(57)【要約】【課題】吸音性能に優れた吸音パネルおよび吸音装置を提供する。【解決手段】剛壁２０の前面に所定間隔を介して配置された吸音パネル３０に、多数の貫通する孔部４０…を設ける。孔部４０…は、吸音パネル３０の少なくとも片面側に大孔部４１を露出させ、孔部４０の板厚方向の少なくとも一部には、大孔部４１より孔断面が狭められた微細孔部４２を設ける。【選択図】    図１
2005031240.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
剛壁の前面に所定間隔を介して配置された吸音パネルであって、その板厚方向について貫通する多数の孔部が設けられ、前記多数の孔部は、前記吸音パネルの少なくとも片面側に大孔部が露出し、前記多数の孔部の板厚方向の少なくとも一部には、前記大孔部より孔断面が狭められた微細孔部が設けられていることを特徴とする吸音パネル。
【請求項２】
前記微細孔部が、前記吸音パネルの片面側に露出するように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の吸音パネル。
【請求項３】
前記微細孔部が、前記吸音パネルの前面側に露出するように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の吸音パネル。
【請求項４】
前記大孔部は、前記板厚方向について所定深さまで孔断面が一定であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の吸音パネル。
【請求項５】
前記大孔部の孔断面の相当直径は、前記微細孔部の孔断面の相当直径の１．５倍以上、１５倍以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の吸音パネル。
【請求項６】
剛壁と、
請求項１〜５のいずれかに記載の吸音パネルと、
前記剛壁の前面に所定間隔を介して前記吸音パネルを保持する保持手段と、
を備えたことを特徴とする吸音装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸音パネルおよび吸音装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、剛壁の前面に所定間隔を介して多数の微細孔を設けた薄板（吸音パネル）を配置して構成される吸音装置が知られている（下記非特許文献１、２、３参照）。
【０００３】
【非特許文献１】
Ｍａａ  Ｄａｈ−ｙｏｕ，”Ｔｈｅｏｒｙ  ａｎｄ  ｄｅｓｉｇｎ  ｏｆ  ｍｉｃｒｏｐｅｒｆｏｒａｔｅｄ  ｐａｎｅｌ  ｓｏｕｎｄ−ａｂｓｏｒｂｉｎｇ  ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ”，ＳＣＩＥＮＴＩＡ  ＳＩＮＩＣＡ，Ｊａｎ−Ｆｅｂ，１９７５，ｐｐ５５−７１
【０００４】
【非特許文献２】
Ｍａａ  Ｄ−Ｙ，”Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ  ｏｆ  ｍｉｃｒｏｐｅｒｆｏｒａｔｄｅ  ｐａｎｅｌ  ａｂｓｏｒｂｅｒ”，Ｊ．Ａｃｏｕｓｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．，１０４（５），Ｎｏｖ．，１９９８，ｐｐ２８６１−２８６６
【０００５】
【非特許文献３】
Ｊｉｎｋｙｏ  Ｌｅｅ  ａｎｄ  Ｇｅｏｒｇｅ  Ｗ．Ｓｗｅｎｓｏｎ，“Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｓｏｕｎｄ  Ａｂｓｏｒｂｅｒｓ  ｆｏｒ  Ｌｏｗ  Ｆｅｒｑｕｅｎｃｉｅｓ”，Ｎｏｉｓｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｊｏｕｒｎａｌ，Ｖｏｌ．３８，Ｎｏ３，ｐｐ１０９−１１８
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる構造の吸音装置では、好適な吸音性能を得るために、微細孔はたとえば直径１ｍｍ以下という非常に小さなものとし、吸音パネルの板厚をこの微細孔の直径に近い程度に薄くすることが要求される。このことから、吸音パネルに補強リブ等が必要となるが、この補強リブを配置するとその個所に微細孔を設けられないため、吸音性能の低下を招く要因となっていた。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、吸音性能に優れた吸音パネルおよび吸音装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、剛壁の前面に所定間隔を介して配置された吸音パネルであって、その板厚方向について貫通する多数の孔部が設けられ、前記多数の孔部は、前記吸音パネルの少なくとも片面側に大孔部が露出し、前記多数の孔部の板厚方向の少なくとも一部には、前記大孔部より孔断面が狭められた微細孔部が設けられていることを特徴とするものである。
【０００９】
このような吸音パネルによると、吸音パネルの板厚を確保して強度を得ることができるとともに、大孔部と微細孔部の組み合わせにより、優れた吸音性能を得ることができる。特に低周波領域において極めて優れた吸音性能を得ることができる。
【００１０】
すなわち、大孔部内の空気が付加質量（マス・リアクタンス）として加わることにより、孔部と背後層によって形成される共鳴型吸音構造の共振周波数を低下させる。このことによって、特に低周波数域において優れた吸音性能を得ることが可能となる。従来のこの種の吸音構造において低周波数域の吸音特性を改善するには、背後空気層を厚くせざるを得なかったが、本発明によれば、背後空気層を厚くせずとも低周波数域の吸音特性を改善することが可能である。また、大径部において発生する若干の粘性抵抗が、共鳴型吸音構造の抵抗成分を若干増加させることが期待され、これによって共振特性が広帯域化されるために吸音特性が広帯域化し、より広い周波数範囲においてより高い吸音性能が得られることも期待される。
【００１１】
また、このような吸音パネルにおいては、前記微細孔部が、前記吸音パネルの片面側に露出するように設けられていることが望ましい。
【００１２】
このようにすると、大孔部を吸音パネルの片面側にのみ設ければよいので加工が容易にできる。
【００１３】
また、このような吸音パネルにおいては、前記微細孔部が、前記吸音パネルの前面側に露出するように設けられていることが望ましい。
【００１４】
このようにすると、前面側からの好適な外観を得ることができる。また、孔部から塵埃等が侵入することを軽減できる。
【００１５】
また、このような吸音パネルにおいては、前記大孔部は、前記板厚方向について所定深さまで孔断面が一定であることが望ましい。
【００１６】
このようにすると、大孔部の加工が容易になるとともに、より優れた吸音性能を得ることができる。
【００１７】
また、このような吸音パネルにおいては、前記大孔部の孔断面の相当直径は、前記微細孔部の孔断面の相当直径の１．５倍以上、１５倍以下であることが望ましい。
【００１８】
このようにすると、好適な吸音性能を得ることができる。
【００１９】
なお、本発明において、孔断面の相当直径とは、断面積を周囲長で除した値の４倍をいう。
【００２０】
また、本発明にかかる吸音装置は、剛壁と、上記いずれかの吸音パネルと、前記剛壁の前面に所定間隔を介して前記吸音パネルを保持する保持手段と、を備えたことを特徴とするものである。
【００２１】
このような吸音装置によると、上記の吸音パネルによる優れた吸音性能を実現することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００２３】
図１は、本発明の一実施形態にかかる吸音装置１０の一部断面斜視図、図２は同吸音装置１０の断面説明図である。
【００２４】
図１に示すように、この吸音装置１０は、音響的に強固な材質からなる剛壁２０と、多数の孔部４０…が設けられた吸音パネル３０と、剛壁２０の前面に所定間隔を介した位置に吸音パネル３０を保持する保持部材（保持手段）５０とを備えている。
【００２５】
保持部材５０は、剛壁２０の前面側に取り付けられ、その前端縁部に吸音パネル３０がたとえばネジ止めによって取り付けられるようになっている。剛壁２０と吸音パネル３０との間隔は、求められる吸音性能等が得られるように適宜設定される。
【００２６】
孔部４０…は、図２に示すように、吸音パネル３０をその板厚方向について貫通しており、吸音パネル３０の少なくとも片面側に大孔部４１が露出しているとともに、吸音パネル３０の板厚方向の少なくとも一部には、前記大孔部４１より孔断面が狭められた微細孔部４２が設けられている。
【００２７】
このように孔部４０を大孔部４１と微小孔部４２とで構成すると、十分に小さな微小孔部４２を構成して、微小孔による吸音効果を得ながら、吸音パネル３０の板厚を確保して強度を得ることができる。
【００２８】
また、後述するように、大孔部４１と微細孔部４２の組み合わせにより、優れた吸音性能を得ることができる。特に低周波領域において極めて優れた吸音性能を得ることができる。
【００２９】
図２の例では、大孔部４１は吸音パネル３０の前面側、すなわち剛壁２０の反対側に、所定深さまで円形の孔断面が一定となるように設けられ、微細孔部４２は大孔部４１の底面から吸音パネル３０の背面側に貫通するように設けられているが、孔部４０の形状はこれに限定されるものではない。
【００３０】
たとえば、図３（ａ）に示すように、大孔部４１を吸音パネル３０の前面側に設け、微細孔部４２を背面側に設けても、逆に図３（ｂ）に示すように、大孔部４１を背面側に設け、微細孔部４２を前面側に設けても、あるいはまた図３（ｃ）に示すように、前面側および背面側の両方に大孔部４１，４１を設け、吸音パネル３０の板厚の中間部に微細孔部４２を設けてもよい。
【００３１】
これら図３に示すように、大孔部４１の孔断面を所定深さまで一定にすると、吸音パネル３０に大孔部４１を設ける加工が容易になるとともに、より優れた吸音性能を得ることができる。
【００３２】
特に、図３（ｂ）のように微細孔部４２を、吸音パネル３０の前面側に露出するようにすると、前面側からの孔部４０が見えにくくなり好適な外観を得ることができる点で好ましい。また、吸音パネル３０と剛壁２０との間の空気層部分に、孔部４０…から塵埃等が侵入することを軽減できる利点もある。
【００３３】
また、微細孔４２も、図３のような浅い一定断面の孔形状に限定されるものではなく、図４（ａ）に示すように、大孔部４１の底部（孔の先端部）をテーパー状にして、これが吸音パネル３０の背面側に貫通した部分を微細孔部４２としたり、図４（ｂ）に示すように、微細孔部４２の方が大孔部４１よりも深くしてもよい。
【００３４】
さらにまた、大孔部４１の孔断面を深さ方向に一定にすることなく、大孔部４１を、図５（ａ）に示すように、吸音パネル３０の一方の面からテーパー状に形成したり、図５（ｂ）に示すように、大孔部４１の縦断面が曲線的に変化するラッパ状に構成したり、図５（ｃ）に示すように、吸音パネル３０の両方の面からテーパー状に形成してもよい。
【００３５】
また、大孔部４１および微細孔部４２とも、その断面は非円形でもよい。また、一つの大孔部４１の中に複数の微細孔部４２…を設けるようにしてもよい。
【００３６】
以上のような各種形状に構成しうる孔部４０は、大孔部４１の孔断面の相当直径が、微細孔部４２の孔断面の相当直径の１．５倍以上、１５倍以下であることが望ましい。この下限側は、さらに３倍以上であることが好適であり、特に４倍以上であることが最適である。上限側は、さらに１０倍以下であることが好適であり、特に６倍以下であることが最適である。
【００３７】
また、このような微細孔部４２の大きさは、その孔断面の相当直径が１ｍｍ以下であることが望ましい。
【００３８】
また、このような大孔部４１の大きさは、その孔断面の相当直径が３ｍｍ以上かつ１５ｍｍ以下であることが望ましい。
【００３９】
また、大孔部４１の深さ（長さ）は、微細孔部４２の孔断面の相当直径に対して、０．２倍以上、５０倍以下であることが望ましい。上限側は、さらに１５倍以下であることが好適であり、特に１０倍以下であることが最適である。
【００４０】
また、孔部４０のピッチは、微細孔部４２の孔断面の相当直径に対して、２．５倍以上、３０倍以下であることが望ましい。
【００４１】
次に、このような吸音パネル３０および吸音装置１０の吸音特性を、各種のサイズの孔部４０を設定して行った実験に基づいて説明する。
【００４２】
図６は、以下の一連の実験に用いた吸音装置１０の説明図である。この図６に示すように、この実験では、直径Ｄの大孔部４１が形成された大孔パネル３１１，３１２，３１３と、直径ｄ、深さｔの微細孔部４２が形成された微細孔パネル３２とを適宜重ね合わせることで、前面側の大孔部４１の深さＴ１および背面側の大孔部４１の深さＴ２を任意に設定できる吸音パネル３０を構成した。重ね合わせる各パネル３１１…，３２の孔ピッチｐは同一である。
【００４３】
各実験は、このような吸音パネル３０を剛壁２０の前面に所定の間隙（空気層の厚さ）Ｌを介して配置し、音響インピーダンス管（Ｂｒｕｅｌ＆Ｋｊａｒ社製４２０６型）によって、測定規格ＡＳＴＭＥ１０５０に従って垂直入射吸音率の測定を行った。
【００４４】
図７は、吸音パネル３０の前面側にのみ種々の深さの大孔部４１を設けた場合の吸音効果を示す実験結果グラフである。具体的に、大孔部４１の深さは、１ｍｍ、２ｍｍ，４ｍｍ，５ｍｍ，８ｍｍ，１０ｍｍ，１３ｍｍ，１６ｍｍを設定した。その他の条件として、微細孔部４２の直径は０．５５５ｍｍ、微細孔部４２の深さは０．２５５ｍｍ、大孔部４１の直径は、２．５９５ｍｍ、孔部４０…のピッチは１２ｍｍ、空気層の厚さは１６０ｍｍ、吸音パネル３０の材質はアルミニウム板（比重２．７）を共通して設定した。
【００４５】
なお、以下の各グラフでは、吸音パネル３０の前面側に設けた大孔部４１の深さは“＋”で、背面側に設けた大孔部４１の深さは“−”で表現する。
【００４６】
この図７に示すように、大孔部４１の深さを１ｍｍ、２ｍｍ…と増加させるにつれて吸音ピーク中心波長は、１９０Ｈｚ、１６３Ｈｚ、１３８Ｈｚ、１２４Ｈｚ、１１７Ｈｚ、１１１Ｈｚと減少していくことが認められる。大孔部４１の深さが１６ｍｍになると、測定器の測定可能範囲外になった。
【００４７】
この結果から、大孔部４１を深く構成することにより、より低周波領域での吸音性能が優れたものが得られることが分かる。
【００４８】
なお、この図７に示した実験と同一の大孔部４１と微小孔部４２とを備えた吸音パネルの吸音率を、理論的に計算した結果を図１４に示す。この理論計算は、大孔部４１と微小孔部４２を異なった直径のストレート管の直列接続とみなし、管端補正は最も直径の小さい部分の直径のみに依存するものと仮定し、それぞれのストレート管の計算方式は、上記従来技術（非特許文献２）で提示したＭａａの論文の方式を採用した。
【００４９】
この理論計算結果である図１４では、実験結果である図７とを比較すると、大孔部４１が深くなった場合における吸音率のピーク値の減少が極めて小さく、また吸音ピーク中心波長の減少がほとんど認められない。したがって、本発明にかかる吸音装置の優れた吸音性能は、上記論文では理論的に未解明のメカニズムにより獲得されているものと推察される。
【００５０】
上述のように、本発明においては、大孔部の付加質量によって共振周波数を低域へ移動し、共振特性を広帯域化することで吸音性能を改善できる。一方、従来の共鳴型吸音装置では、一般に吸音ピーク周波数を低周波帯に移行するには、空気層厚さを著しく大きくする必要があり、装置の寸法が大きくなって、寸法上の制約から実用が妨げられる場合が多いのであるが、本発明のように同一空気層厚さにおいて吸音ピーク周波数が理論計算値よりも約３分の２オクターブだけ低周波数側に移行するということは、本発明が低周波領域での吸音に優れた性能を有することを明示しているものである。
【００５１】
図８は、吸音パネル３０の前面側には深さ１ｍｍの大孔部４１を設けておき、背面側に種々の深さの大孔部４１を設けた場合の吸音効果を示す実験結果グラフである。具体的に、背面側の大孔部４１の深さは、１ｍｍ、４ｍｍ，６ｍｍ，８ｍｍ，９ｍｍを設定した。その他の条件は図７の実験と同一である。
【００５２】
この図８に示すように、背面側に設ける大孔部４１であっても、その深さを１ｍｍ、４ｍｍ…と増加させるにつれて吸音ピーク中心波長は低音側に移行することが認められる。
【００５３】
また、前面側に１ｍｍ、背面側に９ｍｍの深さの大孔部４１を設けた場合、１２５Ｈｚと２５０Ｈｚの２箇所において吸音率のピークが認められる。
【００５４】
図９は、吸音パネル３０の前面側と背面側に比較的深い大孔部を設けた場合の吸音効果を示す実験結果グラフである。
【００５５】
具体的には、前面側と背面側にそれぞれ深さ５ｍｍと４ｍｍの大孔部、５ｍｍと６ｍｍの大孔部、および３ｍｍと８ｍｍの大孔部を設けた場合の結果を示している。
【００５６】
図１０は、上述した図７および図８の実験結果のうち、吸音パネル３０の前面側と背面側の大孔部の深さの合計が同じものを合わせてグラフ表示したものである。具体的には、前面側に２ｍｍの大孔部を設けた場合と前面側に１ｍｍ、背面側に１ｍｍの大孔部を設けた場合を同時にグラフ表示した。また、前面側に５ｍｍの大孔部を設けた場合と前面側に１ｍｍ、背面側に４ｍｍの大孔部を設けた場合を同時にグラフ表示した。また、前面側に１０ｍｍの大孔部を設けた場合と前面側に１ｍｍ、背面側に９ｍｍの大孔部を設けた場合を同時にグラフ表示した。
【００５７】
この図１０に示すように、大孔部４１の深さの合計が同じ場合には、吸音率の分布はほぼ同一になることが分かる。
【００５８】
図１１は、吸音パネル３０の背面側にのみ種々の深さの大孔部４１を設けた場合の吸音効果を示す実験結果グラフである。大孔部４１の深さは、１ｍｍ、２ｍｍ，４ｍｍ，８ｍｍ，１０ｍｍ，１３ｍｍ，１６ｍｍを設定した。その他の条件として、微細孔部４２の直径は０．６４５ｍｍ、微細孔部４２の深さは０．２９５ｍｍ、大孔部４１の直径は、２．４８ｍｍ、孔部４０…のピッチは１５ｍｍ、空気層の厚さは１６０ｍｍ、吸音パネル３０の材質はアルミニウム板（比重２．７）を共通して設定した。
【００５９】
この図１１に示すように、大孔部４１の深さを１ｍｍ、２ｍｍ…と増加させるにつれて吸音ピーク中心波長は、１８４Ｈｚ、１６２Ｈｚ、１３１Ｈｚと減少していく様子が認められる。大孔部４１の深さが８ｍｍになると、測定器の測定可能範囲外になった。
【００６０】
この結果から、吸音パネル３０の背面側にのみ大孔部４１を設ける場合であっても、この大孔部４１を深く構成することにより、より低周波領域での吸音性能が優れたものが得られることが分かる。
【００６１】
図１２は、吸音パネル３０の前面側にのみ種々の深さの大孔部４１を設けた場合の吸音効果を示す実験結果グラフである。この実験では、図１１と同じ微細孔部を有する吸音パネル３０を用い、剛壁２０と吸音パネル３０の間の空気層の厚みを９０ｍｍとした。大孔部４１の深さは、１ｍｍ、８ｍｍ，１６ｍｍを設定した。
【００６２】
この図１２に示すように、大孔部４１の深さが１ｍｍ、８ｍｍ、１６ｍｍと深くなるにつれ、吸音ピーク中心周波数は、２５７Ｈｚ、１５８Ｈｚ、１５５Ｈｚと減少することが分かる。
【００６３】
次に、孔部４０（大孔部）の形状をテーパー状に構成した吸音パネル３０および吸音装置１０の吸音特性を実験に基づいて説明する。
【００６４】
この実験では、図５（ａ）に示した形状の孔部４０…を有する吸音パネル３０を用いた。具体的な孔部４０の各部のサイズは、大孔部４１の開口側の直径は１．７３ｍｍ、大孔部４１の深さは０．５２ｍｍ、微小孔部４２の直径は０．５８ｍｍ、微小孔部４２の深さは０．６９ｍｍ、孔部４０…のピッチは１２ｍｍ、空気層の厚さは１６０ｍｍ、吸音パネル３０の材質はアルミニウム板（比重２．７）とした。
【００６５】
図１３は、この吸音パネル３０を大孔部４１を前面側に向けた場合と、背面側に向けた場合の吸音効果を示す実験結果グラフである。
【００６６】
この図１３に示すように、テーパー状の大孔部４１とした場合であっても、低周波領域に吸音のピークがあり、低周波領域での吸音性能が優れたものが得られていることが分かる。
【００６７】
また、大孔部４１を前面側に向けても背面側に向けても本質的な差異のない吸音特性が得られることがわかる。
【００６８】
【発明の効果】
以上のように、本発明にかかる吸音パネルおよび吸音装置によれば、吸音パネルに設けられる多数の孔部は、吸音パネルの板厚方向の少なくとも一部に大孔部より孔断面が狭められた微細孔部が設けられるように構成したため、吸音パネルの板厚を確保して強度を得ることができるとともに、大孔部と微細孔部の組み合わせにより、優れた吸音性能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる吸音装置の一部断面斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる吸音装置の断面説明図である。
【図３】吸音パネルに設ける孔部の例を示す断面図である。
【図４】吸音パネルに設ける孔部の例を示す断面図である。
【図５】吸音パネルに設ける孔部の例を示す断面図である。
【図６】一連の実験に用いた吸音装置の説明図である。
【図７】吸音パネルの前面側にのみ種々の深さの大孔部を設けた場合の吸音効果を示す実験結果グラフである。
【図８】吸音パネルの前面側に一定深さの大孔部を設け、背面側に種々の深さの大孔部を設けた場合の吸音効果を示す実験結果グラフである。
【図９】吸音パネルの前面側および背面側に種々の深さの大孔部を設けた場合の吸音効果を示す実験結果グラフである。
【図１０】吸音パネルの前面側と背面側の大孔部の深さの合計が同じものを合わせてグラフ表示したものである。
【図１１】吸音パネルの背面側にのみ種々の深さの大孔部を設けた場合の吸音効果を示す実験結果グラフである。
【図１２】吸音パネルの前面側にのみ種々の深さの大孔部を設けた場合の吸音効果を示す実験結果グラフである。
【図１３】テーパー状の大孔部を有する吸音パネルの吸音効果を示す実験結果グラフである。
【図１４】大孔部と微小孔部とを備えた吸音パネルの吸音率を、理論的に計算した結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１０  吸音装置
２０  剛壁
３０  吸音パネル
４０  孔部
４１  大孔部
４２  微細孔部
５０  保持部材（保持手段）
【図１】
2005031240.tif 000003
【図２】
2005031240.tif 000004
【図３】
2005031240.tif 000005
【図４】
2005031240.tif 000006
【図５】
2005031240.tif 000007
【図６】
2005031240.tif 000008
【図７】
2005031240.tif 000009
【図８】
2005031240.tif 000010
【図９】
2005031240.tif 000011
【図１０】
2005031240.tif 000012
【図１１】
2005031240.tif 000013
【図１２】
2005031240.tif 000014
【図１３】
2005031240.tif 000015
【図１４】
2005031240.tif 000016