吸音構造体
【課題】薄型化と、低音域の吸音特性の向上の両立を図ることが可能な吸音構造体を提供する。
【解決手段】貯蔵弾性率Ｅ’が０．０１ＧＰａを超１ＧＰａ未満の範囲であり、密度が０．５（ｇ／ｃｍ３）超２（ｇ／ｃｍ３）未満の範囲であり、厚みが０．３ｍｍ超３ｍｍ未満の範囲であり、内部摩擦（tanδ）が０．００１超１未満の範囲である振動膜２と、振動膜２の裏面側に隣接する空気室３とが備えられ、振動膜２の表面側から音による空気振動が印加された際に、４００Ｈｚ以下の周波数帯域においてランダム入射吸音率が０．４以上の吸音ピークを示す吸音構造体１を採用する。
【解決手段】貯蔵弾性率Ｅ’が０．０１ＧＰａを超１ＧＰａ未満の範囲であり、密度が０．５（ｇ／ｃｍ３）超２（ｇ／ｃｍ３）未満の範囲であり、厚みが０．３ｍｍ超３ｍｍ未満の範囲であり、内部摩擦（tanδ）が０．００１超１未満の範囲である振動膜２と、振動膜２の裏面側に隣接する空気室３とが備えられ、振動膜２の表面側から音による空気振動が印加された際に、４００Ｈｚ以下の周波数帯域においてランダム入射吸音率が０．４以上の吸音ピークを示す吸音構造体１を採用する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸音構造体に関するものであり、特に、薄型でなおかつ低音域の吸音特性に優れた吸音構造体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、吸音材として、グラスウール等の多孔質材料からなる多孔質型の吸音材が知られている（例えば、非特許文献１）。多孔質型の吸音材は、周波数が低くなるにつれて吸音率が低下する傾向がある。従って、例えば４００Ｈｚ程度の低周波帯域の音を効率良く吸音させるためには、２００〜４００ｍｍ程度の厚みが必要になる。
【０００３】
また、別のタイプの吸音材として、振動板と振動板の背後に設けた背後空気層からなる板振動型の吸音材が知られている（例えば非特許文献２）。一般に、板振動型の吸音材は、振動板が弾性をもって振動する場合に、下記の式（１）のようにバネマスのバネマス系の項（ρ０ｃ０２／ρｔＬ）と屈曲系の項（バネマス系の項の後に直列に加えられている項）とが加算される。このため、上記式で得られる共周波数は、バネマス系の共振周波数より高いものとなり、吸音のピークとなる周波数を低く設定することが難しい場合がある。例えば、振動板を含めた吸音材全体の厚みが薄くなると、振動板の板振動によって共振周波数がより高くなる。従って、振動板が弾性を持つ場合に低周波帯域の音を効率良く吸音させるには、背後空気層の厚みを更に大きくする必要がある。
【０００４】
【数１】
【０００５】
式（１）において、空気の密度をρ０[ｋｇ／ｍ３]、音速をｃ０[ｍ／ｓ]、振動体の密度をρ[ｋｇ／ｍ３]、振動体の厚さをｔ[ｍ]、空気層の厚さをＬ[ｍ] 、振動体の形状が長方形で一辺の長さをａ[ｍ]、もう一辺の長さをｂ[ｍ]、振動体のヤング率をＥ[Ｐａ]、振動体のポアソン比をσ[−]、ｐ，ｑはモード次数で正の整数（通常１次モードでｐ＝ｑ＝１）としている。
【０００６】
このように、従来の多孔質型または板振動型の吸音材を用いて、４００Ｈｚ以下の低音域の音を効率良く吸音するには、吸音材の厚みをある程度大きくする必要がある。このような事情から、吸音材の設置場所の制約が少ないコンサートホール等のような巨大空間を有する設備には、従来の吸音材が何ら支障なく用いられてきた。
【非特許文献１】前川純一，建築・環境音響学，共立出版，ｐ．８３−８４
【非特許文献２】前川純一，建築・環境音響学，共立出版，ｐ．８５−８６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで吸音材は、コンサートホールのような巨大な音響空間を有する設備のみならず、ピアノ防音室、会議室、ホームシアター、移動車両の居室といった小規模な音響空間を有する設備にも利用が広がっている。このような小空間は、容積が数立方メートル程度のものが含まれ、吸音材の設置場所に制約が生じる。例えば、吸音材の設置場所として、１０〜３０ｍｍ程度の狭幅の空間しか確保できない場合がある。このような狭い空間に多孔質型の吸音材を設置した場合は、吸音材の厚みとの関係で、１０００Ｈｚ以上の高音域の音しか有効に吸音できない問題がある。
【０００８】
更に、吸音材を設計するにあたっては、従来、評価指標として主に垂直入射吸音率が用いられているが、実際の吸音材の使用に際しては音がランダムな方向から入射するのが普通であることから、吸音材の設計に際して、垂直入射吸音率による評価だけでは不十分な場合があった。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、薄型化と、低音域の吸音特性の向上の両立を図るとともに、ランダム入射吸音率を向上することが可能な吸音構造体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このような吸音体構造体においては、バネマス系による共振周波数と、振動体の弾性による弾性振動による屈曲系の共振周波数との関連性は十分に解明されておらず、低音域で高い吸音力を発揮する膜吸音体の構造が確立されていないのが実情である。
そこで、発明者達は鋭意実験を行った結果、振動板の貯蔵弾性率Ｅ’、密度、厚み、内部損失が所定の範囲にある場合に、３０ｍｍ以下の空気室厚みにおいて、上記の式（１）で計算される共振周波数よりも低い周波数で共振し、吸音率が高くなることをみいだした。
そこで、上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
【００１１】
本発明の吸音構造体は、貯蔵弾性率Ｅ’が０．０１ＧＰａ超１．０ＧＰａ未満の範囲であり、密度が０．５（ｇ／ｃｍ３）超２．０（ｇ／ｃｍ３）未満の範囲であり、厚みが０．３ｍｍ超３．０ｍｍ未満の範囲であり、内部摩擦（tanδ）が０．００１超１．０未満の範囲である振動膜と、前記振動膜の裏面側に隣接する空気室とが備えられ、前記振動膜の表面側から音による空気振動が印加された際に、４００Ｈｚ以下の周波数帯域においてランダム入射吸音率が０．４以上の吸音ピークを示すことを特徴とする。
また、本発明の吸音構造体においては、前記空気室が複数備えられていることが好ましい。
また、本発明の吸音構造体においては、前記空気室が単数であってもよい。
また、本発明の吸音構造体においては、前記空気室の厚みが１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下の範囲であることが好ましい。
【００１２】
上記の吸音構造体によれば、貯蔵弾性率Ｅ’、密度、厚み及び内部摩擦（tanδ）が所定の範囲にある振動膜と空気室とが備えられ、かつ４００Ｈｚ以下の周波数帯域において吸音率が０．４以上の吸音ピークを発現するように構成されているので、空気室の厚みを薄くしても低音域の吸音率を十分に向上できる。
また上記の吸音構造体によれば、空気室が複数備えられるので、吸音構造体の大面積化が容易になり、建築材料としても利用できる。
また上記の吸音構造体によれば、空気室の数が単数なので、吸音構造体の小面積化が容易になり、設置面積が小さい箇所や設置面が複雑な形状になっている箇所にも、容易に取り付けることが出来る。
また、空気室が複数のものと単数のものを組み合わせて用いることで、設置面がより複雑な形状になっている箇所にも、容易に取り付け可能となる。
更に、空気室の厚みが１０〜３０ｍｍの範囲なので、小規模な音響空間を有する設備の吸音構造体として好適に用いることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の吸音構造体によれば、薄型化と、低音域の吸音特性の向上の両立を図るとともに、ランダム入射吸音率を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
「第１の実施形態」
以下、本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態の吸音構造体を示す分解斜視図であり、図２は、図１に示す吸音構造体の断面模式図である。
【００１５】
図１及び図２に示す吸音構造体１は、振動膜２と、振動膜２の裏面２ａ側に隣接する空気室３とが備えられて概略構成されている。図１及び図２に示す吸音構造体１は、１枚の振動膜２に対して１つの空気室３が備えられている。この吸音構造体１は、振動膜２の表面２ｂ側から音による空気振動が印加された際に、４００Ｈｚ以下の低音域に吸音ピークが発現するように構成されている。
【００１６】
「振動膜」
振動膜２は、ポリプロピレン系樹脂とゴム成分とを含むポリマーブレンド膜、ポリエチレン系樹脂とゴム成分とを含むポリマーブレンド膜またはポリオレフィン系樹脂層とゴム層とが積層された積層膜のいずれかを用いることが好ましい。以下、各膜の構成について説明する。
【００１７】
（ポリプロピレン系樹脂とゴム成分とを含むポリマーブレンド膜）
ポリプロピレン系樹脂とゴム成分とを含むポリマーブレンド膜は、ポリプロピレン系樹脂とゴム成分とをポリマーブレンドすることによって製造された膜である。ポリプロピレン系樹脂としては、貯蔵弾性率Ｅ’が０．２ＧＰａ〜１．４ＧＰａの範囲のものを用いることが好ましく、０．４ＧＰａ〜０．８ＧＰａの範囲のものを用いることがより好ましい。ポリプロピレン系樹脂の貯蔵弾性率Ｅ’がこの範囲から外れると、振動膜２の貯蔵弾性率Ｅ’等の物性が所望の範囲から外れてしまうので好ましくない。このようなポリプロピレン樹脂としては、例えば、日本ポリプロ株式会社製のBC8を例示できる。このBC8の貯蔵弾性率Ｅ’は０．６５ＧＰａである。
【００１８】
また、ゴム成分としては、貯蔵弾性率Ｅ’が０．０１ＧＰａ〜０．１ＧＰａの範囲のものが好ましく、０．０２ＧＰａ〜０．０８ＧＰａの範囲のものがより好ましい。ゴム成分の貯蔵弾性率Ｅ’がこの範囲から外れると、振動膜２の貯蔵弾性率Ｅ’等の物性が所望の範囲から外れてしまうので好ましくない。このようなゴム成分として例えば、ダウ・ケミカル日本株式会社製のＥＮＲ７２７０とクラレ株式会社製のハイブラー５１２７を併用したものを用いることができる。また、例示したゴム成分に更に他のゴム成分を追加して用いても良い。なお、ＥＮＲ７２７０の貯蔵弾性率Ｅ’は０．０２４ＧＰａであり、ハイブラー５１２７の貯蔵弾性率Ｅ’は０．０６６ＧＰａである。
【００１９】
ポリプロピレン系樹脂とゴム成分との配合比（ポリプロピレン系樹脂：ゴム成分）は、質量比で２０：８０〜５０：５０の範囲が好ましく、３０：７０〜４０：６０の範囲がより好ましい。配合比がこの範囲から外れると、振動膜２の貯蔵弾性率Ｅ’等の物性が所望の範囲から外れてしまうので好ましくない。
【００２０】
また、ポリプロピレン系樹脂とゴム成分の他に、フィラーとして、無機フィラーを配合することができる。無機フィラーの例としては、マイカ、タルク、炭酸カルシウム、水酸化マグネシウム、硫酸バリウム等が挙げられる。無機フィラーを配合する場合、その配合量は特に限定されず、振動膜２の密度Ｇ、貯蔵弾性率Ｅ’、およびｔａｎδの良好な範囲が得られる範囲であればよい。機械強度の点からは、振動膜２の構成材料中８０質量％以下が好ましく、６０質量％以下がより好ましい。
【００２１】
また、ポリプロピレン系樹脂とゴム成分の他に、振動膜２の物性に影響を及ぼさない範囲で、酸化防止剤、熱安定剤、着色剤、難燃剤、紫外線防止剤、帯電防止剤を添加することができる。
【００２２】
このポリマーブレンド膜は、内部摩擦（tanδ）が比較的大きくなるため、吸音構造体に適用した場合に、吸音ピークが比較的ブロードになる。
【００２３】
（ポリエチレン系樹脂とゴム成分とを含むポリマーブレンド膜）
次に、ポリエチレン系樹脂とゴム成分とを含むポリマーブレンド膜は、ポリエチレン系樹脂とゴム成分とをポリマーブレンドすることによって製造された膜である。ポリエチレン系樹脂としては、貯蔵弾性率Ｅ’が０．１ＧＰａ〜０．８ＧＰａの範囲のものが好ましく、０．２ＧＰａ〜０．６ＧＰａの範囲のものがより好ましい。ポリエチレン系樹脂の貯蔵弾性率Ｅ’がこの範囲から外れると、振動膜２の貯蔵弾性率Ｅ’等の物性が所望の範囲から外れてしまうので好ましくない。ポリエチレン系樹脂としては例えば、日本ポリエチレン株式会社製のＵＦ２４０を用いることができる。このＵＦ２４０の貯蔵弾性率Ｅ’は０．３７ＧＰａである。
【００２４】
また、ゴム成分としては、貯蔵弾性率Ｅ’が０．０１ＧＰａ〜０．０８ＧＰａの範囲のものが好ましく、０．０２ＧＰａ〜０．０６ＧＰａの範囲のものがより好ましい。ゴム成分の貯蔵弾性率Ｅ’がこの範囲から外れると、振動膜２の貯蔵弾性率Ｅ’等の物性が所望の範囲から外れてしまうので好ましくない。ゴム成分として例えば、ダウ・ケミカル日本株式会社製のＥＮＲ７２７０を用いることができる。例示したゴム成分は、１種のみ用いても良く、２種以上のゴム成分を用いても良い。
【００２５】
ポリエチレン系樹脂とゴム成分との配合比（ポリエチレン系樹脂：ゴム成分）は、質量比で６０：４０〜８５：１５の範囲が好ましく、７０：３０〜８０：２０の範囲がより好ましい。配合比がこの範囲から外れると、振動膜２の貯蔵弾性率Ｅ’等の物性が所望の範囲から外れてしまうので好ましくない。
【００２６】
ポリプロピレン系樹脂とゴム成分の他に、フィラーとして、無機フィラーを配合することができる。無機フィラーの例としては、マイカ、タルク、炭酸カルシウム、水酸化マグネシウム、硫酸バリウム等が挙げられる。無機フィラーを配合する場合、その配合量は特に限定されず、振動膜２の密度Ｇ、貯蔵弾性率Ｅ’、およびｔａｎδの良好な範囲が得られる範囲であればよい。機械強度の点からは、振動膜２の構成材料中８０質量％以下が好ましく、６０質量％以下がより好ましい。
【００２７】
また、ポリエチレン系樹脂とゴム成分の他に、振動膜２の物性に影響を及ぼさない範囲で、酸化防止剤、熱安定剤、着色剤、難燃剤、紫外線防止剤、帯電防止剤を添加することができる。
【００２８】
このポリマーブレンド膜は、内部摩擦（tanδ）が比較的小さくなるため、吸音構造体に適用した場合に、吸音ピークが比較的シャープになる。
【００２９】
（ポリオレフィン系樹脂層とゴム層とが積層された積層膜）
ポリオレフィン系樹脂層とゴム層とからなる積層膜は、ポリオレフィン系樹脂層とゴム層とを相互に積層させた膜である。ポリオレフィン系樹脂層としては、貯蔵弾性率Ｅ’が０．２ＧＰａ〜１．０ＧＰａの範囲のものが好ましく、０．３ＧＰａ〜０．８ＧＰａの範囲のものがより好ましい。ポリオレフィン系樹脂の貯蔵弾性率Ｅ’がこの範囲から外れると、振動膜２の貯蔵弾性率Ｅ’等の物性が所望の範囲から外れてしまうので好ましくない。更に、ポリオレフィン系樹脂層の厚みは、０．５ｍｍ〜１．２ｍｍの範囲が好ましく、０．５ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲がより好ましい。ポリオレフィン系樹脂層の厚みがこの範囲から外れると、振動膜の貯蔵弾性率Ｅ’等の物性が所望の範囲から外れてしまうので好ましくない。ポリオレフィン系樹脂層として例えば、日本ポリエチレン株式会社製のＵＦ２４０と日本ポリエチレン社製ＨＹ５４０を併用して用いることが好ましい。これら混合物の貯蔵弾性率Ｅ’は、０．５ＧＰａ程度になる。
【００３０】
また、ゴム層としては、貯蔵弾性率Ｅ’が０．０２ＧＰａ〜０．１ＧＰａの範囲のものが好ましく、０．０３ＧＰａ〜０．０８ＧＰａの範囲のものがより好ましい。ゴム層の貯蔵弾性率Ｅ’がこの範囲から外れると、振動膜２の貯蔵弾性率Ｅ’等の物性が所望の範囲から外れてしまうので好ましくない。更に、ゴム層の厚みは、０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲が好ましく、０．１ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲がより好ましい。ゴム層の厚みがこの範囲から外れると、振動膜２の貯蔵弾性率Ｅ’等の物性が所望の範囲から外れてしまうので好ましくない。ゴム層としては例えば、クラレ株式会社製のハイブラー５１２７を例示できる。
【００３１】
ポリオレフィン系樹脂層とゴム層との膜厚比（ポリオレフィン系樹脂層：ゴム層）は、６０：４０〜９０：１０の範囲が好ましく、７０：３０〜８０：２０の範囲がより好ましい。膜厚比がこの範囲から外れると、振動膜２の貯蔵弾性率Ｅ’等の物性が所望の範囲から外れてしまうので好ましくない。
【００３２】
また、ポリオレフィン系樹脂とゴム成分の他に、振動膜２の物性に影響を及ぼさない範囲で、酸化防止剤、熱安定剤、着色剤、充填剤、難燃剤、紫外線防止剤、帯電防止剤を添加することができる。
【００３３】
この積層膜を吸音構造体に用いた場合には、同組成のポリマーブレンド膜に比べて、吸音特性が良好になる。
【００３４】
次に、振動膜２の貯蔵弾性率Ｅ’は、０．０１ＧＰａ超１．０ＧＰａ未満の範囲が好ましく、０．１ＧＰａ超０．８ＧＰａ未満の範囲がより好ましい。貯蔵弾性率Ｅ’がこの範囲から外れると、４００Ｈｚ以下の周波数帯域において０．４以上の吸音率を有する吸音ピークが発現されないので好ましくない。
【００３５】
また、振動膜２の密度は、０．５（ｇ／ｃｍ３）超２．０（ｇ／ｃｍ３）未満の範囲が好ましく、０．８（ｇ／ｃｍ３）超１．５（ｇ／ｃｍ３）未満の範囲がより好ましい。密度が０．５（ｇ／ｃｍ３）以下では振動膜２の強度が不足するので好ましくなく、密度が２．０（ｇ／ｃｍ３）以上では振動膜２を含む吸音構造体の軽量化が困難になるので好ましくない。
【００３６】
また、振動膜２の厚みは、０．３ｍｍ超３．０ｍｍ未満の範囲が好ましく、０．７ｍｍ超１．５ｍｍ未満の範囲がより好ましい。厚みが０．３ｍｍ以下では振動膜２の強度が不足するので好ましくなく、厚みが３．０ｍｍ以上では振動膜２を含む吸音構造体の軽量化が困難になるので好ましくない。
【００３７】
また、振動膜２の内部摩擦（tanδ）は、０．００１超１．０未満の範囲が好ましく、０．０１超０．５未満の範囲がより好ましい。内部摩擦（tanδ）が０．００１以下では、振動膜２の振動が減衰しにくく、また、内部摩擦（tanδ）が１．０以上では振動膜２が振動する際の振幅が小さくなり、いずれの場合も十分な吸音率が得られないので好ましくない。
【００３８】
「空気室」
図１及び図２に示すように、空気室３は、筐体３ｃに設けられている。筐体３ｃは、背面部３ａと、背面部３aの外周部から突出する壁面部３ｂとから構成されている。空気室３は、振動膜２の裏面２ａと、裏面２ａに対向して配置された背面部３ａと、背面部３ａの周縁部から振動膜２側に向けて立設された壁面部３ｂとによって区画されている。また、空気室３は、壁面部３ｂによって平面視略矩形状に成形されている。空気室３の平面視形状は、正方形でも良く、長方形でも良い。また、壁面部３ｂと振動膜２の裏面２ａとは相互に密着されており、これにより空気室３が密閉状態になっている。また、振動膜２と壁面部３ｂとが密着されることで、振動膜２の外周部が壁面部３ｂによって拘束される形になる。
【００３９】
図２（ａ）に示すように、壁面部３ｂと振動膜２の裏面２ａとは相互に溶着されていてもよい。また、図２（ｂ）に示すように、壁面部３ｂと振動膜２の裏面２ａとが接着材４によって接合されていてもよい。接着材４としては、エポキシ系接着剤等からなる接着剤層や、両面に粘着層を有する両面粘着シート等が用いられる。
【００４０】
壁面部３ｂ及び背面部３ａは、金属、木材、樹脂、繊維強化樹脂、セラミックス、これらの複合材など、様々な材質で構成することができる。また、壁面部３ｂ及び背面部３ａは、同一の材質でもよいし異なる材質でもよい。更に、壁面部３ｂのみまたは壁面部３ｂ及び背面部３ａの両方を、振動膜２と同じ材質で構成してもよい。
【００４１】
また、壁面部３ｂ及び背面部３ａを、金属または樹脂などによって一体に成形して筐体３ｃを構成してもよい。また、壁面部３ｂ及び背面部３ａがそれぞれ樹脂からなる場合は、これらを相互に熱融着させて一体化して筐体３ｃとしてもよい。また、壁面部３ｂ及び背面部３ａがそれぞれ金属からなる場合は、これらを相互に溶接、ロウ付けまたはハンダ付けさせて筐体３ｃとしてもよい。
【００４２】
空気室３の厚みｄは、１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下の範囲が好ましい。空気室３の厚みｄが１０ｍｍ未満だと、吸音ピークの周波数が４００Ｈｚよりも高音域側にシフトするので好ましくない。また、３０ｍｍを超えると、振動膜２の貯蔵弾性率Ｅ’等に関連する影響が小さくなり、共振周波数が上記式（１）で計算される周波数よりも低くなるという本願の効果が期待できず、共振周波数が上記式（１）の第１項に支配されるようになるため好ましくない。また、３０ｍｍを超えると、吸音構造体としての厚みが厚くなり、実用性が劣ってしまうので好ましくない。
【００４３】
また、空気室３を平面視したときの一辺長ｍは、５０ｍｍ以上２４０ｍｍ以下の範囲が好ましい。一辺長ｍが５０ｍｍ未満または２４０ｍｍを超えると、音による空気振動が印加された際に、４００Ｈｚ以下の周波数帯域において吸音ピークが発現するように、振動膜２を振動させることが困難になるので好ましくない。また、空気室３のより好ましい一辺長ｍは、振動膜２の材質及び厚みにもよるが、７０ｍｍ以上２４０ｍｍ以下の範囲がよく、更に好ましくは８０ｍｍ以上１００ｍｍ以下がよい。一辺長ｍがこの範囲であれば、４００Ｈｚ以下におけるランダム入射吸音率のピーク値を高めることができる。
【００４４】
なお、空気室３が平面視略長方形の場合には、長辺及び短辺の長さがそれぞれ、上記一辺長ｍの範囲内にあればよい。
【００４５】
なお、図１〜図２に示す吸音構造体１は、空気室３を構成する背面部３ａと壁面部３ｂを一体に成形した例であるが、この背面部３ａに代えて、たとえば建築物を構成する壁面、床面または天井面を用いてもよい。すなわち、建築物を構成する壁面、床面または天井面に、壁面部３ｂを接着剤等で密着させるとともに、壁面部３ｂに振動膜２を貼り合わせることによって吸音構造体１を構成してもよい。これにより、建築物の躯体自体を吸音構造体１の一部として利用できる。
【００４６】
本実施形態の吸音構造体１においては、振動膜２の表面側から音による空気振動が印加されると、振動膜２が振動し、このときの振動エネルギーが熱エネルギーに変換されて吸音される。このとき、４００Ｈｚ以下の周波数帯域において、ランダム入射吸音率が０．４以上の吸音ピークが発現する。従って本実施形態の吸音構造体１によれば、４００Ｈｚ以下の低音域におけるランダム入射吸音率を高めることができる。また、空気室３の厚みが３０ｍｍ以下なので、小規模な音響空間を有する設備の吸音構造体として好適に用いることができる。
また本実施形態の吸音構造体１によれば、振動膜２に対して空気室３の数が１つなので、吸音構造体１の小面積化が容易になり、設置面積が小さい箇所や設置面が複雑な形状になっている箇所にも、容易に取り付けることが出来る。
【００４７】
「第２の実施形態」
次に、本発明の第２の実施形態を図面を参照して説明する。図３は、本実施形態の吸音構造体を示す分解斜視図であり、図４は、図３に示す吸音構造体の拡大断面模式図であり、図５は、図３及び図４の吸音構造体の内部構造を示す拡大平面模式図である。
【００４８】
図３〜５に示す吸音構造体１１は、振動膜２と、振動膜２の裏面２ａ側に隣接する空気室１３とが備えられて概略構成されている。図１及び図２に示す吸音構造体１は、１枚の振動膜２に対して複数の空気室１３が備えられている。この吸音構造体１１は、振動膜２の表面２ｂ側から音による空気振動が印加された際に、４００Ｈｚ以下の低音域に吸音ピークが発現するように構成されている。
【００４９】
「振動膜」
本実施形態の吸音構造体１１の振動膜２は、第１の実施形態の振動膜２と同様のものを用いることが出来る。
【００５０】
「空気室」
次に、本実施形態の空気室１３は、図４及び図５に示すように、振動膜２の裏面２ａと、裏面２ａに対向配置された背面部１３ａと、背面部１３ａの周縁部から振動膜２側に向けて立設された壁面部１３ｂとによって区画形成されている。壁面部１３ｂと、振動膜２の裏面２ａ及び背面部１３ａとはそれぞれ、相互に密着されており、これにより空気室１３が密閉状態になっている。また、本実施形態の吸音構造体１１においては、図３〜図５に示すように、１つの振動膜２に対して、複数の空気室１３がマトリックス状に配列されており、各空気室１３同士が相互に密閉状態のままで分離されている。
【００５１】
振動膜２と壁面部１３ｂは、第１の実施形態の場合と同様に、相互に融着されていても良く、接着材を介して接合されていても良い。
【００５２】
空気室１３についてより具体的に説明すると、空気室１３は、振動膜２と、振動膜２の裏面２ａ側に配置された格子状の壁面部１３ｂと、壁面部１３ｂの振動膜２側とは反対側に配置された背面部１３ａとが一体化されることによって区画形成されている。壁面部１３ｂと背面部１３ａとによって筐体１３ｃが構成されている。
【００５３】
壁面部１３ｂは、空気室３の壁面を構成する格子状の部材であって、この壁面部１３ｂには、マトリックス状に配列された平面視略矩形状の開口部１４ａが備えられている。また背面部１３ａは、空気室１３の背面を構成する板状の部材である。壁面部１３ｂの複数の開口部１４ａが、振動膜２と背面部１３ａとに挟まれて密閉されることによって、複数の空気室１３が形成されている。各空気室１３は、壁面部１３ｂによって相互に分離されており、各空気室１３同士の間では空気の流通が遮断されている。
【００５４】
壁面部１３ｂ及び背面部１３ａは、金属、木材、樹脂、繊維強化樹脂、セラミックス、これらの複合材など、様々な材質で構成することができる。また、壁面部１３ｂ及び背面部１３ａは、同一の材質でもよいし異なる材質でもよい。更に、壁面部１３ｂのみまたは壁面部１３ｂ及び背面部１３ａの両方を、振動膜２と同じ材質で構成してもよい。
また、壁面部１３ｂ、背面部１３ａ及び振動膜２はそれぞれ、接着剤、両面粘着テープを介して密着させればよい。また、壁面部１３ｂ及び背面部１３ａが樹脂からなる場合は、これらを相互に熱融着させてもよい。また、壁面部１３ｂ及び背面部１３ａが金属からなる場合は、これらを相互に溶接、ロウ付けまたはハンダ付けさせてもよい。更に、壁面部１３ｂ及び背面部１３ａを、金属または樹脂などによって一体に成形してもよい。
【００５５】
空気室１３の厚みｄは、第１の実施形態と同様に、１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下の範囲が好ましい。空気室１３の厚みｄが１０ｍｍ未満だと、吸音ピークの周波数が４００Ｈｚよりも高音域側にシフトするので好ましくない。また、３０ｍｍを超えると、振動膜２の貯蔵弾性率Ｅ’等に関連する影響が小さくなり、共振周波数が上記式（１）で計算される周波数よりも低くなるという本願の効果が期待できず、共振周波数が上記式（１）の第１項に支配されるようになるため好ましくない。また、３０ｍｍを超えると、吸音構造体としての厚みが厚くなり、実用性が劣ってしまうので好ましくない。
【００５６】
また、空気室１３を平面視したときの一辺長ｍは、第１の実施形態と同様に、５０ｍｍ以上２４０ｍｍ以下の範囲が好ましく、７０ｍｍ以上２４０ｍｍ以下の範囲がより好ましく、８０ｍｍ以上１００ｍｍ以下が更に好ましい。一辺長ｍが５０ｍｍ未満または２４０ｍｍを超えると、音による空気振動が印加された際に、４００Ｈｚ以下の周波数帯域において吸音ピークが発現するように、振動膜２を振動させることが困難になるので好ましくない。
【００５７】
なお、空気室１３が平面視略長方形の場合には、長辺及び短辺の長さがそれぞれ、上記一辺長ｍの範囲内にあればよい。
【００５８】
また、図３〜図５に示す吸音構造体１１においては、第１の実施形態の場合と同様に、背面部１３ａに代えて、たとえば建築物を構成する壁面、床面または天井面を用いてもよい。すなわち、建築物を構成する壁面、床面または天井面に、壁面部１３ｂを接着剤等で密着させるとともに、壁面部１３ｂに振動膜２を貼り合わせることによって吸音構造体１１を構成してもよい。これにより、建築物の躯体自体を吸音構造体１１の一部として利用できる。
【００５９】
以上説明したように、上記の吸音構造体１１においては、第１の実施形態と同様に、振動膜２の表面側から音による空気振動が印加されると、振動膜２が振動し、このときの振動エネルギーが熱エネルギーに変換されて吸音される。このとき、４００Ｈｚ以下の周波数帯域において、ランダム入射吸音率が０．４以上の吸音ピークが発現する。従って本実施形態の吸音構造体１１によれば、４００Ｈｚ以下の低音域におけるランダム入射吸音率を高めることができる。また、空気室１３の厚みが３０ｍｍ以下なので、小規模な音響空間を有する設備の吸音構造体として好適に用いることができる。
また本実施形態の吸音構造体１１によれば、振動膜２に対して空気室１３の数が複数なので、吸音構造体１１の大面積化が容易になり、建築材料としても利用できる。
【００６０】
なお、上記の空気室３、１３の一辺長ｍはあくまで例示であり、振動膜２の表面２ｂ側から音による空気振動が印加されたときに４００Ｈｚ以下の周波数帯域において吸音ピークが発現するように、振動膜２が空気室３、１３に取り付けられていれば、一辺長ｍはどのような範囲でもよい。
【００６１】
また、上記の実施形態における吸音構造体１、１１は平板状であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、吸音構造体１、１１を凹面状、凸面状、凸球面状、凹球面状のいずれかの形状にしてもよい。
【００６２】
また、上記の吸音構造体１は、様々な分野に適用することができる。例えば、上記の吸音構造体１、１１は、厚みを従来よりも薄くできることから、自動車や電車などの車両の車内に設置することで、車内の音響環境の改善を図ることができる。
また、電器製品の内部に設置することで、電器製品から発する騒音を低減することが可能になり、電器製品の静音化を図ることができる。
更に、スピーカー、楽器、電子楽器等にも適用することができ、これら楽器等の製品における低音域の音響特性を改善することもできる。
更にまた、上述のように、建築物の躯体に対して壁面部を密着させるとともに振動膜を貼り合わせて、吸音構造体を構成できるので、リスニングルーム、防音室などの設計にも有利である。
【実施例】
【００６３】
以下の実施例により、本発明を更に詳細に説明する。
以下の実施例では、各種の吸音構造体を評価するにあたって、ランダム入射吸音率を評価指標として用いた。ランダム入射吸音率は、残響室法吸音率とも呼ばれるもので、ＪＩＳ Ａ １４０９に準じた方法により、残響室内で音を出して急に止めた際の、残響音の減衰時間から算出したものである。本実施例では、図６に示すように、容積（Ｖ）６４ｍ３、表面積（Ｓ）１００ｍ２、Ｖ／Ｓ＝０．６４の残響室２０内の床面２０ａのほぼ中央に、試験例の吸音構造体２１を複数個敷き詰めて吸音面積が１ｍ２になるように設置し、吸音構造体２１の周囲には２０ｍｍ厚のアクリル板からなる高さ８００ｍｍの拡散板枠２２を設置した。そして、音源２３を、吸音構造体２１から離れた位置に配置した。このようにして、吸音構造体２１の表面２１ａに対して、ランダムな方向から音（音による空気振動）が入射するようにした。なお、吸音率の測定は、１／３オクターブで測定した。
【００６４】
「実験例１」
ポリオレフィン系樹脂層とゴム層とが積層された積層膜からなる振動膜を用意した。また、長辺長さが４５〜４８６ｍｍ、短辺長さが４０〜３１８ｍｍ、深さ（空気室の厚み）が５〜３０ｍｍの開口部を有する筐体を用意した。筐体の材質は、桂またはＡＢＳ樹脂とした。また、筐体の肉厚（壁面部及び底面部の厚み）は３〜９ｍｍとした。筐体の開口部に振動膜を接着剤によって接合し、開口部を振動膜で密閉して空気室として、図１に示すような、試験例１〜２０の吸音構造体を製造した。振動膜は、貯蔵弾性率Ｅ’が０．６３ＧＰａで厚みが０．６ｍｍのポリエチレン樹脂層（ポリオレフィン系樹脂層、ＵＦ２４０（７０ｗｔ％）とＨＹ５４０（３０ｗｔ％）との混合物）と、貯蔵弾性率Ｅ’が０．０７ＧＰａで厚みが０．２ｍｍのＳＩＳ樹脂層（スチレン・イソプレン・スチレン樹脂、ゴム層、ハイブラー５１２７）との積層膜を用いた。振動膜の物性を表１に示す。
【００６５】
振動膜の貯蔵弾性率Ｅ’およびｔａｎδは、ＪＩＳ Ｋ７２４４−４（引張振動）に準処する測定方法により、ＤＭＳ装置として、エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製、粘弾性スペクトロメータＥＸＳＴＡＲ６０００ ＤＭＳ、形式ＤＭＳ６１００を用い、サンプルサイズを長さ４０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ１ｍｍとし、測定条件をスパン間距離２０ｍｍ、歪振幅６μｍ、測定周波数２０Ｈｚとして得られる値（単位：Ｐａ）である。測定温度は、特に断りがない限り２５℃である。
ｔａｎδ（損失正接）は、貯蔵弾性率（Ｅ’）に対する損失弾性率（Ｅ”）の比（Ｅ”／Ｅ’）の絶対値で表される値である。これは、実検例２〜４においても同様である。
【００６６】
試験例１〜２０の吸音構造体について、ランダム入射吸音率を測定した。結果を表１に示す。また、試験例２及び３の吸音率曲線を図７に示し、試験例４及び５の吸音率曲線を図８に示し、試験例１４及び１５の吸音率曲線を図９に示す。図７〜図９は、ランダム入射吸音率の周波数依存性を示すグラフである。
また、表１には、試験例１〜２０の吸音構造体について、上記の式（１）による共振周波数の計算値を併せて示す。
【００６７】
表１に示すように、試験例１〜１３の吸音構造体においては、２５０〜４００Ｈｚの周波数帯域に、ランダム入射吸音率が０．４１〜０．９３程度の吸音ピークが確認された。また、図７に示すように、試験例２及び３では、３１５Ｈｚと４００Ｈｚとにそれぞれ、単独の吸音ピークが観察された。更に図８に示すように、試験例４及び５では、３１５Ｈｚに吸音率が最大となる吸音ピークが観察されるとともに、５００Ｈｚ付近にも吸音ピークが観察された。
【００６８】
一方、表１に示すように、試験例１４〜２０の吸音構造体においては、５００〜１０００Ｈｚの周波数帯域に、ランダム入射吸音率が０．５７〜０．７５程度の吸音ピークが確認された。
また、図９に示すように、試験例１４及び１５では、６３０Ｈｚと８００Ｈｚにそれぞれ、単独の吸音ピークが観察された。また、試験例１４及び１５では、４００Ｈｚ以下の周波数帯域における最大の吸音率が０．２程度と低めであった。
【００６９】
試験例１４、１５及び１９は、開口部の長辺長さが試験例１〜１３に比べて大きく、また、試験例１９は空気室の厚みが小さいために、低音域の吸音特性が低下したと考えられる。また、試験例１６〜１８は、開口部の長辺長さ及び短辺長さが試験例１〜１３に比べて小さいために、低音域の吸音特性が低下したと考えられる。更に、試験例２０は、空気室の厚みが小さいために、低音域の吸音特性が低下したと考えられる。
【００７０】
以上のように、試験例１〜１３の吸音構造体は、試験例１４〜２０の吸音構造体に比べて、４００Ｈｚ以下の低音領域において、０．４１以上の吸音ピークが発現されており、低音域の吸音特性に優れていることがわかる。
また、試験例１〜１３の吸音構造体の吸音ピークのピーク周波数は、上記の式（１）による計算値に比べて低くなっており、振動板が弾性をもって振動する板振動型の吸音材とは異なる機構で吸音しているものと考えられ、計算値よりも低周波帯域での吸音特性に優れることがわかる。
【００７１】
【表１】
【００７２】
「実験例２」
ポリエチレン系樹脂とゴム成分とを含むポリマーブレンド膜からなる振動膜を用意した。また、長辺長さが８０〜４８６ｍｍ、短辺長さが８０〜３１８ｍｍ、深さ（空気室の厚み）が１０〜１５ｍｍの開口部を有する筐体を用意した。筐体の材質は、桂またはＡＢＳ樹脂とした。また、筐体の肉厚（壁面部及び底面部の厚み）は３〜９ｍｍとした。筐体の開口部に振動膜を接着剤によって接合し、開口部を振動膜で密閉して空気室として、図１に示すような、試験例２１〜２７の吸音構造体を製造した。振動膜は、貯蔵弾性率Ｅ’が０．４ＧＰａのＬＬＤＰＥ樹脂層（ポリエチレン系樹脂）と、貯蔵弾性率Ｅ’が０．０２ＧＰａのエチレン−ブテン共重合体層（ゴム成分）と無機フィラー（硫酸バリウム）とのポリマーブレンド膜を用いた。混合比は質量比で、ポリエチレン系樹脂：ゴム成分：無機フィラー＝５０：２０：３０であった。振動膜の物性を表２に示す。
【００７３】
試験例２１〜２７の吸音構造体について、ランダム入射吸音率を測定した。結果を表２に示す。
また、表２には、試験例２１〜２７の吸音構造体について、上記の式（１）による共振周波数の計算値を併せて示す。
【００７４】
表２に示すように、試験例２１〜２５の吸音構造体においては、２５０〜４００Ｈｚの周波数帯域に、ランダム入射吸音率が０．４１〜０．７２程度の吸音ピークが確認された。
【００７５】
一方、表２に示すように、試験例２６〜２７の吸音構造体においては、５００〜６３０Ｈｚの周波数帯域に、ランダム入射吸音率が０．６０〜０．７０程度の吸音ピークが確認された。
試験例２６及び２７は、開口部の長辺長さ及び短辺長さが試験例２１〜２５に比べて大きいために、低音域の吸音特性が低下したと考えられる。
【００７６】
以上のように、試験例２１〜２５の吸音構造体は、試験例２６〜２７の吸音構造体に比べて、４００Ｈｚ以下の低音領域において０．４１以上の吸音ピークが発現されており、低音域の吸音特性に優れていることがわかる。
また、試験例２１〜２５の吸音構造体の吸音ピークのピーク周波数は、上記の式（１）による計算値に比べて低くなっており、振動板が弾性をもって振動する板振動型の吸音材とは異なる機構で吸音しているものと考えられ、計算値よりも低周波帯域での吸音特性に優れることがわかる。
【００７７】
【表２】
【００７８】
「実験例３」
ポリプロピレン系樹脂とゴム成分とを含むポリマーブレンド膜からなる振動膜を用意した。また、長辺長さが４５〜４８６ｍｍ、短辺長さが４０〜３１８ｍｍ、深さ（空気室の厚み）が５〜３０ｍｍの開口部を有する筐体を用意した。筐体の材質は、桂、ＰＰ樹脂またはＡＢＳ樹脂とした。また、筐体の肉厚（壁面部及び底面部の厚み）は１〜９ｍｍとした。筐体の開口部に振動膜を接着剤によって接合し、開口部を振動膜で密閉して空気室として、試験例２８〜４８の吸音構造体を製造した。振動膜は、貯蔵弾性率Ｅ’が０．６５ＧＰａのポリプロピレン系樹脂と、貯蔵弾性率Ｅ’が０．０２ＧＰａのエチレン−ブテン共重合体（ゴム成分１）と貯蔵弾性率Ｅ’が０．０７ＧＰａのＳＩＳ樹脂（ゴム成分２）と無機フィラー（硫酸バリウム）のポリマーブレンド膜を用いた。混合比は質量比で、ポリプロピレン系樹脂：ゴム成分１：ゴム成分２：無機フィラー＝２５：３５：１０：３０であった。振動膜の物性を表３に示す。
【００７９】
試験例２８〜４８の吸音構造体について、ランダム入射吸音率を測定した。結果を表３に示す。また、試験例２８及び２９の吸音率曲線を図１０に示し、試験例３０及び３２の吸音率曲線を図１１に示し、試験例４２及び４３の吸音率曲線を図１２に示す。図１０〜図１２は、ランダム入射吸音率の周波数依存性を示すグラフである。
また、表３には、試験例２８〜４８の吸音構造体について、上記の式（１）による共振周波数の計算値を併せて示す。
【００８０】
表３に示すように、試験例２８〜４１の吸音構造体においては、２５０〜４００Ｈｚの周波数帯域に、ランダム入射吸音率が０．４２〜０．７８程度の吸音ピークが確認された。また、図１０に示すように、試験例２８及び２９では、２５０Ｈｚにそれぞれ、単独の吸音ピークが観察された。更に図１１に示すように、試験例３０及び３２では、２５０Ｈｚと３１５Ｈｚとにそれぞれ、単独の吸音ピークが観察された。
【００８１】
一方、表３に示すように、試験例４２〜４８の吸音構造体においては、４００〜６３０Ｈｚの周波数帯域に、ランダム入射吸音率が０．３〜０．７４程度の吸音ピークが確認された。
また、図１２に示すように、試験例４２及び４３では、５００Ｈｚにそれぞれ、単独の吸音ピークが観察された。また、試験例４２及び４３では、４００Ｈｚ以下の周波数帯域における最大の吸音率が０．３程度と低めであった。
【００８２】
試験例４２及び４７は、開口部の長辺長さ及び短辺長さが試験例２８〜４１に比べて大きく、また、試験例４７は空気室の厚みが小さいために、低音域の吸音特性が低下したと考えられる。また、試験例４３は、開口部の長辺長さが試験例２８〜４１に比べて大きいために、低音域の吸音特性が低下したと考えられる。更に、試験例４４〜４６は、開口部の長辺長さ及び短辺長さが試験例２８〜４１に比べて小さいために、低音域の吸音特性が低下したと考えられる。更に、試験例４８は、空気室の厚みが小さいために、低音域の吸音特性が低下したと考えられる。
【００８３】
以上のように、試験例２８〜４１の吸音構造体は、試験例４２〜４８の吸音構造体に比べて、４００Ｈｚ以下の低音領域において、０．４２以上の吸音ピークが発現されており、低音域の吸音特性に優れていることがわかる。
また、試験例２８〜４１の吸音構造体の吸音ピークのピーク周波数は、上記の式（１）による計算値に比べて低くなっており、振動板が弾性をもって振動する板振動型の吸音材とは異なる機構で吸音しているものと考えられ、計算値よりも低周波帯域での吸音特性に優れることがわかる。
【００８４】
【表３】
【００８５】
「実験例４」
ポリエチレン膜からなる振動膜と、天然ゴムからなる振動膜とをそれぞれ用意した。また、長辺長さが１５６ｍｍ、短辺長さが１５５ｍｍ、深さ（空気室の厚み）が２０ｍｍの開口部を有する筐体を用意した。筐体の材質は、桂とした。また、筐体の肉厚（壁面部及び底面部の厚み）は９ｍｍとした。筐体の開口部に各振動膜を接着剤によって接合し、開口部を振動膜で密閉して空気室として、試験例４９〜５０の吸音構造体を製造した。振動膜の物性を表４に示す。
【００８６】
試験例４９〜５０の吸音構造体について、ランダム入射吸音率を測定した。結果を表４に示す。
また、表４には、試験例４９〜５０の吸音構造体について、上記の式（１）による共振周波数の計算値を併せて示す。
【００８７】
表４に示すように、試験例４９〜５０の吸音構造体においては、５００Ｈｚの周波数帯域に、ランダム入射吸音率が０．５３〜０．６程度の吸音ピークが確認された。
試験例４９は、振動膜の貯蔵弾性率Ｅ’が１．１ＧＰａと高すぎたために、低音域の吸音特性が低下したと考えられる。試験例５０は、振動膜の貯蔵弾性率Ｅ’が０．０１ＧＰａと低いために、低音域の吸音特性が低下したと考えられる。
【００８８】
以上のように、振動膜の貯蔵弾性率Ｅ’が０．０１ＧＰａ超１．０ＧＰａ未満の範囲から外れると、低音域の吸音特性が低下することがわかる。
また、試験例４９〜５０の吸音構造体の吸音ピークのピーク周波数は、上記の式（１）による計算値に良く一致しており、振動板が弾性をもって振動する板振動型の吸音材であることがわかる。
【００８９】
【表４】
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態である吸音構造体を示す分解斜視図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態である吸音構造体を示す拡大断面模式図である。
【図３】図３は、本発明の第２の実施形態である吸音構造体を示す分解斜視図である。
【図４】図４は、本発明の第２の実施形態である吸音構造体を示す拡大断面模式図である。
【図５】図５は、本発明の第２の実施形態である吸音構造体の内部構造を示す拡大平面模式図である。
【図６】図６は、実施例におけるランダム入射吸音率の測定室を示す模式図である。
【図７】図７は、試験例２及び３の周波数とランダム入射吸音率との関係を示すグラフである。
【図８】図８は、試験例４及び５の周波数とランダム入射吸音率との関係を示すグラフである。
【図９】図９は、試験例１４及び１５の周波数とランダム入射吸音率との関係を示すグラフである。
【図１０】図１０は、試験例２８及び２９の周波数とランダム入射吸音率との関係を示すグラフである。
【図１１】図１１は、試験例３０及び３２の周波数とランダム入射吸音率との関係を示すグラフである。
【図１２】図１２は、試験例４２及び４３の周波数とランダム入射吸音率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００９１】
１、１１…吸音構造体、２…振動膜、２ａ…裏面、２ｂ…表面、３、１３…空気室。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸音構造体に関するものであり、特に、薄型でなおかつ低音域の吸音特性に優れた吸音構造体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、吸音材として、グラスウール等の多孔質材料からなる多孔質型の吸音材が知られている（例えば、非特許文献１）。多孔質型の吸音材は、周波数が低くなるにつれて吸音率が低下する傾向がある。従って、例えば４００Ｈｚ程度の低周波帯域の音を効率良く吸音させるためには、２００〜４００ｍｍ程度の厚みが必要になる。
【０００３】
また、別のタイプの吸音材として、振動板と振動板の背後に設けた背後空気層からなる板振動型の吸音材が知られている（例えば非特許文献２）。一般に、板振動型の吸音材は、振動板が弾性をもって振動する場合に、下記の式（１）のようにバネマスのバネマス系の項（ρ０ｃ０２／ρｔＬ）と屈曲系の項（バネマス系の項の後に直列に加えられている項）とが加算される。このため、上記式で得られる共周波数は、バネマス系の共振周波数より高いものとなり、吸音のピークとなる周波数を低く設定することが難しい場合がある。例えば、振動板を含めた吸音材全体の厚みが薄くなると、振動板の板振動によって共振周波数がより高くなる。従って、振動板が弾性を持つ場合に低周波帯域の音を効率良く吸音させるには、背後空気層の厚みを更に大きくする必要がある。
【０００４】
【数１】
【０００５】
式（１）において、空気の密度をρ０[ｋｇ／ｍ３]、音速をｃ０[ｍ／ｓ]、振動体の密度をρ[ｋｇ／ｍ３]、振動体の厚さをｔ[ｍ]、空気層の厚さをＬ[ｍ] 、振動体の形状が長方形で一辺の長さをａ[ｍ]、もう一辺の長さをｂ[ｍ]、振動体のヤング率をＥ[Ｐａ]、振動体のポアソン比をσ[−]、ｐ，ｑはモード次数で正の整数（通常１次モードでｐ＝ｑ＝１）としている。
【０００６】
このように、従来の多孔質型または板振動型の吸音材を用いて、４００Ｈｚ以下の低音域の音を効率良く吸音するには、吸音材の厚みをある程度大きくする必要がある。このような事情から、吸音材の設置場所の制約が少ないコンサートホール等のような巨大空間を有する設備には、従来の吸音材が何ら支障なく用いられてきた。
【非特許文献１】前川純一，建築・環境音響学，共立出版，ｐ．８３−８４
【非特許文献２】前川純一，建築・環境音響学，共立出版，ｐ．８５−８６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで吸音材は、コンサートホールのような巨大な音響空間を有する設備のみならず、ピアノ防音室、会議室、ホームシアター、移動車両の居室といった小規模な音響空間を有する設備にも利用が広がっている。このような小空間は、容積が数立方メートル程度のものが含まれ、吸音材の設置場所に制約が生じる。例えば、吸音材の設置場所として、１０〜３０ｍｍ程度の狭幅の空間しか確保できない場合がある。このような狭い空間に多孔質型の吸音材を設置した場合は、吸音材の厚みとの関係で、１０００Ｈｚ以上の高音域の音しか有効に吸音できない問題がある。
【０００８】
更に、吸音材を設計するにあたっては、従来、評価指標として主に垂直入射吸音率が用いられているが、実際の吸音材の使用に際しては音がランダムな方向から入射するのが普通であることから、吸音材の設計に際して、垂直入射吸音率による評価だけでは不十分な場合があった。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、薄型化と、低音域の吸音特性の向上の両立を図るとともに、ランダム入射吸音率を向上することが可能な吸音構造体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このような吸音体構造体においては、バネマス系による共振周波数と、振動体の弾性による弾性振動による屈曲系の共振周波数との関連性は十分に解明されておらず、低音域で高い吸音力を発揮する膜吸音体の構造が確立されていないのが実情である。
そこで、発明者達は鋭意実験を行った結果、振動板の貯蔵弾性率Ｅ’、密度、厚み、内部損失が所定の範囲にある場合に、３０ｍｍ以下の空気室厚みにおいて、上記の式（１）で計算される共振周波数よりも低い周波数で共振し、吸音率が高くなることをみいだした。
そこで、上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
【００１１】
本発明の吸音構造体は、貯蔵弾性率Ｅ’が０．０１ＧＰａ超１．０ＧＰａ未満の範囲であり、密度が０．５（ｇ／ｃｍ３）超２．０（ｇ／ｃｍ３）未満の範囲であり、厚みが０．３ｍｍ超３．０ｍｍ未満の範囲であり、内部摩擦（tanδ）が０．００１超１．０未満の範囲である振動膜と、前記振動膜の裏面側に隣接する空気室とが備えられ、前記振動膜の表面側から音による空気振動が印加された際に、４００Ｈｚ以下の周波数帯域においてランダム入射吸音率が０．４以上の吸音ピークを示すことを特徴とする。
また、本発明の吸音構造体においては、前記空気室が複数備えられていることが好ましい。
また、本発明の吸音構造体においては、前記空気室が単数であってもよい。
また、本発明の吸音構造体においては、前記空気室の厚みが１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下の範囲であることが好ましい。
【００１２】
上記の吸音構造体によれば、貯蔵弾性率Ｅ’、密度、厚み及び内部摩擦（tanδ）が所定の範囲にある振動膜と空気室とが備えられ、かつ４００Ｈｚ以下の周波数帯域において吸音率が０．４以上の吸音ピークを発現するように構成されているので、空気室の厚みを薄くしても低音域の吸音率を十分に向上できる。
また上記の吸音構造体によれば、空気室が複数備えられるので、吸音構造体の大面積化が容易になり、建築材料としても利用できる。
また上記の吸音構造体によれば、空気室の数が単数なので、吸音構造体の小面積化が容易になり、設置面積が小さい箇所や設置面が複雑な形状になっている箇所にも、容易に取り付けることが出来る。
また、空気室が複数のものと単数のものを組み合わせて用いることで、設置面がより複雑な形状になっている箇所にも、容易に取り付け可能となる。
更に、空気室の厚みが１０〜３０ｍｍの範囲なので、小規模な音響空間を有する設備の吸音構造体として好適に用いることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の吸音構造体によれば、薄型化と、低音域の吸音特性の向上の両立を図るとともに、ランダム入射吸音率を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
「第１の実施形態」
以下、本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態の吸音構造体を示す分解斜視図であり、図２は、図１に示す吸音構造体の断面模式図である。
【００１５】
図１及び図２に示す吸音構造体１は、振動膜２と、振動膜２の裏面２ａ側に隣接する空気室３とが備えられて概略構成されている。図１及び図２に示す吸音構造体１は、１枚の振動膜２に対して１つの空気室３が備えられている。この吸音構造体１は、振動膜２の表面２ｂ側から音による空気振動が印加された際に、４００Ｈｚ以下の低音域に吸音ピークが発現するように構成されている。
【００１６】
「振動膜」
振動膜２は、ポリプロピレン系樹脂とゴム成分とを含むポリマーブレンド膜、ポリエチレン系樹脂とゴム成分とを含むポリマーブレンド膜またはポリオレフィン系樹脂層とゴム層とが積層された積層膜のいずれかを用いることが好ましい。以下、各膜の構成について説明する。
【００１７】
（ポリプロピレン系樹脂とゴム成分とを含むポリマーブレンド膜）
ポリプロピレン系樹脂とゴム成分とを含むポリマーブレンド膜は、ポリプロピレン系樹脂とゴム成分とをポリマーブレンドすることによって製造された膜である。ポリプロピレン系樹脂としては、貯蔵弾性率Ｅ’が０．２ＧＰａ〜１．４ＧＰａの範囲のものを用いることが好ましく、０．４ＧＰａ〜０．８ＧＰａの範囲のものを用いることがより好ましい。ポリプロピレン系樹脂の貯蔵弾性率Ｅ’がこの範囲から外れると、振動膜２の貯蔵弾性率Ｅ’等の物性が所望の範囲から外れてしまうので好ましくない。このようなポリプロピレン樹脂としては、例えば、日本ポリプロ株式会社製のBC8を例示できる。このBC8の貯蔵弾性率Ｅ’は０．６５ＧＰａである。
【００１８】
また、ゴム成分としては、貯蔵弾性率Ｅ’が０．０１ＧＰａ〜０．１ＧＰａの範囲のものが好ましく、０．０２ＧＰａ〜０．０８ＧＰａの範囲のものがより好ましい。ゴム成分の貯蔵弾性率Ｅ’がこの範囲から外れると、振動膜２の貯蔵弾性率Ｅ’等の物性が所望の範囲から外れてしまうので好ましくない。このようなゴム成分として例えば、ダウ・ケミカル日本株式会社製のＥＮＲ７２７０とクラレ株式会社製のハイブラー５１２７を併用したものを用いることができる。また、例示したゴム成分に更に他のゴム成分を追加して用いても良い。なお、ＥＮＲ７２７０の貯蔵弾性率Ｅ’は０．０２４ＧＰａであり、ハイブラー５１２７の貯蔵弾性率Ｅ’は０．０６６ＧＰａである。
【００１９】
ポリプロピレン系樹脂とゴム成分との配合比（ポリプロピレン系樹脂：ゴム成分）は、質量比で２０：８０〜５０：５０の範囲が好ましく、３０：７０〜４０：６０の範囲がより好ましい。配合比がこの範囲から外れると、振動膜２の貯蔵弾性率Ｅ’等の物性が所望の範囲から外れてしまうので好ましくない。
【００２０】
また、ポリプロピレン系樹脂とゴム成分の他に、フィラーとして、無機フィラーを配合することができる。無機フィラーの例としては、マイカ、タルク、炭酸カルシウム、水酸化マグネシウム、硫酸バリウム等が挙げられる。無機フィラーを配合する場合、その配合量は特に限定されず、振動膜２の密度Ｇ、貯蔵弾性率Ｅ’、およびｔａｎδの良好な範囲が得られる範囲であればよい。機械強度の点からは、振動膜２の構成材料中８０質量％以下が好ましく、６０質量％以下がより好ましい。
【００２１】
また、ポリプロピレン系樹脂とゴム成分の他に、振動膜２の物性に影響を及ぼさない範囲で、酸化防止剤、熱安定剤、着色剤、難燃剤、紫外線防止剤、帯電防止剤を添加することができる。
【００２２】
このポリマーブレンド膜は、内部摩擦（tanδ）が比較的大きくなるため、吸音構造体に適用した場合に、吸音ピークが比較的ブロードになる。
【００２３】
（ポリエチレン系樹脂とゴム成分とを含むポリマーブレンド膜）
次に、ポリエチレン系樹脂とゴム成分とを含むポリマーブレンド膜は、ポリエチレン系樹脂とゴム成分とをポリマーブレンドすることによって製造された膜である。ポリエチレン系樹脂としては、貯蔵弾性率Ｅ’が０．１ＧＰａ〜０．８ＧＰａの範囲のものが好ましく、０．２ＧＰａ〜０．６ＧＰａの範囲のものがより好ましい。ポリエチレン系樹脂の貯蔵弾性率Ｅ’がこの範囲から外れると、振動膜２の貯蔵弾性率Ｅ’等の物性が所望の範囲から外れてしまうので好ましくない。ポリエチレン系樹脂としては例えば、日本ポリエチレン株式会社製のＵＦ２４０を用いることができる。このＵＦ２４０の貯蔵弾性率Ｅ’は０．３７ＧＰａである。
【００２４】
また、ゴム成分としては、貯蔵弾性率Ｅ’が０．０１ＧＰａ〜０．０８ＧＰａの範囲のものが好ましく、０．０２ＧＰａ〜０．０６ＧＰａの範囲のものがより好ましい。ゴム成分の貯蔵弾性率Ｅ’がこの範囲から外れると、振動膜２の貯蔵弾性率Ｅ’等の物性が所望の範囲から外れてしまうので好ましくない。ゴム成分として例えば、ダウ・ケミカル日本株式会社製のＥＮＲ７２７０を用いることができる。例示したゴム成分は、１種のみ用いても良く、２種以上のゴム成分を用いても良い。
【００２５】
ポリエチレン系樹脂とゴム成分との配合比（ポリエチレン系樹脂：ゴム成分）は、質量比で６０：４０〜８５：１５の範囲が好ましく、７０：３０〜８０：２０の範囲がより好ましい。配合比がこの範囲から外れると、振動膜２の貯蔵弾性率Ｅ’等の物性が所望の範囲から外れてしまうので好ましくない。
【００２６】
ポリプロピレン系樹脂とゴム成分の他に、フィラーとして、無機フィラーを配合することができる。無機フィラーの例としては、マイカ、タルク、炭酸カルシウム、水酸化マグネシウム、硫酸バリウム等が挙げられる。無機フィラーを配合する場合、その配合量は特に限定されず、振動膜２の密度Ｇ、貯蔵弾性率Ｅ’、およびｔａｎδの良好な範囲が得られる範囲であればよい。機械強度の点からは、振動膜２の構成材料中８０質量％以下が好ましく、６０質量％以下がより好ましい。
【００２７】
また、ポリエチレン系樹脂とゴム成分の他に、振動膜２の物性に影響を及ぼさない範囲で、酸化防止剤、熱安定剤、着色剤、難燃剤、紫外線防止剤、帯電防止剤を添加することができる。
【００２８】
このポリマーブレンド膜は、内部摩擦（tanδ）が比較的小さくなるため、吸音構造体に適用した場合に、吸音ピークが比較的シャープになる。
【００２９】
（ポリオレフィン系樹脂層とゴム層とが積層された積層膜）
ポリオレフィン系樹脂層とゴム層とからなる積層膜は、ポリオレフィン系樹脂層とゴム層とを相互に積層させた膜である。ポリオレフィン系樹脂層としては、貯蔵弾性率Ｅ’が０．２ＧＰａ〜１．０ＧＰａの範囲のものが好ましく、０．３ＧＰａ〜０．８ＧＰａの範囲のものがより好ましい。ポリオレフィン系樹脂の貯蔵弾性率Ｅ’がこの範囲から外れると、振動膜２の貯蔵弾性率Ｅ’等の物性が所望の範囲から外れてしまうので好ましくない。更に、ポリオレフィン系樹脂層の厚みは、０．５ｍｍ〜１．２ｍｍの範囲が好ましく、０．５ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲がより好ましい。ポリオレフィン系樹脂層の厚みがこの範囲から外れると、振動膜の貯蔵弾性率Ｅ’等の物性が所望の範囲から外れてしまうので好ましくない。ポリオレフィン系樹脂層として例えば、日本ポリエチレン株式会社製のＵＦ２４０と日本ポリエチレン社製ＨＹ５４０を併用して用いることが好ましい。これら混合物の貯蔵弾性率Ｅ’は、０．５ＧＰａ程度になる。
【００３０】
また、ゴム層としては、貯蔵弾性率Ｅ’が０．０２ＧＰａ〜０．１ＧＰａの範囲のものが好ましく、０．０３ＧＰａ〜０．０８ＧＰａの範囲のものがより好ましい。ゴム層の貯蔵弾性率Ｅ’がこの範囲から外れると、振動膜２の貯蔵弾性率Ｅ’等の物性が所望の範囲から外れてしまうので好ましくない。更に、ゴム層の厚みは、０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲が好ましく、０．１ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲がより好ましい。ゴム層の厚みがこの範囲から外れると、振動膜２の貯蔵弾性率Ｅ’等の物性が所望の範囲から外れてしまうので好ましくない。ゴム層としては例えば、クラレ株式会社製のハイブラー５１２７を例示できる。
【００３１】
ポリオレフィン系樹脂層とゴム層との膜厚比（ポリオレフィン系樹脂層：ゴム層）は、６０：４０〜９０：１０の範囲が好ましく、７０：３０〜８０：２０の範囲がより好ましい。膜厚比がこの範囲から外れると、振動膜２の貯蔵弾性率Ｅ’等の物性が所望の範囲から外れてしまうので好ましくない。
【００３２】
また、ポリオレフィン系樹脂とゴム成分の他に、振動膜２の物性に影響を及ぼさない範囲で、酸化防止剤、熱安定剤、着色剤、充填剤、難燃剤、紫外線防止剤、帯電防止剤を添加することができる。
【００３３】
この積層膜を吸音構造体に用いた場合には、同組成のポリマーブレンド膜に比べて、吸音特性が良好になる。
【００３４】
次に、振動膜２の貯蔵弾性率Ｅ’は、０．０１ＧＰａ超１．０ＧＰａ未満の範囲が好ましく、０．１ＧＰａ超０．８ＧＰａ未満の範囲がより好ましい。貯蔵弾性率Ｅ’がこの範囲から外れると、４００Ｈｚ以下の周波数帯域において０．４以上の吸音率を有する吸音ピークが発現されないので好ましくない。
【００３５】
また、振動膜２の密度は、０．５（ｇ／ｃｍ３）超２．０（ｇ／ｃｍ３）未満の範囲が好ましく、０．８（ｇ／ｃｍ３）超１．５（ｇ／ｃｍ３）未満の範囲がより好ましい。密度が０．５（ｇ／ｃｍ３）以下では振動膜２の強度が不足するので好ましくなく、密度が２．０（ｇ／ｃｍ３）以上では振動膜２を含む吸音構造体の軽量化が困難になるので好ましくない。
【００３６】
また、振動膜２の厚みは、０．３ｍｍ超３．０ｍｍ未満の範囲が好ましく、０．７ｍｍ超１．５ｍｍ未満の範囲がより好ましい。厚みが０．３ｍｍ以下では振動膜２の強度が不足するので好ましくなく、厚みが３．０ｍｍ以上では振動膜２を含む吸音構造体の軽量化が困難になるので好ましくない。
【００３７】
また、振動膜２の内部摩擦（tanδ）は、０．００１超１．０未満の範囲が好ましく、０．０１超０．５未満の範囲がより好ましい。内部摩擦（tanδ）が０．００１以下では、振動膜２の振動が減衰しにくく、また、内部摩擦（tanδ）が１．０以上では振動膜２が振動する際の振幅が小さくなり、いずれの場合も十分な吸音率が得られないので好ましくない。
【００３８】
「空気室」
図１及び図２に示すように、空気室３は、筐体３ｃに設けられている。筐体３ｃは、背面部３ａと、背面部３aの外周部から突出する壁面部３ｂとから構成されている。空気室３は、振動膜２の裏面２ａと、裏面２ａに対向して配置された背面部３ａと、背面部３ａの周縁部から振動膜２側に向けて立設された壁面部３ｂとによって区画されている。また、空気室３は、壁面部３ｂによって平面視略矩形状に成形されている。空気室３の平面視形状は、正方形でも良く、長方形でも良い。また、壁面部３ｂと振動膜２の裏面２ａとは相互に密着されており、これにより空気室３が密閉状態になっている。また、振動膜２と壁面部３ｂとが密着されることで、振動膜２の外周部が壁面部３ｂによって拘束される形になる。
【００３９】
図２（ａ）に示すように、壁面部３ｂと振動膜２の裏面２ａとは相互に溶着されていてもよい。また、図２（ｂ）に示すように、壁面部３ｂと振動膜２の裏面２ａとが接着材４によって接合されていてもよい。接着材４としては、エポキシ系接着剤等からなる接着剤層や、両面に粘着層を有する両面粘着シート等が用いられる。
【００４０】
壁面部３ｂ及び背面部３ａは、金属、木材、樹脂、繊維強化樹脂、セラミックス、これらの複合材など、様々な材質で構成することができる。また、壁面部３ｂ及び背面部３ａは、同一の材質でもよいし異なる材質でもよい。更に、壁面部３ｂのみまたは壁面部３ｂ及び背面部３ａの両方を、振動膜２と同じ材質で構成してもよい。
【００４１】
また、壁面部３ｂ及び背面部３ａを、金属または樹脂などによって一体に成形して筐体３ｃを構成してもよい。また、壁面部３ｂ及び背面部３ａがそれぞれ樹脂からなる場合は、これらを相互に熱融着させて一体化して筐体３ｃとしてもよい。また、壁面部３ｂ及び背面部３ａがそれぞれ金属からなる場合は、これらを相互に溶接、ロウ付けまたはハンダ付けさせて筐体３ｃとしてもよい。
【００４２】
空気室３の厚みｄは、１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下の範囲が好ましい。空気室３の厚みｄが１０ｍｍ未満だと、吸音ピークの周波数が４００Ｈｚよりも高音域側にシフトするので好ましくない。また、３０ｍｍを超えると、振動膜２の貯蔵弾性率Ｅ’等に関連する影響が小さくなり、共振周波数が上記式（１）で計算される周波数よりも低くなるという本願の効果が期待できず、共振周波数が上記式（１）の第１項に支配されるようになるため好ましくない。また、３０ｍｍを超えると、吸音構造体としての厚みが厚くなり、実用性が劣ってしまうので好ましくない。
【００４３】
また、空気室３を平面視したときの一辺長ｍは、５０ｍｍ以上２４０ｍｍ以下の範囲が好ましい。一辺長ｍが５０ｍｍ未満または２４０ｍｍを超えると、音による空気振動が印加された際に、４００Ｈｚ以下の周波数帯域において吸音ピークが発現するように、振動膜２を振動させることが困難になるので好ましくない。また、空気室３のより好ましい一辺長ｍは、振動膜２の材質及び厚みにもよるが、７０ｍｍ以上２４０ｍｍ以下の範囲がよく、更に好ましくは８０ｍｍ以上１００ｍｍ以下がよい。一辺長ｍがこの範囲であれば、４００Ｈｚ以下におけるランダム入射吸音率のピーク値を高めることができる。
【００４４】
なお、空気室３が平面視略長方形の場合には、長辺及び短辺の長さがそれぞれ、上記一辺長ｍの範囲内にあればよい。
【００４５】
なお、図１〜図２に示す吸音構造体１は、空気室３を構成する背面部３ａと壁面部３ｂを一体に成形した例であるが、この背面部３ａに代えて、たとえば建築物を構成する壁面、床面または天井面を用いてもよい。すなわち、建築物を構成する壁面、床面または天井面に、壁面部３ｂを接着剤等で密着させるとともに、壁面部３ｂに振動膜２を貼り合わせることによって吸音構造体１を構成してもよい。これにより、建築物の躯体自体を吸音構造体１の一部として利用できる。
【００４６】
本実施形態の吸音構造体１においては、振動膜２の表面側から音による空気振動が印加されると、振動膜２が振動し、このときの振動エネルギーが熱エネルギーに変換されて吸音される。このとき、４００Ｈｚ以下の周波数帯域において、ランダム入射吸音率が０．４以上の吸音ピークが発現する。従って本実施形態の吸音構造体１によれば、４００Ｈｚ以下の低音域におけるランダム入射吸音率を高めることができる。また、空気室３の厚みが３０ｍｍ以下なので、小規模な音響空間を有する設備の吸音構造体として好適に用いることができる。
また本実施形態の吸音構造体１によれば、振動膜２に対して空気室３の数が１つなので、吸音構造体１の小面積化が容易になり、設置面積が小さい箇所や設置面が複雑な形状になっている箇所にも、容易に取り付けることが出来る。
【００４７】
「第２の実施形態」
次に、本発明の第２の実施形態を図面を参照して説明する。図３は、本実施形態の吸音構造体を示す分解斜視図であり、図４は、図３に示す吸音構造体の拡大断面模式図であり、図５は、図３及び図４の吸音構造体の内部構造を示す拡大平面模式図である。
【００４８】
図３〜５に示す吸音構造体１１は、振動膜２と、振動膜２の裏面２ａ側に隣接する空気室１３とが備えられて概略構成されている。図１及び図２に示す吸音構造体１は、１枚の振動膜２に対して複数の空気室１３が備えられている。この吸音構造体１１は、振動膜２の表面２ｂ側から音による空気振動が印加された際に、４００Ｈｚ以下の低音域に吸音ピークが発現するように構成されている。
【００４９】
「振動膜」
本実施形態の吸音構造体１１の振動膜２は、第１の実施形態の振動膜２と同様のものを用いることが出来る。
【００５０】
「空気室」
次に、本実施形態の空気室１３は、図４及び図５に示すように、振動膜２の裏面２ａと、裏面２ａに対向配置された背面部１３ａと、背面部１３ａの周縁部から振動膜２側に向けて立設された壁面部１３ｂとによって区画形成されている。壁面部１３ｂと、振動膜２の裏面２ａ及び背面部１３ａとはそれぞれ、相互に密着されており、これにより空気室１３が密閉状態になっている。また、本実施形態の吸音構造体１１においては、図３〜図５に示すように、１つの振動膜２に対して、複数の空気室１３がマトリックス状に配列されており、各空気室１３同士が相互に密閉状態のままで分離されている。
【００５１】
振動膜２と壁面部１３ｂは、第１の実施形態の場合と同様に、相互に融着されていても良く、接着材を介して接合されていても良い。
【００５２】
空気室１３についてより具体的に説明すると、空気室１３は、振動膜２と、振動膜２の裏面２ａ側に配置された格子状の壁面部１３ｂと、壁面部１３ｂの振動膜２側とは反対側に配置された背面部１３ａとが一体化されることによって区画形成されている。壁面部１３ｂと背面部１３ａとによって筐体１３ｃが構成されている。
【００５３】
壁面部１３ｂは、空気室３の壁面を構成する格子状の部材であって、この壁面部１３ｂには、マトリックス状に配列された平面視略矩形状の開口部１４ａが備えられている。また背面部１３ａは、空気室１３の背面を構成する板状の部材である。壁面部１３ｂの複数の開口部１４ａが、振動膜２と背面部１３ａとに挟まれて密閉されることによって、複数の空気室１３が形成されている。各空気室１３は、壁面部１３ｂによって相互に分離されており、各空気室１３同士の間では空気の流通が遮断されている。
【００５４】
壁面部１３ｂ及び背面部１３ａは、金属、木材、樹脂、繊維強化樹脂、セラミックス、これらの複合材など、様々な材質で構成することができる。また、壁面部１３ｂ及び背面部１３ａは、同一の材質でもよいし異なる材質でもよい。更に、壁面部１３ｂのみまたは壁面部１３ｂ及び背面部１３ａの両方を、振動膜２と同じ材質で構成してもよい。
また、壁面部１３ｂ、背面部１３ａ及び振動膜２はそれぞれ、接着剤、両面粘着テープを介して密着させればよい。また、壁面部１３ｂ及び背面部１３ａが樹脂からなる場合は、これらを相互に熱融着させてもよい。また、壁面部１３ｂ及び背面部１３ａが金属からなる場合は、これらを相互に溶接、ロウ付けまたはハンダ付けさせてもよい。更に、壁面部１３ｂ及び背面部１３ａを、金属または樹脂などによって一体に成形してもよい。
【００５５】
空気室１３の厚みｄは、第１の実施形態と同様に、１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下の範囲が好ましい。空気室１３の厚みｄが１０ｍｍ未満だと、吸音ピークの周波数が４００Ｈｚよりも高音域側にシフトするので好ましくない。また、３０ｍｍを超えると、振動膜２の貯蔵弾性率Ｅ’等に関連する影響が小さくなり、共振周波数が上記式（１）で計算される周波数よりも低くなるという本願の効果が期待できず、共振周波数が上記式（１）の第１項に支配されるようになるため好ましくない。また、３０ｍｍを超えると、吸音構造体としての厚みが厚くなり、実用性が劣ってしまうので好ましくない。
【００５６】
また、空気室１３を平面視したときの一辺長ｍは、第１の実施形態と同様に、５０ｍｍ以上２４０ｍｍ以下の範囲が好ましく、７０ｍｍ以上２４０ｍｍ以下の範囲がより好ましく、８０ｍｍ以上１００ｍｍ以下が更に好ましい。一辺長ｍが５０ｍｍ未満または２４０ｍｍを超えると、音による空気振動が印加された際に、４００Ｈｚ以下の周波数帯域において吸音ピークが発現するように、振動膜２を振動させることが困難になるので好ましくない。
【００５７】
なお、空気室１３が平面視略長方形の場合には、長辺及び短辺の長さがそれぞれ、上記一辺長ｍの範囲内にあればよい。
【００５８】
また、図３〜図５に示す吸音構造体１１においては、第１の実施形態の場合と同様に、背面部１３ａに代えて、たとえば建築物を構成する壁面、床面または天井面を用いてもよい。すなわち、建築物を構成する壁面、床面または天井面に、壁面部１３ｂを接着剤等で密着させるとともに、壁面部１３ｂに振動膜２を貼り合わせることによって吸音構造体１１を構成してもよい。これにより、建築物の躯体自体を吸音構造体１１の一部として利用できる。
【００５９】
以上説明したように、上記の吸音構造体１１においては、第１の実施形態と同様に、振動膜２の表面側から音による空気振動が印加されると、振動膜２が振動し、このときの振動エネルギーが熱エネルギーに変換されて吸音される。このとき、４００Ｈｚ以下の周波数帯域において、ランダム入射吸音率が０．４以上の吸音ピークが発現する。従って本実施形態の吸音構造体１１によれば、４００Ｈｚ以下の低音域におけるランダム入射吸音率を高めることができる。また、空気室１３の厚みが３０ｍｍ以下なので、小規模な音響空間を有する設備の吸音構造体として好適に用いることができる。
また本実施形態の吸音構造体１１によれば、振動膜２に対して空気室１３の数が複数なので、吸音構造体１１の大面積化が容易になり、建築材料としても利用できる。
【００６０】
なお、上記の空気室３、１３の一辺長ｍはあくまで例示であり、振動膜２の表面２ｂ側から音による空気振動が印加されたときに４００Ｈｚ以下の周波数帯域において吸音ピークが発現するように、振動膜２が空気室３、１３に取り付けられていれば、一辺長ｍはどのような範囲でもよい。
【００６１】
また、上記の実施形態における吸音構造体１、１１は平板状であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、吸音構造体１、１１を凹面状、凸面状、凸球面状、凹球面状のいずれかの形状にしてもよい。
【００６２】
また、上記の吸音構造体１は、様々な分野に適用することができる。例えば、上記の吸音構造体１、１１は、厚みを従来よりも薄くできることから、自動車や電車などの車両の車内に設置することで、車内の音響環境の改善を図ることができる。
また、電器製品の内部に設置することで、電器製品から発する騒音を低減することが可能になり、電器製品の静音化を図ることができる。
更に、スピーカー、楽器、電子楽器等にも適用することができ、これら楽器等の製品における低音域の音響特性を改善することもできる。
更にまた、上述のように、建築物の躯体に対して壁面部を密着させるとともに振動膜を貼り合わせて、吸音構造体を構成できるので、リスニングルーム、防音室などの設計にも有利である。
【実施例】
【００６３】
以下の実施例により、本発明を更に詳細に説明する。
以下の実施例では、各種の吸音構造体を評価するにあたって、ランダム入射吸音率を評価指標として用いた。ランダム入射吸音率は、残響室法吸音率とも呼ばれるもので、ＪＩＳ Ａ １４０９に準じた方法により、残響室内で音を出して急に止めた際の、残響音の減衰時間から算出したものである。本実施例では、図６に示すように、容積（Ｖ）６４ｍ３、表面積（Ｓ）１００ｍ２、Ｖ／Ｓ＝０．６４の残響室２０内の床面２０ａのほぼ中央に、試験例の吸音構造体２１を複数個敷き詰めて吸音面積が１ｍ２になるように設置し、吸音構造体２１の周囲には２０ｍｍ厚のアクリル板からなる高さ８００ｍｍの拡散板枠２２を設置した。そして、音源２３を、吸音構造体２１から離れた位置に配置した。このようにして、吸音構造体２１の表面２１ａに対して、ランダムな方向から音（音による空気振動）が入射するようにした。なお、吸音率の測定は、１／３オクターブで測定した。
【００６４】
「実験例１」
ポリオレフィン系樹脂層とゴム層とが積層された積層膜からなる振動膜を用意した。また、長辺長さが４５〜４８６ｍｍ、短辺長さが４０〜３１８ｍｍ、深さ（空気室の厚み）が５〜３０ｍｍの開口部を有する筐体を用意した。筐体の材質は、桂またはＡＢＳ樹脂とした。また、筐体の肉厚（壁面部及び底面部の厚み）は３〜９ｍｍとした。筐体の開口部に振動膜を接着剤によって接合し、開口部を振動膜で密閉して空気室として、図１に示すような、試験例１〜２０の吸音構造体を製造した。振動膜は、貯蔵弾性率Ｅ’が０．６３ＧＰａで厚みが０．６ｍｍのポリエチレン樹脂層（ポリオレフィン系樹脂層、ＵＦ２４０（７０ｗｔ％）とＨＹ５４０（３０ｗｔ％）との混合物）と、貯蔵弾性率Ｅ’が０．０７ＧＰａで厚みが０．２ｍｍのＳＩＳ樹脂層（スチレン・イソプレン・スチレン樹脂、ゴム層、ハイブラー５１２７）との積層膜を用いた。振動膜の物性を表１に示す。
【００６５】
振動膜の貯蔵弾性率Ｅ’およびｔａｎδは、ＪＩＳ Ｋ７２４４−４（引張振動）に準処する測定方法により、ＤＭＳ装置として、エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製、粘弾性スペクトロメータＥＸＳＴＡＲ６０００ ＤＭＳ、形式ＤＭＳ６１００を用い、サンプルサイズを長さ４０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ１ｍｍとし、測定条件をスパン間距離２０ｍｍ、歪振幅６μｍ、測定周波数２０Ｈｚとして得られる値（単位：Ｐａ）である。測定温度は、特に断りがない限り２５℃である。
ｔａｎδ（損失正接）は、貯蔵弾性率（Ｅ’）に対する損失弾性率（Ｅ”）の比（Ｅ”／Ｅ’）の絶対値で表される値である。これは、実検例２〜４においても同様である。
【００６６】
試験例１〜２０の吸音構造体について、ランダム入射吸音率を測定した。結果を表１に示す。また、試験例２及び３の吸音率曲線を図７に示し、試験例４及び５の吸音率曲線を図８に示し、試験例１４及び１５の吸音率曲線を図９に示す。図７〜図９は、ランダム入射吸音率の周波数依存性を示すグラフである。
また、表１には、試験例１〜２０の吸音構造体について、上記の式（１）による共振周波数の計算値を併せて示す。
【００６７】
表１に示すように、試験例１〜１３の吸音構造体においては、２５０〜４００Ｈｚの周波数帯域に、ランダム入射吸音率が０．４１〜０．９３程度の吸音ピークが確認された。また、図７に示すように、試験例２及び３では、３１５Ｈｚと４００Ｈｚとにそれぞれ、単独の吸音ピークが観察された。更に図８に示すように、試験例４及び５では、３１５Ｈｚに吸音率が最大となる吸音ピークが観察されるとともに、５００Ｈｚ付近にも吸音ピークが観察された。
【００６８】
一方、表１に示すように、試験例１４〜２０の吸音構造体においては、５００〜１０００Ｈｚの周波数帯域に、ランダム入射吸音率が０．５７〜０．７５程度の吸音ピークが確認された。
また、図９に示すように、試験例１４及び１５では、６３０Ｈｚと８００Ｈｚにそれぞれ、単独の吸音ピークが観察された。また、試験例１４及び１５では、４００Ｈｚ以下の周波数帯域における最大の吸音率が０．２程度と低めであった。
【００６９】
試験例１４、１５及び１９は、開口部の長辺長さが試験例１〜１３に比べて大きく、また、試験例１９は空気室の厚みが小さいために、低音域の吸音特性が低下したと考えられる。また、試験例１６〜１８は、開口部の長辺長さ及び短辺長さが試験例１〜１３に比べて小さいために、低音域の吸音特性が低下したと考えられる。更に、試験例２０は、空気室の厚みが小さいために、低音域の吸音特性が低下したと考えられる。
【００７０】
以上のように、試験例１〜１３の吸音構造体は、試験例１４〜２０の吸音構造体に比べて、４００Ｈｚ以下の低音領域において、０．４１以上の吸音ピークが発現されており、低音域の吸音特性に優れていることがわかる。
また、試験例１〜１３の吸音構造体の吸音ピークのピーク周波数は、上記の式（１）による計算値に比べて低くなっており、振動板が弾性をもって振動する板振動型の吸音材とは異なる機構で吸音しているものと考えられ、計算値よりも低周波帯域での吸音特性に優れることがわかる。
【００７１】
【表１】
【００７２】
「実験例２」
ポリエチレン系樹脂とゴム成分とを含むポリマーブレンド膜からなる振動膜を用意した。また、長辺長さが８０〜４８６ｍｍ、短辺長さが８０〜３１８ｍｍ、深さ（空気室の厚み）が１０〜１５ｍｍの開口部を有する筐体を用意した。筐体の材質は、桂またはＡＢＳ樹脂とした。また、筐体の肉厚（壁面部及び底面部の厚み）は３〜９ｍｍとした。筐体の開口部に振動膜を接着剤によって接合し、開口部を振動膜で密閉して空気室として、図１に示すような、試験例２１〜２７の吸音構造体を製造した。振動膜は、貯蔵弾性率Ｅ’が０．４ＧＰａのＬＬＤＰＥ樹脂層（ポリエチレン系樹脂）と、貯蔵弾性率Ｅ’が０．０２ＧＰａのエチレン−ブテン共重合体層（ゴム成分）と無機フィラー（硫酸バリウム）とのポリマーブレンド膜を用いた。混合比は質量比で、ポリエチレン系樹脂：ゴム成分：無機フィラー＝５０：２０：３０であった。振動膜の物性を表２に示す。
【００７３】
試験例２１〜２７の吸音構造体について、ランダム入射吸音率を測定した。結果を表２に示す。
また、表２には、試験例２１〜２７の吸音構造体について、上記の式（１）による共振周波数の計算値を併せて示す。
【００７４】
表２に示すように、試験例２１〜２５の吸音構造体においては、２５０〜４００Ｈｚの周波数帯域に、ランダム入射吸音率が０．４１〜０．７２程度の吸音ピークが確認された。
【００７５】
一方、表２に示すように、試験例２６〜２７の吸音構造体においては、５００〜６３０Ｈｚの周波数帯域に、ランダム入射吸音率が０．６０〜０．７０程度の吸音ピークが確認された。
試験例２６及び２７は、開口部の長辺長さ及び短辺長さが試験例２１〜２５に比べて大きいために、低音域の吸音特性が低下したと考えられる。
【００７６】
以上のように、試験例２１〜２５の吸音構造体は、試験例２６〜２７の吸音構造体に比べて、４００Ｈｚ以下の低音領域において０．４１以上の吸音ピークが発現されており、低音域の吸音特性に優れていることがわかる。
また、試験例２１〜２５の吸音構造体の吸音ピークのピーク周波数は、上記の式（１）による計算値に比べて低くなっており、振動板が弾性をもって振動する板振動型の吸音材とは異なる機構で吸音しているものと考えられ、計算値よりも低周波帯域での吸音特性に優れることがわかる。
【００７７】
【表２】
【００７８】
「実験例３」
ポリプロピレン系樹脂とゴム成分とを含むポリマーブレンド膜からなる振動膜を用意した。また、長辺長さが４５〜４８６ｍｍ、短辺長さが４０〜３１８ｍｍ、深さ（空気室の厚み）が５〜３０ｍｍの開口部を有する筐体を用意した。筐体の材質は、桂、ＰＰ樹脂またはＡＢＳ樹脂とした。また、筐体の肉厚（壁面部及び底面部の厚み）は１〜９ｍｍとした。筐体の開口部に振動膜を接着剤によって接合し、開口部を振動膜で密閉して空気室として、試験例２８〜４８の吸音構造体を製造した。振動膜は、貯蔵弾性率Ｅ’が０．６５ＧＰａのポリプロピレン系樹脂と、貯蔵弾性率Ｅ’が０．０２ＧＰａのエチレン−ブテン共重合体（ゴム成分１）と貯蔵弾性率Ｅ’が０．０７ＧＰａのＳＩＳ樹脂（ゴム成分２）と無機フィラー（硫酸バリウム）のポリマーブレンド膜を用いた。混合比は質量比で、ポリプロピレン系樹脂：ゴム成分１：ゴム成分２：無機フィラー＝２５：３５：１０：３０であった。振動膜の物性を表３に示す。
【００７９】
試験例２８〜４８の吸音構造体について、ランダム入射吸音率を測定した。結果を表３に示す。また、試験例２８及び２９の吸音率曲線を図１０に示し、試験例３０及び３２の吸音率曲線を図１１に示し、試験例４２及び４３の吸音率曲線を図１２に示す。図１０〜図１２は、ランダム入射吸音率の周波数依存性を示すグラフである。
また、表３には、試験例２８〜４８の吸音構造体について、上記の式（１）による共振周波数の計算値を併せて示す。
【００８０】
表３に示すように、試験例２８〜４１の吸音構造体においては、２５０〜４００Ｈｚの周波数帯域に、ランダム入射吸音率が０．４２〜０．７８程度の吸音ピークが確認された。また、図１０に示すように、試験例２８及び２９では、２５０Ｈｚにそれぞれ、単独の吸音ピークが観察された。更に図１１に示すように、試験例３０及び３２では、２５０Ｈｚと３１５Ｈｚとにそれぞれ、単独の吸音ピークが観察された。
【００８１】
一方、表３に示すように、試験例４２〜４８の吸音構造体においては、４００〜６３０Ｈｚの周波数帯域に、ランダム入射吸音率が０．３〜０．７４程度の吸音ピークが確認された。
また、図１２に示すように、試験例４２及び４３では、５００Ｈｚにそれぞれ、単独の吸音ピークが観察された。また、試験例４２及び４３では、４００Ｈｚ以下の周波数帯域における最大の吸音率が０．３程度と低めであった。
【００８２】
試験例４２及び４７は、開口部の長辺長さ及び短辺長さが試験例２８〜４１に比べて大きく、また、試験例４７は空気室の厚みが小さいために、低音域の吸音特性が低下したと考えられる。また、試験例４３は、開口部の長辺長さが試験例２８〜４１に比べて大きいために、低音域の吸音特性が低下したと考えられる。更に、試験例４４〜４６は、開口部の長辺長さ及び短辺長さが試験例２８〜４１に比べて小さいために、低音域の吸音特性が低下したと考えられる。更に、試験例４８は、空気室の厚みが小さいために、低音域の吸音特性が低下したと考えられる。
【００８３】
以上のように、試験例２８〜４１の吸音構造体は、試験例４２〜４８の吸音構造体に比べて、４００Ｈｚ以下の低音領域において、０．４２以上の吸音ピークが発現されており、低音域の吸音特性に優れていることがわかる。
また、試験例２８〜４１の吸音構造体の吸音ピークのピーク周波数は、上記の式（１）による計算値に比べて低くなっており、振動板が弾性をもって振動する板振動型の吸音材とは異なる機構で吸音しているものと考えられ、計算値よりも低周波帯域での吸音特性に優れることがわかる。
【００８４】
【表３】
【００８５】
「実験例４」
ポリエチレン膜からなる振動膜と、天然ゴムからなる振動膜とをそれぞれ用意した。また、長辺長さが１５６ｍｍ、短辺長さが１５５ｍｍ、深さ（空気室の厚み）が２０ｍｍの開口部を有する筐体を用意した。筐体の材質は、桂とした。また、筐体の肉厚（壁面部及び底面部の厚み）は９ｍｍとした。筐体の開口部に各振動膜を接着剤によって接合し、開口部を振動膜で密閉して空気室として、試験例４９〜５０の吸音構造体を製造した。振動膜の物性を表４に示す。
【００８６】
試験例４９〜５０の吸音構造体について、ランダム入射吸音率を測定した。結果を表４に示す。
また、表４には、試験例４９〜５０の吸音構造体について、上記の式（１）による共振周波数の計算値を併せて示す。
【００８７】
表４に示すように、試験例４９〜５０の吸音構造体においては、５００Ｈｚの周波数帯域に、ランダム入射吸音率が０．５３〜０．６程度の吸音ピークが確認された。
試験例４９は、振動膜の貯蔵弾性率Ｅ’が１．１ＧＰａと高すぎたために、低音域の吸音特性が低下したと考えられる。試験例５０は、振動膜の貯蔵弾性率Ｅ’が０．０１ＧＰａと低いために、低音域の吸音特性が低下したと考えられる。
【００８８】
以上のように、振動膜の貯蔵弾性率Ｅ’が０．０１ＧＰａ超１．０ＧＰａ未満の範囲から外れると、低音域の吸音特性が低下することがわかる。
また、試験例４９〜５０の吸音構造体の吸音ピークのピーク周波数は、上記の式（１）による計算値に良く一致しており、振動板が弾性をもって振動する板振動型の吸音材であることがわかる。
【００８９】
【表４】
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態である吸音構造体を示す分解斜視図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態である吸音構造体を示す拡大断面模式図である。
【図３】図３は、本発明の第２の実施形態である吸音構造体を示す分解斜視図である。
【図４】図４は、本発明の第２の実施形態である吸音構造体を示す拡大断面模式図である。
【図５】図５は、本発明の第２の実施形態である吸音構造体の内部構造を示す拡大平面模式図である。
【図６】図６は、実施例におけるランダム入射吸音率の測定室を示す模式図である。
【図７】図７は、試験例２及び３の周波数とランダム入射吸音率との関係を示すグラフである。
【図８】図８は、試験例４及び５の周波数とランダム入射吸音率との関係を示すグラフである。
【図９】図９は、試験例１４及び１５の周波数とランダム入射吸音率との関係を示すグラフである。
【図１０】図１０は、試験例２８及び２９の周波数とランダム入射吸音率との関係を示すグラフである。
【図１１】図１１は、試験例３０及び３２の周波数とランダム入射吸音率との関係を示すグラフである。
【図１２】図１２は、試験例４２及び４３の周波数とランダム入射吸音率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００９１】
１、１１…吸音構造体、２…振動膜、２ａ…裏面、２ｂ…表面、３、１３…空気室。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯蔵弾性率Ｅ’が０．０１ＧＰａ超１．０ＧＰａ未満の範囲であり、密度が０．５（ｇ／ｃｍ３）超２．０（ｇ／ｃｍ３）未満の範囲であり、厚みが０．３ｍｍ超３．０ｍｍ未満の範囲であり、内部摩擦（tanδ）が０．００１超１．０未満の範囲である振動膜と、前記振動膜の裏面側に隣接する空気室とが備えられ、前記振動膜の表面側から音による空気振動が印加された際に、４００Ｈｚ以下の周波数帯域においてランダム入射吸音率が０．４以上の吸音ピークを示すことを特徴とする吸音構造体。
【請求項２】
前記空気室が複数備えられていることを特徴とする請求項１に記載の吸音構造体。
【請求項３】
前記空気室が単数であることを特徴とする請求項１に記載の吸音構造体。
【請求項４】
前記空気室の厚みが１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下の範囲であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の吸音構造体。
【請求項１】
貯蔵弾性率Ｅ’が０．０１ＧＰａ超１．０ＧＰａ未満の範囲であり、密度が０．５（ｇ／ｃｍ３）超２．０（ｇ／ｃｍ３）未満の範囲であり、厚みが０．３ｍｍ超３．０ｍｍ未満の範囲であり、内部摩擦（tanδ）が０．００１超１．０未満の範囲である振動膜と、前記振動膜の裏面側に隣接する空気室とが備えられ、前記振動膜の表面側から音による空気振動が印加された際に、４００Ｈｚ以下の周波数帯域においてランダム入射吸音率が０．４以上の吸音ピークを示すことを特徴とする吸音構造体。
【請求項２】
前記空気室が複数備えられていることを特徴とする請求項１に記載の吸音構造体。
【請求項３】
前記空気室が単数であることを特徴とする請求項１に記載の吸音構造体。
【請求項４】
前記空気室の厚みが１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下の範囲であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の吸音構造体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−９７１３７（Ｐ２０１０−９７１３７Ａ）
【公開日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２７００３９（Ｐ２００８−２７００３９）
【出願日】平成２０年１０月２０日（２００８．１０．２０）
【出願人】（０００００４０７５）ヤマハ株式会社 (5,930)
【出願人】（０００２５０３８４）リケンテクノス株式会社 (236)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月２０日（２００８．１０．２０）
【出願人】（０００００４０７５）ヤマハ株式会社 (5,930)
【出願人】（０００２５０３８４）リケンテクノス株式会社 (236)
【Ｆターム（参考）】
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