(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる種類の２種類以上の共振型吸音セルと、開放部とを有し、
前記開放部は、異なる種類の２種類以上の共振型吸音セルの内の２つの共振型吸音セルの双方に接する位置に配置され、又は前記２つの共振型吸音セルが互いに隣接し、更にその少なくとも一方の前記共振型吸音セルに隣接する位置に配置される防音構造であって、
一方の種類の第１共振型吸音セルの共振周波数と、前記第１共振型吸音セルと異なる他方の種類の第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するものであり、
前記開放部は、前記第１共振型吸音セルの外側、及び前記第２共振型吸音セルの外側に設けられている空間であ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】
前記枠のサイズである円相当半径をａｍ、前記膜の厚みをｔｍ、前記膜のヤング率をＥＰａ、前記膜の密度をｄｋｇ／ｍ３とする時、下記式（１）で表されるパラメータＢが、１５．４７以上２３５０００以下である請求項１〜３のいずれか１項に記載の防音構造。
Ｂ＝ｔ／ａ２＊√（Ｅ／ｄ）                    …（１）
【請求項５】
前記開放部は、開口を持つ枠からなる開放セルである請求項１〜４のいずれか１項に記載の防音構造。
【請求項６】
前記開放部は、筒状である、又は前記開放部の四方で音の動きが制限される長さを持つ壁状の構造で囲まれている請求項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１〜６のいずれか１項に記載の防音構造。
【請求項８】
前記第２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、それぞれ前記開口を覆う少なくとも２層の膜とを有する請求項１〜７のいずれか１項に記載の防音構造。
【請求項９】
前記少なくとも２層の膜は、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層の膜である請求項８に記載の防音構造。
【請求項１０】
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層の板とを有する請求項１〜７のいずれか１項に記載の防音構造。
【請求項１１】
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１０に記載の防音構造。
【請求項１２】
前記開放部は、更に、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１０、又は１１に記載の防音構造。
【請求項１３】
前記第２共振型吸音セルは、前記開口の両側を覆う前記２層の板にそれぞれ前記貫通孔を持ち、ヘルムホルツ共振に類似した共振を有する構造である請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の防音構造。
【請求項１４】
前記開放部は、前記第１共振型吸音セルと前記第２共振型吸音セルとの間に設けられている空間を含む請求項１〜１３のいずれか１項に記載の防音構造。
【請求項１５】
前記第１共振型吸音セルと前記第２共振型吸音セルとは、隣接した位置に配置され、
前記開放部は、前記第１共振型吸音セルと前記第２共振型吸音セルとの隣接側の反対側の前記第１共振型吸音セルの外側、又は前記第２共振型吸音セルの外側に設けられている空間を含む請求項１〜１３のいずれか１項に記載の防音構造。
【請求項１６】
前記第２共振型吸音セルは、貫通孔を有する単層の板と、該板を固定し、前記板の背面の閉空間を構成する筐体とを有する請求項１〜７のいずれか１項に記載の防音構造。
【請求項１７】
前記第２共振型吸音セルは、ヘルムホルツ共振を有する構造である請求項１６に記載の防音構造。
【請求項１８】
前記第１共振型吸音セルと前記第２共振型吸音セルとは、間隔を開けて併設され、
前記第２共振型吸音セルの前記板の前記貫通孔は、前記第１共振型吸音セルに対向する位置に配置され、
前記開放部は、前記第１共振型吸音セルと前記第２共振型吸音セルとの間に設けられている部分を含む請求項１６、又は１７に記載の防音構造。
【請求項１９】
前記第１共振型吸音セル、及び前記第２共振型吸音セルは、ダクト内に配置されるものであり、
前記開放部は、前記第１共振型吸音セル、及び前記第２共振型吸音セルと前記ダクトの内壁との間の空間を含む請求項１〜１８のいずれか１項に記載の防音構造。
【請求項２０】
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１〜１９のいずれか１項に記載の防音構造。
【請求項２１】
開口を持つ少なくとも３つの枠を有し、その中の少なくとも１つの第１の枠には膜が取り付けられて前記第１共振型吸音セルとして機能し、前記第１の枠とは異なる少なくとも１つの第２の枠には膜、又は板が取り付けられて前記第２共振型吸音セルとして機能し、更に前記第１の枠、及び第２の枠とは異なる少なくとも１つの第３の枠からなるセル構造は前記開放部として機能する請求項１〜２０のいずれか１項に記載の防音構造。
【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、高い音の吸収率と、通気性及び通熱性とを両立させ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、更に、空気等の通り道を備え、通気性、及び通熱性と、高い防音効果とを両立させ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、更に、機器、自動車、及び一般家庭等の防音のためにファンダクト内に配置することができ、又は防音機能を備えたファンダクトとして用い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ファンダクト内で通気性や通熱性と高い防音効果の両立が必要な場面が多く、空気の通り道を維持しておく必要があることを知見した。その結果、本発明者らは、本発明に至ったものである。
即ち、本発明の防音構造は、異なる種類の２種類以上の共振型吸音セルと、開放部とを有し、開放部は、異なる種類の２種類以上の共振型吸音セルの双方に接する位置に配置され、２つの共振型吸音セルが互いに隣接し、更にその少なくとも一方の共振型吸音セルに隣接する位置に配置される防音構造であって、一方の種類の第１共振型吸音セルの共振周波数と、第１共振型吸音セルと異なる他方の種類の第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、枠の開口の周囲に固定され、開口を覆う膜とを有するものであり、開放部は、第１共振型吸音セルの外側、及び第２共振型吸音セルの外側に設けられている空間であ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共振型吸音セルの共振周波数が一致することが好ましい。
また、開放部は、開口を持つ枠からなる開放セルであることが好ましい。
また、枠のサイズ（円相当半径）をａ（ｍ）、膜の厚みをｔ（ｍ）、膜のヤング率をＥ（Ｐａ）、膜の密度をｄ（ｋｇ／ｍ３）とする時、下記式（１）で表されるパラメータＢが、１５．４７以上２３５０００以下であることが好ましい。
Ｂ＝ｔ／ａ２＊√（Ｅ／ｄ）                              …（１）
また、開放部は、筒状である、又は開放部の四方で音の動きが制限される長さを持つ壁状の構造で囲まれていることが好ましい。
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。
また、第２共振型吸音セルは、開口を持つ枠と、枠の開口の周囲に固定され、それぞれ開口を覆う少なくとも２層の膜とを有することが好ましい。
また、少なくとも２層の膜は、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層の膜であることが好ましい。
【００１４】
また、第２共振型吸音セルは、開口を持つ枠と、枠の開口の周囲に固定され、それぞれ開口を覆い、貫通孔を有する少なくとも２層の板とを有することが好ましい。
また、少なくとも２層の板は、枠の開口の両側の周囲にそれぞれ固定され、それぞれ開口を覆い、それぞれ貫通孔を有する２層の板であることが好ましい。
また、開放部は、更に、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、第２共振型吸音セルは、開口の両面を覆う２層の板にそれぞれ貫通孔を持ち、ヘルムホルツ共振に類似した共振を有する構造であることが好ましい。
また、開放部は、第１共振型吸音セルと第２共振型吸音セルとの間に設けられている空間を含むことが好ましい。
また、第１共振型吸音セルと第２共振型吸音セルとは、隣接した位置に配置され、開放部は、第１共振型吸音セルと第２共振型吸音セルとの隣接側の反対側の第１共振型吸音セルの外側、又は第２共振型吸音セルの外側に設けられている空間を含むことが好ましい。
【００１５】
また、第２共振型吸音セルは、貫通孔を有する単層の板と、板を固定し、板の背面の閉空間を構成する筐体とを有することが好ましい。
また、第２共振型吸音セルは、ヘルムホルツ共振を有する構造であることが好ましい。
また、第１共振型吸音セルと、第２共振型吸音セルとは、間隔を開けて併設され、第２共振型吸音セルの板の貫通孔は、第１共振型吸音セルに対向する位置に配置され、開放部は、第１共振型吸音セルと第２共振型吸音セルとの間に設けられている部分を含むことが好ましい。
また、第１共振型吸音セル、及び第２共振型吸音セルは、ダクト内に配置されるものであり、開放部は、第１共振型吸音セル、及び第２共振型吸音セルとダクトの内壁との間の空間を含むことが好ましい。
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、開口を持つ少なくとも３つの枠を有し、その中の少なくとも１つの第１の枠には膜が取り付けられて第１共振型吸音セルとして機能し、第１の枠とは異なる少なくとも１つの第２の枠には膜、又は板が取り付けられて第２共振型吸音セルとして機能し、更に第１の枠、及び第２の枠とは異なる少なくとも１つの第３の枠からなるセル構造は開放部として機能することが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
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、更に、空気等の通り道を備え、通気性、及び通熱性と、高い防音効果とを両立させることができる。
その結果、本発明によれば、機器、自動車、及び一般家庭等の防音のためにファンダクト内に配置することができ、又は防音機能を備えたファンダクトとして用いることができる。
また、本発明によれば、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。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【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に示す防音構造の膜変位における局所速度を示す模式図である。
【図４】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５】図１に示す防音構造の実施例１、比較例１、及び参考例１の音の吸収特性を示すグラフである。
【図６】本発明の一実施形態に係る防音構造の他の一例の模式的断面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る防音構造の他の一例の模式的断面図である。
【図８Ａ】図１に示す防音構造、及び図７に示す防音構造の１４００Ｈｚにおける音の吸収率と開口率との関係を示すグラフである。
【図８Ｂ】図１に示す防音構造、及び図７に示す防音構造の１４００Ｈｚにおける音の吸収率と２セル間距離との関係を示すグラフである。
【図９】図７に示す防音構造の音の吸収特性を示すグラフである。
【図１０】図７に示す防音構造の音の透過特性を示すグラフである。
【図１１】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１２】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１３】本発明の他の実施形態に係る防音構造の一例の模式的断面図である。
【図１４】図１３に示す防音構造の実施例１１の防音特性を示すグラフである。
【図１５】図１３に示す防音構造の実施例１２の防音特性を示すグラフである。
【図１６】図１３に示す防音構造の開放部の開放距離による防音特性の変化を示すグラフである。
【図１７】図１３に示す防音構造の音の吸収率と開口率との関係を示すグラフである。
【図１８】本発明の他の実施形態に係る防音構造の一例の模式的断面図である。
【図１９】図１８に示す防音構造の膜変位における局所速度を示す模式図である。
【図２０】本発明の他の実施形態に係る防音構造の一例の模式的断面図である。
【図２１】図２０に示す防音構造の実施例１３の防音特性を示すグラフである。
【図２２】本発明の防音構造のパラメータＢに対する第１固有振動周波数を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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％近い吸収率と、空気の通り道を残すことを両立させた構造である。
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同士で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。波長より小さいサイズ内に複数の共振型吸音セルが配置され、各セルの透過波同士が近接場領域で互いに打ち消し合いの干渉をして透過波を消す構造が望ましい。そのためには、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ことが最も望ましい。少なくとも、打消し合いの位相関係になっている必要がある。
このため、本発明の防音構造は、２種類以上の共振型吸音セルを有している。本発明においては、この２種類以上の共振型吸音セルの内の隣接する種類の異なる２つの共振型吸音セルの一方の種類の第１共振型吸音セルの共振周波数と、第１共振型吸音セルと異なる他方の種類の第２共振型吸音セルの共振周波数とが一致している必要がある。この時、第１共振型吸音セルの共振周波数としては、例えば第１共振周波数であることが好ましい。また、第２共振型吸音セルの共振周波数としては、例えば第１共振周波数、又は高次の共振周波数であることが好ましく、２次共振周波数であることがより好ましい。
【００１９】
本発明では、一方の共振型吸音セル（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、他方の共振型吸音セル（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、以下の吸音セルを用いれば良い。
１．複数層の膜構造（以下、第１実施形態という）。例えば、それぞれの膜振動が逆向きに変位するモードを用いることで、第１共振型吸音セルと打消し合いの位相関係となる。
２．孔が開いた板を多層にした多層板構造（以下、第２実施形態という）。中央部に閉じ込められた空気の膨張圧縮により、両側に孔のあいたヘルムホルツ共振器のような構成（ヘルムホルツ共振に類似した共振を有する構造）となる。このとき、両側の板穴に逆向きに音が進行するモードを用いる。
３．横向きに配置されたヘルムホルツ共振器（ヘルムホルツ共振を有する構造）（以下、第３実施形態という）。
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とが、互いに打ち消し合いの関係を満たしていればよい。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。
【００２０】
本発明では、空気の通り道が設けられていることが必須である。このため、本発明の防音構造は、上記のような異なる種類の２種類以上の共振型吸音セルに加え、２種類以上の共振型吸音セルの内の隣接する種類の異なる２つの共振型吸音セルの間、又は２つの共振型吸音セルの少なくとも一方の共振型吸音セルの外側に開放部を有している必要がある。本発明では、２つの共振型吸音セルの間に開放部を有しているとは、開放部が２つの共振型吸音セルの双方に接する位置に配置されていることを意味すると言うこともできる。また、少なくとも一方の共振型吸音セルの外側に開放部を有しているとは、２つの共振型吸音セルが互いに隣接し、更にその少なくとも一方の共振型吸音セルに隣接する位置に開放部が配置されていることを意味すると言うこともできる。
また、本発明においては、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も意味する。しかしながら、本発明はこれに限定されず、後述するように、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、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。なお、２つの共振型吸音セルが少し間隔を開けて配置されている場合、空気、及び／又は熱が通過できれば、開放部の一部として機能する。
【００２１】
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、他の部分（複数の共振型吸音セル以外の部分）に開放部、例えば開放セル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、上述した振動膜構造の第１共振型吸音セル、及び上述した第1実施形態、第２実施形態、又は第３実施形態に記載のそれぞれの第２共振型吸音セルを含む２種類以上の共振型吸音セルの他に、単純に開放された部分、例えば開放部、又は開放セルを有していても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、上述した第２実施形態の孔空き多層板構造を用いる場合には、開放部に加えて、両端の板に貫通孔があいているため、空気、及び熱の通り道をより良く確保できる。
【００２２】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１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り、図３は、図１に示す防音構造の膜変位における局所速度を示す模式図である。
図１〜図３に示す本発明の第１実施形態の防音構造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、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、上述した第１実施形態の構造を用いるものである。ここで、第１共振型吸音セルとしての振動膜構造は、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ものである。一方、第２共振型吸音セルとしての第１実施形態の構造は、それぞれの膜振動が逆向きに変位するモードを使用して、位相が反転しない複数層の振動膜構造である。
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、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、他方の第２吸音セル２０ｂに隣接して配置される開放セル２２と、を有する。開放セル２２は、本発明の開放部を構成するものである。
【００２３】
第１吸音セル２０ａ、第２吸音セル２０ｂ、及び開放セル２２は、それぞれ開口１２ａ、１２ｂ、及び１２ｃを有し、隣接する３つの枠１４ａ、１４ｂ、及び１４ｃ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し、枠１４ｂと１４ｃとは、隣接しており、隣接部において部材を共有している。しかしながら、本発明はこれに限定されず、それぞれの枠１４ａ、１４ｂ、及び１４ｃは、それぞれ独立していても良い。
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１８ａ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、複数層の振動膜構造の第２共振型吸音セルであって、枠１４ｂの開口１２ｂの両方の端部を覆う２層膜１８ｂ（２枚の膜１８ｂ１、及び１８ｂ２）を備えている。
【００２４】
開放セル２２は、本発明の開放部を構成するものであって、その枠１４ｃの開口１２ｃの両方の端部は、共に開放されている。
ここで、本発明の開放部は、オリフィスではなく、図示例の開放セル２２のように筒状であることが好ましい。又は、本発明の開放部は、少なくともある程度の長さの間、開放部の四方で音の動きが制限される壁状の構造であることが好ましい。本発明の開放部は、換言すれば、開放部の四方で音の動きが制限される長さを持つ壁状の構造で囲まれていることが好ましい。
開放セル２２は、その開口１２によって熱及び／又は空気を通過させるものである。
本発明では、膜１８（１８ａ、及び１８ｂ）で覆われている面に平行な第１吸音セル２０ａ、第２吸音セル２０ｂ、及び開放セル２２の各面積の和に対する開放セル２２の開口１２の面積の比（百分率％）を開口率として定義する。即ち、開口率は、防音構造１０全体の面積に対する開放されている開放部の面積の割合ということもできる。なお、開口率は、第１吸音セル２０ａ、第２吸音セル２０ｂ、及び開放セル２２のサイズから求めることができる。また、開口率は、第１吸音セル２０ａと第２吸音セル２０ｂとの間に開放セル２２がある場合には、第１吸音セル２０ａ、及び第２吸音セル２０ｂのサイズと、両吸音セル間の距離からも求めることができる。
【００２５】
本発明においては、開口率は、熱及び／又は空気を通過させることができれば、特に制限的ではない。しかしながら、開口率は、１％〜９０％であることが好ましく、５％〜８５％であることがより好ましく、１０％〜８０％であることが更に好ましく、２０％〜８０％であることが最も好ましい。
開口率が、１％〜９０％であることが好ましい理由は、開口率が、９０％を超えると、膜１８の共振状態に結合せずに開口１２から流れていく音が大きくなり、共振周波数においても透過率が大きくなってしまうためである。特に、開口１２が大面積であいている場合、無数の小さな開口１２があるときと比べて開口１２端部にあたる面積が小さくなる。開口１２端部付近では空気の粘性による摩擦効果により開口１２があっても音が通りにくくなるが、大面積で開いている場合は摩擦効果もあまり効かずに、音が透過してしまう。よって、開口率が９０％を超えているような場合は共振周波数でも透過してしまい吸収量が小さくなることが問題となるからである。
また、開口率が、１％未満だと、上記課題において述べた、熱や風を通過させるという効果があまり得られないからである。
【００２６】
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つの吸音セルであって、それぞれの共振周波数が一致するものである。
本発明では、第１、及び第２吸音セル２０ａ、及び２０ｂの共振周波数を一致させる必要があるので、枠１４ａ及び１４ｂと、膜１８ａ及び膜１８ｂ（１８ｂ１、及び１８ｂ２）との少なくとも一方は、異なるものである。
即ち、２つの枠１４ａと１４ｂとが同一である場合には、２つの膜１８ａと膜１８ｂとは異なる。なお、膜１８ａと膜１８ｂとが異なるとは、膜１８ｂ１と１８ｂ２とが同一で膜１８ａと異なる場合、膜１８ｂ１と１８ｂ２の一方が膜１８ａと同一で他方が膜１８ａと異なる場合、及び膜１８ｂ１と１８ｂ２のいずれも膜１８ａと異なる場合を含む。
また、膜１８ａと２つの膜１８ｂとが同一（即ち膜１８ａ、１８ｂ１、及び１８ｂ２とが全て同一）である場合には、２つの枠１４ａと１４ｂとは異なる。
なお、２つの膜１８ａと膜１８ｂ２とが同一である場合には、両者を１枚のシート状の膜体で構成しても良い。
また、２つの枠１４ａと１４ｂとが異なる場合にも、膜１８ａと膜１８ｂとが異なっていても良いのは勿論である。
【００２７】
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吸音セルの第１共振周波数、又は高次の共振周波数（好ましくは２次共振周波数）とが一致することをいう。
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（基本共鳴）、及び第２吸音セルの共振周波数（合致共鳴）、即ち第１共振周波数、又は高次の共振周波数）は、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１次及び高次の共振周波数）が、１０Ｈｚ〜１０００００Ｈｚにあることが好ましい理由は、本発明の課題が人間の耳に聞こえる音、人間が感じる音を吸収によって防ぐことにあるため、この範囲の音を人間は感じることができるとされているからである。なお、２０Ｈｚ〜２００００Ｈｚの範囲は、人間が聴こえる音(可聴域)とされているため、この範囲にあることがより望ましい。
【００２８】
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」の高次の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吸音セルの高次の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。たとえば、Ｆ０が１ｋＨｚの場合は±２００Ｈｚ以内となる。またΔＦ／Ｆ０が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吸音セルの高次の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、本発明の原理が、２つの異なるセルの透過位相がそれぞれ異なる共振モード同士の干渉を用いるためである。即ち、共振周波数の差が上記条件を超えると、共振を生じる周波数同士が離れすぎるために、２つのセルに対してともに強い共振を励起する周波数がなくなり、片側のセルのみ強い共振状態をもつか、両方のセルが共振からほぼ外れた弱い共振状態しか励起できなくなるからである。なお、前者の場合は、片方のセルのみが共振状態であるため、共振同士の打ち消し合い干渉は生じない。また、後者の場合は、そもそも共振からほぼ外れているために音を共振によって引きつけて集める効果が小さく、開口の部分の方を音が透過する量が大きくなってしまうために透過率が大きくなってしまう。
【００２９】
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、枠１４ａ、１４ｂ、及び１４ｃ、並びに膜１８ａ、及び１８ｂ等の構成要素については、それぞれ異なる部分に付いては個々に説明する。しかしながら、それぞれが同一で、特に区別を要しない部分に関しては、区別せずにまとめて、吸音セル２０、枠１４、及び膜１８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。
【００３０】
また、２つの膜１８（１８ａと１８ｂ（１８ｂ１、及び１８ｂ２））とが異なるとは、２つの膜１８（具体的には、膜１８ａと、膜１８ｂ、又は膜１８ｂ１、及び１８ｂ２の少なくとも一方と）において、膜１８の種類（ヤング率、及び密度等の物性、剛性、並びに材質）、膜サイズ（膜１８のサイズ）、及び膜厚（膜１８の厚み）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つの膜１８ａと１８ｂ（１８ｂ１、及び１８ｂ２）とが同一であるとは、少なくとも、２つの膜の形状、種類、及び寸法等の全てが同一であることを言う。
【００３１】
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、開放セル２２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の高次（例えば２次）の共振周波数とを一致させるように、枠１４及び膜１８の構成（即ち枠１４の枠形状、種類、枠幅、枠厚（２層膜間の距離）、枠サイズ（膜１８の膜サイズ）、膜１８の種類、及び膜厚等）の少なくとも１つ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１８ａの第１共振周波数と、第２吸音セル２０ｂの高次モードの共振周波数のうち、図３に示す防音構造１０周辺における局所速度分布のように、２層の膜１８ｂ１及び１８ｂ２の変位が反対方向に動く共振モードの共振周波数を一致させるように、枠１４及び膜１８の構成を調整したものである。
【００３２】
図３は、図１の下側から防音構造１０に、音波を入射した際に生じる音波の局所速度分布を示す。
図３の局所速度分布から、１層（単層）の膜１８ａを有する吸音セル２０ａにおいては、入射音圧により膜１８ａに対して通常の第１共振周波数モードが励起され、中央部に大きな振動状態が生じていることが分かる。一方、２層の膜１８ｂ１及び１８ｂ２を有する吸音セル２０ｂにおいては、入射音圧により、２層の膜１８ｂ１及び１８ｂ２の変位が反対方向に動く共振モードの膜の変位が生じていることが分かる。これは、図３に示すように、吸音セル２０ａと２０ｂとは、入射音圧により、同時に膜１８ａと膜１８ｂ１とが押される。しかしながら、吸音セル２０ｂでは、音波の出射側（即ち音波の入射方向とは逆側）において吸音セル２０ａの位相とは音波の位相が反転している。これによって膜１８ａと膜１８ｂ２との間において、膜１８ａを透過した波と、膜１８ｂ２を透過した波が打消し合いの干渉をする関係になる。図３から、吸音セル２０ａの膜１８ａを透過した音波、及び開放セル２２を透過した音波は、吸音セル２０ｂの膜１８ｂ２に吸引されるような局所速度分布を示す。これは、吸音セル２０ｂの透過位相と他の吸音セル２０ａの透過位相とが打消し合いの干渉を起こすような位相関係になっていることを示す。その結果、膜１８ａを透過した音波が、膜１８ｂ２を透過した音波と打ち消し合いを起こして、最終的に遠方まで伝わる透過波が小さくなることがわかる。
【００３３】
図３の上側では、膜変位の局所速度が小さくなっており、吸音セル２０ａ、２０ｂ、及び開放セル２２を透過した音波は、小さくなっていることが分かる。
即ち、吸音セル２０ａの１層の膜１８ａの第１共振周波数と、吸音セル２０ｂの２層の膜１８ｂ１及び１８ｂ２による高次の共振周波数を一致させることで、本実施形態の防音構造１０では、吸音セル２０ａと吸音セル２０ｂとを打消し合いの干渉関係で相互作用をさせることができる。その結果、例えば吸音セル２０の枠サイズが、音波の波長の１／１０未満の大きさで構成されているとしても、５０％を遥かに超える音の吸収率を獲得することができることがわかる。また、本実施形態の防音構造１０では、第１共振周波数に挟まれた領域で透過波同士の打ち消し合いが生じることにより透過損失を大きくすることができる。
【００３４】
以上のように、第１吸音セル２０ａの第１共振周波数と、第２吸音セル２０ｂの高次の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と開放セル２２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に示すように、第１吸音セル２０ａと第２吸音セル２０ｂと開放セル２２とが隣接して配置された防音構造１０は、詳細は後述するが、図４に示す実施例１の防音特性では１４２０Ｈｚという特定の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４に示すように、実施例１の防音構造１０では、ピーク吸収率を示す特定の周波数である１４２０Ｈｚ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２吸音セルの高次の共振周波数）である、又は第２吸音セルの高次の共振周波数に略等しいと言うことができる。なお、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。
【００３５】
また、図１及び２に示す本実施形態の防音構造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１層の膜１８ａの第１吸音セル２０ａ）の膜振動の第１共振周波数と、他方の吸音セル（即ち２層の膜１８ｂ（１８ｂ１及び１８ｂ２）の第２吸音セル２０ｂ）の膜振動の高次の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の高次の共振周波数）において、それぞれ単独の吸音セル２０ａ及び２０ｂと開放セル２２とからなる防音構造では達成できない５０％を遥かに超える大きな音の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、後述する図５に示すように、単独の吸音セル２０ａと開放セル２２とからなる比較例１の防音構造、及び単独の吸音セル２０ｂ及び開放セル２２とからなる比較例２の防音構造でそれぞれ達成されるピーク吸収率は、４０％及び４９％である。これに対し、図１及び２に示す本実施形態の防音構造１０は、１層の膜１８ａの第１共振周波数と、２層の膜１８ｂの高次の共振周波数を一致させるように設計されている。その結果、単独の吸音セル２０ａ及び２０ｂと開放セル２２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（例えば、図５に示す実施例１のように、８０％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。
【００３６】
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いので、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。
1=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、最大でも０．５となることを示すことができる。
【００３７】
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、２層の膜の構造体（第２防音セル）の場合にも、例えば、２層間（膜間）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）、２層それぞれの透過波が互いに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。このことは、後述する比較例２の防音構造の吸音特性を示す図５において、２層の膜を有する吸音セル２０ｂに対応する第１共振周波数が１４４０Ｈｚに存在するが、その周波数に対応する音の吸収率が４９％であり、５０％程度であることからもわかる。
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。
【００３８】
図１及び図２に示す防音構造１０では、第１吸音セル２０ａ、第２吸音セル２０ｂ、及び開放セル２２が、隣接されて、具体的には、この順序で連設されて（即ち連続して隙間なく配置されて）、開放セル２２は、第２吸音セル２０ｂの外側に設けられている。しかしながら、本発明では、セルの配置方法はこれに限定されず、どのように配置されても良い。即ち、第１吸音セル２０ａ、第２吸音セル２０ｂ、及び開放セル２２の連設の順序は、どのような順序でも良く、開放セル２２は、どこに設けられていても良い。例えば、図６に示す防音構造１０ａのように、第２吸音セル２０ｂ、第１吸音セル２０ａ、及び開放セル２２は、この順序で連設されていても良いし、開放セル２２は、第１吸音セル２０ａの外側に設けられていても良い。また、図７に示す防音構造１０ｂのように、第１吸音セル２０ａ、開放セル２２、及び第２吸音セル２０ｂは、この順序で連設されていても良いし、開放セル２２は、第１吸音セル２０ａ、及び第２吸音セル２０ｂの間に設けられていても良い。
図１、図６、及び図７に示す防音構造１０、１０ａ、及び１０ｂにおいては、第１吸音セル２０ａ、第２吸音セル２０ｂ、及び開放セル２２のサイズは、同じであるが、本発明はこれに限定されない。これらセルの少なくとも１つのセルのサイズ（例えば枠サイズ等のセルの寸法）が他のセルのサイズと異なっていても良いし、勿論、全てのセルが異なるサイズであっても良い。
【００３９】
なお、開放部となる開放セル２２は、図１及び図６に示す防音構造１０及び１０ａのように、２つの吸音セル２０ａ、又は２０ｂの外側（端部）にある方が、図７に示す防音構造１０ｂように、２つの吸音セル２０ａ及び２０ｂの間にあるよりも好ましい。その理由は、入射音波に対して相互作用をする２つの吸音セル２０ａ及び２０ｂは、上述したように、近くに配置される（好ましくは隙間なく接触して連設される）方が、高い音の吸収率を達成することができるからである。即ち、２つの吸音セル２０ａ及び２０ｂは、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配置されている方が、高い音の吸収率を達成することができるからである。
図８Ａ及び図８Ｂに、図１に示す開放部が端部にある防音構造１０と、図７に示す開放部が中央にある防音構造１０ｂとを、それぞれ開放部の大きさ（開口率、及び２セル間の距離）を変化させてピーク吸収率（最大吸収率）の変化を調べた結果を示す。なお、図８Ａ及び図８Ｂに示す例は、２つの吸音セル間距離がλ／４未満からλ／４以上の領域に及ぶ領域におけるピーク吸収率の変化を示しており、いずれも、ピーク吸収率を示す吸収ピーク周波数は、約１４００Ｈｚとなるようにしている。図８Ａ及び図８Ｂのグラフにおいて、正方形で示す点は、詳しくは後述するが、図１に示す防音構造１０の実施例１〜１０のピーク吸収率を示す。
図８Ａ及び図８Ｂに示すように、入射音波に対して相互作用をする２つの吸音セル２０ａ及び２０ｂは、近くに配置されることが望ましいと言えることが分かる。
【００４０】
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、隣接されている必要がある。即ち、２つの吸音セル２０ａと２０ｂとは、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。
【００４１】
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。
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。
【００４２】
また、図７に示す開放部が中央にある防音構造１０ｂにおいて、より細かく開放部の大きさを変更した時の防音特性の内の音の吸収特性、及び透過特性を図９、及び図１０に示す。これらの場合の変化量は、２〜１８ｍｍであり、共鳴波長λに対してはλ／１２未満での変化を確認している。
図９及び図１０に示す音の吸収特性、及び透過特性を求めた防音構造１０ｂは、２０ｍｍ角の正方形の開口１２をもつ第１吸音セル２０ａ、及び第２吸音セル２０ｂと、その間の開放部となる開放セル２２の開口１２の長方形の大きさ（サイズ）を、１辺を２０ｍｍとして、他方の辺を２ｍｍ毎に２ｍｍ〜１８ｍｍに変更した構造と、開放部が無い構造である。なお、枠１４（１４ａ、１４ｂ、及び１４ｃ）の枠幅（Ｌｗ）は、１ｍｍである。
図９に示すように、入射音波に対して相互作用をする２つの吸音セル２０ａ、及び２０ｂの間に開放された穴（開放部）が設けられていても、吸収率はほぼ変化せず、共鳴周波数（吸収ピーク周波数１４２０Ｈｚ）での高いピーク吸収率はほぼ変化しないことが分かる。即ち、本発明の防音構造１０ｂでは、ピーク吸収率は、開放部のサイズが大きくなるほどにわずかに小さくなるが、７０％以上のピーク吸収率を示し、ほとんど変化しないことが分かる。
このため、本発明の防音構造では、高開口率、かつ高吸収を実現できる。
図１０に示すように、本発明の防音構造１０ｂでは、音の透過率は、開放部のサイズが小さくなるにつれて少しずつ小さくなるが、音のバリー（valley）（最小）透過率も、１０数％以下で、開放部のサイズが小さくなるほどにわずかに小さくなり、０％に近づくことが分かる。
このため、本発明の防音構造では、２つの吸音セル間距離がλ／１２未満の領域を細かく見ると、この領域では２つの吸音セル間距離が変化しても吸収率は高いまま変化しないことから、開口率が高くても、音の低い透過、即ち高い遮断を実現できる。
【００４３】
図１、図６、及び図７に示す防音構造１０、１０ａ、及び１０ｂは、１つの第１吸音セル２０ａ、１つの第２吸音セル２０ｂ、及び１つの開放セル２２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、１０ａ、及び１０ｂ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１１に示す防音構造１０ｃのように、図１に示す防音構造１０を３組組み合わせた構造であっても良いし、図１２に示す防音構造１０ｄのように、図１に示す防音構造１０を２組用い、２組の防音構造１０の間に図６に示す防音構造１０ａを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１１に示す防音構造１０ｃも、図１２に示す防音構造１０ｄ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、図６及び図７に示す防音構造１０、１０ａ及び１０ｂを全て組み合わせる構造であっても良いし、２つ防音構造を組み合わせる構造であっても良いし、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。
【００４４】
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。例えば、図１、図６、及び図７に示す第１実施形態の実施例では、枠１４及び膜１８を持つ枠−膜構造の２種類の吸音セル２０と枠構造の開放セル２２とを有するものである。本実施形態では、２種類の吸音セル２０は、枠１４ａ及び単層膜１８ａを持つ吸音セル２０ａ及び枠１４ｂ及び２層膜１８ｂ１及び１８ｂ２を持つ吸音セル２０ｂであるが、本発明はこれに限定されず、枠１４及び膜１８を持ち、互いに隣接し、互いに異なるが共振周波数が一致する枠−膜構造の２種類の吸音セル２０を有するものであっても良い。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及び開放セル２２を代表例として説明する。
【００４５】
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、開放セル２２を構成する枠１４ｃとを含むが、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、内部に開口１２を有する。ここで、枠１４ａ及び１４ｂは、それぞれ、一方の側、及び両方の側において開口１２を覆うように膜１８（１８ａ、１８ｂ１及び１８ｂ２：以下では、両者を区別して説明する必要がある場合を除いて、参照符号１８で表すものとする）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。したがって、枠１４は、膜１８に比べて、剛性が高く、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。
【００４６】
枠１４（１４ａ及び１４ｂ）の形状は、膜１８の全外周を抑えることができるように膜１８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。即ち、枠１４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、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。
なお、開放セル２２の枠１４ｃは、熱及び／又は空気等の気体を通過させることができる開口１２を形成できれば、枠１４ａ及び１４ｂと同一であっても異なっていても良い。
例えば、開放セル２２の枠１４ｃは、図１、図６、及び図７に示す開放セル２２と異なり、角形（角筒）、又は円形（円筒）の形状のダクト等であっても良い。この場合には、枠１４ｃとなるダクト内に配置された吸音セル２０ａ及び２０ｂとダクト内壁との間の空間（隙間）が、開放セル２２の開口１２となる。
【００４７】
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。例えば、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、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、１０ａ及び１０ｂにおいて、吸音セル２０毎に膜１８を貼り付ける枠１４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が、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。
【００４８】
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、１０ａ〜１０ｄ（以下、防音構造１０で代表する）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、搬送機など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１４ｃ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。
【００４９】
なお、枠１４及び膜１８からなり、異なる種類の枠−膜構造の２種類の吸音セル２０（２０ａ及び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及び開放セル２２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、枠１４ｃ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、開放セル２２の枠１４ｃがダクトなどである場合には、枠１４ａ及び１４ｂを内部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、又は開放セル２２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。
【００５０】
また、枠１４の幅（枠幅Ｌｗ）及び厚さ（枠厚Ｌｔ）も、膜１８を確実に抑えるように固定することができ、膜１８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。
なお枠１４ｃの幅及び厚さも、２種類の吸音セル２０と組み合わせることができれば、特に制限的ではないが、例えば、枠１４ｃ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。
【００５１】
また、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。
【００５２】
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、図１、図６、及び図７に示す例では枠体１６を構成する枠１４の数は３個であり、図１１及び１２に示す例では枠体１６を構成する枠１４の数は９個である。しかしながら、本発明の防音構造１０の枠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の上述した防音対象物に応じて設定すればよい。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。
【００５３】
好ましい枠の数が決っているのは、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ために、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からである。また、好ましい枠の数が決っているのは、一方で吸音セル２０を増やしすぎることで、枠１４の重量分だけ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つの吸音セル２０は、３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の数と開放セル２２の数との和である。
【００５４】
枠１４の材料、又は枠体１６の材料は、膜１８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。
【００５５】
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、及び不織布類材料；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。
【００５６】
膜１８は、枠１４の内部の開口１２を覆うように枠１４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１４を節として膜振動する必要があるので、枠１４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１４の開口１２の形状であり、また、膜１８のサイズは、枠１４のサイズ、より詳細には枠１４の開口１２のサイズであるということができる。
【００５７】
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１４に貼るサイズが異なる２種類の膜１８ａ及び１８ｂからなる。
図１、図６、図７、図１１、及び図１２に示す防音構造１０、１０ａ〜１０ｄにおいては、２種類の吸音セル２０（２０ａ及び２０ｂ）の枠１４（１４ａ及び１４ｂ）に固定された互いに異なる２種類の膜１８（１８ａ及び１８ｂ）は、それぞれ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、互いに異なる第１共振周波数を持つ。一方、吸音セル２０ｂの枠１４ｂの両側に固定された２枚の膜１８ｂ１及び１８ｂ２は、一体化した膜１８ｂとして、吸音セル２０ａの枠１４ａの片側に固定された膜１８ａの第１共振周波数と一致する高次（例えば２次）の共振周波数を持つ。なお、ここでは、膜１８ｂは、２枚の膜１８ｂ１及び１８ｂ２を一体化したものを意味するが、膜１８ｂ１及び１８ｂ２を代表とするものとして考えることもできる。
即ち、本発明では、吸音セル２０ａの単層膜１８ａの第１共振周波数、並びに吸音セル２０ｂの一体化膜１８ｂ（２層膜１８ｂ１、及び１８ｂ２）の高次（例えば２次）の共振周波数においては、音を透過させる。勿論、開放セルも、これらの周波数においては、音を透過させる。
【００５８】
したがって、本発明の防音構造１０、１０ａ〜１０ｄでは、例えば図３に示すように、吸音セル２０ａの膜１８ａと、吸音セル２０ｂの２層膜１８ｂ１、及び１８ｂ２とは、一致した共振周波数（吸音セル２０ａの第１共振周波数と、吸音セル２０ｂの高次（２次）の共振周波数）において、共に同位相の強い膜振動を生じ、吸音セル２０ｂの２層膜１８ｂ１、及び１８ｂ２は、互いに位相が反転した強い膜振動を生成する。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）。このため、例えば図３に示すように、吸音セル２０ａの膜１８ａを透過した第１共振周波数の音波、及び開放セル２２を透過した同一共振周波数の音波は、吸音セル２０ｂの膜１８ｂ２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。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膜近傍に局在し、最終的に膜振動によって吸収される。このため、吸音セル２０ａ第１共振周波数と一致する吸音セル２０ｂの高次（２次）の共振周波数において、吸収のピークを達成する。即ち、図４に示すように、２種類の吸音セル２０の膜１８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、サイズ、厚さ及び／又は種類（の物性）が異なる２種類以上の膜、及び／又は、サイズ、幅、厚さ及び／又は種類（の物性）が異なる２種類以上の枠を有する。更に、それに加えて、一方の第１共振周波数と他方の高次の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。これにより、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。
【００５９】
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−膜構造の内、一方の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。これに対し、他方の種類の吸音セルの枠−膜構造は、一方の種類の吸音セルの枠−膜構造の第１共振周波数と一致する高次の共振周波数を持つ。これらの第１共振周波数、及び高次の共振周波数は、上述した膜の厚み、膜の種類（ヤング率、密度等の物性）、及び／又は枠のサイズ（開口、膜のサイズ）、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。
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せず、キャパシタ的な振る舞いをするということができる。他方の種類の吸音セルの枠−膜構造の高次の共振周波数の領域では、２層膜は互いに反転して振動し、このとき膜を通過する音波の位相は反転し、インダクタンス的な振る舞いをするということができる。即ち、２種類の枠−膜構造の組み合わせは、キャパシタ（コンデンサ）とインダクタンス（コイル）とを接続したものと見做すことができる。
【００６０】
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（吸音セル）を透過した同位相の音波、及び膜を通過せずに、開放部の開口空間をそのまま通過した同位相の音波と、他方の種類の枠−膜構造（吸音セル）を透過した判定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、異なる２種類の枠−膜構造（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り、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。
【００６１】
即ち、実効的な「堅さ」の異なる２つの構造体である枠−膜構造（吸音セル）を用いること、例えば枠は同じで厚みが違う２種の膜及び／又は物性の違う２種の膜を貼ることだけで、強い音の吸収、即ち強い音響吸収、したがって強い防音が実現できる。
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、２種類以上の堅さの異なる枠−膜構造（吸音セル）があればよく、膜の材質や厚みを用途に応じて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るので、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。
【００６２】
ここで、膜１８の厚さは、厚さの異なる膜１８ａ及び１８ｂ（１８ｂ１、１８ｂ２）であっても、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１４のサイズ、即ち膜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１４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１４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。
【００６３】
ここで、本発明の防音構造１０において、枠１４及び膜１８（１８ａ及び１８ｂ）からなる一方の枠−構造における膜１８ａの第１共振周波数、及びこの第１共振周波数と一致する、他方の枠−構造における一体化膜１８ｂ（２層膜１８ｂ１及び１８ｂ２）の高次の共振周波数は、各吸音セル２０（２０ａ及び２０ｂ）の枠１４の幾何学的形態（例えば枠１４の形状及び寸法（サイズ））と、複数の吸音セル２０の膜１８（１８ａ及び１８ｂ）の剛性（例えば膜の厚さ及び可撓性等の物性）と、複数積層された膜の間の距離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）（例えば、正四角形の場合には一辺の大きさ、又は円形の場合には半径の大きさ）の２乗との比［ａ２／ｔ］を用いることができる。ここで、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。
【００６４】
また、膜１８（１８ａ及び１８ｂ）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（１８ａ及び１８ｂ）のヤング率は、本発明では、枠１４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（１８ａ及び１８ｂ）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（１８ａ及び１８ｂ）の密度も、両者で異なっていても、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、特に制限的ではない。膜１８の密度は、例えば、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。
【００６５】
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、ポリイミド、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。
【００６６】
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。
【００６７】
膜１８は、例えば、少なくとも膜１８ａと１８ｂ１とが同じ場合（即ち、枠１４ａと枠１４ｂとが異なり、かつ膜１８ａと膜１８ｂ１及び１８ｂ２とが同じ場合、又は、膜１８ｂ２と異なるが、膜１８ａと１８ｂ１とが同じ場合）などは、防音構造１０の枠体１６の複数の枠１４のそれぞれに個々に固定されて全体としてシート状の膜体を構成するものであっても良い。即ち、複数の膜１８は、複数の枠１４を覆う１枚のシート状の膜体によって構成されるものであっても良い。又は、これらの中間として、複数の枠１４の一部を覆うようにシート状の膜体を一部の枠１４に固定して各枠１４を覆う膜１８を形成しても良い。
【００６８】
また、膜１８は、枠１４の開口１２の少なくとも一方の側の開口を覆うように枠１４に固定される。即ち、膜１８ａは、枠１４ａの開口１２の一方の側、又は他方の側に、かつ膜１８ｂ１及び１８ｂ２は、両側の開口１２を覆うように枠１４ｂに固定される。
ここで、防音構造１０の複数の吸音セル２０ａの枠１４ａの開口１２の同じ側に全ての膜１８ａ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１２の一方の側に一部の膜１８ａ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１２の他方の側に残りの膜１８ａが設けられていても良い。もしくは、更に、複数の吸音セル２０ａの枠１４ａの開口１２一方の側、及び他方の側に設けられた膜が混在していても良い。
【００６９】
枠１４への膜１８の固定方法は、特に制限的ではなく、膜１８を枠１４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。
接着剤を用いる方法は、枠１４の開口１２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１４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）」、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方法としては、枠１４の開口１２を覆うように配置された膜１８を枠１４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１４に固定する方法等を挙げることができる。
【００７０】
ところで、本発明の防音構造１０においては、第１固有振動周波数は、枠１４及び膜１８からなる構造によって定まる。
上述したように、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：円相当半径、又は正方形相当辺）の２乗との比［ａ２／ｔ］を用いることができる。
そこで、本発明者は、本発明の防音構造１０において、防音セル２０（２０ａ）の枠１４（１４ａ）のサイズ（円相当半径）をａ（ｍ）、膜１８（１８ａ）の厚みをｔ（ｍ）、膜１８のヤング率をＥ（Ｐａ）、膜１８の密度をｄ（ｋｇ／ｍ３）とする時、パラメータＢ（√ｍ）は、下記式（１）で表されることを知見した。また、本発明者は、このパラメータＢ（√ｍ）と、防音構造１０の枠１４及び膜１８からなる構造の防音セル２０の第１固有振動周波数（Ｈｚ）とは、防音セル２０の円相当半径ａ（ｍ）、膜１８の厚みｔ（ｍ）、膜１８のヤング率Ｅ（Ｐａ）、膜１８の密度ｄ（ｋｇ／ｍ３）を変化させた時にも略線形な関係にあることを知見した。更に、本発明者は、パラメータＢ（√ｍ）と、第１固有振動周波数（Ｈｚ）とは、図２２に示すように、下記式（２）で表される式で表されることを知見した。
Ｂ＝ｔ／ａ２＊√（Ｅ／ｄ）                            …（１）
ｙ＝０．７２７８ｘ０．９５６６                            …（２）
ここで、ｙは、第１固有振動周波数（Ｈｚ）であり、ｘは、パラメータＢである。
なお、図２２は、後述する実施例の実験前の設計段階におけるシミュレーションの結果から得られたものである。
【００７１】
以上から、本発明の防音構造１０においては、防音セル２０の円相当半径ａ（ｍ）、膜１８の厚みｔ（ｍ）、膜１８のヤング率Ｅ（Ｐａ）、膜１８の密度ｄ（ｋｇ／ｍ３）をパラメータＢ（√ｍ）で規格化することにより、２次元（ｘｙ）座標上において、パラメータＢと防音セル２０の第１固有振動周波数（Ｈｚ）との関係を表わす点は、略一次式と見做せる上記式（２）で表され、全ての点が略同一直線上にあることが分かる。
第１固有振動周波数を１０Ｈｚから１０００００Ｈｚまでの間の複数の値に対するパラメータＢの値を表２に示す。
【００７２】
【表１】
0006591697.tif 000002
【００７３】
表１から明らかなように、パラメータＢは、第１固有振動周波数に対応することから、本発明においては、１．５４７×１０（＝１５．４７）以上２．３５０×１０５（２３５０００）以下であることが好ましく、３．１９４×１０（＝３１．９４）〜４．３６９×１０４（４３６９０）であることがより好ましく、６．５９２×１０（＝６５．９２）〜３．４６０×１０４（３４６００）であることが更により好ましく、１．７１８×１０２（＝１７１．８）〜２．５６２×１０４（２５６２０）であることが最も好ましい。
以上のように規格化されたパラメータＢを用いることにより、本発明の防音構造の防音セル（第１防音セル）において遮蔽ピーク周波数の高周波側の上限となる第１固有振動周波数を決定することができる。また、逆に、このパラメータＢを用いることにより、選択的に遮音すべき周波数帯域の中心となる遮蔽ピーク周波数を持つことができる第１固有振動周波数を有する本発明の防音構造を設定することができる。
本発明の第１実施形態に係る防音構造は、基本的に以上のように構成される。
【００７４】
上述した図１、図６、及び図７に示す例では、第１吸音セル２０ａと、第２吸音セル２０ｂと、開放セル２２とを組わせて本発明の防音構造１０、１０ａ、及び１０ｂを構成しているが、本発明はこれに限定されない。本発明の防音構造は、２層膜１８ｂ（１８ｂ１、及び１８ｂ２）を持つ第２吸音セル２０ｂの代わりに、それぞれ貫通孔を有する２層板を持つ第２吸音セルを用いる構造であっても良い。
【００７５】
（第２実施形態）
図１３は、本発明の第２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１３に示す第２実施形態の防音構造１０ｅは、図１に示す第１実施形態の防音構造１０の第２吸音セル２０ｂの代わりに、第２吸音セル２０ｃを用いる構造であり、第２吸音セル２０ｃを除いて同一の構成を有するものであるので、同一の構成要素には、同一の番号を付し、その説明は省略する。
【００７６】
本実施形態の防音構造１０ｅは、第１吸音セル２０ａと、第２吸音セル２０ｃと、開放セル２２とを組わせた構造である。
ここで、第１吸音セル２０ａ、及び第２吸音セル２０ｃは、それぞれ本発明の第１共振型吸音セル、及び第２共振型吸音セルとして機能するもので、第１吸音セル２０ａの第１共振周波数と、第２吸音セル２０ｃの高次（好ましくは２次）の共振周波数とが一致するものである。したがって、吸音セル２０ａ、及び吸音セル２０ｃは、吸音セル２０ａ、及び吸音セル２０ｂと同様に、区別の必要がない場合には、吸音セル２０として説明する。
なお、第２吸音セル２０ｃは、開口１２を持つ枠１４ｂと、それぞれ、貫通孔２４を備え、枠１４ｂの開口１２の周囲に固定され、かつ開口１２の両端部を覆う２層板（穿孔板）２６（２６ａ、及び２６ｂ）とを有するものである。
なお、図１３に示す例では、第２吸音セル２０ｃは、それぞれ開口１２の両端部を覆う２層の穿孔板２６（２６ａ及び２６ｂ）を有するものであるが、本発明はこれに限定されない。本発明は、枠１４ｂの開口１２の周囲に固定され、開口１２を覆い、貫通孔２４を有する穿孔板であれば、３層以上の穿孔板を有していても良い。即ち、本実施形態の第２吸音セル２０ｃは、少なくとも２層の多層（穿孔）板を有していれば良い。
【００７７】
図１３に示す第２吸音セル２０ｃは、枠１４ｂの開口１２の両端部にそれぞれ固定された穿孔板２６ａ、及び２６ｂの両方にそれぞれ貫通孔２４ａ、及び２４ｂを有している。そこで、一方の板（例えば穿孔板２６ａの貫通孔２４ａ）に対して、他方の板（例えば穿孔板２６ｂ）が閉じられていないので、貫通孔２４ａ、及び２４ｂは完全なヘルムホルツ共鳴孔とは言えない。しかし、両板ともに外とは貫通孔２４のみで接続されることで、両穿孔板２６間に閉じ込められた空気層が、空気ばねのような働きをし、ヘルムホルツ共鳴（共振）と同様の共鳴（共振）（即ちヘルムホルツ共振）に類似した共振を生じる。第２吸音セル２０ｃの穿孔板２６ａの貫通孔２４ａ、及び穿孔板２６ｂの貫通孔２４ｂ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２４ａを持つ穿孔板２６ａと貫通孔２４ｂを持つ穿孔板２６ｂとは一体化して音波に作用し、一方の板の貫通孔（例えば穿孔板２６ａの貫通孔２４ａ）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２６ｂの貫通孔２４ｂ）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２６ａの貫通孔２４ａ及び穿孔板２６ｂの貫通孔２４ｂは、第２吸音セル２０ｃの内部空間と外部空間とを連通しているので、本発明の開放部の一部を構成することになる。即ち、本実施形態では、本発明の開放部は、開放セル２２の開口１２と、連通する貫通孔２４ａ及び貫通孔２４ｂとを含む。
【００７８】
穿孔板２６は、図１３に示す防音構造１０ｅの吸音セル２０ｃにおいて用いられる。穿孔板２６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２４が穿孔されている。
ここで、穿孔板２６ａは、貫通孔２４ａを有し、貫通孔２４ａを除いて、自身の背面に枠１４ｃ及び他方の穿孔板２６ｂによって形成される空間を穿孔板２６ｂの貫通孔２４ｂ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２６ｂは、貫通孔２４ｂを有し、貫通孔２４ｂを除いて、自身の背面に枠１４ｃ及び他方の穿孔板２６ａによって形成される空間を穿孔板２６ａの貫通孔２４ａ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２６は、その貫通孔２４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２０ｂの膜１８ｂのように、膜振動をする必要はない。したがって、穿孔板２６は、図１に示す吸音セル２０ｂの膜１８ｂ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。
【００７９】
このため、穿孔板２６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が、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１３に示す例では、穿孔板２６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有膜であっても良い。ヘルムホルツ型防音セルとして用いられる吸音セル２０ｃ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、上述した振動膜型防音セルである図１に示す吸音セル２０ｂの膜１８ｂの膜材料と同様な膜材料を用いることができる。しかしながら、吸音セル２０ｃに用いられる膜は、吸音セル２０ｂの膜１８ｂ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。
なお、ヘルムホルツ型防音セルである吸音セル２０ｃ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２６を用いることが好ましい。
【００８０】
また、穿孔板２６、又は貫通孔有膜の枠１４ｂへの固定方法は、穿孔板２６、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２６に穿孔される貫通孔２４は、図１３に示すように、枠１４ｂの開口１２を覆う穿孔板２６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２４の穿孔位置は、図１３に示すように穿孔板２６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２６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２４の穿孔位置が変わっただけでは、吸音セル２０ｃの吸音特性は変化しない。
図１３に示す例では、穿孔板２６ａの貫通孔２４ａと、穿孔板２６ｂの貫通孔２４ｂ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。
【００８１】
また、穿孔板２６内の貫通孔２４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２０ｃにおいて、２つの穿孔板２６に穿孔される貫通孔２４は、通気性の点からは、１つの貫通孔２４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２６内の貫通孔２４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が、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、０．１０％〜１０％であることが更に好ましい。貫通孔２４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。
【００８２】
本発明においては、貫通孔２４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２６内の１個の貫通孔２４、又は、複数個の貫通孔２４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２４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２４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２４のサイズが小さすぎると、貫通孔２４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２４のサイズ、即ち口径は、０．２５ｍｍ以上であることが好ましい。
【００８３】
一方、貫通孔２４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２４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２４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２４が大きすぎると、貫通孔２４のサイズ（口径）が大きすぎて貫通孔２４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２４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２４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２４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２４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。したがって、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２４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。
【００８４】
上述したように、本発明の防音構造１０ｅは、第１吸音セル２０ａと第２吸音セル２０ｃと開放セル２２とを備えるが、第１吸音セル２０ａの第１共振周波数と、第２吸音セル２０ｃの高次の共振周波数とが一致することにより、特定の周波数で音の最大吸収率を示す。例えば図１３に示すように、第１吸音セル２０ａと第２吸音セル２０ｃと開放セル２２とが隣接して配置された防音構造１０ｅは、詳細は後述するが、図１４に示す実施例１１の防音特性では、１４５０Ｈｚという最大吸収周波数で、図１５に示す実施例１２の防音特性では、１４４０Ｈｚという最大吸収周波数で音の最大吸収率を示す。換言すれば、図１４及び図１５に示すように、実施例１１及び１２の防音構造１０ｅでは、それぞれ最大吸収周波数である１４５０Ｈｚ及び１４４０Ｈｚを持つ。
図１４及び１５に示すように、ヘルムホルツ型の共鳴孔となる貫通孔２４ａ及び２４ｂの他に、開放セル２２の大きな開口１２を設けても、５０％超の吸収率が維持されることが分かる。
なお、この時、最大吸収周波数は、第１吸音セル２０ａと第２吸音セル２０ｃとで一致する周波数に略等しいと言うことができる。なお、図１４及び図１５には、防音特性として、吸収率に加えて、透過率Ｔ及び反射率Ｒも示されている。
【００８５】
また、図１６及び図１７に、図１３に示す防音構造１０ｅにおいて、開放部の大きさ（開放セル２２の開口１２の開放距離（ｍｍ）、及び開口率）を変化させてピーク吸収率（最大吸収率）の変化を調べた結果を示す。なお、図１６のグラフにおいて、菱形で示す点は、詳しくは後述するが、図１３に示す防音構造１０ｅの実施例１１及び１２のピーク吸収率Ａを含んでいる。実施例１１及び１２の開放セル２２の開口１２の開放距離が、２０ｍｍ及び４０ｍｍであるので、例えば、実施例１１の構成における開放セル２２の開口１２の開放距離を５ｍｍから１００ｍｍまで、５ｍｍ刻みで変化させた時の菱形で示すピーク吸収率Ａ、正方形で示すバリー（最小）透過率Ｔ、及びバリー（最小）反射率Ｒを、図１６に示す。
また、図１７に、図１６に菱形で示すピーク吸収率Ａを、横軸を開放距離から開口率に変換して示す。図１７に示す吸収率は、図１６に菱形で示すピーク吸収率Ａの２０個の点に対する開放セル２２の開口１２の開放距離を、防音構造１０ｅの表面積に対する開放セル２２の開口１２、及び貫通孔２４ａ（又は２４ｂ）の面積の和の比として表される開口率に変換したものである。
図１６及び図１７に示すように、大きくとった開放セル２２の開口１２に、更に貫通孔２４ａ（又は２４ｂ）を加えて、開放部を大きくとっても、ヘルムホルツ型の共鳴による共振時の吸収特性は、５０％超であり、高い状態で維持されることが分かる。
【００８６】
本第２実施形態においても、上記第１実施形態の図６及び図７にそれぞれ示す防音構造１０ａ及び１０ｂに示すように、防音構造１０ｅの第１吸音セル２０ａと、第２吸音セル２０ｃと、及び開放セル２２との配置を変更しても良い。
図１８は、図１３に示す防音構造１０ｅの第１吸音セル２０ａと、第２吸音セル２０ｃとの配置を入れ替えた構造の防音構造１０ｆを示す。なお、図１８に示す防音構造１０ｆと図１３に示す防音構造１０ｅとの差異は、図１に示す防音構造１０と図６に示す防音構造１０ａとの差異と同様であるので、その説明は省略する。
なお、本実施形態において、図７に示す防音構造１０ｂと同様に、図示しないが、開放セル２２を第１吸音セル２０ａと、第２吸音セル２０ｃとの間に配置しても良い。
【００８７】
図１９は、図３と同様に、矢印が示す方向から、即ち、図１８の下側から防音構造１０ｆに、音波を入射した際に生じる膜変位の局所速度を示す。
図１９の膜変位の局所速度から、１層（単層）の膜１８ａを有する吸音セル２０ａにおいては、通常の第１共振周波数モードの膜の変位、即ち入射音圧により、膜１８ａの中央部に大きな振動状態が生じていることが分かる。また、２層穿孔板２６ａ及び２６ｂを有する吸音セル２０ｃにおいては、入射音圧により、穿孔板２６ａの貫通孔２４ａ及び穿孔板２６ｂの貫通孔２４ｂの外側の空気が反対方向に動く共振モードのヘルムホルツ型共鳴による共振が生じていることが分かる。これは以下のように説明できる。図１９に示すように、吸音セル２０ａと２０ｃとは、入射音圧により、同時に膜１８ａが押され、穿孔板２６ａの貫通孔２４ａ内に空気が押し込まれる。しかしながら、吸音セル２０ｃでは、音波の出射側、即ち音波の入射方向とは逆側において音波の位相が反転して、膜１８ａと穿孔板２６ｂの貫通孔２４ｂとの間において、膜１８ａを透過した波と、貫通孔２４ｂを透過したヘルムホルツ型共鳴による波が干渉する関係になるからである。図１９から、吸音セル２０ａの膜１８ａを透過した音波、及び開放セル２２を透過した音波は、吸音セル２０ｃの穿孔板２６ｂの貫通孔２４ｂに吸引され、それぞれその位相が反転して吸音セル２０ｃの穿孔板２６ｂの貫通孔２４ｂに入射し、貫通孔２４ｂを透過した音波と打ち消し合いを起こして透過波が小さくなることがわかる。
【００８８】
即ち、吸音セル２０ａの１層の膜１８ａの第１共振周波数と、吸音セル２０ｃの２層の穿孔板２６ａの貫通孔２４ａ及び穿孔板２６ｂの貫通孔２４ｂのヘルムホルツ型共鳴による高次の共振周波数を一致させることで、本実施形態の防音構造１０ｆでは、吸音セル２０ａと吸音セル２０ｃとを相互作用をさせることができる。その結果、例えば、吸音セル２０の枠サイズが、音波の波長の１／１０未満の大きさで構成されているとしても、５０％を遥かに超える音の吸収率を獲得することができることがわかる。また、本実施形態の防音構造１０では、第１共振周波数に挟まれた領域で透過波同士の打ち消し合いが生じることにより透過損失を大きくすることができる。
【００８９】
（第３実施形態）
図２０は、本発明の第３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２０に示す第３実施形態の防音構造１０ｇは、図７に示す第１実施形態の防音構造１０ｂの第２吸音セル２０ｂの代わりに、ヘルムホルツ共鳴器である第２吸音セルを用いる構造であり、第２吸音セルを除いて同一の構成を有するものであるので、同一の構成要素には、同一の番号を付し、その説明は省略する。但し、第２吸音セルのヘルムホルツ共鳴器の共鳴孔が貫通孔として第１吸音セル２０ａの膜１８ａの膜面に垂直に配置された穿孔板に穿孔されており、この穿孔板が開放セル２２の枠を構成する点でも異なると言える。即ち、第２吸音セルは、ヘルムホルツ共鳴器を、共鳴孔を開放セル２２側に向けて、横向きに配置したものである。
【００９０】
本実施形態の防音構造１０ｇは、第１吸音セル２０ａと、開放セル２２と、第２吸音セル２０ｄと、を組わせた構造である。
ここで、第１吸音セル２０ａ、及び第２吸音セル２０ｄは、それぞれ本発明の第１共振型吸音セル、及び第２共振型吸音セルとして機能するものである。更に、第１吸音セル２０ａの第１共振周波数と、第２吸音セル２０ｄの高次（好ましくは２次）の共振周波数とが一致するものである。したがって、吸音セル２０ａ、及び吸音セル２０ｄは、吸音セル２０ａ、及び吸音セル２０ｂと同様に、区別の必要がない場合には、吸音セル２０として説明する。
なお、第２吸音セル２０ｄは、開口１２を持つ枠１４ｄと、それぞれ、貫通孔２８を備え、枠１４ｄの開口１２の周囲に固定され、かつ開口１２の一方の端部を覆う穿孔板３０と、枠１４ｄの開口１２の周囲に固定され、かつ開口１２の他方の端部を覆う背面板３２と、を有するものである。なお、本発明の第２吸音セル２０ｄにおいて、貫通孔２８を備える穿孔板３０を固定する枠１４ｄと、枠１４ｄの開口１２の他方の端部を覆う背面板３２とは、穿孔板３０を固定し、穿孔板３０の背面の閉空間を構成する筐体３４を構成するものである。即ち、吸音セル２０ｄは、共鳴孔となる貫通孔２８の開いた穿孔板３０、又は膜の背面に閉空間体積（空洞）があり、この空洞が共鳴孔を介して外気と連通しヘルムホルツ共鳴による吸音作用を生じさせて吸音するヘルムホルツ防音セルである。
【００９１】
図２０に示す第２吸音セル２０ｄは、枠１４ｄの開口１２の一方の端部に固定された穿孔板３０に貫通孔２８を有しており、穿孔板３０の貫通孔２８を除いて、自身の背面に枠１４ｄ及び背面板３２によって形成される空間を閉空間とするためのものである。
枠１４ｄは、図１及び図１３に示す防音構造１０及び１０ｅの吸音セル２０ａ、２０ｂ、及び開放セル２２、並びに吸音セル２０ｃの枠１４ａ、１４ｂ、及び１４ｃと同様の構成を有するものであれば良いので、その説明は省略する。
穿孔板３０は、貫通孔２８が共鳴孔として背面の閉空間と外気と連通してヘルムホルツ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２０ｂの膜１８ｂのように、膜振動をする必要はない。したがって、穿孔板３０は、図１に示す吸音セル２０ｂの膜１８ｂ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。
【００９２】
このため、穿孔板３０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、上述した穿孔板２６の材料、及び枠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３０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、穿孔板２６の材料、及び枠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２０に示す例では、穿孔板３０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有膜であっても良い。ヘルムホルツ防音セルとして用いられる吸音セル２０ｄ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、上述した振動膜型防音セルである図１に示す吸音セル２０ｂの膜１８ｂの膜材料と同様な膜材料を用いることができる。しかしながら、吸音セル２０ｄに用いられる膜は、吸音セル２０ｂの膜１８ｂ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。
なお、ヘルムホルツ防音セルである吸音セル２０ｄ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共鳴の共振周波数が高周波側になってしまうことと、ヘルムホルツ共鳴と膜振動とを互いに邪魔しあってしまうため、板材料からなる穿孔板３０を用いることが好ましい。
【００９３】
また、穿孔板３０、又は貫通孔有膜の枠１４ｄへの固定方法は、穿孔板３０、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、上述した穿孔板２６の枠１４ｂへの固定方法、及び膜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３０に穿孔される貫通孔２８は、ヘルムホルツ共鳴による吸引作用を生じさせることができるものであり、図１３及び図１８に示す吸音セル２０ｃの穿孔板２６に穿孔される貫通孔２４と同様な上述した構成とすればよい。
本実施形態において、貫通孔２８は、第１吸音セル２０ａの膜１８ａの膜面に垂直な開放セル２２に配置された穿孔板３０に穿孔されているので、開放セル２２の内壁面に形成されていることになる。即ち、吸音セル２０ｄは、枠１４ｄを枠１４ａと直交するように配置し、かつ貫通孔２８が開放セル２２の内壁面に形成されるように、横向きに配置されるが、本発明はこれに限定されない。吸音セル２０ｄは、貫通孔２８が形成された穿孔板３０が第１吸音セル２０ａの膜１８ａの膜面と平行になるように配置しても良いし、他の位置になるように配置しても良い。
【００９４】
背面板３２は、穿孔板３０の背面に枠１４ｄによって形成される空間を閉空間とするために、穿孔板３０と互いに向き合う、枠１４の開口１２の他方の端部に取り付けられる板状部材である。このような板状部材としては、穿孔板３０の背面に閉空間を形成することができれば特に制限的ではないが、穿孔板２６と同様に剛性が高い材料製の板状部材であることが好ましい。例えば、背面板３２の材料としては、上述した穿孔板２６の材料、及び枠１４の材料と同様な材料を用いることができる。また、背面板３２の枠１４ｄへの固定方法は、穿孔板３０の背面に閉空間を形成することができれば特に制限的ではなく、上述した穿孔板２６の枠１４ｃへの固定方法と同様な方法を用いれば良い。
また、背面板３２は、穿孔板３０の背面に枠１４ｄによって形成される空間を閉空間とするための板状部材であるので、枠１４ｄと一体化されていても良いし、同一材料によって一体的に形成しても良い。
【００９５】
上述したように、本発明の防音構造１０ｇは、第１吸音セル２０ａと開放セル２２と第２吸音セル２０ｄとを備えるが、第１吸音セル２０ａの第１共振周波数と、第２吸音セル２０ｄの高次の共振周波数とが一致することにより、吸収ピーク周波数で音の最大吸収率を示す。例えば図２０に示すように、第１吸音セル２０ａと開放セル２２と第２吸音セル２０ｄが隣接して配置された防音構造１０ｅは、詳細は後述するが、図２１に示す実施例１３の防音特性では、１４００Ｈｚという最大吸収周波数で音の最大吸収率を示す。換言すれば、図２１に示すように、実施例１３の防音構造１０ｇでは、最大吸収周波数である１４００Ｈｚを持つ。
図２１に示すように、図１、及び図７に示す２層膜１８ｂを用いる２層膜構造の第２吸音セル２０ｂを用いた防音構造１０、又は図１３に示す貫通孔２４を有する２層穿孔板２６を用いる２層板孔構造の第２吸音セル２０ｃを用いた防音構造１０ｅの代わりに、ヘルムホルツ共鳴孔となる貫通孔２８を横置きにした横置きヘルムホルツ構造の第２吸音セル２０ｄを用いた防音構造１０ｇを用いたとしても、単層膜１８ａとの打ち消し合い干渉を生じさせることができる。
【００９６】
本発明の防音構造では、かなり大きな開口率（７０％以下）となるように開放セル２２を設けていていも吸収率を高く保つことができる。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開口率・高吸収を両立させた防音構造を、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。
【００９７】
また、本発明の防音構造では、２種類の吸音セルと開放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ため、及び／又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ため、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。
【００９８】
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。
【００９９】
［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。
【０１００】
［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。
【０１０１】
［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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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】
【０１０４】
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１〜１３を示す。
（実施例１）
図１に示すように、２０ｍｍ角の開口１２を持つ枠１４ａを作製し、膜１８ａ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、１５ｍｍ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０．５ｍｍであった。
また、枠１４ａと同様に、２０ｍｍ角の開口１２を持ち、同一厚みの枠１４ｂに、膜１８ｂとして１００μｍのＰＥＴフィルム（東レ株式会社  ルミラー）を用い、その周縁部を枠１４ｂの両端に固定し、接着して第１吸音セル２０ｂ（セルＢ）を製作した。即ち、ＰＥＴフィルム同士の距離は、１５ｍｍとなる。
このセルＡとセルＢとを組み合わせ、更に、本発明の開放部として２０ｍｍ角の開口１２を持ち、膜１８を取り付けずに開放された状態の枠１４ｃからなる開放セル２２を組み合わせて、本発明の防音構造１０である実施例１の防音構造を作製した。この時、開口率は、フレーム厚み（枠幅Ｌｗ）も考慮して２８％となった。【０１０５】
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。
【０１０６】
音響管を、実施例１の防音構造１０（３セル全体）のサイズに合わせて適宜、３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（Ｒ）を測定して、吸収率（Ａ）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２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２から、吸収率が１４２０Ｈｚを中心にして、５０％を大きく超えて、７９％の吸収率を示していることが分かる。
【０１０７】
【表２】
0006591697.tif 000003
【０１０８】
（比較例１）
上記セルＡと開放部（開放セル２２）のみで測定を行った。開放部の開口率を２８％となるように調整した。
（比較例２）
上記のセルＢと開放部（開放セル２２）のみで測定を行った。開放部の開口率を２８％となるように調整した。比較例１及び２の吸収率を実施例１の吸収率と比較した。結果を図５に示した。また、表２に、比較例１及び２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５及び表２から、比較例１、及び比較例２ともに、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。【０１０９】
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。【０１１０】
図３に、実施例１に対応するモデルにおける、吸収ピーク周波数１４２０Ｈｚでの局所速度と、そのベクトルを表示した。矢印は局所速度の相対的な方向を示し、長さが局所速度の対数に対応する。セルＡの１層膜とセルＢの２層膜間、また開放部（開放セル２２の開口１２）透過音とセルＢの２層膜間で波が干渉によって局所速度が回り込むようになっていることが分かる。このように、近接セル間で干渉を生じて、透過音成分が打ち消し合いの関係となっていることがシミュレーションからも明らかになった。
（参考例１）
上記セルＡとセルＢを組み合わせただけの、開放部を有さない構造を作成した。この場合、開口率がゼロとなる。表２に、参考例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。表２から、音に関しては、参考例１は、実施例１と同様の干渉による打消し合いが生じ、１４２０Ｈｚで８７％の吸収を示すことが分かる。【０１１１】
（実施例２−１０、比較例３）
実施例１において、開放部（開放セル２２の開口１２）の大きさを調整して開口率を変化させた構造を作成した。実施例１では、２０ｍｍ角の枠１４ｃの開口１２を開放部として用いたが、その代わりに、開放部（開放セル２２の開口１２）の一辺は２０ｍｍと固定し、もう一辺を１０ｍｍから１００ｍｍまで１０ｍｍごとに変化させた（２０ｍｍが実施例１、１０ｍｍが実施例２、３０ｍｍが実施例３、以下大きさＮ×１０ｍｍ（Ｎは、４〜９の整数）の順番に実施例Ｎとし、１００ｍｍが実施例１０となる。）。
比較例３として、比較例２に用いたセルＢと開放部のみで構成される構造を作製した。【０１１２】
表２に、実施例１〜１０、比較例１〜３、及び参考例１も含め、この開放部の大きさに対応する開口率を示した。開口率は、実施例１〜１０では、１６％〜６２％に調整され、比較例１〜２では、実施例１と同様に、２８％に調整され、比較例３では、５５％となるように調整された。
実施例１〜１０、及び参考例１では、開口１２の全ての大きさの水準で、吸収ピーク周波数は、１４２０Ｈｚとなった。実施例１〜１０、比較例１〜３、及び参考例１のピーク吸収率を表２に示した。実施例１〜１０では、開放部（開口１２）が大きくなり、開口率が大きくなるほどにピーク吸収率は小さくなるが、５０％以上の吸収率を示し、開口率を５５％と大きくとった場合においても、吸収率６１％と高い吸収率を示すことが分かる。これに対し、比較例１〜３では、ピーク吸収率は、それぞれ４０％、４９％、及び４２％となり５０％未満で５０％を超えず、本発明の複合防音構造と比較すると小さな吸収率であったことが分かる。【０１１３】
なお、図８Ａ及び図８Ｂに、それぞれ、開放部の大きさ（サイズ）を変化させた実施例１〜１０の開口率及び２セル間の距離と、ピーク吸収率との関係を示し、ピーク吸収率の変化を確認した。また、図８Ａ及び図８Ｂには、図７に示す防音構造１０ｂにおいて、開放セル２２の開口１２のサイズを実施例１〜１０と同様に変化させ、実施例１〜１０と同じ開口率及び２セル間の距離の場合のピーク吸収率をも示し、ピーク吸収率の変化を確認した。図７に示す防音構造１０ｂは、実施例１〜１０と同じ第１吸音セル２０ａ、第２吸音セル２０ｂ、及び開放セル２２を用い、開放セル２２を第１吸音セル２０ａと、第２吸音セル２０ｂとの間に配置したものである。
図８Ａ及び図８Ｂに示す結果から明らかなように、開放部が端部にある防音構造１０では、開口率が２０％程度で吸収率は８０％を超えており、開口率が６０％程度でも吸収率は５０％を超えている。これに対し、開放部が中央にある防音構造１０ｂでは、開口率が２０％程度でも吸収率は７５％程度で８０％を下まわっており、開口率が６０％程度では吸収率は３０％を下まわっている。
図８Ａ及び図８Ｂに示すように、開放部（開放セル２２）が端部にあっても、中央にあっても、開口率が大きくなるほどにピーク吸収率は小さくなるが、入射音波に対して相互作用する第１吸音セル２０ａと第２吸音セル２０ｂとは、近くに配置されることが好ましいことが分かる。
なお、図８Ｂから、周波数１４００Ｈｚでは、波長λは、０．２４３ｍ（２４．３ｃｍ）となるため、２セル間の距離が、λ／４、即ち０．０６０８ｍ（６．０８ｃｍ）以上では、開放部が端部にある場合も、開放部が中央にある場合も、吸収率が低下していることから、２セル間の距離は、λ／４未満であることが好ましいことが分かる。
図８Ａ、及び図８Ｂより明らかなように、本発明の防音構造では、高開口率、かつ高吸収を実現でき、開口率が６０％程度以上と高い状態においても、大きな吸収率を実現できる。【０１１４】
より低開口率側の振舞いを詳しく調べるために、図９及び図１０に、２０ｍｍ角の正方形の開口１２をもつ第１吸音セル２０ａ、及び第２吸音セル２０ｂと、その間の開放部となる開放セル２２の開口１２のサイズを変更した防音構造１０ｂの音の吸収特性、及び透過特性を求めた。
開放セル２２の開口１２のサイズは、開口１２の長方形の大きさ（サイズ）を、１辺を２０ｍｍとし、他方の辺を２ｍｍ毎に２ｍｍ〜１８ｍｍに変更した。また、開放部が無い構造の音の吸収特性、及び透過特性も求めた。なお、枠１４（１４ａ、１４ｂ、及び１４ｃ）の枠幅（Ｌｗ）は、１ｍｍである。
図９に示すように、本発明の防音構造１０ｂでは、開口１２のサイズを変更しても、吸収率は、ほぼ変化せず、共鳴周波数（吸収ピーク周波数１４２０Ｈｚ）での高いピーク吸収率はほぼ変化しないことが分かる。即ち、本発明の防音構造１０ｂでは、ピーク吸収率は、開放部のサイズが大きくなるほどにわずかに小さくなるが、７０％以上を示し、ほとんど変化しないことが分かる。
図１０に示すように、本発明の防音構造１０ｂでは、音の透過率は、開放部のサイズが小さくなるにつれて少しずつ小さくなるが、音のバリー（valley）（最小）透過率も、１０数％以下で、開放部のサイズが小さくなるほどにわずかに小さくなり、０％に近づくことが分かる。【０１１５】
（実施例１１）
図１３に示すように、アクリル板２ｍｍ厚みを用意し、実施例１における枠１４の開口１２と一致するようにレーザーカッターで加工した。そのアクリル板中央部にレーザーカッターによって直径２ｍｍの円形の貫通孔２４を形成した。この構造を２枚作製した。
２０ｍｍ角の枠１４の開口１２を作製し、枠１４の奥行方向（枠厚）は４．５ｍｍとした。その両面に貫通孔２４を形成したアクリル板からなる穿孔板２６の端部を枠１４の両方の開口１２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２４を備える２枚の穿孔板２６が向かい合う構造の吸音セル２０ｃ（セルＣ）を作製した。その隣の枠１４ａの開口１２に、実施例１と同様にＰＥＴ１８８μｍの単層膜１８ａを取り付けた構造の吸音セル２０ａ（セルＡ）を作製した。
このセルＡとセルＣが隣り合う構造とし、更に隣接した部分に開放セル２２を設けた。開口１２は、一辺２０ｍｍの正方形とし、全体の開口率は３０％となるようにした。この開放セル２２付き防音構造１０ｃの音響管測定を行った。その結果を表２及び図１４に示した。
表２及び図１４から、吸収率は、ピーク（極大）を持ち、１４５０Ｈｚにおいて７０％の吸収を示した。【０１１６】
（実施例１２）
実施例１１と同様に、セルＡとセルＣが隣り合う構造に、更に隣接した部分に開放セル２２を設けた。開放セル２２の開口１２は、４０ｍｍ×２０ｍｍの長方形開口とし、全体の開口率は４７％となるようにした。この開放セル２２付き防音構造１０ｃの音響管測定を行った。その結果を表２及び図１５に示した。
吸収率は、ピーク（極大）を持ち、１４４０Ｈｚにおいて６４％の吸収を示した。
図１５から、実施例１１及び１２より、単層膜１８ａと貫通孔２４付穿孔板２６の組合せ防音構造１０ｂに関して、大きな開放セル２２の開口１２を設けても吸収率が５０％を超える状態は維持されることが分かる。【０１１７】
また、図１３に示す防音構造１０ｅにおいて、開放部の大きさ（開放セル２２の開口１２の開放距離（ｍｍ）、及び開口率）を変化させて音響管測定を行った。
実施例１１と同様に、セルＡとセルＣとが隣り合う構造とし、更に隣接した部分に、開口１２の大きさ（サイズ）の異なる開放セル２２を設けた。開放セル２２の開口１２は、一辺２０ｍｍとし、他の辺を５ｍｍから１００ｍｍまで、５ｍｍ刻みで変化させた。他の辺が２０ｍｍの場合、開放距離は２０ｍｍであり、全体の開口率は３０％であった。この開放セル２２付き防音構造１０ｃの音響管測定を他の辺の長さを変えながら行った。その結果を図１６及び図１７に示した。
図１６及び図１７に示すように、大きくとった開放セル２２の開口１２に、更に貫通孔２４ａ（又は２４ｂ）を加えて、開放部を大きくとっても、ヘルムホルツ型の共鳴による共振時の吸収特性は、５０％超であり、高い状態で維持されることが分かる。【０１１８】
（実施例１３）
図２０に示すように、実施例１１で用いた、直径２ｍｍの貫通孔２８有アクリル板を穿孔板３０として用意し、それを一辺２０ｍｍの枠１４ｄの開口１２に取り付けた。背面厚みを５ｍｍとして、背面側を貫通孔のないアクリル板からなる背面板３２で閉じ切った防音構造１０ｆとした。この防音構造１０ｆは、貫通孔の背後に閉空間のある、いわゆるヘルムホルツ共鳴構造として機能する。このセルをセルＤとする。
セルＡとセルＤを組み合わせて配置する。その際に、セルＤは背面板３２が壁に設置するように配置して音響管内の音の進行方向と、穿孔板３０が平行になるような配置で用いる。セルＡとの距離を１２ｍｍとして、これらの組合せの音響管測定を行った。この際の開口率は３９％となる。その結果を表２及び図２１に示した。
図２１に示すように、吸収率は極大を持ち、６９％の吸収を示した。このような構造においても、５０％を超える吸収が現れた。【０１１９】
以上のように、単層膜(セルＡ)の共鳴と他の構造の共鳴を合わせたときに、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大きな開放セルの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、複数層や横置き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、共鳴同士の透過波がお互いを打ち消し合い、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。【０１２０】
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】
【０１２１】
本発明の防音構造は、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る。また、本発明の防音構造は、空気等の通り道を備え、通気性、及び通熱性と、高い防音効果とを両立させることができる。このため、本発明の防音構造は、機器、自動車、及び一般家庭等の防音のためにファンダクト内に配置することができ、又は防音機能を備えたファンダクトとして用いることができ、機器、自動車、及び一般家庭の用途に適している。
【符号の説明】
【０１２２】
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ  防音構造
１２  開口
１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ  枠
１６  枠体
１８、１８ａ、１８ｂ、１８ｂ１、１８ｂ２  膜
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ  吸音セル
２２  開放セル
２４、２４ａ、２４ｂ、２８  貫通孔
２６、２６ａ、２６ｂ、３０  穿孔板
３２  背面板
３４  筺体
Ｌｔ  枠厚
Ｌｗ  枠幅
【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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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