(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに隣接し、かつ異なる種類の第１共振型吸音セル、及び第２共振型吸音セルを含む２種類以上の共振型吸音セルと、
前記第２共振型吸音セル内に設けられる開放部と、を有する防音構造であって、
前記開放部は、前記防音構造において熱、及び／又は気体を通す通り道であり、
前記第１共振型吸音セルの共振周波数と、前記第２共振型吸音セルの共振周波数とが一致するものであり、
前記第１共振型吸音セルは、開口を持つ枠と、該枠の前記開口の周囲に固定され、前記開口を覆う膜とを有し、
前記第２共振型吸音セルは、開口を持つ枠と、それぞれ、貫通孔を備え、前記枠の前記開口の周囲に固定される少なくとも２層の板とを有することを特徴とする防音構造。
【請求項２】
前記膜は、単層膜である請求項１に記載の防音構造。
【請求項３】
前記膜を有する前記第１共振型吸音セルの第１共振周波数と、前記第２共振型吸音セルの第１共振周波数が一致する請求項１、又は２に記載の防音構造。
【請求項４】
前記少なくとも２層の板は、それぞれ前記貫通孔を備え、前記枠の前記開口の両側の周囲にそれぞれ固定され、それぞれ前記開口を覆う２層の板である請求項１〜３のいずれか１項に記載の防音構造。
【請求項５】
前記開放部は、前記少なくとも２層の板がそれぞれ有する前記貫通孔を含む請求項１〜４のいずれか１項に記載の防音構造。
【請求項６】
それぞれ前記貫通孔を備える前記少なくとも２層の板は、それぞれが同一である請求項１〜５のいずれか１項に記載の防音構造。
【請求項７】
前記第１共振型吸音セル及び前記第２共振型吸音セルにおいて一致する前記共振周波数は、１０Ｈｚ〜１０００００Ｈｚの範囲内に含まれる請求項１〜６のいずれか１項に記載の防音構造。
【請求項８】
前記第１共振型吸音セルと、その最も距離の近い前記第２共振型吸音セルとの間の距離が、前記共振周波数における波長をλとしたときにλ/4未満であるという条件を満たす前記第１共振型吸音セルが、全ての前記第１共振型吸音セルの中の６０％以上を占める請求項１〜７のいずれか１項に記載の防音構造。
【請求項９】
互いに隣接し、かつ異なる種類の第１共振型吸音セル、及び第２共振型吸音セルを含む２種類以上の共振型吸音セルと、
前記第２共振型吸音セル内に設けられる開放部と、を有する防音構造であって、
前記開放部は、前記防音構造において熱、及び／又は気体を通す通り道であり、
前記第１共振型吸音セルの共振周波数と、前記第２共振型吸音セルの共振周波数とが一致するものであり、
前記第１共振型吸音セルは、開口を持つ枠と、該枠の前記開口の周囲に固定され、前記開口を覆う膜とを有し、
前記第１共振型吸音セルと、その最も距離の近い前記第２共振型吸音セルとの間の距離が、前記共振周波数における波長をλとしたときにλ/4未満であるという条件を満たす前記第１共振型吸音セルが、全ての前記第１共振型吸音セルの中の６０％以上を占めることを特徴とする防音構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、防音構造に係り、詳しくは、２種類以上の共振型吸音セルを用い、高い音の吸収率を達成することができ、副次的には通気性及び／又は通熱性も得ることができる防音構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の一般的な遮音材は、質量が重ければ重いほど音を良く遮蔽するために、良好な遮音効果を得るために、遮音材自体が大きく重くなってしまう。一方、特に、低周波成分の音を遮蔽することは困難である。一般に、この領域は、質量則と呼ばれ周波数が２倍になると遮蔽が６ｄＢ大きくなることが知られている。
このように、従来のほとんどの防音構造は、構造の質量で遮音を行っていたために大きく重くなりまた低周波の遮蔽が困難という欠点があった。
このため、機器、自動車、及び一般家庭など様々な場面に対応する遮音材として軽くて薄い遮音構造が求められている。そこで、近年、薄く軽い膜構造に枠を取り付けて膜の振動を制御する遮音構造が注目されている（特許文献１、及び２参照）。
この構造の場合、遮音の原理が上記質量則と異なる剛性則となるため薄い構造でも低周波成分をより遮蔽できる。この領域は、剛性則と呼ばれ、枠部分で膜振動が固定されることによって膜が枠開口と一致する有限サイズのときと同様の振る舞いとなる。【０００３】
特許文献１においては、貫通孔が形成された枠体と、貫通孔の一方の開口を覆う板状又は膜状の吸音材を有し、吸音材の２つの貯蔵弾性率がそれぞれ所定範囲である吸音体が開示されている（要約、請求項１、段落［０００５］〜［０００７］、及び［００３４］等参照）。
特許文献１に開示の吸音体は、枠体の他方の面が施工面に接着固定されて枠体の貫通孔の他方の開口が閉じられ、枠体で囲まれた、一方の開口を覆う吸音材と施工面との間に背後空気層が形成された状態で用いられている。
特許文献１では、吸音周波数、及び吸音率は、共に背後空気層の厚み（枠体の厚み）、及び枠体の貫通孔の直径に相関があり、厚みが厚く、直径が大きいほど、吸音周波数は低下し、吸音率は増加する。このため、特許文献１に開示の吸音体は、大型化を招くことなく、低周波領域において高度な吸音効果を達成することができるとしている。【０００４】
また、特許文献２は、枠となる区画壁で仕切られ、板状部材による後壁（剛壁）で閉じられ、前部が開放部を形成する空洞の開放部を覆う膜材（膜状吸音材）が被せられ、その上から押さえ板が載せられた吸音体を開示している。この吸音体では、膜材の音波による変位が最も生じにくい領域である開放部の周縁部の固定端から膜状吸音材の面の寸法の２０％の範囲内の領域（隅部分）にヘルムホルツ共鳴用の共鳴穴が形成されている。この吸音体においては、共鳴穴を除いて、空洞は閉塞されている。この吸音体は、膜振動による吸音作用とヘルムホルツ共鳴による吸音作用を併せて奏するとしている。【０００５】
また、非特許文献１は、単極子及び双極子共振器を組み合わせた２つの縮退完全複合吸音体を開示している。
第１の吸音体は、双極子共振器用単一ＤＭＲ（Decorated Membrane Resonator ;加飾膜共振器）と単極子共振器用一対の結合ＤＭＲとからなる正方形のフラットパネルである。ここで、結合ＤＭＲは、パネル中央に設けられた大径の短円管の両端開口を覆うように中央に錘の付いたゴム膜を貼り付けたものである。また、単一ＤＭＲは、パネル周辺部に設けられた小径の円形開口を覆うように中央に錘の付いたゴム膜を貼り付けたものである。この吸音体では、結合ＤＭＲ及び単一ＤＭＲの共振周波数はほぼ一致し、両者の相互作用による相殺的干渉により、５００Ｈｚよりも低周波数において極めて高い吸音率を達成している。なお、この吸音体は、同サイズの正方形断面を持つサブ波長の短い正方形管に取り付けて用いられるので、通気のための開口はない。
第２の吸音体は、単極子共振用ハイブリッド膜共振器（ＨＭＲ：Hybrid Membrane Resonator）と、双極子共振器用単一ＤＭＲとを有するものである。ここで、単極子共振用ハイブリッド膜共振器（ＨＭＲ）は、正方形断面を持つ短い正方形管の側壁に取り付けられ、後方が閉塞した円筒室を、中央に錘の付いたゴム膜によってシールしたものである。また、双極子共振器用単一ＤＭＲは、正方形管中心に配置され、リムによって正方形管の内壁に支持される円板状パネルの中央に設けられた大径の円形開口を覆うように中央に錘の付いたゴム膜を貼り付けたものである。この吸音体でも、ＨＭＲ及び単一ＤＭＲの共振周波数は近く、両者の相互作用による相殺的干渉により、５００Ｈｚよりも低周波数において極めて高い吸音率を達成している。なお、この吸音体は、円板状パネルの外周縁と、正方形管の内壁との間には隙間があるため、通気性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４８３２２４５号公報
【特許文献２】特開２００９−１３９５５６号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Subwavelength total acoustic absorption with degenerate resonators, Min Yang et. al., Applied Physics Letters 107, 104104 (2015);
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、従来のほとんどの防音構造は、構造の質量で遮音を行っていたために、大きく、かつ重くなり、また、低周波の遮蔽が困難という欠点があった。
また、特許文献１に開示の吸音体では、軽量で、吸音率のピーク値が、０．５以上と高く、ピーク周波数が５００Ｈｚ以下の低周波領域において高度な吸音効果を達成することができるが、吸音材の選択の幅が狭く、難しいという問題があった。
更に、膜振動と背後空気層の連成による吸音を原理としているために、条件を満たすためには厚い枠と背後の壁が必要となっていた。このために、設置する場所や大きさに制限が大きかった。
また、このような吸音体の吸音材は、枠体の貫通孔を完全に塞ぐものであるため、風、及び熱を通す能力がなく、空気等を排気できず、熱がこもりがちとなる。このため、このような吸音材は、特許文献１に開示の、特に機器、及び自動車の騒音、又は通気性が要求されるダクト内騒音の遮音に向かないという問題があった。【０００９】
また、特許文献２では、膜振動による吸音作用とヘルムホルツ共鳴による吸音作用を合わせて利用する必要があるので、枠となる区画壁の後壁は板状部材によって閉塞されている。このため、特許文献２に開示の吸音体は、特許文献１と同様に、風、及び熱を通す能力がなく、空気等を排気できず、熱がこもりがちとなり、機器、及び自動車の騒音、又は通気性が要求されるダクト内騒音の遮音に向かないという問題があった。
また、非特許文献１に開示の吸音体では、５００Ｈｚよりも低い周波数で使用でき、極めて高い吸音率を達成できるが、膜に錘が必須であるため、以下のような問題があった。
錘が必要であるため、構造が重いものとなり機器、自動車、及び一般家庭などに用いることが難しい。
また、錘を各セル構造に配置するための容易な手段がなく、製造適性がない。
また、錘を用いることで錘の位置によって振動モードが変化するために、錘の位置に対して周波数が依存して調整が難しい。
即ち、錘の重さ、及び膜上での位置に遮蔽の周波数・大きさが強く依存するため、遮音材としてのロバスト性が低く安定性がない。
【００１０】
更に、上述の特許文献１、及び２に記載の吸音体、並びに非特許文献１の第１の吸音体のように、背面を閉じない限り、５０％の吸収率を超えることができていないという問題があった。しかしながら、背面を閉じてしまうと、風や熱の通り道を確保できないため、通気性が要求されるダクト等に用いることができる高吸音防音構造を小さく作成することは困難であった。複数の防音構造を並べることで防音構造全体の体積が大きくなってしまい、ダクト等省スペース化が必要とされる防音構造にはより小さく、かつ高い吸収率を持つ防音構造が求められていた。【００１１】
本発明の主目的は、上記従来技術の問題点を解消し、５０％を超え、好ましくは１００％に近い吸収率を、波長に比べてはるかに小さく、コンパクトで、軽量で薄くても達成することができ、その結果、高い防音効果を得ることができ、更には、空気及び／又は熱等の通り道を備え、通気性、及び／又は通熱性をも得ることができる防音構造を提供することにある。その結果、本発明の主目的は、機器、自動車、及び一般家庭等の防音のために配置することができる防音構造を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、上記主目的に加え、更に、その形状に遮蔽周波数及び大きさ等の遮音特性が依存することなく、遮音材としてのロバスト性が高く、かつ安定性があり、機器、自動車、及び一般家庭の用途に適し、製造適性に優れた防音構造を提供することにある。
なお、本発明において、「防音」とは、音響特性として、「遮音」と「吸音」の両方の意味を含むが、特に、「遮音」を言う。ここで、「遮音」は、「音を遮蔽する」こと、即ち「音を透過させない」ことを言う。したがって、「防音」とは、音を「反射」すること（音響の反射）、及び音を「吸収」すること（音響の吸収）を含めて言う（三省堂  大辞林（第三版）、及び日本音響材料学会のウェブページのhttp://www.onzai.or.jp/question/soundproof.html、並びにhttp://www.onzai.or.jp/pdf/new/gijutsu201312_3.pdf参照）。
以下では、基本的に、「反射」と「吸収」とを区別せずに、両者を含めて「遮音」及び「遮蔽」と言う。しかしながら、両者を区別する時には、「反射」及び「吸収」と言う。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明者らは、５０％を超える吸収率を波長に比べてはるかに小さいコンパクトな領域で生じるのは通常の防音構造では困難であり、セル同士の近接場干渉を用いる必要があることを知見した。本発明者らは、一方、機器内の防音等では、副次的には、通気性、及び／又は通熱性が要求され、高い防音効果との両立が必要な場面もあり、空気及び／又は熱の通り道を設けておく必要があることを本発明者らは知見した。その結果、本発明者らは、本発明に至ったものである。
即ち、本発明の第１の態様の防音構造は、互いに隣接し、かつ異なる種類の第１共振型吸音セル、及び第２共振型吸音セルを含む２種類以上の共振型吸音セルと、第２共振型吸音セル内に設けられる開放部と、を有する防音構造であって、開放部は、防音構造において熱、及び／又は気体を通す通り道であり、第１共振型吸音セルの共振周波数と、第２共振型吸音セルの共振周波数とが一致するものであり、第１共振型吸音セルは、開口を持つ枠と、該枠の開口の周囲に固定され、開口を覆う膜とを有し、第２共振型吸音セルは、開口を持つ枠と、それぞれ、貫通孔を備え、枠の開口の周囲に固定される少なくとも２層の板とを有することを特徴とする。
また、本発明の第２の態様の防音構造は、互いに隣接し、かつ異なる種類の第１共振型吸音セル、及び第２共振型吸音セルを含む２種類以上の共振型吸音セルと、第２共振型吸音セル内に設けられる開放部と、を有する防音構造であって、開放部は、防音構造において熱、及び／又は気体を通す通り道であり、
第１共振型吸音セルの共振周波数と、第２共振型吸音セルの共振周波数とが一致するものであり、第１共振型吸音セルは、開口を持つ枠と、該枠の開口の周囲に固定され、開口を覆う膜とを有し、第１共振型吸音セルと、その最も距離の近い第２共振型吸音セルとの間の距離が、共振周波数における波長をλとしたときにλ/4未満であるという条件を満たす第１共振型吸音セルが、全ての第１共振型吸音セルの中の６０％以上を占めることを特徴とする。
【００１３】
ここで、膜は、単層膜であることが好ましい。
また、膜を有する第１共振型吸音セルの第１共振周波数と、第２共振型吸音セルの第１共振周波数が一致することが好ましい。
また、少なくとも２層の板は、それぞれ貫通孔を備え、枠の開口の両側の周囲にそれぞれ固定され、それぞれ開口を覆う２層の板であることが好ましい。
また、開放部は、少なくとも２層の板がそれぞれ有する貫通孔を含むことが好ましい。
また、それぞれ貫通孔を備える少なくとも２層の板は、それぞれが同一であることが好ましい。
また、第１共振型吸音セル及び第２共振型吸音セルにおいて一致する共振周波数は、１０Ｈｚ〜１０００００Ｈｚの範囲内に含まれることが好ましい。
また、第１共振型吸音セルと、その最も距離の近い第２共振型吸音セルとの間の距離が、共振周波数における波長をλとしたときにλ/4未満であるという条件を満たす第１共振型吸音セルが、全ての第１共振型吸音セルの中の６０％以上を占めることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、５０％を超え、好ましくは１００％に近い吸収率を、波長に比べてはるかに小さく、コンパクトで、軽量で薄くても達成することができ、その結果、高い防音効果を得ることができる。
また、本発明によれば、更には、空気、及び／又は熱等の通り道を備え、副次的には通気性、及び／又は通熱性をも確保することができ、機器、自動車、及び一般家庭等の防音のために配置することができる。
また、本発明によれば、更に、その形状に遮蔽周波数及び大きさ等の遮音特性が依存することなく、遮音材としてのロバスト性が高く、かつ安定性があり、機器、自動車、及び一般家庭の用途に適し、製造適性に優れた防音構造を提供することができる。
また、本発明によれば、吸音セルが錘を備えておらず、単純な膜、及び板孔を用いるものであるため、個々のセルの周波数の合わせこみが容易である防音構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る防音構造の一例を模式的に示す断面図である。
【図２】図１に示す防音構造の模式的平面図である。
【図３】図１に示す防音構造の実施例１の防音特性を示すグラフである。
【図４】図１に示す防音構造の実施例２の防音特性を示すグラフである。
【図５】本発明の他の実施形態に係る防音構造の一例の模式的平面図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る防音構造の一例の模式的平面図である。
【図７】比較例２の防音構造の防音特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明に係る防音構造を添付の図面に示す好適実施形態を参照して詳細に説明する。
本発明に係る防音構造は、５０％超、好ましくは１００％近い吸収率を達成して、高い防音効果を得ることができ、副次的には、熱、及び／又は空気の通り道をも確保する構造である。
本発明においては、５０％超、好ましくは１００％近い吸収率を出す原理として、複数の共振型吸音セルの透過波を打ち消し合いの関係にある干渉を生じさせることで、透過波を干渉で消して吸収を増やすということを用いている。そのためには、入射波に対して透過波の位相が、２つの共振型吸音セルの間で反転している必要がある。
【００１７】
このため、本発明の防音構造は、互いに隣接し、かつ異なる種類の第１共振型吸音セル及び第２共振型吸音セルを含む２種類以上の共振型吸音セルを有している必要がある。更に、本発明の防音構造は、第１共振型吸音セルの共振周波数（例えば、好ましくは第１共振周波数）と、第２共振型吸音セルの共振周波数（例えば、好ましくは最低次（第１）共振周波数）とが一致している必要がある。
なお、本発明においては、少なくとも一部の第１共振型吸音セルと、少なくとも一部の第２共振型吸音セルとが隣接する（例えば、２つの共振型吸音セルが隣接する）とは、２つの共振型吸音セルが隙間なく接触して（例えば互いの共振型吸音セルの側面同士がずれることなく密着して）いることを意味するが、本発明はこれに限定されない。本発明においては、２つの共振型吸音セルの位相の変化による干渉による音の打ち消し合いができれば、２つの共振型吸音セルが密着していなくても良く、間隔を開けて配置されていても良い。また、本発明においては、２つの共振型吸音セル同士、例えば互いの側面同士がずれていても良い。
【００１８】
本発明では、隣接する２つの共振型吸音セルの一方の第１共振型吸音セルとして、その周囲が枠に固定された振動膜構造を用いている。これは、例えば第１共振周波数においては単層膜の変位によって透過波の位相が反転する。
したがって、他方の第２共振型吸音セルは、透過波の位相が反転しない構造を使えばよいことになる。
具体的には、第２共振型吸音セルとして、貫通孔が開いた板を多層にした多層板構造の吸音セルを用いれば良い。中央部に閉じ込められた空気の膨張圧縮により、両側に貫通孔のあいたヘルムホルツ共振器のような構成となる。このとき、両側の板孔に逆向きに音が進行するモードを用いる。
しかしながら、本発明はこれに限定されず、第１共振型吸音セルの透過波位相と、第２共振型吸音セルの透過波位相が、互いに打ち消し合いの関係を満たしていれば良い。例えば第１共振型吸音セルが、第１共振周波数ではなく高次の共振周波数であっても位相変化は生じ、その位相変化を打ち消す透過波位相となる第２共振型吸音セルを用いればよい。
【００１９】
ここで、この貫通孔は、ヘルムホルツの摩擦に寄与するためのものであり、通気のためだけのものではない。本発明の防音構造は、膜とヘルムホルツという、各々はよく用いられる共鳴吸音体同士の組合せであるが、その組み合わせは新規であり、「貫通孔という開口を備える構造で５０％超吸収率」を達成するという新規な効果を達成するものである。
本発明は、貫通孔の開いた板が２つ以上、間をあけて配置された防音セルと、別の単層膜振動の防音セルとの共振（共鳴周波数）が一致する防音構造である。
上述したように、本発明の防音構造は、一方のセルには単層膜の膜振動を用いながら、これに組合せる他方のセルには、貫通孔からなる開口部が通気のためではなく摩擦孔を設け、膜振動ではなく空気摩擦吸音を用いている。これにより、本発明の防音構造は、５０％超の吸収率を達成し、更に副次的効果として、熱及び／又は空気（又は）風を通すことができる。
【００２０】
本発明では、熱、及び／又は空気（風）の通り道が設けられていることが特徴の１つでもある。このため、本発明の防音構造は、上記２種類以上の共振型吸音セルに加え、その中の隣接する２つの共振型吸音セルの他方の第２共振型吸音セル内に摩擦孔として機能する貫通孔（開放部）を有している必要がある。
上述したように、複数の共振型吸音セルは、それぞれが共振しているため、内部に（共振型吸音セル内）に開放部（即ち、貫通孔）が存在していても音を共振型吸音セルに引き寄せる効果を持つ。
よって、本発明の防音構造では、２種類以上の共振型吸音セルの中に、上述した振動膜構造の第１共振型吸音セル、及び上述した２層穿孔板構造の第２共振型吸音セルを有していることにより、高い吸収率を達成することができる。即ち、本発明の防音構造は、風、及び／又は熱を通す開放部からなる開放構造と、２つの共振型吸音セル構造の相互作用による共鳴吸収構造とを併せ持つ構造である。
なお、本発明においては、第２共振型吸音セルの２層穿孔板構造の両端の板に貫通孔があいているため、空気、及び／又は熱の通り道をも確保できる。
【００２１】
図１は、本発明の一実施形態に係る防音構造の一実施例を模式的に示す断面図であり、図２は、図１に示す防音構造の模式的平面図である。
図１及び図２に示す本発明の防音構造１０は、本発明の一方の吸音セルである第１共振型吸音セルとして、その周囲が枠に固定された単層膜の変位によって位相が反転する振動膜構造を用い、本発明の他方の吸音セルである第２共振型吸音セルとして、上述した２層穿孔板構造を用いている。この２層穿孔板構造は、その中央部に閉じ込められた空気の膨張圧縮により、両側に貫通孔の開いたヘルムホルツ共振器のような構成となる。即ち、第２共振型吸音セルとして、両側の穿孔板のそれぞれの貫通孔に逆向きに音が進行するモードを用いて、位相が反転しない２層、又は複数層の穿孔板構造を用いるものである。この時、それぞれ貫通孔を備える少なくとも２層の板は、それぞれが同一の板であることが好ましい。
この第１実施形態の防音構造１０は、隣接して配置される２種類の共振型吸音セル、例えば一方の第１共振型吸音セル（以下、単に第１吸音セル、又は吸音セルという）２０ａと、内部に開放部を有する、他方の第２共振型吸音セル（以下、単に第２吸音セル、又は吸音セルという）２０ｂと、を有する。
【００２２】
第１吸音セル２０ａ、及び第２吸音セル２０ｂは、それぞれ開口１２ａ、及び１２ｂを有し、隣接する２つの枠１４ａ、及び１４ｂを形成する枠体１６を備えている。
なお、図１及び図２に示す例においては、枠１４ａと１４ｂとは、隣接しており、隣接部において部材を共有しているが、本発明はこれに限定されず、それぞれの枠１４ａ、及び１４ｂは、それぞれ独立していても良い。このように、枠１４ａと１４ｂとがそれぞれ独立している場合には、枠１４ａと１４ｂとは、同一であっても、異なっていても良い。
第１吸音セル２０ａは、単層の振動膜構造の第１共振型吸音セルであって、枠１４ａの開口１２ａの一方の端部を覆う膜１８を備えており、開口１２ａの他方の端部は、開放されている。
第２吸音セル２０ｂは、２層の穿孔板構造の第２共振型吸音セルであって、枠１４ｂの開口１２ｂの両方の端部を覆い、かつそれぞれ貫通孔２２ａ、及び２２ｂ（２２）が穿孔された２枚の穿孔板２４ａ、及び２４ｂからなる２層穿孔板２４を有している。
【００２３】
貫通孔２２は、ヘルムホルツ共鳴に類似した共鳴を発生する共鳴孔として機能するのみならず、熱及び／又は空気を通過させるものである。
本発明では、膜１８で覆われている面に平行な第１吸音セル２０ａの開口１２ａ、及び第２吸音セル２０ｂの開口１２ｂのそれぞれの面積の和に対する貫通孔２２の面積の比（百分率％）を開口率として定義する。
本発明においては、開口率は、貫通孔２２がヘルムホルツ型の摩擦孔として機能し、副次的に熱及び／又は空気を通過させることができれば、特に制限的ではなく、後述する貫通孔２２の孔径によって音響特性が決まるので、それに応じて決まるものである。
【００２４】
本発明では、第１、及び第２吸音セル２０ａ、及び２０ｂは、それぞれ異なる種類の２つ吸音セルであって、それぞれの共振周波数が一致するものである。
なお、本発明において、「第１（共振型）吸音セル」の共振周波数と「第２（共振型）吸音セル」の共振周波数とが一致するとは、例えば、第１吸音セルの第１共振周波数と第２吸音セルの共振周波数（好ましくは第１共振周波数）とが一致することをいう。
なお、本発明のように、吸音セル２０ｂの共振に関して、吸音セル２０ｂの共振の透過位相が吸音セル２０ａの共振の透過位相と打消し合いの関係になるような共振であれば、高い吸収を得ることができる。例えば、第１共振周波数が条件を満たす本発明の場合は、奇数次共鳴(第１、３、５…)の共振でこの条件を満たす。特に、本発明において、吸音セル２０ｂの第１共振周波数を用いれば、本発明の防音構造のサイズを最も小さくすることができる。
ここで、一致する共振周波数、例えば、第１吸音セルの第１共振周波数、及び第２吸音セルの共振周波数（好ましくは第１共振周波数）のいずれも、共に人間の音波の感知域に相当する１０Ｈｚ〜１０００００Ｈｚにあることが好ましく、人間の音波の可聴域である２０Ｈｚ〜２００００Ｈｚにあることがより好ましく、４０Ｈｚ〜１６０００Ｈｚにあることが更により好ましく、１００Ｈｚ〜１２０００Ｈｚにあることが最も好ましい。
一致する共振周波数、第１吸音セルの第１共振周波数、及び第２吸音セルの第１共振周波数が、１０Ｈｚ〜１０００００Ｈｚにあることが好ましい理由は、本発明の課題が聞こえる音、感じる音を吸収によって防ぐことにあるため、人間が感じることができる周波数域がこの範囲であるとされているからである。なお、２０Ｈｚ〜２００００Ｈｚは人間が聴こえる音(可聴域)とされているため、この範囲がより望ましい。
【００２５】
また、本発明において、「第１吸音セル」の第１共振周波数と、「第２吸音セル」の第１共振周波数とが一致するとは、第１吸音セルの第１共振周波数と、第２吸音セル第１共振周波数について、２つの共振周波数に差がある場合、高周波側の周波数をＦ０、２つの共振周波数の差の大きさをΔＦとしたときに、ΔＦ／Ｆ０が０．２以下に収まることをいう。例えば、Ｆ０が１ｋＨｚの場合は±２００Ｈｚ以内となる。また、ΔＦ／Ｆ０は、０．１０以下であることがより好ましく、０．０５以下であることがさらに好ましく、０．０２以下であることが最も好ましい。
第１吸音セルの第１共振周波数と、第２吸音セルの第１共振周波数との差が、ΔＦ／Ｆ０が０．２以下を満たすことが好ましい理由は、共振周波数の差が上記条件を超えると、双方の共振周波数が離れすぎるために、それぞれが共振状態での相互作用が小さくなるからである。即ち、共振周波数から離れるほど、それぞれの吸音セルでの透過率と吸収率が小さく、反射率が大きくなる。このために、それぞれの共振型吸音セルの透過波同士の打ち消し合いは、本発明の重要部分であるが、その打ち消し合いの割合が小さく、反射率が大きくなってしまうからである。よって、両吸音セルの第１共振周波数の差は、ΔＦ／Ｆ０が０．２以下を満たすことが望ましい。
【００２６】
なお、以下では、防音構造１０の２つの第１、及び第２吸音セル２０ａ及び２０ｂ、開口１２ａ、及び１２ｂ、枠１４ａ、及び１４ｂ、貫通孔２２ａ、及び２２ｂ、並びに穿孔板２４ａ、及び２４ｂ等の構成要素については、それぞれ異なる場合に付いては個々に説明する。しかしながら、これらの構成要素が同一で、特に区別を要しない場合に関しては、区別せずにまとめて、吸音セル２０、開口１２、枠１４、貫通孔２２、及び穿孔板２４等として説明する。
本発明において、２つの枠１４（１４ａと１４ｂと）が異なるとは、枠形状（枠１４の形状）、枠１４の種類（物性、剛性、及び材質）、枠幅（枠１４の構成部材の板厚：Ｌｗ）、枠厚（枠１４の構成部材の長さ＝開口１２の両端間の距離：Ｌｔ）、及び枠サイズ（枠１４のサイズ、又は枠１４の開口１２のサイズ（開口面積のサイズ、及び空間体積のサイズ））等の寸法の少なくとも１つが異なっていることを言う。
逆に、２つの枠１４（１４ａと１４ｂと）が同一であるとは、少なくとも、２つの枠１４の形状、種類、及び寸法等の全てが同一であることを言う。
【００２７】
図１及び図２に示す実施形態の防音構造１０は、第１吸音セル２０ａと、第２吸音セル２０ｂとを備える構造において、第１吸音セル２０ａの第１共振周波数と、第２吸音セル２０ｂの第１共振周波数とを一致させるように、第１吸音セル２０ａ、及び第２吸音セル２０ｂの構成を調整したものである。即ち、第１吸音セル２０ａの枠１４ａ及び膜１８の構成（即ち枠１４ａの枠形状、種類、枠幅、枠厚（２層膜間の距離）、及び枠サイズ（膜１８の膜サイズ）、並びに膜１８の種類、及び膜厚等の少なくとも１つ）と、第２吸音セル２０ｂの枠１４ｂ、穿孔板２４、及び貫通孔２２の構成（即ち枠１４ｂの枠形状、種類、枠幅、枠厚（２層膜間の距離）、及び枠サイズ（穿孔板２４のサイズ）、穿孔板２４の種類、及び板厚、並びに貫通孔２２の形状、及びサイズ等の少なくとも１つ）とを調整したものである。
具体的には、第１吸音セル２０ａの１層の膜１８の第１共振周波数と、第２吸音セル２０ｂの共振周波数のうち、２層の穿孔板２４（２４ａ、及び２４ｂ）の各貫通孔２２（２２ａ、及び２２ｂ）近傍の空気の変位が反対方向に動く共振モードの第１共振周波数を一致させるように、枠１４、膜１８、及び貫通孔２２付穿孔板２４の構成を調整したものである。
【００２８】
このように、第１吸音セル２０ａの第１共振周波数と、第２吸音セル２０ｂの第１共振周波数とが一致することにより、第１吸音セル２０ａと第２吸音セル２０ｂとを備える防音構造１０は、特定の周波数で音の最大（ピーク）吸収率を示す。例えば、図１及び図２に示す防音構造１０は、詳細は後述するが、図３に示す実施例１の防音特性では、１４６０Ｈｚという最大吸収周波数で、図４に示す実施例２の防音特性では、１４４０Ｈｚという最大吸収周波数で音の吸収率Ａの最大値であるピーク（最大）吸収率を示す。換言すれば、図３及び図４に示すように、実施例１及び２の防音構造１０では、それぞれピーク吸収率を示す特定の周波数である１４６０Ｈｚ及び１４４０Ｈｚを持つ。なお、ピーク吸収率を示す特定の周波数を吸収ピーク（最大）周波数と呼ぶことができる。この時、吸収ピーク周波数は、第１吸音セル２０ａと第２吸音セル２０ｂとで一致する周波数（例えば第１吸音セルの第１共振周波数、又は第２吸音セルの第１共振周波数）に略等しいと言うことができる。なお、図３及び図４には、防音特性として、吸収率に加え、透過率Ｔ及び反射率Ｒも示されている。
【００２９】
また、図１及び図２に示す防音構造１０は、第１共振周波数が異なる２種類の吸音セル２０の一方の吸音セル（即ち第１吸音セル２０ａ）の１層の膜１８の膜振動の第１共振周波数と、他方の吸音セル（即ち第２吸音セル２０ｂ）の２層穿孔板２４（２４ａ、及び２４ｂ）の各貫通孔２２（２２ａ、及び２２ｂ）の摩擦による内部の空気の圧縮・膨張による共鳴（共振）の第１共振周波数とを一致させている。このようにすることにより、両者が一致する周波数（例えば、第２吸音セル２０ｂの第１共振周波数）において、それぞれ単独の吸音セル２０ａ及び２０ｂとからなる防音構造では達成できない５０％を遥かに超える音の大きな吸収率を得ることができる（即ち、ピーク吸収率を達成することができる）。
即ち、例えば、後述する表１に示すように、単独の吸音セル２０ａと開放部とからなる比較例１の防音構造でそれぞれ達成されるピーク吸収率は、４０％である。これに対し、図１及び図２に示す防音構造１０は、１層の膜１８の第１共振周波数と、２層穿孔板２４の各貫通孔２２の共鳴（共振）の第１共振周波数とを一致させるように設計されていることで、単独の吸音セル２０ａと開放部とからなる防音構造では達成できない５０％を遥かに超える音の吸収率を達成することができる。本発明の防音構造１０は、例えば、図３に示す実施例１のように、８７％もの音の吸収率を達成することができ、図４に示す実施例２のように、６８％もの音の吸収率を達成することができる。なお、この５０％を遥かに超える音の吸収率は、例えば吸音セル２０の枠１４の枠サイズまたは枠厚、２層間（膜間）の距離等が音波の波長の１／４未満の大きさで構成されていても達成される。
【００３０】
一般的な防音構造では、音波の波長の大きさよりも防音セルのサイズが非常に小さく、音にとって単一の構造として機能するために、５０％以上の吸収率を実現することは非常に困難である。
これは、下記に示す音波の圧力の連続の式により導かれる吸収率からもわかる。
吸収率Ａ(Absorptance)は、Ａ＝１-Ｔ-Ｒとして決められる。
透過率Ｔ（Transmittance）と反射率Ｒ（Reflectance）とを透過係数tと反射係数rで表わし、Ｔ＝|t|2、Ｒ＝|r|2とする。
１層の膜の構造体と相互作用をする音波の基本式である、圧力の連続の式は、入射音圧pＩ、反射音圧ｐＲ、透過音圧ｐＴ（pＩ、ｐＲ、ｐＴは複素数）としたとき、pＩ＝ｐＴ＋ｐＲとなる。T＝pT／pI、r＝pR／pIであるため、圧力の連続の式は以下のように表わされる。
Ｉ＝t＋r
これらより、吸収率Ａを求める。Reは複素数の実部、Imは複素数の虚部を示す。
Ａ＝１−Ｔ−Ｒ=１−|t|2−|r|2=１−|t|2−|１−t|2
＝１−(Re(t)2＋Im(t)2)−(Re(１−t))2＋Im(１−t))2)
＝１−(Re(t)2＋Im(t)2)−(１−２Re(t)＋Re(t)2+Im(t))2)
＝−２Re(t)2＋２Re(t)−２Im(t)2
＝２Re(t)×(１−Re(t))−２Im(t)2＜２Re(t)×(１−Re(t))
上記式は２ｘ×(１−ｘ)の形の式で、かつ０ ≦ x ≦ １の範囲を取る。
この場合、x＝０．２５のときに最大値となり、２ｘ(１−x) ≦ ０．５であることが分かる。よって、Ａ＜Re(t)×(１−Re(t)) ≦０．５となり、単一の構造での吸収率は、最大０．５となることを示すことができる。
【００３１】
このように、通常、１層の膜の構造体（第１防音セル）における音の吸収率は５０％以下にとどまることが分かる。
また、それぞれ貫通孔２２を持つ２層穿孔板の構造体（第２防音セル）の場合にも、例えば、２層間（板間）の距離が音の波長の大きさよりも非常に小さい場合（具体的には、１／４未満である場合）、透過波を打ち消し合う位相とすることが困難であるため、音の吸収率は５０％程度に留まる。
このように、本実施形態の防音構造によれば、例えば、枠サイズの変更や枠厚の調整のみであっても、従来の吸収率を遥かに超える音の吸収率を獲得することができる。
【００３２】
図１及び図２に示す防音構造１０は、１つの第１吸音セル２０ａ、及び１つの第２吸音セル２０ｂからなる構造であるが、本発明は、これに限定されず、これらの防音構造１０を１つの防音ユニットとして複数の防音ユニットを組み合わせた構造であっても良い。
例えば、図５に示す防音構造１０ａのように、図１に示す防音構造１０をそのまま同じ向き、即ち第１吸音セル２０ａ、及び１つの第２吸音セル２０ｂがこのままの同じ順序で３組組み合わせた構造であっても良い。また、図６に示す防音構造１０ｂのように、図１に示す防音構造１０を同じ向き（即ち、第１及び第２吸音セル２０ａ、及び２０ｂがこのままの同じ順序）で２組用い、２組の防音構造１０の間に防音構造１０を逆向き（即ち、第２及び第１吸音セル２０ｂ、及び２０ａの順序）で１組組み入れるように組み合わせた構造であっても良い。なお、図５に示す防音構造１０ａも、図６に示す防音構造１０ｂも、防音特性には、ほとんど差がないと言える。
また、図示しないが、本発明の防音構造は、図１及び図２に示す防音構造１０を組み合わせる組数も、上述した３組に限定されず、２組であっても良いし、４組以上であっても良いことは勿論である。
【００３３】
また、上述したように、本発明においては、２つの吸音セル２０ａと２０ｂとは、隣接している（即ち２つの吸音セル２０ａ及び２０ｂの位相の変化による干渉による音の打ち消し合いができる距離以内に配置されている）必要がある。その理由は、以下のように考えることができる。
第１吸音セル２０ａと第２吸音セル２０ｂのそれぞれで位相を変化させて、それがそのまま干渉することが最も打消し合いの効率が良くなる。２つの吸音セル２０ａ及び２０ｂの間に距離があると、その距離分位相が変化してしまうため、元々つけた位相差から変化してしまう。このため、２つの吸音セル間の距離の大きさは共鳴周波数の波長と関連付けられることが分かる。
ここで、元の２つの吸音セルの位相差がΔθとした時に、隣接している場合はΔθのまま干渉するが、距離ａを隔てて存在する場合は共鳴周波数の波長をλとして、位相差がΔθ＋ａ／λとなる。本発明では，Δθがπ（１８０°）になるように調整しているために、ａ／λの分だけ位相差が打消し合いの関係からずれてしまうことになる。ａがλ／４となると、互いの吸音セルからの透過波が干渉しない関係となるため、距離はλ／４未満であることが好ましいことが分かる。例えば、１４００Ｈｚではλが約２４ｃｍであるので、λ／４は６ｃｍ程度となる。
【００３４】
以上から、本発明においては、第１共振型吸音セルと、これに最も近い距離にある第２共振型吸音セルとの間の距離が、共振周波数における波長をλとしたときにλ／４未満であるという条件を満たす第１共振型吸音セルが、全ての第１共振型吸音セルの中の少なくとも６０％以上の割合を占めることが好ましい。
ここで、２つの吸音セル間の距離はλ／４未満であることが望ましく、λ／６以下であることがより望ましく、λ／８以下であることが更により望ましく、λ／１２以下であることが最も望ましい。
また、割合は、６０％以上であることが望ましく、７０％以上であることがより望ましく、８０％以上であることが更により望ましく、９０％以上であることが最も望ましい。
【００３５】
本発明の防音構造において、２種類以上の共振型吸音セルとして、少なくとも、互いに隣接し、互いに異なるが共振周波数が一致する第１共振型吸音セル、及び第２共振型吸音セルを有していれば良い。図１に示す実施例では、枠１４ａ及び膜１８を持つ枠−膜構造の吸音セル２０ａと、枠１４ｂと貫通孔２２（２２ａ、及び２２ｂ）付２層穿孔板２４（２４ａ、及び２４ｂ）を持つ枠−穿孔板構造の吸音セル２０ｂとを有するものである。
以下では、吸音セル２０ａ及び吸音セル２０ｂの２種類の吸音セル２０の各構成要素について説明する。
【００３６】
吸音セル２０の枠１４は、吸音セル２０ａを構成する枠１４ａと、吸音セル２０ｂを構成する枠１４ｂとを含み、これらは同一の構成を有するものであるので、枠１４として説明するが、異なるセル構成を説明する時には、個別に分けて説明する。なお、以下では、枠１４として、吸音セル２０の枠１４ａ及び１４ｂであることが明らに理解できる場合には、単に枠１４ともいう。
枠１４は、厚みのある板状部材である枠部材で環状に囲むように形成された開口１２を内部に有する。枠１４ａでは、一方の側において開口１２ａを覆うように膜１８を固定するためのもので、この枠１４に固定された膜１８の膜振動の節となるものである。一方、枠１４ｂでは、両方の側において開口１２ｂを覆うように貫通孔２２付穿孔板２４を固定するためのもので、この枠１４ｂに固定された２枚の穿孔板２４を支持するものである。したがって、枠１４は、膜１８に比べて、剛性が高い（具体的には、単位面積当たりの質量、及び剛性は、共に高い）必要があるが、穿孔板２４に対しては同等の剛性を有していれば良い。
【００３７】
枠１４（１４ａ及び１４ｂ）の形状は、膜１８、及び穿孔板２４の全外周を抑えることができるように膜１８、及び穿孔板２４を固定できる閉じた連続した形状であることが好ましい。しかしながら、本発明は、これに限定されず、枠１４が、これに固定された膜１８の膜振動の節となり、穿孔板２４を支持するものであれば、一部が切断され、不連続な形状であっても良い。枠１４の役割、即ち、枠１４ａの役割は、膜１８を固定して膜振動を制御することにあるため、また、枠１４ｂの役割は、穿孔板２４を支持するものであるため、枠１４に小さな切れ目が入っていても、極わずかに接着していない部位が存在していても効果を発揮する。
【００３８】
また、枠１４によって形成される開口１２の形状は、平面形状で、図１及び図２に示す例では正方形であるが、本発明においては、特に制限的ではない。開口１２の形状は、例えば、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、円形、若しくは楕円形等であっても良いし、不定形であっても良い。なお、枠１４の開口１２の両側の端部は、共に閉塞されておらず、共にそのまま外部に開放されている。吸音セル２０では、この開放された開口１２の少なくとも一方の端部に開口１２を覆うように膜１８、及び穿孔板２４が枠１４に固定される。
また、枠１４のサイズは、平面視のサイズであり、その開口１２のサイズとして定義できる。枠１４のサイズは、図１及び図２に示す正方形のような正多角形、又は円形の場合には、その中心を通る対向する辺間の距離、又は円相当直径と定義することができる。枠１４のサイズは、多角形、楕円又は不定形の場合には、円相当直径と定義することができる。本発明において、円相当直径及び半径とは、それぞれ面積の等しい円に換算した時の直径及び半径である。
なお、本発明の防音構造１０において、枠の１４のサイズ（即ち吸音セル２０ａにおいて膜１８を貼り付ける枠１４ａのサイズ、及び吸音セル２０ｂにおいて穿孔板２４を貼り付ける枠１４ｂのサイズ）は、全ての枠１４、又は同一の種類の吸音セル２０の全ての枠１４において、一定であっても良い。また、枠１４は、異なるサイズ（形状が異なる場合も含む）の枠が含まれていても良い。異なるサイズの枠が含まれている場合には、同一の種類の吸音セル２０の枠１４のサイズとして、枠１４の平均サイズを用いればよい。
【００３９】
このような枠１４のサイズは、特に制限的ではなく、本発明の防音構造１０が防音のために適用される防音対象物に応じて設定すればよい。防音対象物としては、例えば、複写機、送風機、空調機器（エアコン）、エアコン室外機、換気扇、ポンプ類、発電機、ダクト、その他にも塗布機、回転機、搬送機等音を発する様々な種類の製造機器等の産業用機器、自動車、電車、航空機、船舶、自転車（特に電気自転車）、パーソナルモビリティー等の輸送用機器、冷蔵庫、洗濯機、乾燥機、テレビジョン、コピー機、電子レンジ、ゲーム機、エアコン、扇風機、ＰＣ、掃除機、空気清浄機、食洗機、携帯電話、プリンター、給湯器等の一般家庭用機器、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、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を挙げることができる。
また、この防音構造１０自体をパーティションのように用いて、複数の騒音源からの音を遮る用途に用いることもできる。この場合も、枠１４のサイズは対象となる騒音の周波数から選択することができる。もちろん、パーティションの外枠となる枠１４内に、２種類の吸音セル２０ａ、及び２０ｂを一体化して、又は別々に配置して、本発明の防音構造としても良い。
【００４０】
なお、枠１４及び膜１８からなり、枠−膜構造の吸音セル２０ａ及び枠−穿孔板構造の吸音セル２０ｂを有する防音構造１０の固有振動モードを高周波側に得るためには、枠１４のサイズを小さくすることが好ましい。
また、枠１４（１４ａ及び１４ｂ）の平均サイズは、上記２種類の吸音セル２０（２０ａ及び２０ｂ）による防音構造１０の吸収ピーク周波数（以下、単に、ピーク周波数ともいう）における回折による音の漏れを防止するために、ピーク周波数に対応する波長サイズ以下であることが好ましい。
例えば、枠１４のサイズは、特に制限的ではなく、吸音セル２０に応じて選択すればよい。枠１４のサイズは、枠１４ａ及び１４ｂであっても、０．５ｍｍ〜２００ｍｍであることが好ましく、１ｍｍ〜１００ｍｍであることがより好ましく、２ｍｍ〜３０ｍｍであることが最も好ましい。なお、ダクト等に配置する場合には、枠１４ａ及び１４ｂを内部に配置できる大きさであれば良い。
なお、枠１４のサイズは、同一種類の吸音セル２０において、各枠１４で異なるサイズが含まれる場合などは、それぞれの種類において、平均サイズで表しても良い。
【００４１】
また、枠１４の幅（枠幅Ｌｗ）及び厚さ（枠厚Ｌｔ）も、膜１８、及び穿孔板２４を確実に抑えるように固定することができ、膜１８、及び穿孔板２４を確実に支持できれば、特に制限的ではないが、例えば、枠１４のサイズに応じて設定することができる。
例えば、枠１４の幅は、枠１４のサイズが、０．５ｍｍ〜５０ｍｍの場合には、０．５ｍｍ〜２０ｍｍであることが好ましく、０．７ｍｍ〜１０ｍｍであることがより好ましく、１ｍｍ〜５ｍｍであることが最も好ましい。
枠１４の幅が、枠１４のサイズに対して比率が大きくなりすぎると、全体に占める枠１４の部分の面積率が大きくなり、デバイスとしての防音構造１０が重くなる懸念がある。一方、上記比率が小さくなりすぎると、その枠１４部分において接着剤などによって膜を強く固定することが難しくなってくる。
【００４２】
したがって、枠１４の幅は、枠１４のサイズが、５０ｍｍ超、２００ｍｍ以下の場合には、１ｍｍ〜１００ｍｍであることが好ましく、３ｍｍ〜５０ｍｍであることがより好ましく、５ｍｍ〜２０ｍｍであることが最も好ましい。
また、枠１４の厚さは、０．５ｍｍ〜２００ｍｍであることが好ましく、０．７ｍｍ〜１００ｍｍであることがより好ましく、１ｍｍ〜５０ｍｍであることが最も好ましい。
なお、枠１４の幅及び厚さは、各枠１４で異なる幅及び厚さが含まれる場合などは、それぞれ平均幅及び平均厚さで表すことが好ましい。
【００４３】
なお、本発明においては、複数、即ち２以上の枠１４は、１次元的、又は２次元的に繋がるように配置された枠体１６、好ましくは１つの枠体１６として構成されることが好ましい。
ここで、本発明の防音構造１０の枠１４の数、即ち図１及び図２に示す例では枠体１６を構成する枠１４の数は２個であり、図５及び図６に示す防音構造１０ａ、及び１０ｂでは枠体１６を構成する枠１４の数は６個である。しかしながら、枠１４の数は、本発明では、特に制限的ではなく、本発明の防音構造１０、１０ａ及び１０ｂの上述した防音対象物に応じて設定すれば良い。もしくは、上述した枠１４のサイズは、上述した防音対象物応じて設定されているので、枠１４の数は、枠１４のサイズに応じて設定すればよい。
例えば、枠１４の数は、機器内騒音遮蔽の場合には、１個〜１００００個であることが好ましく、２〜５０００であることがより好ましく、４〜１０００であることが最も好ましい。
【００４４】
この枠１４の数の制限は、一般の機器の大きさに対しては、機器のサイズが決まっているので、１対の吸音セル２０（２０ａ及び２０ｂ）のサイズを騒音の周波数に適したサイズとするためには、複数の吸音セル２０を組み合わせた枠体１６で遮蔽する（即ち反射かつ／又は吸収する）必要があることが多いためである。また、枠１４の数の制限は、一方で吸音セル２０を増やしすぎることで、枠１４の重量分全体重量が大きくなることがあるためである。一方で、大きさに制約のないパーティションのような構造では、必要とされる全体の大きさに合わせて枠１４の個数を自由に選ぶことができる。
なお、１つの防音構造１０、１０ａ、及び１０ｂは、２つの枠１４を構成単位とするので、本発明の防音構造１０の枠１４の数は、吸音セル２０の数である。
【００４５】
枠１４の材料、即ち枠体１６の材料は、膜１８、及び穿孔板２４を支持でき、上述した防音対象物に適用する際に適した強度を持ち、又は少なくとも２種類の吸音セル２０を配置でき、防音対象物の防音環境に対して耐性があれば、特に制限的ではなく、防音対象物及びその防音環境に応じて選択することができる。例えば、枠１４の材料としては、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、これらの合金等の金属材料、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、トリアセチルセルロース等の樹脂材料、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：Carbon Fiber Reinforced Plastics）、カーボンファイバ、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ：Glass Fiber Reinforced Plastics）等を挙げることができる。
また、これらの枠１４の材料の複数種を組み合わせて用いてもよい。
【００４６】
また、本構造は多孔質吸音体と組み合わせて利用することもできる。多孔質吸音体は、膜上、枠に取り付ける、空気通過部、二層以上の膜構造の場合の間の層など、様々な場所に取り付けることができる。多孔質吸音体込みで透過位相を調整することで、多孔質吸音体がない場合と同様の効果が得られる。
多孔質吸音体としては、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（商標）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。
【００４７】
膜１８は、枠１４ａの内部の開口１２ａを覆うように枠１４ａに抑えられるように固定されるもので、外部からの音波に対応して膜振動することにより音波のエネルギを吸収、もしくは反射して防音するものである。そのため、膜１８は、空気に対して不浸透性であることが好ましい。
ところで、膜１８は、枠１４ａを節として膜振動する必要があるので、枠１４ａに確実に抑えられるように固定され、膜振動の腹となり、音波のエネルギを吸収、もしくは反射して防音する必要がある。このため、膜１８は、可撓性のある弾性材料製であることが好ましい。
このため、膜１８の形状は、枠１４ａの開口１２ａの形状である。また、膜１８のサイズは、枠１４ａのサイズ、より詳細には枠１４ａの開口１２ａのサイズであるということができる。
【００４８】
膜１８は、上述したように、厚さ及び／又は種類（ヤング率、密度などの物性）が異なる、又は枠サイズ、したがって枠１４ａに貼るサイズの膜からなる。図１、図５及び図６に示す防音構造１０、１０ａ、及び１０ｂにおいては、吸音セル２０ａの枠１４ａに固定された膜１８は、最も低次の固有振動モードの周波数（固有振動周波数）として、透過損失が極小、例えば０ｄＢとなる第１共振周波数を持つ。
即ち、本発明では、吸音セル２０ａの単層膜１８の第１共振周波数においては、音を透過させる。
【００４９】
したがって、本発明の防音構造１０、１０ａ、及び１０ｂでは、吸音セル２０ａの膜１８と、吸音セル２０ｂの２層穿孔板２４の穿孔板２４ａの貫通孔２２ａとは、一致した共振周波数（例えば、吸音セル２０ａの第１共振周波数と、吸音セル２０ｂの第１共振周波数）において、音透過側において、透過波の位相が互いに反転した透過音を生じる。このため、吸音セル２０ａの膜１８を透過した第１共振周波数の音波は、吸音セル２０ｂの穿孔板２４ｂの貫通孔２２ｂを透過した同一共振周波数の音波と位相が反転しているため、互いの相互作用により打ち消し合い、遠方場に届く透過波は小さくなる。一方で、共振していることにより、吸音セル２０ａについても、吸音セル２０ｂについても、音響インピーダンスの実部が空気の値に極めて近くなり、反射波がほとんど生じない（音響インピーダンスが媒質にマッチングすることが共振現象の定義である）。よって、反射波が共振現象によって小さくなり、透過波が打消し合いの干渉によって小さくなることで、結果として入射波は吸音セル近傍に局在し、最終的に膜振動や貫通孔内の熱粘性摩擦現象によって吸収される。このため、吸音セル２０ａの第１共振周波数と一致する吸音セル２０ｂの第１共振周波数において、吸収のピークを達成する。即ち、図３、及び図４に示すように、吸音セル２０ａの膜１８、及び吸音セル２０ｂの２層穿孔板２４（２４ａ、及び２４ｂ）の一致した共振周波数において、吸収率が極大、又は最大、即ち吸収のピークとなる吸収ピーク周波数を持つものである。
なお、本発明の防音構造においては、一方に単層膜１８と、他方に２層穿孔板２４を備え、一方の第１共振周波数と他方の第１共振周波数とが一致する２種類以上の吸音セルを有することにより、２種類の吸音セルの一致する共振周波数に吸収がピークとなる吸収ピーク周波数を有する。
【００５０】
このような特徴を有する本発明の防音構造の防音の原理は、以下のように考えることができる。
まず、本発明の防音構造の２種類の吸音セルの枠−膜構造は、上述したように、膜面が共鳴的に振動して音波が大きく透過する周波数である第１共振周波数を持つ。他方の種類の吸音セルの枠−穿孔板構造は、貫通孔内空気のマス（質量）と、内部にほぼ閉じ込められた空気の圧縮膨張によるバネ的性質とで共鳴を持ち、その共振周波数を枠−膜構造の共振周波数に一致させる。一方の第１共振周波数は、上述した膜１８の厚み、膜１８の種類（ヤング率、密度等の物性）、及び／又は枠１４ａのサイズ（開口１２ａ、膜１８のサイズ）、幅、厚さ等の実効的な堅さによって決定され、堅い構造ほど高周波数に共振点を持つ。詳細は後述するが、他方の第１共振周波数は、２層の穿孔板２４のサイズ（枠１４ｂの開口１２ｂのサイズ）、両者間の距離（枠１４ｂの枠厚Ｌｔ）、内部にほぼ閉じ込められている気体の体積、また、気体の種類（組成）、穿孔板２４の種類、板厚、及び／又は貫通孔のサイズ（面積、直径、実効直径）等によって決定される。
このような一方の種類の吸音セルの枠−膜構造の第１共振周波数の領域では、枠に固定された膜は同位相で振動し、この時膜を通過する音波の位相は大きく変化しない。他方の種類の吸音セルの枠−穿孔板構造の第１共振周波数の領域では、２層穿孔板間の空気は互いに反転して振動し、このとき一方の貫通孔から入射し他方の貫通孔を通過する音波の位相は反転する。即ち、枠−膜構造、及び枠−穿孔板構造の異なる２種類の吸音セル構造の組み合わせは、互いに位相が反転した組合せであるといえる。
【００５１】
ここで、音波も波動現象であるため、干渉による波の振幅の強めあいや打消し合いが生じる。一方の種類の枠−膜構造（第１吸音セル）を透過した位相の音波と、他方の種類の枠−穿孔板構造（第２吸音セル）を透過した、前記位相に対して反転した位相の音波とは、お互いの位相が逆向きとなっているために打ち消し合いの関係となる。よって、枠−膜構造、及び枠−穿孔板構造の異なる２種類の吸音セル構造（吸音セル）の一致した共振周波数の領域では打ち消し合いの関係となる。特に、それぞれの枠−膜構造を透過する音波の振幅が等しい周波数では、互いの波の振幅が等しく位相が反転していることとなり、非常に大きな吸収が生じる。
これが、本発明の防音構造の防音の原理である。
このような本発明の特徴は、枠−膜構造（第１吸音セル）、及び枠−穿孔板構造（第２吸音セル）の２種類以上の異なる吸音構造（吸音セル）があればよく、用途に応じて、膜の材質、及び／又は厚みをさまざまに選択でき、穿孔板の材質、厚み、及び／又は貫通孔のサイズ等をさまざまに選択できるということである。したがって、本発明の防音構造では、枠に貼る膜として、種々の特性を持つ膜を用いることができ、かつ枠に固定する穿孔板として、種々の特性を持つ穿孔板を用いることができる。したがって、本発明においては、例えば容易に、難燃性、光透過性、及び／又は断熱性等の他の物性又は特性との組み合わせた機能を持つ防音構造とすることもできる。
【００５２】
ここで、膜１８の厚さは、音波のエネルギを吸収、もしくは反射して防音するために膜振動することができれば、特に制限的ではないが、固有振動モードを高周波側に得るためには厚くすることが好ましい。例えば、膜１８の厚さは、本発明では、枠１４ａのサイズ、即ち膜１８のサイズに応じて設定することができる。
例えば、膜１８の厚さは、枠１４ａのサイズが０．５ｍｍ〜５０ｍｍの場合には、０．００５ｍｍ（５μｍ）〜５ｍｍであることが好ましく、０．００７ｍｍ（７μｍ）〜２ｍｍであることがより好ましく、０．０１ｍｍ（１０μｍ）〜１ｍｍであることが最も好ましい。
また、膜１８の厚さは、枠１４ａのサイズが、５０ｍｍ超、２００ｍｍ以下の場合には、０．０１ｍｍ（１０μｍ）〜２０ｍｍであることが好ましく、０．０２ｍｍ（２０μｍ）〜１０ｍｍであることがより好ましく、０．０５ｍｍ（５０μｍ）〜５ｍｍであることが最も好ましい。
なお、膜１８の厚みは、１つの膜１８で厚みが異なる場合、又は各膜１８で異なる厚さが含まれる場合などは、平均厚さで表すことが好ましい。
【００５３】
ここで、本発明の防音構造１０において、枠１４ａ及び膜１８からなる一方の枠−膜構造における膜１８の第１共振周波数は、吸音セル２０ａの枠１４ａの幾何学的形態（例えば枠１４ａの形状及び寸法（サイズ））と、吸音セル２０ａの膜１８の剛性（例えば膜の厚さ及び可撓性等の物性）とによって定めることができる。
なお、膜１８の第１固有振動モードを特徴づけるパラメータとしては、同種材料の膜１８の場合は、膜１８の厚み(ｔ)と枠１４のサイズ（ａ）の２乗との比、例えば正四角形の場合には一辺の大きさとの比［ａ２／ｔ］を用いることができる。この比［ａ２／ｔ］が等しい場合（例えば、（ｔ、ａ）が、（５０μｍ、７．５ｍｍ）の場合と（２００μｍ、１５ｍｍ）の場合）とは、上記第１固有振動モードが同じ周波数（即ち、同じ第１共振周波数）となる。即ち、比［ａ２／ｔ］を一定値にすることにより、スケール則が成立し、適切なサイズを選択することができる。
【００５４】
また、膜１８のヤング率は、両者で異なっていても、膜１８が音波のエネルギを吸収、もしくは反射して防音するために膜振動することができる弾性を有していれば、特に制限的ではないが、固有振動モードを高周波側に得るためには大きくすることが好ましい。例えば、膜１８のヤング率は、本発明では、枠１４ａのサイズ、即ち膜１８のサイズに応じて設定することができる。
例えば、膜１８のヤング率は、１０００Ｐａ〜３０００ＧＰａであることが好ましく、１００００Ｐａ〜２０００ＧＰａであることがより好ましく、１ＭＰａ〜１０００ＧＰａであることが最も好ましい。
また、膜１８の密度も、両者で異なっていても、音波のエネルギを吸収、又は反射して防音するために膜振動することができるものであれば、特に制限的ではない。例えば、膜１８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。
【００５５】
膜１８の材料は、膜状材料、又は箔状材料にした際に、上述した防音対象物に適用する際に適した強度を持ち、防音対象物の防音環境に対して耐性があり、膜１８が音波のエネルギを吸収、もしくは反射して防音するために膜振動することができるものであれば、特に制限的ではなく、防音対象物及びその防音環境などに応じて選択することができる。例えば、膜１８の材料としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリイミド、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート、アクリル（ＰＭＭＡ）、ポリアミドイミド、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、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（ＰＰＳ）、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、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、芳香族ポリアミド、シリコーン樹脂、エチレンエチルアクリレート、酢酸ビニル共重合体、ポリエチレン（ＰＥ）、塩素化ポリエチレン、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ）、ポリブテン等の膜状にできる樹脂材料、アルミニウム、クロム、チタン、ステンレス、ニッケル、スズ、ニオブ、タンタル、モリブデン、ジルコニウム、金、銀、白金、パラジウム、鉄、銅、パーマロイ等の箔状にできる金属材料、紙、セルロースなどその他繊維状の膜になる材質、不織布、ナノサイズのファイバーを含むフィルム、薄く加工したウレタンやシンサレートなどのポーラス材料、薄膜構造に加工したカーボン材料など、薄い構造を形成できる材質または構造等を挙げることができる。
【００５６】
また、膜１８の材料としては、上記金属材料の他、４２アロイ、コバール、ニクロム、ベリリウム、リン青銅、黄銅、洋白、錫、亜鉛、鋼鉄、タングステン、鉛、及びイリジウム等の各種金属等が利用可能である。
また、膜１８の材料としては、上記樹脂材料の他、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、ゼオノア、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、アラミド、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ナイロン、ポリエステル（ＰＥｓ）、環状オレフィン・コポリマー（ＣＯＣ）、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、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、及びポリロタキサン（スライドリングマテリアルなど）等の樹脂材料等が利用可能である。
更に、膜１８の材料としては、薄膜ガラスなどのガラス材料、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）、及びガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）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。又は、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。
【００５７】
また、膜１８は、枠１４ａの開口１２ａの一方の側の端部を覆うように枠１４ａに固定される。
ここで、防音構造１０ａ及び１０ｂにおいては、複数の吸音セル２０ａの枠１４ａの開口１２ａの同じ側に全ての膜１８が設けられていても良い。又は、複数の吸音セル２０ａの枠１４ａの開口１２ａの一方の側に一部の膜１８が設けられ、複数の吸音セル２０ａの枠１４ａの残りの一部の開口１２ａの他方の側に残りの膜１８が設けられていても良い。或いは、更に、複数の吸音セル２０ａの枠１４ａの開口１２ａの一方の側、及び他方の側に設けられた膜１８が混在していても良い。
【００５８】
枠１４ａへの膜１８の固定方法は、特に制限的ではなく、膜１８を枠１４ａに膜振動の節となるように固定できればどのようなものでも良く、例えば、接着剤を用いる方法、又は物理的な固定具を用いる方法などを挙げることができる。
接着剤を用いる固定方法は、枠１４ａの開口１２ａを囲む表面上に接着剤を塗布し、その上に膜１８を載置し、膜１８を接着剤で枠１４ａに固定する。接着剤としては、例えば、エポキシ系接着剤（アラルダイト（登録商標）（ニチバン社製）等）、シアノアクリレート系接着剤（アロンアルフア（登録商標）（東亜合成社製）など）、アクリル系接着剤等を挙げることができる。
また、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、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（耐熱性無機接着剤）」、及び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、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、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。
物理的な固定具を用いる固定方法としては、枠１４ａの開口１２ａを覆うように配置された膜１８を枠１４ａと棒等の固定部材との間に挟み、固定部材をネジやビス等の固定具を用いて枠１４ａに固定する方法等を挙げることができる。
【００５９】
次に、上述したように、第２吸音セル２０ｂは、開口１２ｂを持つ枠１４ｂと、それぞれ貫通孔２２（２２ａ、及び２２ｂ）を備え、枠１４ｂの開口１２ｂの周囲に固定され、かつ開口１２ｂの両端部を覆う２層板（穿孔板）２４（２４ａ、及び２４ｂ）とを有するものである。
なお、図１に示す例では、第２吸音セル２０ｂは、それぞれ開口１２ｂの両端部を覆う２層の穿孔板２４（２４ａ及び２４ｂ）を有するものであるが、本発明はこれに限定されない。第２吸音セル２０ｂは、枠１４ｂの開口１２ｂの周囲に固定され、開口１２ｂを覆い、貫通孔２２を有する穿孔板であれば、３層以上の穿孔板２４を有していても良い。即ち、本発明の第２吸音セル２０ｂは、少なくとも２層の多層（穿孔）板を有していても良い。
【００６０】
図１に示す第２吸音セル２０ｂは、枠１４ｂの開口１２ｂの両端部にそれぞれ固定された穿孔板２４ａ、及び２４ｂの両方にそれぞれ貫通孔２２ａ、及び２２ｂを有している。したがって、一方の板（例えば穿孔板２４ａ）の貫通孔２２ａに対して、他方の板（例えば穿孔板２４ｂ）が閉じられていないので、貫通孔２２ａ、及び２２ｂは完全なヘルムホルツ共鳴孔とは言えない。しかしながら、第２吸音セル２０ｂの穿孔板２４ａの貫通孔２２ａ、及び穿孔板２４ｂの貫通孔２２ｂの外側では、音波は、ヘルムホルツ共鳴に類似し、互いに反転した位相で振動する共振（以下、本発明ではヘルムホルツ型の共鳴、又は共振という）が発生する。
即ち、貫通孔２２ａを持つ穿孔板２４ａと貫通孔２２ｂを持つ穿孔板２４ｂとは一体化して音波に作用する。したがって、一方の板の貫通孔（例えば穿孔板２４ａの貫通孔２２ａ）に入射した共振周波数の音波は、ヘルムホルツ型の共鳴によって共振し、他方の板の貫通孔（例えば穿孔板２４ｂの貫通孔２２ｂ）から出射した共振周波数の音波は、位相を反転させてヘルムホルツ型の共鳴によって共振する。
ここで、穿孔板２４ａの貫通孔２２ａ及び穿孔板２４ｂの貫通孔２２ｂは、第２吸音セル２０ｂの内部空間と外部空間とを連通しているので、本発明の開放部を構成することになる。即ち、本発明では、開放部は、連通する貫通孔２２ａ及び貫通孔２２ｂを含む。
【００６１】
穿孔板２４は、図１に示す防音構造１０の吸音セル２０ｂにおいて用いられる。穿孔板２４には、図示例では略中央部に、擬似的なヘルムホルツ共鳴のためのヘルムホルツ型の共鳴孔となる貫通孔２２が穿孔されている。
ここで、穿孔板２４ａは、貫通孔２２ａを有し、貫通孔２２ａを除いて、自身の背面に枠１４ｂ及び他方の穿孔板２４ｂによって形成される空間を穿孔板２４ｂの貫通孔２２ｂを除いて閉じられた擬似的な閉空間とするためのものである。逆に、穿孔板２４ｂは、貫通孔２２ｂを有し、貫通孔２２ｂを除いて、自身の背面に枠１４及び他方の穿孔板２４ａによって形成される空間を穿孔板２４ａの貫通孔２２ａを除いて閉じられた擬似的な閉空間とするためのものである。
このような穿孔板２４は、その貫通孔２２が共鳴孔として背面の擬似的な閉空間と外気と連通してヘルムホルツ共鳴に類似したヘルムホルツ型の共鳴による吸音作用を生じさせることができれば良いので、図１に示す吸音セル２０ａの膜１８のように、膜振動をする必要はない。したがって、穿孔板２４は、図１に示す吸音セル２０ａの膜１８に比べて高い剛性を有する部材であっても良いし、厚さも厚い部材であっても良い。
【００６２】
このため、穿孔板２４の材料としては、アルミニウム等の金属材料、又はプラスチック等の樹脂材料など、上述した枠１４の材料と同様な板材料を用いることができる。しかしながら、穿孔板２４の材料としては、膜振動による吸音を生じさせることがなければ、枠１４の材料よりも、低い剛性を有する部材であっても良いし、厚さも薄い部材であっても良い。
図１に示す例では、穿孔板２４が用いられているが、本発明はこれに限定されず、ヘルムホルツ型の共鳴による吸音の効果を生じさせることができれば、膜材料からなる貫通孔付膜であっても良い。ヘルムホルツ型防音セルとして用いられる吸音セル２０ｂに用いられる膜は、ヘルムホルツ共鳴周波数においてヘルムホルツ型共鳴による吸音より膜振動による吸音が小さければ、又は膜振動による吸音を生じさせることがなければ、どのような膜材料を用いても良い。しかしながら、吸音セル２０ｂに用いられる膜は、吸音セル２０ａの膜１８の膜材料より高い剛性を有する膜とする必要があり、厚さも厚い膜である必要がある。
また、穿孔板２４では円形の貫通孔２２を形成しているが、ヘルムホルツ型の共鳴の効果を生じさせることができればこれに限らず、例えば多角形状、長方形状など、またスリット状の貫通部分など、様々な形状の貫通孔形状で同様の効果を得ることができる。
なお、ヘルムホルツ型防音セルである吸音セル２０ｂとして、貫通孔有膜を用いる場合には、膜の厚みが薄いときはヘルムホルツ型共鳴の共振周波数が高周波側になってしまうことと、膜振動とお互いに邪魔しあってしまうため、板材料からなる穿孔板２４を用いることが好ましい。
【００６３】
また、穿孔板２４、又は貫通孔有膜の枠１４ｂへの固定方法は、穿孔板２４、又は貫通孔有膜の背面に擬似的な閉空間を形成することができれば特に制限的ではなく、上述した膜１８の枠１４への固定方法と同様な方法を用いれば良い。
ここで、穿孔板２４に穿孔される貫通孔２２は、図１に示すように、枠１４ｂの開口１２を覆う穿孔板２４内に１個又は２個以上穿孔されていれば良い。また、貫通孔２２の穿孔位置は、図１に示すように穿孔板２４内の真中であっても良いが、本発明はこれに限定されず、穿孔板２４の真中である必要はなく、どの位置に穿孔されていても良い。
即ち、単に、貫通孔２２の穿孔位置が変わっただけでは、吸音セル２０ｂの吸音特性は変化しない。
図１に示す例では、穿孔板２４ａの貫通孔２２ａと穿孔板２４ｂの貫通孔２２ｂとは、通気性の点から、風としての空気を通り易くするために、同じ位置に設けられているが、本発明はこれに限定されない。
【００６４】
また、穿孔板２４内の貫通孔２２の数は、１個であっても良いが、本発明はこれに限定されず、２個以上（即ち複数）であっても良い。
ここで、吸音セル２０ｂにおいて、２つの穿孔板２４に穿孔される貫通孔２２は、通気性の点からは、１つの貫通孔２２で構成することが好ましい。その理由は、一定の開口率の場合、風としての空気の通り易さは、一つの孔が大きく境界での粘性が大きく働かない場合の方が大きいためである。
本実施形態においては、穿孔板２４内の貫通孔２２の開口率（面積率）は、特に制限的ではなく、吸音特性に応じて適宜設定すれば良い。しかしながら、開口率は、０．０１％〜５０％であることが好ましく、０．０５％〜３０％であることがより好ましく、０．１％〜１０％であることが更に好ましい。貫通孔２２の開口率を上記範囲に設定することにより、選択的に防音するべき防音周波数帯域の中心となる吸音ピーク周波数を適切に調整できる。
【００６５】
本発明においては、貫通孔２２は、エネルギを吸収する加工方法（例えばレーザ加工）によって穿孔されることが好ましく、又は物理的接触による機械加工方法（例えばパンチング、又は針加工）によって穿孔されることが好ましい。
このため、穿孔板２４内の１個の貫通孔２２、又は、複数個の貫通孔２２を同一サイズとすると、レーザ加工、パンチング、又は針加工で穴をあける場合に、加工装置の設定や加工強度を変えることなく連続して穴をあけることができる。
貫通孔２２のサイズは、上述した加工方法で適切に穿孔できれば、どのようなサイズでも良く、特に限定されない。
しかしながら、貫通孔２２のサイズは、その下限側では、レーザの絞りの精度等のレーザ加工の加工精度、又はパンチング加工もしくは針加工などの加工精度や加工の容易性などの製造適性の点からは、２μｍ以上でも可能である。しかしながら、貫通孔２２のサイズが小さすぎると、貫通孔２２の透過率が小さすぎるために摩擦が生じる前に音が侵入せず、吸音効果が十分に得られないために、貫通孔２２のサイズ（即ち口径）は、０．２５ｍｍ以上であることが好ましい。
【００６６】
一方、貫通孔２２のサイズ（口径）の上限値は、枠１４ｂのサイズより小さい必要があるので、貫通孔２２のサイズの上限値を枠１４ｂのサイズ未満に設定すれば良い。
本発明では、枠１４ｂのサイズは０．５ｍｍ〜２００ｍｍであることが好ましいので、貫通孔２２のサイズ（口径）の上限値も２００ｍｍ未満となる。しかしながら、貫通孔２２が大きすぎると、貫通孔２２のサイズ（口径）が大きすぎて貫通孔２２の端部で生じる摩擦の効果が小さくなるので、枠１４ｂのサイズが大きい場合でも、貫通孔２２のサイズ（口径）の上限値は、ｍｍオーダとしておくことが好ましい。通常、枠１４ｂのサイズはｍｍオーダであることが多いので、貫通孔２２のサイズ（口径）の上限値もｍｍオーダとなることが多い。
なお、貫通孔２２が、ヘルムホルツ型共鳴による吸引作用を生じさせる共鳴孔として機能させる必要があるので、貫通孔２２のサイズは、ヘルムホルツ型共鳴による吸引作用を生じさせる必要がある。このため、貫通孔２２のサイズは、ヘルムホルツ型共鳴が生じる口径０．２５ｍｍ以上であることが好ましく、上限は、枠１４のサイズ未満である必要があるが、１０ｍｍ以下がより好ましく、５ｍｍ以下が更に好ましい。
以上から、貫通孔２２のサイズは、口径で、０．２５ｍｍ〜１０ｍｍであることがより好ましく、０．３ｍｍ〜１０ｍｍであることが更に好ましく、０．５ｍｍ〜５ｍｍであることが最も好ましい。
【００６７】
本発明の防音構造の大きさは、吸収対象とする波長より十分に小さい構造で、５０％超吸収率を達成できる。従来技術では、知られておらず、従来達成できていなかったこのような高吸収率に加え、副次的に通気性及び／又は通熱性を実現させた防音構造を、膜振動、及び貫通孔による吸収といった比較的単純な構造で作成できる。従来は、単一の振動や摩擦による吸音だけが着目されていて、それらの相互作用やモードの向き自体に着目されていなかったため、本発明のような共振モードを区分して精緻に組み合わせることは着想できないと考えられる。
また、本発明の防音構造では、可聴域内の低〜中周波数の任意の周波数を強く吸収する技術として、錘などの余分な構造物を付け加える必要がなく、最もシンプルな構成として枠と膜のみで構成される枠−膜構造、及び／又は枠−穿孔板構造からなるので、製造適性に優れ、コストの観点からも優位性がある。
【００６８】
また、本発明の防音構造では、異なる２種類の吸音セルの組合せにより防音（遮音）、又は音の吸収（吸音）を行うという技術を用いているため、１つの単位セル内の工夫によって防音、又は吸音効果を生じさせている従来技術に対して、様々な防音、又は吸音に適応でき、汎用性が高い。
また、本発明の防音構造では、膜の物性のうちの堅さ、密度、及び／又は膜の厚みによって防音効果が決めることができ、他の物性に依存する必要がない。また、本発明の防音構造では、枠の物性及び寸法によっても、防音効果が決めることができる。また、本発明の防音構造では、穿孔板の物性及び寸法、貫通孔の寸法によっても、防音効果が決めることができる。その結果、本発明の防音構造では、難燃性、高透過性、生体適合性、断熱性、及び電波透過性など様々な他の優れた物性と組み合わせることができる。例えば、電波透過性に関しては、アクリルなど電気伝導度のない枠材質と誘電体膜の組み合わせでは電波透過性が確保され、一方で、アルミニウムなど電気伝導度の大きな枠材質や金属膜で全面を覆うことにより、電波を遮蔽できる。
【００６９】
以下に、本発明の防音構造を持つ防音部材に組合せることができる構造部材の物性、又は特性について説明する。
［難燃性］
建材や機器内防音材として本発明の防音構造を持つ防音部材を使用する場合、難燃性であることが求められる。
そのため、膜は、難燃性のものが好ましい。膜としては、例えば難燃性のＰＥＴフィルムであるルミラー（登録商標）非ハロゲン難燃タイプＺＶシリーズ（東レ社製）、テイジンテトロン（登録商標）ＵＦ（帝人社製）、及び／又は難燃性ポリエステル系フィルムであるダイアラミー（登録商標）（三菱樹脂社製）等を用いればよい。
また、枠も、難燃性の材質であることが好ましく、アルミニウム等の金属、セミラックなどの無機材料、ガラス材料、難燃性ポリカーボネート（例えば、ＰＣＭＵＰＹ６１０（タキロン社製））、及び／又は難燃性アクリル（例えば、アクリライト（登録商標）ＦＲ１（三菱レイヨン社製））などの難燃性プラスチックなどが挙げられる。
さらに、膜を枠に固定する方法も、難燃性接着剤（スリーボンド１５３７シリーズ（スリーボンド社製））、半田による接着方法、又は２つの枠で膜を挟み固定するなどの機械的な固定方法が好ましい。
【００７０】
［耐熱性］
環境温度変化にともなう、本発明の防音構造の構造部材の膨張伸縮により防音特性が変化してしまう懸念があるため、この構造部材を構成する材質は、耐熱性、特に低熱収縮のものが好ましい。
膜は、例えばテイジンテトロン（登録商標）フィルム  ＳＬＡ（帝人デュポン社製）、ＰＥＮフィルム  テオネックス（登録商標）（帝人デュポン社製）、及び／又はルミラー（登録商標）オフアニール低収縮タイプ（東レ社製）などを使用することが好ましい。また、一般にプラスチック材料よりも熱膨張率の小さいアルミニウム等の金属膜を用いることも好ましい。
また、枠は、ポリイミド樹脂（ＴＥＣＡＳＩＮＴ４１１１（エンズィンガージャパン社製））、及び／又はガラス繊維強化樹脂（ＴＥＣＡＰＥＥＫ ＧＦ３０（エンズィンガージャパン社製））などの耐熱プラスチックを用いること、及び／又はアルミニウム等の金属、又はセラミック等の無機材料やガラス材料を用いることが好ましい。
さらに、接着剤も、耐熱接着剤（ＴＢ３７３２（スリーボンド社製）、超耐熱１成分収縮型ＲＴＶシリコーン接着シール材（モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン社製）、及び／又は耐熱性無機接着剤アロンセラミック（登録商標）（東亜合成社製）など）を用いることが好ましい。これらの接着剤を膜または枠に塗布する際は、１μm以下の厚みにすることで、膨張収縮量を低減できることが好ましい。
【００７１】
［耐候・耐光性］
屋外や光が差す場所に本発明の防音構造を持つ防音部材が配置された場合、構造部材の耐侯性が問題となる。
そのため、膜は、特殊ポリオレフィンフィルム（アートプライ（登録商標）（三菱樹脂社製））、アクリル樹脂フィルム（アクリプレン（三菱レイヨン社製））、及び／又はスコッチカルフィルム（商標）（３Ｍ社製）等の耐侯性フィルムを用いることが好ましい。
また、枠材は、ポリ塩化ビニル、ポリメチルメタクリル（アクリル）などの耐侯性が高いプラスチックやアルミニウム等の金属、セラミック等の無機材料、及び／又はガラス材料を用いることが好ましい。
さらに、接着剤も、エポキシ樹脂系のもの、及び／又はドライフレックス（リペアケアインターナショナル社製）などの耐侯性の高い接着剤を用いることが好ましい。
耐湿性についても、高い耐湿性を有する膜、枠、及び接着剤を適宜選択することが好ましい。吸水性、耐薬品性に関しても、適切な膜、枠、及び接着剤を適宜選択することが好ましい。
【００７２】
［ゴミ］
長期間の使用においては、膜表面にゴミが付着し、本発明の防音構造の防音特性に影響を与える可能性がある。そのため、ゴミの付着を防ぐ、または付着したゴミを取り除くことが好ましい。
ゴミを防ぐ方法として、ゴミが付着し難い材質の膜を用いることが好ましい。例えば、導電性フィルム（フレクリア（登録商標）（ＴＤＫ社製）、及び／又はＮＣＦ（長岡産業社製））などを用いることで、膜が帯電しないことで、帯電によるゴミの付着を防ぐことができる。また、フッ素樹脂フィルム（ダイノックフィルム（商標）（３Ｍ社製））、及び／又は親水性フィルム（ミラクリーン（ライフガード社製）、ＲＩＶＥＸ（リケンテクノス社製）、及び／又はＳＨ２ＣＬＨＦ（３Ｍ社製））を用いることでも、ゴミの付着を抑制できる。さらに、光触媒フィルム（ラクリーン（きもと社製)）を用いることでも、膜の汚れを防ぐことができる。これらの導電性、親水性、及び／又は光触媒性を有するスプレー、及び／又はフッ素化合物を含むスプレーを膜に塗布することでも同様の効果を得ることができる。
【００７３】
上述したような特殊な膜を使用する以外に、膜上にカバーを設けることでも汚れを防ぐことが可能である。カバーとしては、薄い膜材料(サランラップ（登録商標）など)、ゴミを通さない大きさの網目を有するメッシュ、不織布、ウレタン、エアロゲル、ポーラス状のフィルム等を用いることができる。
付着したゴミを取り除く方法としては、膜の共鳴周波数の音を放射し、膜を強く振動させることで、ゴミを取り除くことができる。また、ブロワー、又はふき取りを用いても同様の効果を得ることができる。
［風圧］
強い風が膜に当たることで、膜が押された状態となり、共鳴周波数が変化する可能性がある。そのため、膜上に、不織布、ウレタン、及び／又はフィルムなどでカバーすることで、風の影響を抑制することができる。
本発明の防音構造は、基本的に以上のように構成される。
【００７４】
本発明の防音構造は、以下のような防音部材として使用することができる。
例えば、本発明の防音構造を持つ防音部材としては、
建材用防音部材：建材用として使用する防音部材、
空気調和設備用防音部材：換気口、空調用ダクトなどに設置し、外部からの騒音を防ぐ防音部材、
外部開放部用防音部材：部屋の窓に設置し、室内又は室外からの騒音を防ぐ防音部材、
天井用防音部材：室内の天井に設置され、室内の音響を制御する防音部材、
床用防音部材：床に設置され、室内の音響を制御する防音部材、
内部開放部用防音部材：室内のドア、ふすまの部分に設置され、各部屋からの騒音を防ぐ防音部材、
トイレ用防音部材：トイレ内またはドア（室内外）部に設置、トイレからの騒音を防ぐ防音部材、
バルコニー用防音部材：バルコニーに設置し、自分のバルコニーまたは隣のバルコニーからの騒音を防ぐ防音部材、
室内調音用部材：部屋の音響を制御するための防音部材、
簡易防音室部材：簡易に組み立て可能で、移動も簡易な防音部材、
ペット用防音室部材：ペットの部屋を囲い、騒音を防ぐ防音部材、
アミューズメント施設：ゲームセンター、スポーツセンター、コンサートホール、映画館に設置される防音部材、
工事現場用仮囲い用の防音部材：工事現場を覆い、周囲に騒音の漏れを防ぐ防音部材、
トンネル用の防音部材：トンネル内に設置し、トンネル内部および外部に漏れる騒音を防ぐ防音部材、等を挙げることができる。
【実施例】
【００７５】
本発明の防音構造を実施例に基づいて具体的に説明する。
本発明の防音構造について遮音特性の解析を行った。以下に、実施例１〜２を示す。
（実施例１）
図１、及び図２に示すように、２０ｍｍ角の開口１２ａを持つ枠１４ａを作製した。膜１８として１８８μｍのＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルム（東レ株式会社  ルミラー）を用い、その周縁部を枠１４ａに固定し、接着して第１吸音セル２０ａ(セルＡ)を製作した。枠１４ａの奥行方向厚み（枠厚Ｌｔ）は、４．５ｍｍであり、セルＡではＰＥＴフィルムは、片側のみに固定される。枠１４ａのフレーム部分の厚み（枠幅Ｌｗ）は１ｍｍであった。【００７６】
図１、及び図２に示すように、アクリル板２ｍｍ厚みを用意し、第１吸音セル２０ａの枠１４ａの開口１２ａと一致するようにレーザーカッタで加工した。そのアクリル板中央部にレーザーカッタによって直径２ｍｍの円形の貫通孔２２を形成した。この構造を穿孔板２４（２４ａ、及び２４ｂ）として２枚作製した。
２０ｍｍ角の枠１４ｂの開口１２ｂを作製し、枠１４ｂの奥行方向の長さ（枠厚Ｌｔ）は、４．５ｍｍとした。その両面に貫通孔２２を形成したアクリル板からなる穿孔板２４（２４ａ、及び２４ｂ）の端部を枠１４ｂの両方の開口１２ｂの周辺部に固定し、接着した。即ち、４．５ｍｍの距離をあけて、貫通孔２２を備える２枚の穿孔板２４（２４ａ、及び２４ｂ）が向かい合う構造の第２吸音セル２０ｂ（セルＢ）を作製した。
このセルＡとセルＢが隣り合う構造とした。開口１２ａ及び１２ｂは、一辺２０ｍｍの正方形であり、貫通孔２２（２２ａ、及び２２ｂ）は、直径２ｍｍの円形であるので、貫通孔２２（２２ａ、及び２２ｂ）の開口率は０．３％となるようにした。
この防音構造１０の音響特性の音響管測定を行った。その結果を表１、及び図３に示した。
表１及び図３から、吸収率は、ピーク（極大）を持ち、１４６０Ｈｚにおいて８７％の吸収を示した。【００７７】
音響特性は、自作のアルミニウム製音響管に４本のマイクを用いて伝達関数法による測定を行った。この手法は「ASTM E2611-09: Standard Test Method for Measurement of Normal Incidence Sound Transmission of Acoustical Materials Based on the Transfer Matrix Method」に従うものである。音響管としては、例えば日東紡音響エンジニアリング株式会社製のＷｉｎＺａｃと同一の測定原理であるものを用いた。この方法で広いスペクトル帯域において音響透過損失を測定することができる。実施例１の防音構造を音響管の測定部位に配置し、１０Ｈｚ〜４０００Ｈｚの範囲で音響透過損失測定を行った。この測定範囲は音響管の直径やマイク間距離を複数組み合わせて測定を行ったものである。
一般にマイク間距離が大きいほど低周波は測定ノイズが小さくなり、一方で、高周波側で波長/２よりマイク間の距離が長くなると原理上測定ができなくなる。よって、マイク間距離を変えながら複数回測定した。また、音響管が太いことで、高周波側で高次モードの影響で測定ができなくなるため、音響管の径も複数種類使用して測定を行った。
【００７８】
音響管を、実施例１の防音構造１０（２セル全体）のサイズに合わせて適宜、２セル全体のサイズが入るように選択して、伝達関数法を用いて音響特性（即ち音響の透過率（Ｔ）、及び反射率）を測定して、吸収率を求めた（Ａ＝１−Ｔ―Ｒ）。
得られた吸収率、透過率、及び反射率を図４に示した。また、表１に、実施例１の開口率、吸収ピーク周波数、及びピーク吸収率を示した。
図４及び表１から、吸収率が１４６０Ｈｚを中心にして、５０％を大きく超えて、８７％の吸収率を示していることが分かる。【００７９】
【表１】
0006577681.tif 000002
【００８０】
（比較例１）
上記セルＡと、セルＡと同様の正方形の開口を開放部として持つ枠のみからなる開放セルとが隣り合う構造として、この構造で測定を行った。開放セルの開放部の開口率を３０％となるように調整した。比較例１の開口率、得られたピーク吸収率、及び吸収ピーク周波数を表１に示した。
表１から、比較例１では、吸収率の最大値は５０％を超えないことが分かる。よって、音の近接場干渉がもしなかったとしたら、実施例１のようにセルＡとセルＢを同一平面上に並べただけの構成では５０％程度の吸収率にしかならないはずである。
（比較例２）
実施例１において、第２吸音セル２０ｂ（セルＢ）で貫通させた穴の直径を２ｍｍである代わりに、４ｍｍとした以外は、実施例１と同様に作成した。
測定した結果、ピーク吸収率は、３７％で、１４５０Ｈｚと２５５０Ｈｚにおいて生じた。これらの測定結果を表１に示した。また、吸収率の測定結果を図７に示した。
本構成例の場合、第１吸音セルと第２吸音セルの共振周波数がずれているために、それぞれの周波数において吸収を示したが、その吸収率は５０％を大きく下回った。
実施例１と比較すると、似たような構成であっても、共鳴を合わせることで吸収率を大きくすることができることが分かる。【００８１】
本発明の構成では、近接場干渉による打消し合いが吸収を向上させるために重要な機能をしている。このことを確かめるために、有限要素法を用いたマルチフィジクス計算ソフト「ＣＯＭＳＯＬｖｅｒ５．１」の音響モジュールを用いて、実施例１の防音構造をモデル化して音響計算を行った。
この防音構造の系は、膜振動と空気中の音波の相互作用系であるため、音響と振動の連成解析を用いて解析を行った。具体的には、有限要素法の解析ソフトウェアであるＣＯＭＳＯＬｖｅｒ５．０の音響モジュールを用いて設計を行った。まず、固有振動解析によって第１固有振動周波数を求めた。次に、周期構造境界中で周波数スイープによる音響構造連成解析を行って、正面から入射する音波に対する各周波数における音響特性を求めた。
この設計に基づいて、サンプルの形状や材質を決定した。実験結果における吸収ピーク周波数とシミュレーションからの予測はよく一致した。【００８２】
（実施例２）
実施例１において、アクリル板に直径２ｍｍの貫通孔２２を形成する代わりに、直径４ｍｍの貫通孔２２を形成した。また、枠１４ｂの奥行方向の長さ（枠厚Ｌｔ）を１５ｍｍに変えた。他は、実施例１と同様にして防音構造１０を作製した。即ち、１５ｍｍの距離をあけて、貫通孔２２を備えた穿孔板２４が２枚（貫通孔２２ａ付穿孔板２４ａ、及び貫通孔２２ｂ付穿孔板２４ｂ）向かい合う構造の吸音セル２０ｂ（セルＣ）を作製した。
作製したセルＣとセルＡとが隣り合う構造の防音構造１０を作製した。音響管を用い、作製した防音構造１０の音響特性の測定を行った。その結果を表１、及び図４に示した。
表１及び図４から、吸収率は、ピーク（極大）を持ち、１４４０Ｈｚにおいて６８％の吸収を示した。
実施例１、及び２のように、貫通孔２２を形成した穿孔板２４を用いても、５０％を遥かに超える吸収を実現することができる。【００８３】
以上のように、単層膜(セルＡ)の共鳴と穿孔板の貫通孔（セルＢ）のヘルムホルツ型の共鳴を合わせた時に、５０％を超える吸収を非常に薄い構造で持たせることができた。さらに、この共鳴による吸収は、セルＢの貫通孔による開放部（開口）が存在しても機能させることもできた。
単層膜を通過するときの位相変化と、複数層（例えば２層）の穿孔板の貫通孔（セルＢ）のヘルムホルツ型の共鳴の共鳴構造を通過するときの位相変化がそれぞれ打ち消し合うような関係となるため、共鳴同士の透過波を打ち消し合い、吸収が増大するメカニズムであることが分かる。
以上から、本発明の防音構造の効果は、明らかである。【００８４】
以上、本発明の防音構造についての種々の実施形態及び実施例を挙げて詳細に説明したが、本発明は、これらの実施形態及び実施例に限定されず、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。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明の防音構造は、波長に比べてはるかに小さく、コンパクトで、軽量で薄くても、高い防音効果を達成することができると共に、空気、及び／又は熱等の通り道を備え、副次的には通気性、及び／又は通熱性をも確保することができるため、機器、自動車、及び一般家庭等の防音に用いることができる。
【符号の説明】
【００８６】
１０、１０ａ、１０ｂ  防音構造
１２、１２ａ、１２ｂ  開口
１４、１４ａ、１４ｂ  枠
１６  枠体
１８  膜
２０、２０ａ、２０ｂ  吸音セル
２２、２２ａ、２２ｂ  貫通孔
２４、２４ａ、２４ｂ  穿孔板
Ｌｔ  枠厚
Ｌｗ  枠幅
【図１】
0006577681.tif 000003
【図２】
0006577681.tif 000004
【図３】
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【図４】
0006577681.tif 000006
【図５】
0006577681.tif 000007
【図６】
0006577681.tif 000008
【図７】
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