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JP6585321B2 - 防音構造 - Google Patents

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JP6585321B2
JP6585321B2 JP2019509781A JP2019509781A JP6585321B2 JP 6585321 B2 JP6585321 B2 JP 6585321B2 JP 2019509781 A JP2019509781 A JP 2019509781A JP 2019509781 A JP2019509781 A JP 2019509781A JP 6585321 B2 JP6585321 B2 JP 6585321B2
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Description

本発明は、枠と、枠に固定された膜とを備える防音構造に係る。詳しくは、本発明は、枠の両面又は片面に固定された膜を有する、1つ、又は複数の防音セルがダクト等の開口部内に配置され、ターゲットとなる周波数の音を選択的に強く遮蔽するための防音構造に関する。
近年、振動体となるシート、フィルム、又は薄板等の膜を枠に張り合わせた防音セルを防音空間内に配置した防音構造が提案されている(特許文献1、2、及び3参照)。このような遮音構造は、従来の遮音部材に比べ、特定の周波数において高い遮蔽性能を得ることができる。また、枠の形状、及び膜の剛性を変えることで、遮音周波数を制御することが可能である。
本出願人の出願に係る特許文献1においては、枠と、枠の片面、又は両面に固定された膜とを備える防音セルを有し、開口部材に、その開口断面に対して膜の膜面を傾け、開口部材に気体が通過する通気孔となる領域を設けた状態で防音セルを配置した防音構造体が開示されている。
特許文献1では、高い開口率の状態でも、大きな防音効果を発揮することができ、防音セルの取付に際し、ダクト及び筒を追加工することなく、騒音を除去することができ、かつ高い通気性を維持することができるとしている。
また、特許文献2は、開口部を有する筐体と、開口部に設けられ、筐体内に閉じた空気層を画成する板状又は膜状の振動部とを備えた吸音体を有し、音場の室境界に対して振動部が対向するように吸音体が配置され、振動部と室境界との間に形成された空間が音場とつながっている吸音構造を開示している。振動部の弾性振動による屈曲系の基本振動周波数をfa、振動部の質量成分と空気層のバネ成分とによるバネマス系の共振周波数をfbとしたとき、0.05≦fa/fb≦0.65を満たすとしている。
特許文献2では、空気層の厚さを抑えつつ、低音を効率良く吸音することができるとしている。
また、特許文献3は、開口部及び底部を有する筐体と、筐体の開口部を塞いで空気層を画成し、受音部となってアウターパネルに対向する板状又は膜状の振動体と、を有する板吸音体を含む吸音構造体を開示している。振動体の弾性振動の基本振動周波数が、振動体のマスと空気層のバネ成分とで構成されるバネマス系の共振周波数の5%〜65%の範囲内にあるとしている。
特許文献3では、ロードノイズのような低周波数の音を効率良く吸音することができるとしている。
国際公開WO2017/030208号公報 特許第5326472号公報 特許第5386920号公報
特許文献1に開示の防音構造の防音セルは、膜型の吸音材であり、吸収特性が膜と背面空間とで決定される共振系の吸音体である。このような吸音体は、吸音のピークにおいて吸収率は大きいが、ピークの幅が細いという特徴がある。このため、一般に機械の共振振動による特定周波数の騒音に対する抑制等に用いることができる。
しかしながら、機械等には個体差、又は経年変化が避けられないという以下のような課題がある。
1.個体差によるわずかな堅さ及び重さのずれ等が共振周波数を変化させるため、機械の共振周波数の個体差が大きく、細いピーク幅で複数の機械に対応することが難しい。
2.騒音原因がファンあるいはポンプなど可動部に起因する場合を中心に、経年により共振周波数が徐々に変化していく。
また、特許文献1に開示の防音構造において、枠両面に膜を備える防音セルを開口部材の壁面に密着して設置すると、片側の膜面の吸音効果が利用できず、効率が低いという課題がある。
一方、特許文献2及び3に開示の吸音構造及び吸音構造体(以下、吸音構造で代表する)においては、自動車等の車室内の騒音を吸音するために、車体構造体の種々の部材、例えばフロア、フロントピラー、リアピラー、ルーフ、又はダッシュパネル等の部材に吸音構造を取り付ける場合、吸音体の振動部が室境界となるアウターパネルに対向するようにインナーパネルに吸音体を取り付けて、又は、アウターパネルに吸音体の振動部を柱状部材、又はスペーサ等により取り付けて、振動部とアウターパネルとの間に空間を形成し、インナーパネルに車室内と連通する連通孔を設けて上記空間と音場(車室)とを連通し、室境界と振動部との間の空間に入り込んだ音を振動部の振動によって吸音している。また、特許文献2及び3に開示の吸音構造では、室境界と振動部との間の距離を伸縮自在な柱状部材を用いることにより自在に変更できる。しかし、特許文献2及び3に開示の吸音構造では、振動部と室境界との間の吸音がなされる空間を含む吸音体が配置される空間は、音場である車室と連通する連通孔を除いて閉じられた空間であり、ダクト等のような通気性が必要とされる防音には適用できないという問題がある。
本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決するものであって、ダクト等の通気性が必要とされる構造の開口部に吸音体となる防音セルを配置する防音構造において、開口部の内壁面と防音セルの膜面との間の離間距離を、開口部内を通過する防音対象の音の遮断周波数に応じた距離にすることができる防音構造を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明の防音構造は、相対する両面に貫通する孔部を有する枠と、枠の少なくとも一方の面に固定された少なくとも1枚の膜とからなる防音セルを有する防音構造であって、防音セルは、2つの空間を隔てる壁の開口部に、少なくとも1枚の膜の表面を開口部の開口断面に対し傾け、通気部を設けた状態で配置され、少なくとも1枚の膜の内の開口部の壁面の側にある膜の表面は壁面から離れている部分を有し、開口部の壁面の側にある膜の表面と壁面との間の距離は、0.1mm以上であり、かつ防音のスペクトルピークにおける吸収ピーク周波数に応じて設定された距離であることを特徴とする。
ここで、開口部の壁面の側にある膜の表面と壁面との間の距離は、20mm以下であることが好ましい。
また、少なくとも1枚の膜は、枠の両面に固定された2枚の膜であることが好ましい。
また、開口部の壁面の側にある膜の表面と壁面との間の距離が小さくなるにつれて、吸収ピーク周波数は、小さくなることが好ましい。
また、開口部の壁面の側にある膜の表面と壁面との間にスペーサを有し、防音セルは、スペーサを介して壁面に固定され、スペーサは、少なくとも1部分が外部から音が入りこむ間隙を有することが好ましい。
また、スペーサは、複数の柱状体であることが好ましい。
また、音は、開口部の一方の開口端から入射し、他方の開口端から出射するように伝播するものであり、スペーサは、複数の板状体であることが好ましい。
また、板状体は、音の入射方向に対向するように配置されることが好ましい。
また、板状体は、音の入射方向に沿うように配置されることが好ましい。
また、スペーサと防音セルとは、一体となっている構造であることが好ましい。
また、開口部の壁面の側にある膜の表面と壁面との間の距離は、調整可能であることが好ましい。
また、開口部の壁面の側にある膜の表面と壁面との間のなす角度は、調整可能であることが好ましい。
本発明によれば、ダクト等の開口部に吸音体を配置する防音構造において、開口部の内壁面と吸音体となる防音セルの膜面との間の離間距離を、開口部内を通過する防音対象の音の遮断周波数に応じた距離にすることができる。
本発明に係る防音構造の音源側から見た正面概念図である。 図1に示す防音構造の側面断面概念図である。 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部分破断斜視図である。 図3に示す防音構造の開口部内の防音セルの配置状態を示す模式的な部分側面断面図である。 図3に示す防音構造の模式的な正面図である。 図3に示す防音構造の防音セルをスペーサの側から見た底面図である。 本発明の防音構造の他の一例の開口部内の防音セルの配置状態を示す模式的な部分側面断面図である。 図7に示す防音構造の模式的な正面図である。 図7に示す防音構造の防音セルをスペーサの側から見た底面図である。 本発明の防音構造の他の一例の防音セルをスペーサの側から見た底面図である。 本発明の防音構造の他の一例の防音セルをスペーサの側から見た底面図である。 本発明の防音構造の他の一例の防音セルをスペーサの側から見た底面図である。 本発明の防音構造の他の一例の防音セルをスペーサの側から見た底面図である。 本発明の防音構造の他の一例の開口部内の防音セルの配置状態を示す模式的な部分側面断面図である。 図14に示す防音構造の模式的な正面図である。 本発明の防音構造における周波数と吸収率との関係の一例を示すグラフである。 本発明の防音構造における周波数と吸収率との関係の他の一例を示すグラフである。 本発明の防音構造における開口部の内壁面と防音セルの膜面との距離と最大吸収率を示す吸収ピーク周波数との関係の一例を示すグラフである。 本発明の防音構造における開口部の内壁面と防音セルの膜面との距離と最大吸収率との関係の一例を示すグラフである。 本発明の防音構造における周波数と吸収率との関係の他の一例を示すグラフである。 本発明の防音構造における最大吸収率を示す吸収ピーク周波数と最大吸収率との関係の他の一例を示すグラフである。 本発明の防音構造における周波数と透過率との関係の一例を示すグラフである。 本発明の防音構造における周波数と吸収率との関係の他の一例を示すグラフである。
以下に、本発明の一実施形態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。
図1は、本発明に係る防音構造を説明するためのもので、音源側から見た正面を模式的に示す正面概念図である。図2は、図1に示す防音構造の側面断面概念図である。
図1に示す本実施形態1の防音構造10は、貫通する孔部12を持つ枠14と、孔部12の相対する両面を覆うように枠14に固定された振動可能な膜16(16a及び16b)と、を持つ防音セル18、及び防音セル18を内部に配置する本発明の開口部を構成する管体22を有する。
防音構造10は、防音セル18を管体22(の開口22a)内に、管体22の開口断面22bに対して膜16の表面(以下、膜面ともいう)を所定角度(図1に示す例では90°)傾け、管体22内の開口22aに気体が通過する通気部となる領域を設けた状態で配置した構造を有する。
また、防音構造10においては、防音セル18の両方の膜16(16a及び16b)の内の管体22の内周壁の壁面の側にある膜16aの表面(膜面)は、管体22の壁面から離間している部分を有している。図1及び図2に示す例では、膜16aの全ての膜面は、管体22の壁面から完全に離れている。なお、以下では、膜16a及び16bを区別して説明する必要がない時には、纏めて膜16として説明する。
ここで、管体22は、気体の通過を遮断する物体の領域内に形成される開口部を構成する部材である。管体22の管壁は、気体の通過を遮断する物体、例えば2つの空間を隔てる物体等の壁を構成する。管体22の内部は、気体の通過を遮断する物体の一部の領域に形成された開口22aを構成する。
なお、本発明において、開口部は、気体の通過を遮断する物体の領域内に形成される開口を有することが好ましく、2つの空間を隔てる壁に設けられることが好ましい。
ここで、開口が形成される領域を持つ気体の通過を遮断する物体とは、2つの空間を隔てる部材、及び壁等を言う。このような部材としては、管体又は筒体等の部材を言う。壁等としては、例えば家、ビル、工場等の建造物の構造体を構成する固定壁、建造物の部屋内に配置され、部屋内を仕切る固定間仕切り(パーティション)等の固定壁、及び、建造物の部屋内に配置され、部屋内を仕切る可動間仕切り(パーティション)等の可動壁等を言う。
本発明の開口部は、ダクト等の管体又は筒体であっても良いし、ルーバ及びガラリ等の換気孔又は窓等を取り付けるための開口を持つ壁自体であっても良いし、もしくは壁に取り付けられる窓枠等の取付枠等であっても良い。
なお、本発明の開口部の開口の形状は、断面形状で、図示例では正方形であるが、本発明においては、1つ以上の防音セルを開口内に配置できれば、特に制限的ではない。開口の形状は、例えば正方形、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、もしくは円形、楕円形等であっても良いし、不定形であっても良い。
また、本発明の開口部を構成する部材、及び壁等の材料としては特に制限的ではない。これらの材料としては、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、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、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、及びガラス繊維強化プラスチック(GFRP:Glass Fiber Reinforced Plastics)、建造物の壁材と同様なコンクリート、モルタル等の壁材等を挙げることができる。
防音セル18の枠14は、孔部12を囲む部分によって構成される。
枠14は、貫通する孔部12を環状に囲むように形成され、孔部12の両面を覆うように膜16(16a、16b)を固定し、かつ支持するためのもので、この枠14に固定された膜16の膜振動の節となるものである。したがって、枠14は、膜16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、共に高いことが好ましい。
なお、枠14は、膜16の全周を抑えることができるように膜16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が、本発明は、これに限定されず、枠14が、これに固定された膜16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16を固定し支持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、接着していない部位が存在していても効果を発揮する。
また、枠14の孔部12の形状は、平面形状で、図示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。孔部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、もしくは円形、又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の孔部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。この開放された孔部12の両方の端部を覆うように膜16(16a、及び6b)が枠14の両側に固定される。なお、図1及び図2に示す例では、膜16a、及び6bが、孔部12の両方の端部を覆っているが、本発明はこれに限定されず、孔部12の一方の端部のみを覆うように膜16が枠14片側に固定されていても良い。即ち、本発明では、孔部12の少なくとも一方の端部を覆うように膜16が枠14に固定される。
図1及び図2では、枠14の孔部12は、その両側の端部が、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が、孔部12の片方の端部のみが外部に開放され、もう片方の端部が、例えば板材等、又は枠14と一体化された板状体等によって、閉塞されていてもよい。また、この場合には、孔部12を覆う膜16は、開放された孔部12の一方の端部のみに固定される。
また、枠14のサイズは、平面視のサイズであり、その孔部12のサイズLとして定義できるので、以下では、孔部12のサイズLとする。孔部12のサイズLは、孔部12形状が円形の場合には、その直径と定義することができる。また、孔部12のサイズLは、正方形のような正多角形の場合には、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。
このような枠14の孔部12のサイズLは、特に制限的ではなく、本発明の防音構造10の開口部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。孔部12のサイズは、例えば複写機、送風機、空調機器、換気扇、ポンプ類、発電機、ダクト、その他にも塗布機、回転機及び搬送機など音を発するさまざまな種類の製造機器等の産業用機器、自動車、電車、航空機等の輸送用機器、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(Personal Computer)、掃除機、空気清浄機等の一般家庭用機器などに応じて設定すればよい。
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Lは対象となる騒音の周波数から選択することができる。
なお、枠14及び膜16からなる防音セル18は、膜16の第1固有振動数の波長よりも小さくすることが好ましい。そのため、防音セル18を第1固有振動数の波長よりも小さくするためには、枠14のサイズLを小さくすることが好ましい。
例えば、孔部12のサイズLは、特に制限的ではないが、例えば、0.5mm〜300mmであることが好ましく、1mm〜100mmであることがより好ましく、10mm〜50mmであることが最も好ましい。
なお、枠14の幅L及び厚さ(厚み)Lも、膜16を固定することができ、膜16を確実に支持できれば、特に制限的ではないが、例えば、孔部12のサイズLに応じて設定することができる。
例えば、枠14の幅Lは、孔部12のサイズL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。
また、枠14の幅Lは、孔部12のサイズLが、50mm超、300mm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。
なお、枠14の幅Lが、枠14のサイズL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(防音セル18)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16を強く固定することが難しくなってくる。
また、枠14、即ち孔部12の厚さL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。
また、防音セル18は、膜16の第1固有振動数の波長よりも小さくすることが好ましいので、枠14(孔部12)のサイズLは、防音セル18に固定された膜16の第1固有振動周波数の波長以下のサイズであることが好ましい。
防音セル18の枠14(孔部12)のサイズLが、膜16の第1固有振動周波数の波長以下のサイズであれば、膜16の膜面に強度ムラの小さい音圧がかかることになるため、音響の制御が困難な膜の振動モードが誘起されにくくなる。つまり、防音セル18は、高い音響制御性を獲得することができる。
強度ムラがより小さい音圧を膜16の膜面にかけるためには(即ち、膜16の膜面にかかる音圧をより均一にするには)、枠14(孔部12)のサイズLは、防音セル18に固定された膜16の第1固有振動周波数の波長をλとする時、λ/2以下であることが好ましく、λ/4以下であることがより好ましく、λ/8以下であることが最も好ましい。
枠14の材料は、膜16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、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、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、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、及び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、枠14の材料としてこれらの複数種の材料を組み合わせて用いてもよい。
なお、枠14の孔部12の片面の端部を閉塞する場合に用いる板材も、枠14の材料と同様な材料を用いることができる。
また、枠14の孔部12内には、特に、孔部12の一方の端部が膜16で覆われ、他方の端部が開放されている場合には、従来公知の吸音材を配置してもよい。
吸音材を配置することで、吸音材による吸音効果により、遮音特性をより向上できる。
吸音材としては、特に限定はなく、発泡ウレタン、不織布等の種々の公知の吸音材が利用可能である。
また、本発明の防音構造10を、発泡ウレタン、不織布等の種々の公知の吸音材と一緒に、ダクト等の管体22を含む開口部に入れていても良い。
以上のように、本発明の防音構造内に、又は防音構造と共に、公知の吸音材を組み合わせて用いることにより、本発明の防音構造による効果と、公知の吸音材による効果との両方の効果を得ることができる。
膜16は、枠14の内部の孔部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。
ところで、膜16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して、もしくは反射して防音する必要がある。このため、膜16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16の形状は、枠14の孔部12の形状であり、また、膜16のサイズは、枠14(孔部12)のサイズLであるということができる。
また、膜16の厚さは、音波のエネルギを吸収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、低周波側に得るためには薄くすることが好ましい。例えば、膜16の厚さLは、本発明では、孔部12のサイズL、即ち膜16のサイズに応じて設定することができる。
例えば、膜16の厚さLは、孔部12のサイズLが0.5mm〜50mmの場合には、0.001mm(1μm)〜5mmであることが好ましく、0.005mm(5μm)〜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16の厚さLは、孔部12のサイズLが、50mm超、300mm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16の厚さは、1つの膜16で厚さが異なる場合などは、平均厚さで表すことが好ましい。
ここで、防音セル18の枠14に固定された膜16は、防音セル18の構造において、誘起可能な最も低次の固有振動モードの周波数である第1固有振動周波数を持つものである。
例えば、防音セル18の枠14に固定された膜16は、最も低次の固有振動モードの周波数である、膜16に略垂直に入射する音場に対し、膜の透過損失が最小となり、最も低次の吸収ピークを有する共振周波数、即ち第1固有振動周波数を持つものである。即ち、本発明では、膜16の第1固有振動周波数においては、音を透過させ、最も低次の周波数の吸収ピークを有する。本発明においては、この共振周波数は、枠14および膜16からなる防音セル18によって決まる。
即ち、枠14および膜16からなる構造における、即ち枠14に抑えられるように固定された膜16の共振周波数は、音波が膜振動を最も揺らすところで、音波はその周波数で大きく透過し、最も低次の周波数の吸収ピークを有する固有振動モードの周波数である。
また、本発明においては、第1固有振動周波数は、枠14及び膜16からなる防音セル18によって決まる。本発明では、このようにして決まる第1固有振動周波数を膜の第1固有振動周波数という。
枠14に固定された膜16の第1固有振動周波数(例えば、剛性則に従う周波数領域と、質量則に従う周波数領域の境界が最も低次の第1共振周波数となる)は、人間の音波の感知域に相当する10Hz〜100000Hzであることが好ましく、人間の音波の可聴域である20Hz〜20000Hzであることがより好ましく、40Hz〜16000Hzであることが更により好ましく、100Hz〜12000Hzであることが最も好ましい。
ここで、本実施形態の防音セル18において、枠14及び膜16からなる構造における膜16の共振周波数、例えば第1固有振動周波数は、防音セル18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、防音セル18の膜16の剛性、例えば膜16の厚さ及び可撓性と膜背後空間の体積によって定めることができる。
例えば、膜16の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16の場合、膜16の厚みLをtとし、孔部12のサイズLをRとする時、膜16の厚みと、孔部12のサイズの2乗との比[R/t]を用いることができる。ここで、孔部12のサイズとしては、例えば正四角形の場合には一辺の大きさLとすることができる。この比[R/t]が等しい場合には、上記固有振動モードが同じ周波数、即ち同じ共振周波数となる。即ち、比[R/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。
また、膜16のヤング率は、膜16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。膜16のヤング率は、固有振動モードを高周波側に得るためには大きく、低周波側に得るためには小さくすることが好ましい。例えば、膜16のヤング率は、本発明では、枠14(孔部12)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16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16の密度も、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16の密度は、例えば、5kg/m〜30000kg/mであることが好ましく、10kg/m〜20000kg/mであることがより好ましく、100kg/m〜10000kg/mであることが最も好ましい。
膜16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16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16の材料としては、ポリエチレンテレフタレート(PET:Polyethylene terephthalate)、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:Polymethyl methacrylate)、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、ポリブチレンテレフタラート、トリアセチルセルロース、ポリ塩化ビニリデン、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、塩素化ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリメチルペンテン、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あるいは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又は構造等を挙げることができる。
また、膜16は、枠14の孔部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16は、枠14の孔部12の一方の側、又は他方の側、もしくは両側の開口を覆うように枠14に固定されていても良い。
枠14への膜16の固定方法は、特に制限的ではなく、膜16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、接着剤を枠14の孔部12を囲む表面上に接着剤を塗布し、その上に膜16を載置し、膜16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(株)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(株)製)など)、及びアクリル系接着剤等を挙げることができる。
物理的な固定具を用いる方法としては、枠14の孔部12を覆うように配置された膜16を枠14と棒等の固定部材との間に挟み、固定部材をネジ又は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。
なお、本実施形態1の防音セル18は、枠14と膜16とを別体として構成し、膜16を枠14に固定した構造であるが、これに限定されず、同じ材料からなる膜16と枠14が一体化した構造であっても良い。
本実施形態の防音セル18は、以上のように構成される。
本発明の防音構造の開口部の設けられる通気部の通気性又は通風性を表わす開口率は、下記式(1)で定義されるものである。
開口率(%)={1−(開口断面における防音セルの断面積/開口断面積)}×100 …(1)
ここで、図1及び図2に示す防音構造10の開口率は、通気性の点から、10%以上が好ましく、25%以上がより好ましく、50%以上がさらに好ましい。
また、管体22の開口断面22bに対する膜16の膜面の傾斜角度は、通気性の点からは、20度以上であることが好ましく、45度以上がより好ましく、80度以上がさらに好ましい。
防音セル18は、開口部である管体22内において、防音セル18の第1固有振動周波数の音波が管体22に形成する音圧が高い位置に配置される。具体的には、防音セル18の第1固有振動周波数の音波が管体22に形成する定在波の音圧分布の腹の位置から±λ/4以内に配置されることが好ましく、±λ/6以内に配置されることがより好ましく、±λ/8以内に配置されることがさらに好ましく、定在波の音圧分布の腹の位置に配置されていることが最も好ましい。
例えば、管体22が、その開放端に壁、又はカバー等の物体が配置された筒、もしくはダクトである場合、即ち、物体が音波の固定端となる場合は、防音セル18が、物体から、防音セル18の第1固有振動周波数の音波のλ/4以内に配置されることが好ましく、λ/6以内に配置されることがより好ましく、λ/8以内に配置されることが最も好ましい。
一方、管体22が、その開放端に壁、又はカバー等の物体が何も配置されていない筒、もしくはダクトである場合、即ち、管体の開放端が音波の自由端となる場合は、防音セル18が、開放端から、防音セル18の第1固有振動周波数の音波のλ/4−開口端補正距離±λ/4以内に配置されることが好ましく、λ/4−開口端補正距離±λ/6以内に配置されることがより好ましく、λ/4−開口端補正距離±λ/8以内に配置されることが最も好ましい。開口端補正とは、気柱で音が共鳴する時、開口端定在波の腹が僅かにはみ出す現象を言う。このため、開口端補正距離だけ、音場の定在波の腹が管体22の開口22aの外側にはみ出しており、管体22の外であっても防音性能を有することができる。なお、円筒形の管体22の場合の開口端補正距離は、大凡0.61×管半径で与えられ、直径が大きいほど長くなる。
上述したように、本発明の防音構造においては、防音セルの少なくとも1枚の膜の内の開口部の壁面の側にある膜の表面は壁面から離れている部分を有している必要がある。
図1及び図2に示す例では、防音セル18の膜16aの全ての膜面は、管体22の壁面から完全に離れている。しかしながら、本発明では、膜16aの膜面の一部が管体22の内周壁の壁面に接触していても良い。例えば、膜16aの膜面が管体22の壁面に対して傾斜している場合等では、膜面の一方の端部が壁面に接触していても良い。また、後述するが、防音セル18が正方形等の多角形開口を持つ管体22の角部を跨ぐように配置されている場合には、防音セル18の膜16aの膜面の両方の端部が管体22の直交する2つの壁面に接触していても良い。また、防音セル18が円形開口を持つ開口部の内周壁に沿って配置されている場合には、防音セル18の膜16aの膜面の両方の端部が管体22の円形の壁面に接触していても良い。
いずれの場合にも、開口部の壁面の側にある膜の表面と壁面との間には空間が存在し、その空間は、通気部と連通している必要がある。
上述したように、膜16aの表面(膜面)と開口部を構成する管体22の内周壁の壁面とは離間している部分があり、膜面と壁面との間には空間が存在しているので、膜面と壁面との間の距離D(図2参照)を定義することができる。ここで、膜16aの膜面と管体22の壁面との間の距離Dは、0.1mm以上である必要があり、1mm以上であることが好ましく、20mm以下であることが好ましい。
なお、膜16aの膜面と管体22の壁面との間の距離(以下では、離間距離、又は面間距離ともいう)Dは、調整可能であることが好ましい。また、膜16aの膜面が管体22の壁面に対して傾斜している場合には、膜16aの表面と管体22の壁面との間のなす角度は、調整可能であることが好ましい。
なお、本発明においては、膜16aの膜面が管体22の壁面に対して傾斜している場合等のように、膜16aの膜面と管体22の壁面との離間距離Dが一定でない場合には、膜16aの膜面に対して平均値を求め、求めた平均値を膜面と壁面との間の距離Dと定義すれば良い。
また、後述するが、本発明においては、防音セルの膜の表面と開口部の壁面との間の距離Dが小さくなるにつれて、防音セルの防音のスペクトルピークにおける吸収ピーク周波数は、小さくなる。このため、膜16aの膜面と管体22の壁面との間の距離Dは、吸収ピーク周波数に応じて設定された距離である必要がある。
本発明においては、防音セル18の膜16aの表面と開口部を構成する管体22の壁面との間の面間距離Dを、吸収ピーク周波数に応じて設定された距離に保つためには、図示しない保持部材によって防音セル18を管体22内の所定の位置に配置しておく必要がある。
ここで、保持部材は、防音セル18を管体22内の所定の位置に配置できれば、特に制限的ではない。保持部材としては、例えば、スペーサ、吊金具、支柱、ピン、及びボルト等を挙げることができる。なお、図1及び図2に示す防音構造10は、保持部材として音響的に影響のない細い線状又は棒状の部材、例えば音響的に影響がない程細いスペーサ、吊金具、支柱、ピン、及びねじ付き棒等を用いた場合を表わしているということもできる。
本発明の防音構造10は、基本的に以上のように構成される。
以下では、保持手段として、スペーサを用いる場合の具体的な実施形態について説明する。
図3は、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部分破断斜視図である。図4は、図3に示す防音構造の開口部内の防音セルの配置状態を示す模式的な部分側面断面図である。図5は、図3に示す防音構造の模式的な正面図である。図6は、図3に示す防音構造の防音セルをスペーサの側から見た底面図である。
図3〜図6に示す防音構造10Aは、平面視の形状が長方形である孔部12Aを持つ枠14Aと、孔部12Aの両面を覆うように枠14Aに固定された振動可能な膜16A(16c及び16d)と、を持つ直方体形状の防音セル18A、防音セル18Aを内部に配置する管体22、及び防音セル18Aの膜16cを管体22の内部に管体22の内周壁の壁面から所定距離離間させて配置する4本の柱状のスペーサ20を有する。
図3〜図6に示す防音構造10Aは、図1〜図2に示す防音構造10と、孔部12A、枠14A、及び膜16A(16c並びに16d)の平面視の形状が長方形であるのに対し、孔部12、枠14、及び膜16(16a並びに16b)の平面視の形状が正方形である点で異なり、4本のスペーサ20を備えている点で異なる以外は、同様の構成を有するので、同様の構成要素、及び同一の参照符号を持つ同一の構成要素についての詳細な説明は省略し、主に相違点に付いて説明する。
防音セル18Aは、その直方体形状の長手方向と管体22の長手方向とが揃うように、4本のスペーサ20を介して管体22の壁面に固定される。4本のスペーサ20は、図3〜図6に示すように、防音セル18Aの管体22の壁面側にある膜16cの4隅に取り付けられる。
4本のスペーサ20において、互いに隣接する2つのスペーサ20間の間隙は、音が伝播する管体22内の通気部と連通している。このため、このスペーサ20間の間隙には、音が入り込む。
ところで、音は、図3の右側の開口22aから入り、図4において矢印で示されるように、右側から左側に伝播する際に、防音セル18Aの膜16A(16c、及び16d)の膜振動によって吸音されて、図3の左側の開口22aから出ていく。なお、図5では、図中に示すマークから分かるように、音は、奥側から手前側に向うことを示している。
この防音構造10Aでは、4本のスペーサ20間の間隙の内、音の入射方向、又は進行方向(以下、進行方向で代表する)に対向、又は直交する上流側の間隙には、管体22内を伝搬する音がそのまま入り、音の進行方向に沿った、又は平行な2つの間隙には、管体22内を伝搬する音が回り込んで入り、膜16cを膜振動させることになる。こうして、音が管体22内を伝搬する際、音は、4本のスペーサ20間の3つの間隙から入り、膜16cの膜振動によって吸音されて音の進行方向に対向する下流側の間隙から出て行き、更には音の進行方向に沿った2つの間隙からも出ていく。
図3〜図6に示すスペーサ20は、断面正四角形の柱状体である。スペーサ20の長さ、又は高さは、管体22の壁面と防音セル18Aの膜16cの膜面との面間距離D(例えば、図4参照)を決める。スペーサ20の断面サイズは、1辺のサイズとして枠14Aの幅と同じ大きさとすることが好ましいが、防音セル18Aを管体22の壁面に固定できれば、枠14Aの幅より小さくても良い。また、図3〜図6に示す4本のスペーサ20のサイズは、同じであるが、防音セル18Aを管体22の壁面に固定できれば、サイズの異なるものが含まれても良い。
スペーサ20の材料は、スペーサ20が防音セル18Aを管体22の壁面に固定できれば、特に制限的ではないが、上述した防音構造10の枠14の材料と同様の材料を用いることができる。
膜16cへのスペーサ20の取付方法は、確実な取付が可能であれば、特に制限的ではないが、上述した防音構造10の枠14への膜16の固定方法と同様な方法を用いることが好ましい。このように膜16cにスペーサ20を堅固に固定することにより、スペーサ20と防音セル18Aとは、一体となっている構造とすることができる。この他、膜16cへのスペーサ20の取付方法としては、両面テープ等用いる方法であっても良い。
また、スペーサ20の一端は、防音セル18Aの膜16cに取り付けられる、又は固定される。一方、スペーサ20の他端は、管体22の壁面(即ち、底壁面)の所定の位置に取り付けられていても良いし、載置されて固定されていても良いが、上述した防音構造10の枠14への膜16の固定方法と同様な方法で管体22の底壁面に堅固に固定されていても良い。
図3〜図6に示す防音構造10Aの4本のスペーサ20は、柱状体であるが、本発明はこれに限定されず、板状体等であっても良い。
図7は、本発明の防音構造の他の一例の開口部内の防音セルの配置状態を示す模式的な部分側面断面図である。図8は、図7に示す防音構造の模式的な正面図である。図9は、図7に示す防音構造の防音セルをスペーサの側から見た底面図である。
図7〜図9に示す防音構造10Bは、平面視の形状が長方形である孔部12Aを持つ枠14Aと、孔部12Aの両面を覆うように枠14Aに固定された振動可能な膜16A(16c及び16d)と、を持つ直方体形状の防音セル18A、防音セル18Aを内部に配置する管体22、及び防音セル18Aの膜16cを管体22の内部に管体22の内周壁の壁面から所定距離離間させて配置する2枚の板状のスペーサ20Aを有する。
図7〜図9に示す防音構造10Bは、図3〜図6に示す防音構造10Aと、4本の柱状のスペーサ20の代わりに2枚の板状のスペーサ20Aを備えている点で異なる以外は、同様の構成を有するので、同様の構成要素、及び同一の参照符号を持つ同一の構成要素についての詳細な説明は省略し、主に相違点に付いて説明する。
防音セル18Aは、その直方体形状の長手方向と管体22の長手方向とを揃えて、この長手方向に延びる2枚の板状のスペーサ20Aを介して管体22の壁面に固定される。2枚のスペーサ20Aは、図7〜図9に示すように、防音セル18Aの管体22の壁面側にある膜16cの両側の枠14Aに相当する位置に長手方向に沿って取り付けられる。
ところで、音は、図7において矢印で示されるように、管体22の図示しない右側の開口から入り、右側から左側に伝播する際に、防音セル18Aの膜16A(16c、及び16d)の膜振動によって吸音されて、図示しない左側の開口から出ていく。なお、図8では、図5と同様に、音は、奥側から手前側に向うことを示している。
2枚のスペーサ20Aにおいて、2枚のスペーサ20A間の間隙は、音が伝播する管体22内の通気部と連通しており、これらの間隙には、音が入り込む。
即ち、この防音構造10Bでは、2枚のスペーサ20A間の間隙は、図7及び図9において矢印で示す音の進行方向に対向する2つの間隙であり、音の進行方向に対向する上流側の間隙には管体22内を伝搬する音がそのまま入り、膜16cを膜振動させることになる。こうして、音が管体22内を伝搬する際、音は、上流側の間隙から入り、膜16cの膜振動によって吸音されて下流側の間隙から出て行く。
図7〜図9に示すスペーサ20Aは、薄い直方体形状の板状体である。スペーサ20Aの高さは、管体22の底壁面と防音セル18Bの膜16cとの距離Dを決めるものである。スペーサ20Aの長手方向の長さは、枠14Aの長手方向の長さと同じ長さにすることが好ましいが、防音セル18Aを管体22の壁面に固定できれば、枠14Aの長さより短くても良い。スペーサ20Aの板厚は、枠14Aの幅と同じにすることが好ましいが、防音セル18Aを管体22の壁面に固定できれば、枠14Aの幅より小さくても良い。また、2枚のスペーサ20Aのサイズは、防音セル18Aを管体22の壁面に固定できれば、異なっていても良い。
スペーサ20Aの材料は、上述したスペーサ20の材料と同様の材料を用いることができる。
膜16cへのスペーサ20Aの取付方法、及び管体22の壁面(即ち、底壁面)へのスペーサ20Aの取付方法は、上述した膜16cへのスペーサ20の取付方法と同様な方法を用いることができる。
図7〜図9に示す防音構造10Bでは、2枚の板状のスペーサ20Aは、防音セル18Aの膜16cの長手方向に沿ってその両側の枠14Aに相当する位置に取り付けられ、矢印で示す音の進行方向に沿って配置されている。しかしながら、図10に示すように、防音セル18Aの膜16cの短手方向に沿ってその両側の枠14Aに相当する位置に取り付けられた2枚の板状のスペーサ20Bを矢印で示す音の進行方向に対向する方向に沿って配置しても良い。
図10に示すスペーサ20Bは、図7〜図9に示すスペーサ20Aと、長さが異なる以外は、同一の構成を有するものであるので、その詳細な説明は省略する。
2枚のスペーサ20Bの間の間隙は、矢印で示す音の進行方向に沿った方向の両側の2つの間隙であり、音が伝播する管体22内の通気部と連通しており、これらの両側の間隙には、音が入り込む。即ち、2枚のスペーサ20B間の2つの間隙には、管体22内を伝搬する音が回り込んで入り、膜16cを膜振動させることになる。こうして、音が管体22内を伝搬する際、音は、両側の間隙、例えばその上流側から入り、膜16cの膜振動によって吸音されて両側の間隙の下流側から出て行く。
また、図11に示すように、図9に示す2枚のスペーサ20Aを用いると共に、図10に示す音の進行方向下流側の1枚のスペーサ20Bを用いても良い。
この場合には、2枚のスペーサ20A間の上流側の1つの間隙しかないので、音は、1つの間隙から入り、膜16cの膜振動によって吸音されて再び同じ1つの間隙から出て行くことになる。
また、図12に示すように、2枚のスペーサ20Aを用いると共に、図11とは逆に、音の進行方向上流側の1枚のスペーサ20Bを用いても良い。
この場合には、2枚のスペーサ20A間の下流側の1つの間隙しかないので、音は、この1つの間隙から入り、膜16cの膜振動によって吸音されて再び同じ1つの間隙から出て行くことになる。
また、図13に示すように、図9に示す1枚のスペーサ20Aを用いると共に、図10に示す音の進行方向下流側の1枚のスペーサ20Bを用いても良い。
この場合には、スペーサ20A及び20B間の間隙は、音の進行方向に対向、又は対向する上流側の間隙と、音の進行方向に沿った間隙となるが、両間隙は繋がっているので、音は、主として、上流側の間隙、及び音の進行方向に沿った間隙の上流側から入り、膜16cの膜振動によって吸音されて、音の進行方向に沿った間隙の上流側から出て行くことになる。
なお、図13に示すように、スペーサ20A及び20Bをそれぞれ1枚ずつ用いる場合には、スペーサ20Aも、どちらの側に設けても良いし、スペーサ20Bも、音の進行方向の上流側及び下流側のどちらの側に設けても良い。
上述した例では、スペーサ20、20A、及び20Bの少なくとも1つを用いることにより、管体22の壁面と防音セル18Aの壁面側の膜16cの膜面(表面)との距離、及び管体22の壁面と膜16cの膜面との角度は、固定されている。しかしながら、本発明はこれに限定されず、管体22の壁面と膜16cの膜面との距離、及び管体22の壁面と膜16cの膜面との角度は、調整可能であることが好ましい。
図14は、本発明の防音構造の他の一例の開口部内の防音セルの配置状態を示す模式的な部分側面断面図である。図15は、図14に示す防音構造の模式的な正面図である。
図14〜図15に示す防音構造10Cは、孔部12Aを持つ枠14Aと、孔部12Aの両面を覆うように枠14Aに固定された振動可能な膜16A(16c及び16d)と、を持つ直方体形状の防音セル18A、防音セル18Aを内部に配置する管体22、及び防音セル18Aの膜16cを管体22の内部に管体22の内周壁の壁面から所定距離調整可能に離間させて配置する距離調整機構24とを有する。
図14〜図15に示す防音構造10Cは、図7〜図9に示す防音構造10Bと、2枚の板状のスペーサ20Aの代わりに距離調整機構24を備えている点で異なる以外は、同様の構成を有するので、同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明は省略し、主に相違点に付いて説明する。
距離調整機構24は、防音セル18Aの枠14Aの長手方向の両側面にそれぞれ取り付けられる2本のねじ26と、ねじ26が挿通される長穴28aをそれぞれ持つ2枚の側板28と、防音セル18Aに取り付けられた2本のねじ26にそれぞれ螺合する2つの円形座付六角ナット30とを有する。
2枚の側板28は、防音セル18Aの長手方向の両側面を挟んで支持するために用いられるもので、それぞれ管体22の底壁面に固定される。
防音セル18Aの2本のねじ26は、それぞれの側板28の長穴28aに挿通されて、側板28から突出している。
2枚の側板28からそれぞれ突出している2本のねじ26にそれぞれナット30を螺合させて、2つのナット30をそれぞれ側板28に当接させて締め付けることにより、防音セル18Aの枠14Aの両側面と2枚の側板28とをそれぞれ密着させて固定することができる。
こうして、管体22の壁面と膜16cの膜面との距離D(図14参照)を所定距離に維持することができる。
例えば、防音セル18Aが図14に点線で示す位置にある時、以下のようにして、防音セル18Aを図14において実線で示す位置に移動して管体22の壁面と膜16cの膜面との距離Dを調整することができる。
管体22の壁面と膜16cの膜面との距離Dを調整する場合には、ナット30を緩めて、防音セル18Aの枠14Aの側面と側板28との密着状態を外す。この後、防音セル18Aを管体22の壁面に対して移動する。この時、防音セル18Aの膜面と管体22の壁面とが平行な位置にする。例えば、防音セル18Aを点線で示す位置から実線で示す位置まで移動させる。その結果、防音セル18Aのねじ26を側板28の長穴28a内において移動させることになる。
こうして、管体22の壁面と膜16cの膜面との距離Dを調整する。
この後、再び、ナット30をねじ26に螺合させて側板28に当接させて締め付けることにより、防音セル18Aの枠14Aの両側面とそれぞれの側板28とを密着させて固定することができる。
なお、防音セル18Aを移動する際、防音セル18Aの膜面と管体22の壁面とが平行な位置にするのではなく、管体22の壁面の中心と膜16cの膜面との距離Dを調整した上で、図14に2点鎖線で示すように、防音セル18Aの膜面を管体22の壁面に対して所定角度θだけ傾けるようにしても良い。この場合も、管体22の壁面と膜16cの膜面との距離は、平均値となるので、図14に示す距離Dとなる。
上記距離調整機構24では、円形座付六角ナット30が用いられているが、本発明はこれに限定されず、防音セル18Aの枠14Aの両側面をそれぞれの側板28に密着させて固定することができれば、どのような形状の座付ナットを用いても良い。また、ねじ26は、枠14Aの両側面に取り付けられているが、本発明はこれに限定されず、枠14Aの両側面を各側板28に密着させて固定できれば、防音セル18Aの枠14Aの両側面にはねじ穴を設けておき、ねじ26及びナット30の代わりに、ネジ穴の雌ねじと螺合する座付ボルトを用いても良い。本発明に用いられる距離調整機構として、長さを調整できる、(例えば、伸縮自在な)保持部材を用いても良い。例えば、雌ねじのねじ穴を持つ棒状の雌ねじ部材と、雄ねじが形成された棒状の雄ねじ部材と有するスペーサを用いても良い。この距離調整機構付きスペーサでは、雄ねじ部材の雄ねじを雌ねじ部材の雌ねじに螺合させて、高さを調整することができる。
本発明の防音構造は、基本的に以上のように構成されるので、以下のような効果を奏する。
本発明の防音構造においては、ダクト等の開口部に吸音体を配置する防音構造において、開口部の内壁面と吸音体の膜面との間の離間距離を、開口部内を通過する防音対象の音の遮断周波数に応じた距離にすることができる。
本発明の防音構造においては、ダクト等の開口部に吸音体を配置する防音構造において、開口部の内壁面と吸音体の膜面との距離に応じて、開口部内を通過する防音対象の音の遮断周波数を制御できる。
また、本発明の防音構造においては、わずかな隙間であっても、片側を壁面に密着した構造に比べると大きな吸音特性が得られるという新たな効果を得ることができる。
ここで、図1及び図2に示す防音構造10の各構成要素の材料及びサイズが以下の通りである時、防音構造10の管体22の一方の開口22aからスピーカによる平面波を入射させ、他方の開口22aから出る音(音圧)をマイクロフォンで計測する計算機シミュレーションを行った。このシミュレーションは、管体22の内周側の壁面(以下、底壁面ともいう)と、防音セル18の膜16aとの距離を変えて行った。この実験結果から、管体22の底壁面と、防音セル18の膜16aとの距離を変えた時の防音構造10の吸音特性(周波数(Hz)に対する吸収率)を求めた。
防音構造10の防音セル18の枠14は、アクリル製である。枠14の孔部12の平面視の正方形の一辺の長さが30mmであり、枠14の幅が2mmであり、枠14Aの高さ(又は厚み)が20mmである。枠14の孔部12の両端面に固定された膜16(16a、及び16b)は、厚さ180μmのPET(ポリエチレンテレフタレート)製である。管体22は、アクリル製であり、開口22aのサイズが、高さ60mm×幅68mmである。
管体22の底壁面と、防音セル18の膜16aの膜面との距離は、0mm(密着)、及び0.1mmから20mmまで変化させた。
こうして得られた結果を図16〜図17、及び表1に示す。
ここで、図16は、本発明の防音構造において、開口部(管体22)の壁面と、防音セル(18)の膜(16a)の膜面との距離(離間距離)を、保持部材として音響的に影響のない直径1mmの長さの異なるピンを用いて調整して、0.1mm、1mm、及び20mm(中央に配置)に変化させた時の周波数と吸収率との関係の一例を示すグラフである。
図17は、本発明の防音構造において、開口部(管体22)の壁面と、防音セル(18)の膜(16a)の膜面との距離(離間距離)を、保持部材として音響的に影響のない直径1mmの長さの異なるピンを用いて調整して、1mm、2mm、3mm、5mm、7mm、及び20mm(中央に配置)に変化させた時の周波数と吸収率との関係の一例を示すグラフである。
表1は、図17に示すグラフの各離間距離において吸収率が最大となる最大吸収率と、最大吸収率を示す吸収ピーク周波数とを示す。
図16〜図17、及び表1から、離間距離が20mm(中央に配置)に対して、3mm以下にすることで、吸収ピーク周波数が20Hz以上低周波化していることが分かる。したがって、吸収ピーク周波数を低周波化させるためには、離間距離が近い方が望ましい。
そこで、離間距離が2mm以下で得られた結果を図18〜図19、及び表2に示す。
図18は、本発明の防音構造において、開口部(管体22)の壁面と、防音セル(18)の膜(16a)の膜面との距離(離間距離)を0mm(密着)、0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.5mm、0.7mm、1mm、及び2mmに変化させた時の最大吸収率を示す吸収ピーク周波数を示すグラフである。
図19は、本発明の防音構造において、開口部(管体22)の壁面と、防音セル(18)の膜(16a)の膜面との距離(離間距離)を0mm(密着)、0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.5mm、0.7mm、1mm、及び2mmに変化させた時の最大吸収率を示すグラフである。
表2は、図18、及び図19に示すグラフの各離間距離において吸収率が最大となる最大吸収率と、最大吸収率を示す吸収ピーク周波数とを示す。
図16〜図19、及び表1〜表2から、離間距離が0mmの時(即ち、両面膜16(16a、及び16b)の内の管体22の壁面側の膜16aの膜面が管体22の壁面に密着している時)に比べて、離間距離がわずか0.1mmの時(即ち、膜16aの膜面が管体22の壁面から僅かに離れている時)の方が、高い吸収率を示すことが分かる。
また、図16〜図19、及び表1〜表2から、離間距離が20mmから0.1mmまで短くなるにつれて、吸収率は少し低下するものの最大吸収率を示す吸収ピーク周波数が1020Hzから885Hzまで低周波数化することが分かる。
特に、図17〜図19、及び表1〜表2から、離間距離が0.1mm〜1.0mmの場合には、離間距離が短くなるにつれ、最大吸収率が低下するが、吸収ピーク周波数は大きく低周波化することが分かる。また、離間距離が1.0mm〜3.0mmの場合には、最大吸収率も、吸収ピーク周波数も変化が少ないことが分かる。
次に、図7〜図12に示す板状のスペーサ20A及び20Bを用いた場合の効果について調べた。
まず、上記形状、寸法、及び材料の防音セル18の膜16aの3辺(枠14相当部分)に、図11に示すように、それぞれ高さ1mm、長さ34mm、厚み2mmのスペーサ20A(スペーサ20Bも同一寸法であるので、スペーサ20Aで代表する)を取り付けて、管体22の壁面に固定して、本発明の防音構造を作製した。スペーサ20Aが取り付けられていない1辺の間隙が音(平面波)の進行方向の上流側に来るようにして、上述の実験と同様の実験を行い、この防音構造の防音特性(周波数特性)を測定した。
図20にその結果を示す。
図20は、この実験のように、防音セル18の膜16aの3辺にスペーサ20Aを取り付けた(スペーサありの)場合の防音特性(吸収率と周波数(Hz)との関係)を点線で、上述の実験のように板状のスペーサ20Aを用いないで音響的に影響のない直径1mmのピンを用いた(スペーサなしの)場合の防音特性を実線で示すグラフである。スペーサありの場合は、図11に示す防音構造に相当し、スペーサなしの場合は、図1及び図2において音響的に影響のない直径1mmのピンを用いた場合に相当する。
図20から、スペーサありの場合の方が、最大吸収率は少し低下するものの、確実に吸収ピーク周波数は低周波化することが分かる。即ち、管体22の壁面からの離間距離が変化しなくても、スペーサを介して管体22の壁面に防音セル18の膜16aの表面を固定することで、周波数が低下することが分かる。
続いて、以下に示す防音構造E1〜E8の防音特性(周波数特性)を測定した。
防音構造E1は、防音セル18の枠14の孔部12の片面が膜16で、もう片面が板状体(片面板)で、片面板が管体22の壁面に向いて、離間距離1mmの防音構造である。
防音構造E2は、上述の図11に相当する防音構造で、防音セル18の膜16aの3辺に板状のスペーサ20Aが取り付けられており、スペーサ20Aが取り付けられていない1辺の間隙が音の進行方向の上流側に向けられており、離間距離1mmの防音構造である。
防音構造E3は、図12に相当する防音構造で、防音構造E2と同様なスペーサ20Aの取付構造で、スペーサ20Aが取り付けられていない1辺の間隙が音の進行方向の下流側に向けられており、離間距離1mmの防音構造である。
防音構造E4は、図10に相当する防音構造で、防音セル18の膜16aの対向する2辺に板状のスペーサ20Aが取り付けられており、スペーサ20Aが音の進行方向と対向しており、離間距離1mmの防音構造である。
防音構造E5は、図9に相当する防音構造で、防音セル18の膜16aの対向する2辺に板状のスペーサ20Aが取り付けられており、スペーサ20Aが取り付けられていない2辺を音の進行方向に向けられており、離間距離1mmの防音構造である。
防音構造E6、E7、及びE8は、それぞれ図1に相当する防音構造で、図示されていないが、より音響的に影響を与えないように、所定長さの直径1mmのピンを枠四隅に立てて距離を保つ構造で、離間距離が1mm、2mm、及び20mmの防音構造である。
防音構造E1〜E8の吸収ピーク周波数(Hz)と、最大吸収率との関係を図21に示す。図21には、それぞれの防音構造E1〜E8の吸収ピーク周波数(Hz)と最大吸収率とを表わす点をそれぞれ符号E1〜E8で表し、参考のため、説明図及び説明も添付した。
また、図22に、上記防音構造E1、E2、E6、及びE8の透過率の周波数特性を示し、図23に、上記防音構造E1、E2、E6、及びE8の吸収率の周波数特性を示す。
図21〜図23から以下のことが分かる。
防音構造E1のように、片面板、及び片面膜である場合には、吸収ピーク周波数は低いものの、最大吸収率は大幅に低く、透過率は大幅に高いことが分かる。即ち、片面板、及び片面膜の防音構造と比較して、両面膜の防音構造の方が、吸収率が大きく、透過率は低いことが分かる。
防音構造E2〜E6のように、防音セルの膜に取り付けるスペーサの数が多い方が、吸収ピーク周波数は低周波化することが分かる。
また、防音セルの膜に取り付けるスペーサの数が同じ場合、音の入射側(進行方向上流側)と反対側(即ち、進行方向下流側)にスペーサがある方が、吸収率が大きいことが分かる。
図3〜図15に示す例では、スペーサを用いて、開口部(管体)の壁面と防音セルの膜(壁面側の膜)の表面との距離を確保している。しかし、本発明は、これに限定されず、開口部の壁面が、角部、又は湾曲部を有する形状(例えば、多角形、円形、又は楕円形等)である時、1つ以上の防音セルの壁面側の膜を、壁面の角部、又は湾曲部を跨ぐように配置して、両者間の距離を確保しても良い。
以下に、本発明の防音構造を持つ防音構造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]
建材あるいは機器内防音材として本発明の防音構造を持つ防音構造を使用する場合、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。
[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))、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、もしくはアルミニウム等の金属、セラミック等の無機材料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、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。これら接着を膜又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。
[耐候、及び耐光性]
屋外あるいは光が差す場所に本発明の防音構造を持つ防音構造が配置された場合、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、もしくはアルミニウム等の金属、セラミック等の無機材料、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。
[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、又は付着したゴミ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))、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、及び光触媒性を有するスプレー、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。
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、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。
さらに、本発明の防音構造では、防音構造側面で風をさえぎることによる乱流の発生による影響(膜への風圧、風切り音)を抑制するため、防音構造側面に風Wを整流する整流板等の整流機構を設けることが好ましい。
[ユニットセルの組合せ]
図1〜図2に示す本発明の防音構造10は、1つの枠14とそれに取り付けられた1枚の膜16とを持つ単位ユニットセルとしての1つの防音セル18からなる。しかし、本発明の防音構造においては、複数の単位ユニットセルを用いても良い。この場合に、複数の単位ユニットセルを独立してかつ目的の周波数に応じて用いても良く、各単位ユニットセル毎に開口部の壁面との間の離間距離を変えても良い。一方、本発明の防音構造は、複数の枠が連続した1つの枠体、1つの枠体の複数の枠のそれぞれの孔部に取り付けられる複数の膜が連続したシート状膜体と、を有する、予め一体化された複数の防音セルからなるものであっても良い。本発明の防音構造は、このように、単位ユニットセルを独立に使用する防音構造であっても良いし、予め複数の防音セルが一体化された防音構造であっても良いし、又は複数の単位ユニットセルを連結させて使用する複数の防音セルからなる防音構造であっても良い。なお、複数の単位ユニットセルを連結させて一体化した防音構造では、複数の単位ユニットセルとして目的の周波数に応じて異なるものを使用しても良い。この場合には、各単位ユニットセル毎に開口部の壁面との間の離間距離を変えても良い。
複数の単位ユニットセルの連結の方法としては、枠にマジックテープ(登録商標)、磁石、ボタン、吸盤、又は凹凸部を取り付けて組み合わせてもよいし、テープなどを用いて複数の単位ユニットセルを連結させることもできる。
[配置]
本発明の防音構造が有する防音セルを壁等に簡易に取り付け、又は取り外しできるようにするため、防音構造の防音セル又はスペーサなどの保持部材に磁性体、マジックテープ(登録商標)、ボタン、又は吸盤などからなる脱着機構が取り付けられていることが好ましい。
[枠機械強度]
本発明の防音構造を有する防音構造のサイズが大きくなるにつれ、枠が振動しやすくなり、膜振動に対し固定端としての機能が低下する。そのため、枠の厚みを増して枠剛性を高めることが好ましい。しかし、枠の厚みを増すと防音構造の質量が増し、軽量である本防音構造の利点が低下していく。
そのため、高い剛性を維持したまま質量の増加を低減するために、枠に孔又は溝を形成することが好ましい。
また、面内の枠厚みを変える、又は組合せることで、高剛性を確保し、軽量化を図ることもできる。こうすることにより、高剛性化と軽量化を両立することができる。
本発明の防音構造は、以下のような防音構造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構造としては、
建材用防音構造:建材用として使用する防音構造、
空気調和設備用防音構造: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構造、
外部開口部用防音構造:部屋の窓に設置し、室内又は室外からの騒音を防ぐ防音構造、
天井用防音構造:室内の天井に設置され、室内の音響を制御する防音構造、
床用防音構造:床に設置され、室内の音響を制御する防音構造、
内部開口部用防音構造: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構造、
トイレ用防音構造:トイレ内又はドア(室内外)部に設置、トイレからの騒音を防ぐ防音構造、
バルコニー用防音構造:バルコニーに設置し、自分のバルコニー又は隣のバルコニーからの騒音を防ぐ防音構造、
室内調音用部材:部屋の音響を制御するための防音構造、
簡易防音室部材:簡易に組み立て可能で、移動も簡易な防音構造、
ペット用防音室部材:ペットの部屋を囲い、騒音を防ぐ防音構造、
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構造、
工事現場用仮囲い用の防音構造:工事現場を覆い周囲に騒音の漏れを防ぐ防音構造、
トンネル用の防音構造:トンネル内に設置し、トンネル内部及び外部に漏れる騒音を防ぐ防音構造、等を挙げることができる。
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。
10、10A、10B、10C 防音構造
12、12A 孔部
14、14A 枠
16、16a、16b、16c、16d、16A 膜
18、18A 防音セル
20、20A、20B スペーサ
22、32 管体
22a 開口
22b 開口断面
24 距離調整機構
26 ねじ
28 側板
28a 長穴
30 ナット

Claims (12)

  1. 相対する両面に貫通する孔部を有する枠と、前記枠の少なくとも一方の面に固定された少なくとも1枚の膜とからなる防音セルを有する防音構造であって、
    前記防音セルは、2つの空間を隔てる壁の開口部に、前記少なくとも1枚の膜の表面を前記開口部の開口断面に対し傾け、通気部を設けた状態で配置され、
    前記少なくとも1枚の膜の内の前記開口部の壁面の側にある膜の表面は前記壁面から離れている部分を有し、
    前記開口部の壁面の側にある膜の表面と前記壁面との間の距離は、0.1mm以上であり、かつ防音のスペクトルピークにおける吸収ピーク周波数に応じて設定された距離である防音構造。
  2. 前記開口部の壁面の側にある膜の表面と前記壁面との間の距離は、20mm以下である請求項1に記載の防音構造。
  3. 前記少なくとも1枚の膜は、前記枠の両面に固定された2枚の膜である請求項1又は2に記載の防音構造。
  4. 前記開口部の壁面の側にある膜の表面と前記壁面との間の距離が小さくなるにつれて、前記吸収ピーク周波数は、小さくなる請求項1〜3のいずれか1項に記載の防音構造。
  5. 前記開口部の壁面の側にある膜の表面と前記壁面との間にスペーサを有し、
    前記防音セルは、前記スペーサを介して前記壁面に固定され、
    前記スペーサは、少なくとも1部分が外部から音が入りこむ間隙を有する請求項1〜4のいずれか1項に記載の防音構造。
  6. 前記スペーサは、複数の柱状体である請求項5に記載の防音構造。
  7. 音は、前記開口部の一方の開口端から入射し、他方の開口端から出射するように伝播するものであり、
    前記スペーサは、複数の板状体である請求項5に記載の防音構造。
  8. 前記板状体は、前記音の入射方向に対向するように配置される請求項7に記載の防音構造。
  9. 前記板状体は、前記音の入射方向に沿うように配置される請求項7に記載の防音構造。
  10. 前記スペーサと前記防音セルとは、一体となっている構造である請求項5〜9のいずれか1項に記載の防音構造。
  11. 前記開口部の壁面の側にある膜の表面と前記壁面との間の距離は、調整可能である請求項1〜10のいずれか1項に記載の防音構造。
  12. 前記開口部の壁面の側にある膜の表面と前記壁面との間のなす角度は、調整可能である請求項1〜11のいずれか1項に記載の防音構造。
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