(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の吸音周波数を有する第１の中空部を形成する第１のレゾネータ部材と、第２の吸音周波数を有する第２の中空部を形成する第２のレゾネータ部材とからなり、同第１及び第２のレゾネータ部材を同一平面上に交互に接合して連設し、その接合部に連通口を設けて上記第１及び第２の中空部を連通すると共に、上記第１及び第２の中空部のいずれかに外部に連通する吸音開口を設けてなることを特徴とするレゾネータ式吸音パネル。
【請求項２】
上記第１の中空部の容積と上記第２の中空部の容積との合計容積で形成される中空部の吸音周波数より低い第３の吸音周波数を有することを特徴とする請求項１記載のレゾネータ式吸音パネル。
【請求項３】
上記第３の吸音周波数以外の吸音周波数を有することを特徴とする請求項２記載のレゾネータ式吸音パネル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば鉄道、道路、工場等のように固有の音を発生する場所、あるいは特定の防音室を構成する壁面等に設置され、その音を吸音して防音効果を得る、いわゆるレゾネータ式吸音パネルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レゾネータ式吸音パネルは、レゾネータパネルの内部に中空部を形成すると共に、同中空部を外気に連通する吸音開口を設け、同吸音開口を介して中空部に取り込んだ音を中空部内で共鳴させ、音エネルギーを摩擦抵抗等により熱エネルギーに変換して減衰させることにより、防音効果を得るようにしたものである。
【０００３】
このようなレゾネータ式吸音パネルにおいて、吸音特性を変えて吸音周波数をより低周波数領域に設定し、高い吸音率を維持するには、中空部の容積を大きくする必要があるが、レゾネータ式吸音パネルで中空部の容積を大きくすると、パネル自体の厚さ寸法の増加につながる。
しかしながら、パネル自体の厚さ寸法をいたずらに増加させることは、実用上の面から制約がある。
【０００４】
また、このようなレゾネータ式吸音パネルは、セメント、セラミック、金属、樹脂等の中から用途に応じて材料を選択し、通常は中空押し出し成形法により製作されるが、この方法で成形できる中空パネルの厚さ及び中空部の容積は、成形技術的に限界があり、製作上からの制約を受ける。
従って、中空押し出し成形法により製造されるレゾネータ式吸音パネルで吸音周波数を一層低周波数化するには限度があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、レゾネータ式吸音パネル自体の厚さ寸法を大きくすることなく、低周波数領域において高い吸音率を有するレゾネータ式吸音パネルを提供することにある。
本発明の他の課題は、異なる周波数の複合音を吸音でき、吸音周波数領域を広げることができるレゾネータ式吸音パネルを提供することにある。
【０００６】
本発明の更なる課題は、同一容積の中空部であってもより低い周波数領域の音を吸音でき、また所望の吸音周波数を得るための中空部容積をより小さくすることによって、パネルの厚さを一層薄くするこができるレゾネータ式吸音パネルを提供することにある。
本発明のもう一つの課題は、低周波数領域において高い吸音率を有するレゾネータ式吸音パネルを中空押し出し成形法によって容易に製造できるレゾネータ式吸音パネルを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するため、本発明に係るレゾネータ式吸音パネルは、第１の吸音周波数を有する第１の中空部を形成する第１のレゾネータ部材と、第２の吸音周波数を有する第２の中空部を形成する第２のレゾネータ部材とからなり、同第１及び第２のレゾネータ部材を同一平面上に交互に接合して連設し、その接合部に連通口を設けて上記第１及び第２の中空部を連通すると共に、上記第１及び第２の中空部のいずれかに外部に連通する吸音開口を設けてなることを特徴とするもので、このようにレゾネータ部材を分けて作り、それを接合して連設し、連通口を介して連通する中空部を形成することによって、中空部自体の容積を大きくすることなく、吸音ピークをより低周波数領域にシフトしたレゾネータ式吸音パネルとすることができると共に、各レゾネータ部材はその厚さ及び中空部の容積とも特に大きくする必要がなく、中空押し出し成形法によっても容易に製造することができる。
【０００９】
更に、本発明に係るレゾネータ式吸音パネルは、上記したレゾネータ式吸音パネルにおいて、上記第１の中空部の容積と上記第２の中空部の容積との合計容積で形成される中空部の吸音周波数より低い第３の吸音周波数を有することを特徴とするもので、これにより同じ容積を持つものでありながら、単に中空部の容積を大きくしたものに比べ、より低周波数領域に吸音ピークを有するレゾネータ式吸音パネルとすることができる。
【００１０】
また、本発明に係るレゾネータ式吸音パネルは、上記したレゾネータ式吸音パネルにおいて、上記第３の吸音周波数以外に吸音周波数を有することを特徴とするもので、これにより互いに連通する第１の中空部と上記第２の中空部の合計容積による第３の吸音周波数の他に、吸音周波数を持ち、異なる周波数の複合音を吸音できる、吸音周波数領域の広いレゾネータ式吸音パネルとすることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図１乃至図９に基づいて説明する。
図１は本発明の実施形態に係るレゾネータ式吸音パネルの基本単位の構成を示す断面図、図２は本発明の第１の実施形態に係るレゾネータ式吸音パネルの構成を示す断面図、図３は本発明の第２の実施形態に係るレゾネータ式吸音パネルの構成を示す断面図、図４は本発明の実施形態に係るレゾネータ式吸音パネルの連通口の穿設状態を示す断面図、図５乃至図９はその吸音特性の推定結果と実験結果を示す図である。
【００１２】
図１にはレゾネータ部材１内に第１の吸音周波数を有する第１の中空部２と、第２の吸音周波数を有する第２の中空部３とを対にして連設し、第１及び第２の中空部２、３を所定径の連通口４を介して連通すると共に、第１及び第２の中空部２、３のいずれか、ここでは第１の中空部２に外部に連通する吸音開口５を設けてなり、直列配置レゾネータと称するレゾネータ式吸音パネル６を形成するための基本単位７の構成が示されている。
【００１３】
直列配置のレゾネータ式吸音パネル６は、図１に示した基本単位７を図２、あるいは図３に示すように連続的につないでパネル構成としたもので、図２に示したものは、レゾネータ部材１の内部に第１の中空部２と第２の中空部３を対にしてそれを連続的に形成し、第１の中空部２と第２の中空部３との間を連通口４で連通すると共に、第１の中空部２に外部に連通するスリット状又は孔状の吸音開口５を設けてパネル成形したものである。
【００１４】
一方、図３に示したものは、第１の中空部２を形成する第１のレゾネータ部材１Ａと、第２の中空部３を形成する第２のレゾネータ部材１Ｂをそれぞれ別個に中空押し出し成形法によって成形し、この第１及び第２のレゾネータ部材１Ａ、１Ｂを同一平面上に交互に接合して連設し、その接合部に連通口４を設けて第１及び第２の中空部２、３を連通すると共に、第１の中空部２に外部に連通する吸音開口５を設けてパネル状に構成したものである。
【００１５】
この直列配置レゾネータ式吸音パネル６において、第１の中空部２と第２の中空部３との間を連通する連通口４は、図４に示すように隣接する基本単位７ごとに連通口４の位置が所定ピッチだけずれるように、千鳥状配列に設けられる。
なお、図１において、ｄ1 、ｄ2 は吸音開口５及び連通口４の径、ｔ1 、ｔ2 は吸音開口５及び連通口３の長さ、Ｈ1 、Ｈ2 は第１及び第２の中空部２、３の高さ寸法、Ｗ1 、Ｗ2 は第１及び第２の中空部２、３の幅寸法、Ｌ1 、Ｌ2 は各レゾネータの奥行き寸法であり、これらの各寸法は、吸収しようとする音の周波数により決定される。
【００１６】
また、レゾネータ部材１、１Ａ、１Ｂは、セメント系、セラミック系、金属系及び樹脂系等の材料を用い、用途に応じて選択された材料により製造される。例えば、外壁、遮音壁等の外部環境で用いられるものについては、無機質系で強靱なセメント系、セラミック系、金属系等の材料が好適であり、室内等の屋内環境で用いられるものについては、それに加えて樹脂系材料が好適である。
【００１７】
そして、直列配置のレゾネータ式吸音パネル６は、防音壁を形成する場合、既存の壁面等に、パネルの構成材料に応じて選択されたビス止め、溶接、接着剤等の留め付手段によって、留め付けらされる。
以下に、上記のような構成を有するレゾネータ式吸音パネル６の吸音特性について説明する。
【００１８】
基本単位７でのレゾネータ式吸音パネル６を考えると、その表面でのノーマル音響インピーダンスｚ1 は次式のようになる。
ｚ1 ＝ｒ1 ＋ｉ（ｍ1 ・ω2 −ｋ1 ／ω）＋ｉｋ2 ／ω・（−ｍ2 ・ω＋  ｋ1 ＋ｋ2 ＋ｉ・ω・ｒ2 ）-1      （１）
ｋj ＝ρ・ｃ2 ・Ｓj ／Ｖj 
ｍj ＝ρ・（ｔj ＋δ・ｄj ）
ここで、ｒj ：各レゾネータの音響抵抗
ｄj ：各開口の直径
Ｓj ：各開口の面積
Ｖj ：各中空部の容積
ρ、ｃ：空気の密度、空気中の音速
δ：開口端補正
【００１９】
なお、各変数における添字ｊは、各レゾネータを示し、１が音源側に位置するレゾネータ（第１の中空部２を有する第１のレゾネータ）、２がその背後に位置するレゾネータ（第２の中空部３を有する第２のレゾネータ）を意味する。
音響抵抗ｒは、とりあえず経験的な値を用い、上記式（１）よりそれぞれのパラメータを変化させて、レゾネータでの垂直入射吸音率を推定した。
【００２０】
ここでは、推定条件を次の２通りとした。
（１）第２レゾネータの連通口４の径ｄ2 のみを変化させた場合（ｄ1 ＝０．０１ｍ）
（２）第１レゾネータの吸音開口５の径ｄ1 のみを変化させた場合（ｄ2 ＝０．０１ｍ）
ただし、上記以外の変数は、Ｗ1 ＝Ｗ2 ＝０．１ｍ、Ｈ1 ＝Ｈ2 ＝０．１ｍ、ｔ1 ＝ｔ2 ＝０．０１ｍとして固定した。
【００２１】
推定条件（１）についての推定結果を図５に示す。
なお、図５中において、「第１レゾネータのみ」とは、直列配置せず、第１のレゾネータのみとした単一レゾネータを示し、「第１、第２レゾネータ間隔壁なし」とは、第１と第２のレゾネータ間の壁を取り除いて、２倍の大きさの中空部を有する単一レゾネータとしたものを示す。
この結果、ｄ2 ＝０．０１ｍとした（ａ）と、第１、第２レゾネータ間隔壁なしとした（ｆ）とを比較すると、前者の方が吸音ピーク周波数が低周波数側にシフトしていることが判る。
【００２２】
このことは、より低い周波数領域での吸音特性を得ようとする場合、中空部の容積を大きくするより直列配置のレゾネータとすることが有効であることを示している。
また、直列配置のレゾネータの連通口の径ｄ2 が大きくなるにつれて、吸音率波形は、第１レゾネータのみとした単一レゾネータ（ｅ）に近づいていることが判る。これは推定式（１）を導くときに両レゾネータとも共鳴するという仮定を用いているため、これが推定結果に現れたものと考えられる。
【００２３】
一方、推定条件（２）についての推定結果を図６に示す。
この図からは、推定式（１）では目立たなかった第２の吸音ピーク（２つの吸音ピークのうちの高周波側のピーク）が、吸音開口ｄ1 が大きくなるにつれて高周波側にシフトしていることが判る。
また、第１の吸音ピークは逆に低周波側にシフトしていることが判る。
【００２４】
つぎに、推定式（１）による推定結果と実験結果との比較結果を説明をする。
条件は、図１中におけるＷ1 ＝Ｗ2 ＝０．０６５９ｍ、Ｈ1 ＝Ｈ2 ＝０．０６９５ｍ、Ｌ1 ＝Ｌ2 ＝０．２８５ｍ、ｔ1 ＝ｔ2 ＝０．０１４５ｍとし、吸音開口５と連通口４の径と個数を変化させて、ｄ1 ＝ｄ2 ＝０．０１５ｍで開口を２個設けた場合の例を図７に示し、ｄ1 ＝ｄ2 ＝０．０１ｍで開口を２個設けた場合の例を図８に示す。
【００２５】
この図７、８から、推定結果と実験結果は対応しており、吸音ピークの挙動を定性的に説明できることが判る。
また、通常のレゾネータでより低い周波数領域において吸音ピークを得る場合には、中空部の容積を大きくするか、吸音開口の径を小さくするのが一般的であるが、上記したような直列配置レゾネータとすることによって、一層効果的に吸音ピークを低周波数領域側へシフトできることが確認された。
【００２６】
つまり、単一レゾネータと、同単一レゾネータの中空部に隔壁を挿入して直列配置のレゾネータとしたものとの垂直入射吸音率を比較すると図９に示すようになる。
ここでは、直列配置レゾネータを、Ｗ1 ＝Ｗ2 ＝０．０６５９ｍ、Ｈ1 ＝Ｈ2 ＝０．０６９５ｍ、Ｌ1 ＝Ｌ2 ＝０．２８５ｍ、ｔ1 ＝ｔ2 ＝０．０１４５ｍ、ｄ1 ＝０．０２９ｍ、ｄ2 ＝０．０１４３ｍで各１個開口したものとし、単一レゾネータを、Ｗ1 ＝０．１３１８ｍ、Ｈ1 ＝０．０６９５ｍ、Ｌ1 ＝０．２８５ｍ、ｔ1 ＝０．０１４５ｍ、ｄ1 ＝０．０２９ｍで１個開口したものとした。
【００２７】
この結果からも、推定結果と同様に、レゾネータ全体の大きさが等しく、開口面積が同じである場合、直列配置レゾネータの方が単一レゾネータの中空部の容積を単に大きくしたものに比べ、吸音ピークをより低周波数領域側にシフトできることが判る。
以上によって、推定式（１）による推定結果は、定性的にも実験結果と対応しており、中空部の容積と吸音開口及び連通口の面積が同じ場合、直列配置レゾネータと単一レゾネータを比較すると、直列配置レゾネータの方がより低い周波数領域に吸音ピークをシフトできることが判明した。
【００２８】
しかして、上記実施形態によると、レゾネータ式吸音パネル自体の厚さ寸法を厚くすることなく、低周波数領域において高い吸音率を有するレゾネータ式吸音パネルを得ることができると共に、異なる周波数の複合音を吸音でき、吸音周波数領域を広げることができる効果が得られる。
また、同一容積の中空部でより低い周波数領域の音を吸音できると共に、所望の吸音周波数を得るための中空部容積をより小さくして吸音パネル厚さを一層薄くでき、更には低周波数領域において高い吸音率を有するレゾネータ式吸音パネルを中空押し出し成形法により容易に製造することが可能となる。
【００２９】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明に係るレゾネータ式吸音パネルによると、中空部の容積を大きくすることなく、吸音周波数をより低周波数領域側にシフトした吸音率の高いレゾネータ式吸音パネルを得ることができると共に、複合音の吸音ができる吸音周波数領域の広いレゾネータ式吸音パネルを得ることができる。
【００３０】
また、本発明に係るレゾネータ式吸音パネルによると、中空部の容積が同じ場合、より低い周波数領域の音を吸音することができるため、所望の吸音周波数を得るための中空部容積をより小さくすることができ、これによりレゾネータ式吸音パネルの厚さを一層薄くすることができる。
更には、中空部の容積及びパネルの厚さを大きくすることなく、低周波数領域において高い吸音率を有するレゾネータ式吸音パネルを構成することができるため、同パネルを中空押し出し成形法により容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るレゾネータ式吸音パネルの基本単位の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るレゾネータ式吸音パネルの構成を示す断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係るレゾネータ式吸音パネルの構成を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係るレゾネータ式吸音パネルの連通口の穿設状態を示す断面図である。
【図５】本発明のレゾネータ式吸音パネルの吸音特性の推定条件（１）の推定結果を示す図である。
【図６】本発明のレゾネータ式吸音パネルの吸音特性の推定条件（２）の推定結果を示す図である。
【図７】本発明のレゾネータ式吸音パネルの吸音特性（ｄ1 ＝ｄ2 ＝０．０１５ｍの場合）の推定結果と実験結果の比較図である。
【図８】本発明のレゾネータ式吸音パネルの吸音特性（ｄ1 ＝ｄ2 ＝０．０１ｍの場合）の推定結果と実験結果の比較図である。
【図９】本発明のレゾネータ式吸音パネルと単一レゾネータの吸音特性の実験結果の比較図である。
【符号の説明】
１，１Ａ，１Ｂ…レゾネータ部材、２…第１の中空部、３…第２の中空部、４…連通口、５…吸音開口、６…レゾネータ式吸音パネル
【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８】
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【図９】
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