの周波数に相当する音（例えば、３．３ｋＨｚ付近の音）が入射された防音構造体内部での音圧の大きさを可視化して図２８に示す。また、第二の吸音ピークの周波数に相当する音（例えば、８．８ｋＨｚ付近の音）が入射された防音構造体内部での音圧の大きさを可視化して図２９に示す。なお、図２８及び図２９では、図９及び図１０と同様、１Ｐａの音圧の平面波を図の上方から入射した場合における防音構造体内の各位置での音圧の大きさを、白黒のグラデーションで示している。
図２８に示すように、第一の吸音ピークの周波数で吸音が行われる際は、内側膜の背面側、すなわち背面空間における音圧が大きくなる。これは、第一の周波数帯域での吸音は、内側膜と背面空間とによって構成される吸音構造（膜型吸音構造）が主に寄与していることを反映している。
一方、図２９に示すように、第二の吸音ピークの周波数で吸音が行われる際は、膜間空間における音圧が大きくなる。これは、第二の周波数帯域での吸音は、内側膜及び外側膜と膜間空間とによって構成される吸音構造が主に寄与していることを反映している。
以上のように、シミュレーションによって、各吸音ピークの周波数の音が入射されたときの防音構造体内部の音圧の大きさを可視化することにより、各吸音ピークの周波数では、防音構造体中のどこの構造（メカニズム）が主に吸音に寄与しているかを明らかにすることが可能となる。【０１６４】
［シミュレーション５］
貫通孔のサイズ（直径）を１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲で変えながら、シミュレーション４と同様のシミュレーション（シミュレーション５）を行った。
貫通孔のサイズが２ｍｍであるときのシミュレーション結果を図３０に示し、貫通孔のサイズが１０ｍｍであるときのシミュレーション結果を図３１に示す。
さらに、貫通孔のサイズを変えながらシミュレーションしたときの、第一の吸音ピーク及び第二の吸音ピークの各々の周波数を表８に示す。【０１６５】
【表８】
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【０１６６】
図３０、図３１及び表８から分かるように、貫通孔のサイズが大きくなるほど、吸音ピークの周波数がより高周波数にシフトし、特に、第二の吸音ピークの周波数がより大きくシフトすることが分かった。
【符号の説明】
【０１６７】
１０  防音構造体
１２  複数の膜状部材
１２ａ  膜部分
１４  内側膜
１５  外側膜
１６  支持体
１８  内側枠体
１９  外側枠体（筒状枠体）
２０  開口部
２１  開口面
２２  底壁
２４  背面空間
２６  膜間空間
２８  貫通孔
３０  多孔質吸音体
【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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【図４８】
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【国際調査報告】
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