音響共鳴体及び音響室
【課題】共鳴体の寸法を増大させないで、音圧を低減させるとともに媒質粒子の運動速度を増大させる効果を、低周波数帯域において高める。
【解決手段】管状を成している音響共鳴体１０は、開口端１１１と閉口端１１２との間で延在する柱状の中空領域１１３を内部に有する管状部材１１を備える。開口端１１１付近には、円柱状を成し、中心付近に円柱状の空洞が開けられた抵抗材１２が設けられている。抵抗材１２は、中空領域の延在方向（中心軸ｘ方向）に対する各位置に、それよりも抵抗が小さい領域が含まれるように設けられている。中空領域１１３には、共鳴時に、中心軸ｘ方向に対する位置に応じて共鳴周波数の音圧が変化する領域が含まれる。抵抗材１２の作用により、管状部材１１単体の場合に生じる共鳴現象とは異なる現象が生じ、管状部材１１単体の場合よりも音響共鳴体１０の共鳴周波数は低周波数側へシフトする。
【解決手段】管状を成している音響共鳴体１０は、開口端１１１と閉口端１１２との間で延在する柱状の中空領域１１３を内部に有する管状部材１１を備える。開口端１１１付近には、円柱状を成し、中心付近に円柱状の空洞が開けられた抵抗材１２が設けられている。抵抗材１２は、中空領域の延在方向（中心軸ｘ方向）に対する各位置に、それよりも抵抗が小さい領域が含まれるように設けられている。中空領域１１３には、共鳴時に、中心軸ｘ方向に対する位置に応じて共鳴周波数の音圧が変化する領域が含まれる。抵抗材１２の作用により、管状部材１１単体の場合に生じる共鳴現象とは異なる現象が生じ、管状部材１１単体の場合よりも音響共鳴体１０の共鳴周波数は低周波数側へシフトする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音響共鳴体及び音響室に関する。
【背景技術】
【０００２】
共鳴管を用いて、比較的低い周波数の音圧を低減させるための技術として、特許文献１に開示されたものがある。特許文献１には、一端が開口し、他端が閉じたそれぞれ長さが異なる複数本のパイプを、開口部どうしが隣接するように配置した吸音構造が開示されている。また、共鳴周波数を低周波側にシフトさせるための技術として、特許文献２に開示されたものがある。特許文献２には、連通部の空気をマス成分とし、共鳴室の空気をバネ成分としたバネマス共振系と等価であるヘルムホルツ型の共鳴器において、連通部の一部に吸音材を設けることが開示されている。特許文献２に開示された共鳴器では、吸音材の空気の一部がマス成分として作用し、このマス成分の増加により、吸音材を設けない場合に比べて共鳴周波数が低周波側にシフトすると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−３０２０８７号公報
【特許文献２】特開平８−１２１１４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示された技術では、共鳴現象により低周波数の音圧を低減させる場合には、その周波数が低いほど共鳴管の空洞を延在方向に長くしなければならず、その寸法が大きくなる。特許文献２に開示された技術では、共鳴器がヘルムホルツ型であるから、共鳴室においては、音波の入射方向（共鳴器の高さ方向）に対して実質的に音圧が一様に分布する程度の寸法や形状を確保する必要がある。つまり、ヘルムホルツ型の共鳴器では、共鳴室内の圧力が一定とみなされるように設計されるものである。また、共鳴周波数を低くするほど共鳴室の容積を大きくする必要があり、その結果共鳴室の幅方向の寸法が共鳴器の高さ方向の寸法よりも大きくなることもあるから、周辺部材との干渉により共鳴体の設置が困難になることがある。例えば、およそ１６０Ｈｚで吸音効果を奏するヘルムホルツ型の共鳴器では、共鳴室の直径を約１４５ｍｍとし、高さ方向の寸法を約１３０ｍｍとすることが必要である。
本発明の目的は、共鳴体の寸法を増大させないで、音圧を低減させるとともに媒質粒子の運動速度を増大させる効果を、低周波数帯域において高めることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した目的を達成するために、本発明の請求項１に係る音響共鳴体は、開口する一端と、開口し、又は閉口する他端とを有し、前記一端と前記他端との間で延在する中空領域が構成された筐体を備え、第１の領域と、媒質粒子の運動に対する抵抗が前記第１の領域よりも大きい第２の領域とが前記中空領域に構成され、前記中空領域の延在方向に直交する平面で前記中空領域を切断した場合の断面において、前記第２の領域が含まれる断面に、当該第２の領域に接して前記第１の領域が構成され、共鳴時には、前記延在方向に対する位置に応じて共鳴周波数の音圧が変化する領域が前記中空領域に含まれることを特徴とする。
【０００６】
本発明の請求項２に係る音響共鳴体は、請求項１に係る構成において、前記筐体は、前記延在方向が前記中空領域の長手方向となるよう構成されることを特徴とする。
本発明の請求項３に係る音響共鳴体は、請求項１又は２に係る構成において、前記第２の領域は、前記延在方向に対する一端が前記筐体外部の空間に接していることを特徴とする。
本発明の請求項４に係る音響共鳴体は、請求項３に係る構成において、前記第１の領域は、空間領域を内部に含み、前記第２の領域は、前記延在方向に対する他端が前記空間領域に接していることを特徴とする。
本発明の請求項５に係る音響共鳴体は、請求項４に係る構成において、前記第２の領域は、前記延在方向に対する一端と他端とを介して前記筐体外部の空間と前記空間領域とを通じさせる空間が内部に構成されることを特徴とする。
【０００７】
本発明の請求項６に係る音響共鳴体は、請求項１ないし５のいずれかに係る構成において、前記第２の領域は、多孔質材が設けられた領域であることを特徴とする。
本発明の請求項７に係る音響共鳴体は、請求項１ないし６のいずれかに係る構成において、前記第１の領域は、前記一端と前記他端とを通じさせる空間であることを特徴とする。
【０００８】
本発明の請求項８に係る音響共鳴体は、請求項１ないし７のいずれかに係る構成において、前記第２の領域は、前記中空領域に生じる定在波の粒子速度分布の腹となる領域を含むことを特徴とする。
本発明の請求項９に係る音響共鳴体は、請求項８に係る構成において、前記第２の領域は、前記中空領域の前記一端を含む領域であることを特徴とする。
本発明の請求項１０に係る音響共鳴体は、請求項１ないし９のいずれかに係る構成において、前記第２の領域は、前記筐体の内側の面に接しており、前記第２の領域が含まれる断面において、前記第１の領域の周囲が前記第２の領域に囲まれていることを特徴とする。
本発明の請求項１１に係る音響室は、請求項１ないし１０のいずれかに記載の音響共鳴体を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、共鳴体の寸法を増大させないで、音圧を低減させるとともに媒質粒子の運動速度を増大させる効果を、低周波数帯域において高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る音響共鳴体を示す図である。
【図２】図１中の切断線II-IIで音響共鳴体を切断したときの断面を表す図である。
【図３】管状部材の延在方向に直交する平面で音響共鳴体を切断したときの断面を表す図である。
【図４】抵抗材が設けられていない管状部材の断面を表す図である。
【図５】音響共鳴体の共鳴周波数、及び損失係数の測定の前提となる事項を説明する図である。
【図６】各共鳴体について粒子速度の周波数特性を表したグラフである。
【図７】各共鳴体と、共鳴周波数及び損失係数との関係を表したグラフである。
【図８】音響共鳴体の構成の一例を表す断面図である。
【図９】抵抗材の長さと、共鳴周波数及び損失係数との関係を表したグラフである。
【図１０】音響共鳴体において生じる音響現象を説明する図である。
【図１１】音響共鳴体での管位置と音圧との関係を表したグラフである。
【図１２】変形例１に係る音響共鳴体を説明する図である。
【図１３】変形例１に係る音響共鳴体を説明する図である。
【図１４】変形例１に係る音響共鳴体を説明する図である。
【図１５】変形例２に係る音響共鳴体を説明する図である。
【図１６】変形例３に係る音響共鳴体を説明する図である。
【図１７】変形例４に係る音響共鳴体を説明する図である。
【図１８】変形例５に係る音響共鳴体を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［実施形態］
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、音響共鳴体１０を示す図である。
音響共鳴体１０の外観は、一方（図中左側）の端部で開口しており、他方（図中右側）の端部で閉じた管状を成している。音響共鳴体１０の構成は、管状部材１１と、抵抗材１２とに大別される。管状部材１１は、本発明の筐体の一例であり、材料として例えば金属やプラスチックを用いて円筒状に形成されている。管状部材１１は、いわゆる一端開口の管状部材であり、ここでは１方向に延在している。抵抗材１２は、円柱の両底面の中心付近を貫通するようにして、円柱状の空洞が開けられた形状の部材である。抵抗材１２は、管状部材１１の開口する端部付近において、円柱の外周面に相当する面が管状部材１１の内側の面と接するように設けられている。抵抗材１２は、材料として多孔質材の一例であるウレタンフォームを用いて形成され、気体粒子（ここでは、空気分子）の運動に対して抵抗となって、その気体粒子の運動を阻害する部材である。抵抗材１２が配置される領域は、抵抗材１２が配置されないときに比べて、気体粒子の運動に対する抵抗が増大する。また、この抵抗の抵抗値を定量的に表す物理量として、媒質の特性インピーダンスがある。
【００１２】
図２は、図１中の切断線II-IIで音響共鳴体１０を切断したときの断面を表す図である。より詳細には、図２は、管状部材１１の延在方向に沿って、後述するｘ軸を含む平面で音響共鳴体１０を切断した場合の断面図である。図３は、管状部材１１の延在方向に直交する平面で音響共鳴体１０を切断した場合の断面を表す図である。換言すれば、図３は、中空領域１１３の両端間の長さ方向に直交する平面で中空領域１１３を切断した場合の断面図である。図３（ａ）は、図２中の切断線Ａ-Ａで示すように、抵抗材１２が設けられている位置で切断した場合の断面を表す。図３（ｂ）は、図２中の切断線Ｂ-Ｂで示すように、抵抗材１２が設けられていない位置で切断した場合の断面を表す。なお、音響共鳴体１０の延在方向に対して抵抗材１２が設けられている各位置を切断した場合に、管状部材１１の断面形状はそれぞれ同一の形状で、且つ同一の寸法である。また、抵抗材１２の断面形状もそれぞれ同一の形状で、且つ同一の寸法である。なお、管状部材１１の延在方向は、中空領域１１３における開口端１１１と閉口端１１２との間の長さを表す方向であり、この長さ方向は、これら両端を結ぶ線分が延びる方向である。
【００１３】
管状部材１１は、一端に円形の開口端１１１を有し、他端にこれと同じ円形の閉口端１１２を有している。この実施形態では、閉口端１１２は音響的に完全反射面（つまり、剛壁）と同じ振る舞いをするものとみなす。管状部材１１の内部には、開口端１１１と閉口端１１２との間で延在する、円柱状の中空領域１１３が構成されている。中空領域１１３は、開口端１１１を介して外部空間に通じており、閉口端１１２を介しては外部空間に通じていない。ここで、開口端１１１と閉口端１１２との間の距離である、中空領域１１３の両端間の長さをＬとする。そして、中空領域１１３の延在方向に直交する断面の中心どうしを結ぶ中心線を「中心軸ｘ」（一点鎖線で図示。）と定める。
なお、管状部材１１の中空領域１１３の直径は、例えば一次元音場の場合、直径方向にたつ定在波の波長の２分の１よりも小さい。すなわち、中空領域１１３は、中心軸ｘに沿って延在するとともに、その延在方向が長手方向となる領域である。これにより、管状部材１１単体である場合、中空領域１１３に進む音波は、中心軸ｘに沿った方向に進む平面波のみとみなすことができる。よって、中空領域１１３において、中心軸ｘに沿った方向に対する位置が同じ領域、すなわち中心軸ｘに直交する断面に含まれる領域では、実質的に音圧が一様に分布する。
【００１４】
抵抗材１２は、開口端１１１の位置を一端として、中空領域１１３に設けられている。ここでは、抵抗材１２は中心軸ｘに沿って円筒軸方向を有している。この円筒軸方向に対する抵抗材１２の長さであり、開口端１１１に位置する一端から他端までの距離をｌ０と定める。抵抗材１２は、円筒の高さ方向に相当する方向に貫く空洞を有しているから、管状部材１１の開口端１１１と閉口端１１２とは、この空洞を介して通じている。この空洞は、ここでは、気体粒子の運動に対する抵抗を増大させる部材が設けられていない領域である。
【００１５】
図３（ａ）に示すように、中空領域１１３の断面のうち抵抗材１２が設けられている断面には、気体粒子の運動に対する抵抗が高い「高抵抗領域」Ｔ１と、高抵抗領域Ｔ１に隣接し、気体粒子の運動に対する抵抗がその高抵抗領域Ｔ１よりも低い「低抵抗領域」Ｔ２とが構成されている。高抵抗領域Ｔ１は、実際に気体粒子の運動に対して抵抗となる部材（抵抗材）が配置されている領域である。低抵抗領域Ｔ２は、この部材が配置されていない領域であり、抵抗材１２の円筒の高さ方向に貫く空洞に相当する。ここでは、高抵抗領域Ｔ１が含まれる断面においては、ドーナツ形の高抵抗領域Ｔ１が、円形である低抵抗領域Ｔ２の周囲を囲むようになっている。
このように、高抵抗領域Ｔ１は、中空領域１１３の延在方向に対する一端である、抵抗材１２の第１の面１２１と、中空領域１１３の延在方向に対する他端である、抵抗材１２の第２の面１２２とを有している。第１の面１２１は、中空領域１１３の延在方向を向き、かつ、管状部材１１の外部の空間に接する面である。第２の面１２２は、中空領域１１３の延在方向を向き、かつ、ここでは空間領域である低抵抗領域Ｔ２に接する面である。
なお、ここでは、第１の面１２１及び第２の面１２２の法線方向が中空領域１１３の延在方向にそれぞれ一致するが、それらが互いに交わっていてもよい。
【００１６】
ところで、低抵抗領域Ｔ２は、音響共鳴体１０の開口端１１１が面している外部の空間、及び音響共鳴体１０内の抵抗材１２が設けられていない空間とほぼ同じ媒質で構成されている。ここでは、低抵抗領域Ｔ２は、空気で満たされる領域である。なお、低抵抗領域Ｔ２については、中心軸ｘを含む領域として構成してもよいし、中心軸ｘの位置を中心として断面形状が点対称となるように構成してもよい。また、低抵抗領域Ｔ２を中心軸ｘを含まない領域としてもよい。要するに、抵抗材１２の高抵抗領域Ｔ１は、中空領域１１３の延在方向に対して少なくとも一部に設けられ、且つ中空領域１１３の延在方向に直交する断面の一部のみに設けられる。一方で、中空領域１１３の抵抗材１２が設けられていない断面は、図３（ｂ）に示すように、低抵抗領域Ｔ２と同じ媒質（材料）で構成されている。
なお、抵抗材１２が設けられ、中空領域１１３における抵抗が高い領域は、本発明の第２の領域の一例であり、抵抗材１２が設けられておらず、抵抗が低い領域は本発明の第１の領域の一例である。
以上が、音響共鳴体１０の構成の説明である。
【００１７】
次に、音響共鳴体１０に抵抗材１２を設けた理由について説明する。
図４は、抵抗材１２が設けられていない管状部材１１（すなわち、管状部材１１単体）を、中心軸ｘを含む平面で切断した場合の断面を表す図である。図４に示す二点鎖線は、管状部材１１内において発生し得る定在波のうち、最も低い周波数（つまり、１次の共鳴周波数）の定在波ＳＷ１に関して、粒子速度分布（振幅の分布）を表している。
図４に示すように、管状部材１１の中空領域１１３には、閉口端１１２での粒子速度がゼロとなる境界条件を満たすようにして定在波が生じる。つまり、定在波ＳＷ１にあっては、閉口端１１２の位置に粒子速度分布の「節」があり、粒子速度が極小となる。一方、開口端１１１の位置に粒子速度分布の「腹」があり、粒子速度が極大となる。なお、管状部材１１が抵抗成分を有し、閉口端１１２が完全反射面でない場合には、この「腹」及び「節」の位置はそれぞれずれることがあるが、概ね図示の位置に存在する。また、開口端補正については、この明細書では無視する。
【００１８】
定在波ＳＷ１は、中空領域１１３の長さＬの４倍に相当する波長λｃ（Ｌ＝λｃ／４）の音波に応じて、管状部材１１において共鳴が生じることによって発現する。このとき、管状部材１１は、共鳴によって生じる反射波であって入射波の位相と異なる位相の反射波を、開口端１１１を介して外部空間に放射する。このときの反射波と入射波との位相差に応じて、波長λｃに相当する共鳴周波数の音波が干渉して打ち消し合って、管状部材１１の共鳴周波数を中心に開口端１１１付近での音圧を低減させる効果を奏する。また、このときの気体粒子の振る舞いは、定在波ＳＷ１の発生によって開口端１１１付近において極大値を持つ振動を繰り返すため、共鳴周波数以外の周波数に対して、管状部材１１の共鳴周波数を中心に開口端１１１付近で、気体粒子の運動速度（以下、「粒子速度」という。）を増大させる効果を奏する。また、管状部材１１単体である一般の音響管と同様、音響共鳴体１０の共鳴時には、図２に示す定在波ＳＷのように、図４に示す定在波ＳＷ１で表される粒子速度分布が生じると考えられる。そうすると、管状部材１１に抵抗材１２を設けた音響共鳴体１０においても、共鳴時には、中空領域１１３の延在方向（ｘ軸方向）に対する位置に応じて共鳴周波数の音圧が変化する領域がその中空領域１１３に含まれる。すなわち、中空領域１１３には、その延在方向に対する位置が互いに異なる２以上の点で、共鳴周波数の音圧がそれぞれ異なる領域が存在する。更に換言すると、中空領域１１３の延在方向に対する共鳴周波数の音圧分布においては音圧が一定とならずに、変化が生じている。発明者らは、中空領域１１３の延在方向に対する位置に応じて共鳴周波数の音圧が変化することを確かめるための測定を行ったが、その内容については後述する。
【００１９】
ところで、管状部材１１などの一端開口の管状部材に共鳴体が構成される場合、中空領域１１３の両端間の長さＬを、共鳴周波数に相当する波長λｃの１／４の長さにする必要がある。よって、共鳴周波数を低く設定する場合に、長さＬを大きくすることが避けられなかった。これに対し、発明者らは、音響共鳴体１０の構成を採用して管状部材１１に抵抗材１２を適切に設けることにより、共鳴体の寸法を増大させないで、音圧を低減させるとともに粒子速度を増大させる効果を、低周波数帯域において高められることを発見した。
【００２０】
発明者らは、管状部材１１に対する抵抗材１２の適用の態様がそれぞれ異なる複数種類の音響共鳴体を構成し、それぞれについて共鳴周波数、及び損失係数の測定（実測）を行った。
はじめに、この測定の前提となる事項について説明する。まず、各種類の音響共鳴体について、管状部材１１の構成を同一のものとする。管状部材１１の寸法は、計算上の共鳴周波数が２２３Ｈｚとなるように、Ｌ＝３８０ｍｍとした。粒子速度の測定については、図５に示すように、開口端１１１の中心となる位置（中心軸ｘ上の位置）に粒子速度検出センサを設け、１０〜５００Ｈｚの周波数の音波を開口端１１１に入射して、その位置での粒子速度を周波数ごとに測定した。損失係数ｇについては、粒子速度の測定結果を用いて、半値幅法の演算により算出した。具体的には、損失係数ｇは、粒子速度のピーク値よりも３ｄＢ低い周波数ｆ１，ｆ２をそれぞれ特定し、ｆ１−ｆ２の値を共鳴周波数ｆ０の値で除した値である。損失係数ｇは、粒子速度のピーク値付近における周波数特性の鋭さを表す指標となる値であり、その値が小さいほど鋭い特性を示す。
【００２１】
図６は、各種類の音響共鳴体について、粒子速度の周波数特性を表したグラフである。
図６のグラフにおいて、横軸は周波数［Ｈｚ］を表し、縦軸は開口端１１１に入射する音波の音圧で基準化した粒子速度［ｍ／ｓ／Ｐａ］を表している。図７は、これら各種類の音響共鳴体について１次の共鳴周波数ｆ０及び損失係数ｇを表したグラフである。図７のグラフにおいて、横軸は共鳴体の種類を表し、縦軸は１次の共鳴周波数ｆ０［Ｈｚ］、及び損失係数ｇをそれぞれ表している。なお、共鳴周波数ｆ０については、黒丸のプロット及び実線で図示しており、損失係数ｇについては白丸のプロット及び実線で図示している。図６には、図４に示す管状部材１１単体である音響共鳴体の測定結果と、図１に示す音響共鳴体１０の測定結果と、図８に示す音響共鳴体の測定結果を表している。図８は、中心軸ｘに直交する方向から開口端１１１を見た様子、及び中心軸ｘに直交する平面で管状部材１１を切断した場合の断面をそれぞれ表す図である。ここでは、図８に示すように、開口端１１１を全部塞ぐようにして、ｌ０＝３０ｍｍとなる円柱状のウレタンフォームを管状部材１１に設けた。この音響共鳴体を、便宜上、「音響共鳴体３００」と称する。図７においては、「音響共鳴体３００（ｌ０＝３０ｍｍ）」と付した測定結果に対応する。なお、図７において「音響共鳴体３００（ｌ０＝１０ｍｍ）」と示した測定結果は、音響共鳴体３００において、ｌ０＝１０ｍｍとした場合の測定結果を表す。音響共鳴体１０については、ｌ０＝３０ｍｍとした場合の測定結果を表す。
【００２２】
図６に示すように、管状部材１１単体の場合においては、およそ２２０Ｈｚ付近に粒子速度のピークがある。この粒子速度のピークとなる周波数が、音響共鳴体の共鳴周波数を表している。上述したように、１次の共鳴周波数に対応する定在波にあっては、開口端１１１の位置での粒子速度が極大になるからである。また、図７に示すように、損失係数ｇはおよそ０．０２程度と小さく、図６のグラフからも分かるように粒子速度のピーク付近で鋭い特性を示している。このように、管状部材１１単体である音響共鳴体では、計算上の共鳴周波数にほぼ一致する共鳴周波数を測定するとともに、粒子速度がピーク値に近い大きな値となる周波数幅は小さい。音響共鳴体３００（ｌ０＝３０ｍｍ）の場合、粒子速度がピークとなる周波数はおよそ３００Ｈｚであった。このように、開口部付近を抵抗材で塞ぐ構成では、共鳴周波数が高周波数側にシフトしてしまう。損失係数ｇについては０．２近くあり、比較的大きな値であった。これにより、比較的広い周波数幅で粒子速度のピークに近い値をとるが、ピークの粒子速度は小さいから、音圧の低減、及び粒子速度の増大の効果は管状部材１１単体の音響共鳴体よりも小さいと言える。また、図７に示すように、ｌ０＝１０ｍｍとすると、共鳴周波数の高周波数側へのシフト、及び損失係数の増大がやや抑制されたが、管状部材１１単体の音響共鳴体よりも共鳴周波数が高い。
【００２３】
音響共鳴体１０の場合、図６に示すように、１７０Ｈｚ付近に粒子速度のピークがある。この結果から、管状部材１１単体の場合に比べて、音響共鳴体１０の共鳴周波数が低くなっていることが分かる。また、粒子速度のピーク値は管状部材１１単体の場合とほぼ同じであった。つまり、共鳴周波数で奏する音圧の低減、及び粒子速度の増大の効果は、管状部材１１単体の場合と同等であると考えられる。また、図７に示すように、損失係数ｇはおよそ０．１程度であり、管状部材１１単体の場合よりもやや大きい。これにより、管状部材１１単体よりも、より低い共鳴周波数で、且つより広い周波数幅で粒子速度がピーク値に近くなり、音圧の低減及び粒子速度の増大の効果を奏することが分かる。
以上の結果から、音響共鳴体１０の構成によると、管状部材１１単体の場合よりも、共鳴周波数とその周波数幅に関して、音圧の低減及び粒子速度の増大の効果を増大させることができることが分かった。
【００２４】
また、発明者らは、音響共鳴体１０の抵抗材１２の長さｌ０を様々に変化させて、１次の共鳴周波数ｆ０及び損失係数ｇを測定した。図９に示すグラフは、横軸を抵抗材１２の長さｌ０とし、縦軸をそれぞれ１次の共鳴周波数ｆ０（丸印のプロット及び実線で図示する。）、及び損失係数ｇ（正方形のプロットで図示する。）として、測定結果を表したものである。なお、ここでは、Ｌ＝４８０ｍｍとする。
図９に示すように、抵抗材１２の長さｌ０が大きいほど、共鳴周波数がより低周波数側にシフトしていることが分かる。例えば、ｌ０＝０ｍｍであるとき（つまり、抵抗材１２が設けられていないとき）には共鳴周波数はほぼ１７５Ｈｚであるが、ｌ０＝２６２ｍｍとすると、およそ９０Ｈｚまで低下した。損失係数ｇにあっては、抵抗材１２の長さｌ０が大きいほど、損失係数ｇが増大する傾向を示す。例えば、管状部材１１単体であるｌ０＝０のときには０．０２であるが、ｌ０＝２６２ｍｍとしたときには、およそ０．３である。このような結果から、抵抗材１２の長さｌ０が大きいほど、共鳴周波数の低周波数側へのシフト量が増大するとともに、損失係数が増大することが確認できた。
【００２５】
以上のとおり、共鳴周波数ｆ０と損失係数ｇとが抵抗材１２の長さｌ０に応じて変化する理由について、発明者らは以下のように考えた。図１０は、開口端１１１側から音響共鳴体１０を見た様子を表した図である。図１０を用いて音響共鳴体１０において生じる音響現象について説明する。
上述のように、管状部材１１単体の場合には、中心軸ｘに沿った方向に平面波が伝搬するとみなすことができるから、中心軸ｘに直交する方向に対しては、音圧が一様に分布するとみなすことができる。これに対し、音響共鳴体１０のように、中空領域１１３に抵抗材１２を設けた場合には、この現象に変化が生じる。図１０に示すように、中空領域１１３には高抵抗領域Ｔ１と低抵抗領域Ｔ２とが含まれるが、開口端１１１側から閉口端１１２の方向に進む音波において、高抵抗領域Ｔ１を進む音波は、低抵抗領域Ｔ２を進む音波よりも、気体粒子の運動が妨げられる分だけその伝搬速度が小さくなる。この高抵抗領域Ｔ１と低抵抗領域Ｔ２との音波の伝搬速度の差異により、各領域を進む音波の波面に位相差が生じる。この位相差が生じると、中心軸ｘに直交する平面での高抵抗領域Ｔ１と低抵抗領域Ｔ２との境界における波面が不連続となるから、この位相面の異なりを解消しようとする気体分子の流れが新たに発生する。この気体分子の流れにより、例えば図１０に矢印で示す方向に音波のエネルギーの流れが生じて、各音波の相互干渉によって音響エネルギーの損失が生じると考えられる。以上の理由から、高抵抗領域Ｔ１と低抵抗領域Ｔ２とは、中心軸ｘに直交する平面と平行な方向に気体の移動があるような隣接関係にあるとよいと考えられる。
【００２６】
これと同時に、高抵抗領域Ｔ１及び低抵抗領域Ｔ２のそれぞれの領域において、開口端１１１側から閉口端１１２の方向に入射する音波と、反射する音波との重ね合わせにより、中空領域１１３の延在方向に定在波が生じる。特に、音響共鳴体１０においては、中空領域１１３に生じる定在波の粒子速度分布の腹となる領域に抵抗材１２を設けている。このように粒子速度が大きく、気体粒子の運動が活発である領域に抵抗材１２を設けることが、上記音響現象の発現による作用をより大きくすることに寄与していと考えられる。また、抵抗材１２の空洞の延在方向に対する寸法や、それに直交する方向の高抵抗領域Ｔ２の寸法（すなわち、抵抗材１２の厚み）もエネルギー損失の大きさに影響を与えると考えられる。このような音響現象によって、図６、７に示した測定結果のように、音響共鳴体１０の構成により、損失係数ｇが増大するとともに、共鳴周波数ｆ０が低周波数側にシフトしたと考えられる。
【００２７】
以上の考え方によると、抵抗材１２に適用可能な材料は、気体粒子の運動を妨げて、その運動に対する抵抗を発生（増大）させるものであれば、ウレタンフォーム以外の材料を用いることができる。ウレタンフォームは連続気泡の多孔質材の一例であるが、これ以外の樹脂材料（例えば、発泡樹脂）を用いた連続気泡の多孔質材を用いてもよい。なお、連続気泡の多孔質材は、連続気泡構造を有している部材であり、すなわち、多孔質材が設けられた領域において、隣り合う気泡が互いに通じており、気体の流通が可能である。また、独立気泡の多孔質材を少なくとも一部に有する材料を用いてもよく、このような多孔質材も独立気泡構造を有している。また、抵抗材１２に適用可能な部材は、いわゆる多くの孔が空いた構造を有しているものに限らず、音波に対して多孔質とみなせる構造も含む。例として、グラスウールのように、ガラス繊維が絡まっていることにより多孔質材と見なせる構造を形成する部材も含む。この部材には、布類の素材を織って形成したもののほか、布類の素材を織らずに形成したもの（例えば、不織布、金属繊維版）も含まれる。また、金属（例えば、アルミ発泡金属、金属繊維板）や、木材（例えば、木片やその砕片）、紙（木質繊維、パルプ繊維）、ガラス（例えば、ＭＰＰ（Microperforated Panel）；微細孔パネル。エッチング処理で微細孔を形成したもの。）、動植物繊維（牛毛フェルト、反毛フェルト、羊毛、綿、不織布、布、合成繊維、木粉成形材、紙成形材）などの、種々の材料を抵抗材１２に適用可能である。以上のように、内部を気体が流通するとともに、気体粒子の運動を妨げる作用を実現する材料によって、抵抗材１２が構成されるとよい。すなわち、抵抗材１２の高抵抗領域Ｔ１は、第１の面１２１及び第２の面１２２を介して管状部材１１の外部の空間と低抵抗領域Ｔ２とを通じさせるための空間が内部に構成された領域である。これにより、図２の矢印Ｃで示す方向に、高抵抗領域Ｔ１の内部に構成された空間を介して入射波が伝搬し、その反対方向に反射波が伝搬する。
【００２８】
また、発明者らは、音響共鳴体１０の中空領域１１３で共鳴するときに、その延在方向に対する位置に応じて共鳴周波数の音圧が変化することを確認するための測定を行った。この測定では、音響共鳴体１０を以下のように構成した。管状部材１１については、直径４０ｍｍ、中空領域１１３の長さＬを３８０ｍｍとした。抵抗材１２については、抵抗材１２の長さｌ０を３０ｍｍとなる円筒状に形成され、その肉厚が１０ｍｍであるウレタンフォームを用いた。ここでも、管状部材１１の開口端１１１と、抵抗材１２の長手方向に対する一端との位置が揃うようにした。
【００２９】
図１１に示すグラフは、以上の音響共鳴体１０を用いて、横軸を開口端１１１を基準とした中空領域１１３の延在方向に対する位置（管位置）［ｍｍ］とし、縦軸を音響共鳴体１０における１次の共鳴周波数ｆ０（ここでは、１９５．７５Ｈｚとみなしている。）の音圧［ｄＢ］として測定結果を表したものである。例えば、管位置が０ｍｍである位置は開口端１１１であり、管位置が３８０ｍｍである位置は閉口端１１２である。続いて、本測定の手順は以下のとおりである。音響共鳴体１０の開口端１１１から１ｍ離れた位置に固定したスピーカを用いて測定音（ここでは、１９５．７５Ｈｚに音圧成分を持つ音）を放音させて、中空領域１１３における高抵抗領域Ｔ２の各位置にマイクロホンを挿入し、各管位置での音圧を測定した。
図１１に示すグラフから、中空領域１１３において開口端１１１から遠ざかり、管位置の値が大きい位置であるほど、音圧が高くなる傾向にあることが分かる。この測定結果からも、音響共鳴体１０で共鳴するときに、中空領域１１３の延在方向に対する位置に応じて共鳴周波数の音圧が変化する領域が、その中空領域１１３に含まれることが明らかである。このような音圧の変化は、上述したように管状部材１１単体でなる共鳴体で生じることが知られているから、音響共鳴体１０においても、これと同様の作用により中空領域１１３に対する位置に応じて共鳴周波数の音圧が変化すると考えられる。
【００３０】
以上説明したように、音響共鳴体１０では、管状部材１１の内径（つまり、円柱状の中空領域１１３の直径）がその全長（つまり、中空領域１１３の延在方向の長さ）よりも小さく、この管状部材１１の中空領域１１３の抵抗材１２を適切に設けると、管状部材１１単体により構成される共鳴体よりも、共鳴周波数が低くなる共鳴体を構成することができる。その構成として、例えば図１、２に示すように、中空領域１１３の延在方向に直交する平面で切断した場合の断面のうち、抵抗材１２が設けられる高抵抗領域Ｔ１を含む断面において、低抵抗領域Ｔ２の周囲を囲むように高抵抗領域Ｔ１が構成されるよう、管状部材１１の内側に抵抗材１２を設ける。このような構成の音響共鳴体１０によれば、共鳴体の長さを増大させないで、低周波数帯域で奏する音圧の低減、及び粒子速度の増大の効果を高めることができる。例えば騒音を抑制させるための構造を空間に設置する場合に、そのスペースの制約が大きいことがあるが、音響共鳴体１０の構成によれば、管状部材１１単体で構成される共鳴体よりも小型化が可能であるので、その設置の自由度が高まる。例えば、およそ１６０Ｈｚで吸音効果を奏するようにしたい場合、音響共鳴体１０では、開口端１１１の直径を４０ｍｍとし、中空領域１１３の全長を４８０ｍｍ程度とすればよく、例に挙げたヘルムホルツ型の共鳴体を用いる場合に比べて、容積を３分の１程度に抑えることができる。よって、音響共鳴体１０の設置において、ヘルムホルツ型の共鳴体を用いる場合に比べて、周辺部材との干渉が問題になりにくくなる。
【００３１】
［変形例］
本発明は、上述した実施形態と異なる形態で実施することが可能である。また、以下に示す変形例は、各々を適宜に組み合わせてもよい。
［変形例１］
上述した実施形態において、中空領域１１３の抵抗材１２が設けられる断面において高抵抗領域Ｔ１が低抵抗領域Ｔ２の周囲を囲むようにして、管状部材１１の内周面に沿って高抵抗領域Ｔ１が構成されるようにしていた。これに対し、実施形態で説明した音響現象の作用によると、中心軸ｘに直交する平面で切断した場合の断面であって抵抗材１２が設けられた断面において、高抵抗領域Ｔ１及び低抵抗領域Ｔ２の両方が構成されており、且つそれらが互いに隣接していれば、同質の音響現象が生じて、音圧を低減させるとともに、粒子速度を増大させる効果を奏する。よって、音響共鳴体の構成を以下のようにしてもよい。
【００３２】
図１２〜１４に、各構成の音響共鳴体を、中空領域の両端間の延在方向に延びる中心軸（中心軸ｘ）を含む平面で切断した場合の断面図を示す。
図１２に示すように、管状部材１１の内周面以外の領域に抵抗材１２を設ける構成としてもよい。図１２（ａ）の左側の図は、開口端１１１側から音響共鳴体を見たときの様子を表している。図１２（ａ）に示す音響共鳴体は、音響共鳴体１０の高抵抗領域Ｔ１と低抵抗領域Ｔ２とを入れ替えた構成と同等である。すなわち、中空領域１１３の延在方向に直交する平面で切断した場合の断面において、高抵抗領域Ｔ１の周囲が低抵抗領域Ｔ２によって囲まれるように、抵抗材１２が設けられている。このとき、抵抗材１２は、共鳴現象の妨げとならないように、固定具などを用いて管状部材１１によって支持されるとよい。なお、抵抗材１２の固定に係る構成については、管状部材１１によって支持する構成に限らず、例えば、音響共鳴体が設置される設置される場所付近の壁部などで支持してもよく、図１２（ａ）に示す位置に抵抗材１２が配置されていればよい。
【００３３】
また、図１２（ｂ）に示すように、中空領域１１３以外の領域に抵抗材を設けてもよい。この例では、音響共鳴体１０の開口端１１１に対向するように、音響共鳴体の外部空間に抵抗材１２１が設けられている。このとき、抵抗材１２１は、壁部などの外部構成により支持されてもよいし、管状部材１１によって支持されてもよい。このときも、図中矢印に示すように音波が開口端１１１に入射するから、抵抗材１２，１２１を通るものと通らないものとで、音波の伝搬速度にずれが生じる。これにより、実施形態と同質の音響現象が生じて、共鳴周波数の低周波数側へのシフトに寄与させることができる。図１２（ｃ）に示すように、抵抗材１２は、中心軸ｘ方向の各位置の断面において、その形状や寸法が同一でなくてもよい。この例の抵抗材１２のように、開口端１１１から閉口端１１２の方向に向かって次第に断面積が小さくなる構成としてもよい。反対に、開口端１１１から閉口端１１２の方向に向かって次第に断面積が大きくなるような構成であってもよい。また、抵抗材１２が管状部材１１の開口端１１１から外部空間に飛び出した構成でもよいし、飛び出さない構成でもよい。もちろん、中心軸ｘ方向の位置に対して断面が規則的に変化する構成でなくてもよい。
【００３４】
また、管状部材１１の底面となる位置に開口端を設ける構成に限らず、図１２（ｄ）に示すように、管状部材１１の底面となる両端部を閉口端とした上で、管状部材１１の円筒の側面の端部付近に開口端１１１を設けてもよい。この構成において、管状部材の内部に定在波が生じたときに、例えば１次の共鳴周波数については、管状部材１１の中空領域１１３の延在方向に対する中心部で粒子速度が極大或いは極大に近くなる。よって、中空領域１１３の延在方向に対する中心部の位置に抵抗材１２を設けることで、実施形態と同質の音響現象が生じ得る。
【００３５】
また、音響共鳴体を構成する管状部材は、１方向のみに延在する中空領域を内部に有しているものに限らない。例えば、図１３（ａ）に示すように、中空領域の断面形状が「Ｕ」字状となるように構成されていてもよい。このように、中空領域を湾曲させて折り返すように構成すれば、１方向に対する共鳴体の寸法を小さくすることができ、設置の自由度を高めることが期待できる。また、図１３（ｂ）に示すように、実施形態で説明したような直管ではなく、湾曲するように管状部材が構成されていてもよい。なお、図１３（ａ）の構成の折返しの数や方向はどのような態様であってもよいし、図１３（ｂ）に示す構成の湾曲する箇所の数や方向はどのような態様であってもよい。
なお、管状部材１１が延在する中空領域を有している場合、その延在方向はその方向に直交する断面の中心どうしを結ぶ中心線に沿った方向である。よって、中空領域１１３が湾曲していれば、中心線上の各位置における延在方向は、曲線である中心線の接線方向に等しい。また、このように、管状部材１１を曲げた構成とする場合、中空領域１１３の断面の面積がほぼ一定であり、かつ、入射波と反射波との音波の伝搬距離の差（行路差）が問題とならない範囲とすることが好ましい。
【００３６】
また、図１４に示すように、中心軸ｘに直交する断面において、低抵抗領域Ｔ２の周囲全体を高抵抗材領域Ｔ１が囲む構成でなくてもよい。図１４（ａ）に示すように、低抵抗領域Ｔ２の周囲の一部を囲むように、管状部材１１の一部の内周面に沿って高抵抗領域Ｔ２が構成されるよう抵抗材１２が設けられてもよい。この例では、図１４（ａ）の左側の図に示すように、管状部材１１の内周面のうち下半分の周面に沿って高抵抗領域Ｔ２が構成される。なお、同図に示す例では、中空領域１１３の一端から他端までの全体に亘って抵抗材１２が設けられている（すなわち、Ｌ＝ｌ０）が、上述した音響共鳴体１０のように一部のみ（すなわち、Ｌ＞ｌ０）に設けられてもよい。また、図１４（ｂ）に示す構成のように、抵抗材１２が設けられる領域の全体で、中心軸ｘに直交する平面で切断した断面が、低抵抗領域Ｔ２が高抵抗材領域Ｔ１に隣接するように構成されていなくてもよい。例えば開口端１１１付近は抵抗材１２により全体が塞がれており、それよりも閉口端１１２側の位置では、中心軸ｘに直交する断面において、低抵抗領域Ｔ２が高抵抗材領域Ｔ１に隣接するようにしてもよい。このように、本発明の音響共鳴体は、中空領域の一部において、中空領域を塞ぐ抵抗材が設けられる構成を妨げるものではない。
【００３７】
［変形例２］
上述した実施形態において、開口端１１１の形状、及び管状部材１１の中心軸ｘに沿った方向に直交する断面は円形であったが、これ以外の形状であってもよい。図１５は、音響共鳴体を開口端側から見た様子を表す図である。図１５（ａ）の各構成において、それぞれの管状部材１１に対する抵抗材１２の配置の態様は同じである。
例えば、図１５（ａ）に示すように、開口端が正方形（長方形）に構成された管状部材１１を用いてもよい。この構成においても、変形例１で説明したような、高抵抗領域Ｔ１、及び低抵抗領域Ｔ２の位置関係を採用することができる。ここでは、低抵抗領域Ｔ２が正方形（長方形）となるように抵抗材１２を設けているが、管状部材１１の中空領域の断面形状と、低抵抗領域Ｔ２や高抵抗領域Ｔ１の断面形状とがそれぞれ相違していてもよい。また、図１５（ｂ）に示すように、管状部材１１を底面が六角形となる柱状に構成し、その形状に併せて高抵抗領域Ｔ１及び低抵抗領域Ｔ２が構成されてもよい。このとき、図１５（ｂ）に示すように、各音響共鳴体を積み重ねることが可能である。
以上説明した各部材の断面形状は一例に過ぎず、更に多くの頂点を有する多角形など、どのような形状であってもよい。また、抵抗材１２の形状においても、管状部材１１の内周面に合わせた形状に限らず、円筒形や角筒形のほか、ハニカム状や格子状などであってもよい。また、１つの音響共鳴体において、管状部材１１に対する抵抗材１２の配置の態様が、管状部材１１ごとに異なっていてもよい。
また、中心軸ｘ方向に対する各位置で音響共鳴体を切断したときに、管状部材１１の形状や寸法が各位置で同じである構成に限らず、互いに相違する構成であってもよい。また、管状部材１１に相当する音響共鳴体の筐体の形状は、管状に限らず、角筒形などの別の他の形状であってもよい。このように、本発明の筐体に相当するのものはいわゆる音響管に適用可能な部材であればよく、要するに、一方向に延在する中空領域と、その中空領域を外部空間に通じさせる開口端とが構成されたものであればよい。
【００３８】
［変形例３］
上述した実施形態においては、管状部材１１によって音響共鳴体１０の筐体が構成されていたが、複数の筐体の組み合わせにより音響共鳴体の中空領域が構成されてもよい。その一例を図１６に示す。図１６は、この変形例の音響共鳴体を開口端側から見た様子を表す図である。この音響共鳴体は、紙面垂直方向に延びる筐体１１ａと、その筐体の内側に設けられた抵抗材１２とにより構成された共鳴部材１００を複数組み合わせてなる。図１６に示すように、筐体１１ａは、その延在方向に沿って一方向（図中右側）に開放する側方を有しており、ここでは開口端側から見た形状が「コ」字状となっている。なお、共鳴部材１００をそれぞれ区別する場合には、図中最も左側の部材を共鳴部材１００−１とし、右側に向かって、共鳴部材１００−２、・・・、１００−ｎ（ｎ；自然数）とする。抵抗材１２は、部材部分を開口端側から見た形状が「コ」字状となる形状であり、部材部分の内側の領域（ここでは、空間）は、その側方（図中右側）にて開放している。抵抗材１２は、各筐体１１ａの内側の面に設けられ、部材部分の内側の領域が筐体１１ａと同じ方向に開放するように設けられている。また、筐体１１ａには、その開放側に取付部１１４ａが設けられている。筐体１１ａの２つの取付部１１４ａどうしの間に、別の筐体１１ａにおける開放側と反対側の側方が嵌め込まれるようにして、複数の共鳴部材１００が連結される。図１６の例では、共鳴部材１００−１と１００−２とが結合されることにより、抵抗材１２の部材部分の内側の領域の開放側が塞がれる。これにより、紙面垂直方向に延在する中空領域１１３ａが構成されて、音響共鳴体が構成される。なお、この結合がなされたときには、手動ないし自動で両者が容易に離脱しないようにされることが好ましい。また、ここでも、中空領域１１３ａの一端側で開口し、他端側で閉口するように筐体１１ａは構成されている。
【００３９】
この構成であれば、図１６に示す矢印方向にｎ個の共鳴部材１００を結合させることで共鳴体の数を任意のｎ−１個にすることができる。また、１或いは２の筐体で音響共鳴体の中空領域が構成される構成に限らず、３以上の複数の筐体によって中空領域が構成されるようにしてもよい。また、共鳴部材１００を単体で用いる場合には、開放する側方が、部屋の壁部などの別の部材で塞がれることで共鳴体が構成されるようにしてもよい。
なお、上記構成において、筐体１１ａの開口端側から見た形状を「コ」字状にする以外に、例えば「Ｕ」字状にしてもよく、その形状については様々に変形可能である。また、筐体が、複数方向に開放した側方を有し、これら各方向に筐体を連結していくことによって音響共鳴体を構成してもよい。
【００４０】
［変形例４］
共鳴管を用いた共鳴体において、或る程度広い周波数帯域で共鳴による作用効果を奏するようにするために、共鳴周波数がそれぞれ異なる複数の共鳴体を並べて配置することがある。この場合、従来においては、共鳴周波数に応じた複数の管長を設定してこれら管長の異なる複数の管を一体にするなどしていた。これに対し、本発明の音響共鳴体によれば、例えば図１７に示す構成でこれと同等の音圧低減、及び粒子速度の増大の効果を奏するようにすることができる。
図１７は、この変形例の音響共鳴体を示す断面図である。図１７に示すように、ここでは５本の同一の管長を有する音響共鳴体が開口端１１１及び閉口端１１２の位置がそれぞれ隣接するように、一列に配置されて、音響共鳴体が構成されている。抵抗材１２については、音響共鳴体ごとにそれぞれの中空領域の延在方向に対する長さが異なっている。図１７の例では、音響共鳴体１０ｂ−１〜１０ｂ−５の順で長くなっている。これを図６の測定結果に照らし合わせると、管状部材１１の構成は同一であるが、図中上から下へと順に次第に共鳴周波数が低くなるので、より広い周波数帯域で音圧の低減、及び粒子速度の増大の効果を奏することができる。このようにすれば、抵抗材１２の構成（例えば、中空領域１１３の延在方向に対する長さ）で共鳴周波数を異ならせることができ、共鳴周波数に応じて管状部材１１を作り分ける必要がないため、製造コストや製造の容易性の観点から好適である。また、管長に相違がないため、意匠的な観点からも好適である。また、音響共鳴体の共鳴周波数を変更したい場合などにおいても、抵抗材１２を取り替えればよいだけである。
【００４１】
［変形例５］
上述した実施形態では、開口端１１１の領域を含む位置に抵抗材１２を設けていたが、これ以外の構成にすることもできる。実施形態では、開口端１１１に１次の共鳴周波数の定在波の粒子速度分布の腹が位置するという理由からも、開口端１１１に抵抗材を設けていた。これに対し、倍音ではこの「腹」の場所が異なることがある。例えば、図１８（ａ）に示すように、２次の共鳴周波数の場合、定在波の粒子速度分布の腹は、開口端１１１の位置と、開口端１１１からＬ×２／３の位置とにある。よって、２次の共鳴周波数を低周波数側にシフトさせたい場合には、開口端１１１、及び開口端１１１からＬ×２／３の位置にある粒子速度分布の腹の位置に、抵抗材１２を設けるとよい。図１８（ｂ）に示すように、３次の共鳴周波数の場合、定在波の粒子速度分布の腹は、開口端１１１の位置と、開口端１１１からＬ×２／５の位置と、開口端１１１からＬ×４／５の位置とにある。よって、３次の共鳴周波数を低周波数側にシフトさせたい場合には、管状部材１１の開口端１１１、及び開口端１１１からＬ×２／５、及びＬ×４／５の位置にある粒子速度分布の腹の位置に、抵抗材１２を設けるとよい。どのような倍音であっても、粒子速度分布の腹の位置に、抵抗材１２を設けることで、その共鳴周波数を基準としてそれを低周波数側へよりシフトさせやすくすることができると考えられる。
なお、粒子速度分布の腹となる場所以外に抵抗材１２を設けてもよい。粒子速度が大きいほど、上記音響現象が顕著になり、共鳴周波数のシフトや損失係数の増大の点において好適であると考えられるが、それ以外の場所であっても、同質の音響現象の発現に寄与する。
【００４２】
［変形例６］
上述した実施形態では、本発明の筐体が、いわゆる一端開口の管状部材である場合について説明したが、いわゆる両端開口の管状部材であってもよい。この場合、管状部材にあっては、両端部が開かれた開端構成（いわゆる、開管）である。両端開口の管状部材の１次の共鳴周波数は、中空領域の両端間の長さの２倍の波長に相当するから、一端開口の管状部材よりも同じ周波数の共鳴周波数を実現するための寸法が大きくなってしまう。しかしながら、抵抗材１２の作用により、実施形態の場合と同質の音響現象が発現するであるので、共鳴周波数を低周波数側へシフトさせつつ、損失係数を増大させることができる。
【００４３】
［変形例７］
上述した実施形態において、低抵抗領域Ｔ２は、抵抗材に相当する部材が設けられて
いない空間（空洞）であったが、抵抗材などの部材で充填する構成を妨げるものではない。少なくとも、低抵抗領域Ｔ２における気体粒子の運動に対する抵抗が高抵抗領域Ｔ１における抵抗よりも小さければ、上述した実施形態の構成の場合と同質の音響現象が生じると考えられるからである。また、高抵抗領域Ｔ１は、１種類の材料からなる領域に限定されない。例えば高抵抗領域Ｔ１は、複数の抵抗材によって構成されてもよい。この場合、低抵抗領域Ｔ２に隣接する位置から遠くなるに従って、次第に抵抗が高くなる構成を採用することができる。また、高抵抗領域Ｔ１は、各位置で段階的、或いは連続的に抵抗が変化する領域であり、この領域が１種類の材料からなる抵抗材により実現されてもよい。
【００４４】
［変形例８］
本発明において、粒子速度分布の腹となる領域（つまり、粒子速度が極大となる領域）の抵抗を相対的に大きくすることが好適であるが、この腹となる領域については、周知の粒子速度検出センサを用いて直接測定するほかに、以下のように特定してもよい。例えば、マイクロホンを用いて音響共鳴体１０内の各場所で音圧を測定し、測定した音圧から間接的に粒子速度を特定してもよい。例えば、平面進行波において音圧を粒子速度で除して媒質の特性インピーダンスが求まることが知られているから、音圧と特性インピーダンス（抵抗値）とが既知であれば、粒子速度を一意に特定することができる。また、図１８からも分かるように、音響管が一端開口であるか両端開口であるかという条件と管長とに基づいて演算により共鳴周波数を算出して、粒子速度分布の腹を理論的に特定（推測）することも可能であると考えられる。
また、中空領域１１３における各位置の抵抗値は、周知の測定器を用いて実測することで特定されてもよいし、又は、抵抗材の素材の種類や素材の疎密などで抵抗値が異なるから、抵抗材の素材や粗密などの条件から複数ある各領域の抵抗値の大小関係が特定可能であれば、その抵抗値を実測しなくてもよい。
【００４５】
［変形例９］
上述した実施形態又は変形例に係る音響共鳴体は、各種の音響室に配置することが可能である。ここで各種音響室は、室空間を有している音響室であり、例えば防音室、ホール、劇場、音響機器のリスニングルーム、会議室等の居室、各種輸送機器の空間、スピーカや楽器などの筐体等である。
部屋などの室空間においては、二重壁の内側や、床下などへの設置が可能である。電車や航空機、船舶、自動車、宇宙ステーションなどの乗り物にあっては、乗車者が入室する車室のほか、機械室や荷物室などの室空間に音響共鳴体を設けてもよい。また、ヘッドフォン、イヤホン、補聴器などの聴取に用いられる器具に形成された室空間における共鳴を減衰させるために、これらの器具に本発明の音響共鳴体の構成を適用してもよい。また、乗り物や建造物に設けられる空調装置などのダクトの室空間に音響共鳴体を設けてもよい。また、オートバイなどの乗り物の給排気管を室空間として音響共鳴体を設けてもよい。つまり、静粛性を高めるための種々の室空間に、音響共鳴体を設けることができる。
【００４６】
また、音響共鳴体の設置位置について、空間における特定の固有周波数の固有振動の音圧分布の腹となる場所の音圧を低減させ、また、粒子速度を増大させるように、その場所或いはその近傍に音響共鳴体の開口部が位置するように設けるとよい。これにより、この固有振動の音圧分布の他の場所の腹の音圧レベルも低減され、空間全体の騒音レベルを低減できるからである。空間の固有振動は、空間内での入射波が反射、吸音、回折等の伝搬を繰り返すことで、これらの重ね合わせにより生成された音場である。特に、この周波数軸上で孤立して生成された特定の固有周波数の固有振動が生成される空間は、特定の場所に固有周波数の音圧分布の腹が位置して、その音圧レベルが空間全体の静粛性に大きく影響する、という知見を発明者らは得た。このような音場に対して、ある特定の位置の腹の音圧レベルを低減させたり、粒子速度を増大させたりすると、固有振動の全体の音圧の振幅が小さくなる。従って、空間内の低音域の騒音レベルを効果的に下げることができる。
【符号の説明】
【００４７】
１０…音響共鳴体、１００…共鳴部材、１１，１１ｂ…管状部材、１１ａ…筐体、１１１…開口端、１１２…閉口端、１１３，１１３ａ…中空領域、１２…抵抗材、１２１…第１の面、１２２…第２の面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音響共鳴体及び音響室に関する。
【背景技術】
【０００２】
共鳴管を用いて、比較的低い周波数の音圧を低減させるための技術として、特許文献１に開示されたものがある。特許文献１には、一端が開口し、他端が閉じたそれぞれ長さが異なる複数本のパイプを、開口部どうしが隣接するように配置した吸音構造が開示されている。また、共鳴周波数を低周波側にシフトさせるための技術として、特許文献２に開示されたものがある。特許文献２には、連通部の空気をマス成分とし、共鳴室の空気をバネ成分としたバネマス共振系と等価であるヘルムホルツ型の共鳴器において、連通部の一部に吸音材を設けることが開示されている。特許文献２に開示された共鳴器では、吸音材の空気の一部がマス成分として作用し、このマス成分の増加により、吸音材を設けない場合に比べて共鳴周波数が低周波側にシフトすると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−３０２０８７号公報
【特許文献２】特開平８−１２１１４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示された技術では、共鳴現象により低周波数の音圧を低減させる場合には、その周波数が低いほど共鳴管の空洞を延在方向に長くしなければならず、その寸法が大きくなる。特許文献２に開示された技術では、共鳴器がヘルムホルツ型であるから、共鳴室においては、音波の入射方向（共鳴器の高さ方向）に対して実質的に音圧が一様に分布する程度の寸法や形状を確保する必要がある。つまり、ヘルムホルツ型の共鳴器では、共鳴室内の圧力が一定とみなされるように設計されるものである。また、共鳴周波数を低くするほど共鳴室の容積を大きくする必要があり、その結果共鳴室の幅方向の寸法が共鳴器の高さ方向の寸法よりも大きくなることもあるから、周辺部材との干渉により共鳴体の設置が困難になることがある。例えば、およそ１６０Ｈｚで吸音効果を奏するヘルムホルツ型の共鳴器では、共鳴室の直径を約１４５ｍｍとし、高さ方向の寸法を約１３０ｍｍとすることが必要である。
本発明の目的は、共鳴体の寸法を増大させないで、音圧を低減させるとともに媒質粒子の運動速度を増大させる効果を、低周波数帯域において高めることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した目的を達成するために、本発明の請求項１に係る音響共鳴体は、開口する一端と、開口し、又は閉口する他端とを有し、前記一端と前記他端との間で延在する中空領域が構成された筐体を備え、第１の領域と、媒質粒子の運動に対する抵抗が前記第１の領域よりも大きい第２の領域とが前記中空領域に構成され、前記中空領域の延在方向に直交する平面で前記中空領域を切断した場合の断面において、前記第２の領域が含まれる断面に、当該第２の領域に接して前記第１の領域が構成され、共鳴時には、前記延在方向に対する位置に応じて共鳴周波数の音圧が変化する領域が前記中空領域に含まれることを特徴とする。
【０００６】
本発明の請求項２に係る音響共鳴体は、請求項１に係る構成において、前記筐体は、前記延在方向が前記中空領域の長手方向となるよう構成されることを特徴とする。
本発明の請求項３に係る音響共鳴体は、請求項１又は２に係る構成において、前記第２の領域は、前記延在方向に対する一端が前記筐体外部の空間に接していることを特徴とする。
本発明の請求項４に係る音響共鳴体は、請求項３に係る構成において、前記第１の領域は、空間領域を内部に含み、前記第２の領域は、前記延在方向に対する他端が前記空間領域に接していることを特徴とする。
本発明の請求項５に係る音響共鳴体は、請求項４に係る構成において、前記第２の領域は、前記延在方向に対する一端と他端とを介して前記筐体外部の空間と前記空間領域とを通じさせる空間が内部に構成されることを特徴とする。
【０００７】
本発明の請求項６に係る音響共鳴体は、請求項１ないし５のいずれかに係る構成において、前記第２の領域は、多孔質材が設けられた領域であることを特徴とする。
本発明の請求項７に係る音響共鳴体は、請求項１ないし６のいずれかに係る構成において、前記第１の領域は、前記一端と前記他端とを通じさせる空間であることを特徴とする。
【０００８】
本発明の請求項８に係る音響共鳴体は、請求項１ないし７のいずれかに係る構成において、前記第２の領域は、前記中空領域に生じる定在波の粒子速度分布の腹となる領域を含むことを特徴とする。
本発明の請求項９に係る音響共鳴体は、請求項８に係る構成において、前記第２の領域は、前記中空領域の前記一端を含む領域であることを特徴とする。
本発明の請求項１０に係る音響共鳴体は、請求項１ないし９のいずれかに係る構成において、前記第２の領域は、前記筐体の内側の面に接しており、前記第２の領域が含まれる断面において、前記第１の領域の周囲が前記第２の領域に囲まれていることを特徴とする。
本発明の請求項１１に係る音響室は、請求項１ないし１０のいずれかに記載の音響共鳴体を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、共鳴体の寸法を増大させないで、音圧を低減させるとともに媒質粒子の運動速度を増大させる効果を、低周波数帯域において高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る音響共鳴体を示す図である。
【図２】図１中の切断線II-IIで音響共鳴体を切断したときの断面を表す図である。
【図３】管状部材の延在方向に直交する平面で音響共鳴体を切断したときの断面を表す図である。
【図４】抵抗材が設けられていない管状部材の断面を表す図である。
【図５】音響共鳴体の共鳴周波数、及び損失係数の測定の前提となる事項を説明する図である。
【図６】各共鳴体について粒子速度の周波数特性を表したグラフである。
【図７】各共鳴体と、共鳴周波数及び損失係数との関係を表したグラフである。
【図８】音響共鳴体の構成の一例を表す断面図である。
【図９】抵抗材の長さと、共鳴周波数及び損失係数との関係を表したグラフである。
【図１０】音響共鳴体において生じる音響現象を説明する図である。
【図１１】音響共鳴体での管位置と音圧との関係を表したグラフである。
【図１２】変形例１に係る音響共鳴体を説明する図である。
【図１３】変形例１に係る音響共鳴体を説明する図である。
【図１４】変形例１に係る音響共鳴体を説明する図である。
【図１５】変形例２に係る音響共鳴体を説明する図である。
【図１６】変形例３に係る音響共鳴体を説明する図である。
【図１７】変形例４に係る音響共鳴体を説明する図である。
【図１８】変形例５に係る音響共鳴体を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［実施形態］
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、音響共鳴体１０を示す図である。
音響共鳴体１０の外観は、一方（図中左側）の端部で開口しており、他方（図中右側）の端部で閉じた管状を成している。音響共鳴体１０の構成は、管状部材１１と、抵抗材１２とに大別される。管状部材１１は、本発明の筐体の一例であり、材料として例えば金属やプラスチックを用いて円筒状に形成されている。管状部材１１は、いわゆる一端開口の管状部材であり、ここでは１方向に延在している。抵抗材１２は、円柱の両底面の中心付近を貫通するようにして、円柱状の空洞が開けられた形状の部材である。抵抗材１２は、管状部材１１の開口する端部付近において、円柱の外周面に相当する面が管状部材１１の内側の面と接するように設けられている。抵抗材１２は、材料として多孔質材の一例であるウレタンフォームを用いて形成され、気体粒子（ここでは、空気分子）の運動に対して抵抗となって、その気体粒子の運動を阻害する部材である。抵抗材１２が配置される領域は、抵抗材１２が配置されないときに比べて、気体粒子の運動に対する抵抗が増大する。また、この抵抗の抵抗値を定量的に表す物理量として、媒質の特性インピーダンスがある。
【００１２】
図２は、図１中の切断線II-IIで音響共鳴体１０を切断したときの断面を表す図である。より詳細には、図２は、管状部材１１の延在方向に沿って、後述するｘ軸を含む平面で音響共鳴体１０を切断した場合の断面図である。図３は、管状部材１１の延在方向に直交する平面で音響共鳴体１０を切断した場合の断面を表す図である。換言すれば、図３は、中空領域１１３の両端間の長さ方向に直交する平面で中空領域１１３を切断した場合の断面図である。図３（ａ）は、図２中の切断線Ａ-Ａで示すように、抵抗材１２が設けられている位置で切断した場合の断面を表す。図３（ｂ）は、図２中の切断線Ｂ-Ｂで示すように、抵抗材１２が設けられていない位置で切断した場合の断面を表す。なお、音響共鳴体１０の延在方向に対して抵抗材１２が設けられている各位置を切断した場合に、管状部材１１の断面形状はそれぞれ同一の形状で、且つ同一の寸法である。また、抵抗材１２の断面形状もそれぞれ同一の形状で、且つ同一の寸法である。なお、管状部材１１の延在方向は、中空領域１１３における開口端１１１と閉口端１１２との間の長さを表す方向であり、この長さ方向は、これら両端を結ぶ線分が延びる方向である。
【００１３】
管状部材１１は、一端に円形の開口端１１１を有し、他端にこれと同じ円形の閉口端１１２を有している。この実施形態では、閉口端１１２は音響的に完全反射面（つまり、剛壁）と同じ振る舞いをするものとみなす。管状部材１１の内部には、開口端１１１と閉口端１１２との間で延在する、円柱状の中空領域１１３が構成されている。中空領域１１３は、開口端１１１を介して外部空間に通じており、閉口端１１２を介しては外部空間に通じていない。ここで、開口端１１１と閉口端１１２との間の距離である、中空領域１１３の両端間の長さをＬとする。そして、中空領域１１３の延在方向に直交する断面の中心どうしを結ぶ中心線を「中心軸ｘ」（一点鎖線で図示。）と定める。
なお、管状部材１１の中空領域１１３の直径は、例えば一次元音場の場合、直径方向にたつ定在波の波長の２分の１よりも小さい。すなわち、中空領域１１３は、中心軸ｘに沿って延在するとともに、その延在方向が長手方向となる領域である。これにより、管状部材１１単体である場合、中空領域１１３に進む音波は、中心軸ｘに沿った方向に進む平面波のみとみなすことができる。よって、中空領域１１３において、中心軸ｘに沿った方向に対する位置が同じ領域、すなわち中心軸ｘに直交する断面に含まれる領域では、実質的に音圧が一様に分布する。
【００１４】
抵抗材１２は、開口端１１１の位置を一端として、中空領域１１３に設けられている。ここでは、抵抗材１２は中心軸ｘに沿って円筒軸方向を有している。この円筒軸方向に対する抵抗材１２の長さであり、開口端１１１に位置する一端から他端までの距離をｌ０と定める。抵抗材１２は、円筒の高さ方向に相当する方向に貫く空洞を有しているから、管状部材１１の開口端１１１と閉口端１１２とは、この空洞を介して通じている。この空洞は、ここでは、気体粒子の運動に対する抵抗を増大させる部材が設けられていない領域である。
【００１５】
図３（ａ）に示すように、中空領域１１３の断面のうち抵抗材１２が設けられている断面には、気体粒子の運動に対する抵抗が高い「高抵抗領域」Ｔ１と、高抵抗領域Ｔ１に隣接し、気体粒子の運動に対する抵抗がその高抵抗領域Ｔ１よりも低い「低抵抗領域」Ｔ２とが構成されている。高抵抗領域Ｔ１は、実際に気体粒子の運動に対して抵抗となる部材（抵抗材）が配置されている領域である。低抵抗領域Ｔ２は、この部材が配置されていない領域であり、抵抗材１２の円筒の高さ方向に貫く空洞に相当する。ここでは、高抵抗領域Ｔ１が含まれる断面においては、ドーナツ形の高抵抗領域Ｔ１が、円形である低抵抗領域Ｔ２の周囲を囲むようになっている。
このように、高抵抗領域Ｔ１は、中空領域１１３の延在方向に対する一端である、抵抗材１２の第１の面１２１と、中空領域１１３の延在方向に対する他端である、抵抗材１２の第２の面１２２とを有している。第１の面１２１は、中空領域１１３の延在方向を向き、かつ、管状部材１１の外部の空間に接する面である。第２の面１２２は、中空領域１１３の延在方向を向き、かつ、ここでは空間領域である低抵抗領域Ｔ２に接する面である。
なお、ここでは、第１の面１２１及び第２の面１２２の法線方向が中空領域１１３の延在方向にそれぞれ一致するが、それらが互いに交わっていてもよい。
【００１６】
ところで、低抵抗領域Ｔ２は、音響共鳴体１０の開口端１１１が面している外部の空間、及び音響共鳴体１０内の抵抗材１２が設けられていない空間とほぼ同じ媒質で構成されている。ここでは、低抵抗領域Ｔ２は、空気で満たされる領域である。なお、低抵抗領域Ｔ２については、中心軸ｘを含む領域として構成してもよいし、中心軸ｘの位置を中心として断面形状が点対称となるように構成してもよい。また、低抵抗領域Ｔ２を中心軸ｘを含まない領域としてもよい。要するに、抵抗材１２の高抵抗領域Ｔ１は、中空領域１１３の延在方向に対して少なくとも一部に設けられ、且つ中空領域１１３の延在方向に直交する断面の一部のみに設けられる。一方で、中空領域１１３の抵抗材１２が設けられていない断面は、図３（ｂ）に示すように、低抵抗領域Ｔ２と同じ媒質（材料）で構成されている。
なお、抵抗材１２が設けられ、中空領域１１３における抵抗が高い領域は、本発明の第２の領域の一例であり、抵抗材１２が設けられておらず、抵抗が低い領域は本発明の第１の領域の一例である。
以上が、音響共鳴体１０の構成の説明である。
【００１７】
次に、音響共鳴体１０に抵抗材１２を設けた理由について説明する。
図４は、抵抗材１２が設けられていない管状部材１１（すなわち、管状部材１１単体）を、中心軸ｘを含む平面で切断した場合の断面を表す図である。図４に示す二点鎖線は、管状部材１１内において発生し得る定在波のうち、最も低い周波数（つまり、１次の共鳴周波数）の定在波ＳＷ１に関して、粒子速度分布（振幅の分布）を表している。
図４に示すように、管状部材１１の中空領域１１３には、閉口端１１２での粒子速度がゼロとなる境界条件を満たすようにして定在波が生じる。つまり、定在波ＳＷ１にあっては、閉口端１１２の位置に粒子速度分布の「節」があり、粒子速度が極小となる。一方、開口端１１１の位置に粒子速度分布の「腹」があり、粒子速度が極大となる。なお、管状部材１１が抵抗成分を有し、閉口端１１２が完全反射面でない場合には、この「腹」及び「節」の位置はそれぞれずれることがあるが、概ね図示の位置に存在する。また、開口端補正については、この明細書では無視する。
【００１８】
定在波ＳＷ１は、中空領域１１３の長さＬの４倍に相当する波長λｃ（Ｌ＝λｃ／４）の音波に応じて、管状部材１１において共鳴が生じることによって発現する。このとき、管状部材１１は、共鳴によって生じる反射波であって入射波の位相と異なる位相の反射波を、開口端１１１を介して外部空間に放射する。このときの反射波と入射波との位相差に応じて、波長λｃに相当する共鳴周波数の音波が干渉して打ち消し合って、管状部材１１の共鳴周波数を中心に開口端１１１付近での音圧を低減させる効果を奏する。また、このときの気体粒子の振る舞いは、定在波ＳＷ１の発生によって開口端１１１付近において極大値を持つ振動を繰り返すため、共鳴周波数以外の周波数に対して、管状部材１１の共鳴周波数を中心に開口端１１１付近で、気体粒子の運動速度（以下、「粒子速度」という。）を増大させる効果を奏する。また、管状部材１１単体である一般の音響管と同様、音響共鳴体１０の共鳴時には、図２に示す定在波ＳＷのように、図４に示す定在波ＳＷ１で表される粒子速度分布が生じると考えられる。そうすると、管状部材１１に抵抗材１２を設けた音響共鳴体１０においても、共鳴時には、中空領域１１３の延在方向（ｘ軸方向）に対する位置に応じて共鳴周波数の音圧が変化する領域がその中空領域１１３に含まれる。すなわち、中空領域１１３には、その延在方向に対する位置が互いに異なる２以上の点で、共鳴周波数の音圧がそれぞれ異なる領域が存在する。更に換言すると、中空領域１１３の延在方向に対する共鳴周波数の音圧分布においては音圧が一定とならずに、変化が生じている。発明者らは、中空領域１１３の延在方向に対する位置に応じて共鳴周波数の音圧が変化することを確かめるための測定を行ったが、その内容については後述する。
【００１９】
ところで、管状部材１１などの一端開口の管状部材に共鳴体が構成される場合、中空領域１１３の両端間の長さＬを、共鳴周波数に相当する波長λｃの１／４の長さにする必要がある。よって、共鳴周波数を低く設定する場合に、長さＬを大きくすることが避けられなかった。これに対し、発明者らは、音響共鳴体１０の構成を採用して管状部材１１に抵抗材１２を適切に設けることにより、共鳴体の寸法を増大させないで、音圧を低減させるとともに粒子速度を増大させる効果を、低周波数帯域において高められることを発見した。
【００２０】
発明者らは、管状部材１１に対する抵抗材１２の適用の態様がそれぞれ異なる複数種類の音響共鳴体を構成し、それぞれについて共鳴周波数、及び損失係数の測定（実測）を行った。
はじめに、この測定の前提となる事項について説明する。まず、各種類の音響共鳴体について、管状部材１１の構成を同一のものとする。管状部材１１の寸法は、計算上の共鳴周波数が２２３Ｈｚとなるように、Ｌ＝３８０ｍｍとした。粒子速度の測定については、図５に示すように、開口端１１１の中心となる位置（中心軸ｘ上の位置）に粒子速度検出センサを設け、１０〜５００Ｈｚの周波数の音波を開口端１１１に入射して、その位置での粒子速度を周波数ごとに測定した。損失係数ｇについては、粒子速度の測定結果を用いて、半値幅法の演算により算出した。具体的には、損失係数ｇは、粒子速度のピーク値よりも３ｄＢ低い周波数ｆ１，ｆ２をそれぞれ特定し、ｆ１−ｆ２の値を共鳴周波数ｆ０の値で除した値である。損失係数ｇは、粒子速度のピーク値付近における周波数特性の鋭さを表す指標となる値であり、その値が小さいほど鋭い特性を示す。
【００２１】
図６は、各種類の音響共鳴体について、粒子速度の周波数特性を表したグラフである。
図６のグラフにおいて、横軸は周波数［Ｈｚ］を表し、縦軸は開口端１１１に入射する音波の音圧で基準化した粒子速度［ｍ／ｓ／Ｐａ］を表している。図７は、これら各種類の音響共鳴体について１次の共鳴周波数ｆ０及び損失係数ｇを表したグラフである。図７のグラフにおいて、横軸は共鳴体の種類を表し、縦軸は１次の共鳴周波数ｆ０［Ｈｚ］、及び損失係数ｇをそれぞれ表している。なお、共鳴周波数ｆ０については、黒丸のプロット及び実線で図示しており、損失係数ｇについては白丸のプロット及び実線で図示している。図６には、図４に示す管状部材１１単体である音響共鳴体の測定結果と、図１に示す音響共鳴体１０の測定結果と、図８に示す音響共鳴体の測定結果を表している。図８は、中心軸ｘに直交する方向から開口端１１１を見た様子、及び中心軸ｘに直交する平面で管状部材１１を切断した場合の断面をそれぞれ表す図である。ここでは、図８に示すように、開口端１１１を全部塞ぐようにして、ｌ０＝３０ｍｍとなる円柱状のウレタンフォームを管状部材１１に設けた。この音響共鳴体を、便宜上、「音響共鳴体３００」と称する。図７においては、「音響共鳴体３００（ｌ０＝３０ｍｍ）」と付した測定結果に対応する。なお、図７において「音響共鳴体３００（ｌ０＝１０ｍｍ）」と示した測定結果は、音響共鳴体３００において、ｌ０＝１０ｍｍとした場合の測定結果を表す。音響共鳴体１０については、ｌ０＝３０ｍｍとした場合の測定結果を表す。
【００２２】
図６に示すように、管状部材１１単体の場合においては、およそ２２０Ｈｚ付近に粒子速度のピークがある。この粒子速度のピークとなる周波数が、音響共鳴体の共鳴周波数を表している。上述したように、１次の共鳴周波数に対応する定在波にあっては、開口端１１１の位置での粒子速度が極大になるからである。また、図７に示すように、損失係数ｇはおよそ０．０２程度と小さく、図６のグラフからも分かるように粒子速度のピーク付近で鋭い特性を示している。このように、管状部材１１単体である音響共鳴体では、計算上の共鳴周波数にほぼ一致する共鳴周波数を測定するとともに、粒子速度がピーク値に近い大きな値となる周波数幅は小さい。音響共鳴体３００（ｌ０＝３０ｍｍ）の場合、粒子速度がピークとなる周波数はおよそ３００Ｈｚであった。このように、開口部付近を抵抗材で塞ぐ構成では、共鳴周波数が高周波数側にシフトしてしまう。損失係数ｇについては０．２近くあり、比較的大きな値であった。これにより、比較的広い周波数幅で粒子速度のピークに近い値をとるが、ピークの粒子速度は小さいから、音圧の低減、及び粒子速度の増大の効果は管状部材１１単体の音響共鳴体よりも小さいと言える。また、図７に示すように、ｌ０＝１０ｍｍとすると、共鳴周波数の高周波数側へのシフト、及び損失係数の増大がやや抑制されたが、管状部材１１単体の音響共鳴体よりも共鳴周波数が高い。
【００２３】
音響共鳴体１０の場合、図６に示すように、１７０Ｈｚ付近に粒子速度のピークがある。この結果から、管状部材１１単体の場合に比べて、音響共鳴体１０の共鳴周波数が低くなっていることが分かる。また、粒子速度のピーク値は管状部材１１単体の場合とほぼ同じであった。つまり、共鳴周波数で奏する音圧の低減、及び粒子速度の増大の効果は、管状部材１１単体の場合と同等であると考えられる。また、図７に示すように、損失係数ｇはおよそ０．１程度であり、管状部材１１単体の場合よりもやや大きい。これにより、管状部材１１単体よりも、より低い共鳴周波数で、且つより広い周波数幅で粒子速度がピーク値に近くなり、音圧の低減及び粒子速度の増大の効果を奏することが分かる。
以上の結果から、音響共鳴体１０の構成によると、管状部材１１単体の場合よりも、共鳴周波数とその周波数幅に関して、音圧の低減及び粒子速度の増大の効果を増大させることができることが分かった。
【００２４】
また、発明者らは、音響共鳴体１０の抵抗材１２の長さｌ０を様々に変化させて、１次の共鳴周波数ｆ０及び損失係数ｇを測定した。図９に示すグラフは、横軸を抵抗材１２の長さｌ０とし、縦軸をそれぞれ１次の共鳴周波数ｆ０（丸印のプロット及び実線で図示する。）、及び損失係数ｇ（正方形のプロットで図示する。）として、測定結果を表したものである。なお、ここでは、Ｌ＝４８０ｍｍとする。
図９に示すように、抵抗材１２の長さｌ０が大きいほど、共鳴周波数がより低周波数側にシフトしていることが分かる。例えば、ｌ０＝０ｍｍであるとき（つまり、抵抗材１２が設けられていないとき）には共鳴周波数はほぼ１７５Ｈｚであるが、ｌ０＝２６２ｍｍとすると、およそ９０Ｈｚまで低下した。損失係数ｇにあっては、抵抗材１２の長さｌ０が大きいほど、損失係数ｇが増大する傾向を示す。例えば、管状部材１１単体であるｌ０＝０のときには０．０２であるが、ｌ０＝２６２ｍｍとしたときには、およそ０．３である。このような結果から、抵抗材１２の長さｌ０が大きいほど、共鳴周波数の低周波数側へのシフト量が増大するとともに、損失係数が増大することが確認できた。
【００２５】
以上のとおり、共鳴周波数ｆ０と損失係数ｇとが抵抗材１２の長さｌ０に応じて変化する理由について、発明者らは以下のように考えた。図１０は、開口端１１１側から音響共鳴体１０を見た様子を表した図である。図１０を用いて音響共鳴体１０において生じる音響現象について説明する。
上述のように、管状部材１１単体の場合には、中心軸ｘに沿った方向に平面波が伝搬するとみなすことができるから、中心軸ｘに直交する方向に対しては、音圧が一様に分布するとみなすことができる。これに対し、音響共鳴体１０のように、中空領域１１３に抵抗材１２を設けた場合には、この現象に変化が生じる。図１０に示すように、中空領域１１３には高抵抗領域Ｔ１と低抵抗領域Ｔ２とが含まれるが、開口端１１１側から閉口端１１２の方向に進む音波において、高抵抗領域Ｔ１を進む音波は、低抵抗領域Ｔ２を進む音波よりも、気体粒子の運動が妨げられる分だけその伝搬速度が小さくなる。この高抵抗領域Ｔ１と低抵抗領域Ｔ２との音波の伝搬速度の差異により、各領域を進む音波の波面に位相差が生じる。この位相差が生じると、中心軸ｘに直交する平面での高抵抗領域Ｔ１と低抵抗領域Ｔ２との境界における波面が不連続となるから、この位相面の異なりを解消しようとする気体分子の流れが新たに発生する。この気体分子の流れにより、例えば図１０に矢印で示す方向に音波のエネルギーの流れが生じて、各音波の相互干渉によって音響エネルギーの損失が生じると考えられる。以上の理由から、高抵抗領域Ｔ１と低抵抗領域Ｔ２とは、中心軸ｘに直交する平面と平行な方向に気体の移動があるような隣接関係にあるとよいと考えられる。
【００２６】
これと同時に、高抵抗領域Ｔ１及び低抵抗領域Ｔ２のそれぞれの領域において、開口端１１１側から閉口端１１２の方向に入射する音波と、反射する音波との重ね合わせにより、中空領域１１３の延在方向に定在波が生じる。特に、音響共鳴体１０においては、中空領域１１３に生じる定在波の粒子速度分布の腹となる領域に抵抗材１２を設けている。このように粒子速度が大きく、気体粒子の運動が活発である領域に抵抗材１２を設けることが、上記音響現象の発現による作用をより大きくすることに寄与していと考えられる。また、抵抗材１２の空洞の延在方向に対する寸法や、それに直交する方向の高抵抗領域Ｔ２の寸法（すなわち、抵抗材１２の厚み）もエネルギー損失の大きさに影響を与えると考えられる。このような音響現象によって、図６、７に示した測定結果のように、音響共鳴体１０の構成により、損失係数ｇが増大するとともに、共鳴周波数ｆ０が低周波数側にシフトしたと考えられる。
【００２７】
以上の考え方によると、抵抗材１２に適用可能な材料は、気体粒子の運動を妨げて、その運動に対する抵抗を発生（増大）させるものであれば、ウレタンフォーム以外の材料を用いることができる。ウレタンフォームは連続気泡の多孔質材の一例であるが、これ以外の樹脂材料（例えば、発泡樹脂）を用いた連続気泡の多孔質材を用いてもよい。なお、連続気泡の多孔質材は、連続気泡構造を有している部材であり、すなわち、多孔質材が設けられた領域において、隣り合う気泡が互いに通じており、気体の流通が可能である。また、独立気泡の多孔質材を少なくとも一部に有する材料を用いてもよく、このような多孔質材も独立気泡構造を有している。また、抵抗材１２に適用可能な部材は、いわゆる多くの孔が空いた構造を有しているものに限らず、音波に対して多孔質とみなせる構造も含む。例として、グラスウールのように、ガラス繊維が絡まっていることにより多孔質材と見なせる構造を形成する部材も含む。この部材には、布類の素材を織って形成したもののほか、布類の素材を織らずに形成したもの（例えば、不織布、金属繊維版）も含まれる。また、金属（例えば、アルミ発泡金属、金属繊維板）や、木材（例えば、木片やその砕片）、紙（木質繊維、パルプ繊維）、ガラス（例えば、ＭＰＰ（Microperforated Panel）；微細孔パネル。エッチング処理で微細孔を形成したもの。）、動植物繊維（牛毛フェルト、反毛フェルト、羊毛、綿、不織布、布、合成繊維、木粉成形材、紙成形材）などの、種々の材料を抵抗材１２に適用可能である。以上のように、内部を気体が流通するとともに、気体粒子の運動を妨げる作用を実現する材料によって、抵抗材１２が構成されるとよい。すなわち、抵抗材１２の高抵抗領域Ｔ１は、第１の面１２１及び第２の面１２２を介して管状部材１１の外部の空間と低抵抗領域Ｔ２とを通じさせるための空間が内部に構成された領域である。これにより、図２の矢印Ｃで示す方向に、高抵抗領域Ｔ１の内部に構成された空間を介して入射波が伝搬し、その反対方向に反射波が伝搬する。
【００２８】
また、発明者らは、音響共鳴体１０の中空領域１１３で共鳴するときに、その延在方向に対する位置に応じて共鳴周波数の音圧が変化することを確認するための測定を行った。この測定では、音響共鳴体１０を以下のように構成した。管状部材１１については、直径４０ｍｍ、中空領域１１３の長さＬを３８０ｍｍとした。抵抗材１２については、抵抗材１２の長さｌ０を３０ｍｍとなる円筒状に形成され、その肉厚が１０ｍｍであるウレタンフォームを用いた。ここでも、管状部材１１の開口端１１１と、抵抗材１２の長手方向に対する一端との位置が揃うようにした。
【００２９】
図１１に示すグラフは、以上の音響共鳴体１０を用いて、横軸を開口端１１１を基準とした中空領域１１３の延在方向に対する位置（管位置）［ｍｍ］とし、縦軸を音響共鳴体１０における１次の共鳴周波数ｆ０（ここでは、１９５．７５Ｈｚとみなしている。）の音圧［ｄＢ］として測定結果を表したものである。例えば、管位置が０ｍｍである位置は開口端１１１であり、管位置が３８０ｍｍである位置は閉口端１１２である。続いて、本測定の手順は以下のとおりである。音響共鳴体１０の開口端１１１から１ｍ離れた位置に固定したスピーカを用いて測定音（ここでは、１９５．７５Ｈｚに音圧成分を持つ音）を放音させて、中空領域１１３における高抵抗領域Ｔ２の各位置にマイクロホンを挿入し、各管位置での音圧を測定した。
図１１に示すグラフから、中空領域１１３において開口端１１１から遠ざかり、管位置の値が大きい位置であるほど、音圧が高くなる傾向にあることが分かる。この測定結果からも、音響共鳴体１０で共鳴するときに、中空領域１１３の延在方向に対する位置に応じて共鳴周波数の音圧が変化する領域が、その中空領域１１３に含まれることが明らかである。このような音圧の変化は、上述したように管状部材１１単体でなる共鳴体で生じることが知られているから、音響共鳴体１０においても、これと同様の作用により中空領域１１３に対する位置に応じて共鳴周波数の音圧が変化すると考えられる。
【００３０】
以上説明したように、音響共鳴体１０では、管状部材１１の内径（つまり、円柱状の中空領域１１３の直径）がその全長（つまり、中空領域１１３の延在方向の長さ）よりも小さく、この管状部材１１の中空領域１１３の抵抗材１２を適切に設けると、管状部材１１単体により構成される共鳴体よりも、共鳴周波数が低くなる共鳴体を構成することができる。その構成として、例えば図１、２に示すように、中空領域１１３の延在方向に直交する平面で切断した場合の断面のうち、抵抗材１２が設けられる高抵抗領域Ｔ１を含む断面において、低抵抗領域Ｔ２の周囲を囲むように高抵抗領域Ｔ１が構成されるよう、管状部材１１の内側に抵抗材１２を設ける。このような構成の音響共鳴体１０によれば、共鳴体の長さを増大させないで、低周波数帯域で奏する音圧の低減、及び粒子速度の増大の効果を高めることができる。例えば騒音を抑制させるための構造を空間に設置する場合に、そのスペースの制約が大きいことがあるが、音響共鳴体１０の構成によれば、管状部材１１単体で構成される共鳴体よりも小型化が可能であるので、その設置の自由度が高まる。例えば、およそ１６０Ｈｚで吸音効果を奏するようにしたい場合、音響共鳴体１０では、開口端１１１の直径を４０ｍｍとし、中空領域１１３の全長を４８０ｍｍ程度とすればよく、例に挙げたヘルムホルツ型の共鳴体を用いる場合に比べて、容積を３分の１程度に抑えることができる。よって、音響共鳴体１０の設置において、ヘルムホルツ型の共鳴体を用いる場合に比べて、周辺部材との干渉が問題になりにくくなる。
【００３１】
［変形例］
本発明は、上述した実施形態と異なる形態で実施することが可能である。また、以下に示す変形例は、各々を適宜に組み合わせてもよい。
［変形例１］
上述した実施形態において、中空領域１１３の抵抗材１２が設けられる断面において高抵抗領域Ｔ１が低抵抗領域Ｔ２の周囲を囲むようにして、管状部材１１の内周面に沿って高抵抗領域Ｔ１が構成されるようにしていた。これに対し、実施形態で説明した音響現象の作用によると、中心軸ｘに直交する平面で切断した場合の断面であって抵抗材１２が設けられた断面において、高抵抗領域Ｔ１及び低抵抗領域Ｔ２の両方が構成されており、且つそれらが互いに隣接していれば、同質の音響現象が生じて、音圧を低減させるとともに、粒子速度を増大させる効果を奏する。よって、音響共鳴体の構成を以下のようにしてもよい。
【００３２】
図１２〜１４に、各構成の音響共鳴体を、中空領域の両端間の延在方向に延びる中心軸（中心軸ｘ）を含む平面で切断した場合の断面図を示す。
図１２に示すように、管状部材１１の内周面以外の領域に抵抗材１２を設ける構成としてもよい。図１２（ａ）の左側の図は、開口端１１１側から音響共鳴体を見たときの様子を表している。図１２（ａ）に示す音響共鳴体は、音響共鳴体１０の高抵抗領域Ｔ１と低抵抗領域Ｔ２とを入れ替えた構成と同等である。すなわち、中空領域１１３の延在方向に直交する平面で切断した場合の断面において、高抵抗領域Ｔ１の周囲が低抵抗領域Ｔ２によって囲まれるように、抵抗材１２が設けられている。このとき、抵抗材１２は、共鳴現象の妨げとならないように、固定具などを用いて管状部材１１によって支持されるとよい。なお、抵抗材１２の固定に係る構成については、管状部材１１によって支持する構成に限らず、例えば、音響共鳴体が設置される設置される場所付近の壁部などで支持してもよく、図１２（ａ）に示す位置に抵抗材１２が配置されていればよい。
【００３３】
また、図１２（ｂ）に示すように、中空領域１１３以外の領域に抵抗材を設けてもよい。この例では、音響共鳴体１０の開口端１１１に対向するように、音響共鳴体の外部空間に抵抗材１２１が設けられている。このとき、抵抗材１２１は、壁部などの外部構成により支持されてもよいし、管状部材１１によって支持されてもよい。このときも、図中矢印に示すように音波が開口端１１１に入射するから、抵抗材１２，１２１を通るものと通らないものとで、音波の伝搬速度にずれが生じる。これにより、実施形態と同質の音響現象が生じて、共鳴周波数の低周波数側へのシフトに寄与させることができる。図１２（ｃ）に示すように、抵抗材１２は、中心軸ｘ方向の各位置の断面において、その形状や寸法が同一でなくてもよい。この例の抵抗材１２のように、開口端１１１から閉口端１１２の方向に向かって次第に断面積が小さくなる構成としてもよい。反対に、開口端１１１から閉口端１１２の方向に向かって次第に断面積が大きくなるような構成であってもよい。また、抵抗材１２が管状部材１１の開口端１１１から外部空間に飛び出した構成でもよいし、飛び出さない構成でもよい。もちろん、中心軸ｘ方向の位置に対して断面が規則的に変化する構成でなくてもよい。
【００３４】
また、管状部材１１の底面となる位置に開口端を設ける構成に限らず、図１２（ｄ）に示すように、管状部材１１の底面となる両端部を閉口端とした上で、管状部材１１の円筒の側面の端部付近に開口端１１１を設けてもよい。この構成において、管状部材の内部に定在波が生じたときに、例えば１次の共鳴周波数については、管状部材１１の中空領域１１３の延在方向に対する中心部で粒子速度が極大或いは極大に近くなる。よって、中空領域１１３の延在方向に対する中心部の位置に抵抗材１２を設けることで、実施形態と同質の音響現象が生じ得る。
【００３５】
また、音響共鳴体を構成する管状部材は、１方向のみに延在する中空領域を内部に有しているものに限らない。例えば、図１３（ａ）に示すように、中空領域の断面形状が「Ｕ」字状となるように構成されていてもよい。このように、中空領域を湾曲させて折り返すように構成すれば、１方向に対する共鳴体の寸法を小さくすることができ、設置の自由度を高めることが期待できる。また、図１３（ｂ）に示すように、実施形態で説明したような直管ではなく、湾曲するように管状部材が構成されていてもよい。なお、図１３（ａ）の構成の折返しの数や方向はどのような態様であってもよいし、図１３（ｂ）に示す構成の湾曲する箇所の数や方向はどのような態様であってもよい。
なお、管状部材１１が延在する中空領域を有している場合、その延在方向はその方向に直交する断面の中心どうしを結ぶ中心線に沿った方向である。よって、中空領域１１３が湾曲していれば、中心線上の各位置における延在方向は、曲線である中心線の接線方向に等しい。また、このように、管状部材１１を曲げた構成とする場合、中空領域１１３の断面の面積がほぼ一定であり、かつ、入射波と反射波との音波の伝搬距離の差（行路差）が問題とならない範囲とすることが好ましい。
【００３６】
また、図１４に示すように、中心軸ｘに直交する断面において、低抵抗領域Ｔ２の周囲全体を高抵抗材領域Ｔ１が囲む構成でなくてもよい。図１４（ａ）に示すように、低抵抗領域Ｔ２の周囲の一部を囲むように、管状部材１１の一部の内周面に沿って高抵抗領域Ｔ２が構成されるよう抵抗材１２が設けられてもよい。この例では、図１４（ａ）の左側の図に示すように、管状部材１１の内周面のうち下半分の周面に沿って高抵抗領域Ｔ２が構成される。なお、同図に示す例では、中空領域１１３の一端から他端までの全体に亘って抵抗材１２が設けられている（すなわち、Ｌ＝ｌ０）が、上述した音響共鳴体１０のように一部のみ（すなわち、Ｌ＞ｌ０）に設けられてもよい。また、図１４（ｂ）に示す構成のように、抵抗材１２が設けられる領域の全体で、中心軸ｘに直交する平面で切断した断面が、低抵抗領域Ｔ２が高抵抗材領域Ｔ１に隣接するように構成されていなくてもよい。例えば開口端１１１付近は抵抗材１２により全体が塞がれており、それよりも閉口端１１２側の位置では、中心軸ｘに直交する断面において、低抵抗領域Ｔ２が高抵抗材領域Ｔ１に隣接するようにしてもよい。このように、本発明の音響共鳴体は、中空領域の一部において、中空領域を塞ぐ抵抗材が設けられる構成を妨げるものではない。
【００３７】
［変形例２］
上述した実施形態において、開口端１１１の形状、及び管状部材１１の中心軸ｘに沿った方向に直交する断面は円形であったが、これ以外の形状であってもよい。図１５は、音響共鳴体を開口端側から見た様子を表す図である。図１５（ａ）の各構成において、それぞれの管状部材１１に対する抵抗材１２の配置の態様は同じである。
例えば、図１５（ａ）に示すように、開口端が正方形（長方形）に構成された管状部材１１を用いてもよい。この構成においても、変形例１で説明したような、高抵抗領域Ｔ１、及び低抵抗領域Ｔ２の位置関係を採用することができる。ここでは、低抵抗領域Ｔ２が正方形（長方形）となるように抵抗材１２を設けているが、管状部材１１の中空領域の断面形状と、低抵抗領域Ｔ２や高抵抗領域Ｔ１の断面形状とがそれぞれ相違していてもよい。また、図１５（ｂ）に示すように、管状部材１１を底面が六角形となる柱状に構成し、その形状に併せて高抵抗領域Ｔ１及び低抵抗領域Ｔ２が構成されてもよい。このとき、図１５（ｂ）に示すように、各音響共鳴体を積み重ねることが可能である。
以上説明した各部材の断面形状は一例に過ぎず、更に多くの頂点を有する多角形など、どのような形状であってもよい。また、抵抗材１２の形状においても、管状部材１１の内周面に合わせた形状に限らず、円筒形や角筒形のほか、ハニカム状や格子状などであってもよい。また、１つの音響共鳴体において、管状部材１１に対する抵抗材１２の配置の態様が、管状部材１１ごとに異なっていてもよい。
また、中心軸ｘ方向に対する各位置で音響共鳴体を切断したときに、管状部材１１の形状や寸法が各位置で同じである構成に限らず、互いに相違する構成であってもよい。また、管状部材１１に相当する音響共鳴体の筐体の形状は、管状に限らず、角筒形などの別の他の形状であってもよい。このように、本発明の筐体に相当するのものはいわゆる音響管に適用可能な部材であればよく、要するに、一方向に延在する中空領域と、その中空領域を外部空間に通じさせる開口端とが構成されたものであればよい。
【００３８】
［変形例３］
上述した実施形態においては、管状部材１１によって音響共鳴体１０の筐体が構成されていたが、複数の筐体の組み合わせにより音響共鳴体の中空領域が構成されてもよい。その一例を図１６に示す。図１６は、この変形例の音響共鳴体を開口端側から見た様子を表す図である。この音響共鳴体は、紙面垂直方向に延びる筐体１１ａと、その筐体の内側に設けられた抵抗材１２とにより構成された共鳴部材１００を複数組み合わせてなる。図１６に示すように、筐体１１ａは、その延在方向に沿って一方向（図中右側）に開放する側方を有しており、ここでは開口端側から見た形状が「コ」字状となっている。なお、共鳴部材１００をそれぞれ区別する場合には、図中最も左側の部材を共鳴部材１００−１とし、右側に向かって、共鳴部材１００−２、・・・、１００−ｎ（ｎ；自然数）とする。抵抗材１２は、部材部分を開口端側から見た形状が「コ」字状となる形状であり、部材部分の内側の領域（ここでは、空間）は、その側方（図中右側）にて開放している。抵抗材１２は、各筐体１１ａの内側の面に設けられ、部材部分の内側の領域が筐体１１ａと同じ方向に開放するように設けられている。また、筐体１１ａには、その開放側に取付部１１４ａが設けられている。筐体１１ａの２つの取付部１１４ａどうしの間に、別の筐体１１ａにおける開放側と反対側の側方が嵌め込まれるようにして、複数の共鳴部材１００が連結される。図１６の例では、共鳴部材１００−１と１００−２とが結合されることにより、抵抗材１２の部材部分の内側の領域の開放側が塞がれる。これにより、紙面垂直方向に延在する中空領域１１３ａが構成されて、音響共鳴体が構成される。なお、この結合がなされたときには、手動ないし自動で両者が容易に離脱しないようにされることが好ましい。また、ここでも、中空領域１１３ａの一端側で開口し、他端側で閉口するように筐体１１ａは構成されている。
【００３９】
この構成であれば、図１６に示す矢印方向にｎ個の共鳴部材１００を結合させることで共鳴体の数を任意のｎ−１個にすることができる。また、１或いは２の筐体で音響共鳴体の中空領域が構成される構成に限らず、３以上の複数の筐体によって中空領域が構成されるようにしてもよい。また、共鳴部材１００を単体で用いる場合には、開放する側方が、部屋の壁部などの別の部材で塞がれることで共鳴体が構成されるようにしてもよい。
なお、上記構成において、筐体１１ａの開口端側から見た形状を「コ」字状にする以外に、例えば「Ｕ」字状にしてもよく、その形状については様々に変形可能である。また、筐体が、複数方向に開放した側方を有し、これら各方向に筐体を連結していくことによって音響共鳴体を構成してもよい。
【００４０】
［変形例４］
共鳴管を用いた共鳴体において、或る程度広い周波数帯域で共鳴による作用効果を奏するようにするために、共鳴周波数がそれぞれ異なる複数の共鳴体を並べて配置することがある。この場合、従来においては、共鳴周波数に応じた複数の管長を設定してこれら管長の異なる複数の管を一体にするなどしていた。これに対し、本発明の音響共鳴体によれば、例えば図１７に示す構成でこれと同等の音圧低減、及び粒子速度の増大の効果を奏するようにすることができる。
図１７は、この変形例の音響共鳴体を示す断面図である。図１７に示すように、ここでは５本の同一の管長を有する音響共鳴体が開口端１１１及び閉口端１１２の位置がそれぞれ隣接するように、一列に配置されて、音響共鳴体が構成されている。抵抗材１２については、音響共鳴体ごとにそれぞれの中空領域の延在方向に対する長さが異なっている。図１７の例では、音響共鳴体１０ｂ−１〜１０ｂ−５の順で長くなっている。これを図６の測定結果に照らし合わせると、管状部材１１の構成は同一であるが、図中上から下へと順に次第に共鳴周波数が低くなるので、より広い周波数帯域で音圧の低減、及び粒子速度の増大の効果を奏することができる。このようにすれば、抵抗材１２の構成（例えば、中空領域１１３の延在方向に対する長さ）で共鳴周波数を異ならせることができ、共鳴周波数に応じて管状部材１１を作り分ける必要がないため、製造コストや製造の容易性の観点から好適である。また、管長に相違がないため、意匠的な観点からも好適である。また、音響共鳴体の共鳴周波数を変更したい場合などにおいても、抵抗材１２を取り替えればよいだけである。
【００４１】
［変形例５］
上述した実施形態では、開口端１１１の領域を含む位置に抵抗材１２を設けていたが、これ以外の構成にすることもできる。実施形態では、開口端１１１に１次の共鳴周波数の定在波の粒子速度分布の腹が位置するという理由からも、開口端１１１に抵抗材を設けていた。これに対し、倍音ではこの「腹」の場所が異なることがある。例えば、図１８（ａ）に示すように、２次の共鳴周波数の場合、定在波の粒子速度分布の腹は、開口端１１１の位置と、開口端１１１からＬ×２／３の位置とにある。よって、２次の共鳴周波数を低周波数側にシフトさせたい場合には、開口端１１１、及び開口端１１１からＬ×２／３の位置にある粒子速度分布の腹の位置に、抵抗材１２を設けるとよい。図１８（ｂ）に示すように、３次の共鳴周波数の場合、定在波の粒子速度分布の腹は、開口端１１１の位置と、開口端１１１からＬ×２／５の位置と、開口端１１１からＬ×４／５の位置とにある。よって、３次の共鳴周波数を低周波数側にシフトさせたい場合には、管状部材１１の開口端１１１、及び開口端１１１からＬ×２／５、及びＬ×４／５の位置にある粒子速度分布の腹の位置に、抵抗材１２を設けるとよい。どのような倍音であっても、粒子速度分布の腹の位置に、抵抗材１２を設けることで、その共鳴周波数を基準としてそれを低周波数側へよりシフトさせやすくすることができると考えられる。
なお、粒子速度分布の腹となる場所以外に抵抗材１２を設けてもよい。粒子速度が大きいほど、上記音響現象が顕著になり、共鳴周波数のシフトや損失係数の増大の点において好適であると考えられるが、それ以外の場所であっても、同質の音響現象の発現に寄与する。
【００４２】
［変形例６］
上述した実施形態では、本発明の筐体が、いわゆる一端開口の管状部材である場合について説明したが、いわゆる両端開口の管状部材であってもよい。この場合、管状部材にあっては、両端部が開かれた開端構成（いわゆる、開管）である。両端開口の管状部材の１次の共鳴周波数は、中空領域の両端間の長さの２倍の波長に相当するから、一端開口の管状部材よりも同じ周波数の共鳴周波数を実現するための寸法が大きくなってしまう。しかしながら、抵抗材１２の作用により、実施形態の場合と同質の音響現象が発現するであるので、共鳴周波数を低周波数側へシフトさせつつ、損失係数を増大させることができる。
【００４３】
［変形例７］
上述した実施形態において、低抵抗領域Ｔ２は、抵抗材に相当する部材が設けられて
いない空間（空洞）であったが、抵抗材などの部材で充填する構成を妨げるものではない。少なくとも、低抵抗領域Ｔ２における気体粒子の運動に対する抵抗が高抵抗領域Ｔ１における抵抗よりも小さければ、上述した実施形態の構成の場合と同質の音響現象が生じると考えられるからである。また、高抵抗領域Ｔ１は、１種類の材料からなる領域に限定されない。例えば高抵抗領域Ｔ１は、複数の抵抗材によって構成されてもよい。この場合、低抵抗領域Ｔ２に隣接する位置から遠くなるに従って、次第に抵抗が高くなる構成を採用することができる。また、高抵抗領域Ｔ１は、各位置で段階的、或いは連続的に抵抗が変化する領域であり、この領域が１種類の材料からなる抵抗材により実現されてもよい。
【００４４】
［変形例８］
本発明において、粒子速度分布の腹となる領域（つまり、粒子速度が極大となる領域）の抵抗を相対的に大きくすることが好適であるが、この腹となる領域については、周知の粒子速度検出センサを用いて直接測定するほかに、以下のように特定してもよい。例えば、マイクロホンを用いて音響共鳴体１０内の各場所で音圧を測定し、測定した音圧から間接的に粒子速度を特定してもよい。例えば、平面進行波において音圧を粒子速度で除して媒質の特性インピーダンスが求まることが知られているから、音圧と特性インピーダンス（抵抗値）とが既知であれば、粒子速度を一意に特定することができる。また、図１８からも分かるように、音響管が一端開口であるか両端開口であるかという条件と管長とに基づいて演算により共鳴周波数を算出して、粒子速度分布の腹を理論的に特定（推測）することも可能であると考えられる。
また、中空領域１１３における各位置の抵抗値は、周知の測定器を用いて実測することで特定されてもよいし、又は、抵抗材の素材の種類や素材の疎密などで抵抗値が異なるから、抵抗材の素材や粗密などの条件から複数ある各領域の抵抗値の大小関係が特定可能であれば、その抵抗値を実測しなくてもよい。
【００４５】
［変形例９］
上述した実施形態又は変形例に係る音響共鳴体は、各種の音響室に配置することが可能である。ここで各種音響室は、室空間を有している音響室であり、例えば防音室、ホール、劇場、音響機器のリスニングルーム、会議室等の居室、各種輸送機器の空間、スピーカや楽器などの筐体等である。
部屋などの室空間においては、二重壁の内側や、床下などへの設置が可能である。電車や航空機、船舶、自動車、宇宙ステーションなどの乗り物にあっては、乗車者が入室する車室のほか、機械室や荷物室などの室空間に音響共鳴体を設けてもよい。また、ヘッドフォン、イヤホン、補聴器などの聴取に用いられる器具に形成された室空間における共鳴を減衰させるために、これらの器具に本発明の音響共鳴体の構成を適用してもよい。また、乗り物や建造物に設けられる空調装置などのダクトの室空間に音響共鳴体を設けてもよい。また、オートバイなどの乗り物の給排気管を室空間として音響共鳴体を設けてもよい。つまり、静粛性を高めるための種々の室空間に、音響共鳴体を設けることができる。
【００４６】
また、音響共鳴体の設置位置について、空間における特定の固有周波数の固有振動の音圧分布の腹となる場所の音圧を低減させ、また、粒子速度を増大させるように、その場所或いはその近傍に音響共鳴体の開口部が位置するように設けるとよい。これにより、この固有振動の音圧分布の他の場所の腹の音圧レベルも低減され、空間全体の騒音レベルを低減できるからである。空間の固有振動は、空間内での入射波が反射、吸音、回折等の伝搬を繰り返すことで、これらの重ね合わせにより生成された音場である。特に、この周波数軸上で孤立して生成された特定の固有周波数の固有振動が生成される空間は、特定の場所に固有周波数の音圧分布の腹が位置して、その音圧レベルが空間全体の静粛性に大きく影響する、という知見を発明者らは得た。このような音場に対して、ある特定の位置の腹の音圧レベルを低減させたり、粒子速度を増大させたりすると、固有振動の全体の音圧の振幅が小さくなる。従って、空間内の低音域の騒音レベルを効果的に下げることができる。
【符号の説明】
【００４７】
１０…音響共鳴体、１００…共鳴部材、１１，１１ｂ…管状部材、１１ａ…筐体、１１１…開口端、１１２…閉口端、１１３，１１３ａ…中空領域、１２…抵抗材、１２１…第１の面、１２２…第２の面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口する一端と、開口し、又は閉口する他端とを有し、前記一端と前記他端との間で延在する中空領域が構成された筐体を備え、
第１の領域と、媒質粒子の運動に対する抵抗が前記第１の領域よりも大きい第２の領域とが前記中空領域に構成され、前記中空領域の延在方向に直交する平面で前記中空領域を切断した場合の断面において、前記第２の領域が含まれる断面に、当該第２の領域に接して前記第１の領域が構成されており、
共鳴時には、前記延在方向に対する位置に応じて共鳴周波数の音圧が変化する領域が前記中空領域に含まれる
ことを特徴とする音響共鳴体。
【請求項２】
前記筐体は、前記延在方向が前記中空領域の長手方向となるように構成される
ことを特徴とする請求項１に記載の音響共鳴体。
【請求項３】
前記第２の領域は、前記延在方向に対する一端が前記筐体外部の空間に接している
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の音響共鳴体。
【請求項４】
前記第１の領域は、空間領域を内部に含み、
前記第２の領域は、前記延在方向に対する他端が前記空間領域に接している
ことを特徴とする請求項３に記載の音響共鳴体。
【請求項５】
前記第２の領域は、前記延在方向に対する一端と他端とを介して前記筐体外部の空間と前記空間領域とを通じさせる空間が内部に構成される
ことを特徴とする請求項４に記載の音響共鳴体。
【請求項６】
前記第２の領域は、多孔質材が設けられた領域である
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の音響共鳴体。
【請求項７】
前記第１の領域は、前記一端と前記他端とを通じさせる空間である
ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の音響共鳴体。
【請求項８】
前記第２の領域は、前記中空領域に生じる定在波の粒子速度分布の腹となる領域を含むことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の音響共鳴体。
【請求項９】
前記第２の領域は、前記中空領域の前記一端を含む領域である
ことを特徴とする請求項８に記載の音響共鳴体。
【請求項１０】
前記第２の領域は、前記筐体の内側の面に接しており、
前記第２の領域が含まれる断面において、前記第１の領域の周囲が前記第２の領域に囲まれている
ことを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の音響共鳴体。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれかに記載の音響共鳴体を備えることを特徴とする音響室。
【請求項１】
開口する一端と、開口し、又は閉口する他端とを有し、前記一端と前記他端との間で延在する中空領域が構成された筐体を備え、
第１の領域と、媒質粒子の運動に対する抵抗が前記第１の領域よりも大きい第２の領域とが前記中空領域に構成され、前記中空領域の延在方向に直交する平面で前記中空領域を切断した場合の断面において、前記第２の領域が含まれる断面に、当該第２の領域に接して前記第１の領域が構成されており、
共鳴時には、前記延在方向に対する位置に応じて共鳴周波数の音圧が変化する領域が前記中空領域に含まれる
ことを特徴とする音響共鳴体。
【請求項２】
前記筐体は、前記延在方向が前記中空領域の長手方向となるように構成される
ことを特徴とする請求項１に記載の音響共鳴体。
【請求項３】
前記第２の領域は、前記延在方向に対する一端が前記筐体外部の空間に接している
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の音響共鳴体。
【請求項４】
前記第１の領域は、空間領域を内部に含み、
前記第２の領域は、前記延在方向に対する他端が前記空間領域に接している
ことを特徴とする請求項３に記載の音響共鳴体。
【請求項５】
前記第２の領域は、前記延在方向に対する一端と他端とを介して前記筐体外部の空間と前記空間領域とを通じさせる空間が内部に構成される
ことを特徴とする請求項４に記載の音響共鳴体。
【請求項６】
前記第２の領域は、多孔質材が設けられた領域である
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の音響共鳴体。
【請求項７】
前記第１の領域は、前記一端と前記他端とを通じさせる空間である
ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の音響共鳴体。
【請求項８】
前記第２の領域は、前記中空領域に生じる定在波の粒子速度分布の腹となる領域を含むことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の音響共鳴体。
【請求項９】
前記第２の領域は、前記中空領域の前記一端を含む領域である
ことを特徴とする請求項８に記載の音響共鳴体。
【請求項１０】
前記第２の領域は、前記筐体の内側の面に接しており、
前記第２の領域が含まれる断面において、前記第１の領域の周囲が前記第２の領域に囲まれている
ことを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の音響共鳴体。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれかに記載の音響共鳴体を備えることを特徴とする音響室。
【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１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１１−１３３８５５（Ｐ２０１１−１３３８５５Ａ）
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３９８７５（Ｐ２０１０−２３９８７５）
【出願日】平成２２年１０月２６日（２０１０．１０．２６）
【出願人】（０００００４０７５）ヤマハ株式会社 (5,930)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２６日（２０１０．１０．２６）
【出願人】（０００００４０７５）ヤマハ株式会社 (5,930)
【Ｆターム（参考）】
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