JP2002235304A - 吸音機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 吸音材料と該吸音材料の背後の空間とを備え
た吸音機構において、斜入射成分に対する低域での吸音
特性を向上させ、また、入射角度の違いによる吸音率の
違いを是正することある。 【解決手段】 吸音材料１，２０１…の背後の空間は所
定の仕切り幅Ｗで周期的に仕切られており、(C/W)/(1+s
inθ)で示される入射角４５度の入射音が示す一次ディ
ップ周波数が、入射角１５度以下の入射音における乱入
射吸音率のピーク以下であり、かつ該ピークの値に対し
て前記乱入射吸音率が７５％以上である周波数領域に設
定されていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、道路防音、鉄道防
音、工事現場の防音、工場の防音、住宅の防音、公共施
設や娯楽施設の防音、ダクトやトンネルの防音、音響特
性を調整するための吸音、その他、音を吸音する必要が
ある箇所に配置される吸音機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】高速道路や鉄道における防音手段とし
て、数々の吸音装置が知られている。

【０００３】その一例として、図１に示すような金属繊
維を板状に圧縮成形した多孔質吸音材料１の背後に、所
定の厚さｔの背後空気層２を配置した吸音構造が知られ
ている。

【０００４】通常は、単に所定の厚さｔを有する単純な
空気層が作用され、その厚さｔによって吸音周波数のピ
ークが概略決まるものとなっている。

【０００５】図２に示すグラフは、図１に示す構造を有
する吸音構造において、ｔ＝50mm、多孔質吸音材料とし
て直径＝100μmのアルミニウム繊維に有機バインダーを
加えて板状に圧縮成形した厚さ＝1.5mm、面密度＝2000g
/m²のものを用いた場合の吸音特性を示すものである。

【０００６】図２には、音波の入射角毎における吸音特
性が示されている。ここで、縦軸は吸音率、横軸は周波
数を示す（以下、同じ）。なお、図２に示す吸音特性
は、コンピューターシミュレーションによって得たもの
である。このコンピューターシミュレーションにより得
られる吸音特性は、実測で得られる吸音特性とぼぼ同一
であり、音響設計手段として有効に利用できることが確
かめられている。

【０００７】なお、入射角度は、吸音面に垂直な線（法
線）からなす角として定義される。例えば、吸音面に垂
直に入射する音波の入射角は０度である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】図２に示す吸音特性を
有する図１の吸音構造においては、低域での吸音特性を
向上させることが課題となる。

【０００９】一般的に、図１に示す構造において、低域
での吸音特性を高めるには、背後空気層２の厚みｔを大
きくすればよい。

【００１０】しかし、吸音構造体が配設されるのは、各
種の壁や高速道路の側壁等である場合が多く、その厚さ
は制限される。従って、低域の吸音特性を高めるため
に、背後空気層２の厚さｔを必要とする寸法まで大きく
することは一般には困難な場合が多い。

【００１１】また、図１の構造における他の問題とし
て、図２に示されるように入射角が大きくなると、吸音
特性がより高域にシフトし、入射角によって吸音率の周
波数特性がずれてしまう点がある。

【００１２】この問題は、乱入射吸音率（２π空間から
乱入射する音波に対する平均吸音率、統計吸音率ともい
う）の低域での吸音率を低下させる要因であり、改善さ
れることが望まれる。

【００１３】また、吸音せんとする音波は、あらゆる方
向から入射するものであり、広い入射角度にわたって同
じような吸音特性を示す方が吸音構造としては好まし
い。

【００１４】例えば、図２に示す吸音特性では、４５度
の角度で入射する音波に対する吸音率が０度の角度で入
射する音波の吸音率に比較して、1250Hz以下の音域にお
いて著しく低下しているが、この４５度入射成分に対し
ても０度入射成分と同様な吸音特性を示すことが理想的
である。また、そうすることで、吸音率を各角度の入射
音波において平均化し、乱入射吸音率とした場合におい
て、低域の吸音率を向上させることができることにもな
る。

【００１５】図１に示すような基本構造を有する吸音機
構において、吸音特性を改善する構造として、図１２に
示す特許第２８１５５４２号公報に示すようなものが知
られている。この特許は斜入射する音波を考慮したもの
で、背後空気層１０を仕切り板１１，１１…により複数
の独立空間１２，１２…に仕切ることにより、吸音特性
を高めようとするものである。図中、１３は吸音板、１
４は遮音部である。

【００１６】しかしながら、上記特許公報に記載された
構造では、図１３のグラフに示すように高域の吸音特性
が改善されるだけで低域の吸音特性は改善されていな
い。また、該公報の記載からは、図２に示すような斜入
射成分の吸音特性の高域へのシフトが是正されているか
不明である。

【００１７】本発明は、図１に示すような基本構造を有
する吸音機構において、斜入射成分に対する低域での吸
音特性を向上させ、また、入射角度の違いによる吸音率
の違いを是正することを解決するべき課題とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明者らの研究によれ
ば、板状の吸音材料と背後空気層とからなる図１に示す
ような構造の吸音機構において、背後空気層を所定の寸
法周期の仕切り幅Ｗで仕切ることで、斜入射成分の低域
での吸音率を垂直入射成分以上に改善でき、同時に入射
角度の違いによる吸音特性の違いを是正できることを見
いだし、本発明を得るに至った。

【００１９】即ち、本発明の第１の発明は、吸音材料と
該吸音材料の背後の空間とを備えた吸音機構であって、
前記空間は所定の仕切り幅Ｗで周期的に仕切られてお
り、(C/W)/(1+sinθ)で示される入射角４５度の入射音
が示す一次ディップ周波数が、垂直入射吸音率のピーク
以下であり、かつ該ピークの値に対して前記垂直入射吸
音率が７５％以上である周波数領域に設定されているこ
とを特徴とする吸音機構であることを要旨とする。

【００２０】第１の発明における用語の意味は、以下の
通りである。

【００２１】「ディップ周波数」というのは、吸音材料
背後の空間を仕切ることで特定の斜入射成分に対する吸
音特性に発生する部分的な吸音率の落ち込み部分の周波
数のことである。

【００２２】「乱入射吸音率」というのは、吸音面に乱
入射する音波に対する吸音率のことであり、残響室にお
いて測定された乱入射吸音率のことを残響室法吸音率と
呼ぶ。乱入射吸音率は、背後からの音波の回り込みを無
視した場合における２π空間から入射する音波の吸音率
を平均化したものとして算出される。

【００２３】本発明においては、ディップ周波数の設定
は、４５度入射成分を対象として行う。これは、乱入射
吸音率は確率的に４５度入射の影響が大きいので、４５
度入射成分の吸音特性を制御することで、乱入射吸音率
の吸音特性をほぼ決めることができるからである。

【００２４】本発明において、入射角４５度の入射音が
示す一次ディップ周波数を垂直入射音に比較して決定す
るのは、仕切りがない場合において、大きい入射角の入
射音波が示す吸音周波数特性が、図２に示すように高周
波数側にシフトしている影響を排除するためである。

【００２５】入射角４５度の入射音が示す一次ディップ
周波数を垂直入射吸音率のピークの値以下とするのは、
本発明の目的が、吸音機構が示す乱入射吸音率の低域側
を改善すること、及び斜入射成分の吸音特性と垂直入射
成分のそれとの違いを是正することにあり、入射角４５
度における入射音の低域側の吸音率を高めることが発明
の目的達成のために重要だからである。

【００２６】また、入射角４５度の入射音が示す一次デ
ィップ周波数を垂直入射吸音率のピークの値に対して７
５％以上の周波数領域に設定するのは、その範囲以下で
は、ディップ周波数の発生による吸音率の落ち込みの影
響により乱入射吸音率の低域における吸音率の向上効果
が小さくなってしまうからである。また、ディップの２
次モードの悪影響が顕在化するからである。

【００２７】第１の発明は、所定の間隔で仕切り幅Ｗを
設けることで、斜入射成分における吸音率特性に特定の
周波数での吸音率の落ち込み（ディップ）が生じ、この
ディップが生じた周波数の低域側においては吸音率の劇
的な改善が得られる現象を利用したものである。

【００２８】即ち、第１の発明の基本的な考え方は、各
入射角成分の吸音率特性を平均化することで得られる乱
入射吸音率の低域での吸音率の向上させるために、ディ
ップ周波数の生成によって生じる斜入射成分の低域での
吸音率の向上に着目し、この斜入射成分の低域での吸音
率を向上させるのに効果的で、かつ斜入射吸音特性に悪
影響を与えないディップ周波数の適当な設定を、仕切り
幅Ｗを所定の条件に従って設定することで行い、結果と
して乱入射吸音率の低域での吸音特性を改善するもので
ある。

【００２９】換言すれば、斜入射成分におけるディップ
周波数の低周波側での吸音率の向上効果を利用したもの
であって、ディップ周波数での吸音率の落ち込みによる
影響が乱入射吸音率に極力及ばないようし、かつディッ
プ周波数の低域側における吸音率の向上効果を最大限得
るために、ディップ周波数の設定を特定の周波数範囲に
限定したものである。

【００３０】第１の発明によれば、斜入射成分として確
率的に最も影響の大きい４５度入射成分の低域での吸音
率を最大で３倍程度高めることができ、さらに、垂直入
射成分（０度入射成分）に対する吸音特性（吸音率の周
波数特性）の違いを是正することができる。そして、斜
入射成分の低域での吸音率を向上させることができるの
で、乱入射吸音率における低域側の吸音率を改善するこ
とができ、広い周波数範囲にわたり高い吸音率を有する
吸音機構を得ることができる。

【００３１】なお、ここでいう「低域」とは、相対的に
低域側という意味であり、どの帯域に吸音のピークを設
定するかによって、その音域は異なるものとなる。

【００３２】第２の発明は、第１の発明において、仕切
り幅Ｗが所定の幅でもって設定されていることを特徴と
する。

【００３３】第２の発明は、例えば所定の寸法から１０
％以内の範囲内において、仕切り幅Ｗの値をばらけさせ
る場合のことを規定したものである。

【００３４】第２の発明によれば、ディップ周波数をあ
る程度の幅で設定することができるので、吸音特性の凹
凸をならすことができる。

【００３５】第３の発明は、第１または第２の発明にお
いて、異なる値の仕切り幅Ｗが複数設定され、それらが
組み合わされていることを特徴とする。

【００３６】第３の発明によれば、ディップ周波数を複
数設定することで、そのマイナス面を小さくしたり、よ
り広い周波数範囲で吸音を行うことができる吸音機構を
得ることができる。

【００３７】第４の発明は、第１乃至第３の発明におい
て、背後の空間がヘルムホルツ共鳴を基本原理とした共
鳴機構の開口部であることを特徴とする。

【００３８】ヘルムホルツ共鳴を基本原理とした共鳴機
構を用いた吸音は、開口、該開口でもって外部と連通し
た閉鎖空間でもって構成され、共鳴に必要とされる閉鎖
空間の容積と開口の面積及びその深さで吸音周波数が決
まるので、厚さの寸法が制限された吸音装置において、
より低域まで吸音を行えるものが得られる。

【００３９】第５の発明は、仕切りが縦横に升目状に配
置されていることを特徴とする。

【００４０】本発明では、仕切り板を配置することによ
って、低域における吸音率を向上できるので、ここにさ
らにヘルムホルツ共鳴を基本原理とした共鳴機構に組み
合わせることで、低域での吸音特性をより高いものとで
きる。

【００４１】図１に示す構造において、仕切り板３を配
置し、仕切り幅Ｗの複数の小空間に背後空気層２を仕切
り、図３のような構造とした場合、図４及び図５に示す
ように仕切り幅Ｗの寸法によって、吸音特性が変化す
る。

【００４２】なお、図示する吸音特性は、直径＝100μm
のアルミニウム繊維に有機バインダーを加え、板状に圧
縮成形することで得た厚さ＝1.5mm、面密度＝2000g/m²
の板状吸音材料１と、その背後の厚さt=50mmの背後空気
層２を備え、さらに背後空気層２を厚さ＝１mmのアルミ
ニウム板３によって、一方向に仕切り幅Ｗ＝300mm、ま
たは仕切り幅Ｗ＝250mmでもって仕切った構造のもので
ある。

【００４３】また、図４及び図５に示す吸音特性は、仕
切り板３と直角な方向から入射する音波ａの吸音率に関
するもので、仕切り板３の配列方向における入射音波ａ
だけを対象として考えた場合のものである。即ち、仕切
り板３に平行な方向から入射する音波ｂを無視した条件
設定において、コンピューターシミュレーションにより
算出された音響特性である。なお、このコンピューター
シミュレーションで得られた吸音特性と実際の吸音特性
とは、高い精度で一致することが確認されている。

【００４４】図３と図１とに示す吸音構造との違いは、
仕切り板３があるかないかの違いだけである。それにも
係わらず図２と図４及び図５とを比較すれば明らかなよ
うに、主に斜入射成分の吸音率が大きく異なる。

【００４５】即ち、図４及び図５に示す特性では、図２
に示す特性に比較して、斜入射成分の低域での吸音率が
大きく改善されている。例えば、周波数によっては３倍
程度改善されている。

【００４６】図２に示す吸音特性と図４及び図５に示す
吸音特性とを比較すると、下記のことが分かる。

【００４７】 図４及び図５に示す吸音特性では、斜
入射成分（特に４５度入射成分）において、部分的に吸
音率が低下する大きなディップ（落ち込み）が存在する
（以下、このディップ部分の周波数を「ディップ周波
数」と定義する）。 ディップ周波数の直前（低域側）において、吸音率
が高まり、それに引っ張られるようにして当該入射角音
波に対する低域全体の吸音率が増加する。 ディップ周波数は入射角によって異なり、その周波
数ｆは、以下のように示される。f=ｎ(C/W)/(1+sinθ)
…… 式(1) で示される。ここで、n：１,２,３・・、Ｃ：音速、
Ｗ：仕切り幅間隔、θ：入射角である。

【００４８】仕切り板３を設けることで、斜入射成分に
ディップが生じるのは、以下の理由による。

【００４９】周期壁で散乱・反射される音波を考えた場
合、反射波は、壁の周期・音波の波長・音波の入射角に
よって決まる、いくつかの特定の方向だけに伝搬するモ
ードを有し（これを伝搬モードという）、この伝搬モー
ドの数が増加する周波数がディップ周波数に相当する。

【００５０】この伝搬モードは、前述した式(1)で示さ
れる特定の周波数で生成される。そして、ディップ周波
数の低域側では、伝搬モードが生成されず、即ち反射波
は生成されず、逆に周期壁に捕まる音波の割合が増え、
吸収効率が高まる。

【００５１】即ち、上記式(1)で求められる伝搬モード
の数が増加する周波数（ディップ周波数）においては、
伝搬モードの増加によって反射波成分が強くなり、その
分吸音率が低下するが、ディップ周波数より低い周波数
領域では伝搬モードが形成されず、周期壁が存在するこ
とで、より吸音が行われ易くなる状態となる。

【００５２】なお、図３に示す構造において、仕切り板
３の厚みを無視すると、その存在は入射角０度（垂直入
射）の音波に対して無視できないから、垂直入射音波に
対しては上記伝搬モードの議論は関係ない。従って、デ
ィップ周波数の存在は、入射角０度以外の斜入射成分に
おいては問題となると考えてよい。

【００５３】本発明は、周期的に配置された障壁に音波
が斜入射した場合、障壁の間隔Ｗに関係した所定の周波
数において伝搬モードが生成され、その伝搬モードが生
成される周波数では吸音率が低下するディップを生じる
が、その低域側では吸音率が大きく向上する現象を利用
し、このディップ周波数と垂直入射吸音率の周波数特性
との関係を所定のものとすることで、乱入射吸音率がよ
り低域まで伸び、広い周波数範囲にわたって高い吸音率
を示す吸音機構を提供するものである。

【００５４】本発明が適用できる吸音原理としては、吸
音材料と背後空気層とで構成される図３で示されるよう
な古典的な吸音機構以外に、ヘルムホルツ共鳴を基本原
理とし、開口部に吸音材料を配置した吸音機構を採用す
ることもできる。

【００５５】

【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施形態として
は、繊維状金属材料を板状に圧縮した板状吸音材料で一
面を塞いだ金属製の箱状構造体であって、内部が縦横に
金属板で仕切られた構造を挙げることができる。

【００５６】この構造では、全て金属材料で構成され、
従来多用されていたガラスウール等のセラミックス繊維
材料を吸音材として用いないので、次の優位性がある。 リサイクル性に優れる。 吸音パネルの取付け時や取外し時における作業環境
が悪化しない。 吸音パネルを道路防音用等に用いた場合において、
交通事故等により吸音パネルが破損した場合でも、繊維
材料の飛散がない。 セラミックス繊維材料を用いた場合に問題となる長
期使用時における繊維の「へたり」や「劣化」といった
問題がない。特に、水分による性能低下がない。 セラミックス繊維を用いないので、体育館等の公共
施設に安心して利用できる。

【００５７】また、吸音パネルの内部を仕切る仕切り板
が支持板の役目も果たし、吸音パネルが仕切り板によっ
て補強されるので、極めて強固な構造とすることができ
る。

【００５８】吸音材料としては、金属繊維材料以外に音
響的に抵抗性がある各種多孔質吸音材料を用いることが
できる。

【００５９】仕切り幅Ｗの間隔は、下記のように決めら
れる。

【００６０】まず、吸音パネルの厚さを決める。これ
は、吸音パネルの設置場所等の条件によって決めればよ
い。

【００６１】吸音パネルの厚さが決まれば、背後空気層
の厚さが決まり、それにより垂直入射吸音率のピークが
決まる。一般には、垂直入射音の吸音率のピーク周波数
を測定あるいはシミュレーションにより求めればよい。

【００６２】次に、上記ピーク周波数より低域側におい
て、吸音率が７５%まで低下する範囲の周波数領域から
特定の周波数ｆを選択する。そして、式(1)のｆ＝(C/W)
/(1+sinθ)から仕切り幅Ｗを求める。ここで、θ＝４５
度、Ｃ＝音速を代入する。

【００６３】こうして仕切り幅Ｗを求めたら、所定間隔
の仕切り幅Ｗで背後空気層が仕切られ、表面に吸音材料
が配置された吸音パネルを得る。

【００６４】仕切り板としては、非通気性のもの、ある
いは音響的に障壁となる材質のものを用いるのが一般的
だが、吸音性の材料を用いても良い。

【００６５】背後空気層の仕切り方は、一方向のみであ
ってもまた縦横に升目状であってもよい。仕切り方が一
方向のみであると、図３（Ｂ）に示すような仕切り板３
に垂直な方向からの斜入射成分ａにしか発明の効果が得
られないが、縦横に升目状に仕切ると吸音面に平行なあ
らゆる方向からの斜入射成分に対して発明の効果が得ら
れる。

【００６６】また、仕切り幅Ｗの間隔は、全て同じとせ
ず、異なる寸法のものを複数組み合わせても良い。

【００６７】ここで示した仕切り幅Ｗの間隔の算出方法
は、ヘルムホルツ共鳴を基本原理とした吸音機構におい
ても同様に適用できる。その場合は、まず垂直入射吸音
率のピークを求め、その後に上述したのと同じ方法によ
り、仕切り幅Ｗの間隔を決めればよい。

【００６８】本発明は、それ自身独立した構造を有する
吸音パネルのような構造体に適用する以外に、壁や天井
面を構造の一部に利用することで、壁や天井面に吸音機
構を組み付けた吸音構造に利用することもできる。

【００６９】また、吸音面が完全な平面体ではなく、湾
曲しているような構造のものに適用することもできる。

【００７０】また、吸音面の全ての領域で本発明を実施
するのではなく、その一部で本発明を利用し、他の吸音
機構と複合化あるいは併用するような構造としてもよ
い。

【００７１】

【実施例１】図３に示すのは、直径＝100μmのアルミニ
ウム繊維に有機バインダーを加え、板状に圧縮成形する
ことで得た厚さ＝1.5mm、面密度＝2000g/m²の板状吸音
材料１と、その背後の厚さt=50mmの背後空気層２を備
え、さらに背後空気層２を厚さ＝１mmのアルミニウム板
製の仕切り板３によって一方向に仕切り幅Ｗ＝300mm、
または幅Ｗ＝250mmでもって仕切った構造を有する吸音
構造である。

【００７２】この構造では、垂直入射吸音率のピーク
は、1100Hz付近となる。また、そのピークから低域側に
おいて、吸音率が７５%まで低下するのは、約520Hzであ
る。

【００７３】本実施例では、仕切り板３に配列方向にお
ける入射音波ａだけを対象として考え、仕切り板３に平
行な方向から入射する入射音波ｂを無視した条件設定に
おいて、コンピューターシミュレーションにより算出さ
れた吸音特性を示す。なお、このコンピューターシミュ
レーションで得られた吸音特性と実際の吸音特性とは高
い精度で一致することが確認されている。

【００７４】図４に示す特性が得られた例では、４５度
入射の１次ディップ周波数を約670Hzに設定するため、
式(1)のｆ＝(C/W)n/(1+sinθ)式から算出される仕切り
幅Ｗ≒300mmとしたものである。

【００７５】なお、上式にf=670Hz、Ｃ（音速）=344m/
s、n=1、θ=45度を代入することで仕切り幅Ｗ≒300mmを
求めた。

【００７６】図２は、本実施例において、仕切り板３を
配置しなかった場合における吸音特性であるが、図２と
図４とを比較すると、入射角が１５度以下の吸音特性は
両者でほとんど変わらず、特に入射角が０度の吸音特性
は、両者で全く同一であることが分かる。

【００７７】また、ディップ周波数の決定に際し、比較
対象として垂直入射吸音特性を利用するのは、この仕切
り板３の有無に吸音特性が左右されないことに起因す
る。

【００７８】図４に示す吸音特性では、入射角３０度以
上の吸音特性が、ディップ周波数の影響があるとはい
え、ディップ周波数である約650Hz以下の低域側におい
て劇的に改善されていることが分かる。

【００７９】また、３０度入射と４５度入射の吸音特性
が、０度及び１５度入射の吸音特性に近づき、むしろ上
回ったものとなっていることが分かる。

【００８０】ディップ周波数付近では、３０度入射及び
４５度入射の吸音特性は悪化しているが、その値は図２
の従来構造に対応する値と同レベルであり、仕切り板３
を配置したことで、ディップ周波数領域の吸音率が低下
している訳ではない。

【００８１】また、1600Hz以上の高音域において、３０
度入射及び４５度入射の吸音特性が暴れているが、これ
も総合的な吸音特性に悪影響を与えるものではない。

【００８２】図５に示すのは、４５度入射のディップ周
波数を800Hzに設定するため、式(1)ｆ＝(C/W)ｎ/(1+sin
θ)式から得られた仕切り幅Ｗ≒250mmを採用した場合の
吸音特性である。なお、Ｃ（音速）=344m/s、n=1、θ=
４５度を代入することで仕切り幅Ｗ≒250mmを求めた。

【００８３】図５に示す吸音特性は、図４に示す吸音特
性より、斜入射成分の低域での吸音率が高まり、さらに
好ましいものとなっていることが分かる。

【００８４】図６に示すのは比較例の吸音特性であり、
上記実施例１において、４５度入射の１次ディップ周波
数を400Hzに設定した場合の吸音特性である。この場
合、仕切り幅Ｗ＝500mmとなる。

【００８５】前述したように、この場合における垂直入
射吸音率のピークは、1100Hz付近であり、そのピークか
ら低域側において、吸音率が７５%まで低下するのは、
約520Hz付近である。

【００８６】従って、この比較例は、発明で規定する範
囲500Hzより低い周波数領域400Hzに４５度入射の１次デ
ィップ周波数を設定したものといえる。

【００８７】図６を見れば分かるように、４５度入射の
１次ディップ周波数の設定が低すぎるので、斜入射成分
の低域での持ち上がり効果が有効に得られておらず、全
体として見た場合の低域の吸音率を高めるという効果が
十分に得られていない。

【００８８】また、４５度入射の２次ディップが周波数
800Hzに大きく現れ、１次及び２次のディップによるマ
イナス面が強く現れてしまっている。さらに、周波数45
0Hz付近に現れた３０度入射の１次ディップによる悪影
響が現れてしまっている。

【００８９】即ち、全体として、斜入射成分の１次ディ
ップ周波数の低域側で得られる吸音率の持ち上げ効果よ
り、ディップ周波数付近の落ち込み現象の方が顕著にな
ってしまっており、発明の効果が十分に現れていない。

【００９０】

【実施例２】図７に示すのは、アルミニウム繊維を圧縮
して板状にした吸音材料２０１と、上面が開放され五面
がアルミニウム金属板によって囲まれた箱状構造体２０
２でなる吸音パネルである。

【００９１】この吸音パネルは、アルミニウム金属製の
箱状構造体２０２の一面が板状の吸音材料２０１によっ
て塞がれた構造を有している。なお、図では、箱状構造
体２０２と板状の吸音材料２０１とが離れて記載されて
いるが、実際には両者が接合されており、背後空気層２
０６が構成されている。

【００９２】図７に示す吸音パネルで重要なのは、箱状
構造体２０２の内部が仕切り板２０３，２０４に縦横に
仕切られている点にある。

【００９３】この仕切り板２０３，２０４が存在するこ
とで、吸音面に平行なあらゆる方向から斜入射する音波
に対して仕切り板２０３，２０４を配置することの効果
が得られる。

【００９４】仕切り板２０３，２０４は、箱状構造体２
０２と同じアルミニウム材料で構成すればよい。ただ
し、これに限られるものではない。図７では、仕切り板
２０３及び２０４が箱状構造体２０２の底板２０５にま
で達する構造が示されているが、仕切り板２０３，２０
４は底面２０５にまで達していなくてもよい。また、縦
横の仕切り幅の間隔は、同じであっても異なっていても
よい。

【００９５】

【実施例３】図８に示すのは、通常の背後空気層を用い
た吸音構造と、ヘルムホルツ共鳴を基本原理として利用
した共鳴吸音構造とを組み合わせた吸音パネルに本発明
を利用した例である。この吸音パネルについては、本出
願人らによる出願である特願平１１−３０５４１２号に
詳細が記載されている。

【００９６】この構造では、図８にその概略分解構造を
示すように、五面が同様なアルミニウム金属板で囲まれ
た箱形構造体３０５の開放面に、実施例２と同様な材料
の板状吸音材料３０４が配置され、この吸音材料３０４
の背後に断面コの字形状の桁材３０２を配置した構造を
有している。

【００９７】この構造では、板状吸音材料３０４の背後
に長手立体形状の背後空気層３０６と、スリット状の開
口３０７とが設けられている。

【００９８】そして、桁材３０２の背後には、共鳴のた
めの空間３０８を有している。背後空気層３０６は、断
面コの字形状の桁材３０２の内部（コの字の内部）に形
成されており、板状の吸音材料３０４と一体となって吸
音を行う。この吸音作用は、通常の（吸音材料）＋（背
後空気層）の吸音構造によって行われるものであり、吸
音周波数のピークは、背後空気層３０６の厚さｔ₂で概
略決定される。

【００９９】共鳴のための空間３０８は、スリット状の
開口３０７と一体となってヘルムホルツ共鳴を基本原理
とした共鳴を行い、その際に板状吸音材料３０４の作用
もあり吸音が行われる。

【０１００】前者の吸音は、板状の吸音材料３０４が存
在する部分に背後空気層の厚さｔ₂できまる定在波の腹
（定在波における振幅の大きい部分）が存在すること
で、振動のエネルギーが吸音材料３０４と気体分子との
摩擦によって熱エネルギーに変換されることで行われ
る。

【０１０１】後者の吸音は、ヘルムホルツ共鳴を基本原
理とするもので、空間３０８の容積とスリット状の開口
３０７における開口面積及び開口３０７の深さＯ（空間
３０８の厚さは含まれない）で決まる共鳴周波数におい
て、開口３０７を激しく出入りする空気塊の運動エネル
ギーが吸音材料３０４で消費されることで行われる。

【０１０２】図８に示す構造では、上記２種類の吸音機
構によって、吸音が行われる。そして、その吸音特性は
それらを組み合わせたものとなる。

【０１０３】本実施例３においては、仕切り板３０１に
よって背後空気層３０６及びスリット形状の開口３０７
が一方向に仕切られている。なお、開口３０７におい
て、仕切り板３０１は空間３０８まで延存しておらず、
スリット状の開口３０７の内部のみを仕切る構造となっ
ている。なお、この仕切り板３０１及び桁材３０２の材
料は、上記実施例１，２と同様な材料のものを用いてい
る。

【０１０４】また、本実施例３においても、仕切り板３
０１の仕切り幅Ｗの間隔を本発明で規定される条件に従
って、所定の寸法に設定することで、斜入射成分の低域
側における吸音率を高めることができる。

【０１０５】即ち、垂直入射吸音特性（この吸音特性も
所定の周波数領域をピークとした特性を示す）を基準と
して、そのピークの低域側において、吸音率がピーク値
の７５％以上である領域にディップ周波数を設定し、前
述した式(1)から仕切り幅Ｗの間隔を算出すればよい。

【０１０６】なお、仕切り板３０１は、箱形構造体３０
５の底板３０９に達していてもよいし、達していなくて
もよい。

【０１０７】

【実施例４】実施例４は、仕切りの構造を各種用意し、
JIS A 1409に規定される残響室法吸音率の測定を行った
結果の例である。この残響室法吸音率は、乱入射吸音率
を残響室において用いて実際に測定したものに相当す
る。

【０１０８】ここでは、図９に示す仕切り構造を備えた
吸音パネル（Ａ）〜（Ｆ）を用意した。この内、吸音パ
ネル（Ａ）〜（Ｄ）が実施例４を示す構造であり、吸音
パネル（Ｅ）が実施例４の要件を満たさない構造であ
り、吸音パネル（Ｆ）が仕切りのない従来構造のもので
ある。

【０１０９】これら吸音パネルは、厚さ＝2mmの鋼板で
構成された幅＝500mm、長さ＝2000mmの一面が開放され
た深さ＝50mmの箱状構造体４０１，４０２…の開放面
に、アルミニウム繊維でなる板状吸音材料４１０を配置
したものを用い、その背後空気層４０８，４０８ａ…の
厚さ＝50mmとしてある。

【０１１０】板状吸音材料４１０は、直径＝100μmのア
ルミニウム繊維に有機バインダーを加えて圧縮し、厚さ
＝1.5mm、面密度＝2000g/m²とした板状多孔質材料を用
いた。

【０１１１】即ち、図９（Ａ）に示す吸音パネルは、箱
形構造体４０１内がアルミニウム材料で構成された縦横
の仕切り板４１１，４１２…で仕切られて、背後空気層
４０８ａ，４０８ｂ…に二つにそれぞれ分割構成されて
いる。この実施例の仕切り寸法は、幅＝250mm、長さ＝2
50mmで、各背後空気層４０８ａ，４０８ｂを仕切ってあ
り、４１５は底板を示している。

【０１１２】図９（Ｂ）に示す吸音パネルは、箱形構造
体４０２内が仕切り板４１１，４１１…で仕切られた背
後空気層４０８を構成し、また一つ置きの背後空気層４
０８内を二等分する横状の仕切り板４１２を配置させ、
同じ容積の背後空気層４０８ａ，４０８ｂがそれぞれ構
成されている。仕切り寸法は、幅＝250mm、長さ＝500mm
及び幅＝250mm、長さ＝250mmで、背後空気層４０８ａと
４０８ｂとに仕切ってある。

【０１１３】図９（Ｃ）に示す吸音パネルは、上記吸音
パネル（Ａ）の変形例であり、箱形構造体４０３内が千
鳥状に配置される横状の仕切り板４１２，４１２…で仕
切られて、容積を異にする大小の背後空気層４０８ｃ，
４０８ｄが構成されている。この仕切り寸法は、幅＝25
0mm、長さ＝200mm及び幅＝250mm、長さ＝300mmで大小の
背後空気層４０８ｃと４０８ｄとに仕切ってある。

【０１１４】図９（Ｄ）に示す吸音パネルは、箱形構造
体４０４内を仕切り板４１１，４１１…で仕切られて複
数の背後空気層４０８，４０８…が構成されている。こ
の例の仕切り寸法は、幅＝250mm、長さ＝500mmである。
なお、この実施例では、何れも仕切り寸法は、同じ幅＝
250mmで構成されているが、上記する本発明で規定され
る条件に従って、各種所定の寸法に設定すること勿論の
ことである。

【０１１５】図９（Ｅ）に示す吸音パネルは、箱形構造
体４０５内を比較的大きな仕切り幅に仕切り板４１１、
４１１…で仕切った例であり、本発明の要件を満たさな
い吸音構造である。この仕切り寸法は、幅＝500mm、長
さ＝500mmである。

【０１１６】図９（Ｆ）に示す吸音パネルは、箱形構造
体４０６内に仕切りのない従来構造の吸音構造である。
なお、本実施例４に用いられる仕切り板４１１、４１２
は、上記の実施例１〜３と同様な材料のものを用いてい
る。

【０１１７】吸音率の計測は、残響室の床面に１０m
²（５ｍ×２枚）の広さに各吸音パネルを敷き詰め、JIS
A1409で定める残響室法吸音率の測定方法に準じて行っ
た。

【０１１８】図１０及び図１１に計測結果を示す。この
図から分かるように、各種の仕切りを設けた吸音パネル
（Ａ）〜（Ｄ）とすることで、従来構造の仕切りを設け
ない吸音パネル（Ｆ）の特性に比較して、吸音ピーク及
び該ピークの低域側吸音特性が改善されることが分か
る。また、仕切り幅の配列が、本発明の要件を満たさな
い構造の吸音パネル（Ｅ）の場合でも、上記従来構造の
吸音パネル（Ｆ）に比較すれば、その吸音特性は向上し
ていることが分かる。

【０１１９】このように 図１０及び図１１から明らか
なように、本発明を採用することで、吸音ピークの低域
側の吸音性能を飛躍的に向上させることができる。な
お、図１０及び図１１から残響室法吸音率には、ディッ
プ周波数の悪影響は殆どないことが分かる。吸音特性が
僅かに段階状になっている部分が、ディップ周波数の影
響である。

【０１２０】

【発明の効果】本発明を採用することで、より低音域ま
で吸音を行うことができ、また、入射角の異なる音波に
対する吸音率の違いを是正した吸音機構を得ることがで
きる。

【０１２１】また、本発明は、従来から知られている吸
音機構に仕切りを付加することで得ることができる。さ
らに、厚さが制限された寸法において、より低域までの
吸音率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来例の古典的な吸音構造を示す概略断面
図。

【図２】 図１の吸音特性の一例を示すグラフ。

【図３】 本発明の実施例１を示し、（Ａ）は実施例１
を示す概略斜視図、（Ｂ）は同概略平面図。

【図４】 実施例１の仕切り幅Ｗ300mmの吸音特性を示
すグラフ。

【図５】 実施例１の仕切り幅Ｗ250mmの吸音特性を示
すグラフ。

【図６】 比較例の吸音特性を示すグラフ。

【図７】 実施例２を示す説明用斜視図。

【図８】 実施例３を示す説明用斜視図。

【図９】 実施例４の各例を示す概略斜視図。

【図１０】 図９の残響室法吸音率を示すグラフ。

【図１１】 同測定結果の詳細を示す図。

【図１２】 従来特許の吸音構造を示す概略断面図。

【図１３】 同従来構造の吸音特性を示すグラフ。

【符号の説明】

１，２０１，３０４，４１０ 板状吸音材料 ２，２０６，３０６，４０８ 背後空気層 ３，２０３，３０１，４１１ 仕切り板 Ｗ 仕切り幅

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 000110804 ニチアス株式会社 東京都港区芝大門１丁目１番26号 (72)発明者 右田 慎司 福岡県大牟田市四山町80番地の23 株式会 社アルム内 (72)発明者 藤原 恭司 福岡県筑紫郡那珂川町王塚台２丁目172番 (72)発明者 藤本 卓也 福岡県福岡市南区高宮２丁目９−27−405 (72)発明者 服部 幸夫 東京都品川区北品川２−32−３ 六行会総 合ビル７Ｆニチアス株式会社Ａ・Ｅ事業本 部内 (72)発明者 横山 昌之 東京都品川区北品川２−32−３ 六行会総 合ビル７Ｆニチアス株式会社Ａ・Ｅ事業本 部内 (72)発明者 澤田 淳也 東京都品川区北品川２−32−３ 六行会総 合ビル７Ｆニチアス株式会社Ａ・Ｅ事業本 部内 Ｆターム(参考） 2D001 AA01 CA01 CC01 CD03 2E001 DF02 DF04 GA48 GA85 HB04 5D061 BB01 BB35 BB37

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸音材料と該吸音材料の背後の空間とを
   備えた吸音機構であって、 前記空間は所定の仕切り幅Ｗで周期的に仕切られてお
   り、 (C/W)/(1+sinθ)で示される入射角４５度の入射音が示
   す一次ディップ周波数が、垂直入射吸音率のピーク以下
   であり、 かつ該ピークの値に対して前記垂直入射吸音率が７５％
   以上である周波数領域に設定されていることを特徴とす
   る吸音機構。
2. 【請求項２】 仕切り幅Ｗが所定の幅の範囲内に設定さ
   れていることを特徴とする請求項１記載の吸音機構。
3. 【請求項３】 異なる値の仕切り幅Ｗが複数設定され、 それらが組み合わされていることを特徴とする請求項１
   又は２記載の吸音機構。
4. 【請求項４】 背後の空間がヘルムホルツ共鳴を基本原
   理とした共鳴機構の開口部であることを特徴とする請求
   項１、２又は３記載の吸音機構。
5. 【請求項５】 仕切りが縦横に升目状に配置されている
   ことを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の吸音機
   構。