(57)【要約】  遮音プロセスは、（ａ）少なくとも１つの複合共振体要素を備える少なくとも１つの音波バリアを提供する工程と、（ｂ）少なくとも１つの音波バリアを、少なくとも部分的に閉鎖された少なくとも１つの気体流内に設置する工程と、を含む。
2011513791.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）少なくとも１つの複合共振体要素を備える少なくとも１つの音波バリアを提供する工程であって、前記複合共振体要素が、少なくとも１つの共振体部分と少なくとも１つの制振体部分とを備え、前記共振体部分が、第１の密度と第１の引っ張り係数とを有する第１の媒体を備え、前記制振体部分が、前記第１の密度未満の第２の密度と前記第１の引っ張り係数未満の第２の引っ張り係数とを有する第２の媒体を備え、前記第１の媒体が、音響周波数の可聴範囲内の少なくとも１つの音響共振周波数を有する弾性媒体であり、前記弾性媒体が、少なくとも１つの金属、金属合金、又はこれらの組み合わせを含み、前記第２の媒体が、前記第１の媒体の前記音響共振周波数のうちの少なくとも１つの音響制振を呈する粘弾性媒体、弾性媒体、又はこれらの組み合わせである、工程と、（ｂ）前記少なくとも１つの音波バリアを、少なくとも部分的に閉鎖された少なくとも１つの気体流内に設置する工程と、を含む、プロセス。
【請求項２】
前記音波バリアが、前記複合共振体要素のアレイを備える、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
前記アレイが、二次元アレイ、三次元アレイ、又はこれらの組み合わせである、請求項２に記載のプロセス。
【請求項４】
前記アレイが、０．１〜０．６５の範囲の充填比を有する、請求項２に記載のプロセス。
【請求項５】
前記第２の密度に対する前記第１の密度の比率が、２より大きい、請求項１に記載のプロセス。
【請求項６】
前記第２の引っ張り係数に対する前記第１の引っ張り係数の比率が、１×１０３〜１×１０５の範囲である、請求項１に記載のプロセス。
【請求項７】
前記音響共振周波数が、２０ヘルツ〜２０キロヘルツの範囲である、請求項１に記載のプロセス。
【請求項８】
前記第２の媒体が、粘弾性媒体である、請求項１に記載のプロセス。
【請求項９】
前記粘弾性媒体が、少なくとも音響周波数の可聴範囲内で、その横音波の伝搬速度の少なくとも３０倍である縦音波の伝搬速度を有する、請求項８に記載のプロセス。
【請求項１０】
前記粘弾性媒体が、粘弾性固体、粘弾性液体、及びこれらの組み合わせから選択される、請求項８に記載のプロセス。
【請求項１１】
前記粘弾性固体及び粘弾性液体が、２０℃で、５×１０６Ｐａ以下の安定した剪断プラトー弾性率を有する、請求項１０に記載のプロセス。
【請求項１２】
前記粘弾性固体及び前記粘弾性液体が、ゴム状ポリマー組成物及びこれらの組み合わせから選択される、請求項１０に記載のプロセス。
【請求項１３】
前記ゴム状ポリマー組成物が、エラストマー、弾粘性液体、及びこれらの組み合わせから選択される、請求項１２に記載のプロセス。
【請求項１４】
前記第２の媒体が、弾性媒体である、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１５】
それぞれの前記弾性媒体が、少なくとも毎秒２０００メートルの縦音波の伝搬速度を有する、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１６】
前記弾性媒体が、金属、金属合金、無機鉱物、ガラス状ポリマー、及びこれらの組み合わせから選択される弾性固体である、請求項１４に記載のプロセス。
【請求項１７】
前記複合共振体要素が、球形、円筒、円筒形環状構造体、及びこれらの組み合わせから選択される構成を有する、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１８】
前記共振体部分が、少なくとも１つの内芯の形態であり、前記制振体部分が、少なくとも１つの外殻の形態である、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１９】
前記複合共振体要素が、発泡体又は繊維性材料以外の材料を含む露出面を有する、請求項１に記載のプロセス。
【請求項２０】
前記少なくとも部分的に閉鎖された気体流が、気体流ダクト内にある、請求項１に記載のプロセス。
【請求項２１】
前記プロセスが、８００Ｈｚ〜１０，０００Ｈｚの範囲にわたって、２０ｄＢ以上の透過損失を提供する、請求項１に記載のプロセス。
【請求項２２】
前記プロセスが、２５０Ｈｚ〜１５００Ｈｚの範囲にわたって、少なくとも２０ｄＢの透過損失を提供し、前記音波バリアは、全寸法のサイズが１０ｃｍ以下である、請求項１に記載のプロセス。
【請求項２３】
前記音波バリアが、少なくとも１つのフォノニック結晶を更に含む、請求項１に記載のプロセス。
【請求項２４】
（ａ）気体マトリックスによって囲まれる正方形格子パターン内に、筒形複合共振体要素の二次元又は三次元アレイを備える少なくとも１つの音波バリアを提供する工程であって、前記複合共振体要素が、少なくとも１つの内芯と少なくとも１つの外殻とを備え、前記内芯が、第１の密度と第１の引っ張り係数とを有する第１の媒体を備え、前記外殻が、前記第１の密度未満の第２の密度と前記第１の引っ張り係数未満の第２の引っ張り係数とを有する第２の媒体を備え、前記第１の媒体が、音響周波数の可聴範囲内の少なくとも１つの音響共振周波数を有する弾性媒体であり、前記弾性媒体が、少なくとも１つの金属、金属合金、又はこれらの組み合わせを含み、前記第２の媒体が、前記第１の媒体の前記音響共振周波数のうちの少なくとも１つの音響制振を呈する粘弾性媒体、弾性媒体、又はこれらの組み合わせである、工程と、（ｂ）前記少なくとも１つの音波バリアを、少なくとも１つの気体流ダクト内の少なくとも１つの気体流内に設置する工程と、を含む、プロセス。
【請求項２５】
前記アレイが、二次元アレイであり、前記筒形複合共振体要素が、円筒形複合共振体要素であり、前記内芯が、１立方センチメートル当たり少なくとも８グラムの密度を有し、前記外殻が、１立方センチメートル当たり１．５グラム以下の密度を有し、前記円筒形複合共振体要素が、発泡体又は繊維性材料以外の材料を含む露出面を有し、前記気体流ダクトが、建物のＨＶＡＣシステム、運搬用車両のＨＶＡＣシステム、気体送達用のフェイスマスク、ファンが収容された家庭用器具、又はこれらの組み合わせの一部である、請求項２４に記載のプロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、両方とも２００８年３月３日に出願された、米国仮出願第６１／０３３，１９８号及び同第６１／０３３，１７７号の優先権を主張し、その内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、気体流からもたらされる可聴雑音を減衰するためのプロセスに関する。
【背景技術】
【０００３】
フェイスマスク、建物、及び運搬用車両における空気送達システム等の気体流システムは、商業、産業、及び居住環境における、主要な許容不可能な騒音公害の原因となり得る。例えば、建物及び運搬用車両の暖房、換気、及び空調（ＨＶＡＣ）システムは、行き渡る強制空気ネットワーク又はダクトシステムと組み合わせて、空気移動デバイス（ファン等）を含む。ダクトシステムは、建物又は車両全体に調整空気（源空気）を分配するため、還気を換気又は再循環させるために使用される。この強制空気の層流、ファンの雑音、空気流のダクト壁に対する衝突（例えば、曲がり角、屈曲部、及び角部での）、及びダクトの壁（典型的に、シート金属）上で生じる振動モードは、そのようなシステムにおける可聴雑音の主源である。
【０００４】
そのような雑音を減衰するために、吸収体及び反射体（それぞれ、粘性散逸及び反射によって減衰する）等の従来の防音材が、気体流路内に設置されている。そのような従来の材料は、通常、周波数選択的な音波制御を提供することなく、広範囲の周波数にわたって機能する。能動的雑音消去装置は、周波数選択的な音波減衰を可能にするが、この装置は、典型的には閉じ込められた空間内で最も有効であり、電力及び制御を提供するために、電子機器に投資し該装置を作動させる必要がある。低速流ダクトに周波数選択的な音波制御を提供するために、ブラッグ散乱が提案されているが、その潜在的利益は、比較的低い透過損失に制限されると思われる。
【０００５】
材料からの音波透過損失が、概して、その質量及び剛性の関数であるため、従来の音波バリア（例えば、緻密な金属シート又はプレート）は比較的重く、かつ気密な傾向にある。いわゆる「質量則」（所定の周波数範囲内にて多くの従来の音響バリア材料に適用可能）は、材料の単位面積当たりの重量が２倍になると、材料を介した透過損失が６デシベル（ｄＢ）増大することを決定づける。より緻密な材料を使用することによって、又はバリア厚を増大させることによって、単位面積当たりの重量を増大することができる。少なくとも幾つかの気体流用途では、重量の追加は望ましくない可能性があるが、より重要なことに、そのような用途で使用する雑音減衰体は、一般に、気体流を大幅に遮断するべきではなく、又は過度の気体圧力低下をもたらすべきではない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、従来の音波吸収材料として気体流システムでしばしば使用されてきた音波吸収体（例えば、繊維性又は発泡体材料）は、一般に、比較的軽量であり、かつ比較的多孔質である。しかしながら、多孔質吸収体の孔内への水分の取り込み、及びその中での細菌増殖の可能性が結果として生じるため、多孔質音波吸収体は、特定の環境（例えば、ＨＶＡＣダクト）での使用に、それ程魅力的ではない可能性がある。これは、多孔質吸収体及びバリアを、そのようなダクト内でライナーとして使用することを事実上除外し得る。
【０００７】
米国では、通気口及びダクトは、典型的に、外部から隔離されているが、これの主な目的は、断熱である。しかしながら、音響制御のために、ダクト長さの一部は、多くの場合、内部が音波吸収体材料で覆われており、また、適切な場合には、機械的音波減衰体又は消音体（例えば、羽根若しくはバッフル、及び／又は制振体を含む箱）が、配管内に設置される。機械的減衰体及び消音体は高価であり得、有意な圧力低下を引き起こし得、エネルギー消費を増加させ得る。低周波数音波（例えば、約１０００ヘルツ（Ｈｚ）未満の周波数）は、吸収体及び機械的減衰体又は消音体（及び更には、天井タイル等の建物音響バリアを含む、第２の防衛線）が、多くの場合、この範囲に不適切であるため、特に問題となる場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
したがって、好ましくは、比較的非多孔質であり（微生物増殖の可能性を低減又は最小限にするために）、及び／又は気体流を大幅に遮断せず、若しくは有意な圧力低下をもたらさない、音波バリアを利用する一方で、可聴音響周波数を減衰する（音波透過を低減する、又は好ましくは排除する）のに少なくとも部分的に効果的であり得る気体流システム内の雑音を管理又は制御するためのプロセスの必要性が存在することが認識される。好ましくは、プロセスは、比較的広範囲の可聴周波数（好ましくは、約１０００Ｈｚ未満のもの等の低周波数を含む）にわたり、少なくとも部分的に効果的にすることができ、及び／又は比較的単純にかつ費用効果的に実施することができる。
【０００９】
つまり、一態様では、本発明は、遮音プロセスを提供する。本プロセスは、（ａ）少なくとも１つの複合共振体要素（好ましくは、複合共振体要素のアレイ）を備える少なくとも１つの音波バリアを提供する工程と、（ｂ）少なくとも１つの音波バリアを、少なくとも部分的に閉鎖された少なくとも１つの気体流（好ましくは、気体流ダクト内の気体流）内に設置する工程と、を含む。複合共振体要素は、少なくとも１つの共振体部分と少なくとも１つの制振体部分とを備える（好ましくは、少なくとも１つの内芯（共振体部分として）、及び少なくとも１つの外（芯に対して）殻（複合共振体要素の最外層であってもなくてもよい、制振体部分として）の形態で）。共振体部分（又は、好ましくは及び以後、内芯）は、第１の密度と第１の引っ張り係数とを有する第１の媒体を備え、制振体部分（又は、好ましくは及び以後、外殻）は、第１の密度未満の第２の密度と第１の引っ張り係数未満の第２の引っ張り係数とを有する第２の媒体を備える。第１の媒体は、音響周波数の可聴範囲（つまり、２０ヘルツ（Ｈｚ）〜２０キロヘルツ（ｋＨｚ）の範囲）内の少なくとも１つの音響共振周波数を有する弾性媒体であり、弾性媒体は、少なくとも１つの金属、金属合金、又はこれらの組み合わせを含み、第２の媒体は、第１の媒体の音響共振周波数のうちの少なくとも１つの音響制振を呈する粘弾性媒体、弾性媒体、又はこれらの組み合わせである。
【００１０】
好ましくは、第２の媒体は、粘弾性媒体である（より好ましくは、縦音波の伝搬速度及び横音波の伝搬速度を有する粘弾性媒体であり、縦音波の伝搬速度は、横音波の伝搬速度の少なくとも約３０倍である）。好ましくは、第２の密度に対する第１の密度の比率は、約２より大きく、及び／又は、好ましくは、第２の引っ張り係数に対する第１の引っ張り係数の比率は、約１×１０３〜約１×１０５の範囲である。
【００１１】
上述の複合共振体要素のうちの１つ以上を含む音波バリアを形成し、それを気体流システム内に設置することによって、可聴範囲（つまり、２０ヘルツ（Ｈｚ）〜２０キロヘルツ（ｋＨｚ）の範囲）の少なくとも一部分で、バンドギャップの形態の効果的な雑音減衰、又は少なくとも有意な可聴音響透過損失（例えば、２０デシベル（ｄＢ）より大きい）を得ることができることが発見された。音響産業では、約２０＋ｄＢの減衰は、音響パワーの１００パーセントの低減に近似する、非常に有意な透過損失である。
【００１２】
本発明のプロセスで使用される音波バリアは、局部共振（局部的に共振する構造体である複合共振体要素）によって雑音低減を提供し、少なくとも幾つかの実施形態では、比較的軽量かつ比較的小型（例えば、約数センチメートル以下の外部寸法を有する）にすることができる。材料を選択する際、そのような設計パラメータを制御することによって、芯及び殻の厚さ、要素の数、要素の形状、要素の配設等、バンドギャップの数及び周波数並びにそれらの幅を調整することができるか、又は最低でも周波数の関数として透過損失レベルを調節することができる。
【００１３】
選択周波数のみがバリアを通過できるように、局部共振系音波バリアを気体流システム内に設置することができる（例えば、気体流（gas stream）又は気体流（gas flow）の横断面積の少なくとも一部にわたって延びるように）。バリアは、実質的に非多孔質の材料を含むことができ、したがって、微生物増殖が懸念される気体流システムに有用であり得る。加えて、バリアの複合共振体要素は、十分に低い充填率（気体流（gas stream）又は気体流（gas flow）の横断面積に対して）で効果的であり得、気体流は大幅に遮断されず、又は気体流に有意な圧力低下が生じない。
【００１４】
バリアは、受動的であるが周波数選択的に、音響バンドギャップを生成することができる。音響産業で使用される最も一般的な音波吸収体とは異なり、局部共振系バリアは、透過モードの音波を制御する。バンドギャップの周波数の範囲内で、構造を介した入射音波の透過は、本質的に存在しない可能性がある。バンドギャップは、常に完全である（つまり、音波透過がない）わけではないが、上述されるように、多くの場合、音波透過損失を約２０デシベル（ｄＢ）以上にすることができる。
【００１５】
選択周波数のみがバリアを通過できるように、局部共振系音波バリアを音波源と受信体との間に設置することができる。受信体はこうしてフィルターにかけられた音波を聴き、望ましくない周波数は遮断される。バリアを適切に構成することによって、透過される周波数を、受信体に集中させることができるか、又は望ましくない周波数を、反射して音波源に戻すことができる（周波数選択鏡と極めて類似する）。現行の音響材料とは異なり、局部共振系音波バリアは、音波を単に減衰又は反射するためというよりはむしろ、音波を実際に管理するために使用することができる。
【００１６】
したがって、少なくとも幾つかの実施形態では、本発明のプロセスは、好ましくは、比較的非多孔質であり（微生物増殖の可能性を最小限にするために）及び／又は気体流を大幅に遮断若しくは有意な圧力低下をもたらさない音波バリアを利用する一方で、可聴音響周波数を減衰するのに少なくとも部分的に効果的であり得る、気体流システム内の雑音を管理又は制御するためのプロセスの上述の必要性を満たすことができる。本発明のプロセスは、建物（例えば、家、事務所、病院等）のＨＶＡＣシステム、運搬用車両（例えば、自動車、ボート、及び飛行機）のＨＶＡＣシステム、気体（例えば、空気）送達用のフェイスマスク、ファンが収容された家庭用器具等、及びこれらの組み合わせを含む、様々な異なる気体流システムで、遮音を提供するために使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
本発明のこれら及びその他の特徴、態様及び利点は、次の説明、添付した請求項及び添付した図面でよりよく理解されるであろう。
【図１】本発明のプロセスの実施形態で使用するための音波バリアを調製するのに使用することができる複合共振体要素の透視図。
【図２】本発明のプロセスの一実施形態の実施において、気体流ダクト内に設置された、図１の複合共振体要素のアレイを備える音波バリアの透視図。
【００１８】
これらの図は、理想化されており、一定の縮尺で描かれてはおらず、単に例証であり、かつ非限定的であることを意図する。
【図３】実施例１に記載される本発明のプロセスの実施形態及び比較例１に記載されるプロセスのパワースペクトル（２乗ボルト単位の平均２乗振幅）対周波数（ｋＨｚ単位）のプロット。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
材料
本発明のプロセスで使用される音波バリアの上記の粘弾性構成要素又は媒体として使用するのに好適な材料には、粘弾性固体及び液体が挙げられる。有用な粘弾性固体及び液体には、周辺温度（例えば、約２０℃）で、約５×１０６パスカル（Ｐａ）以下の安定した剪断プラトー弾性率（ＧｏＮ）を有するものが挙げられ、安定した剪断プラトー弾性率は、好ましくは、材料のガラス転移温度（Ｔｇ）より約３０ケルビン度〜約１００ケルビン度高い温度範囲にわたって存在する。好ましくは、粘弾性材料は、周辺温度（例えば、約２０℃）で、約１×１０６Ｐａ以下（より好ましくは、約１×１０５Ｐａ以下）の安定した剪断プラトー弾性率を有する。好ましい粘弾性材料は、（好ましくは、少なくとも音響周波数の可聴範囲内で）その横音波の伝搬速度の少なくとも約３０倍（好ましくは少なくとも約５０倍、より好ましくは少なくとも約７５倍、最も好ましくは少なくとも約１００倍）である、縦音波の伝搬速度を有する。
【００２０】
有用な粘弾性材料の例には、エラストマー（例えば、熱可塑性エラストマー及びエラストマー発泡体を含む）、弾粘性液体等、及びこれらの組み合わせ（好ましくは、少なくとも幾つかの用途では、エラストマー及びこれらの組み合わせ）を含む、様々な形態のゴム状ポリマー組成物（例えば、軽く架橋したポリマー又は半結晶性ポリマーを含む）が挙げられる。有用なエラストマーには、両方とも無機及び有機ポリマーであるホモポリマー及びコポリマー（ブロック、グラフト及びランダムコポリマーを含む）の両方、並びにそれらの組み合わせ、並びに線状又は分枝状のポリマー、及び／又は相互侵入若しくは半相互侵入ネットワークの形態若しくは他の複合形態のポリマー（例えば、スターポリマー）が挙げられる。有用な弾粘性液体には、ポリマー溶解物、溶液、及びゲル（ヒドロゲル及びイオン性ポリマーゲルを含む）が挙げられる。
【００２１】
好ましい粘弾性固体には、シリコーンゴム（好ましくは約２０Ａ〜約７０Ａ、より好ましくは約３０Ａ〜約５０Ａのジュロ硬度を有する）、エピクロロヒドリンゴム（好ましくは、エピクロロヒドリン独立気泡発泡体）、（メタ）アクリレート（アクリレート及び／又はメタクリレート）ポリマー（好ましくは、イソオクチルアクリレート（ＩＯＡ）及びアクリル酸（ＡＡ）のコポリマー）、ブロックコポリマー（好ましくは、スチレン、エチレン、及びブチレンを含む）、セルロース系ポリマー（好ましくは、コルク）、有機ポリマー（好ましくは、ポリウレタン）及びポリジオルガノシロキサンポリアミドブロックコポリマー（好ましくは、シリコーンポリオキサミドブロックコポリマー）のブレンド、ネオプレン、並びにこれらの組み合わせが挙げられる。好ましい粘弾性液体には、鉱油修飾ブロックコポリマー、ヒドロゲル、イオン性ポリマーゲル、及びこれらの組み合わせが挙げられる。
【００２２】
それらの粘弾性固体及び液体は、既知の方法によって調製することができる。多くは市販されている。
【００２３】
本発明のプロセスで使用される音波バリアの上記の弾性構成要素又は媒体として使用するのに好適な材料には、本質的に全ての弾性材料が挙げられる。しかしながら、好ましい弾性材料には、少なくとも毎秒約２０００メートル（ｍ／ｓ）の縦音速を有するものが挙げられる。
【００２４】
弾性固体の有用な部類には、金属（及びそれらの合金）、無機鉱物（例えば、ガラス）、ガラス状ポリマー（例えば、硬化したエポキシ樹脂）等、及びこれらの組み合わせ（例えば、ポリマー結合剤マトリックス中の金属粉末又は金属削屑の合成物等の金属−ポリマー合成物を含む）が挙げられる。弾性固体の好ましい部類には、金属、金属合金、ガラス状ポリマー、及びこれらの組み合わせ（より好ましくは、銅、アルミニウム、エポキシ樹脂、銅合金、アルミニウム合金、及びこれらの組み合わせ、更により好ましくは、銅、アルミニウム、銅合金、アルミニウム合金、及びこれらの組み合わせ）が挙げられる。外殻（ガラス状ポリマー並びに比較的軽い金属及び金属合金が好まれ得る）での使用には、アルミニウム、アルミニウム合金、及びこれらの組み合わせが、より好まれ得る（アルミニウムが最も好ましい）。内芯（比較的重い金属及び金属合金が好まれ得る）での使用には、銅、銅合金、及びこれらの組み合わせが、更により好まれ得る（銅が最も好ましい）。
【００２５】
そのような弾性材料は、既知の方法によって調製又は得ることができる。多くは市販されている。
【００２６】
所望であれば、本発明のプロセスで使用される音波バリアは、所望により、他の構成要素材料を含むことができる。例えば、音波バリアは、２つ以上の粘弾性材料、及び／又は上述の弾性材料のうちの２つ以上を含むことができる。媒体の望ましい音響特徴が許容不可能に影響を受けないことを条件として、従来の添加材料を媒体に含めることができる（例えば、比較的高い温度でのポリマー安定性を向上させるために、酸化防止剤が存在してもよい）。
【００２７】
音波バリアの調製
本発明の遮音プロセスで使用される音波バリアは、少なくとも１つの内芯と少なくとも１つの外殻とを備える少なくとも１つの複合共振体要素を備える。内芯（共振体）は、好ましくは、外殻（制振体）と少なくとも部分接触（より好ましくは、少なくとも部分直接接触）させることができる。内芯は、第１の密度と第１の引っ張り係数とを有する第１の媒体を備え、外殻は、第１の密度未満の第２の密度と第１の引っ張り係数未満の第２の引っ張り係数とを有する第２の媒体を備える。
【００２８】
第１の媒体は、音響周波数の可聴範囲（つまり、２０ヘルツ（Ｈｚ）〜２０キロヘルツ（ｋＨｚ）の範囲の周波数）内の少なくとも１つの音響共振周波数を有する弾性媒体であり、弾性媒体は、少なくとも１つの金属、金属合金、又はこれらの組み合わせを含み、第２の媒体は、第１の媒体の音響共振周波数のうちの少なくとも１つの音響制振を呈する粘弾性媒体、弾性媒体、又はこれらの組み合わせである。
【００２９】
好ましくは、第２の媒体は、粘弾性媒体である（より好ましくは、縦音波の伝搬速度及び横音波の伝搬速度を有する粘弾性媒体であり、縦音波の伝搬速度は、横音波の伝搬速度の少なくとも約３０倍である）。好ましくは、第２の密度に対する第１の密度の比率は、約２より大きく（より好ましくは、約８より大きく）、及び／又は、好ましくは、第２の引っ張り係数に対する第１の引っ張り係数の比率は、約１×１０３〜約１×１０５（より好ましくは、約１×１０４〜約１×１０５）の範囲である。
【００３０】
複合共振体要素の形成では、内芯及び外殻の材料は、上述の共振、制振、密度、及び引っ張り係数特徴に従って、上述の粘弾性材料及び弾性材料から選択することができる。これは、それ程緻密ではない外殻によって制振することができる音響共振を呈することができる、より緻密な内芯を含む局部共振構造体を提供することができる。複合共振体要素は、例えば、内側の共振体媒体（第１の媒体）として少なくとも１つの弾性の金属含有材料を使用し、外側の制振体媒体（第２の媒体）として少なくとも１つの粘弾性材料、少なくとも１つの弾性材料、又はこれらの組み合わせ（好ましくは、少なくとも１つの粘弾性材料）を使用することによって、形成することができる。芯及び／又は殻は、第１及び第２の媒体によってそれぞれ付与される共振及び制振特徴が維持されることを条件として、他の材料を更に含むことができる。例えば、芯は、少量の粘弾性材料又は他の非弾性材料を含むことができる。
【００３１】
複合共振体要素の露出面は、微生物増殖の可能性を低減する又は最小限にするために、好ましくは、実質的に滑らか及び／又は非多孔質（例えば、サイズが約１マイクロメートル以下の表面特長及び／又は孔径を有する）である。露出面は、好ましくは、１立方センチメートル当たり約１グラム以上の密度を有する材料を含む。したがって、露出面は、好ましくは、従来の発泡体若しくは繊維性吸収体材料以外の材料を含む、それらからなる、又は本質的にそれらからなる（あるいは、要素の最外層としてそのような多孔質材料が使用される場合、少なくとも材料の露出面は、表面粗さ及び／又は多孔性を低減するために、封止又は艶出し等の方法で処理される）。
【００３２】
また、特定の材料選択は、要素の抗菌特徴を向上させることができる。例えば、銅を、その固有の抗菌特性のために選択し、以下に記載される特定の環状同心同軸筒構造体の形成において要素の最外層として使用することができる。
【００３３】
好ましくは、本発明のプロセスに使用される音波バリアは、２つ以上の複合共振体要素（これらの複数）のアレイ（二次元若しくは三次元アレイ、又はこれらの組み合わせ）を備える。アレイは、実質的に周期的、非周期的、又はこれらの組み合わせであってもよい（好ましくは、実質的に周期的）。アレイの複合共振体要素は、実質的に同一であってもよく、あるいはアレイ内で、形状、サイズ、厚さ、並びに／又は殻及び／若しくは芯の組成等が様々であってもよい。アレイ内の複合共振体要素の数（及びサイズ）は、例えば、特定の気体流システム内の気体流の横断面積及び／又は特定の音響周波数を除去する望ましさ等の要因により、大きく異なってもよい。
【００３４】
また、複合共振体要素の形状又は構成は、大きく異なってもよく、幾何学的形状の固体（例えば、球形、方形固体、筒形固体、三角形固体、他の閉じた多角形固体等）、環状構造体（例えば、外管内の内管又はロッド）等（好ましくは、球形、円筒、円筒形環状構造体、及びこれらの組み合わせ、より好ましくは、円筒、円筒形環状構造体、及びこれらの組み合わせ、最も好ましくは、円筒）を含むことができる。所望であれば、気体流システム内の気体圧力低下を最小限にするのを助長することができる空気力学的形状（例えば、翼等）を利用することができる。
【００３５】
複合共振体要素は、中実であってもよく、又は中空であってもよい（好ましくは、中実）。好ましくは、要素の内芯は、実質的に中実である（例えば、内芯は、非多孔質固体、多孔質固体、空気若しくはエポキシ樹脂等の間質性材料を含む特定の固体、又はこれらの組み合わせであってもよい）。殻は、連続的であっても断続的であってもよいが、好ましくは、実質的に連続的である。
【００３６】
複合共振体要素の寸法（例えば、高さ及び横断面積）は、特定の気体流用途の空間要件及び／又は音響要件により、大きく異なってもよい（例えば、約ミリメートルからメートル程度以上の範囲）。また、要素の外殻及び内芯の厚さも様々であってもよいが、一般に、殻は、芯厚さ以下であることができる。所望であれば、要素は、芯及び殻のそれぞれ共振特長及び制振特長が大幅に変化しないという条件で、多層芯及び／又は多層殻（例えば、同心環状構造体の形態）を備えることができる。
【００３７】
要素は、所望により、同一の若しくは異なる組成の、及び同一の若しくは異なる厚さ等の、均等又は不均等に離間することができる２つ以上の芯及び／又は２つ以上の殻を備えることができる。例えば、有用な構造体は、交互の芯（共振体）層及び殻（制振体）層を備える環状同心同軸筒構造体である。多芯及び／又は多殻の複合共振体要素では、芯の数は、要素内の殻の数未満であってもよく、殻の数と同じであってもよく、又は殻の数より大きくてもよく、したがって、要素は、要素の最外層としての芯（共振体）層、又は要素の最内部分としての殻（制振体）「層」若しくは部分を有することができる。
【００３８】
複合共振体要素は、任意の既知の又は以後開発される取り付け方法又は設置方法あるいは手法によって、気体流システムに、個々に又は集合的に取り付けることができる。しかしながら、好ましくは、音波バリアは、バリアを気体流システムの振動（例えば、バリアが挿入される気体流ダクトの振動）から効果的に分断することができる介在取り付け、設置、及び／又は格納構成要素（例えば、制振体、滑動部、スペーサ等、又はこれらの組み合わせを備えるフレーム）を更に含む。
【００３９】
結果として生じる音波バリアは、巨視的構成（例えば、約センチメートル未満の寸法規模を有する）であってもよい。所望であれば、バリアは、気体マトリックス（例えば、空気）によって囲まれる格子部位に、均一に寸法化されかつ均一に形状化された複合共振体要素を有する、空間的に周期的な格子の形態を取ることができる。そのような構造体の設計パラメータには、格子の種類（例えば、正方形、三角形等）、格子部位間の間隔（格子定数）、単位格子の構成及び形状（例えば、要素によって占有される単位格子の部分領域−「充填比」と称される、ｆとしても既知である）、利用される材料の物理的特性（例えば、密度、ポアソン比、係数等）、複合共振体要素の形状（例えば、ロッド、球形、中空ロッド、四角形支柱等）等が挙げられる。そのような設計パラメータを制御することによって、結果として生じるバンドギャップの周波数、ギャップの数、及びそれらの幅を調整することができる、又は最低でも周波数の関数として透過損失のレベルを調節することができる。
【００４０】
好ましいアレイには、約０．１〜約０．６５以上（より好ましくは約０．２〜約０．６、最も好ましくは約０．３〜約０．５５）の範囲の充填比を有するものが挙げられる。好ましい種類の格子には、音波バリアの存在による気体圧力低下を最小限にするために、（例えば、要素の互い違いの列を有するものというよりはむしろ）比較的「開いた」ものが挙げられる。したがって、好ましい格子には、三角形以外のもの（より好ましくは、正方形格子、方形格子、及びこれらの組み合わせ）が挙げられる。
【００４１】
好ましくは、音波バリアは、気体マトリックスによって囲まれる正方形格子パターンの、筒形要素の形態の二次元又は三次元アレイである（より好ましくは、二次元アレイ）。筒形要素は、より好ましくは、円筒形要素であり、最も好ましくは、１立方センチメートル当たり少なくとも約８グラムの密度を有する芯と、１立方センチメートル当たり約１．５グラム以下の密度を有する殻とを備える。
【００４２】
そのような音波バリアの複合共振体要素の総数は、例えば、２つと少なくから、数百以上と大きな数までの範囲に及ぶことができる。また、要素の寸法も大きく異なってもよい（例えば、気体流サイズ及び／又は除去されることが望ましい音響周波数によって）が、好ましくは、約数センチメートル以下である。要素のそのような寸法及び数は、約数センチメートル以下の寸法を有する音波バリアを提供することができる。所望であれば、殻を追加する前に、要素の芯を洗浄することができ（例えば、界面活性剤組成物又はイソプロパノールを使用して）、及び／又は１つ以上の結合剤（例えば、接着剤又は機械的締結具）を所望により利用することができる（望ましい音響との有意な干渉がないことを条件として）。
【００４３】
好ましい音波バリアは、気体流の横断面積の少なくとも一部に及ぶことができる１〜約４列（より好ましくは、１〜３列、最も好ましくは、１又は２列）の２つ以上の複合共振体要素を備える。（一般に、音波バリアの存在により結果として生じる気体圧力低下を最小限にするために、特定の用途に望ましい音響効果を提供することができる最少数の列及び／又は縦列が好まれ得る。）複合共振体要素は、粘弾性材料（好ましくは、シリコーンゴム、アクリレートポリマー、又はこれらの組み合わせ）の外殻（要素の最外層であってもなくてもよい）と弾性材料（好ましくは、銅、銅合金、又はこれらの組み合わせ）の内芯とを備え、殻は、芯の厚さ（筒形要素では、半径）の約０．１〜約０．５である厚さを有する。
【００４４】
所望により、本発明のプロセスで使用される音波バリアは、１つ以上の従来の若しくは以後開発される遮音材（例えば、従来の吸収体、従来のバリア、フォノニック結晶等、及びこれらの組み合わせ、好ましくは、フォノニック結晶）を更に含むことができ、及び／又は気体流の他の態様（例えば、濾過、熱管理等）に対処する１つ以上の構成要素を更に含むことができる。所望であれば、そのような従来の遮音材は、例えば音波バリアの周波数有効範囲を拡大するように層状にしてもよい。
【００４５】
音波バリアの使用
音波バリアのうちの１つ以上を、気体流システム内（好ましくは、気体流ダクト内）の少なくとも部分的に閉鎖された気体流内に設置することによって、本発明の遮音プロセスの実施において、上述の音波バリアを使用することができる。そのような気体流システムには、建物及び運搬用車両のＨＶＡＣダクトシステム、排気ライン等が挙げられる。好ましくは、音波バリアを、バリアが気体流の横断面積の少なくとも一部に及ぶように、気体流内に設置することができる。
【００４６】
概括的に言えば、そのような使用法には、音響源（好ましくは、可聴音響周波数の源）と音響受信体（好ましくは、可聴音響周波数の受信体）との間に、音波バリアを間置又は設置することを挙げることができる。気体流システム内の一般的な音響源には、気体流による雑音、ファン雑音等（好ましくは、可聴成分を有する雑音又は他の音波、より好ましくは、約２５０Ｈｚ〜約１０，０００Ｈｚの範囲の周波数成分を有する雑音又は他の音波）が挙げられる。音響受信体は、例えば人の耳、任意の様々な記録デバイス等であってよい（好ましくは人の耳）。
【００４７】
上述の音波バリアは、局部共振系バリアがフォノニック結晶によって呈されるものより狭いバンドギャップを有する傾向があるので、気体流システム内の気に障る離散周波数に対処するのに特に効果的であり得る。しかしながら、所望であれば、バリアは、より広範囲のフィルター作用を提供するために、１つ以上のフォノニック結晶と組み合わせて使用することができる。
【００４８】
本発明のプロセスは、音波バリアのうちの１つ以上を、気体流システムの気体流内の本質的に任意の適切な位置に設置することによって、実施することができる。例えば、図１及び図２を参照すると、本発明のプロセスの一実施形態では、芯１２及び殻１４を含む複合共振体要素１０（図１に示される）のアレイを含む音波バリア２０（図２に示される）は、気体ダクト４０（図２に示される）を通って流れる気体流３０内に設置される。音波バリアは、気体流システムにおける複数の音波バリアの必要性を低減するために、好ましくは、気体流システムの音響源の比較的近く（例えば、ＨＶＡＣシステムの炉の比較的近く）に設置することができる。
【００４９】
本発明のプロセスは、可聴範囲の比較的大きな部分にわたる透過損失を達成するために使用することができる（好ましい実施形態では、約８００Ｈｚ〜約１０，０００Ｈｚの範囲にわたり、約２０ｄＢ以上の透過損失を提供し、より好ましい実施形態では、約５００Ｈｚ〜約１０，０００Ｈｚの範囲にわたり、約２０ｄＢ以上の透過損失を提供し、更により好ましい実施形態では、約２５０Ｈｚ〜約１０，０００Ｈｚの範囲にわたり、約２０ｄＢ以上の透過損失を提供し、最も好ましい実施形態では、約５００Ｈｚ〜約１０，０００Ｈｚの範囲の少なくとも一部にわたり、実質的に完全な透過損失を提供する）。多孔質吸収体材料を使用することなく、及び／又は有意な気体圧力低下なく（例えば、約２５パーセント未満、好ましくは約１０パーセント未満）、そのような透過損失を達成することができる。
【００５０】
上述の局部共振系音波バリアの使用により、本発明のプロセスは、一般に問題となる、約２５０Ｈｚ〜約１５００Ｈｚの低周波数範囲において、比較的大きな音波バリア寸法を必要とすることなく、少なくとも約２０ｄＢの透過損失を達成するのに特に効果的であり得る。例えば、音波バリア寸法を約数センチメートル以下（好ましくは、約１０ｃｍ以下）に維持する一方で、そのような透過損失を達成することができる。
【実施例】
【００５１】
本発明の目的及び利点は、以下の実施例によって更に例示されるが、これらの実施例において列挙された特定の材料及びその量は、他の諸条件及び詳細と同様に本発明を過度に制限するものと解釈されるべきではない。実施例における部、百分率、比等は全て、特に記載しない限り、重量基準である。使用される溶媒及びその他の試薬は、特に記載しない限り、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，ＭＯより入手した。
【００５２】
材料
エポキシ：３Ｍ（商標）Ｓｃｏｔｃｈ−Ｗｅｌｄ（商標）エポキシ埋込用化合物／接着剤ＤＰ２７０透明、
２部エポキシ／アミン樹脂系、３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮから入手可能
固体銅ロッド：品目番号８９６６Ｋ４１、合金１１０電子等級銅、
直径３．１７５ｍｍ（１／８インチ）、ＭｃＭａｓｔｅｒ−Ｃａｒｒ  Ｉｎｃ．，Ｅｌｍｈｕｒｓｔ，ＩＬから入手可能
シリコーンゴム：Ｓｙｌｇａｒｄ（商標）１８４シリコーンエラストマーキット、ジメチルシロキサン系液体シリコーンエラストマーベース及び液体シリコーン樹脂溶液硬化剤を含む２部キット、Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｍｉｄｌａｎｄ，Ｍｉｃｈｉｇａｎから入手可能
実施例１及び比較例１
オシレータ−制振体構成要素（複合共振体要素）の効果を評価するため、及び本発明のプロセスを模擬実験するために、それぞれがエポキシマトリックス内に要素のアレイを含む、２つの音波バリアを構成した。第１の音波バリアは、エポキシマトリックス内の１１個の円筒形固体銅ロッド（上述される）の７列からなっていた（比較例１は、オシレータ−制振体構成要素を有さない）。第２の音波バリアは、それぞれの銅ロッドとエポキシマトリックスとの間に設置される、シリコーンゴムの円筒形環（厚さ０．８ｍｍ）を有することを除き、第１のものと実質的に同一であった（実施例１は、複合共振体要素の形態のオシレータ−制振体構成要素を有する）。シリコーンゴム環は、ローラーミキサーで１時間回転することによって、上述のシリコーンゴムのエラストマーベースをその硬化剤と１対１０の比率で混合することによって調製された。結果として生じる材料は、ナイフコーティングによって銅ロッドに適用され、結果として生じるコーティングされたロッドは、オーブン（ＤｅｓｐａｔｃｈモデルＬＦＤ１−４２−３、Ｄｅｓｐａｔｃｈ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ  ＬＰ，Ｍｉｎｎｅａｐｏｌｉｓ，ＭＮから入手可能）内に、９０℃で３分４５秒間設置された。
【００５３】
音波バリアは、それぞれが、基部（表面上に１１個の筒形ブラインドホール又はウェルの列が７列ドリル加工され、それぞれが直径３．２ｍｍ及び深さ６ｍｍを有する）と、ねじによって基部に取り付けられた４つの側壁とからなる、２つのフルオロポリマー成形型（ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）で作製され、Ｐｌａｓｔｉｃｓ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｅｄｅｎ  Ｐｒａｉｒｉｅ，ＭＮから入手可能）を使用して構成された。コーティングされていない銅ロッドが、１つの成形型のブラインドホールに挿入され、シリコーンでコーティングされた銅ロッドが、もう１つの成形型のブラインドホールに挿入された。成形型の内部の残りの空間を充填するために、ディスペンサガンを使用して、エポキシ（上述される）が分注された。結果として生じる充填された成形型は、室温（約２３℃）で４８時間放置された。次いで、壁が基部から取り外され、結果として生じる音波バリアは、上述のオーブン内に、８０℃で１時間設置された。
【００５４】
両方の音波バリアで、銅ロッドは、７．７２ｍｍと等しい格子パラメータａを有する正方形格子パターンに配設された。音波バリアは、それぞれ、０．１３２の充填比ｆ（比較例１）及び０．３００の充填比ｆ（実施例１）を有し、両方とも、５５ｍｍ×８６ｍｍ×８６ｍｍ（幅×長さ×高さ）の全体寸法を有し、５５ｍｍ×８６ｍｍ×１０ｍｍ（幅×長さ×高さ）のフルオロポリマー基部上に支持された。
【００５５】
音波バリアのそれぞれに対して、音響透過損失測定が実施された。測定は、パワースペクトル（時間信号のフーリエ変換の振幅（規模）の２乗）を測定するように調整された、超音波変換器を備えたパルサー／レシーバデバイスで実施された。このデバイスでは、送信器及び受信器波変換器（縦波、０．５ＭＨｚ、Ｐａｎａｍｅｔｒｉｃｓ−ＮＤＴモデルＶ１０１、Ｏｌｙｍｐｕｓ  ＮＤＴ  Ｉｎｃ．，Ｗａｌｔｈａｍ，ＭＡから入手可能）は、Ａｇｉｌｅｎｔ  ６０００  Ａオシロスコープ（Ａｇｉｌｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．，Ｐａｌｏ  Ａｌｔｏ，ＣＡから入手可能）に接続されたパルサー／レシーバ（モデル５０７７ＰＲ超音波パルサー／レシーバ、Ｏｌｙｍｐｕｓ  ＮＤＴ  Ｉｎｃ．，Ｗａｌｔｈａｍ，ＭＡ）に接続された。オシロスコープからデータを取得するために、ＬａｂＶｉｅｗ（商標）データ取得ソフトウェア（Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ａｕｓｔｉｎ，ＴＸから入手可能）が使用された。
【００５６】
測定の実施において、各音波バリアは、２つの変換器の間でそれらに接触して設置された。両方の接触表面での良好な接触を確保するために、石油ゼリー（白色、カタログ番号ＶＷ３３３９−２、ＶＷＲ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｗｅｓｔ  Ｃｈｅｓｔｅｒ，ＰＡ）が使用された。ソフトウェアによってオシロスコープから取得される時間信号（振幅対時間）の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）によって、パワースペクトル（振幅の２乗対周波数）が得られた。図３は、全可聴周波数範囲にわたって、及び超音波範囲に入って得られた結果を示す。制振による更なる雑音低減（透過損失）は、周波数によって、０〜２０ｄＢより大きい範囲に及んだ。
【００５７】
本明細書で引用した特許、特許文献、及び公報に含まれる参照された記述内容は、その全体が、それぞれが個々に組み込まれているかのように、参照により組み込まれる。本発明に対する様々な予見できない修正及び変更が、本発明の範囲及び趣旨から逸脱することなく当業者に明らかとなるであろう。本発明は、本明細書に記載した例示的な実施形態及び実施例によって過度に限定されるものではなく、かかる実施例及び実施形態は、一例として表されているだけであり、本発明の範囲は、以下のように本明細書に記載した請求項によってのみ限定されることを意図するものと理解されるべきである。
【図１】
2011513791.tif 000003
【図２】
2011513791.tif 000004
【図３】
2011513791.tif 000005
【国際調査報告】
2011513791.tif 000006
2011513791.tif 000007