JP6847246B2 - 防音構造体 - Google Patents
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Description
また、特許文献2に開示の技術は、あくまで吸音体の振動版の共鳴による音の吸収を前提としており、ダクトのモード、及び吸音体の共鳴周波数以外の周波数の音の防音に関しては言及されていない。このため、この技術では、広い周波数帯域での防音効果が要求される場合に多数の吸音体が必要となる。しかしながら、この技術では、空間的な制約から、多くの防音部材をダクト内に設置することが困難な場合が多いという問題があるし、空間的な制約ない場合でも、ダクト内に多数の吸音体を設置すると、ダクト内の通気性の悪化、及び吸音構造の大型化等を招くという問題があった。
但し、特定の周波数に対しては、共鳴型の防音構造体は有効であるが、広帯域な防音を実現させる場合には、共鳴防音構造体は有効ではない。上述したように、共鳴型の防音構造体で広帯域な防音を実現させるためには、共鳴周波数の異なる多数の構造体を設置する必要があるという問題があった。
一般的に、低い周波数の音を共鳴現象に基づいて吸音させる場合には、波長が長いためにそれに対応する防音構造のサイズが大きくなってしまう。これらは、ダクト、又はマフラの通気性を低減するというデメリットを生じてしまうという問題があった。
また、本発明は、上記目的に加え、複数の断面積からなる管構造から成る防音構造体であって、その管構造の断面積と、管構造内に設置された構造体の長さ、位置を適切に設計することにより、透過波を広い帯域で低減し、広い帯域で防音効果を得ることができる防音構造体を提供することを目的とする。
以下では、基本的に、「反射」と「吸収」とを区別せずに、両者を含めて「遮音」及び「遮蔽」と言い、両者を区別する時に、「反射」及び「吸収」と言う。
また、更に、下記式(5)を満足することが好ましい。
TL=10log10(X(f)) …(6)
また、出口側空間の断面積Soutと第1管構造の断面積S1との比Sout/S1は、10より大きいことが好ましい。
また、第1管構造と第2管構造とが直角に接続されていることが好ましい。
また、導波路順方向の第1管構造の出口側空間が開放空間であることが好ましい。
また、構造体が、音波に対する共鳴体であることが好ましい。
また、共鳴体は、気柱共鳴筒、ヘルムホルツ共鳴器、又は膜振動型構造体であることが好ましい。
また、本発明によれば、複数の断面積からなる管構造から成る防音構造体であって、その管構造の断面積と、管構造内に設置された構造体の長さ、位置を適切に設計することにより、透過波を広い帯域で低減し、広い帯域で防音効果を得ることができる。
本発明の防音構造体は、第1管構造と、第1管構造に接続され、第1管構造とは断面積の異なる第2管構造とを有し、第2管構造から第1管構造に向かう方向を導波路順方向とする防音構造体であって、第1管構造の内部に、第1管構造の断面積よりも小さい断面積を有する構造体が設置されており、第1管構造内において安定な気柱共鳴モードを形成する周波数が連続して3つ以上あり、これらの連続する3つ以上の周波数の内の連続する3つの周波数をiを整数としてfi、fi+1、及びfi+2とし、初めに隣接する2つの周波数fiとfi+1との中間の周波数をn、を整数としてfn、次に隣接する2つの周波数fi+1とfi+2との中間の周波数をfn+1とする時、第1管構造内に構造体が設置されていない場合に対する第1管構造内に構造体が設置されている場合の透過損失が、周波数fn、及びfn+1において正であることを特徴とする。
以下では、2つの第1管構造及び第2管構造が互いに直角に接続された屈曲構造の管状構造体を用い、第1管構造の内部に構造体が配置されている場合を代表例として説明するが、本発明はこれに限定されないことは勿論である。
図1は、本発明の一実施形態に係る防音構造体の一例を模式的に示す断面図である。図2は、図1に示す防音構造体の模式的な斜視図である。
図1、及び図2に示す本発明の一実施形態の防音構造体10は、断面長方形状の第1管構造12と、第1管構造12に接続される断面長方形状の第2管構造14と、第1管構造12の内部に設置されている構造体16とを有する。ここで、第2管構造14は、第1管構造12とは断面積が異なる。第2管構造14の断面積Sinは、好ましくは、図1、及び図2に示すように、第1管構造の断面積S1よりも小さい。なお、第2管構造14の断面積Sinは、第1管構造の断面積S1よりも小さければ良く特に制限的ではないが、少なくとも10%であれば良い。
また、構造体16は第1管構造12の内部に設置されるので、構造体16の断面積S2は、第1管構造12の断面積S1よりも小さい。
第2管構造14は、第1管構造12の一方の端部に直角に接続されている。その結果、第1管構造12、及び第2管構造14は、屈曲構造のダクト、又はマフラ等の屈曲構造の管状構造体18を構成する。図1、及び図2では、第1管構造12は、管としての長さはLであり、管状構造体18の直管部を構成する。一方、第2管構造14は、直管部から屈曲する管状構造体18の屈曲部を構成する。なお、本発明において、屈曲するとは、図1に示すように、屈曲角がπ/2(90°)であるものに限定されず、5°以上の屈曲角を有するものであっても良い。
本発明においては、音波は、第1管構造12の開口端20から出口側空間22に放射されるものであるが、本発明の防音構造体10の第1管構造12は、例えばダクト、又はマフラを構成するものであり、出口側空間22は、ダクト、又はマフラの出口となる室内空間、又は外部空間であるということができる。したがって、本発明においては、出口側空間22は、第1管構造12の開口端20によって構成される空間より大きい空間であることが好ましく、開放空間であることがより好ましい。例えば、出口側空間22の断面積Soutと第1管構造12の断面積S1との比Sout/S1は、10より大きいことが好ましい。なお、出口側空間22が開放空間である場合、出口側空間22の断面積Soutと第1管構造12の断面積S1との比Sout/S1が、10000以上であっても良い。
なお、本発明においては、管状構造体18の第1管構造12と第2管構造14とは、上述したように、別体を接続したものであっても良いし、一体であっても良い。即ち、管状構造体18は、一体成型されたものであっても良い。
本発明の防音構造体10においては、管状構造体18の第2管構造14から第1管構造12に向かう方向を導波路順方向dfとする。
管状構造体18は、特定の周波数において共鳴し、気柱共鳴体として機能する。
本発明の防音構造体10の管状構造体18のような管路においては、管路断面が異なる界面で音波の反射が起きる。そこで、本発明においては、構造体16を管状構造体18の第1管構造12の内部の適切な位置(例えば、図1に示す例では開口端20から距離pだけ入った位置)に配置することにより、導波路順方向dfに進行している音波に対する反射波の干渉を適切に制御することにより、広帯域な防音が実現することができる。
なお、構造体16は、導波路順方向dfに進行している音波に対する反射波を発現でき、反射波の干渉による広帯域な防音を実現できれば、音波に対する共鳴体であっても良いし、開口部を有する構造体であっても良い。
図3に示すように、防音構造体10の管状構造体18の第1管構造12内に構造体16を配置することにより、第1管構造12の内部空間の断面積が、導波路順方向dfに対して構造体16の一方の端部(図3中左側の端部)及び構造体16の他方の端部(図3中右側の端部)において変化する。この場合、両方の端面は、管路断面が異なる界面となるので、この界面において、音に対するインピーダンスが変化し、導波路順方向dfに進行している音波に対する反射が起き、反射波b1及びb2が発生する。
また、第1管構造12の開口端20では、第1管構造12の断面積S1から出口側空間22の断面積Soutに変化する。このように、管路の断面積が変化すると、その界面である開口端20では、導波路順方向dfに進行している音波に対する反射が起き、反射波b3が発生する。
このように、発生した反射波b1、b2、及びb3が強めあうように干渉するような場合には、第1管構造12の開口端20から出口側空間22に放射される音波は減少する。その結果、本発明の防音構造体10は、入射音を防音することができる。
図4に示す管状構造体18のように、第1管構造12は、管の長さLによって、気柱共鳴管のように振る舞う。
例えば、管の長さLがL=(2n+1)λ/4(λは、音の波長、nは整数)を満足する周波数において、λ/4気柱共鳴が発現することから、出口側空間22に大きな音が放射される。
この周波数の音は、第1管構造12内で安定な共鳴モードを形成していることから、本発明の防音構造体10のように、第1管構造12の中に障害物となる構造体を設置した場合、大抵の場合、形成されていた安定な共鳴モードが乱されることから、構造体を任意の位置(例えば、適当な位置)に設置することによって音を減じることができる。
このような周波数fn(=nc/(2L))(cは音速(m/s))、又はこの周波数域では、共鳴が起きていないため、任意の位置(例えば、適当な位置)に構造体を設置したとしても(そもそもモードが形成されていないため)、出口側空間に放射される音を確実に減じることはできない。例えば、このような周波数fnでは、出口側空間22に放射される音が増幅されて大きくなる場合があるし、低減されて小さくなる場合もあり得る。このため、本発明の防音構造体10においては、構造体16の大きさ、及び構造体16を置く位置に関して適切な設計が必要となる。
図5に示すように、第1管構造12の管の長さLが、L=(2i+1)λ/4(i:整数)となる周波数fiでは、上述したように、(2i+1)λ/4共鳴(いわゆるλ/4共鳴)が生じているため、第1管構造12内に構造体を置くことで、安定な共鳴モードが乱され、透過損失が増大する。ここでは、音の波長λは、λ=4L/(2i+1)と表されるため、周波数fiは、fi=(2i+1)c/(4L)で表される。ここで、cは、音速を表わす。なお、fi+1=(2(i+1)+1)c/(4L)=(2i+3)c/(4L)で表され、fi+2=(2(i+2)+1)c/(4L)=(2i+5)c/(4L)で表される。
しかしながら、図5に示すように、上述した気柱共鳴のモードが最も発現しにくい周波数fn(=nc/(2L))を含む周辺領域の周波数においては、共鳴モードの形成が起こらないため、第1管構造12内に構造体を置くことで、音は増幅も低減もし得る。このように、周波数fnの周辺領域の周波数では、確実に音を低減させることができない。また、周波数fn+1(=(n+1)c/(2L))の場合も同様である。
なお、図5に示すように、周波数fnは、周波数fiと周波数fi+1との中間の周波数であり、周波数fn+1は、周波数fi+1と周波数fi+2との中間の周波数である。
このため、まず、図6に示すような直線型構造の管状構造体26の場合の音響特性について考える。
管状構造体26は、第1管構造12の一方の端面の中心に第2管構造28の一方の端部が接続されており、直線型構造を形成している。管状構造体26においては、音が、第2管構造28の他方の端部の開口端30から入射し、第1管構造12と第2管構造28との接続部を経て、第1管構造12内を導波路順方向dfに進み、第1管構造12の他方の端部の開口端20から出口側空間22に透過して放射される。
ここで、第2管構造28の開口端30からの入射波Wi0とし、第1管構造12の開口端20から出口側空間22への透過波Wt0とする時、図6に示す第1管構造12の伝達マトリックスは、下記式(3)で表される。
しかしながら、図4に示す屈曲構造の管状構造体18の場合の音響特性は、図6に示す直線型構造の管状構造体26の場合の音響特性と同一とは言えず、異なるため、上記式(8)をそのままでは成り立たない。
なお、本発明では、上述したように、屈曲構造とは、管構造1の導波路順方向ベクトルと管構造2の導波路順方向ベクトルとのなす角が5度以上の角度をなす場合を言い、直線型構造とは、管構造1の導波路順方向ベクトルと管構造2の導波路順方向ベクトルとのなす角が5度未満の場合を言う。
図4に示す屈曲構造の管状構造体18の場合にも、図4に示す第1管構造12の伝達マトリックスは、同様に上記式(3)で表され、この上記式(3)から入射波Wi0と透過波Wt0との比率Wi0と/Wt0を計算すると、同様に上記式(8)となる。
ここで、その補正項をdSとすると、入射波Wi0と透過波Wt0との比率Wi0と/Wt0は、下記式(9)で表すことができる。なお、補正項dSは、例えば、dS=0.01×S1とすることができる。
ここで、第2管構造28の開口端30からの入射波Wi0とし、第1管構造12の開口端20から出口側空間22への透過波Wt1とする時、図1に示す第1管構造12の伝達マトリックスは、下記式(4)で表される。ここで、図1に示すように、S2は導波路順方向dfに垂直な構造体16の面積であり、dは構造体16の導波路順方向dfの長さであり、pは開口端20から構造体16までの距離である。
TL=10log10(Wt0/Wt1)
=10log10(上記式(9)の右辺/上記式(10)の右辺)
…(11)
上記式(11)において、(上記式(9)の右辺/上記式(10)の右辺)=X(f)と置くと、透過損失TLは、TL=10log10(X(f))と表されるので、X(f)>1となれば、透過損失TLは、正(TL>0)となり、透過損失が発現し、防音効果が発現することが分かる。
ここで、X(f)は下記式(2)と表すことができる。
本発明の防音構造体10においては、X(f)の値が1より大きく(X(f)>1と)なるように、第1管構造12の内部に構造体16を配置することにより、広帯域の防音効果を発現させることができる。
ここで、断面積がS1の第1管構造12の中を音の平面波が導波路順方向dfに流れている時、導波路順方向dfと垂直な方向に表面のモードが立つ。例えば、第1管構造12の断面形状が長方形の場合、その長辺の長さをaとすると、aがnλ/2(nは自然数)、例えばλに対応するような周波数では、例えば共鳴を起こして音が全然出てこなくなることがある。この周波数は、第1管構造12の管路断面を音が平面波で流れなくなる周波数である。この周波数より高くなると、導波路順方向dfと垂直な方向に独立した定存波(モード)が発生することがあり、このようなモードが形成された場合には平面波として音が流れなくなるようになってしまう。
導波路に、完全に理想的な平面波を導入し、且つ導波路に散乱体等が無いというような場合のように、音源、及び計算モデルの設定の条件によっては、モードが発生しない場合もある。しかし、実際には、完全に理想的な平面波を導入するように音源を設定することは困難である。導波路断面が長方形の場合において、音源条件によらずに平面波として伝播しなくなる周波数の目安は、n=2に該当するc/aで与えられる。
したがって第1管構造12の管路断面を音が平面波で流れ、上記理論が成り立つ周波数をfn、及びfn+1とすると、X(fn)>1及びX(fn+1)>1であり、fn<fn+1であるので、周波数fn+1は、c/aより小さい必要がある。
以上から、本発明においては、fn+1<c/aを満足する必要がある。
なお、第1管構造12、及び第2管構造14の断面形状が多角形、円形、又は楕円形等の場合には、それらの断面形状に従って断面の面積を求めれば良い。しかしながら、断面形状が不定形であり、例えば、断面形状の外形に凹凸等がある場合には、凸部のピークを滑らかに結んだ曲線、又は凹部の谷を滑らかに結んだ曲線等によって断面形状を定め、その断面の面積を求めて、第1管構造12の断面積S1、及び第2管構造14の断面積Sin等とすれば良い。なお、その断面形状が等価な円に近似できる場合には、等価円の面積を求めて断面積とすれば良い。
なお、出口側空間22の断面積Sout、構造体16の断面積S2、第1管構造12と第2管構造28の接合部側において音波を反射する面の断面積をSdについても同様に求めれば良い。
本発明の防音構造体10の用途としては、特に、自動車用マフラ、複写機等の電子機器付属のダクト等の装置及び機器のダクト、換気スリーブ等の建築用、及び建材用ダクトを挙げることができる。
また、本発明の防音構造体においては、管路の断面積を変化させて、反射波を発現させることができれば、複数の構造体16等を用いても良い。
更に、本発明の第1管構造12の内部に配置することにより、管路の断面積を変化させて、反射波を発現させると共に、第1管構造12内を導波路順方向dfに進行する音を打ち消したり、吸収したりすることにより、第1管構造12の開口端20から出口側空間22に放射される音を低減できれば、どのような構造体を用いても良い。例えば、構造体として、例えば、後述するヘルムホルツ共鳴器、気柱共鳴筒、又は膜振動型構造体等の共鳴型の防音構造体を用いることにより、共鳴周波数の音を特に効率よく防音すると共に、広帯域に防音することができる。
ここで、ヘルムホルツ共鳴器は、開口部を有する蓋と、開口部の背面の閉じられた背面空間とを有する。なお、ヘルムホルツ共鳴器の詳細については、後述する。
また、気柱共鳴筒は、1つの端面に沿って形成されるスリット状の開口部を有する筒状体、又は管状体である。
また、膜振動型構造体等の膜型共鳴体は、膜と閉じられた背面空間からなる共鳴体である。
本発明に用いられるヘルムホルツ共鳴器、気柱共鳴筒、及び膜振動型構造体等の膜型共鳴体は、特に制限的ではなく、従来公知のヘルムホルツ共鳴器、気柱共鳴筒、及び膜型共鳴体であれば良い。
なお、構造体16を第1管構造12と一体成型する場合には、第1管構造12の底面12aを直方体形状に図2中上側に凹ませることにより、凹んだ直方体形状の底面12aからなる構造物によって構造体16を成形しても良い。
また、構造体16が、第1管構造12に対して着脱可能であっても良い。また、第2管構造14が、第1管構造12に対して着脱可能であっても良い。
例えば、図1に示す防音構造体10において、図示は省略されているが、構造体16の底部の外側面の少なくとも一部に磁石が固定され、第1管構造12の底部の内側面の対応する位置の少なくとも一部に極性の異なる磁石が固定され、極性の異なる1組の磁石同士が着脱可能に密着固定されることにより、構造体16等が、第1管構造12に対して着脱可能に固定されていても良い。もしくは、1組の磁石の代わりに、マジックテープ(登録商標)(クラレファスニング株製)等の面ファスナ、又は両面テープを用いて、構造体16が、第1管構造12に対して着脱可能に固定されていても良いし、両面テープを用いて両者が固定されていても良い。
なお、第1管構造12に対して着脱可能な第2管構造14の構造も同様である。
また、これらの材料の複数種を組み合わせて用いてもよい。
なお、構造体16の第1管構造12の内部への配置方法も、第1管構造12に対して構造体16を着脱可能に配置する場合も含めて、特に制限的ではなく、従来公知の方法を用いれば良い。
(実施例1)
まず、図2に示す第1管構造12及び第2管構造14からなる直角接続屈曲構造の管状構造体18を用いて、管状構造体18の第1管構造12内に構造体16を配置して、図1に示す本発明の防音構造体10を作製した。
管状構造体18として、管状構造体18の第1管構造12の寸法が、88mm×163mm(断面)×394mm(長さ)であり、第2管構造14の寸法が、64mm×163mm(断面)×27.4mm(長さ)であるものを用いた。
第1管構造12の長さLは、実長0.394mに対して開口端補正分の0.0405mを足すことにより、0.435m(L=0.394m+0.0405m=0.435m)とした。
第1管構造12の断面積S1は、0.0143m2であった(S1=0.088m×0.163m=0.0143m2)。また、第1管構造12と第2管構造28の接合部側において音波を反射する面の断面積をSdは、断面積S1に等しく、0.0143m2であった(S1=Sd=0.0143m2)。
また、構造体16として、その寸法が、20mm×163mm(断面)×40mm(長さ)であるものを用いた。
構造体16の長さdは、0.04mであり、断面積S2は、0.00326m2であった(S1=0.020m×0.163m=0.00326m2)。
なお、測定部屋32の寸法は、10m×5m(断面)×15m(長さ)であった。
出口側空間22の断面積Soutは、50m2であった(Sout=5m×10m=50m2)。
防音構造体10の開口端20は、測定部屋32の断面の中央に配置した。
このような位置に、音源34、及びマイクロホン36を配置し、図7に示すように、第1管構造12内に構造体16を設置した状態、及び構造体16を設置していない状態のそれぞれの場合において、音源34から音を発生させ、マイクロホン36によって音圧を測定した。これらの測定値から防音構造体10の透過損失を算出した。
ここで、構造体16を設置していない場合にマイクロホン36によって測定された音圧をp0とし、構造体16を設置した場合の音圧をp1とする時、透過損失TLは、TL=20log10(p0/p1)として求めることができる。
得られた実施例1、比較例1−1、比較例1−2、及び比較例1−3の実験値を、それぞれ図8〜図11に示す。
ここで、周波数の上限を2000Hzとしたのは、上記式(2)を算出する理論が成り立たつ周波数fn+1は、c/aより小さい必要があるからである。ここで、第1管構造12の断面の外縁を構成する線分の長さのうち最も長い線分長さaは、163mm=0.163mであり、音速cは343m/sであることから、c/a=343/0.163=2104Hzであり、fn+1<2104Hzであるからである。
TL=10log10(X(f)) …(6)
得られた実施例1、比較例1−1、比較例1−2、及び比較例1−3の理論値を、それぞれの実験値と共に、それぞれ、図8〜図11に示す。
なお、本実施例、及び比較例において、長さLの第1管構造12内において安定な気柱共鳴モードを発現し難い周波数fnがnc/2Lで表される時、開口端補正したLが0.435m、cが343m/sであるので、nc/2L=343/(0.435×2)=394n(Hz)となる。
従って、周波数400Hz、800Hz、1200Hz、及び1600Hzは、それぞれ、nが、1、2、3、及び4の場合に該当する。
したがって、実施例1では、広帯域な透過損失が得られていると言える。
このことは、図8に示す実験、及び理論計算からも、400Hz、800Hz、及び1200Hzにおいて、透過損失が正となっており、これらの周波数近傍の周波数においても、透過損失が正となっていることから、広帯域な透過損失が得られていることが分かる。
このように、実施例1では、連続する隣り合うfnにおいて透過損失が0より大きくなっているfnが存在しており、広帯域な透過損失が得られていることが確認されたことが分かる。
同様に、距離pが12cmである比較例1−2では、400Hz、及び1200Hzでは、透過損失パラメータX(f)が1より大きくなっているが、隣接する800Hz、及び1600Hzでは、透過損失パラメータX(f)が1より小さくなっている。
また、同様に、距離pが20cmである比較例1−3では、800Hz、及び1600Hzでは、透過損失パラメータX(f)が1より大きくなっているが、隣接する400Hz、及び1200Hzでは、透過損失パラメータX(f)が1より小さくなっている。
以上の表1の結果から明らかなように、比較例1−1、1−2、及び1−3では、400Hz、800Hz、1200Hz及び1600Hzからなる2つ以上の連続する隣り合う周波数fnにおいてX(f)が1以下となる周波数が存在し、広帯域な透過損失が得られていないことが分かる。
このように、比較例1−1、1−2、及び1−3では、連続する隣り合うfnにおいて両者が同時に透過損失が正に(0より大きく)なっておらず、その結果、広帯域な透過損失が得られていないことが分かる。
以上の結果から、本発明の有効性が示されており、本発明の効果は、明らかである。
図1に示す実施例1の防音構造体10の構造体16の代わりに、図12に示すように、共鳴構造体である4つのヘルムホルツ共鳴器38からなる構造体40に変更した以外は、実施例1と同様な構成を有する実施例2の防音構造体10aを作製した。
ヘルムホルツ共鳴器38は、図13に示すように、直方体形状の筐体38aの天板に相当する蓋38bの中心に円筒状の開口42を有し、筐体38aの内部には、開口42の背面となる閉じた背面空間44を有する。
このヘルムホルツ共鳴器38は、700Hzに共鳴がある共鳴構造体であった。
したがって、構造体40の長さdは、0.05mであり、断面積S2は、0.00048m2であった(S1=0.030m×0.040m×4=0.0048m2)。
得られた実施例2の実験値を、実施例1の実験値と共に、図14に示す。
一方、上記式(2)を用いて、本発明の実施例2の防音構造体10aについて、周波数400Hz、800Hz、1200Hz、及び1600Hzにおける透過損失パラメータX(f)の値(理論計算値)を求めた。その結果を表1に示す。
表1の結果から、実施例2では、実施例1と同様に、3つの互いに隣接する周波数fn(=nc/2L)である400Hz、800Hz、及び1200Hzにおいて、透過損失パラメータX(f)が1より大きくなっており、上記式(6)から透過損失TLが正となることは明らかである。
したがって、実施例2では、実施例1と同様に、広帯域な透過損失が得られていると言える。
この結果は、図14に示す実験値からも明らかである。
図1に示す防音構造体10の実施例1、及び図12に防音構造体10aの実施例2における透過損失をCOMSOL MultiPhysics Ver5.3a音響モジュールを用いて、同時にシミュレートした。その結果が図15に示されている。
図15に示すシミュレーション結果から明らかなように、実施例2の場合の方が、ヘルムホルツ共鳴器38の共鳴周波数である700Hz近傍で、実施例1の場合に比較して、透過損失が向上していることが分かる。
以上から、第1管構造12内に配置する構造体は、ヘルムホルツ共鳴器38のような共鳴構造体であることが、防音の観点ではより有利であることが分かる。
図1に示す実施例1の防音構造体10の屈曲構造の管状構造体18の代わりに、図16に示すように、第2管構造28を第1管構造12の開口端20と対向する壁面に接続した直線型構造の管状構造体26を用い、構造体16aを第1管構造12の底面12aを凹ませて構成した以外は、実施例1と同様な構成を有する実施例3の直線型構造の防音構造体11を作製した。
なお、図16に実施例3の防音構造体11は、図6に示す直線型構造の管状構造体26において、第1管構造12の開口端20側に構造体16aを構成したものとも言える。
なお、構造体16aは、図1に示す実施例1の防音構造体10の第1管構造12内の構造体16と全く同じ機能を有する。
実施例3の防音構造体11の第2管構造28の寸法は、30mm×30mm(断面)×64mm(長さ)であった。
また、構造体16aは、図1に示す実施例1の構造体16と同様に、その寸法は、20mm×163mm(断面)×40mm(長さ)であった。
構造体16aの長さdは、0.04mであり、断面積S2は、0.00326m2であった。また、距離pは、0cmであった。
TL=10log10(X(f)) …(6)
得られた実施例3の理論値を、図17に示す。
また、実施例3について、周波数400Hz、800Hz、1200Hz、及び1600Hzにおける透過損失パラメータX(f)の値を表1に示す。
したがって、実施例3では、実施例1及び2と同様に、広帯域な透過損失が得られていると言える。
この結果は、図17に示すシミュレーション結果からも明らかである。
したがって、本発明の防音構造体は、屈曲構造ではなく、直線型構造であっても、広帯域な透過損失を実現することができる。
以上の実施例1〜3から、本発明の効果は明らかである。
12 第1管構造
12a 底面
14、28 第2管構造
16、16a、40 構造体
18、26 管状構造体
20、24、30 開口端
22 出口側空間
32 測定部屋
34 音源(スピーカ)
36 マイクロホン
38 ヘルムホルツ共鳴器
38a 筐体
38b 蓋
42 開口
44 背面空間
df 導波路順方向
b1、b2、b3 反射波
Claims (12)
- 第1管構造と、前記第1管構造と接続され、前記第1管構造とは面積の異なる第2管構造とを有し、前記第2管構造から前記第1管構造に向かう方向を導波路順方向とする防音構造体であって、
前記第1管構造と前記第2管構造とが屈曲して接続されており、
前記第1管構造の内部に、前記第1管構造の断面積よりも小さい断面積を有する構造体が設置されており、
前記第1管構造内において安定な気柱共鳴モードを形成する周波数が連続して3つ以上あり、これらの連続する3つ以上の周波数の内の連続する3つの周波数を、iを整数としてfi、fi+1、及びfi+2とし、初めに隣接する2つの周波数fiとfi+1との中間の周波数を、nを整数としてfn、次に隣接する2つの周波数fi+1とfi+2との中間の周波数をfn+1とする時、
前記第1管構造内に前記構造体が設置されていない場合に対する前記第1管構造内に前記構造体が設置されている場合の透過損失が、周波数fn、及びfn+1において正であることを特徴とする防音構造体。 - 第1管構造と、前記第1管構造と接続され、前記第1管構造とは面積の異なる第2管構造とを有し、前記第2管構造から前記第1管構造に向かう方向を導波路順方向とする防音構造体であって、
前記第1管構造と前記第2管構造とが屈曲して接続されており、
前記第1管構造の内部に、前記第1管構造の断面積よりも小さい断面積を有する構造体が設置されており、
前記第1管構造内において安定な気柱共鳴モードを形成する周波数が連続して3つ以上あり、これらの連続する3つ以上の周波数の内の連続する3つの周波数を、iを整数としてf i 、f i+1 、及びf i+2 とし、初めに隣接する2つの周波数f i とf i+1 との中間の周波数を、nを整数としてf n 、次に隣接する2つの周波数f i+1 とf i+2 との中間の周波数をf n+1 とする時、
前記第1管構造内に前記構造体が設置されていない場合に対する前記第1管構造内に前記構造体が設置されている場合の透過損失が、周波数f n 、及びf n+1 において正であり、
前記第2管構造の断面積は、前記第1管構造の断面積より小さく、
前記第1管構造の長さをL、断面積をS1とし、前記導波路順方向の前記第1管構造の出口側空間の断面積をSoutとし、前記構造体の長さをd、前記導波路順方向に垂直な面の断面積S2、前記導波路順方向の前記第1管構造の出口側開口端から前記構造体の設置位置までの距離をpとし、
前記第1管構造と前記第2管構造の接合部側における、前記第1管構造の前記導波路順方向と逆方向に向かう音波を反射する、前記導波路順方向に垂直な面の断面積をSdとし、音速をcとし、nを整数とし、
前記第1管構造の長さLが、L=nλ/2に該当する周波数fをfnとし、fn=nc/2Lで表される時、
下記式(1)を満足する周波数が存在する防音構造体。
[数1]
ここで、X(f)は、下記式(2)〜(4)で表される。
[数2]
[数3]
[数4]
また、dSは、0.01×S1であり、
ρは、空気密度であり、kは、波数で2πf/cであり、jは虚数を表わす。 - 前記第1管構造の断面の外縁を構成する線分の長さのうち最も長い線分長さをaとする時、前記第1管構造の長さLが、L=(n+1)λ/2に該当する周波数であるfn+1は、fn+1<c/aを満足する請求項2に記載の防音構造体。
- 前記透過損失をTLとする時、TLは、下記式(6)で表される請求項2〜4のいずれか1項に記載の防音構造体。
TL=10log10(X(f)) …(6) - 前記出口側空間の断面積Soutと前記第1管構造の断面積S1との比Sout/S1は、10より大きい請求項2〜5のいずれか1項に記載の防音構造体。
- 前記第1管構造と前記第2管構造とが屈曲して接続されている請求項2〜6のいずれか1項に記載の防音構造体。
- 前記第2管構造は、前記第1管構造の端部に接続されている請求項1〜7のいずれか1項に記載の防音構造体。
- 前記第1管構造と前記第2管構造とが直角に接続されている請求項1〜8のいずれか1項に記載の防音構造体。
- 前記導波路順方向の前記第1管構造の出口側空間が開放空間である請求項1〜9のいずれか1項に記載の防音構造体。
- 前記構造体が、音波に対する共鳴体である請求項1〜10のいずれか1項に記載の防音構造体。
- 前記共鳴体は、気柱共鳴筒、ヘルムホルツ共鳴器、又は膜振動型構造体である請求項11に記載の防音構造体。
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