(57)【要約】【課題】本発明は、簡便な構造で広帯域に吸音力を有し、個人のオーディオルームの残響時間の調整に使える安価な吸音体を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の吸音体１０は平たい形に成型された音響抵抗体１４を遮音板Ａ１２と遮音板Ｂ１３の間に音響抵抗体１４の底面と遮音板Ａ１２と遮音板Ｂ１３の底面が密着するように挟んで構成される。また、遮音板Ａ１２と遮音板Ｂ１３と音響抵抗体１４の全部が重なっている領域の外縁と前記領域の幾何学的重心点を通る直線が前記外縁と交わる二点間の距離の最小値である減衰評価距離と音響抵抗体１４の減衰定数の積を０．５以上とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平たい形に成型された音響抵抗体を二枚の遮音板の間に前記音響抵抗体の底面と前記遮音板の底面が密着するように挟んで構成されることを特徴とする吸音体。
【請求項２】
二枚の前記遮音板と前記音響抵抗体の全部が重なっている領域の外縁と前記領域の重心点を通る直線が前記外縁と交わる二点間の距離の最小値である減衰評価距離と前記音響抵抗体の減衰定数の積が０．５以上とすることを特徴とする請求項１に記載の吸音体。
【請求項３】
吸音する音の周波数と前記減衰評価距離と前記音響抵抗体の音響インピーダンス密度比から定数１を減じた数値の積が１２０以上とすることを特徴とする請求項１に記載の吸音体。
【請求項４】
前記音響抵抗体の音響インピーダンス密度比を４以下とすることを特徴とする請求項１に記載の吸音体。
【請求項５】
請求項１から請求項４に記載の吸音体を設置したオーディオルーム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低周波領域で広帯域に大きい吸音力を実現する吸音体およびそれを設置したオーディオルームに関する。
【背景技術】
【０００２】
オーディオルームの残響時間は快適な音を聴くためには室の大きさに応じて天井、床、壁に吸音部材を取り付け適切な残響時間をなるように設計施工することが重要である。
【０００３】
吸音部材については非特許文献１（頁５１）に解説されているが基本的な三種類の従来技術の概要を図１０を用いて説明する。
（多孔質型吸音）
多孔質型吸音１００はグラスファイバや発泡ウレタンのような連続した細孔を持つ多孔質質材料１０１を壁１０２に貼り付けた構造を持つ。多孔質材料１０１に入射した音が前記細孔の表面との摩擦や粘性抵抗によって該音のエネルギーが熱エネルギーとして消費され吸音がなされる。
（板振動型吸音）
板振動型吸音１０３は壁１０５に設置された梁１０６に取り付けた板１０４に音が入射すると板１０４が振動し内部摩擦で該音のエネルギーが熱エネルギーとして消費され吸音がなされる。低音域の板共振により吸音が増すが、吸音率はさほど高くない。
（共鳴器型吸音）
共鳴型吸音１０７は空洞１０９に孔１０８があいた形をしており、共鳴器を形成する。共振周波数の近くでは孔１０８の部分の空気が激しく振動し、そのときの摩擦熱として音のエネルギーが消費され吸音がなされる。
（穿孔板吸音体）
低域から高域まで均一な吸音特性を得ようとすると前記三種類の従来技術を組み合わせを試行する必要があるが、低周波から広帯域に吸音する吸音体の例が非特許文献１（頁２０７）に、図１１に図示した構造を持つ穿孔板吸体１１０として挙げられている。５ミリメートル厚の穿孔板１１１に２５ミリメートル厚のグラスファイバ１１３を下地材とし、さらに５００ミリメートルの空気層１１４を室の壁１１２に施工した構造であり、個人のオーディオルームに５０センチメートル以上の厚みを持つ吸音部材を施工することはコスト的、技術的に困難であった。
【０００４】
そこで、この課題を解決するために、図１２に示すような試聴室１２０を本発明の発明者が提案した（特許文献１参照）。試聴室１２０の天井、床、壁面を、音をほぼ完全に反射する反射性壁１２４と、前記天井、床、壁面に大きな穴を開けて設けられる音をほぼ完全に吸収する吸音用クロス１２３のみで構成し、天井、床、壁面の裏側と遮音用外壁１２２の間隔を２０センチメートル以上にして間隙を作り、前記間隙を吸音用グラスファイバー１２１を積層して満たす構造となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５７−２４７５１号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】建築音響  前川純一著  共立出版株式会社  頁５１、頁２０７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の技術に基づいてオーディオルームを作るには床、天井、壁の工事に莫大な費用が掛かり、個人のオーディオルームの作成に該技術を利用することはにはコスト的な問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は係る従来の問題を解決して、簡便な構造で広帯域に吸音力を有し、個人のオーディオルームの作成にも使える安価で簡便な構造の吸音体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の問題を解決して目的を達成するために、本発明の吸音体は平たい形に成型された音響抵抗体を二枚の遮音板の間に前記音響抵抗体の底面と前記遮音板の底面が密着するように挟んで構成されることを特徴とする。
【００１０】
このような構成とすることによって前記吸音体に入射した音は前記遮音板に挟まれた前記音響抵抗体の中に閉じ込められて音響エネルギーが吸収されるので共振現象は起こらず低周波から高い周波数まで、広帯域に吸音力を発現させることが可能になる。
【００１１】
本発明の吸音体は二枚の前記遮音板と前記音響抵抗体の全部が重なっている領域の外縁と前記領域の重心点を通る直線が前記外縁と交わる二点間の距離の最小値である減衰評価距離と前記音響抵抗体の減衰定数の積が０．５以上とすることが望ましい。
【００１２】
このような構成とすることによって前記吸音体に入射した音は前記吸音体を透過しなくなるので、前記音響抵抗体は無限大に広がっているように振舞い、前記吸音体は低周波でも大きな吸音力を発現する。
【００１３】
本発明の吸音体は吸音する音の周波数と前記減衰評価距離と前記音響抵抗体の音響インピーダンス密度比から定数１を減じた数値の積が１２０以上とすることが望ましい。
【００１４】
このような構成とすることによって前記吸音体に入射した音は前記吸音体を透過しなくなるので、前記音響抵抗体は無限大に広がっているように振舞い、前記吸音体は低周波でも大きな吸音力を発現する。
【００１５】
本発明の吸音体は前記音響抵抗体の音響インピーダンス密度比を４以下とすることが望ましい。
【００１６】
このような構成とすることによって前記吸音面の面積より広い領域の音を広帯域にわたって吸音することが可能になり吸音力を大きくすることができる。
【００１７】
本発明の吸音体はオーディオルームの天井、壁、床に貼り付けるか該オーディオルーム内の空間に置くかすれば機能し該オーディオルームの残響音を周波数歪の少ない音とすることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の吸音体によれば小さいサイズで低周波から広帯域に大きい吸音力を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る吸音体の一構成例を示す概略図。
【図２】本発明に係る音響抵抗体の吸音メカニズムの模式図。
【図３】本発明に係る一般化された吸音体を示す図であり、（Ａ）は一般化された吸音体の構造の模式図、（Ｂ）は一般化された吸音体の実体を示す概略図。
【図４】本発明に係る吸音体の吸音のメカニズムの模式図。
【図５】本発明に係る実施例１および２の音響抵抗体の音響インピーダンス密度比の測定結果を示す図。
【図６】本発明に係る実施例１の吸音力の測定条件を示す図。
【図７】本発明に係る実施例１の吸音力の測定結果を示す図。
【図８】本発明に係る実施例２の吸音力の測定結果を示す図。
【図９】本発明に係る実施例３の残響設計の結果を示す図。
【図１０】本発明に係る先行技術の例を示す概略図。
【図１１】本発明に係る先行技術である穿孔板吸音体の概略図。
【図１２】本発明に係る先行技術である試聴室の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
（吸音体の構成）
図１は、本発明に係る吸音体の一構成例を示す図である。吸音体１０は音響抵抗体１４を遮音板Ａ１２と遮音板Ｂ１３で挟んで構成される。
【００２１】
そして、音響抵抗体１４の周辺に露出する４面が音吸音面１５となる。なお、図１には吸音面１５の２面を示しているが、隠れた他の２面も同様に吸音面１５となる。
（音響抵抗体の減衰メカニズム）
このように構成された吸音体１０の吸音面１５に入射した音は音響抵抗体１４の中で熱エネルギーとして吸収され吸音体１０の外に透過することなく、吸音面１５は音の吸口のように振舞う。
（音響抵抗体の中での伝播と減衰）
図２は音響抵抗体１４の底面に平行な断面における音の伝播と減衰を示した模式図である。吸音面１５から入射した抵抗体入射波面２２となって音響抵抗体１４の底面の重心点２１の方向に向かって抵抗体減衰波面２３として伝播し重心点２１の付近に至り、それを通過すると対向した吸音面１５に向かって更に伝播する。
【００２２】
なお、音響抵抗体１４は板形状であり、音響抵抗体１５の上下あるいは表裏の面を共に底面と呼ぶ。また該底面の重心点は該底面の幾何学的重心である。
（減衰評価距離）
吸音体１０の減衰評価距離２４は抵抗体減衰波面２３の伝播する最小距離で、音響抵抗体１４の底面の重心点２１を通る直線が音響抵抗体１４の底面の外縁と交わる二点間の距離の最小値であり、該最小距離を伝播する中で十分な抵抗体減衰波面２３の減衰がないと吸音体１０の吸音力は期待できない。
【００２３】
したがって減衰評価距離２４を伝播する間に抵抗体減衰波面２３が減衰する量を音響抵抗体１４の設計の指標とするのが良い。
（減衰評価距離の最適化）
音響抵抗体１４の減衰定数がγで、減衰評価距離２４がＬのとき、減衰評価距離２４を伝播する間に抵抗体減衰波面２３のエネルギーはｅｘｐ（２γ×Ｌ）だけ減衰する。
【００２４】
なお、該減衰定数は音波の伝播定数の実部である。
【００２５】
吸音体１０の減衰評価距離２４、即ちＬを大きく設計すると、吸音体１０の寸法が大きくなり好ましくない。逆に前記エネルギーの減衰量ｅｘｐ（２γ×Ｌ）は大きくなり好ましい。この相反する事象の最適点は、Ｌとｅｘｐ（２γ×Ｌ）の比が極大になる点を最適点とするのが適当であり次式を解けば得られる。
【００２６】
【数１】
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【００２７】
〔数１〕を解くと前記最適点はγＬ＝０．５となる。  
（吸音体の設計基準）
吸音体１０の設計に際しては、吸音体１０が吸音力を発現する最低周波数ｆを設定するのが一般的である。そして、前記最低周波数ｆにおける減衰定数γと減衰評価距離２４、即ちＬは前記最適点より大きな値となるように設計するのがよい。従って吸音体１０の設計基準は次式のようになる。
【００２８】
【数２】
2015219429.tif 000004
【００２９】
（吸音体の設計基準の別の標記）
また、減衰定数γと音響インピーダンス密度比Ｚは多孔質体に対するＭｉｋｉモデルから、近似的にＺ＝１＋０．７γが導かれるので、これを〔数２〕に代入して次の設計基準が得られる。ここでｆは前記最低周波数ｆに設定するのがよい。
【００３０】
【数３】
2015219429.tif 000005
【００３１】
（設計基準）
音響抵抗体１４の伝播定数γが既知の場合は設計基準に〔数２〕使うのがよい。
【００３２】
音響抵抗体１４の音響インピーダンス密度比Ｚが既知の場合は設計基準に〔数３〕を使うのがよい。
（吸音体の入射メカニズム）
図４に吸音体１０の吸音メカニズムの模式図を示した。
（音の吸口領域と流入領域）
吸音面１５を吸口領域４２に対応させて考えるが、入射波面４１が伝播する音場に吸音体１０が晒されると、吸口領域４２が入射波面４１と接する領域より広い流入領域４３が発生し、流入領域４３の波面は吸口領域４２に流れ込む。
【００３３】
また、吸口領域４２に流れ込む音波は図２の抵抗体入射波面２２となるので、吸音体１０の吸音力を大きくするためには該流れ込む音波のエネルギーが大きいことが好ましい。
（流入領域の音響インピーダンス密度比）
一般に平面波の伝播する領域の面積が急激に変化するとトランスと同様なインピーダンス変換作用が生ずるが、流入領域４３の音が吸口領域４２に流れ込むような場合にも同様にインピーダンス変換作用が生じる。
【００３４】
流入領域４３の面積がＳで、吸口領域４２の面積がｓであるとすると、流入領域４３の音響インピーダンス密度比は吸口領域４２の音響インピーダンス密度比、すなわち音響抵抗体１４の音響インピーダンス密度比の（Ｓ÷ｓ）倍となり、音響抵抗体１４の音響インピーダンス密度比をＺとすると流入領域４３の音響インピーダンス密度比はＺ×（Ｓ÷ｓ）と計算される。
（流入領域の吸音力）
一般に平面波が音響部材に入射するときの反射率は前記音響部材の音響インピーダンス密度比から（音響インピーダンス密度比−１)÷（音響インピーダンス密度比＋１）と計算される。吸音率は定数１から前記反射率の二乗を差し引いて求められる。  
【００３５】
同様に流入領域４３の吸音率が計算されて、流入領域４３の音響インピーダンス密度比Ｚ×（Ｓ÷ｓ）が１より十分に大きいことを勘案すると流入領域４３の吸音率αは近似的に（４ｓ）/（ＺＳ）となる。。
【００３６】
前記吸音率αに流入領域４３の面積Ｓを乗じると、流入領域４３の面積Ｓが消去されて、流入領域４３の吸音力Ａ（単位  平方メートルセービン）は次式で計算される。
【００３７】
【数４】
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【００３８】
〔数４〕には流入領域４３の面積Ｓが現れないので、吸口領域４２即ち吸音面１５の面積ｓが４÷Ｚの吸音率を持つと考えてもよい。
【００３９】
あるいは、吸音面１５の吸音力がＡであると考えてもよい。
（吸音面の吸音力の最大化）
吸音面１５の吸音力Ａが吸音面１５の面積ｓより小さくては本発明の目的を達成できないので、音響インピーダンス密度比が４より小さい音響抵抗体１４を用いることによって吸音面１５の吸音力Ａの最大化を図れる。
（一般化した吸音体の構造）
吸音体１０は吸音体設計上で意匠的あるいは機構的観点から遮音板Ａ１２，遮音板Ｂ１３ならびに音響抵抗体１４、それぞれの底面の外縁が重ならない構造でも良い。
【００４０】
図３に一般化した構造の吸音体１０の模式図を示した。音響抵抗体１４が全部重なっていない領域は特に低周波領域で吸音力は弱いので、遮音板Ａ１２と遮音板Ｂ１３と音響抵抗体１４が全部重なっている重なり領域３０を新たに吸音体１０ｅと考えるのが良い（図３（Ａ）参照）。
（一般化した吸音体の設計）
また、図１に示した遮音板Ａ１２、遮音板Ｂ１３、音響抵抗体１４、吸音面１５を図３（Ｂ）の遮音板Ａ１２ｅ、遮音板Ｂ１３ｅ、音響抵抗体１４ｅ、吸音面１５ｅと対応させて図１の吸音体１０と同様に設計してよい。
（実施例１）
以下に示す構成部材を用意して１２５Ｈｚで吸音力を発現する図１に示す吸音体１０を試作した。
（音響抵抗体）
グラスファイバを縦が６０センチメートルで横が９０センチメートルで厚さが１２センチメートルの平板に成型し、体積密度６５キログラム／立方メートルを持つ音響抵抗体１４とした。
(音響抵抗体の寸法の導出の根拠）
前記体積密度６５キログラム／立方メートルの音響抵抗体１４の音響インピーダンス密度比を音響管法（ＩＳＯ  １０５３４−２）で測定した結果を図５に示した。１２５Ｈｚでの音響インピーダンス密度比５０は約１０ｄＢ、真値で約３であるので〔数３〕のＺに３を、ｆに１２５（Ｈｚ）を代入して吸音体１０の寸法Ｌは４８センチメートル以上との条件が得られる。
【００４１】
正確には位相５１を計算に入れなくてはならないが、概数を計算する場合は位相５１はマイナス３５度程度なので無視しても大きな違いは生まれない。必要に応じて位相５１を考慮した計算をすればよい。
【００４２】
音響抵抗体１４は縦６０センチメートル、横９０センチメートルとし前記４７センチメートルより大きな寸法とした。
【００４３】
該寸法は定尺の板から３枚とれ、また運搬や設置も容易であり、何かと便利な寸法である。
【００４４】
また、吸音体１０の吸音力Ａは吸音面１５の面積ｓに比例するので音響抵抗体１４の厚みを大きくするのが望ましいが、吸音体１０を壁に設置する場合の施工性を勘案し、かつ平たい形を保つために１２センチメートルの厚さを選んだ。
（遮音板Ａ、Ｂ）
遮音板Ａ１２と遮音板Ｂ１３には厚さが５ミリメートルで縦が６０センチメートルで横が９０センチメートルの長方形の合板を用いた。遮音板Ａ１２と遮音板Ｂ１３の間隔を音響抵抗体１４の厚さの１２センチメートルに固定するために長さ１２センチメートルの支柱を遮音板Ａ１２と遮音板Ｂ１３の周囲四箇所と中央に二箇所、総計六箇所設けた。
（吸音面）
吸音面１５の面積は０．３６平方メートルで、グラスファイバの飛散を防ぐために吸音面１５を不織布で覆う処理を施した。
（吸音力の測定条件）
本実施例の吸音体１０の吸音力の測定を容積２０立方メートル、面積４７平方メートルのL字型のオーディオルーム３０で実施した（図６参照）。
【００４５】
吸音体１０を設置していないオーディオルーム６０の残響時間と吸音体１０を設置したオーディオルーム６０の残響時間を測定し、前記二つの残響時間の差から吸音体１０の吸音力を計算した。
【００４６】
また、観測点６５は４箇所で、３つの吸音体１０の配置は２通りで、８つの計測値を得たがこれを平均して吸音力を求めた。
【００４７】
前記配置は３つの吸音体１０を前壁６１、右側壁６２、床６４に設置する配置と、前壁６１、左側壁６３、床６４に設置する配置である。
（吸音力の測定結果と評価）
低周波を良く吸音する従来技術による吸音部材の１つである穿孔板吸音体１１０の吸音力と実施例１の吸音体１０の吸音力とを比較して図７に示した。
【００４８】
穿孔板吸音体１１０の面積は遮音板Ａ１２の底面の面積、０．５４（＝０．６×０．９）平方メートルと同じにして前記比較を行なった。
【００４９】
図７から明らかなように吸音体１０は従来技術による穿孔板吸音体１１０に対して２倍前後の吸音力を１２５Ｈｚから８ＫＨｚの周波数帯域にわたって発現しており、本発明の有用性を知ることができる。
【００５０】
なお、実施例１で音響抵抗体１４にグラスファイバーを用いたが、発泡ウレタンなどの発泡部材を使ってもよい。形状を保ち易かったり、飛散物の心配が少ない。
【００５１】
また、音響抵抗体１４に用いる音響部材は流れ抵抗が同程度であれば種類を問わない。
（実施例２）
実施例１では吸音体１０を壁や床に接して設置したが、本実施例２では壁から離して設置した場合を検証した。
【００５２】
図８は前壁３１から３０センチメートルの位置とオーディオルーム６０の中央部（前壁６１から１．５メートルの位置）に吸音体１０を設置した時の吸音体１０の吸音力の測定結果を穿孔板構造吸音体１１０の吸音力と比較して図示したものである。
【００５３】
吸音体１０は壁や天井や床から離して設置しても、実施例１のように接して設置しても大きな吸音力を広帯域に発現し、従来技術による吸音部材である穿孔板構造吸音体１１０に勝る吸音力を有することが確認された。
（実施例３）
一般に室の残響時間を所望の値にするため、天井、床、壁に設置すべき吸音材料の種類と量を設計することを残響設計と呼んでいるが、該残響設計の例を図９を使って説明する。
【００５４】
該残響設計においてはアイリングの残響式を用いた。
（室の初期条件）
室は標準的な６畳の室（３．６メートル×２．６メートル×２．４メートル）で吸音率が０．１程度の板材で内装されているとする。
【００５５】
前記６畳の室に何も入っていないときの空室残響時間９０は前記６畳の室の推奨残響時間９２を大幅に超えておりホームシアタとして使用できる状態ではない。
（吸音材の設置）
実施例１の吸音体１０を６個と１０センチメートルの空気層を持つカーテンを１２平方メートル（２メートルの高さで幅６メートル相当）を前記６畳の室に設置したときの残響時間を計算し調整残響時間９１を示した。  
【００５６】
調整残響時間９１は推奨残響時間７２の上限下限の中央にあってホームシアタとして適切なものとなっている。
（簡便性）
前記６畳の室の３．６メートルの長辺の左右の壁に各々３メートル幅ほどのカーテンを設置し、天井と前後左右の壁５面に実施例１の吸音体１０を６個振り分け取り付けることでホームシアタに適したリスニングルームを完成することができる。
【００５７】
従来技術の穿孔板吸音体１１０や試聴室１２０では天井と前後左右の壁に様々な吸音部材を施工することが必要となるのに比べ、実施例１の吸音体１０の重量は５．８Ｋｇと軽量であり施工は簡便かつ安価になることは明白である。
【００５８】
なお、上記の本発明を実施するための形態において、吸音体１０がオーディオルーム６０の壁、天井、床などに設置される場合は、遮音板Ａ１２ｅもしくは遮音板Ｂ１３ｅを壁、天井、床の面で代替してもよい。
【００５９】
なお、上記の本発明を実施するための形態において、遮音板Ａ１２ｅをオーディオルーム６０の壁、天井、床の面で代替し、オーディオルーム６０に本棚などの背面を持つ家具を前記壁と間隙を設けて設置し、遮音板Ｂ１３ｅを該家具背面で代替してもよい。
【００６０】
なお、上記の本発明を実施するための形態において、吸音体１０を車室内に設置しカーオーディオの残響時間調整に用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明に係る吸音体はオーディオルームの残響時間の調整に用いる吸音部材として有用である。
【符号の説明】
【００６２】
１０，１０ｅ  吸音体
１２，１２ｅ  遮音板Ａ
１３，１３ｅ  遮音板Ｂ
１４，１４ｅ  音響抵抗体
１５，１５ｅ  吸音面
２１  重心点
２２  抵抗体入射波面
２３  抵抗体減衰波面
２４  減衰評価距離
３０  重なり領域
４１  入射波面
４２  吸口領域
４３  流入領域
５０  音響インピーダンス密度比
５１  位相
６０  オーディオルーム
６１  前壁
６２  右壁
６３  左壁
６４  床
６５  観測点
９０  空室残響時間
９１  調整残響時間
９２  推奨残響時間
１００  多孔質型吸音
１０１  多孔質材料
１０２，１０５，１１２  壁
１０３  板振動型吸音
１０４  板
１０６  梁
１０７  共鳴型吸音
１０８  孔
１１０  穿孔板吸音体
１１１  穿孔板
１１３  グラスファイバー
１１４  空気層
１２０  試聴室
１２１  吸音用グラスファイバー
１２２  遮音用外壁
１２３  吸音用表面クロス
１２４  反射性壁
【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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