(57)【要約】  聴覚保護方法は、（ａ）第１の密度を有する第１の媒質中に配置される実質周期的な少なくとも１つの構造体のアレイを含み、構造体が、第１の密度とは異なる第２の密度を有する第２の媒質から形成されており、第１の媒質及び第２の媒質のうちの一方が、縦波音波の伝播速度と、横波音波の伝播速度とを有する粘弾性媒質であり、縦波音波の伝播速度が横波音波の伝播速度の少なくとも約３０倍であり、第１の媒質及び第２の媒質のうちの他方が粘弾性又は弾性媒質である、少なくとも１つの音波バリアを含む少なくとも１つの聴覚保護装置を用意することと、（ｂ）音響源と人間の耳の形態の音響受信体との間に聴覚保護装置を介在させることとを含む。【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）第１の密度を有する第１の媒質中に配置される実質周期的な少なくとも１つの構造体のアレイを含む少なくとも１つの音波バリアを含む、少なくとも１つの聴覚保護装置を用意することであって、前記構造体が、前記第１の密度とは異なる第２の密度を有する第２の媒質から形成されており、前記第１の媒質及び前記第２の媒質のうちの一方が、縦波音波の伝播速度と、横波音波の伝播速度とを有する粘弾性媒質であり、前記縦波音波の伝播速度が前記横波音波の伝播速度の少なくとも３０倍であり、前記第１の媒質及び前記第２の媒質のうちの他方が粘弾性又は弾性媒質である、少なくとも１つの聴覚保護装置を用意することと、（ｂ）音響源と人間の耳の形態の音響受信体との間に前記聴覚保護装置を介在させることとを含む、方法。
【請求項２】
前記粘弾性媒質が、粘弾性固体、粘弾性液体及びそれらの組み合わせから選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記粘弾性固体及び前記粘弾性液体が、ゴム状ポリマー組成物、及びそれらの組み合わせから選択される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ゴム状ポリマー組成物が、エラストマー、粘弾性液体、及びそれらの組み合わせから選択される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の媒質及び前記第２の媒質のうちの前記他方が弾性媒質である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記弾性媒質が、金属、金属合金、ガラス状ポリマー、及びそれらの組み合わせから選択される弾性固体からなる、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記実質周期的な構造体のアレイが、前記第１の媒質と前記第２の媒質とを交互に重ねてなる層を含む多層構造体の形態の一次元アレイである、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記多層構造体が、粘弾性媒質と弾性媒質とを交互に重ねてなる層を含み、前記粘弾性媒質がエラストマー及びそれらの組み合わせから選択され、かつ前記弾性媒質が金属、金属合金、ガラス状ポリマー、及びそれらの組み合わせから選択される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記粘弾性媒質が、シリコーンゴム、（メタ）アクリレートポリマー、ブロックコポリマー、セルロース系ポリマー、有機ポリマーとポリジオルガノシロキサンポリアミドブロックコポリマーとのブレンド、ネオプレン、及びそれらの組み合わせから選択され、かつ前記弾性媒質が、銅、アルミニウム、銅合金、アルミニウム合金、及びそれらの組み合わせから選択される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記多層構造体が、０．７５ｍｍ〜１．２５ｍｍの層厚さを有する粘弾性材料と、０．０２５〜１ｍｍの層厚さを有する弾性材料とを３〜１０個交互に重ねてなる層を含み、かつ前記多層構造体が、１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内の寸法を有する、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記多層構造体が、前記粘弾性材料と前記弾性材料とを３個〜５個交互に重ねてなる層を含み、前記粘弾性材料が、シリコーンゴム、アクリレートポリマー、及びそれらの組み合わせから選択され、前記弾性材料が、アルミニウム、エポキシ樹脂、アルミニウム合金、及びそれらの組み合わせから選択され、かつ前記多層構造体が、２ｍｍ〜４ｍｍの範囲内の寸法を有する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記音波バリアが、８００Ｈｚ〜４０００Ｈｚの範囲にわたって２０ｄＢ以上の透過損失をもたらし、前記音波バリアの全寸法が２０ｃｍ以下の大きさである、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記音波バリアが、８００Ｈｚ〜４０００Ｈｚの範囲にわたって２０ｄＢ以上の透過損失をもたらし、前記音波バリアの全寸法が２０ｃｍ以下の大きさである、請求項７に記載の方法。
【請求項１４】
前記音波バリアが吸音体として使用される、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記聴覚保護装置は、前記音波バリアを少なくとも部分的に取り囲み、人間の耳と接触するのに適した少なくとも１つのケーシングを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記聴覚保護装置は防音耳当て装置である、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
（ａ）第１の密度を有する第１の媒質と、前記第１の密度とは異なる第２の密度を有する第２の媒質とを交互に重ねてなる層を含む多層構造体の形態の、一次元で実質周期的な少なくとも１つの構造体のアレイを含む少なくとも１つの音波バリアを含む、少なくとも１つの防音耳当て装置を用意することであって、前記第１の媒質及び前記第２の媒質のうちの一方は、縦波音波の伝播速度及び横波音波の伝播速度を有する粘弾性媒質であり、前記縦波音波の伝播速度は、前記横波音波の伝播速度の少なくとも３０倍であり、前記第１の媒質及び前記第２の媒質のうちの他方は、粘弾性又は弾性媒質である、少なくとも１つの防音耳当て装置を用意することと、（ｂ）音響源と人間の耳の形態の音響受信体との間に前記聴覚防音耳当て装置を介在させることとを含む、方法。
【請求項１８】
前記第１の媒質はシリコーンゴムであり、前記第２の媒質はアルミニウムである、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
（ａ）第１の密度を有する第１の媒質中に配置される実質周期的な少なくとも１つの構造体のアレイを含む、少なくとも１つの音波バリアであって、前記構造体が、前記第１の密度とは異なる第２の密度を有する第２の媒質から形成されており、前記第１の媒質及び前記第２の媒質のうちの一方が、縦波音波の伝播速度と、横波音波の伝播速度とを有する粘弾性媒質であり、前記縦波音波の伝播速度が前記横波音波の伝播速度の少なくとも３０倍であり、前記第１の媒質及び前記第２の媒質のうちの他方が粘弾性又は弾性媒質である、少なくとも１つの音波バリアと、（ｂ）前記音波バリアを少なくとも部分的に取り囲み、人間の耳と接触するのに適した少なくとも１つのケーシングとを含む聴覚保護装置。
【請求項２０】
前記聴覚保護装置は防音耳当て装置であり、かつ／又は前記実質周期的な構造体のアレイは、前記第１の媒質と前記第２の媒質とを交互に重ねてなる層を含む多層構造の形態の一次元アレイである、請求項１９に記載の聴覚保護装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２００８年１２月２３日に出願された、米国仮出願第６１／１４０，４１３号の優先権を主張し、その内容を本明細書に参考として組み込む。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、防音聴覚保護方法に関し、別の態様では、音波を減衰させる、又は遮音するのに使用する装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
環境音は通常、様々な強度を有する様々な音波周波数の混合体を含む。人間の耳を十分に高い音圧レベルの環境音に、繰り返し、又は長期にわたってさらすことで、一時的な、又は永続的な聴力低下を引き起こすことがある。例えば、爆発又は破裂から生じる騒音は、比較的高い周波数帯にも、比較的低い周波数帯にも存在することがあり、聴覚問題を引き起こすのに十分な強度を有することがある音波周波数を含むことが多い。
【０００４】
危険な周波数及び強度の音波に頻繁にさらされる人々は、聴力低下、又は聴力消失さえ招く恐れがある。これらの人々には、解体現場又は建設現場の労働者、大きな音を立てる装置のオペレータ、及び現役軍人が含まれる。耳（すなわち、聴覚）保護装置は、大きな騒音に長期的にさらされたことに起因することがある聴力の低下及び聴覚のしきい値の漸進的な増加を少なくするか、又は防止することを求められることが多い。
【０００５】
特にこの課題に対処する様々な音波減衰装置が公知である。それらの音波減衰装置として、音波が耳に入るのを制限することにより、騒音暴露の悪影響を弱めるように機能する従来からの耳栓装置、耳当て装置などがある。耳当て装置は、断続的な使用をより容易にし（耳栓の挿入及び取り出しを繰り返すことはいらだたしく、又は非実用的である）、かつ／又は快適性に優れていることから（例えば、柔らかい耳クッションを使用し、耳に挿入するものがないことにより）、耳栓装置よりも好ましい場合がある。
【０００６】
従来の耳当て装置は通常、ヘッドバンドによって連結された一対の剛性耳カップを含み、発泡パッドが（吸音するために）耳カップの内側にあり、（快適性及び音響封止のために）耳カップの縁のまわりにある。音波減衰を認識可能で有効なレベルにするために、発泡パッドは通常（例えば、厚さ約１〜２ｃｍの）適切な厚さとされる。これにより、耳当て装置の嵩すなわち体積、及び質量すなわち重量が増え、更に、厚型の大きな耳カップが必要となり、その結果として、より大きく、より重い耳当て装置が必要となり、この耳当て装置は、装着者にとって使い勝手が悪く、かつ／又は不快である（例えば、暑くて発汗を誘発する）場合がある。これにより、多くの場合、聴覚保護のガイドライン及び／又は規定に適合しなくなり、結果的に聴覚に損傷を与えていた。
【０００７】
更に、（例えば、極端に騒音の大きい産業又は製造プラント、建設又は解体現場などの）一部の環境では、きわめて高度な音波減衰が耳当て装置に求められることがある。例えば、耳カップからの、又は耳カップの周囲の音響漏れを少なくすること、耳カップの質量及び／又は体積を減らすこと、ヘッドバンドの圧力を大きくすること、並びに平面などの共振面を最小限にすることを含む、耳あてによる音響減衰を強化する多くの試みがなされてきた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
これらの試みは、音波減衰を強化することに少なくとも多少は成功したが、得られた耳当て装置は、元来の耳当て措置よりも重く、大きく、所定の位置に置くのが困難であり、かつ／又は一般に快適性に劣り、更には、多くの場合、望ましくない音響周波数と同様に（又はその音響周波数よりも更に大きく）望ましい音響周波数（例えば、人間の会話、警告信号などの比較的高い周波数）を許容できないほど減衰させた。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
したがって、発明人は、外形寸法が比較的小さく、かつ／又は重量が比較的軽い聴覚保護装置（例えば、耳当て装置）を使用することにより、比較的高いレベルで音波を減衰させるか、又は遮音する（音波透過を低減する）ことができる聴覚保護方法が必要であると認識した。好ましくは、装置は、可聴音響周波数の比較的広い範囲にわたって少なくとも部分的に有効であってもよく、及び／又は比較的単純にかつ費用効率が高く製造することが可能である。
【００１０】
簡潔に言えば、一態様では、本発明は、（ａ）第１の密度を有する第１の媒質中に配置される実質周期的な少なくとも１つの構造体のアレイを含む、少なくとも１つの音波バリアを含む少なくとも１つの聴覚保護装置であって、構造体が、第１の密度とは異なる第２の密度を有する第２の媒質で形成されており、第１の媒質及び第２の媒質のうちの一方が、縦波音波の伝播速度及び横波音波の伝播速度を有する粘弾性媒質であり、縦波音波の伝播速度は、横波音波の伝播速度の少なくとも約３０倍であり、第１の媒質及び第２の媒質のうちの他方は、粘弾性又は弾性媒質である、少なくとも１つの聴覚保護装置を用意することと、（ｂ）音響源（好ましくは、可聴音響周波数の音響源）と人間の耳の形態の音響受信体との間に聴覚保護装置を介在させることとを含む、かかる方法を提供する。聴覚保護装置は防音耳当て装置であり、かつ／又は実質周期的な構造体のアレイは、第１の媒質及び第２の媒質を重ねてなる層を含む多層構造の形態の一次元アレイであるのが好ましい。
【００１１】
所定の特性を有する粘弾性材料を選択し、それらを粘弾性材料又は弾性材料と組み合わせて空間的に周期的なアレイを形成することにより、フォノニック結晶構造のバンドギャップ又は少なくとも有意な透過損失（例えば２０デシベル（ｄＢ）を超える）を、可聴範囲（即ち、２０ヘルツ（Ｈｚ）〜２０キロヘルツ（ｋＨｚ）の範囲）の少なくとも一部において得ることができることが判明している。そのような構造は、比較的軽量で、比較的小さい（例えば、数センチメートル以下のオーダーの外部寸法を有する）可能性がある。
【００１２】
フォノニック結晶構造は、音響バンドギャップを受動的であるが周波数選択的に生成することができる。音響産業で使用される殆どの常の音波吸収体とは異なり、フォノニック結晶は、透過モードにて音波を制御する。バンドギャップの周波数の範囲内では、構造を介した入射音波の透過は本質的に存在しない可能性がある。バンドギャップは常に絶対（即ち、音波透過が存在しない）なわけではないが、音波透過損失は多くの場合、２０デシベル（ｄＢ）程度以上であり得る。音響産業では、３ｄＢのオーダーの減衰は有意であると見なされることから、２０＋ｄＢは透過の非常に有意な損失であり、音響出力の１００パーセント低減に接近する。
【００１３】
したがって、特定の用途にとって望ましい場合、音源と受信体との間にフォノニック結晶構造を配置して、選択した周波数のみが構造体を通過できるようにすることが可能である。したがって受信体は、フィルターを通された、望ましくない周波数は遮断されている音波を聴く。フォノニック結晶構造を適切に構成することにより、透過された周波数を受信体に集めることができ、又は望ましくない周波数を反射して音源に戻すことができる（周波数選択ミラーと極めて類似）。現在の音響材料とは異なり、フォノニック結晶構造は、音波を減衰させ又は反射するのみでなく、実際に管理するよう使用することができる。
【００１４】
材料の選択、格子構造の種類、異なる材料の間隔等の設計パラメータを制御することにより、バンドキャップの周波数、ギャップの数、及びそれらの幅を調整することができ、又は最低でも、透過損失レベルを周波数の関数として調整することができる。したがって、フォノニック結晶構造はまた、選択された周波数範囲にわたって比較的平坦な応答をするように設計することができ、所望であれば、望ましい音響周波数（例えば、人間の会話、警告信号などの比較的高い周波数）が少なくともある程度透過するのを可能にするように設計することができる。
【００１５】
驚くべきことに、フォノニック結晶構造は、聴覚保護装置に（好ましくは、防音耳当て装置の耳カップ内に）実装した場合に、選択的周波数帯（例えば、５００〜８００ヘルツ及び１０００〜４０００ヘルツ）で、防音耳当て装置に従来から使用された、相対的にはるかに厚い（例えば、相対的にほぼ一桁厚い）発泡パッドと基本的に同程度の効果で（又は、それよりも更に良好に）音波を減衰させることができる。これは、比較的薄型で広帯域の聴覚保護装置をもたらすことができ、この聴覚保護装置は、少なくとも一部の実施形態において、外形寸法が比較的小さく、かつ／又は重量が比較的軽いと同時に、可聴音響周波数で（驚くべきことに、約１０００ヘルツ未満の可聴周波数においてでさえ）少なくとも部分的に効果的であり得る聴覚保護装置に対する上記の必要性を満たすことができる。本発明の聴覚保護方法を使用して、産業環境、建設環境、及びレクレーション環境などを含む様々な異なる環境で聴覚を保護することができる。
【００１６】
別の態様では、本発明はまた、（ａ）第１の密度を有する第１の媒質中に配置された、実質周期的な少なくとも１つの構造体のアレイを有し、その構造体が第１の密度とは異なる第２の密度を有する第２の媒質で形成され、第１の媒質及び第２の媒質のうちの一方は、縦波音波の伝播速度及び横波音波の伝播速度を有する粘弾性媒質であり、縦波音波の伝播速度は、横波音波の伝播速度の少なくとも約３０倍であり、第１の媒質及び第２の媒質のうちの他方は、粘弾性又は弾性媒質である、少なくとも１つの音波バリアと、（ｂ）音波バリアを少なくとも部分的に取り囲み、人間の耳と接触するのに適した少なくとも１つのケーシングとを含む聴覚保護装置を提供する。聴覚保護装置は防音耳当て装置であり、かつ／又は実質周期的な構造体のアレイは、第１の媒質及び第２の媒質を重ねてなる層を含む多層構造の形態の一次元アレイであるのが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
本発明のこれら並びにその他の特徴、態様及び利益は、次の説明、添付した請求項及び添付図面でよりよく理解されるであろう。
【図１】実施例１に記載した本発明の方法（及び装置）の実施形態、並びに比較実施例１及び２の比較としての方法（及び装置）に関する音圧（又は騒音）レベル（ｄＢＡ、すなわち、Ａ特性で重み付けしたデシベルスケールの単位）対周波数（Ｈｚ）のプロット。
【図２】実施例１に記載した本発明の方法（及び装置）の実施形態、並びに比較実施例２の比較としての方法（及び装置）に関する音波減衰（ｄＢＡ）対周波数（Ｈｚ）のプロット。
【図３】実施例１に記載した本発明の方法（及び装置）の実施形態、並びに比較実施例１の比較としての方法（及び装置）に関する音波減衰（ｄＢＡ）対周波数（Ｈｚ）のプロット。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
音波バリア材料
上記に引用した本発明の方法の音波バリアの粘弾性構成成分としての使用に好適な材料は、（好ましくは少なくとも周波数の可聴帯域内で）横波音波の伝播速度の少なくとも３０倍（好ましくは少なくとも５０倍、より好ましくは少なくとも７５倍、最も好ましくは少なくとも１００倍）である縦波音波の伝播速度を有する粘弾性固体及び液体を含む。有用な粘弾性固体及び液体は、周囲温度（例えば、約２０℃）で、約５×１０６パスカル（Ｐａ）以下の定常剪断プラトー弾性率（ＧｏＮ）を有するものを含み、この定常剪断プラトー弾性率が、好ましくは材料のガラス転移温度（Ｔｇ）より約３０ケルビン度〜約１００ケルビン度高い温度範囲にわたって存在する。好ましくは、音波バリア中の粘弾性材料の少なくとも１つは、周囲温度（例えば、約２０℃）で、約１×１０６Ｐａ以下（より好ましくは、約１×１０５Ｐａ以下）の定常剪断プラトー弾性率を有する。
【００１９】
そのような粘弾性材料の例としては、エラストマー（例えば、熱可塑性エラストマーを含む）、粘弾性液体等、及びそれらの組み合わせ（好ましくは少なくともいくつかの用途のために、エラストマー及びそれらの組み合わせ）を含む様々な形態のゴム状ポリマー組成物（例えば、軽度に架橋した又は半結晶性ポリマーを含む）が挙げられる。有用なエラストマーとしては、両方とも無機及び有機ポリマーであるホモポリマー及びコポリマー（ブロック、グラフト及びランダムコポリマーを含む）の両方、並びにそれらの組み合わせ、並びに線状又は分岐状のポリマー、及び／又は相互侵入若しくは半相互侵入ネットワークの形態若しくは他の複合形態のポリマー（例えば、スターポリマー）が挙げられる。有用な粘弾性液体としては、ポリマー溶融物、溶液、及びゲル（ヒドロゲルを含む）が挙げられる。
【００２０】
好ましい粘弾性固体としては、シリコーンゴム（好ましくは、約２０Ａ〜約７０Ａ、より好ましくは約３０Ａ〜約５０Ａのデュロメータ硬度を有する）、（メタ）アクリレート（アクリレート及び／又はメタクリレート）ポリマー（好ましくは、イソオクチルアクリレート（ＩＯＡ）とアクリル酸（ＡＡ）とのコポリマー）、ブロックコポリマー（好ましくは、スチレン、エチレン及びブチレンを含む）、セルロース系ポリマー（好ましくは、コルク）、有機ポリマー（好ましくは、ポリウレタン）とポリジオルガノシロキサンポリアミドブロックコポリマー（好ましくは、シリコーンポリオキサミドブロックコポリマー）とのブレンド、ネオプレン、並びにそれらの組み合わせが挙げられる。好ましい粘弾性液体としては、鉱油変性ブロックコポリマー、ヒドロゲル、及びそれらの組み合わせが挙げられる。
【００２１】
それらの粘弾性固体及び液体は、公知の方法により調製することができる。多くは、商業的に入手可能である。
【００２２】
上記に引用した本発明の音波バリアの弾性構成成分として使用するのに好適な材料は、本質的に全部の弾性材料を含む。しかしながら、好ましい弾性材料は、少なくとも毎秒約２０００メートル（ｍ／ｓ）の縦波音速を有するものを含む。
【００２３】
弾性固体の有用なクラスとしては、金属（及びその合金）、ガラス状ポリマー（例えば、硬化エポキシ樹脂）等、並びにそれらの組み合わせが挙げられる。弾性固体の好ましいクラスとしては、金属、金属合金、ガラス状ポリマー、及びそれらの組み合わせ（より好ましくは、銅、アルミニウム、エポキシ樹脂、銅合金、アルミニウム合金、及びそれらの組み合わせ、更により好ましくは銅、アルミニウム、銅合金、アルミニウム合金、及びそれらの組み合わせ、なおより好ましくは、アルミニウム、アルミニウム合金、及びそれらの組み合わせ、最も好ましくは、アルミニウム）が挙げられる。
【００２４】
そのような弾性材料は、公知の方法により調製し又は得ることができる。多くは、商業的に入手可能である。
【００２５】
所望であれば、本発明の方法を行うのに使用する音波バリアは、オプションで他の構成材料を含むこともできる。例えば、音波バリアは、２つ以上の粘弾性材料（その横波音波の伝播速度の少なくとも３０倍である縦波音波の伝播速度を有さない、１つ以上の粘弾性材料を含むが、但し音波バリア中の粘弾性材料の少なくとも１つがこの基準を満たすことを条件とする）及び／又は２つ以上の上述した弾性材料を含むことができる。音波バリアは、場合により１つ以上の非粘性流体を含んでもよい。
【００２６】
音波バリアの作製
本発明の方法を行うのに使用する音波バリアは、第１の密度を有する第１の媒質中に配置される実質周期的な（一次元、二次元、又は三次元の）構造体のアレイを含み、前記構造体は、上述したように、第１の密度とは異なる第２の密度を有する第２の媒質から形成されている。そのようなアレイは、第１の媒質として、上述した粘弾性材料又は上述した弾性材料（又は、弾性材料の代わりとして第２の異なる粘弾性材料）のいずれかと、第２の媒質としてその２つのうちの他方とを使用することにより形成されてもよい。
【００２７】
結果として得られる構造すなわちフォノニック結晶は、巨視的な構造であり得る（例えば、センチメートル又はミリメートル又はそれ未満のオーダーの大きさ尺度を有する）。所望であれば、フォノニック結晶は、空間的に周期的な格子の形態をとってもよく、その格子位置に均一な大きさ及び均一な形状を有する内包物を含み、内包物の間でマトリックスを形成する材料で包囲される。そのような構造の設計パラメータとしては、格子の種類（例えば、四角形、三角形等）、格子位置間の間隔（格子定数）、単位セルの構成及び形状（例えば内包物で占められる単位セルの部分面積−いわゆる「充填率（fill factor）」ｆとしても公知）、内包物及びマトリックス材料の物理的特性（例えば密度、ポアソン比、弾性率等）、内包物の形状（例えば棒形、球形、中空棒形、四角形柱等）等が挙げられる。そのような設計パラメータを制御することにより、結果として得られるバンドギャップの周波数、ギャップの数、及びそれらの幅を調整することができ、又は最低でも、透過損失のレベルを周波数の関数として調整することができる。
【００２８】
好ましくは、実質周期的な構造体のアレイは、第１の媒質と第２の媒質とを交互に重ねてなる交互層を含む多層構造体形状の一次元アレイである（また所望であれば、１つ以上の層形状である、上述した場合による１つ以上の構成成分を更に含み、例えば第１の（Ａ）媒質及び第２の（Ｂ）媒質、並びに２種の追加の構成成分Ｃ及びＤから、「ＡＢＣＤ」構造体、「ＡＣＤＢ」構造体、「ＡＣＢＤ」構造体等を形成することができる）。多層構造体の層の合計数は、使用する特定の材料、層の厚さ、及び特定の音響用途の必要条件に応じて幅広い範囲で変更し得る。
【００２９】
例えば、多層構造体の層の合計数は、２層のような少数から、数百層以上のような多数までの範囲にわたり得る。層の厚さも、幅広く変動し得る（例えば、所望の周波に応じて）が、好ましくはセンチメートル以下のオーダーにある（より好ましくは、ミリメートル以下のオーダー、最も好ましくは、約１０ｍｍ以下である）。そのような層の厚さ及び層の数は、センチメートル以下（好ましくは約１００ｍｍ以下、より好ましくは約５０ｍｍ以下、更により好ましくは約１０ｍｍ以下、最も好ましくは約５ｍｍ以下）のオーダーの寸法を有するフォノニック結晶構造を提供することができる。所望であれば、構造の組み立て前に層を（例えば、界面活性剤組成物又はイソプロパノールを使用して）洗浄してもよく、また場合により１種以上の結合剤（例えば接着剤、又は機械的締結具）を使用してもよい（但し、所望の音響との有意な干渉が存在しないことを条件とする）。
【００３０】
多層構造体の好ましい実施形態は、約０．７５ｍｍ〜約１．２５ｍｍの層の厚さを有する粘弾性材料（好ましくはシリコーンゴム、アクリレートポリマー、又はそれらの組み合わせ）と、約０．０２５ｍｍ〜約１ｍｍの層の厚さを有する弾性材料（好ましくはアルミニウム、エポキシ樹脂、アルミニウム合金、又はそれらの組み合わせ）との約３個〜約１０個（より好ましくは約３個〜約５個）の交互層を含む。これは、約１ｍｍ〜約１０ｍｍ（より好ましくは約２ｍｍ〜約４ｍｍ、最も好ましくは約２ｍｍ〜約３ｍｍ）のオーダーの好ましい寸法を有するフォノニック結晶構造を提供することができる。
【００３１】
聴覚保護装置の作製及び使用
本発明の方法で使用するのに適した聴覚保護装置には、（ａ）少なくとも１つの上記の音波バリアと、（ｂ）音波バリアを少なくとも部分的に取り囲み、人間の耳と（直接的に、又は間接的に）接触するのに適した少なくとも１つのケーシングとを含むものがある。聴覚保護装置は防音耳当て装置であり、かつ／又は聴覚保護装置の音波バリアの実質周期的な構造体アレイは、第１の媒質と第２の媒質とを交互に重ねてなる層を含む多層構造の形態の一次元アレイである。
【００３２】
有用な防音耳当て装置には、（ａ）両側にある第１及び第２の端部を有する連結バンド、及び（ｂ）連結バンドの両側の第１及び第２の端部に連結され、それぞれが、上記の音波バリアの少なくとも１つを含む（すなわち、音波バリアのケーシングとなる）一対の耳当てカップアセンブリを有するものがある。連結バンドは、例えば、可撓性及び／又は弾性材料（例えば、帯状の、ゴム又は樹脂などの可撓性材料によって、実質的に平行に整列して保持された２つの弾性ワイヤ）で形成された、略Ｕ字形状のバンドとすることができる。耳当てカップアセンブリは、例えば、耳カップ（例えば、剛性耳カップ）、音波バリア、並びに、オプションとして、耳当てクッション（例えば、ポリマー発泡体）及び／又は耳当てカップライナ（例えば、連続気泡ポリマー発泡体）を含むことができる。耳当てカップアセンブリは、基本的に任意の所望する態様で連結バンドに取り付けることができる。
【００３３】
あるいは、連結バンドは削除することができ、防音耳当て装置の耳当てカップアセンブリには、例えば、装置を人間の耳と接触した状態に維持するための皮膚用接着剤を付けることもできる。そのような防音耳当て装置は、（例えば、交換接着剤の使用により）再使用するか、又は使い捨てにすることさえできる。
【００３４】
他の聴覚保護装置（例えば、人間の耳に挿入するのに適したポリマー発泡体などのケーシングを含む防音耳栓装置）、及び他のタイプ又は構造の防音耳当て装置もまた、本発明の方法を行うのに使用することができる。音波バリアは、基本的に、音波バリアの実質的な周期性、又はその音響特性を許容できないほど乱すことがないか、又は変えることがない、任意で公知の、又は今後開発される方法（例えば、接着剤、機械式留め具、密着嵌合、及び／又は同様なものの使用）によって、聴覚保護装置のケーシングに直接的に、又は（例えば、他の装置部品（１つまたは複数）を介して）間接的に取り付けるか、あるいはそのケーシングの内部に懸架することができる。
【００３５】
聴覚保護装置は、音響源（好ましくは可聴音響周波数の音響源）と、人間の耳の形態の音響受信体（好ましくは、受信体が本装置によって完全に覆われる態様の可聴音響周波数の受信体）との間に聴覚保護装置を介在させる、又は配置することにより、本発明の聴覚保護方法又は遮音方法で使用することができる。有用な音響源としては、工場騒音、建設騒音、レクリエーション騒音、音楽等（好ましくは騒音又は可聴成分を有する他の音波、より好ましくは騒音又は約５００Ｈｚ〜約１５００Ｈｚの範囲内の周波数成分を有する他の音波）が挙げられる。聴覚保護装置は、装置の音波バリアの主要面が、音響源から受信体に進む音波を遮断し、それによって減衰させるように音響源と受信体との間に配置することができる。
【００３６】
当業者ならば、かかる装置をそのように配置できるさまざまな方法を熟知しているであろう。音波が（装置の音波バリアの主要面に対して）垂直に入射することが好ましいが、（ランダムな向きの）音場入射条件でも、適度な効果で音響を減衰させることができる（例えば、一次元の多層音波バリアを利用する場合、垂直入射条件に比べて透過が約５ｄＢ以下だけ増える）。所望であれは、（例えば、音波バリアがヘルムホルツ共鳴器型吸収体として機能できるように、音波バリアを（例えば、耳当てカップアセンブリの剛性カップなどの）基材に対して配置することにより）聴覚保護装置の音波バリアを吸音体として使用することができる。
【００３７】
本発明の聴覚保護方法及び装置は、可聴範囲の比較的大きい部分にわたり透過損失を達成するよう使用することができる（好ましい実施形態では、約８００Ｈｚ〜約４０００Ｈｚの範囲にわたって約２０ｄＢ以上の透過損失をもたらし、より好ましい実施形態では、約５００Ｈｚ〜約４０００Ｈｚの範囲にわたって約２０ｄＢ以上の透過損失をもたらし、更により好ましい実施形態では、約２５０Ｈｚ〜約４０００Ｈｚの範囲にわたって約２０ｄＢ以上の透過損失をもたらし、最も好ましい実施形態では、約５００Ｈｚ〜約４０００Ｈｚの範囲の少なくとも一部にわたって実質全部の透過損失をもたらす）。それらの透過損失は、フォノニック結晶構造の寸法を、センチメートル以下のオーダー（好ましくは約２０ｃｍ以下、より好ましくはミリメートル以下のオーダー、最も好ましくは約１〜約３ｍｍのオーダー）に維持しながら達成することができる。
【００３８】
１つ以上の上述した音波バリアに加え、聴覚保護装置は、場合により、１つ以上の従来の又は今後開発される遮音材（例えば、従来の吸収体、バリア等）を更に含むことができる。所望であれば、それらの従来の遮音材は、例えば装置の周波数有効範囲を拡大するように層状にしてもよい。
【実施例】
【００３９】
本発明の目的及び利点は、以下の実施例によって更に例示されるが、これらの実施例において列挙された特定の材料及びその量は、他の諸条件及び詳細と同様に本発明を過度に制限するものと解釈されるべきではない。実施例における部、百分率、比等は全て、特に記載しない限り、重量基準である。使用される溶媒及びその他の試薬は、特に記載しない限り、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ，（Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，ＭＯ）より入手した。
【００４０】
材料
シリコーンゴム：ＭｃＭａｓｔｅｒ−Ｃａｒｒ  Ｉｎｃ．，Ｅｌｍｈｕｒｓｔ，ＩＬから入手可能な商品番号８６９１５Ｋ２４、デュロメータ硬度４０Ａ、厚さ０．８ｍｍ、接着剤裏当て付き、定常剪断プラトー弾性率４．３×１０５Ｐａ（室温２２．７℃で基本的に下記のように測定した）
アルミニウム：アルミニウム箔、厚さ０．０３ｍｍ、ブランド名Ｒｅｙｎｏｌｄｓ  Ｗｒａｐ（商標）で市販、Ａｌｃｏａ  Ｃｏｒｐ．，Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ，ＰＡから入手可能
試験方法
レオロジー測定
流動学的特性（例えば、定常剪断プラトー弾性率）を、商業的なＡＲＥＳ動的レオメーター（Ｎｅｗ  Ｃａｓｔｌｅ，ＤｅｌａｗａｒｅのＴＡ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓから入手可能）内で、材料の試験サンプルに対して伸長モードにて線形、等温周波数掃引動的機械分析（ＤＭＡ）試験を行うことにより測定した。次いで、（２２．７℃の室温とした）選択した基準温度での動的マスター曲線を得るために、時間−温度重ね合わせの原理を使用して、得られたデータをシフトした。動的マスター曲線をシフトするために使用した水平移動係数を調べ、Ｗｉｌｌｉａｍｓ−Ｌａｎｄｅｌ−Ｆｅｒｒｙ（ＷＬＦ）型に従うことが見出された。得られた動的マスター曲線を、最終的にＮｉｎｏｍｉｙａ−Ｆｅｒｒｙ（ＮＦ）手順を使用して、室温（２２．７℃）での安定した線形伸長弾性率マスター曲線に変換した。ゴム引張係数プラトーの値は、定常線形伸長弾性率マスター曲線から求め、材料の定常剪断プラトー弾性率は、ゴム伸長弾性率プラトー値の１／３として取得した。（例えば、Ｊｏｈｎ  Ｄ．ＦｅｒｒｙによるＶｉｓｃｏｅｌａｓｔｉｃ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ，２ｎｄ  Ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ，Ｉｎｃ．，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ（１９８０）における流動学的データ解析技術の考察を参照されたい。）
音波減衰測定
様々なタイプの耳当ての音波減衰性能を試験した。耳当ては以下のものを含む。
【００４１】
（ａ）取り付けた２つの耳当てカップアセンブリを有する調整可能な連結バンドを含む、標準的な一対の３Ｍ（商標）Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｐｕｒｐｏｓｅ  Ｅａｒ  Ｍｕｆｆｓ  Ｍｏｄｅｌ  Ｎｏ．１４３５（３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮから入手可能、以後「１４３５耳当て」とする）。各アセンブリは、厚さ１ｍｍのアクリロニトリル／ブタジエン／スチレン（ＡＢＳ）ポリマーで形成された剛性耳カップを含み、各耳カップは、音響減衰器挿入体として、単層のグリーンポリウレタン独立気泡発泡体（厚さ１５ｍｍ）を含む。
【００４２】
（ｂ）各剛性耳カップの外側面（着用者の耳に隣接しない面）及び発泡体層にあけられた約４０ｍｍ×７０ｍｍの穴を有し、この穴を覆って密着嵌合するように各耳カップの内側に配置された（上記のシリコーンゴムの２つの層で構成され、合計厚さが１．６ｍｍで、他の寸法が約４５ｍｍ×７５ｍｍであり、そのため、穴よりも若干大きく、かつ飛び出ることはない）２層音波バリアを有する、改造した一対の１４３５耳当て。
【００４３】
（ｃ）各剛性耳カップの外側面（着用者の耳に隣接しない面）及び発泡体層にあけられた約４０ｍｍ×７０ｍｍの穴を有し、この穴を覆って密着嵌合するように各耳カップの内側に配置された（上記のアルミニウムの介在層又は挿入層で分離された上記のシリコーンゴムの２つの層で構成され、合計厚さが１．６３ｍｍで、他の寸法が約４５ｍｍ×７５ｍｍであり、そのため、穴よりも若干大きく、かつ飛び出ることはない）３層音波バリアを有する、改造した一対の１４３５耳当て。Ｈｅａｄ  ａｎｄ  Ｔｏｒｓｏ  Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ  Ｔｙｐｅ  ４１２８Ｃ（Ｂｒｕｅｌ  ＆  Ｋｊａｅｒ，Ｓｏｕｎｄ  ＆  Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ａ／Ｓ，Ｄｅｎｍａｒｋ）をＰＵＬＳＥ  Ｔｙｐｅ  ３１０９フロントエンドデータ収集システム（Ｂｒｕｅｌ  ＆  Ｋｊａｅｒ）とともに使用して測定を行った。
【００４４】
胴体上に取り付けられた頭部（どちらも成人の国際平均寸法を有する）で構成されたＨｅａｄ  ａｎｄ  Ｔｏｒｓｏ  Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ（ＨａＴＳ）上に耳当てを置いた。ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）インターフェイス、ＰＵＬＳＥ  Ｌａｂｓｈｏｐ（商標）ソフトウェア（Ｂｒｕｅｌ  ＆  Ｋｊａｅｒ）、及びＷｉｎｄｏｗｓ  ＸＰ（商標）オペレーティングシステム（Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｓｅａｔｔｌｅ，ＷＡ）を搭載したパーソナルコンピュータ（ＰＣ）で構成されるＰＵＬＳＥフロントエンドシステムを使用して、音波減衰データを収集した。空中伝播音響測定において、標準規格及びその仕様書（Ｂｒｕｅｌ  ａｎｄ  Ｋｊａｅｒ  Ｐｒｏｄｕｃｔ  Ｄａｔａ  Ｓｈｅｅｔ、Ｈｅａｄ  ａｎｄ  Ｔｏｒｓｏ  Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ−Ｔｙｐｅ  ４１２８Ｃ、Ｂｒｕｅｌ  ａｎｄ  Ｋｊａｅｒ  ＰＵＬＳＥ  Ｈａｒｄｗａｒｅ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｄａｔａ  Ｓｈｅｅｔ）についての準拠において示されるとおり、ＨａＴＳ／ＰＵＬＳＥシステムが、人間の頭部及び胴体のまわりの音響場を正確にシミュレーションすると実証された。
【００４５】
音波減衰測定を行う際に、４つのスピーカからのピンクノイズ（そのパワースペクトル密度が周波数に反比例するような周波数スペクトルを有する音波）が、３．０４メートル×３．９６メートル（１０フィート×１３フィート）の大きさの部屋内のＨａＴＳに導入され、ＨａＴＳは部屋の中心に配置された。基準測定をＨａＴＳに耳当てがない状態で行った。騒音レベルについては、ピンクノイズが約８０ｄＢＡ（すなわち、Ａ特性で重み付けしたデシベルスケールの単位）であることをＰＵＬＳＥ  Ｌａｂｓｈｏｐ（商標）ソフトウェアを使用して確認し、これを記録した。次いで、（ＨａＴＳの頭部に対する耳当ての正確な位置と、耳当ての調整可能な連結バンドに対する耳当ての耳当てカップアセンブリの正確な位置とを控えながら）一対の耳当てをＨａＴＳ上に配置した。次いで、基準測定に使用したのと同じ大きさのノイズ（すなわち、８０ｄＢＡのピンクノイズ）を、耳当ての付いたＨａＴＳに導入した。（時間信号の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）が定常状態になり得る十分な持続時間にわたって）騒音レベルを測定し、これを記録した。次いで、総計５回の試験ごとに、ＨａＴＳから耳当てを取り除き、（前と同じ位置に）再配置した。
【００４６】
上記の手順を各耳当て対ごとに繰り返した。改良した各耳当て対を試験する場合、試験の合間に耳当てカップアセンブリから多層挿入体を取り出し、耳当てをＨａＴＳに再配置及び再位置決めする前に、多層挿入体を再挿入した。
【００４７】
実施例１及び比較実施例Ｃ−１、Ｃ−２
上記３対の耳当ての音波減衰特性を、基本的に上記の手順に従って試験した。その結果を図１〜３に示す。
【００４８】
【表１】
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【００４９】
本明細書で引用した特許、特許文献、及び公報に含有される参照された記述内容は、その全体が、それぞれ個別に組み込まれているかのように、参照として組み込まれる。本発明に対する様々な予見できない修正及び変更が、本発明の範囲及び趣旨から逸脱することなく当業者に明らかとなるであろう。本発明は、本明細書に記載した例示的な実施形態及び実施例によって過度に限定されるものではなく、またかかる実施例及び実施形態は、一例として表されているだけであり、ただし、本発明の範囲は、以下のように本明細書に記載した「請求項」によってのみ限定されることを意図するものと理解されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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