(57)【要約】収容体内に複数の音響ターゲットを備えた、音響エネルギーを吸収及び／又は散乱させる音響抑制システムであって、音響ターゲットを、ターゲットを入射音波により励振させる共振周波数を有するよう構成し、共振周波数は、設定周波数範囲の音響エネルギーを抑制するよう調整可能である、音響抑制システムを記載する。音響抑制システムを作製及び実施する方法も提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の音響ターゲットを閉じ込める収容体を備えた音響抑制システムであって、
各音響ターゲットは、ガスを封入した基板材料を含み、
各音響ターゲットを、該ターゲットを入射音波により励振させる共振周波数を有するよう構成し、
前記複数のターゲットの共振周波数は、設定周波数範囲の音響エネルギーを抑制するよう調整可能である音響抑制システム。
【請求項２】
請求項１に記載の音響抑制システムにおいて、前記共振周波数は、前記音響ターゲットの１つ又は複数の属性に基づき調整可能であり、該属性は、サイズ、形状、基板材料対ガス体積の比、ガス同一性、ガス組成、内圧又は外圧、基板材料組成、及び／又は基板材料表面張力からなる群から選択される音響抑制システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の音響抑制システムにおいて、前記基板材料は天然又は剛性材料である音響抑制システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の音響抑制システムにおいて、少なくとも１つの音響ターゲットは、サイズ、形状、基板材料対ガス体積の比、ガス同一性、ガス組成、内圧又は外圧、基板材料組成、及び／又は基板材料表面張力からなる群から選択される１つ又は複数の属性が別の音響ターゲットと異なる音響抑制システム。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の音響抑制システムにおいて、前記音響ターゲットは、サイズ、形状、基板材料対ガス体積の比、ガス同一性、ガス組成、内圧又は外圧、基板材料組成、及び／又は基板材料表面張力からなる群から選択される１つ又は複数の属性が均一である音響抑制システム。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の音響抑制システムにおいて、前記収容体を音響抑制が望まれる二次構造から吊下した音響抑制システム。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の音響抑制システムにおいて、前記収容体を音響抑制が望まれる二次構造に取り付けた音響抑制システム。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の音響抑制システムにおいて、前記収容体を音響抑制が望まれる２つの二次構造間で該２つの二次構造に取り付けた音響抑制システム。
【請求項９】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の音響抑制システムにおいて、前記音響ターゲットを音響抑制が望まれる構造材料に直接組み込み、該構造材料は前記収容体として働き、前記音響抑制システムは、前記構造材料を主に含む均質部分と、前記構造材料及び前記音響ターゲットを含む不均質部分とを有する音響抑制システム。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の音響抑制システムにおいて、該音響抑制システムを、低周波数範囲にわたる音響エネルギーを抑制するよう構成した音響抑制システム。
【請求項１１】
請求項１０に記載の音響抑制システムにおいて、前記低周波数範囲は数百Ｈｚ未満である音響抑制システム。
【請求項１２】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の音響抑制システムにおいて、該音響抑制システムを、中間周波数範囲にわたる音響エネルギーを抑制するよう構成した音響抑制システム。
【請求項１３】
請求項１２に記載の音響抑制システムにおいて、前記中間周波数範囲は数百Ｈｚ〜数千Ｈｚである音響抑制システム。
【請求項１４】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の音響抑制システムにおいて、前記音響抑制システムを、高周波数範囲の音響エネルギーを抑制するよう構成した音響抑制システム。
【請求項１５】
請求項１４に記載の音響抑制システムにおいて、前記高周波数範囲は数千Ｈｚを超える音響抑制システム。
【請求項１６】
音響抑制システムを作製する方法であって、
音響ターゲットを収容体に入れるステップを含み、
各音響ターゲットは、ガスを封入した基板材料を含み、
各音響ターゲットを、該ターゲットを入射音波により励振させる共振周波数を有するよう構成し、
前記複数のターゲットの共振周波数は、設定周波数範囲の音響エネルギーを抑制するよう調整可能である方法。
【請求項１７】
請求項１〜１５のいずれか１項に記載の音響抑制システムを作製する方法であって、音響ターゲットを収容体に入れるステップを含む方法。
【請求項１８】
請求項１〜１５のいずれか１項に記載の音響抑制システムを作製する方法であって、
音響ターゲットを一時収容体に入れるステップと、
基板材料を溶融するステップと、
該溶融した基板材料を前記音響ターゲットを収容した前記一時収容体に注入するステップであり、前記基板材料を冷却時に凝固させることができるステップと、
前記基板材料を冷却して前記音響ターゲットを備えた固体材料を形成することで、前記音響抑制システムを提供するステップと
を含む方法。
【請求項１９】
請求項１〜１５のいずれか１項に記載の音響抑制システムを作製する方法であって、
基板材料を溶融するステップと、
ガスを前記基板材料に送り込んで気泡を形成するステップであり、その際にポンピングパラメータを用いて気泡のサイズ、場所、及び分布を制御するステップと、
前記溶融基板材料を冷却し、音響ターゲットとして働く前記気泡を含む固体基板材料を形成することで、前記音響抑制システムを提供するステップと
を含む方法。
【請求項２０】
請求項１〜１５のいずれか１項に記載の音響抑制システムを作製する方法であって、
加熱時に溶融可能である、ガスを封入した基板材料を準備するステップと、
１つ又は複数の中空管を、前記ガスを封入した前記基板材料を溶融可能な温度に加熱するステップであり、前記中空管は、前記ガスを封入した前記基板材料の融点に少なくとも相当する温度への前記中空管の加熱時に固体のままである材料を含むステップと、
加熱した前記１つ又は複数の中空管を、前記ガスを封入した前記基板材料に押し付けて気泡を形成し、続いて前記加熱した中空管を除去して複数の音響ターゲットを形成することで、前記音響抑制システムを提供するステップと
を含む方法。
【請求項２１】
音響エネルギーを抑制する方法であって、複数の音響ターゲットを閉じ込める収容体をそれぞれが備えた音響抑制システムを音響抑制が望まれる領域に位置決めするステップを含み、
各音響ターゲットは、ガスを封入した基板材料を含み、
各音響ターゲットを、該ターゲットを入射音波により励振させる共振周波数を有するよう構成し、
前記複数のターゲットの共振周波数は、設定周波数範囲の音響エネルギーを抑制するよう調整可能である方法。
【請求項２２】
音響エネルギーを抑制する方法であって、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の音響抑制システムを音響抑制が望まれる領域に位置決めするステップを含む方法。
【請求項２３】
音響エネルギーを抑制する方法であって、音響ターゲット及び／又は音響抑制システムを壁、ドア、天井、床、又は音響抑制が望まれる他の構造内に充填するステップを含み、
各音響ターゲットは、ガスを封入した基板材料を含み、
各音響ターゲットを、該ターゲットを入射音波により励振させる共振周波数を有するよう構成し、
前記複数のターゲットの共振周波数は、設定周波数範囲の音響エネルギーを抑制するよう調整可能である方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、音響抑制システムに関する。特に、本開示は、音響抑制システム及び音響エネルギーを抑制する方法に関する。
【０００２】
［関連出願の相互参照］
本願は、２０１０年１１月９日付けで出願された米国仮出願第６１／４１１，７９９号及び２０１１年９月２１日付けで出願された米国仮出願第６１／５３７，５４４号の優先権を主張し、これら両方の全体を参照により本明細書に援用する。
【０００３】
［政府補助金に関する記載］
本明細書に記載の発明は、ＮＡＳＡ契約に基づく業務の遂行によりなされたものであり、契約者が権原を保有する選択をした公法９６−５１７（米国特許法第２０２条）の規定に従う。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本開示の第１態様によれば、複数の音響ターゲット（acoustic targets）を閉じ込める収容体（containment）を備えた音響抑制システムであって、各音響ターゲットは、ガスを封入した基板材料を含み、各音響ターゲットを、ターゲットを入射音波により励振させる共振周波数を有するよう構成し、複数のターゲットの共振周波数は、設定周波数範囲の音響エネルギーを抑制するよう調整可能である音響抑制システムを記載する。
【０００５】
本開示の第２態様によれば、音響抑制システムを作製する方法であって、音響ターゲットを収容体に入れるステップを含み、各音響ターゲットは、ガスを封入した基板材料を含み、各音響ターゲットを、ターゲットを入射音波により励振させる共振周波数を有するよう構成し、複数のターゲットの共振周波数は、設定周波数範囲の音響エネルギーを抑制するよう調整可能である方法を記載する。
【０００６】
本開示の第３態様によれば、音響エネルギーを抑制する方法であって、複数の音響ターゲットを閉じ込める収容体をそれぞれが備えた音響抑制システムを音響抑制が望まれる領域に位置決めするステップを含み、各音響ターゲットは、ガスを封入した基板材料を含み、各音響ターゲットを、ターゲットを入射音波により励振させる共振周波数を有するよう構成し、複数のターゲットの共振周波数は、設定周波数範囲の音響エネルギーを抑制するよう調整可能である方法を記載する。
【０００７】
本開示の第４態様によれば、音響エネルギーを抑制する方法であって、音響ターゲット及び／又は音響抑制システムを壁、天井、床、又は音響抑制が望まれる他の構造内に充填するステップを含み、各音響ターゲットは、ガスを封入した基板材料を含み、各音響ターゲットを、ターゲットを入射音波により励振させる共振周波数を有するよう構成し、複数のターゲットの共振周波数は、設定周波数範囲の音響エネルギーを抑制するよう調整可能である方法を記載する。
【０００８】
本開示の１つ又は複数の実施形態の詳細を、添付図面及び以下の説明に記載する。他の特徴、目的、及び利点は、説明及び図面から、また特許請求の範囲から明らかとなるであろう。
【０００９】
本明細書に組み込まれてその一部を構成する添付図面は、本開示の１つ又は複数の実施形態を説明するものであり、例示的な実施形態の説明と共に本開示の原理及び実施態様を説明する役割を果たす。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本明細書に記載のいくつかの実施形態による音響抑制システムの概略正面図を示す。
【図２】本明細書に記載のいくつかの実施形態による音響抑制システムの概略正面図を示す。
【図３Ａ】本明細書に記載の一実施形態による音響抑制システムのシートの概略側面図を示す。
【図３Ｂ】本明細書に記載の一実施形態による音響抑制システムのシートの概略側面図を示す。
【図３Ｃ】本明細書に記載の一実施形態による音響抑制システムのシートの概略側面図を示す。
【図３Ｄ】本明細書に記載の一実施形態による音響抑制システムのシートの概略側面図を示す。
【図３Ｅ】本明細書に記載の一実施形態による音響抑制システムのシートの概略側面図を示す。
【図４】音響抑制システム試料１及び試料２の予備インピーダンス管試験データを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本明細書で用いる「吸音」という用語は、所与の周波数帯域の音響エネルギーを、他の形態のエネルギー、例えば限定はされないが熱エネルギーに変換するプロセスを意味すると定義される。
【００１２】
本明細書で用いる「音響散乱」という用語は、所与の周波数帯域の音響エネルギーを対象構造から離れる方向へ反射させるプロセスを意味すると定義される。
【００１３】
本明細書で用いる「音響抑制」という用語は、少なくとも吸音及び／又は音響散乱を意味すると定義される。
【００１４】
本明細書で用いる「音響透過」という用語は、物質を通過し得るか又は基板を通して移動／伝達され得る音響エネルギーを意味すると定義される。
【００１５】
本明細書で用いる「音響ターゲット」及び「気泡」という用語は、音響／音（acoustic/sound）エネルギーを吸収してそれを熱エネルギーに変換すること及び／又は音響／音エネルギーを散乱させることができる物体を意味すると定義される。例えば、音響ターゲット及び／又は気泡として、ガスを封入した基板材料が挙げられ得るがこれに限定されない。
【００１６】
本明細書で用いる「音響抑制システム」という用語は、音響エネルギーを抑制するために用いる、すなわち音響エネルギーを吸収してそれを熱エネルギーに変換し且つ／又は音響エネルギーを対象構造から離れる方向へ散乱させるために用いる複数の音響ターゲットを備えた装置を意味すると定義される。
【００１７】
本明細書で用いる「基板」及び「基板材料」という用語は、ガスの封入に用いる材料を意味すると定義される。例えば、音響ターゲットは、ガスの封入に用いる基板を含む。例えば、基板は、プラスチック、ゴム、金属、ガラス、ポリマー、及び複合材料を含むがこれらに限定されない任意の天然又は合成材料であり得る。
【００１８】
本明細書で用いる「体積比」及び「ボイド率」という用語は、規定空間の全ガス体積対ガス＋非ガス体積の比を意味すると定義される。例えば、体積比は、音響ターゲットの全ガス体積対基板体積＋ガスの比を含み得るがこれに限定されない。
【００１９】
本明細書で用いる「ホスト構造」という用語は、音響ターゲット及び／又は音響抑制システムを組み込んでホスト構造の音響透過を低減することができる任意の材料を意味すると定義される。ホスト構造は、音響エネルギーが伝播し得ると共に当該音響エネルギーの抑制が望まれる任意のものを含み得る。例えば、ホスト構造として、建物、車両、及び／又は航空機のドア、壁、床、及び／又は天井等が挙げられ得るがこれらに限定されない。ホスト構造は、プラスチック、ゴム、金属、ガラス、ポリマー、複合材料、及び任意の他の天然又は合成材料等の材料も含み得るがこれらに限定されない。
【００２０】
本明細書で用いる「構造材料」という用語は、構造の形成又は補強に用いることができる材料を意味すると定義される。例えば、構造材料は、建物、家屋、及び車両用の材料を含み得るがこれらに限定されず、任意の天然又は合成材料を含み得る。
【００２１】
本明細書で用いる「収容体」という用語は、音響ターゲット及び／又は気泡の収納／収容に用いることができる物体を意味すると定義される。収容体は、音響ターゲット及び／又は気泡の一部を構成してもよく、又は別体であってもよい。例えば、収容体は、ホスト構造、構造材料、及び／又は音響ターゲット及び／又は気泡の収容／収納に用いることができる他の材料を含み得るがこれらに限定されず、音響ターゲットと同じ基板材料を含んでもよく、又は音響ターゲットとは異なる基板材料を含んでもよい。
【００２２】
本開示は、音響ターゲットの圧縮性により音速を変えることができ、ひいては音響抑制システムにおける音の透過を低減することができる、種々のサイズ、形状、組成、及び分布の音響ターゲットを備えた音響抑制システムを説明するものである。
【００２３】
音響抑制は、音響ターゲットの影響を受けるインピーダンスに関係し得る。音響抑制システム内の音響ターゲットのインコヒーレント励振が、高周波数の音波を吸収及び／又は散乱させることができる一方で、インコヒーレントなより大きなサイズの音響ターゲットと結合した集合音響ターゲットのコヒーレント励振は、低周波数の音を抑制し散乱させることができる。
【００２４】
したがって、本開示は、低周波数を対象とした場合でも音響抑制システムの質量を増加させる必要なく、広範囲の周波数帯域を対象とすることができる音響抑制システムの実施形態を提供する。
【００２５】
基礎的物理を説明する数学モデルを記載する。基板材料の透過損失率は、そのインピーダンスに関係し得る。
【００２６】
平面波がその表面に垂直入射する厚さＬの均質な音響抑制材料を考えると、音響抑制システムの両側にある媒体は、音速及び密度がそれぞれＣａ及びρａである空気と仮定することができる。音響抑制システムの音速及び密度は、それぞれＣｂ及びρｂ（音響ターゲット無し）及びＣｂｍ及びρｂｍ（音響ターゲット有り）により与えられる。
【００２７】
音響抑制システムの、便宜上「左側」とも称する入射側における入射波及び反射波を、
【数１】
2013541741.tif 000003
により与えることができると仮定する［引用文献１］。
【００２８】
音響抑制システム内の透過圧力及び反射圧力は、
【数２】
2013541741.tif 000004
により与えることができる。
【００２９】
音響抑制システムの「右側」における透過波は、
【数３】
2013541741.tif 000005
により与えることができる。
【００３０】
音響抑制システムの「左側」及び「右側」におけるノーマル音響インピーダンスの連続性は、透過圧力波及び反射圧力波につながり得る。
【００３１】
【数４】
2013541741.tif 000006
【数５】
2013541741.tif 000007
【００３２】
本明細書で用いる「左側」及び「右側」という用語は、それぞれ、音響抑制システムのうち音波が入射する側及び音響抑制システムのうち音波が通過し得る反対側を示すための表現の便宜上用いられるにすぎないことに留意されたい。
【００３３】
これらの式中、Ｚａ及びＺｂはインピーダンスであり、ｋａ＝ω／Ｃａ及びｋｂ＝ω／Ｃｂは、空気及び従来の均質な音響抑制デバイスにおける波数である。反射音圧レベル及び透過音圧レベルは、一定でない（non unity）入力圧力に関して、
【数６】
2013541741.tif 000008
により与えることができるか、又はｄＢで、
【数７】
2013541741.tif 000009
により与えられる。
【００３４】
音響抑制システムは、上記と同じ微分を用いて、但し波数ｋｂをここではｋｂｍとして、既知の音響ターゲットサイズ分布を加えることにより処理することができる。波動方程式は、
【数８】
2013541741.tif 000010
となる。
【００３５】
式８に示す音響抑制システムの波数は、
【数９】
2013541741.tif 000011
により与えられる分散関係に関係し得る。式中、ω０は音響ターゲット共振周波数を表し、Ｒは音響ターゲットの半径を表し、ｆ（Ｒ）は音響ターゲットサイズ分布関数であり、μは音響抑制システムにおける減衰である。この式は、線形化した気泡力学に基づき導出することができる［引用文献２］。音響抑制システムにおける複素音速は、
【数１０】
2013541741.tif 000012
により与えることができる。
【００３６】
Ｚｂ＝ρｂＣｂ（均質な音響抑制デバイス等）及びＺｂｍ＝ρｂｍＣｂｍ（音響ターゲットを備えた音響抑制システム）により与えられるインピーダンスを有する装置において気泡有り及び気泡無し（すなわち、音響ターゲット無し）で、式７において規定した透過損失係数を用いて解析を実施することができる。式４及び５における波数ｋｂ及びインピーダンスＺｂを、音響ターゲット（すなわち、気泡）を備えた音響抑制システムに関するｋｋｍ及びＺｂｍで置き換える。後者の音速は、式１０で与えられる。例えば、以下のパラメータ：音響抑制システムの音速＝１０００ｍ／ｓ、音響抑制システム密度１０ｋｇ／ｍ３、半径＝１ｃｍの均一な気泡サイズ、共振周波数＝６００Ｈｚ、及び装置内に含まれる１０，０００個の気泡を用いると、理論予測は、１００Ｈｚで気泡（すなわち、音響ターゲット）の存在により５＋ｄＢのさらなる減音を得ることができることを示す。
【００３７】
いくつかの実施形態では、音響抑制システムは複数の音響ターゲットを備え、音響ターゲットは、気泡として働き得るガスを封入した基板材料を含む。
【００３８】
基板材料は、種々の表面張力を有する天然又は合成材料を含み得る。例えば、音響抑制システムにおいて、基板材料及び／又は表面張力は、音響ターゲット毎に異なっていてもよく、又は同じであってもよい。
【００３９】
ガスは、１種類の原子又は分子を含んでいてもよく、又は原子及び／又は分子の混合物を含んでいてもよい。例えば、音響抑制システムにおいて、ガス及び／又は混合ガスの同一性（identity）、混合組成、温度、圧力、及び／又は濃度は、音響ターゲット毎に異なっていてもよく、又は同じであってもよい。
【００４０】
音響ターゲットは、サイズ、形状、及び体積が変わり得る。例えば、形状として、球体、円柱、環状体、及び円盤が挙げられ得るがこれらに限定されない。例えば、音響抑制システムにおいて、音響ターゲットの形状は、音響ターゲット毎に異なっていてもよく、又は同じであってもよい。
【００４１】
いくつかの実施形態では、音響ターゲットは剛体面を有し、音響ターゲットの形状は摂動時に最小限の歪みしか生じ得ない。
【００４２】
いくつかの実施形態では、音響ターゲットは非剛体面を有し、音響ターゲットの形状は摂動時に容易に歪み得る。
【００４３】
いくつかの実施形態では、音響ターゲットは、全体積ＶＴ、基板体積Ｖ基板、及びガス体積Ｖガス、を有し、その体積比ＶＲは、ＶＲ＝Ｖガス／（ＶＴ＋Ｖ基板）に従って計算することができる。
【００４４】
音響ターゲットの体積／サイズは、音響抑制が望まれる対象周波数範囲に基づき得る。音響ターゲットの平均半径は、ミクロンからセンチメートルに及び得る。いくつかの実施形態では、半径は最大数十センチメートルに及ぶことができる。
【００４５】
図１は、いくつかの実施形態による収容体（１４０）に封入した様々なサイズ、形状、及び体積の複数の音響ターゲット（１００、１１０、１１５、１２０、１２５、１３０、１３５、及び１４５）を備えた音響抑制システムを示す。例えば、第１音響ターゲットは、第１体積Ｖ１を有することができ、第２音響ターゲットは、Ｖ１より小さくても大きくてもよい第２体積Ｖ２を有することができ、第３音響ターゲットは、Ｖ１及び／又はＶ２より小さくても大きくてもよい体積Ｖ３を有することができる。
【００４６】
例えば、音響抑制システムは複数の音響ターゲットを備えることができ、第１音響ターゲットは、第１表面張力γ１を有し且つ第１タイプのガス又は混合ガスＧ１を封入した第１タイプの基板材料ＳＭ１を含むことができる。第２音響ターゲットは、第２タイプの基板材料ＳＭ２を含むことができ、基板材料ＳＭ２は、ＳＭ１と同じであっても異なっていてもよく、ＳＭ１及び／又はＳＭ２とは無関係にＧ１と同じであっても異なっていてもよい第２タイプのガス又は混合ガスＧ２を封入し、且つＳＭ１及び／又はＳＭ２及びＧ１及び／又はＧ２とは無関係にγ１より大きくてもγ１と等しくてもγ１より小さくてもよい表面張力γ２を有する。
【００４７】
いくつかの実施形態によれば、音響抑制システムは複数の音響ターゲットを備えることができ、第１音響ターゲットは、体積ＶＴ１を有し、第２音響ターゲットは、ＶＴ１より大きくてもＶＴ１より小さくてもＶＴ１と等しくてもよい体積ＶＴ２を有する。
【００４８】
図２は、いくつかの実施形態による収容体（２１０）に封入した複数の音響ターゲットを備えた音響抑制システムを示し、音響ターゲットは、サイズ、形状、及び体積が相対的に均一である（２２０、２６０、２７０）。
【００４９】
いくつかの実施形態では、複数の音響ターゲットを不均一に、すなわち音響ターゲット間の距離（１５０、１５５、１６０、２３０、２４０、２５０）を変えて充填することができる。
【００５０】
図３Ａ〜図３Ｅは、音響ターゲットを備えた音響抑制システムの概略側面図を示し、音響ターゲットは、様々な厚さ及び組成の可撓性又は剛性の音響抑制システムを形成するよう収容体に封入され、音響ターゲットは、様々な属性又は同様の属性を有し得る。
【００５１】
図３Ａは、ホスト構造（３０５）から吊下した（suspended from）音響抑制システムを例示したものであり、音響ターゲットは、サイズ、形状、及び／又は体積が異なる（３１０、３２０）。音響抑制システムは、複数の方法によってホスト構造から吊下することができる。方法として、結束、ピン止め、ねじ留め、ボルト締め、ステープリング、及び接着が挙げられ得るがこれらに限定されない。
【００５２】
図３Ｂは、音響ターゲットをホスト構造（３３５）に組み込んだので付加的な収容体（３１５、３６０、３８０、３９７）が必要ない音響抑制システムを例示したものであり、ホスト構造は、強度を高めるよう構成した均質部分（３３５）と、音響エネルギーを抑制するよう構成した様々なサイズ、形状、及び体積の音響ターゲット（３２５、３４０）を備えた不均質部分（３３０）とを有する。例えば、複数の音響ターゲットをホスト構造の作製中にホスト構造に組み込むことができ、又は作製後いつでもホスト構造に導入することができる。この実施形態は、比較的均一なサイズ、形状、及び／又は体積の音響ターゲットと共に用いるようにすることもできる。
【００５３】
図３Ｃは、ホスト構造（３５０）及び音響抑制システムの両方の片側で（on one side of both the host structure and the acoustic suppression system）ホスト構造に取り付けた音響抑制システムを例示したものであり、音響抑制システムは、比較的均一なサイズ、形状、及び／又は体積の音響ターゲット（３４５、３５５）を備える。
【００５４】
図３Ｄは、ホスト構造（３７０、３９０）それぞれの片側及び音響抑制システムの両側で（on one side of each of the host structures and both sides of the acoustic suppression system）ホスト構造に取り付けた音響抑制システムを例示したものであり（すなわち、音響抑制システムがホスト構造に挟まれる）、音響抑制システムは、様々なサイズ、形状、及び／又は体積の音響ターゲット（３７５、３８５）を備える。この実施形態は、比較的均一なサイズ、形状、及び／又は体積の音響ターゲットを備えた音響抑制システムと共に用いるようにすることもできる。
【００５５】
図３Ｃ及び図３Ｄにおける音響抑制システムは、複数の方法によってホスト構造に取り付けることができる。方法として、結束、ピン止め、ねじ留め、ボルト締め、ステープリング、及び接着が挙げられ得るがこれらに限定されない。
【００５６】
図３Ｅは、ホスト構造に組み込まずに収容体（３９７）に封入した音響ターゲット（３９６、３９９）を主に備えた音響抑制システムを示し、音響抑制システムは、様々なサイズ、形状、及び／又は体積の音響ターゲット（３９６、３９９）を備える。この実施形態は、比較的均一なサイズ、形状、及び／又は体積の音響ターゲットを備えた音響抑制システムと共に用いるようにすることもできる。
【００５７】
本開示の実施形態は、音圧レベル及び音響雑音の低減に用いることができる音響抑制システムを提供することができる。
【００５８】
いくつかの実施形態では、音響エネルギーを音響ターゲットによって吸収し、音響ターゲット内で熱エネルギーに変える。
【００５９】
いくつかの実施形態では、音響エネルギーを音響ターゲットによって散乱させる。
【００６０】
いくつかの実施形態では、音響ターゲットは、音響ターゲットの属性に基づき特定の周波数範囲を対象とするよう構成することができる。所望の周波数範囲を対象とするのに用いることができる音響ターゲットの属性として、サイズ、形状、ＶＴ、ＶＲ、ガス同一性、ガス組成、ガス圧に起因した音響ターゲットの内圧、音響ターゲットの外圧、基板材料組成、及び／又は基板材料表面張力が挙げられ得るがこれらに限定されない。
【００６１】
特に、音響ターゲットの上記属性（すなわち、サイズ、形状、ＶＴ、ＶＲ、ガス同一性、ガス組成、ガス圧に起因した音響ターゲットの内圧、音響ターゲットの外圧、基板材料組成、及び／又は基板材料表面張力）を用いて、特定の共振周波数を有する音響ターゲットを得ることができる。音響ターゲットを音波によって励振すると、音響ターゲットは共振することができ、すなわちガスが膨張及び圧縮し得る。各ターゲットの共振周波数は、ガス、サイズ、密度、及び圧力（音響ターゲットの内圧及び外圧）、及び基板表面張力の関数であり得る。ターゲットの共振応答は、熱エネルギーへの変換及び散乱によって音を抑制することができる。
【００６２】
音響ターゲットの属性を選択する方法は、高忠実度数学モデル／数値解を利用するステップを含むことができ、物理的実験を行って数値解を検証するステップをさらに含むことができる。
【００６３】
例えば、特定の用途を仮定すると、モデルを用いて指定の周波数範囲及び音響レベルの両方で最適な音圧低下を提供することができ、試料試験を用いて数値結果の有効性を実験的に検証することができる。
【００６４】
例えば、実験として、残響室及び無響室及び／又はインピーダンス管を用いた透過損失試験の使用の組み合わせが挙げられ得るがこれに限定されない。これらの試験からの結果は、対象とする特定の音圧レベル及び周波数帯域を有する特定の用途に適するよう用いるべき特定のサイズ、形状、ＶＴ、ＶＲ、ガス同一性、ガス組成、ガス圧、基板材料組成、及び／又は基板材料表面張力の選択に役立ち得る。
【００６５】
図１〜図３Ｅの実施形態では、音響抑制システムは、様々な属性又は均一な属性を有する音響ターゲットを備え得る。
【００６６】
いくつかの実施形態では、音響抑制システムは、音響抑制システム内の種々の属性を有する音響ターゲットの分布及び組み合わせに基づき、特定の周波数範囲を対象とするようさらに構成することができる。
【００６７】
いくつかの実施形態では、音響抑制システムは、種々の周波数範囲の音圧を低下させるのに用いることができ、特に低周波数（大半の用途で数百Ｈｚ未満）に有用であり得るが、これは、本明細書に記載の音響抑制システムが質量の増加を伴わずに低周波数での音響抑制を提供するからである。音響抑制システムが低周波数を対象とすることができるのは有利であるが、実施形態は低周波数範囲に一切限定されず、広い周波数範囲を対象とするよう作製できることに留意されたい。
【００６８】
本明細書に記載の音響抑制システムは、複数の構造に音響抑制を提供するよう適合させることができる。構造として、建物、機器、車両、及び／又は航空機、又は任意の他の輸送システムのドア、壁、床、及び／又は天井等が挙げられ得るがこれらに限定されない。音響抑制が望まれる構造は多数想定されるので、この構造一覧は網羅的であることを意図したものではない。さらに、音響抑制システム自体が構造としての役割を果たしてもよい。
【００６９】
音響エネルギーを抑制する方法は、音響抑制システムを音響抑制が望まれる領域に位置決めするステップを含み得る。
【００７０】
音響エネルギーを抑制する別の方法は、音響ターゲット及び／又は音響抑制システムを壁、ドア、天井、床、又は音響抑制が望まれる他の構造内に充填するステップを含み得る。
【００７１】
以下は、音響抑制システムのごく僅かな特定の実施形態としての役割を果たす。
【００７２】
いくつかの実施形態では、音響抑制システムを打ち上げ機のペイロード領域で用いることができ、音響抑制システムを打ち上げ機に配置して音を吸収及び散乱させることで、打ち上げ機内の音圧レベルを低下させる。
【００７３】
いくつかの実施形態では、音響抑制システムを、厳しい音響要件が乗員室モジュールに課される有人探査機の作製に用いることができる。
【００７４】
いくつかの実施形態では、音響抑制システム及び／又は音響ターゲットをドア、壁、天井、又は床等の構造の作製中に構造に組み込んでもよく、又は音響抑制システムを例えば図３Ａ、図３Ｃ、及び図３Ｄに記載の上記構造に施してもよい。
【実施例】
【００７５】
以下の実施例は、実施形態をさらに説明するために開示するものであり、限定の意図は一切ない。
【実施例１】
【００７６】
プラスチック収容体を有する音響抑制システムを作製する方法
プラスチックを収容体とした音響抑制システムを作製する例示的な方法を次に説明する。音響ターゲット用のハウジングとしての役割を果たす２つの通常のプラスチックシート（１．５ｍ×３ｍ、厚さ１／２ｍｍ）の３辺を、プラスチックシーラでシールする。所与の体積のガスをプラスチックハウジングに送り込み、４番目の辺を他の３辺と同様に完全にシールし、膨張させシールしたプラスチックハウジングを得る。いくつかの金属中空管を用いて、管の端を加熱してそれらを膨張プラスチックハウジングに押し付け、管を押し付けた場所でハウジングを接着することによって、気泡を封入することによりハウジング内に音響ターゲットを形成する。これにより、直径１／２ｃｍ〜３ｃｍに及ぶほぼ球状の音響ターゲットを提供する。続いて、加熱した円柱形の「焼き印」を用いてハウジングに押し付けることにより、長円柱状の気泡を封入する。得られた音響抑制システムは、厚さ約３ｃｍでボイド率約８０％である。
【実施例２】
【００７７】
プラスチック音響ターゲット及びゴム収容体を有する音響抑制システムを作製する方法
ゴム収容体を有する音響抑制システムを作製する例示的な方法を次に説明する。剛性でプラスチックの中空球体を１．５ｍ×３ｍの床に広げる。溶融ゴムを床に注入して室温で冷却し、ゴム収容体及び既知の音響ターゲット分布を有する音響抑制システムを得る。
【実施例３】
【００７８】
金属収容体を有する音響抑制システムを作製する方法
金属又は複合材料を溶融し、ガスを金属又は複合材料に送り込んで気泡を形成し、その際にポンピングパラメータを用いて気泡のサイズ、場所、及び分布を制御する。続いて、気泡を巻き込んだ溶融金属又は複合材料を慎重に制御した圧力及び温度環境で凝固させ、音響抑制システムを提供する。
【００７９】
ポンピングパラメータとして、ガスの流量及びポンプ内の圧力が挙げられ得るがこれらに限定されない。いくつかの実施形態では、音響ターゲットの所望の属性に応じて、ガスの流量は約０．１ｍ３／分〜５ｍ３／分、ポンプ内の圧力は約５ｐｓｉ〜２５ｐｓｉに及び得る。上記ポンピングパラメータ及びポンピングパラメータ範囲は、例として挙げたものであり、限定として挙げたものではない。当業者であれば、本開示の範囲から逸脱せずに音響抑制システムを提供する他のタイプのポンピングパラメータ及びポンピングパラメータ範囲を決定することが可能であろう。
【００８０】
これらの例は、音響抑制システムを作製する他の方法に加えて、手動で又は自動システムを用いて行うことができることに留意されたい。
【実施例４】
【００８１】
比較的高い周波数範囲を対象とするよう作製した音響抑制システムの予備試験
試料１（図４参照）は、厚さ３．５ｃｍで直径約１４ｃｍの円盤である。その中心は、中型（直径約３ｃｍ）の軟質の加圧されていない音響ターゲットからなる。インピーダンス管に入れたこの試料から得られるｄＢでの透過損失を図４に示す。試料１は、比較的高い周波数で約１０ｄＢ〜２０ｄＢの減音を示す。
【実施例５】
【００８２】
低周波数範囲を対象とするよう作製した音響抑制システムの予備試験
試料２（図４参照）は、厚さ６．５ｃｍで直径約１４ｃｍの円盤である。その中心は、平均サイズが６ｃｍの５つのラテックス型の気泡からなる。インピーダンス管に入れたこの試料から得られるｄＢでの透過損失を図４に示す。試料２は、４００Ｈｚ未満の音圧レベルで約２５ｄＢを超える減音を示す。
【００８３】
実施例４及び５は、特定の共振周波数の音響ターゲットを実施することにより特定の周波数範囲の音響エネルギーを抑制する例示的な実施形態を示す。高めの周波数を対象とした音響抑制システムと比べて低めの周波数を対象とした音響抑制システムで、音響抑制システムの質量を増加させる必要がなく、本明細書に記載の音響抑制システムは、音響ターゲットを備え、さらにそれがガスを封入した基板材料を含むので、対象周波数に関係なく低質量であり得ることに留意されたい。したがって、質量の大部分は、基板材料に、特に収容体に由来するものであり、これは最小限であり得る。質量の大部分が収容体に由来するので、本開示の音響抑制システムの例示的な質量範囲は、０．２ポンド／立方フィート〜０．５ポンド／立方フィートであり得る。具体例として、実施例５の低周波数を対象とした音響抑制システムは、重さ約０．５ポンドである。
【００８４】
上述した実施例は、本開示の音響抑制システムの実施形態をいかに実施するかを当業者に完全に開示及び説明するよう提供されるものであり、発明者らが自身の開示とみなすものの範囲を制限することを意図したものではない。当業者は、上述した本開示を実施するための形態の変更形態を用いることができ、こうした変更形態は添付の特許請求の範囲内にあることが意図される。
【００８５】
本明細書で述べた全ての特許及び公報は、本開示の属する技術の当業者のレベルを示すものである。本開示で引用する全ての引用文献は、各引用文献の全体を個別に参照により援用したのと同様に参照により援用される。
【００８６】
本開示が、当然ながら変わり得る特定の方法又はシステムに限定されないことを理解されたい。本明細書で用いた用語が、特定の実施形態を説明するためのものにすぎず、限定を意図したものでないことも理解されたい。本明細書及び添付の特許請求の範囲において用いる場合、単数形「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は、その内容による別段の明示がない限り、複数の指示対象を含む。「複数の」という用語は、その内容による別段の明示がない限り、２つ以上の指示対象を含む。別段の定義がない限り、本明細書で用いる全ての技術用語及び科学用語は、本開示の属する技術の当業者が一般的に理解するのと同じ意味を有する。
【００８７】
［引用文献一覧］
１．Pierce, A. Acoustics: An introduction to its physical principles and applications, Acoustical Society of America, 1991, page 130-133.
２．Properetti, A. A model of bubbly liquid, J. of Wave-Matr. Int., 1, 413-432, 1986.
【図１】
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【図２】
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【図３（Ａ）】
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【図３（Ｂ）】
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【図３（Ｃ）】
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【図３（Ｄ）】
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【図３（Ｅ）】
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【図４】
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【国際調査報告】
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