(57)【要約】  小型軽量で、音源に固有の高い周波数の騒音を十分に消音できる防音構造体を提供する。開口部を有する枠体と、枠体の開口部が形成された開口面に固定される、少なくとも１枚の膜状部材と、を有し、枠体と膜状部材とに囲まれた背面空間が形成され、膜状部材が振動することによって吸音する防音構造体であって、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。
2019093202.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１枚の膜状部材と、
前記膜状部材を膜振動可能に支持する支持体と、を有し、
前記膜状部材の一方の面側に背面空間が形成され、前記膜状部材が振動することによって吸音する防音構造体であって、
前記膜状部材の振動の、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防音構造体。
【請求項２】
前記膜状部材のヤング率をＥ（Ｐａ）とし、厚みをｔ（ｍ）とし、前記背面空間の厚みをｄ（ｍ）とし、前記膜状部材が振動する領域の円相当直径をΦ（ｍ）とすると、
前記膜状部材の硬さＥ×ｔ3（Ｐａ・ｍ3）が、２１．６×ｄ-1.25×Φ4.15以下である請求項１に記載の防音構造体。
【請求項３】
前記膜状部材の硬さＥ×ｔ3（Ｐａ・ｍ3）が、２．４９×１０-7以上である請求項２に記載の防音構造体。
【請求項４】
２つ以上の前記高次振動モードの周波数における吸音率がそれぞれ２０％以上である請求項１〜３のいずれか一項に記載の防音構造体。
【請求項５】
２つ以上の、吸音率が２０％以上となる周波数の前記高次振動モードが連続して存在する請求項４に記載の防音構造体。
【請求項６】
吸音率が２０％以上となる前記高次振動モードの周波数が１ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの範囲に存在する請求項１〜５のいずれか一項に記載の防音構造体。
【請求項７】
前記膜状部材の表面に垂直な方向に対する角度が０°、３０°、６０°のそれぞれ方向から入射する音に対して、前記高次振動モードの周波数における吸音率が、前記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１〜６のいずれか一項に記載の防音構造体。
【請求項８】
前記支持体は、開口部を有する枠体であり、
前記膜状部材は、前記枠体の前記開口部が形成された開口面に固定され、
前記背面空間は、前記枠体と前記膜状部材とに囲まれた空間である請求項１〜７のいずれか一項に記載の防音構造体。
【請求項９】
前記枠体は、前記開口部の両端が開口する筒状の部材であり、
前記枠体の一方の前記開口面に固定された前記膜状部材から、前記枠体の他方の開口面までの長さをＬ1とし、開口端補正距離をδとし、前記膜状部材のいずれかの高次振動モードの周波数における波長をλaとし、ｎを０以上の整数とすると、
（（λa／４−λa／８）＋ｎ×λa／２−δ）≦Ｌ1≦（（λa／４＋λa／８）＋ｎ×λa／２−δ）
を満たす請求項８に記載の防音構造体。
【請求項１０】
ｎが０、すなわち、（λa／４−λa／８−δ）≦Ｌ1≦（λa／４＋λa／８−δ）を満たす請求項９に記載の防音構造体。
【請求項１１】
前記枠体の前記開口部は底面を有する請求項８に記載の防音構造体。
【請求項１２】
前記枠体もしくは底面の少なくとも一方に貫通孔を有する請求項８〜１１のいずれか一項に記載の防音構造体。
【請求項１３】
前記背面空間が閉じられた閉空間である請求項１１に記載の防音構造体。
【請求項１４】
前記膜状部材が貫通孔を有する請求項１〜１２のいずれか一項に記載の防音構造体。
【請求項１５】
前記膜状部材は、一方の面から他方の面に貫通する切断部を１つ以上有する請求項１〜１２のいずれか一項に記載の防音構造体。
【請求項１６】
前記高次振動モードの周波数における吸音率が２０％以上である請求項１〜１５のいずれか一項に記載の防音構造体。
【請求項１７】
可聴域内において、吸音率が最大となる周波数が２ｋＨｚ以上に存在する請求項１〜１６のいずれか一項に記載の防音構造体。
【請求項１８】
前記背面空間の厚みが１０ｍｍ以下である請求項１〜１７のいずれか一項に記載の防音構造体。
【請求項１９】
前記防音構造体の最も厚みの厚い部分の厚みが１０ｍｍ以下である請求項１〜１８のいずれか一項に記載の防音構造体。
【請求項２０】
前記膜状部材の厚みが１００μｍ未満である請求項１〜１９のいずれか一項に記載の防音構造体。
【請求項２１】
前記膜状部材の材料が金属である請求項１〜２０のいずれか一項に記載の防音構造体。
【請求項２２】
前記枠体が、発泡材料、独立気泡発泡材料、中空材料、および、多孔質材料の少なくとも１つである空気を含む構造体で形成されている請求項８〜２１のいずれか一項に記載の防音構造体。
【請求項２３】
前記背面空間の少なくとも一部に多孔質吸音体を有する請求項１〜２２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、および、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、ロボット等の各種移動体等は、多機能化および高性能化に伴って、これらを高い電圧および電流で駆動することが求められており、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、冷却のために熱や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および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および電気モーター等（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や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、広い周波数で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で大きな音量の音を発生する。特に、各種電子機器の高速化や大出力化で、固有の周波数の音が非常に高くなり大きくなる。【０００４】
発泡ウレタンや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、ホワイトノイズや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やすく問題となる。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、多孔質吸音体で騒音対策した後も、特定の周波数が他の周波数よりも相対的に聞こえやす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およ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１の貯蔵弾性率Ｅ１が９．７×１０６以上であり、第２の貯蔵弾性率Ｅ２が３４６以下である吸音体が記載されている。この吸音材は板状または膜状で音波が吸音体に入射すると、共振（膜振動）が生じて吸音することが記載されている（特許文献１の段落［０００９］、図１等）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４８３２２４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
各種電子機器のさらなる高速化や大出力化に伴い、上述した電子回路およ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このような高い周波数の音を消音する場合には、低周波に膜型吸音体を適用した事例から考えると、膜の硬さ、および、膜の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。【０００９】
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、および、膜の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、高い周波数では吸音率が低くなることがわかった。【００１０】
また、膜振動を利用する消音手段に用いられる膜は、周囲の温度の変化および湿度の変化等によって硬さが変わってしまう。膜の硬さが変わると膜振動の固有振動数が大きく変化してしまう。そのため、膜振動を利用する消音手段の場合には、周囲の環境（温度、湿度）の変化に応じて、消音できる周波数が変わってしまうという問題があることがわかった。【００１１】
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、音源に固有の高い周波数の騒音を十分に消音でき、周囲の環境変化に対してロバスト性が高い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】
【００１２】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、少なくとも１枚の膜状部材と、膜状部材を膜振動可能に支持する支持体と、を有し、膜状部材の一方の面側に背面空間が形成され、膜状部材が振動することによって吸音する防音構造体であって、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。
すなわち、以下の構成により上記課題を解決することができることを見出した。【００１３】
［１］  少なくとも１枚の膜状部材と、
膜状部材を膜振動可能に支持する支持体と、を有し、
膜状部材の一方の面側に背面空間が形成され、膜状部材が振動することによって吸音する防音構造体であって、
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防音構造体。
［２］  膜状部材のヤング率をＥ（Ｐａ）とし、厚みをｔ（ｍ）とし、背面空間の厚みをｄ（ｍ）とし、膜状部材が振動する領域の円相当直径をΦ（ｍ）とすると、
膜状部材の硬さＥ×ｔ3（Ｐａ・ｍ3）が、２１．６×ｄ-1.25×Φ4.15以下である［１］に記載の防音構造体。
［３］  膜状部材の硬さＥ×ｔ3（Ｐａ・ｍ3）が、２．４９×１０-7以上である［２］に記載の防音構造体。
［４］  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［１］〜［３］のいずれかに記載の防音構造体。
［５］  ２つ以上の、吸音率が２０％以上となる周波数の高次振動モードが連続して存在する［４］に記載の防音構造体。
［６］  吸音率が２０％以上となる高次振動モードの周波数が１ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの範囲に存在する［１］〜［５］のいずれかに記載の防音構造体。
［７］  膜状部材の表面に垂直な方向に対する角度が０°、３０°、６０°のそれぞれ方向から入射する音に対して、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［１］〜［６］のいずれかに記載の防音構造体。
［８］  支持体は、開口部を有する枠体であり、
膜状部材は、枠体の開口部が形成された開口面に固定され、
背面空間は、枠体と膜状部材とに囲まれた空間である［１］〜［７］のいずれかに記載の防音構造体。
［９］  枠体は、開口部の両端が開口する筒状の部材であり、
枠体の一方の開口面に固定された膜状部材から、枠体の他方の開口面までの長さをＬ1とし、開口端補正距離をδとし、膜状部材のいずれかの高次振動モードの周波数における波長をλaとし、ｎを０以上の整数とすると、
（（λa／４−λa／８）＋ｎ×λa／２−δ）≦Ｌ1≦（（λa／４＋λa／８）＋ｎ×λa／２−δ）
を満たす［８］に記載の防音構造体。
［１０］  ｎが０、すなわち、（λa／４−λa／８−δ）≦Ｌ1≦（λa／４＋λa／８−δ）を満たす［９］に記載の防音構造体。
［１１］  枠体の開口部は底面を有する［８］に記載の防音構造体。
［１２］  枠体もしくは底面の少なくとも一方に貫通孔を有する［８］〜［１１］のいずれかに記載の防音構造体。
［１３］  背面空間が閉じられた閉空間である［１１］に記載の防音構造体。
［１４］  膜状部材が貫通孔を有する［１］〜［１２］のいずれかに記載の防音構造体。
［１５］  膜状部材は、一方の面から他方の面に貫通する切断部を１つ以上有する［１］〜［１２］のいずれかに記載の防音構造体。
［１６］  高次振動モードの周波数における吸音率が２０％以上である［１］〜［１５］のいずれかに記載の防音構造体。
［１７］  可聴域内において、吸音率が最大となる周波数が２ｋＨｚ以上に存在する［１］〜［１６］のいずれかに記載の防音構造体。
［１８］  背面空間の厚みが１０ｍｍ以下である［１］〜［１７］のいずれかに記載の防音構造体。
［１９］  防音構造体の最も厚みの厚い部分の厚みが１０ｍｍ以下である［１］〜［１８］のいずれかに記載の防音構造体。
［２０］  膜状部材の厚みが１００μｍ未満である［１］〜［１９］のいずれかに記載の防音構造体。
［２１］  膜状部材の材料が金属である［１］〜［２０］のいずれかに記載の防音構造体。
［２２］  枠体が、発泡構造、独立気泡発泡構造、中空構造、および、多孔質材料の少なくとも１つである空気を含む構造体で形成されている［８］〜［２１］のいずれかに記載の防音構造体。
［２３］  背面空間の少なくとも一部に多孔質吸音体を有する［１］〜［２２］のいずれかに記載の防音構造体。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、小型軽量で、音源に固有の高い周波数の騒音を十分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】
【００１５】
【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】図１のＢ−Ｂ線断面図である。
【図３】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４】ピーク周波数と吸音率との関係を表すグラフである。
【図５】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６】周波数と吸音率との関係を表すグラフである。
【図７】周波数と吸音率との関係を表すグラフである。
【図８】本発明の防音構造体の他の一例を模式的に示す斜視図である。
【図９】本発明の防音構造体の他の一例を模式的に示す断面図である。
【図１０】本発明の防音構造体の他の一例を模式的に示す断面図である。
【図１１】周波数と吸音率との関係を表すグラフである。
【図１２】周波数と吸音率との関係を表すグラフである。
【図１３】周波数と吸音率との関係を表すグラフである。
【図１４】周波数と吸音率との関係を表すグラフである。
【図１５】周波数と吸音率との関係を表すグラフである。
【図１６】周波数と吸音率との関係を表すグラフである。
【図１７】周波数と吸音率との関係を表すグラフである。
【図１８】周波数と吸音率との関係を表すグラフである。
【図１９】周波数と吸音率との関係を表すグラフである。
【図２０】周波数と吸音率との関係を表すグラフである。
【図２１】周波数と吸音率との関係を表すグラフである。
【図２２】本発明の防音構造体の他の一例を模式的に示す平面図である。
【図２３】本発明の防音構造体の他の一例を模式的に示す断面図である。
【図２４】本発明の防音構造体の他の一例を模式的に示す断面図である。
【図２５】本発明の防音構造体の他の一例を模式的に示す断面図である。
【図２６】本発明の防音構造体の他の一例を模式的に示す断面図である。
【図２７】周波数と吸音率との関係を表すグラフである。
【図２８】周波数と吸音率との関係を表すグラフである。
【図２９】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３０】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３１】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３２】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３３】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３４】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３５】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】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３８】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３９】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４０】ヤング率と最大吸音率との関係を表すグラフである。
【図４１】周波数と吸音率との関係を表すグラフである。
【図４２】周波数と吸音率との関係を表すグラフである。
【図４３】周波数と吸音率との関係を表すグラフである。
【図４４】枠の厚みと吸収率との関係を表すグラフである。
【図４５】枠の厚みと透過率との関係を表すグラフである。
【図４６】周波数と吸音率との関係を表すグラフである。
【図４７】周波数と吸音率との関係を表すグラフである。
【図４８】周波数と吸音率との関係を表すグラフである。
【図４９】周波数と吸音率との関係を表すグラフである。
【図５０】周波数と吸音率との関係を表すグラフである。
【図５１】周波数と吸音率との関係を表すグラフである。
【図５２】周波数と吸音率との関係を表すグラフである。
【図５３】周波数と吸音率との関係を表すグラフである。
【図５４】周波数と吸音率との関係を表すグラフである。
【図５５】周波数と吸音率との関係を表すグラフである。
【図５６】周波数と吸音率との関係を表すグラフである。
【図５７】周波数と吸音率との関係を表すグラフである。
【図５８】周波数と吸音率との関係を表すグラフである。
【図５９】周波数と吸音率との関係を表すグラフである。
【図６０】周波数と吸音率との関係を表すグラフである。
【図６１】周波数と吸音率との関係を表すグラフである。
【図６２】周波数と吸音率との関係を表すグラフである。
【図６３】周波数と吸音率との関係を表すグラフである。
【図６４】貫通孔の位置を説明するための上面図である。
【図６５】周波数と吸音率との関係を表すグラフである。
【図６６】周波数と吸音率との関係を表すグラフである。
【図６７】周波数と吸音率との関係を表すグラフである。
【図６８】ヤング率と吸音率との関係を表すグラフである。
【図６９】ヤング率と吸音率との関係を表すグラフである。
【図７０】係数ａと吸音倍率との関係を表すグラフである。
【図７１】実施例で用いる音響管の形状を説明するための模式的な断面図である。
【図７２】周波数と吸音率との関係を表すグラフである。
【図７３】周波数と吸音率との関係を表すグラフである。
【図７４】角度と吸音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】
【００１６】
以下、本発明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。
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およ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、特に記載がなければ、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。
本明細書において、「同じ」、「同一」は、技術分野で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」または「全面」などというとき、１００％である場合のほか、技術分野で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、または９０％以上である場合を含むものとする。
【００１７】
［防音構造体］
本発明の防音構造体は、
少なくとも１枚の膜状部材と、
膜状部材を膜振動可能に支持する支持体と、を有し、
膜状部材の一方の面側に背面空間が形成され、膜状部材が振動することによって吸音する防音構造体であって、
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防音構造体である。
【００１８】
本発明の防音構造体は、各種の電子機器、および、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、搬送機などの科学実験機器が挙げられる。
輸送機器としては、自動車（バス、タクシー等も含む、）、バイク、電車、航空機器（飛行機、戦闘機、ヘリコプター等）、船舶、自転車（特に電気自転車）、航空宇宙機器（ロケット等）パーソナルモビリティー等が挙げられる。特にハイブリッド自動車および電気自動車、ＰＨＶ（Plug-in Hybrid Vehicle）においては、内部に搭載されるモーターおよびＰＣＵ（パワーコントロールユニット：インバーター、バッテリー電圧昇圧ユニット等を含む）等に起因する特有の音が車室内でも聴こえることが問題になっている。
日本機械学会誌  2007. 7  Vol. 110 No.1064、「ハイブリッド車の振動騒音現象とその低減技術」にモーター電磁騒音とスイッチングノイズ騒音が挙げられており、その原因と典型的な騒音周波数が開示されている。表１に開示されている比較表により、数百Ｈｚ〜数ｋＨｚであるモーター電磁騒音、数ｋＨｚ〜十数ｋＨｚであるスイッチングノイズが他の騒音の周波数より高周波側にある騒音であることが開示されている。
また、例えば、トヨタ自動車ＰＲＩＵＳのマニュアル（2015）のP.30に「ハイブリッド車特有の音と振動について」として「エンジンルームからの電気モーターの作動音（加速時の"キーン"音、減速時の"ヒューン"音）」が開示されている。
また、電気自動車である日産自動車ＬＥＡＦのマニュアル（2011）のＥＶ−９に「音と振動について」として「モータールームから発生するモーターの音」が開示されている。
このように、自動車がハイブリッド化、電気自動車化することによって、従来にはなかった高周波側の騒音が車室内にも聞こえる大きさで発生している。
移動体としては、民生用ロボット（掃除用途、愛玩用途や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）や工業用ロボット等が挙げられる。
また、使用者への通知や警告を発する意味で、特定の少なくとも一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、上記の機器が入っている部屋、工場、および、車庫等にも本発明の防音構造体が適用可能である。
【００１９】
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また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である。
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。このとき、発生する音の周波数は、必ずしも回転数またはその倍数に限るわけではないが、回転数を大きくすることで音も高くなっていくなどの強い関連性が見られる。
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。
【００２０】
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も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（ファン等）はその羽根の枚数と回転速度で決定される周波数、およびその倍数がそのまま音として発せられる。また、インバータ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。よって、回転系や交流回路系は音源に固有の周波数を有する音源といえる。
より一般的に、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。
音源を無響室もしくは半無響室内、もしく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、部屋や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い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、信号のノイズや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。
【００２１】
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、および、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、および、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や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。
【００２２】
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、ダクト部およ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や、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。
【００２３】
本発明の防音構造体の一例について、図１および図２を用いて説明する。
図１は、本発明の防音構造体の一例を示す模式的な斜視図である。図２は、図１に示す防音構造体のＢ−Ｂ線断面図である。なお、図１において説明のため膜状部材１６の図示を一部省略している。
【００２４】
図１および図２に示すように、防音構造体１０は、開口部２０を有する枠体１８と、枠体１８の開口面１９に固定される膜状部材１６（単に「膜」ともいう）とを有する。
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（周波数帯域）の音を選択的に消音するものである。
【００２５】
図１および図２に示す例では、枠体１８は、円柱形状で一面に底面を有する開口部２０が形成された形状である。すなわち、枠体１８は一面が開放された有底の円筒形状である。枠体１８は本発明における支持体に相当する。
膜状部材１６は膜状の部材であり、枠体１８の、開口部２０が形成された開口面１９を覆って周縁部を枠体１８に固定されて振動可能に支持されている。
【００２６】
また、防音構造体１０の膜状部材１６の背面側（枠体１８側）には、枠体１８と膜状部材１６とに囲まれた背面空間２４が形成されている。図１および図２に示す例では、背面空間２４は、閉じられた閉空間である。
【００２７】
ここで、本発明の防音構造体１０は、枠体１８に支持された膜状部材１６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、というものである。
【００２８】
前述のとおり、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およ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では、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に他の周波数よりも相対的に聞こえやす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、小型軽量化が難しいという問題があった。
【００２９】
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、膜の基本振動モードを利用した消音手段が知られている。
ここで、各種電子機器のさらなる高速化や大出力化に伴い、上述した電子回路およ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このような高い周波数の音を消音する場合には、膜の硬さ、および、膜の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。
【００３０】
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、および、膜の大きさ等を調整して膜振動の基本モードの固有振動数を高くした場合には、高い周波数では吸音率が低くなることがわかった。
具体的には、高い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、膜をより硬く厚くして基本振動モードにおける周波数（第１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、膜を硬く厚くしすぎると膜によって音が反射されやすくなってしまう。そのため、図３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。
【００３１】
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。一方で膜固有振動の高周波化のために膜を硬くする必要がある。膜を硬くすることは、膜表面での反射を大きくすることにつながる。高周波音ほど共鳴のためには硬い膜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、大半の音が膜表面で反射されたために吸収が小さくなったと考えられる。
よって、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は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。
【００３２】
なお、図３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とし、枠体は円筒形状で開口部の直径が１０ｍｍとし、背面空間の厚み（以下、背面距離ともいう）は２０ｍｍとした。膜状部材は厚み２５０μｍとし、膜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で行い、吸音率の最大値とその時の周波数を計算した。
【００３３】
また、膜振動を利用する消音手段に用いられる膜は、周囲の温度の変化および湿度の変化等によって硬さが変わってしまう。膜の硬さが変わると膜振動の固有振動数が大きく変化してしまう。そのため、膜振動を利用する消音手段の場合には、周囲の環境（温度、湿度）の変化に応じて、消音できる周波数が変わってしまうという問題があることがわかった。本発明者らの検討によると、この問題は基本振動モードにおいて顕著にみられることがわかった。
【００３４】
これに対して、本発明の防音構造体１０は、枠体１８に支持された膜状部材１６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。
高次振動モードの周波数、すなわち、第２次、第３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音を吸収する構成とすることで、膜を硬く厚くする必要がないため、音が膜によって反射されるのを抑制でき、高い周波数においても高い吸音効果を得ることができる。
また、高次振動モードの固有振動数は、膜の硬さが変わっても変化しにくいため、高次振動モードの膜振動を利用することによって、周囲の環境の変化により膜の硬さが変わっても高次固有振動数の変化が小さく、消音できる周波数の変化量を小さくすることができる。すなわち、環境の変化に対してロバスト性を高くすることができる。
また、本発明の防音構造体１０は、膜振動を利用して吸音するものであるため、小型軽量で特定の周波数の音を好適に消音できる。
【００３５】
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。
膜の条件(厚み、硬さ、大きさ、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距離（厚み）等によって決定される。これを以下に説明する。
【００３６】
膜を用いた吸音構造の共鳴を切り分けて考えると、膜部分と背面空間部分が存在する。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、膜の音響インピーダンスをＺｍ、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、膜の音響インピーダンスＺｍについては膜部分によって決定され、例えば基本振動モードについては膜の質量による運動方程式に従う成分（質量則）と、膜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。
膜の厚みが大きいなど、膜に高次振動モードが発生しにくい場合は、基本振動モードとなる帯域は広くなる。しかし、膜が硬く反射されやすいために吸音が小さくなることは上述のとおりである。膜の厚みを薄くするなど、膜に高次振動モードが発生しやすい条件とすると、基本振動モードが発生する周波数帯域幅は小さくなり、高次振動モードが高周波域に存在する状態となる。
【００３７】
一方の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空間が小さす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、膜部分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やす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今回のメカニズムである。
よって、高次振動モードを励起するように膜と背面空間をともに決定する必要がある。
【００３８】
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の計算モデルにおいて、枠体１８は、図１に示すような円筒形状で、開口部の直径が２０ｍｍとした。膜状部材１６は厚み５０μｍとし、ヤング率は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。
【００３９】
このような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い、構造計算は膜に関して行い、背面空間は音の空気伝搬を計算することで数値計算を行った。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４に示す。図４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。
図４に示すように、高い周波数でも高い吸収率が得られることがわかる。
【００４０】
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５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６および図７には、背面空間の厚みが７ｍｍ、５ｍｍ、３ｍｍ、２ｍｍ、１ｍｍ、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。
【００４１】
図５からわかるように、背面空間の厚みを小さくすることで吸音率のピーク周波数は高周波化する。ここで、背面空間の厚みを小さくしていくことで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、も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、薄い膜によって高次振動モードが励起されやすい状態であって、背面空間の厚みを小さくすることで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。図５に示した振動モードの次数ごとに引いたラインから、膜の硬さが一定の場合には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ことがわかる。
【００４２】
高次振動モードが現れた理由は膜状部材の膜厚を５０μｍと薄くすることによって膜を柔らかくしたことが重要である。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、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であり、膜固定部付近で屈曲が必要なモードも多い。膜の厚みが小さい方が遥かに屈曲しやすいために、高次振動モードを利用するためには膜厚を薄くすることが重要となっている。さらに背面空間の長さを数ｍｍまで小さくしたことで、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今回の発明の重要な点である。
また、膜厚が薄く、したがって膜の硬さが小さい系となるため、高周波側でも反射が小さく大きな吸音率が生じていると考えられる。
【００４３】
また、図６および図７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わかる。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の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、高次の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６および図７から、背面空間の厚みが小さ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わかる。
また、図７の背面空間の厚みが０．５ｍｍの場合では、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わかる。
また、図６および図７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）を示すことがわかる。よって、高い吸音ピークが重なって、比較的広帯域に渡って吸音効果を示すことも分かる。
【００４４】
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で、高い周波数においても高い吸音効果を得ることができることがわかる。
【００４５】
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、膜の重心部が最も大きな振幅を持ち、周辺の固定端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。
または、基本振動モードは膜の固定部が振動の節となり、他の膜面上には節が存在しない。一方で高次振動モードでは上記の定義により固定部のほかに膜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。もしくは、膜面状に塩や白色の微粒子をま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、円形膜や矩形膜では解析的に周波数を求めることもできる。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。
【００４６】
また、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。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、その音響管端部に防音構造体を膜状部材を表にして配置して、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。
後述の実施例で実験を行った防音構造体は、背面空間の底面として背面板を取り付けた構造となっている。実験では、その構造のみで測定した場合と、この構造の背後に厚み１００ｍｍのアルミニウム板を接して配置して剛体とした条件で測定を行って比較を行った。その結果、どの水準においても分厚いアルミニウム板の有無で吸音率の結果は変わらなかった。すなわち、構造底面の背面板は十分に剛体として機能し、したがって音は音響管から漏れて透過したわけではなく、入射音は反射もしくは吸収のいずれかが起こったことを確認した。その上で、実施例ではアルミニウム板を配置していない、構造のみの場合の結果を示した。
【００４７】
本発明の防音構造体１０において、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、背面空間２４の厚み、膜状部材１６の大きさ、厚み、硬さ等を調整すればよい。
【００４８】
具体的には、背面空間２４の厚みは、１０ｍｍ以下が好ましく、５ｍｍ以下がより好ましく、３ｍｍ以下がさらに好ましく、高周波側を吸音するためには２ｍｍ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。
【００４９】
膜状部材１６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、膜状部材１６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。
一方で、膜の厚みが薄すぎると取り扱いが難しくなる。膜厚は１μｍ以上であることが好ましく、５μｍ以上であることがより好ましい。
膜状部材１６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。
膜状部材１６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。
【００５０】
膜状部材１６の形状（膜振動する領域の形状）、すなわち、枠体１８の開口断面の形状は、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、２等辺三角形、又は直角三角形等の三角形、正五角形、又は正六角形等の正多角形を含む多角形、若しくは円形、楕円形等であっても良いし、不定形であっても良い。
膜状部材１６の大きさ（膜振動する領域の大きさ）、すなわち、枠体１８の開口断面の大きさは、円相当直径（図２中Ｌa）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。
【００５１】
ここで、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、膜状部材のヤング率をＥ（Ｐａ）とし、厚みをｔ（ｍ）とし、背面空間の厚み（背面距離）をｄ（ｍ）とし、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、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わかった。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わかった。
また、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。
膜状部材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。
【００５２】
まず、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、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。
【００５３】
図２７および図２８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、上記と同様に、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および密度は、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２７には、背面距離が２ｍｍの場合の結果を示し、図２８には、背面距離が５ｍｍの場合の結果を示す。
【００５４】
図２７および図２８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わかる。すなわち、膜状部材の硬さ、および、膜状部材の重さが一致していれば、厚み、ヤング率、密度が異なっていても同じ特性を示すことがわかる。
【００５５】
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２９に示す。図２９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。
【００５６】
図２９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、また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。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２９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わかる。
【００５７】
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３０および図３１に示す。
図３０および図３１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わかる。
【００５８】
図２９〜図３１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わかる。
また、膜状部材の硬さが柔らかい側（１００ＭＰａから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わかる。よって、環境の変化など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わかる。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２９〜図３１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わかる。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わかる。
【００５９】
ここで、図２９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３０および図３１からも高次（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３２および表１に示す。図３２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。
【００６０】
【表１】
2019093202.tif 000003
【００６１】
図３２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。
【００６２】
さらに、図３２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３３に示す。図３３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、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。
【００６３】
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２９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３４に示す。図３４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。
【００６４】
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３５に示す。図３５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で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。
【００６５】
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、前述のとおり、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。
【００６６】
以上の結果から、本発明の防音構造体は、膜状部材の高次振動モードを利用するため、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わかる。
【００６７】
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３６に示す。
【００６８】
図３６から、前述のシミュレーション結果と同様に、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わかる。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わかる。
図３６と、膜状部材の密度のみが異なる図２９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わかる（図２９に示したシミュレーションの場合が３．４ｋＨｚ、図３６に示したシミュレーションの場合が４．９ｋＨｚ）。
【００６９】
また、図３６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２９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よらないことが分かった。
【００７０】
背面距離を３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍに変更した以外は図３６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。
【００７１】
【表２】
2019093202.tif 000004
【００７２】
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わかる。
【００７３】
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３７に示す。
【００７４】
図３７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わかった。
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することができることがわかる。
【００７５】
ここで、図２９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、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６８にそれぞれのヤング率と吸音率との関係を示す。
【００７６】
図６８から、膜の硬さ（ヤング率）を変えることで、各振動モードごとに吸音率が変化していることがわかる。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わかる。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わかる。
【００７７】
同様に、図３０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６９にそれぞれのヤング率と吸音率との関係を示す。
【００７８】
図６８、図６９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^3）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。
【００７９】
また、図６８、図６９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７０に示す。
【００８０】
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６８と図６９）。しかしながら、図７０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わかる。
この吸音倍率と係数ａとの関係を表３に示す。
【００８１】
【表３】
2019093202.tif 000005
【００８２】
図７０および表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わかる。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。
表３から、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。
【００８３】
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２９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３８に示す。図３８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。
【００８４】
図３８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わかる。
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。気柱共鳴の共鳴周波数も図３８にプロットした。
【００８５】
図３８から、本発明の防音構造体は、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わかる。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。
【００８６】
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３６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３９に示す。
図３９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３９に示すグラフから近似式をもとめると、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わかる。
【００８７】
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４０に最大吸音率をヤング率に対して示した。図４０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わかる。
【００８８】
【表４】
2019093202.tif 000006
【００８９】
ここで、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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
また、可聴域で吸音効果を得られる観点から、吸音率が２０％以上となる高次振動モードの周波数が１ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの範囲に存在することが好ましく、１ｋＨｚ〜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。
本発明において可聴域とは、２０Ｈｚ〜２００００Ｈｚである。
【００９３】
また、可聴域内において、吸音率が最大となる周波数が２ｋＨｚ以上に存在するのが好ましく、４ｋＨｚ以上に存在するのがより好ましく、６ｋＨｚ以上に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。
【００９４】
また、上述した説明においては、音が、防音構造体１０の膜状部材の膜面に対して垂直に入射する場合を例として、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る点について説明を行ったが、本発明の防音構造体においては、防音構造体の膜状部材の膜面に対して音が斜め方向から入射する場合にも、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ものとするのが好ましい。
具体的には、膜状部材の表面に垂直な方向に対する角度が０°（垂直入射）、３０°、６０°のそれぞれ方向から入射する音に対して、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のが好ましい。
本発明の防音構造体は、斜め入射する音に対しても垂直入射する音と同様に消音することができる。このような特性により、音源と防音構造体がともに広い空間におかれた場合など、ランダム入射吸音が生じる場合においても特定音を強く消音できる。
【００９５】
また、小型化の観点から、防音構造体１０の最も厚みの厚い部分の厚み（図２中Ｌo）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。また、厚みの下限値は、膜状部材を適切に支持できれば限定はないが、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。
【００９６】
また、図１に示す例では、枠体１８は円筒形状としたが、これに限定はされず、膜状部材１６を振動可能に支持できれば、種々の形状とすることができる。例えば、図８に示すように、枠体１８は、直方体形状で一面に底面を有する開口部２０が形成された形状、すなわち、一面が開放された箱型形状としてもよい。なお、図８においては説明のため、膜状部材１６の図示を一部省略している。
【００９７】
また、図１に示す例では、枠体１８は、一方の面側で開口し、他方の面側で閉じられた開口部２０を有し、膜状部材１６が、枠体１８の開口面１９に配置される構成としたがこれに限定はされず、枠体１８は、両面が開放された開口部を有し、両方の開口面それぞれに、膜状部材１６を配置する構成としてもよい。
【００９８】
また、図１および図２に示す例では、背面空間２４は、枠体１８と膜状部材１６とに完全に囲まれた閉空間としたが、これに限定はされず、空気の流れが阻害されるように空間がほぼ仕切られていればよく、完全な閉空間の他に、膜やそのほかの部分に一部開口を有していても良い。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内の気体が膨張あるいは収縮して膜状部材１６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。
例えば、図９に示す例のように、膜状部材１６に貫通孔１７が形成されていてもよい。
貫通孔１７を設けることで、ピーク周波数を調整することができる。
膜部分に貫通孔を形成することで、空気伝搬音による伝搬が生じる。これによって膜の音響インピーダンスが変化する。また、貫通孔によって膜の質量が減少する。これらによって、共鳴周波数が変化したと考えられる。従って、貫通孔の大きさによってもピーク周波数をコントロールができる。
【００９９】
貫通孔１７が形成される位置については特に限定はない。例えば、図６４に孔ａとして示すように、膜状部材の面方向の中央の位置に貫通孔を設ける構成としてもよく、孔ｂとして示すように、枠体に固定された端部付近の位置に貫通孔を設ける構成としてもよい。
この場合、貫通孔の位置によって吸音率および吸音ピーク周波数（以下、吸音スペクトルともいう）が変化する。例えば、図６４の孔ａの位置に貫通孔を形成した場合の方が、孔ｂの位置に貫通孔を形成した場合よりも、貫通孔を形成しない場合に比べて吸音スペクトルの変化量が大きくなる。
【０１００】
図６５に膜状部材に貫通孔を形成した場合と、貫通孔を形成していない場合の周波数と吸音率との関係を表すグラフを示す。
図６５は、膜状部材が厚み５０μｍのＰＥＴフィルム、枠体の開口部が２０ｍｍ×２０ｍｍとし、背面距離を３ｍｍとしてシミュレーションして求めたグラフである。貫通孔は、直径を２ｍｍとし、膜状部材の中央位置（図６４の孔ａの位置）、膜状部材の端部位置（図６４の孔ｂの位置）にそれぞれ形成した。
図６５から、膜状部材の端部位置（図６４の孔ｂの位置）に貫通孔を形成した場合の吸音スペクトルは、膜状部材の中央位置（図６４の孔ａの位置）に貫通孔を形成した場合の吸音スペクトルよりも、貫通孔を形成しない場合の吸音スペクトルに近く、吸音スペクトル変化量が小さいことがわかる。
【０１０１】
貫通孔１７の大きさは、空気の流れが阻害される大きさであれば特に限定はない。具体的には、振動部分の大きさより小さい範囲の中で円相当直径で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、振動部分面積に対して貫通孔１７の面積は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。
貫通孔は複数あいていても同様に調整をすることができる。
【０１０２】
また、膜状部材は、その一方の面から他方の面に貫通する１つ以上の切断部を有する構成であってもよい。切断部は、膜状部材が振動する領域に形成されるのが好ましく、振動する領域の端部に形成されるのが好ましい。また、切断部は、膜状部材が振動する領域と枠体に固定される領域との境界に沿って形成されるのが好ましい。
また、切断部の長さは、膜状部材が振動する領域が完全に分割されない長さであれば限定はないが、枠直径に対して９０％未満であることが好ましい。
また、切断部は１つ形成されるものであってもよいし、２以上形成されていてもよい。
膜状部材に切断部を形成することで吸音する周波数をブロード化（広帯域化）することができる。
【０１０３】
あるいは、枠体の開口部の底面、すなわち、背面板に貫通孔を設けてもよい。これによって防音構造体内外の通気性を確保し、温湿度変化あるいは気圧変化等による各部の膨張（特に膜状部材）、結露等を防ぐことができる。
【０１０４】
また、枠体の開口部の底面（背面板）は、振動可能な膜状の部材であってもよい。背面板を膜状の部材とすることで、防音構造体を軽量化することができる。また、背面板が振動することで吸音効果を得ることができる。
【０１０５】
また、枠体の開口部の底面は、図２に示すように、枠体と一体的に形成される構成であってもよいし、背面板として別体で枠体に取り付けられる構成であってもよいし、あるいは、背面板として、板を枠体に取り付けるのではなく、防音構造体を設置する筺体等を背面板として利用して、枠体と筐体と膜状部材とによって背面空間を形成する構成であってもよい。例えば、防音構造体を設置する筐体の例としては、自動車のボディ部、通気材であっても流れ抵抗の大きな部材、その他自動車筺体、モーターのカバー、ファンのカバー部、複写機筺体などの電子デバイス筺体が挙げられる。
【０１０６】
また、枠体は、開口部の両端が開口する筒状の部材とし、枠体の一方の開口面に膜状部材が固定され、他方の開口面は解放された構成としてもよい。
このような構成の場合には、枠体の一方の開口面に固定された膜状部材から、枠体の他方の開口面までの長さをＬ1とし、開口端補正距離をδとし、膜状部材のいずれかの高次振動モードの周波数における波長をλaとし、ｎを０以上の整数とすると、
（（λa／４−λa／８）＋ｎ×λa／２−δ）≦Ｌ1≦（（λa／４＋λa／８）＋ｎ×λa／２−δ）・・・式（１）
を満たすことが好ましい。
すなわち、
（（λa／４−λa／８）＋ｎ×λa／２）≦Ｌ1＋δ≦（（λa／４＋λa／８）＋ｎ×λa／２）・・・式（２）
を満たすことが好ましい。
【０１０７】
筒状の枠体と膜状部材とからなる有底筒状の閉管には、気柱共鳴が生じうる。
周知のとおり、閉管における気柱共鳴では、閉口端で固定端となり、定常波の節となる。一方、開口端は自由端となり、定常波における腹となる。ここで、実際には定常波の腹の位置は管の外側に発生する。これを開口端補正といい、開口端から実際の定常波の腹の位置までの距離を開口端補正の長さδという。なお、円筒形の閉管の場合の開口端補正の長さは、大凡０．６１×管半径で与えられる。
したがって、気柱共鳴において閉管内に１つの１／４波長が生じる基本振動の１／４波長は、Ｌ1＋δとなる。
【０１０８】
式（２）にｎ＝０の場合を考えると、Ｌ1＋δが、（λa／４−λa／８）≦Ｌ1＋δ≦（λa／４＋λa／８）を満たすとは、気柱共鳴の基本振動の１／４波長と、膜振動単体の高次振動モードの共振周波数に対応する波長λaの１／４波長（λa／４）とが、±λa／８の幅で一致することを意味する。すなわち、気柱共鳴の共振周波数での波長と、膜振動単体の共振周波数での波長とが略一致する。
【０１０９】
ここで、Ｌ1＋δ＝λa／２を満たす場合を考えると、この場合は筒への入射波と閉管による反射波が互いに打ち消し合って、閉管内に生じる定在波は０となる。すなわち、この場合は波の打ち消し合いにより、閉管による強めあいの効果は一切起こらない。
閉管による入射波と反射波の干渉に関して、Ｌ1＋δが、λa／４−λa／８からλa／４＋λa／８の範囲になる場合は、入射波と反射波が互いに強めあいの位相関係となる。一方で、例えばλa／４＋λa／８から３×λa／４−λa／８の範囲では入射波と反射波が互いに弱め合いの位相関係となる。
よって、閉管によって強めあいの関係となる、（λa／４-λa／８）−δ≦Ｌ1≦（λa／４+λa／８）−δ、の場合は管が存在することによって音場が強められる範囲となる。
【０１１０】
ｎ＝１の場合は、閉管内に３つの１／４波長が生じる３倍振動の振動モードの場合であり、ｎ＝２の場合は、５倍振動モードの場合である。このような高次の振動モードの場合も上記と同様に考えると、波長λaと長さＬ1とが、（λa／４−λa／８）＋ｎ×λa／２−δ≦Ｌ1≦（λa／４＋λa／８）＋ｎ×λa／２−δ、を満たすとは、気柱共鳴の共振周波数での波長と、膜振動単体の共振周波数での波長とが略一致することを意味している。
言い換えると、上記式（１）を満たす防音構造体は、膜状部材の膜振動単体での共振周波数と、膜部材を剛体とみなした際の筒状部材と膜状部材とからなる閉管における気柱共鳴の共振周波数とが略一致することを意味する。
防音構造体が上記式（１）を満たすことで、吸音率を向上することができ、また、吸音する周波数を広帯域化することができる。
【０１１１】
長さＬ1は、（λa／４-λa／８）−δ≦Ｌ1≦（λa／４+λa／８）−δを満たすのが好ましい。言い換えると、長さＬ1は、気柱共鳴の基本振動の１／４波長と、膜振動単体の共振周波数に対応する波長の１／４（λa／４）とが、±λa／８の幅で一致する長さとするのが好ましい。
これにより、枠体の長さを短くすることができ防音構造体を小型軽量化できる。
【０１１２】
また、図１に示す例では、防音構造体は、１つの開口部を有する枠体を用いる構成としたが、これに限定はされず、防音構造体は、２以上の開口部を有する枠体を用いて、各開口部に膜状部材を配置する構成としてもよい。言い換えると、１つの開口部を有する枠体と１つの膜状部材とを有する防音構造体を１つの防音セルとして、複数の防音セルの枠体が一体化した構成を有する防音構造体としてもよい。さらに、各防音セルの膜状部材が一体化したものであってもよい。
【０１１３】
例えば、図２２に示す例では、防音構造体は、同じ面に形成された３つの開口部を有する枠体３０ｄと、３つの開口部を覆う大きさの膜状部材１６ｆとを有し、膜状部材１６ｆが枠体３０ｄの３つの開口部が形成された面に接着剤／粘着剤等によって固定されている。膜状部材１６ｆは、３つの開口部それぞれを覆っており、各開口部部分が独立に振動可能である。また、各開口部内には、膜状部材１６ｆと枠体３０ｄとに囲まれて背面空間２４が形成されている。すなわち、図２２に示す例は、防音構造体は、３つの防音セルを有し、各防音セルの枠体、および、膜状部材がそれぞれ一体化した構成を有する。
【０１１４】
ここで、図２２に示す例では、各防音セルは同一の厚みで、同一平面内に配列される構成としたが、これに限定はされない。厚みの観点から、同一の厚みで、同一平面内に配列されることが好ましい。
【０１１５】
また、図２２に示す例では、各防音セルは同じ仕様であり、同じ共鳴周波数を有する構成としたが、これに限定はされず、防音構造体は、異なる共鳴周波数を有する防音セルを有する構成としてもよい。具体的には、防音構造体は、背面空間の厚み、膜の材質、および、膜の厚み等の少なくとも１つが異なる防音セルを有していてもよい。
【０１１６】
例えば、図２３に示す例の防音構造体は、枠体３０ａが、大きさの異なる３種の開口部をそれぞれ２つ有しており、各開口部には、大きさの異なる膜状部材１６ａ〜１６ｃが配置されている。すなわち、図２３に示す例の防音構造体は、膜状部材が振動する領域の面積が異なることによって、共鳴周波数が異なっている防音セルを３種、有する構成である。
【０１１７】
また、図２４に示す例の防音構造体は、枠体３０ｂが、深さの異なる３種の開口部を有しており、各開口部に膜状部材１６が配置されている。すなわち、各防音セルは、厚みの異なる背面空間２４ａ〜２４ｃを有している。従って、図２４に示す例の防音構造体は、背面空間の厚みが異なることによって、共鳴周波数が異なっている防音セルを３つ有する構成である。
【０１１８】
また、図２５に示す例の防音構造体は、材質の異なる２種の膜状部材１６ｄおよび１６ｅと、６つの開口部を有する枠体３０ｃとを有しており、６つの開口部それぞれに、２種の膜状部材１６ｄおよび１６ｅのいずれか一方が、交互に配置されている。従って、図２５に示す例の防音構造体は、膜状部材の材質が異なることによって、共鳴周波数が異なっている防音セルを２種、有する構成である。
【０１１９】
図２３〜図２５に示す例の防音構造体のように、異なる共鳴周波数を有する防音セルを有する構成とすることで、複数の周波数帯域で同時に消音することができる。
なお、図２３〜図２５に示す例では、防音構造体は、各防音セルの枠体を一体化した構成としたが、これに限定はされず、異なる周波数帯域で消音する独立した防音セルを並べたり敷き詰めたりすることでも、複数の周波数に対応させることができる。
【０１２０】
また、図１０に示す例のように、本発明の防音構造体は、背面空間２４内に多孔質吸音体２６を有する構成としてもよい。
背面空間２４に多孔質吸音体２６を配置することで、ピーク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できる。
【０１２１】
また、図２６に示す例のように、防音構造体は、膜状部材１６ｆの上面（枠体３０ｄとは反対側の面）に配置される多孔質吸音体２６ａを有していてもよいし、枠体３０ｄの側面および底面等の外側面に配置される多孔質吸音体２６ｂを有していてもよい。これにより、膜振動による共鳴的な消音と、多孔質吸音体による広帯域な吸音効果を併用することができる。
【０１２２】
多孔質吸音体２６としては、特に限定はなく、従来公知の多孔質吸音体が適宜利用可能である。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およ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およびガラス不織布等のファイバーおよび不織布類材料；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；石膏ボード；種々の公知の多孔質吸音体が利用可能である。
【０１２３】
多孔質吸音体の流れ抵抗σ1に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。
多孔質吸音体の流れ抵抗は、１ｃｍ厚の多孔質吸音体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。または「ＩＳＯ  ９０５３」に従って評価してもよい。
【０１２４】
枠体１８の材料としては、金属材料、樹脂材料、強化プラスチック材料、および、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、銅および、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、および、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）、および、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）、シリコーンゴム等なら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（ＰＰ，ＰＥＴ,ＰＥ，ＰＣなど）ハニカムコア（岐阜プラスチック工業株式会社製ＴＥＣＣＥＬＬなど）など様々な素材で形成されたハニカムコア材料を枠体として使用することが可能である。
また、枠材料として、空気を含む構造体、すなわち、発泡材料、中空材料、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たと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、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。独立気泡体を用いることで、連続気泡体と比較すると音、水、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、多孔質吸音体と枠体の材料として挙げたものを、例えば混合、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。
【０１２５】
ここで、枠体１８は、高温となる位置配置可能な点から、難燃材料より耐熱性の高い材料からなることが好ましい。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。ただし耐熱性は各分野ごとで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１８を、その分野で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。
【０１２６】
枠体１８の肉厚（フレーム厚み、図２中のｔ1）および厚み（開口面に垂直な方向の高さ、図２中のＬb）も、膜状部材１６を確実に固定、支持することができれば、特に制限的ではなく、例えば、枠体１８の開口断面の大きさ等に応じて設定することができる。
【０１２７】
膜状部材１６の材料としては、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、および、イリジウム等の各種金属；
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）および、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）および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、シリコーンゴム等なら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。または、それらを組合せたものでもよい。
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。
【０１２８】
熱、紫外線、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膜状部材１６の材料として金属材料を用いることが好ましい。
【０１２９】
また、枠体１８への膜状部材１６の固定方法は特に制限的ではなく、両面テープまたは接着剤を用いる方法、ネジ止め等の機械的固定方法、圧着等が適宜利用可能である。固定方法についても、枠体や膜体と同様に耐熱、耐久性、耐水性の観点から選択することができる。例えば、接着剤としては、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）」、太陽金網株式会社製耐熱エポキシ系接着剤「Duralcoシリーズ」などを選択することができる。また、両面テープとしては、スリーエム製高耐熱両面粘着テープ9077などを選択することができる。このように、要求する特性に対して様々な固定方法を選択することができる。
【０１３０】
また、枠体１８と膜状部材１６をともに樹脂材料など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、ポリカーボネートなど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、枠体１８および／または膜状部材１６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することができる。可視光を反射防止することで、枠体１８および／または膜状部材１６の視認性が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、代替として用いることができる。
【０１３１】
また、枠体１８もしくは膜状部材１６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ため、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や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１６として利用してもよい。例えば、窓部材の代替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。
【０１３２】
環境温度が変化する系では、枠体１８の材料と膜状部材１６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、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、環境温度に於ける熱膨張係数（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線膨張率が知られており、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於いて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。
【０１３３】
また、膜状部材を振動可能に支持する支持体（枠体）は、膜状部材を膜振動可能に支持できればよく、例えば、各種電子機器の筐体の一部であってもよい。
また、筺体側に枠体をあらかじめ一体成型し、膜を後から取り付けることもできる。
また、支持体は、枠体である構成に限定はされず、平板状の部材であってもよい。平板状の支持体を用いる場合には、膜状部材を湾曲させて端部を支持体に固定することで、膜状部材を膜振動可能に支持することができる。
また、膜の固定部を接着剤等で部材に固定したのちに、背面側より圧力をかけて膜状部材を膨らませたのちに、背面側を板で塞ぐ構成によっても、枠体による支持なしに膜振動可能に支持することができる。
【０１３４】
以上、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詳細に説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、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。
【実施例】
【０１３５】
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。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、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。【０１３６】
［実施例１］
＜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。
枠体は次のようにして作製した。
厚み１ｍｍ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。また、外径４０ｍｍの円形状の板を１枚作製した。作製したドーナツ状の板と円形状の板とを外径を一致させて両面テープ（アスクル製現場のチカラ）を用いて貼り合わせて枠体を作製した。
作製した枠体の開口面側に、すなわち、ドーナツ状の板の、円形状の板とは反対側の面に膜状部材（ＰＥＴフィルム）を両面テープで貼り合せて防音構造体を作製した。
防音構造体の背面空間の厚みは１ｍｍである。また、背面空間は閉じた閉空間である。また、枠体の内径（円相当直径）が、膜振動部のサイズであり、２０ｍｍである。【０１３７】
＜評価＞
作製した防音構造体を膜状部材側から音を入射させる配置で音響管測定を行った。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を用いることができる。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、膜状部材側を音響入射面側として配置し、垂直入射吸音率の評価を行った。
測定した周波数と吸音率との関係を表すグラフを図１１に示す。【０１３８】
図１１において、２０００Ｈｚ付近に存在する極大値（局所ピーク）が基本振動モードに対応する吸音である。図１１からわかるように、基本振動モードの周波数における吸音率は１０％未満であった。
また、図１１から、基本振動モードの周波数よりも高い周波数に極大値が複数存在することがわかる。これらは高次の振動モードに対応する吸音である。複数の高次振動モードに対応する周波数での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。中でも、４次振動モードに対応する、約５．９ｋＨｚの周波数において最大吸音率となり、９９％以上の吸音率となった。また、３．５ｋＨｚから８．５ｋＨｚまでの広い帯域において、複数の吸音ピークが存在しており、広い帯域で高い吸音率を示す。
このように、本発明の防音構造体は、高次振動モードを用いて吸音を行なうことによって、高周波領域において非常に大きな吸音率を得られることがわかる。また、複数の高次振動モードに対応する周波数においてそれぞれ吸音ピークを示すために、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わたる大きな吸音効果を得られることがわかる。【０１３９】
［比較例１］
膜状部材の厚みを２５０μｍとし、枠体の内径を１０ｍｍとし、背面空間の厚みを２０ｍｍ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、評価を行った。
なお、枠体は、内径（開口部の直径）１０ｍｍ、外径４０ｍｍのドーナツ状（リング形状）の板を２０枚作製し、２０枚のドーナツ状の板と１枚の円形状の板とを外径を一致させて両面テープ（アスクル製現場のチカラ）を用いて貼り合わせて作製した。
測定した周波数と吸音率との関係を表すグラフを図１２に示す。【０１４０】
図１２から、基本振動モードの周波数は７．８ｋＨｚ程度となることがわかる。しかし、その最大吸音率は２０％に満たない。すなわち、共鳴周波数においても８０％以上の音は反射されてしまい消音されていないことを示す。【０１４１】
以上の結果から、膜状部材の厚みを大きくすることで膜を硬くして、基本振動モードを高周波化するという従来の設計手法では、高周波領域では音が反射されてしまうために高い吸音率が得られないことが実験的にも分かった。したがって、膜振動の基本振動モードを利用して高周波領域の防音を行なうことは不適であることがわかった。【０１４２】
［実施例２］
背面空間の厚みを２ｍｍ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、評価を行った。
なお、枠体は、内径２０ｍｍ、外径４０ｍｍのドーナツ状（リング形状）の板２枚と１枚の円形状の板とを外径を一致させて両面テープ（アスクル製現場のチカラ）を用いて貼り合わせて作製した。
測定した周波数と吸音率との関係を表すグラフを図１３に示す。【０１４３】
実施例２は背面空間の厚みを実施例１より大きくしたことによって、高次振動モードによる吸音ピークが実施例１よりは低周波側に現れている。３．５ｋＨｚ〜５．０ｋＨｚ帯に３本のほぼ１００％となる吸音ピークを得ることができた。このように、複数の高次振動モードが現れるために、高い吸音率を広帯域に得られることがわかる。
以上の結果から、背面空間の厚みを変えることで、高次振動モードによる吸音ピークの周波数を所望の周波数に設計できることがわかる。【０１４４】
［実施例３］
枠体の内径を１０ｍｍ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、評価を行った。
なお、枠体は、内径１０ｍｍ、外径４０ｍｍのドーナツ状（リング形状）の板１枚と１枚の円形状の板とを外径を一致させて両面テープ（アスクル製現場のチカラ）を用いて貼り合わせて作製した。
測定した周波数と吸音率との関係を表すグラフを図１４に示す。【０１４５】
図１４から、基本振動モードによる吸音周波数は２ｋＨｚにあるが、その吸音率は２０％程度であり、高次の振動モードによる吸音ピークの吸音率のほうが高くなっていることがわかる。図１４から、４．７ｋＨｚと８．０ｋＨｚとに高次振動モードに起因する明確なピーク吸音が現れていることがわかる。
実施例３は、枠体のサイズ、すなわち、膜状部材が振動する領域のサイズを小さくしたことで、高次振動モードの周波数が実施例１と比較するとまばらになっている。すなわち、膜状部材が振動する領域の平面サイズを変えることで高次振動モードの存在する間隔を制御することができる。膜状部材が振動する領域の平面サイズが小さいほど、高次振動モードはまばらとなる。
このように、膜状部材の振動面積を変更することでも、高次振動モードによる吸音ピークの周波数とそのまばらさを、所望の周波数に対して設計できることがわかる。【０１４６】
［参考例１］
背面空間の厚みを２０ｍｍ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、評価を行った。
なお、枠体は、内径１０ｍｍ、外径４０ｍｍのドーナツ状（リング形状）の板２０枚と１枚の円形状の板とを外径を一致させて両面テープ（アスクル製現場のチカラ）を用いて貼り合わせて作製した。
測定した周波数と吸音率との関係を表すグラフを図１５に示す。【０１４７】
図１５から、基本振動モードによる吸音が２ｋＨｚにおいて９０％以上生じていることがわかる。一方で、高次振動モードに起因する吸音率は、基本振動モードの吸音率より遥かに小さくなっている。
よって、膜状部材部分の構成が同一であっても高次振動モードが必ず励起されるのではなく、実施例では、背面空間との相互作用によって高次振動モードによる大きな吸音が生じていることがわかる。【０１４８】
［実施例４］
枠体の内径を１５ｍｍ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、評価を行った。
なお、枠体は、内径１５ｍｍ、外径４０ｍｍのドーナツ状（リング形状）の板１枚と１枚の円形状の板とを外径を一致させて両面テープ（アスクル製現場のチカラ）を用いて貼り合わせて作製した。
測定した周波数と吸音率との関係を表すグラフを図１６に示す。【０１４９】
［実施例５］
枠体の内形を正方形状とし、外形は直径４０ｍｍの円形、内形を一辺１３．３ｍｍとし、膜状部材の振動部分の形状を正方形状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、評価を行った。
この枠体の開口部の面積（１３．３ｍｍ×１３．３ｍｍ）は実施例４の直径１５ｍｍの円形状の場合と同じ面積である。すなわち、枠直径（円相当直径、膜振動部のサイズ）は１５ｍｍである。
測定した周波数と吸音率との関係を表すグラフを図１７に示す。【０１５０】
図１６および図１７から、実施例４および実施例５ともに高次振動モードによる大きな吸音ピークが複数生じていることがわかる。さらに振動モードが高次であるほど、実施例４と実施例５とで高次振動モードの周波数にずれがあることがわかる。
実施例４と実施例５とは、膜状部材の振動面積が同じであるため、振動の形が比較的単純な低次振動モードでは、膜振動部のエッジ付近の影響が小さく、振動モードにおける周波数が近くなる。一方で、より高次振動モードであるほど膜上に複雑な振動形状が生じるために、枠体の開口部の面積、すなわち、膜状部材が振動可能な面積だけでなく、枠体の開口部の形状（膜振動部のエッジに対応）の影響を受けやすい。よって、振動モードが高次であるほど、枠体の開口部の面積だけでなく形状によっても、振動モードにおける周波数が変化することがわかる。
以上の結果から、高次振動モードを利用する本発明の防音構造体は、高周波においても高い吸音率を示すだけではなく、複数の高次振動モードによる広帯域にわたる吸音を行うことができ、また、複数の周波数を同時に吸音することができる。その周波数および帯域は、膜振動部（枠体の開口部）の面積だけでなく、膜振動部の形状（固定端部の形状）によってもコントロールできることがわかる。【０１５１】
表５に、実施例１〜５、比較例１および参考例１の構成をまとめて示す。【０１５２】
【表５】
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【０１５３】
［シミュレーション１］
多孔質吸音体が背面空間に存在する効果を、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たシミュレーションによって検討した。
COMSOL音響モジュールのポロシティ計算を用いて、多孔質吸音体の効果を計算に組み込んだ。Delany-Bazley式に従って多孔質吸音体の吸音率を計算する手法である。【０１５４】
防音構造体１０の計算モデルにおいて、枠体１８は、図１に示すような円筒形状で、開口部の直径が２０ｍｍとした。膜状部材１６は厚み５０μｍとし、ヤング率は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、背面空間の厚みは１ｍｍ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。
このような計算モデルにおいて、背面空間内に多孔質吸音体が満たされていることをモデル化するために、背面空間内が流れ抵抗１００００（Pa s/m2）、２００００（Pa s/m2）、５００００（Pa s/m2）であるとしてそれぞれ計算を行った。これらの流れ抵抗の値は、通常の吸音用のグラスウールやロックウールで典型的な値である。【０１５５】
多孔質吸音体がないときの構成（背面空間は空気、流れ抵抗０（Pa s/m2）に相当）も加えて、計算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。
図１８から、背面空間内に多孔質吸音体を配置することで、吸音率の最大値は低下する代わりに、特に低周波側において広帯域化することができることがわかる。このように、帯域が重要な場合は、多孔質吸音体と組み合わせた構成を用いることで、広帯域化することができることがわかる。【０１５６】
［シミュレーション２］
膜状部材に貫通孔を設けることの効果をシミュレーションによって検討した。
COMSOLの熱粘性音響計算を貫通孔に適用し、膜振動と貫通孔透過音の連成計算を行うことで、膜状部材に貫通孔がある場合の吸音効果を計算した。これによって、貫通孔内部での熱粘性摩擦による吸音効果を取り込むことができる。【０１５７】
防音構造体１０の計算モデルにおいて、枠体１８は、図１に示すような円筒形状で、開口部の直径が２０ｍｍとした。膜状部材１６は厚み５０μｍとし、ヤング率は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、背面空間の厚みは１ｍｍ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。
このような計算モデルにおいて、膜状部材の中央部に直径１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍの貫通孔を有する場合をそれぞれ計算した。【０１５８】
貫通孔がないときの構成も加えて、計算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。
図１９から、貫通孔が存在することで高次振動モードの周波数が高周波化することがわかる。貫通孔の直径が大きいほど高周波化が大きい。
膜状部材に貫通孔ができることで、膜振動による透過音の他に貫通孔内の空気を伝搬する音も生じる。これによって膜面の音響インピーダンスが変化する。すなわち、膜状部材を、膜振動音と貫通孔内空気伝搬音の並列等価回路として取り扱うことができる。また、膜自体も貫通孔が設けられたことによって質量が減少し、これも共鳴を高周波化させる。これらによって、共鳴周波数が変化したと考えられる。
このように、膜状部材に貫通孔を形成することによって、高次振動モードによる吸音ピークの周波数を所望の周波数に設計できることがわかる。【０１５９】
［シミュレーション３］
一般に、有機膜より金属膜および無機膜の方がヤング率が大きい。膜状部材の材料として金属膜を用いた場合について、シミュレーションを用いて検討した。
具体的には、膜状部材のヤング率をアルミニウムのヤング率である６９ＧＰａとし、膜状部材の厚みを１０μｍ、枠体の開口部の直径が１０ｍｍとしてモデル化した。背面空間の厚みは０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍとしてそれぞれ計算を行なった。
計算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。【０１６０】
図２０から、膜状部材の材料としてヤング率の高い材料（アルミニウム）を用いた場合も、基本振動モードに対応する２．９ｋＨｚにおける吸音率よりも、より高周波側にある高次振動モードに対応する周波数で吸音率が高くなることがわかる。また、背面空間の厚みを小さくするにつれて、より高次の振動モードに対応する周波数で吸収率が最大になることがわかる。【０１６１】
同様に、膜状部材のヤング率を銅のヤング率である１１７ＧＰａとした以外は、上記アルミニウムの場合と同様にしてシミュレーションを行なった。背面空間の厚みは０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍとしてそれぞれ計算を行なった。
計算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。【０１６２】
図２１から、膜状部材の材料として、よりヤング率の高い材料（銅）を用いた場合も、高次振動モードに対応する周波数で吸音率が最大になることがわかる。
以上の結果から、膜状部材の材料としてヤング率の高い材料（アルミニウム、銅）を用いても、ヤング率の低い材料（ＰＥＴフィルム）を用いた場合と同様に、背面空間の厚みが小さくなることで吸音率のピークが高周波側にシフトすることがわかる。
従って、より熱などに耐久性の高い金属材料を用いた場合においても、本発明の防音構造体の構成で高周波側を高次振動モードによって吸音することができることがわかる。【０１６３】
［シミュレーション４］
枠体１８は、円筒形状で、開口部の直径が２０ｍｍとした。また、背面板はアクリル板のヤング率（３ＧＰａ）とし、厚み２ｍｍとした。膜状部材１６は厚み５０μｍとし、ヤング率は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、背面空間の厚みは２ｍｍとした。
このような計算モデルにおいて、背面板に貫通孔なしの場合と、背面板の中央に直径１ｍｍの貫通孔を有する場合と、背面板の中央に直径２ｍｍの貫通孔を有する場合とでそれぞれシミュレーションを行って吸音率を算出した。
結果を図４１に示す。【０１６４】
図４１から、背面板に形成される貫通孔の直径が１ｍｍの場合では、貫通孔なしの場合と比べてスペクトルの変化が小さく、高い吸音率を維持できることがわかる。また、貫通孔の直径が２ｍｍの場合でも、高周波側では吸音率が大きいことがわかる。高周波の音は貫通孔を通りにくいために、このような振る舞いとなる。
以上の結果から、背面板に貫通孔をあけても高い吸音率を有する防音構造体とすることができることがわかる。【０１６５】
［シミュレーション５］
背面空間の厚みを３ｍｍとし、背面板をＰＥＴフィルム（ヤング率４．５ＧＰａ）として、背面板の厚み２００μｍ、５００μｍ、１０００μｍそれぞれでシミュレーションを行い、吸音率を算出した。
結果を図４２に示す。【０１６６】
図４２から、背面板が厚み１０００μｍのＰＥＴフィルムの場合は、厚み２ｍｍのアクリル板の場合と比べてスペクトルの変化がほぼないことがわかる。一方、厚みがより薄い場合にはスペクトル形状が異なるが、背面板が２ｍｍ厚みのアクリル板の場合の吸音周波数付近で高い吸音率を示すことがわかる。【０１６７】
上記と同様にして、背面板をアルミニウム板（ヤング率６９ＧＰａ）として、厚み１００μｍ、２００μｍ、５００μｍそれぞれでシミュレーションを行い、吸音率を算出した。
結果を図４３に示す。【０１６８】
図４３から、アルミニウム板は、ＰＥＴフィルムよりも硬いため、厚み５００μｍであっても、背面板が２ｍｍのアクリル板の場合とほぼ変わらない吸音特性を示すことがわかる。また、厚みがより薄い場合にはスペクトル形状が異なるが、背面板が２ｍｍ厚みのアクリル板の場合の吸音周波数付近で高い吸音率を示すことがわかる。【０１６９】
［シミュレーション６］
高次振動モードにおける吸収を高めるために、高次振動モードの膜振動共鳴と気柱共鳴をと組み合わせることを検討した。これによって背面が閉じられていない構造による吸収を検討した。【０１７０】
まず、膜振動単体の吸音特性を調べた。
枠体の開口部の大きさを２０ｍｍ×２０ｍｍとし、フレーム幅を２ｍｍとし、厚みを１ｍｍとし、膜状部材を厚み５０μｍのＰＥＴフィルムとして、枠体の開口面に膜状部材を固定した防音構造体を作製した。
作製した防音構造体の透過率、反射率を測定し、吸収率を求めた。その際、ダクト、スリーブなどの筒構造において、その一部に風や熱を通すことを想定して筒構造内が閉塞せず開口部分を有するように、４０ｍｍ×２４ｍｍの長方形断面を有する音響管内の略中央部に防音構造体を配置するものとした。すなわち、防音構造体の両側に、幅９ｍｍの開口部が形成されるように防音構造体を音響館内に配置するものとした。
その結果、１３００Ｈｚの基本振動モードのほかに、３２００Ｈｚを中心とした高次振動モードに起因する吸収もみられた。シミュレーション６では、この３２００Ｈｚの高次振動モードに着目して検討を行った。【０１７１】
次に、枠体の厚みを１ｍｍから５０ｍｍまで１ｍｍ刻みで変更した構造をモデル化し、それぞれ膜振動の周波数である３２００Ｈｚに着目して吸収率と透過率を計算した。すなわち、枠体と膜状部材とで形成される筒構造の筒長さを変更して吸収率と透過率を計算した。
結果を図４４および図４５に示す。【０１７２】
図４４および図４５から、筒長さ（枠体の厚み）を変化させることで、吸収率が変化することがわかる。図４４より筒長さが２８ｍｍの場合に吸収率が最大化することがわかる。
一方、周波数３２００Ｈｚに対応するλa／４は、２７ｍｍであり、このλa／４に一致するときに吸収率が最大化することがわかる。このとき、膜振動の高次振動モードにおける周波数と、膜状部材が剛体だと仮定した場合に背面に形成される気柱共鳴の周波数が一致している。よって、膜振動の高次振動モードの周波数と気柱共鳴の周波数が一致したときに、高次振動モードにおける吸収を最大化することができることがわかる。【０１７３】
［実施例６］
シミュレーション６の結果から、枠体の厚み、すなわち、筒長さが２８ｍｍ、２５ｍｍ、３０ｍｍ、５０ｍｍとなる防音構造体を作製し、シミュレーション６と同じ条件で、４０ｍｍ×２４ｍｍの長方形断面形状の音響管を用いて、マイク４端子法による透過率反射率測定を行った。透過率と反射率を求め、そこから吸収率を求めた。
図４６にそれぞれの吸収率スペクトルを示す。図４６においては、例えば、筒長さが２８ｍｍの場合を筒２８ｍｍと示す。【０１７４】
図４６から、筒長さが２８ｍｍの場合に膜振動の高次振動モードの周波数である３２００Ｈｚ付近で大きな吸収を得られることがわかる。一方、筒長さが５０ｍｍの場合には、気柱共鳴の周波数と膜振動の周波数がずれるために高次振動モードによる吸収を大きく得られてはいない。
以上から、膜振動の高次振動モードの周波数と気柱共鳴の共鳴周波数とを合わせることで、高次振動モードにおける吸収を大きくすることができることがわかる。【０１７５】
［実施例７］
実施例５の、一辺１３．３ｍｍの正方形状の振動部分を有する構造について、その固定端部付近の膜面にカッターナイフを用いて切り込みを入れて切断部を形成する検討を行った。
一辺に切り込みを入れた構造（実施例７−１）と、向かい合う二辺に切り込みを入れた構造（実施例７−２）を作製し、実施例５と同様にして吸音率を測定した。
結果を図４７に示す。【０１７６】
図４７からわかるように、実施例５においては６０００〜７０００Ｈｚ付近で吸音率が落ちこみ、１０％未満になる領域があった。これに対して、実施例７−１および実施例７−２では、膜状部材に切り込みを入れて切断部を形成することで吸音ピークがシフトするとともにブロード化し、大きく吸音率が落ち込む領域がなくなり、６０００〜７０００Ｈｚの領域で２０％以上の吸音率を示した。また７５００Ｈｚ以上の高周波領域においても吸音のすそ野が広がり、高い吸音率が高周波まで広がった。
このように、膜状部材に（特に端部に）切り込みを入れることで吸音をブロード化する効果がある。【０１７７】
［実施例８］
背面距離を４ｍｍに変えた以外は実施例１と同様に防音構造体を作製し、評価を行った。
結果を図４８に示す。
図４８から、基本振動モードの吸音率より高次振動モードの吸音が大きくなっていることがわかる。【０１７８】
［実施例９〜１４］
背面距離を３ｍｍとし、枠体の開口部のサイズを１８ｍｍ×１８ｍｍ（円相当直径２０ｍｍ）から２３ｍｍ×２３ｍｍ（円相当直径２６ｍｍ）まで、１ｍｍ刻みで変更した以外は実施例５と同様に防音構造体を作製し、評価を行った。なお、測定には直径４０ｍｍの音響管を用いた。直径４０ｍｍの音響管では、４ｋＨｚ付近まで吸音率を測定することができる。
結果を図４９〜図５４にそれぞれ示す。【０１７９】
図４９〜図５４から、それぞれ、基本振動モードの吸音率より高次振動モードの吸音率が大きくなっていることがわかる。また、開口部のサイズ（枠直径）が大きいほど、同一の膜を用いていても、膜の振動部分面積が大きくなるために構造体としての膜は揺れやすくなる。このため、同じ膜を用いていても、開口部のサイズが大きいほど吸音ピークとなる振動モードが高次側に移行する。すなわち、開口部のサイズが変わると、膜状部材の硬さ（Ｐａ・ｍ3）と背面距離ｄ（ｍ）と枠直径Φ（ｍ）との関係式Ｅ×ｔ3（Ｐａ・ｍ3）≦２１．６×ｄ-1.25×Φ4.15の右辺のΦの値が変わる。図４９〜図５４から、この領域においては、開口部のサイズを変化させると、開口部が大きいと膜が揺れやすいために４次振動モード、開口部が小さいと膜が揺れにくいため３次振動モードの吸音が大きくなることが分かった。すなわち、開口部のサイズが変わると、吸音ピーク周波数は一律に変化していくのではなく、吸音する振動モードの移り変わりが生じるため、吸音ピーク周波数に大きな変化はないことがわかる。【０１８０】
［実施例１５〜１６］
膜状部材を厚み１０μｍのアルミニウム箔（アズワン株式会社製  型番3-2153-03）とし、背面距離をそれぞれ２ｍｍ、５ｍｍ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、評価を行った。測定には直径２０ｍｍの音響管を用いた。
結果を図５５および図５６に示す。【０１８１】
［実施例１７］
膜状部材を厚み１２μｍのアルミニウム箔（三菱アルミニウム株式会社製  三菱ホイル）を用い、背面距離を３ｍｍとした以外は実施例１５と同様に防音構造を作製し、評価を行った。
結果を図５７に示す。【０１８２】
［実施例１８］
膜状部材を厚み２５μｍのアルミニウム箔（住軽アルミ箔株式会社製  マイホイル）を用い、背面距離を２ｍｍとした以外は実施例１５と同様に防音構造を作製し、評価を行った。
結果を図５８に示す。
図５５〜図５８から膜状部材としてアルミニウム箔を用いた場合でも基本振動モードの吸音率より高次振動モードの吸音率が大きくなっていることがわかる。また、市販のアルミニウム箔を用いることができることがわかる。【０１８３】
［実施例１９］
膜状部材を厚み１０μｍの銅箔（アズワン株式会社製  型番3-2349-01）を用い、背面距離を２ｍｍとした以外は実施例１５と同様に防音構造を作製し、評価を行った。
結果を図５９に示す。
図５９から膜状部材として銅箔を用いた場合でも基本振動モードの吸音率より高次振動モードの吸音率が大きくなっていることがわかる。【０１８４】
［実施例２０］
膜状部材を厚み５μｍのステンレス箔（ＳＵＳ３０４、アズワン株式会社製  型番3-2157-02）を用い、背面距離を５ｍｍとした以外は実施例１５と同様に防音構造を作製し、評価を行った。
結果を図６０に示す。
図６０から膜状部材としてステンレス箔を用いた場合でも基本振動モードの吸音率より高次振動モードの吸音率が大きくなっていることがわかる。
以上、実施例１５〜２０から、膜状部材として金属箔を用いても、基本振動モードの吸音率より高次振動モードの吸音率が大きくできることがわかった。【０１８５】
次に、膜状部材に貫通孔が形成された構成について検討した。【０１８６】
［実施例２１］
背面距離を３ｍｍとした以外は、実施例１と同様に防音構造体を作製し、評価を行った。
結果を図６１に示す。【０１８７】
［実施例２２および２３］
膜状部材の中央にポンチを用いて貫通孔を形成した以外は実施例２１と同様に防音構造体を作製し、評価を行った。貫通孔の直径はそれぞれ２ｍｍ、４ｍｍである。
結果を図６２、図６３に示す。【０１８８】
図６１〜図６３から、実施例２１〜２３は、いずれも基本振動モードの吸音率より高次振動モードの吸音率が大きいことがわかる。また、実施例２１と実施例２２および２３との対比から、膜状部材に貫通孔を開けても膜振動による吸音が十分に機能していることがわかる。また、膜状部材に貫通孔を形成した構造は、貫通孔のない防音構造体と比べて、高次振動モードによる吸音が高周波側にシフトしていることがわかる。また、貫通孔をあけることで、基本振動モードの吸音率が大きくなることが分かった。
したがって、貫通孔が形成された膜状部材を用いることで、背面距離の小さいコンパクトな構造であって基本振動モードの周波数付近の低周波側でも大きな吸音効果を得ると同時に、高周波側の高次振動モードの周波数で高い吸音率を示す防音構造体とできることが明らかになった。【０１８９】
［実施例２４］
膜状部材を厚み１００μｍのＰＥＴフィルムとし、枠体の開口部のサイズを３０ｍｍ×３０ｍｍ（円相当直径３４ｍｍ）とし、背面距離を５ｍｍとした以外は、実施例５と同様にして、防音構造体を作製し、直径４０ｍｍの音響管を用いて、実施例１と同様にして測定を行った。
結果を図６６に示す。【０１９０】
図６６から、実施例２４も基本振動モードの吸音率より高次振動モードの吸音率が大きくなっていることがわかる。吸音率のピーク周波数は１．８６ｋＨｚと２．０８ｋＨｚとなり、本発明の他の実施例と比較すると低周波側で高い吸音率を得られている。
このように、２ｋＨｚ付近の音も高次振動モードによる吸音によって吸音することができる。【０１９１】
［実施例２５］
膜状部材を厚み５０μｍの二軸延伸ポリプロピレンフィルム（ＯＰＰ、フタムラ化学株式会社製  ＦＯＳ）とし、枠体の開口部のサイズを直径１８ｍｍとし、背面距離を３ｍｍ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、直径２０ｍｍの音響管を用いて、実施例１と同様にして測定を行った。
結果を図６７に示す。【０１９２】
図６７から、実施例２５も基本振動モードの吸音率より高次振動モードの吸音率が大きくなっており、広帯域に吸音していることがわかる。
ＯＰＰフィルムは、二軸延伸で形成されたフィルムであるため、ヤング率がフィルムの流れ方向と垂直方向で異なる。実施例２５で用いたＯＰＰフィルムは、流れ方向（ＭＤ）１．７ＧＰａ、垂直方向（ＴＤ）３．４ＧＰａであった。このように、方向ごとにヤング率の違いがあっても、高次振動モードの吸音率が大きくなる現象があることがわかった。【０１９３】
表６に、実施例、比較例および参考例の結果をまとめて示す。表６には、膜状部材の材質、ヤング率、厚み、および、硬さ（ヤング率×厚み3）、ならびに、枠体の厚み（背面距離）、開口部の円相当直径（枠直径）、および、開口部の形状と、関係式Ｅ×ｔ3（Ｐａ・ｍ3）≦２１．６×ｄ-1.25×Φ4.15の右辺の値、および、関係式を満たすか否か（適否）とを示した。表６からわかるように、本発明の実施例はいずれも上記関係式を満たすものであり、これによって、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防音構造体となっている。
［実施例２６］
実施例２１と同じ構成で、枠材料としてアクリルの代わりに発泡ＰＰシート（住化プラステック製  スミセラー  厚み3mm、型番3030090）を用いた。この構造は独立気泡の発泡構造である。この材料の面密度は９００ｇ／ｍ2であり、アクリルの約１／４の重さとなる。この発泡ＰＰシートをレーザーカッターで内径２０ｍｍの枠体として加工し、実施例２１と同様にしてＰＥＴ膜５０μｍ、背面距離３ｍｍの防音構造体を作製した。
音響管を用いて、実施例２１と同様にして測定を行った。結果、実施例２１と同じ吸音スペクトルを得ることができた。このように、発泡構造を枠材料として用いることができる。【０１９４】
【表６】
2019093202.tif 000008
【０１９５】
［実施例２７］
本発明の防音構造体は、垂直入射する騒音に対する消音だけではなく、斜め入射も含む一般的な騒音に対してもピーク音の消音を発揮することができる。これを示すために、音響管を用いた斜め入射吸音率の測定を行った。【０１９６】
音響管の端部につけるアタッチメントとして、図７１に示すような、一方の開口端が斜めになっている、円筒状の音響管先端Ｐ1を作製し、音響管Ｐ0の端部に取り付けた。
音響管測定は管のない系によって平面波のみが存在できる周波数の上限が決まり、その範囲において測定する。直径２ｃｍの管では上限約９ｋＨｚとなる。この周波数上限（カットオフ周波数）は、終端部からの反射音が斜め音であったとしてもその平面波成分（管方向成分）のみが取り出されて測定することが可能である。そのため上記のような、開口端が斜めになっている音響管先端Ｐ1を配置することで、斜め入射に対する反射率を測定できる。ここから、斜め入射に対する吸音率の測定が可能である。
本測定では、開口端の角度が、音響管Ｐ0の中心軸に垂直な面に対して、１５°、３０°、４５°、６０°となる音響管先端Ｐ1をそれぞれ作製して測定を行った。【０１９７】
防音構造体としては、枠体を内径１９ｍｍ、背面距離３ｍｍ、材質アクリルとし、膜状部材を厚み５０μｍ、材質ＰＥＴフィルムとした。この防音構造体は、開口端の角度が０°、すなわち、垂直入射の場合に吸音ピークを４ｋＨｚ付近に有する構造である。
各開口端の角度について、吸音率の測定を３回を行い、その平均をとった。結果を図７２に示す。【０１９８】
図７２は、共鳴周波数付近の結果を示している。破線の丸で囲んだ部分が最大吸音率ピークであって、角度が０度（垂直入射）の場合から６０°入射の場合まで、ピーク周波数の違いは１００Ｈｚ以内であって、ほとんど変化していない上に８０%以上の高い吸音率を示していることがわかる。
このように、本発明の防音構造体は垂直入射だけではなく、斜め入射する音に対しても高いピーク吸音率を示すことがわかる。
また、斜め入射であっても、基本振動モードの吸音率より高次振動モードの吸音率が大きくなっていることがわかる。【０１９９】
［シミュレーション７］
本発明に防音構造体の斜め入射する音に対する効果をシミュレーションの観点からも確かめるために、ＣＯＭＳＯＬを用いて斜め入射の場合のシミュレーションを行った。入射条件として平面波放射境界での入射角度を設定できるようにし、また側壁を周期条件（Floquet Boundary）とすることで、音波の斜め入射を実装した。
防音構造体の計算モデルにおいて、枠体は、２０ｍｍ×２０ｍｍの正方形枠とし、背面距離は３ｍｍとした。膜状部材は、材質ＰＥＴ、厚み５０μｍとした。
防音構造体の膜状部材の表面に対する音波の入射角度を０°から８０°まで１０°刻みに変えてシミュレーションを行った。結果を図７３に示す。【０２００】
図７３から、０°から８０°のいずれの角度においても、１５００Ｈｚ付近の基本振動モードの吸音率より、３０００Ｈｚ〜４０００Ｈｚにある高次振動モードの吸音率が高いことがわかる。
特に、１０°から６０°までの入射角では、吸音ピーク周波数のシフトもほぼ見られず、垂直入射と斜め入射で同じ帯域の周波数の吸音ができることがわかる。図７４に、例として、３２５０Ｈｚにおける吸音率を入射角度ごとに示した。垂直入射（０°）から６０°になっても高い吸音率を保てることが分かった。【０２０１】
このように、実験とシミュレーションの両面で斜め入射する音に対する吸音特性を測定した結果、本発明の防音構造体は、垂直入射する音に対してだけではなく斜め入射する音に対しても機能することが分かった。
この特性は、音源と防音構造体がともに広い空間におかれた場合など、ランダム入射吸音が生じる場合においても特定音を強く消音できることを示している。【０２０２】
［実施例２８］
膜状部材として、厚み５０μｍのポリイミドフィルム（宇部興産株式会社製ユーピレックスＳ，線膨張率１６ｐｐｍ／Ｋ）を外形４０ｍｍの円形状に切り出し、中心部に１ｍｍの貫通孔を設けた。枠体としては、鋼材（ＳＳ４００，線膨張率１１．６ｐｐｍ／Ｋ）を用い、実施例２５に記載の形状（背面距離３ｍｍ、枠体の開口部のサイズを１８ｍｍ）と同様になるよう、マシニングセンタにて削り出して作製した。作製した枠体の開口面側に、膜状部材（ポリイミドフィルム）を両面テープ（３Ｍ社製４６７ＭＰ）で貼り合せて防音構造体を作製し、直径２０ｍｍの音響管を用いて、実施例１と同様にして吸音率の測定を行った。【０２０３】
さらに、得られた防音構造体を１２０℃に調温した恒温オーブンにて３０分間加熱した後、室温まで放冷し、同様の測定を行った。
評価の結果、加熱前後とも２６７０Ｈｚ近傍に強い吸音ピークが確認され、吸音挙動には明確な差が確認されなかった。【０２０４】
［実施例２９］
膜状部材として、厚み１００μｍのＥＰＤＭフィルム（クレハエラストマー株式会社製ＥＢ８１ＮＮＫ，線膨張率２２５ｐｐｍ／Ｋ）を用い、枠体としてＥＰＤＭ材（線膨張率２２５ｐｐｍ／Ｋ）を用いた以外は実施例２８と同様にして防音構造体を作製し、直径２０ｍｍの音響管を用いて、実施例１と同様にして吸音率の測定を行った。
評価の結果、加熱前後とも３７５０Ｈｚ近傍に強い吸音ピークが確認され、吸音挙動には明確な差が確認されなかった。
以上より本発明の効果は明らかである。
【符号の説明】
【０２０５】
１０  防音構造体
１６、１６ａ〜１６ｆ  膜状部材
１７  貫通孔
１８、３０ａ〜３０ｄ  枠体
１９  開口面
２０  開口部
２４、２４ａ〜２４ｃ  背面空間
２６、２６ａ、２６ｂ  多孔質吸音体
【図１】
2019093202.tif 000009
【図２】
2019093202.tif 000010
【図３】
2019093202.tif 000011
【図４】
2019093202.tif 000012
【図５】
2019093202.tif 000013
【図６】
2019093202.tif 000014
【図７】
2019093202.tif 000015
【図８】
2019093202.tif 000016
【図９】
2019093202.tif 000017
【図１０】
2019093202.tif 000018
【図１１】
2019093202.tif 000019
【図１２】
2019093202.tif 000020
【図１３】
2019093202.tif 000021
【図１４】
2019093202.tif 000022
【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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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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【図７１】
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【図７２】
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【図７３】
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【図７４】
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【国際調査報告】
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