(57)【要約】【課題】  簡単な構造により、筐体に発生する振動を抑制し、かつ、筐体内に発生する音の定在波を低減することができる音響装置を提供する。【解決手段】  スピーカの筐体１内に音響管１０が配置される。この音響管１０は、開口端１１および１２を有する中空の管であり、筐体１内に発生する特定周波数の定在波を減衰させる。音響管１０は、側面の一部が結合部１３により筐体１の壁面１Ｌに固定されている。従って、音響管１０および筐体１の壁面１Ｌには、特定周波数において互いに逆相の振動が発生し、音響管１０は、筐体１に発生する特定周波数の振動を減衰させる動吸振器として機能する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一対の対向面に囲まれた空間を内包する筐体と、
少なくとも一端が開口端であり、前記空間内に発生する音の定在波を減衰させる中空の音響管であって、前記筐体の内壁面のうちの１つの内壁面に一部が固定されて片持ち梁となっている音響管と
を具備することを特徴とする音響装置。
【請求項２】
前記音響管が前記筐体の内壁面の外縁以外の位置に固定されたことを特徴とする請求項１に記載の音響装置。
【請求項３】
前記音響管が前記内壁面において振動振幅が最大となる点付近に固定されたことを特徴とする請求項１に記載の音響装置。
【請求項４】
前記音響管は両端が開口していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１の請求項に記載の音響装置。
【請求項５】
前記開口端が通気性吸音素材により覆われていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１の請求項に記載の音響装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スピーカ等の音響装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スピーカ等の音響装置において、音響特性を悪化させる要因の１つとして筐体の振動がある。音響装置に限らず、物体の振動を抑制するための手法として、耐震、免震、制震がある。ここで、耐震は、構造体の剛性を高めることで振動を抑制する手法である。すなわち、構造体におけるリブの配置、板厚を厚くする等により振動抑制を図るものである（例えば特許文献１参照）。免震は、基本的には、構造体に内部損失の高い部材を多く用いることで、振動を熱エネルギーに変換して振動抑制を図るものである（例えば特許文献２参照）。制震は、振動をエネルギーとして捉え、建物自体に組み込んだエネルギー吸収機構により振動を抑制する技術である。制震に関しては、自動車や建設業界での先行技術例は多いが、音響機器に関しては制震に関する先行技術は非常に少ない。音響分野において制震を行ったものとして、スピーカスタンドの制振構造などが挙げられる（例えば特許文献３、４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２１９９８４号公報
【特許文献２】特開２００９−６５４７７号公報
【特許文献３】特許第４７４４２２１号
【特許文献４】特許第５１３５６４３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、従来から行われている耐震により音響装置の筐体の振動を抑制する場合、筐体に複雑な形状のリブを設ける必要があり、筐体の構造設計が困難となるという問題があった。また、制震により筐体の振動を抑制する場合、異音が発生するという問題があった。また、耐震、免震、制震のいずれを採用した場合においても、筐体の振動を抑制することはできるが、筐体内において発生する音の定在波を低減することはできない。従って、音響特性の悪化を防止するためには、筐体の振動を抑制するための対策に加えて、筐体内の定在波を低減するための対策を講じなければならず、筐体の構造が複雑化するという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、簡単な構造により、筐体に発生する振動を抑制し、かつ、筐体内に発生する音の定在波を低減することができる音響装置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】
【０００６】
この発明は、少なくとも一対の対向面に囲まれた空間を内包する筐体と、少なくとも一端が開口端であり、前記空間内に発生する音の定在波を減衰させる中空の音響管であって、前記筐体の内壁面のうちの１つの内壁面に一部が固定されて片持ち梁となっている音響管とを具備することを特徴とする音響装置を提供する。
【０００７】
この発明によれば、音響管と筐体とを接続した振動系の構造により定まる特定周波数において、筐体と共鳴管とに逆相の振動が発生する。従って、その特定周波数における筐体の振動を抑制することができる。また、筐体の空間に発生する音の定在波が音響管により減衰される。従って、この発明によれば、筐体に発生する振動を抑制し、かつ、筐体内に発生する音の定在波を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明による音響装置の第１実施形態であるスピーカの構成を示す斜視図である。
【図２】同スピーカの筐体内における定在波と音響管の開口端との位置関係を示す図である。
【図３】同音響管内における共鳴波の波形を示す図である。
【図４】同音響管の動吸振器としての動作を示す図である。
【図５】同実施形態の効果を示す図である。
【図６】同実施形態の効果を示す図である。
【図７】同実施形態の効果を示す図である。
【図８】この発明による音響装置の第２実施形態であるスピーカの構成を示す斜視図である。
【図９】同実施形態における音響管の動吸振器としての動作を示す図である。
【図１０】この発明の他の実施形態における動吸振器の構成例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照し、この発明の実施の形態を説明する。
＜第１実施形態＞
図１はこの発明による音響装置の第１実施形態であるスピーカの構成を示す斜視図である。図１に示すように、スピーカの筐体１は、壁面１Ｆ、１Ｕ、１Ｄ、１Ｌ、１Ｒおよび１Ｂにより囲まれた直方体形状の筐体である。図１では、この筐体１の一部が削除されて筐体１内部の構成が示されている。筐体１の正面の壁面１Ｆには、音響放射面をスピーカの外側に向けてスピーカユニット１ａが固定されている。スピーカユニット１ａは、スピーカにおける音の発生源としての役割を果たす装置である。
【００１０】
筐体１内の空間Ｓは、互いに対向する壁面間の距離、すなわち、前後の壁面１Ｆおよび１Ｂ間の距離、左右の壁面Ｌおよび１Ｒ間の距離、上下の壁面１Ｕおよび１Ｄ間の距離により定まる各種の固有周波数を有する。スピーカユニット１ａから空間Ｓにその固有周波数と同じ周波数の音波が伝わった場合、いずれかの対向する壁面間を音波が往復し、この往復する複数の音波が合わさって、壁面間の距離の２／ｋ（ｋ＝１，２…）倍の波長λｋ（ｋ＝１，２…）を持った定在波ＳＷｋ（ｋ＝１，２…）が発生する。本実施形態によるスピーカには、このように筐体１内に発生する音の定在波を低減するための手段が設けられている。具体的には、図１に示す音響管１０は、このような定在波のうち筐体１の上下の壁面１Ｕおよび１Ｄ間に発生する定在波を減衰させる手段である。
【００１１】
図１において、音響管１０は、両端が開口した中空の管体であり、抑圧対象の定在波ＳＷｋのうち最低次のものの略半波長分の管長、すなわち、壁面１Ｕおよび１Ｄ間の距離に等しい管長を有している。この音響管１０は、一方の開口端１１から他方の開口端１２に至る途中の２点において９０度ずつ屈曲したＪ字状をなしている。図２（Ａ）〜（Ｅ）は、筐体１内に発生する定在波とこの音響管１０の開口端１１および１２との位置関係を示す図である。この音響管１０は、筐体１内の抑圧対象の定在波ＳＷｋとの関係において、以下に示す２つの条件ａ１およびｂ１を満たすような姿勢で筐体１の空間Ｓ内に収められている。
ａ１．空間Ｓ内における抑圧対象の定在波ＳＷｋのうち最も低次のものの音圧の略腹ＬＰの位置と略節ＮＤの位置に一方の開口端１１と他方の開口端１２が各々配置されること
ｂ１．空間Ｓ内における壁面１Ｕおよび１Ｄの２つの対向面の対向方向に定在波ＳＷｋの略４分の１波長分だけ離れた各位置に一方の開口端１１と他方の開口端１２が各々配置されること
具体的には開口端１１は壁面１Ｕの近傍に位置し、開口端１２は壁面１Ｕと壁面１Ｄとの丁度中間に位置している。
【００１２】
この構成によれば、４次の整数倍の高次の定在波を除く定在波ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ５、ＳＷ６、…が抑制される。その理由は次の通りである。図２（Ａ）に示すように、スピーカでは、空間Ｓ内における音響管１０の開口端１１は定在波ＳＷ１の腹ＬＰ１-１の位置に配置されている。この定在波ＳＷ１の腹ＬＰ１-１の位置は、２次以降の定在波ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５…の腹ＬＰ２-１，ＬＰ３-１，ＬＰ４-１，ＬＰ５-１…にあたる（図２（Ｂ）〜（Ｅ）参照）。また、図２（Ａ）に示すように、空間Ｓ内における音響管１０の開口端１２は定在波ＳＷ１の節ＮＤ１-１の位置に配置されている。この定在波ＳＷ１の節ＮＤ１-１の位置は、図２（Ｂ）および（Ｄ）に示すように、２次以降の偶数次の定在波ＳＷ２，ＳＷ４の腹ＬＰ２-２，ＬＰ４-３にあたるとともに、図２（Ｃ）および（Ｅ）に示すように、３次以降の奇数次の定在波ＳＷ３，ＳＷ５の節ＮＤ３-２，ＮＤ５-３にあたる。よって、空間Ｓ内において定在波ＳＷｋ（ｋ＝１，２…）が発生した場合、音響管１０の開口端１１の近傍の媒質（空気）は奇数次と偶数次の定在波ＳＷｋの腹ＬＰの位置の音圧変化によって加振され、開口端１２の近傍の媒質（空気）は偶数次の定在波ＳＷｋの腹ＬＰの位置の音圧変化によって加振される。
【００１３】
ここで、空間Ｓ内の１次の定在波ＳＷ１と音響管１０内の媒質（空気）の挙動との関係に着目すると、音響管１０内では、開口端１１の近傍の媒質（空気）が定在波ＳＷ１の腹ＬＰ１−１の音圧変化により加振され、開口端１１から開口端１２に向かう進行波が発生する。この進行波は、音響管１０内を伝わって開口端１２に到達する。空間Ｓにおける音響管１０の開口端１２が配置されている位置は定在波ＳＷ１の節ＮＤ１−１の位置であるから、進行波が開口端１２に到達しても開口端１２の近傍の媒質（空気）は殆ど振動しない。このため、進行波が開口端１２に到達すると、開口端１２において反射波が発生する。そして、音響管１０内においてこの反射波と進行波が合成されると、定在波ＳＷ１と同じ波長λ１を持った共鳴波ＸＷ１が発生する。図３（Ａ）に示すように、この共鳴波ＸＷ１における開口端１１の側と開口端１２の側は各々節ＮＤになる。このため、開口端１１の位置において定在波ＳＷ１の音圧分布が緩和される。また、開口端１２の位置に節ＮＤがあることは奇数次の全ての定在波ＳＷｋについても同様である。よって、３次以上の奇数次の定在波ＳＷ３，ＳＷ５，ＳＷ７…も定在波ＳＷ１と同じ理由によって減衰されると考えられる。
【００１４】
次に、空間Ｓ内の２次の定在波ＳＷ２と音響管１０内の媒質（空気）の挙動との関係に着目すると、音響管１０内では、開口端１１および１２の近傍の媒質（空気）が定在波ＳＷ２の腹ＬＰ２-１およびＬＰ２-２の音圧変化により加振され、互いの進行方向が逆で互いの間にπの位相差を持った２つの進行波が発生する。これらの進行波がπの位相差を持ったものとなるのは、定在波ＳＷｋにおける隣り合う２つの腹ＬＰの音圧はπの位相差を持って変化しているからである。そして、音響管１０内において２つの進行波が合成されると、図３（Ｂ）に示すように、定在波ＳＷ２と同じ波長λ２を持った共鳴波ＸＷ２が発生する。この共鳴波ＸＷ２はπの位相差を持った２つの進行波を合成してできるものであるから、図３（Ｂ）に示すように、この共鳴波ＸＷ２における開口端１１および１２間の真中は節ＮＤになる。また、音響管１０の管長（１次の定在波ＳＷ１の半波長分の管長）は定在波ＳＷ２の波長λ２（λ２＝λ１／２）と同じであるから、開口端１１および１２間の真中が節ＮＤになれば開口端１１および１２の側もまた節ＮＤになる。このため、開口端１１および１２の位置において定在波ＳＷ２の音圧分布が緩和される。また、開口端１１の位置の音圧と開口端１２の位置の音圧がπの位相差を持って変化することは６次の定在波ＳＷ６や１０次の定在波ＳＷ１０についても同様である。よって、６次の定在波ＳＷ６や１０次の定在波ＳＷ１０も２次の定在波ＳＷ２と同様の理由によって減衰されると考えられる。
【００１５】
次に、空間Ｓ内の４次の定在波ＳＷ４と音響管１０内の媒質（空気）の挙動との関係に着目すると、音響管１０内では、開口端１１および１２の近傍の媒質（空気）が定在波ＳＷ４の腹ＬＰ４-１およびＬＰ４-３の音圧変化により加振され、互いの進行方向が逆で同じ位相を持った２つの進行波が発生する。これらの進行波が同位相となるのは、定在波ＳＷｋにおける１つの腹ＬＰを間に挟んで隔てられた２つ腹ＬＰの音圧は、同位相で変化しているからである。そして、音響管１０内において２つの進行波が合成されると、定在波ＳＷ４と同じ波長λ４を持った共鳴波ＸＷ４が発生する。この共鳴波ＸＷ４は、同位相の進行波ＴＷ４およびＴＷ４’を合成してできるものであるから、図３（Ｃ）に示すように、この共鳴波ＸＷ４における開口端１１および１２間の真中は腹ＬＰになる。また、音響管１０の管長（１次の定在波ＳＷ１の半波長分の管長）は定在波ＳＷ４の波長λ４（λ４＝λ１／４）の２倍であるから、開口端１１および１２間の真中が腹ＬＰになれば開口端１１および１２の側もまた腹ＬＰになる。このため、開口端１１および１２の位置では定在波ＳＷ４の音圧分布が緩和されない。４次の定在波ＳＷ４だけ減衰が起こらなかったのは以上の理由によると考えられる。また、開口端１１の位置の音圧と開口端１２の位置の音圧が同位相で変化することは８次の定在波ＳＷ８についても同様である。よって、８次の定在波ＳＷ８も４次の定在波ＳＷ４と同様の理由によって減衰が起こらないと考えられる。
以上が本実施形態において音響管１０によって４次の整数倍の高次の定在波を除く定在波ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ５、ＳＷ６が抑制される理由である。
【００１６】
好ましい態様では、音響管１０の開口端１１および１２は、通気性吸音素材（図示略）により覆われる。このように構成することにより、音響管１０により特定周波数の定在波を減衰させる効果をより高めることができる。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態における音響管１０は、その側面の一部が筐体１の壁面に固定される。図１に示す例では、音響管１０の側面における開口端１２の近傍の位置から水平方向に結合部１３が突出しており、この結合部１３の先端が筐体１の壁面１Ｌに固定されている。このように本実施形態における音響管１０は、一端が筐体１の壁面に固定された片持ち梁をなしている。そして、結合部１３により結合された筐体１および音響管１０は、バネマス系ダンパを構成している。本実施形態では、このバネマス系ダンパを動吸振器として機能させる。動吸振器として機能する適切なバネマス系ダンパを構成するために、音響管１０は、筐体１の内壁面において振動振幅が最大になる点付近に固定される。具体的には、筐体１の内壁面の外縁以外の位置、例えば内壁面の中心または重心付近に音響管１０を固定することが好ましい。
【００１８】
この構成において、スピーカユニット１ａからの放音によって筐体１が振動すると、この振動が結合部１３を介して音響管１０に伝搬する。この結果、音響管１０は、筐体１における特定周波数の振動を減衰させる動吸振器として機能する。
【００１９】
図４（Ａ）は筐体１に振動が発生していない状態における音響管１０と筐体１の状態を示している。そして、図４（Ｂ）は筐体１の振動の特定周波数の成分に着目し、音響管１０と筐体１の振動の様子を例示したものである。特定周波数において、音響管１０とこの音響管１０が固定された筐体１の壁面１Ｌには、図４（Ｂ）に示すように、互いに逆相の振動が発生する。そして、図４（Ｂ）に示す例では、壁面１Ｌと音響管１０が結合部１３を介して互いに引っ張り合っている。また、図示は省略したが、特定周波数の振動の半周期後には、壁面１Ｌと音響管１０が結合部１３を介して互いに押し合うこととなる。これにより筐体１および音響管１０の振動が減衰する。このように、特定周波数において、音響管１０は、筐体１の振動を打ち消す振動を発生する動吸振器として機能し、筐体１の振動を減衰させる。筐体１の振動が減衰する特定周波数は、筐体１および音響管１０の各々の慣性量、弾性定数等により決定される。好ましい態様では、筐体１に発生する振動の周波数成分のうちスピーカの音響特性に悪影響を与える周波数成分が音響管１０によって減衰されるように、筐体１および音響管１０の各々の慣性量、弾性定数等が決定される。
【００２０】
図５はシミュレーションにより求めた筐体１の壁面の振動加速度の周波数特性を示す図である。この図５において、Ａ１は、図１における音響管１０を筐体１の内壁に貼り付けてリブとして機能させ、スピーカユニット１ａに所定レベルのホワイトノイズを入力した場合の筐体１の壁面の振動加速度の周波数特性を示している。また、Ａ２は、図１に示すように音響管１０を壁面から離して動吸振器として機能させ、スピーカユニット１ａに所定レベルのホワイトノイズを入力した場合の筐体１の壁面の振動加速度の周波数特性を示している。図５に示すように、音響管１０をリブとして機能させた場合の周波数特性Ａ１では、周波数２４６Ｈｚ付近に１．２ｍ／ｓ２程度の大きなピークが発生する。しかし、音響管１０を動吸振器として機能させた場合の周波数特性Ａ２では、このピークが約半分に低減される。このように音響管１０を動吸振器として機能させると、筐体１の壁面に発生する振動の加速度の特定のピークのみを減衰させることができる。
【００２１】
図６はシミュレーションにより求めた筐体１の内部音圧の周波数特性を示す図である。この図６において、Ｂ１は筐体１内に音響管１０を設けない状態において、スピーカユニット１ａに所定レベルのホワイトノイズを入力した場合の筐体１内の音圧の周波数特性、Ｂ２は筐体１内に音響管１０を配置し、スピーカユニット１ａに所定レベルのホワイトノイズを入力した場合の筐体１内の音圧の周波数特性、Ｂ３は筐体１内において音響管１０内に通気性吸音材を挿入し、スピーカユニット１ａに所定レベルのホワイトノイズを入力した場合の筐体１内の音圧の周波数特性を示している。この図６に示すように、音響管１０により筐体１内に発生する音圧のピークを低減することができ、さらに音響管１０に通気性吸音材を挿入することにより筐体１内における周波数に依存した音圧の変動を抑制することができる。
【００２２】
図７はスピーカユニット１ａに所定レベルのホワイトノイズを入力し、実測により求めた筐体１の壁面の振動加速度の周波数特性を示す図である。この図７において、Ｃ１は筐体１内に音響管１０を設けない状態における筐体１の壁面の振動加速度の周波数特性、Ｃ２は筐体１内に音響管１０を配置し、かつ、この音響管１０に吸音材を挿入した場合の筐体１の壁面の振動加速度の周波数特性を示す。この図７に示すように、吸音材の挿入された音響管１０を筐体１内に配置することにより、筐体１の壁面の振動加速度のピークを低減することができる。
【００２３】
以上のように、本実施形態において音響管１０は、筐体１内の定在波を低減する役割と、筐体１の振動を抑制する動吸振器としての役割の両方を果たす。従って、本実施形態によれば、簡単な構成により、スピーカの音響特性に悪影響を与える特定の周波数の筐体１の振動を抑制し、かつ、筐体１内に発生する音の定在波を低減することができる。また、本実施形態において、動吸振器として機能する音響管１０は筐体１内に設けられるため、この音響管１０が激しく振動したとしても、筐体１外部に異音が放音されるのを防止することができる。また、本実施形態において、動吸振器たる音響管１０は、他の周波数ピークを可能な限り乱すことなく、筐体１の特定の構造モードの周波数ピークのみを抑制するので、スピーカの音響特性の悪化を適切に防止することができる。
【００２４】
＜第２実施形態＞
図８はこの発明による音響装置の第２実施形態であるスピーカの構成を示す斜視図である。上記第１実施形態では、音響管１０の側面の開口端１２付近の位置を結合部１３により筐体１の壁面１Ｌに固定した（図１参照）。これに対し、本実施形態では、音響管１０の開口端１１と開口端１２との間の途中の位置、具体的にはＪ字形状をなす音響管１０の底部から開口端１１側に所定距離だけ戻った位置を結合部１３により筐体１の壁面１Ｌに固定した。
【００２５】
図９（Ａ）〜（Ｃ）は本実施形態における音響管１０の動吸振器としての動作を示す図である。図９（Ａ）は、筐体１が振動していない状態を示し、図９（Ｂ）および（Ｃ）は、筐体１が振動している状態を示している。そして、図９（Ｂ）では、筐体１の壁面１Ｌと音響管１０における結合部１３から開口端１１までの部分とが結合部１３を介して互いに引っ張り合っている。また、図９（Ｃ）では、筐体１の壁面１Ｌと音響管１０における結合部１３から開口端１２までの部分とが結合部１３を介して互いに引っ張り合っている。このように本実施形態では、筐体１の壁面１Ｌと音響管１０における結合部１３から開口端１１までの部分とが互いに逆相となるように振動する一方、筐体１の壁面１Ｌと音響管１０における結合部１３から開口端１２までの部分とが互いに逆相となるように振動する。その際、筐体１の壁面１Ｌと音響管１０における結合部１３から開口端１１までの部分とが結合部１３を介して互いに引っ張り合い、かつ、筐体１の壁面１Ｌと音響管１０における結合部１３から開口端１２までの部分とが結合部１３を介して互いに引っ張り合うことにより、筐体１および音響管１０の振動が減衰する。ここで、音響管１０における結合部１３から開口端１１までの部分と、音響管１０における結合部１３から開口端１２までの部分は、形状および慣性量が異なる。このため、これらの２つの部分は、各々別個の固有振動数で振動する。従って、この態様によれば、筐体１に発生する振動の２つの周波数成分を低減することができる。
【００２６】
本実施形態においても上記第１実施形態と同様な効果が得られる。また、本実施形態によれば、筐体１に発生する振動の２つの周波数ピークを低減することができる。
【００２７】
＜他の実施形態＞
以上、この発明の第１および第２実施形態について説明したが、この発明には他にも実施形態が考えられる。例えば次の通りである。
【００２８】
（１）音響管１０の形状、音響管１０を筐体１の壁面において支持する支持構造は上記第１および第２実施形態の支持構造に限定されるものではない。音響管１０の一部を筐体１に固定すると、音響管１０および筐体１の弾性と質量等とによりバネマス系ダンパが構成されるため、音響管１０を動吸振器として機能させることが可能である。
【００２９】
（２）上記第１実施形態では、１個の音響管１０を用いて自由度１のバネマス系ダンパを構成したが、複数の音響管を用いて多自由度のバネマス系ダンパを構成してもよい。図１０はその構成例を示すものである。この例では、上記第１実施形態と同様、音響管１０が結合部１３により筐体１の壁面１Ｌに固定され（図示略）、さらに音響管１０と同様な形状の音響管１０’が結合部１３’により音響管１０に固定されている。ここで、筐体１、音響管１０および１０’は、自由度２のバネマス系ダンパを構成している。この態様においても筐体１の振動のうち特定周波数の成分を減衰させることができる。
【００３０】
（３）動吸振器としての音響管１０に減衰させる周波数を最適化するため、音響管１０に錘等を付加してもよい。
【符号の説明】
【００３１】
１…筐体、１ａ…スピーカユニット、１０…音響管、１１，１２…開口端、１３…結合部、１Ｌ，１Ｒ，１Ｆ，１Ｂ，１Ｕ，１Ｄ…壁面。
【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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