音響共鳴装置、スピーカエンクロージャ、楽器及び乗り物
【課題】空間の比較的低い周波数の音を減衰させるとともに、特に、その空間における特定の場所で奏する効果を高める。
【解決手段】固有振動が減衰しにくく、且つ低周波数の音波が伝播する空間では、比較的低い周波数の騒音は固有振動姿態の態様に強く依存する。これに対し、固有振動姿態の音圧の腹の場所を制御対象として共鳴体により音圧を低減させれば、空間全体でその周波数の音を効果的に減衰させることができると発明者らは考えた。そこで、評価場所（ここでは、「５」）に位置する固有振動姿態の音圧の腹の場所を制御対象とし、その近傍に共鳴体の開口部を位置させる。これにより、空間における低周波数の音を減衰させるとともに、特に、評価場所で奏する効果を高めることができる。
【解決手段】固有振動が減衰しにくく、且つ低周波数の音波が伝播する空間では、比較的低い周波数の騒音は固有振動姿態の態様に強く依存する。これに対し、固有振動姿態の音圧の腹の場所を制御対象として共鳴体により音圧を低減させれば、空間全体でその周波数の音を効果的に減衰させることができると発明者らは考えた。そこで、評価場所（ここでは、「５」）に位置する固有振動姿態の音圧の腹の場所を制御対象とし、その近傍に共鳴体の開口部を位置させる。これにより、空間における低周波数の音を減衰させるとともに、特に、評価場所で奏する効果を高めることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間の音を減衰させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
居室や小会議室、音楽室等の空間（つまり、音場）の静粛性を高めるために、その空間の特性に応じた共振周波数を持つ共鳴体を、空間の壁面や天井面に設けることがある。特許文献１には、板状又は膜状の振動体と、この振動体の背後の空間の空気層とにより音を吸収する板・膜振動型吸音構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１１４１２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に開示されている技術では、空間における比較的低い周波数の音を十分に減衰させることができない。また、特許文献１には、空間における特定の場所で高い吸音効果を奏するようにすることは開示されていない。
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、空間の比較的低い周波数の音を減衰させるとともに、特に、その空間における特定の場所で奏する効果を高めることである。
【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、本発明に係る音響共鳴装置は、開口部と、前記開口部に通じる中空領域とを有している共鳴体であって、面に囲まれて構成される空間において決められた評価場所に応じて、前記開口部の位置が定められ、当該開口部を介して前記中空領域が前記空間に繋がるように設けられた共鳴体を備え、前記空間の特定の固有周波数の固有振動姿態であって前記評価場所に音圧の腹が位置する固有振動姿態について、少なくともいずれかの音圧の腹の場所における前記固有周波数の音圧を、前記共鳴体が共鳴することにより低減させることを特徴とする。
この構成において、前記共鳴体は、前記評価場所に位置する前記音圧の腹の場所の音圧を低減させるように、前記開口部の位置が定められていることが好ましい。
【０００６】
また、本発明に係る音響共鳴装置は、開口部と、前記開口部に通じる中空領域とを有している共鳴体であって、面に囲まれて構成される空間において決められた評価場所に応じて、前記開口部の位置が定められ、当該開口部を介して前記中空領域が前記空間に繋がるように設けられた共鳴体を備え、前記空間の特定の固有周波数の固有振動姿態であって前記評価場所に音圧の腹が位置する固有振動姿態について、少なくともいずれかの音圧の腹の場所における前記固有周波数の媒質粒子の運動速度を、前記共鳴体が共鳴することにより増大させることを特徴とする。
この音響共鳴装置において、前記共鳴体は、前記評価場所に位置する前記音圧の腹の場所の媒質粒子の運動速度を増大させるように、前記開口部の位置が定められていることが好ましい。
【０００７】
本発明の音響共鳴装置において、前記固有周波数と、前記面に与えられる振動の周波数とは互いに異なる周波数であり、前記共鳴体は、前記いずれかの音圧の腹の場所における音圧であって前記固有周波数の音圧と前記振動とにより励振された周波数の音圧を、前記共鳴により低減させるようにしてもよい。
また、本発明のスピーカエンクロージャは、上記いずれかに記載の音響共鳴装置を備えるスピーカエンクロージャであって、前記面は、前記スピーカエンクロージャの内側の面であってスピーカユニットの周囲に構成される面であることを特徴とする。
また、本発明の楽器は、上記いずれかに記載の音響共鳴装置と、音源と、前記音源により発せられた音が前記空間である内部空間を伝搬する筐体部とを備え、前記面は、前記内部空間を構成する前記筐体部の内側の壁面であることを特徴とする。
また、本発明の乗り物は、上記いずれかに記載の音響共鳴装置を備える乗り物であって、前記面は、前記空間として当該乗り物の室空間を構成する壁面であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、空間の比較的低い周波数の音を減衰させるとともに、特に、その空間における特定の場所で奏する効果を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】空間Ｓを模式的に表した図である。
【図２】空間Ｓの固有振動の音圧分布の一例を示した図である。
【図３】空間Ｓにおいて共鳴体を設ける位置を説明する図である。
【図４】図３の位置に共鳴体を設けた場合の各評価点の音圧分布を表したグラフである。
【図５】板・膜共鳴体の外観を模式的に表した図である。
【図６】図５中の切断線VI−VIで切断した場合の板・膜共鳴体の断面図である。
【図７】音響管の構成を表した図である。
【図８】ヘルムホルツ共鳴体の構成を説明する図である。
【図９】スピーカシステムの外観を示す斜視図である。
【図１０】図９中の切断線X-Xで切断した場合のスピーカシステムの断面図である。
【図１１】共鳴体を備えるスピーカシステムの構成の一例を示す図である。
【図１２】電子鍵盤楽器の外観を示す斜視図である。
【図１３】電子鍵盤楽器を切断線XIII-XIIIで切断した場合の断面図である。
【図１４】ギターの外観を示す外観図である。
【図１５】共鳴体を備えるギターの構成の一例を示す図である。
【図１６】自動車の外観を示す外観図である。
【図１７】自動車の車室を模式的に示す図である。
【図１８】空間Ｓの固有振動の音圧分布の一例を示した図である。
【図１９】ピアノの外観を示す斜視図である。
【図２０】ピアノを上側から見たときの外観を示す平面図である。
【図２１】管部の構成の一例を示す図である。
【図２２】垂直入射吸音率のシミュレート結果を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［実施形態］
以下、本発明の実施形態について説明する。
［固有振動姿態（ノーマルモード）］
まず、空間に生成される固有振動姿態について説明する。
図１は、空間の一例として、直方体の音場である空間Ｓを模式的に表したものである。ここでは、図１に示す「１」〜「１５」については無視する。
空間Ｓは、例えば家屋やオフィスビルの部屋の室空間であり、天井面や床面を含む壁面（つまり、面）によって囲まれて構成される空間の一例である。ここで説明の便宜のため、図１に示すように、空間Ｓの１つの頂点を原点Ｏと定めて、そこを起点として延びる各稜線がそれぞれｘ軸、ｙ軸及びｚ軸に一致するように、ｘｙｚ直交座標系を定める。そして、空間Ｓの寸法について、ｘ軸方向の長さをＬxとし、ｙ軸方向の長さをＬyとし、ｚ軸方向の長さをＬzとする。空間Ｓの壁面を吸音が一切ない剛壁（つまり、完全反射面）と仮定した場合の固有周波数をｆNとすると、固有周波数ｆNは下記式（１）の関係を満たす。式（１）において、ｃ0は音速を表し、ｎx，ｎy，ｎzはそれぞれ固有振動姿態の次数を表す値であり、「０」以上の任意の整数である。
【数１】
【００１１】
空間Ｓにおいて、次数ｎx，ｎy，ｎzの値の任意の組み合わせに対して固有周波数が存在する。式（１）により、ｎx，ｎy，ｎzのうち２つが“０”として求められる固有周波数は、一次元モードの固有周波数である。この固有周波数は、空間Ｓにおける１の軸に平行な定在波の周波数に相当し、この定在波のことを「軸波」と呼ぶ。ｎx，ｎy，ｎzのうち１つが“０”である固有周波数は、二次元モードの固有周波数である。この固有周波数は、空間Ｓにおける１対の平行壁面に平行で、他の２対の壁面に斜めに入射する定在波の周波数に相当し、この定在波のことを「接線波」と呼ぶ。ｎx，ｎy，ｎzのうちのいずれも“０”でない固有周波数は、三次元モードの固有周波数である。この固有周波数は、空間Ｓにおけるすべての壁面に斜めに入射する定在波の周波数に相当し、この定在波のことを「斜め波」と呼ぶ。
【００１２】
式（１）から導き出されるように、一次元モードで次数が“２”である二次の固有振動姿態においては、軸波の波長は、その軸波の進行方向に対する空間Ｓの長さにほぼ等しくなる。図１は、ｘ軸方向に音圧が分布する二次の固有振動姿態を表しており、音圧が極大となる「腹」の位置と、音圧が極小となる「節」の位置とを一点鎖線で表す。一方、一次元モードで次数が“１”である一次の固有振動姿態においては、軸波の波長は、その軸波の進行方向に対する空間Ｓの長さのほぼ２倍になる。
【００１３】
ここで、空間Ｓの寸法をＬx＝２０００ｍｍ、Ｌy＝１４００ｍｍ、Ｌz＝１２００ｍｍと定める。この場合、空間Ｓのｘ軸方向に音圧が分布する固有振動姿態の固有周波数は、例えば８５Ｈｚ（ｎx＝１の場合）、１７０Ｈｚ（ｎx＝２の場合）である。
図２は、ｘｙｚ軸の各方向に音圧が分布する空間Ｓの固有振動姿態の一例を模式的に表した図である。図２（ａ），（ｂ）は、二次の固有振動姿態を表したものである。図２（ａ）に示す固有振動姿態は、ｙ軸方向に音圧が分布するものを表しており、その固有周波数はおよそ２４３Ｈｚである。図２（ｂ）に示す固有振動姿態は、ｚ軸方向に音圧が分布するものを表しており、その固有周波数はおよそ２８３Ｈｚである。これらの図から分かるように、二次の固有振動姿態にあっては、いずれについても音圧が分布する方向に対して空間Ｓの中心の位置と、両壁部の位置とにそれぞれ音圧の腹が現れる。図２（ｃ）〜（ｅ）は、一次の固有振動姿態を表したものである。図２（ｃ）に示す固有振動姿態は、ｘ軸方向に音圧が分布するものを表しており、その固有周波数はおよそ８５Ｈｚである。図２（ｄ）に示す固有振動姿態は、ｙ軸方向に音圧が分布するものを表しておりその固有周波数はおよそ１２２Ｈｚである。図２（ｅ）に示す固有振動姿態は、ｚ軸方向に音圧が分布するものを表しており、その固有周波数はおよそ１４１Ｈｚである。これらの図からも分かるように、一次の固有振動姿態あっては、音圧が分布する方向に対して空間Ｓの中心に音圧の「節」が現れ、壁部の位置に音圧の「腹」が現れる。
【００１４】
以上のように、空間Ｓの寸法によっては、比較的低い固有周波数の固有振動姿態がいくつも生成されることがある。なお、図１，２に示す固有振動姿態については、有限要素法（ＦＥＭ；Finite Element Method）を用いた音場シミュレーションの計算などによっても得られる。
【００１５】
空間Ｓに居る人物が騒音と感じ得る、例えば１７０Ｈｚのように比較的低い周波数の音は固有振動姿態に強く依存すると発明者らは考えた。一般に拡散音場では、対象とする周波数帯域内で数多くの固有振動姿態が密集して生成されるため、空間内において音圧が一様に分布となり、音場の各位置において、周波数軸上で一様な音圧の分布を示す。これに対し、比較的小さい空間の音場では、比較的減衰しにくい固有振動姿態が生成されるので、複数の固有振動姿態がそれぞれ周波数軸上で孤立して存在する音場ということができる。また、低周波数の固有振動姿態にあっては、音場内における音圧の腹の分布が疎であるから、音場の特定の場所に音圧の腹が出現して、その場所の音圧が他の場所に比べて特に高くなる。更に、上述の孤立した固有振動姿態は、主に一次元モード（軸波）の固有振動姿態となり、その音響エネルギーは大きく、且つ減衰しにくい。このようになるのは、他のモードに比べて単位時間当たりに壁面に音波が入射する回数が少なく、壁面に吸音される音響エネルギーが小さいからである。
【００１６】
このような音場において、特定の固有周波数の音を減衰させる場合に、その固有周波数の固有振動姿態の音圧の腹となる場所を制御対象とし、その制御対象の場所の音圧を低減させれば、音場全体において低周波数の音を効果的に低減させることができる、という知見を発明者らは得た。すなわち、固有振動姿態の音圧の腹の場所を音圧を低減させる制御対象とすることで、固有振動姿態による作用を弱体化させることができる。なお、音圧を低減させるための構成としては、共鳴体を用いることができ、共鳴体の開口部を制御対象とする音圧の腹の場所、又はその近傍に位置させればよい。この近傍とは、音圧の腹の場所の音圧を低減させることのできる距離のことをいう。例えば音圧を低減させたい特定の固有周波数の音の波長に対して十分に小さい距離の範囲内であり、例えばその波長の１／６の距離の範囲内である。
【００１７】
以上のようにして固有振動姿態の作用が抑制されることを確認するために、発明者らは以下に説明する測定試験を行った。図３は、空間Ｓにおいて共鳴体を設置した場所を説明する図である。
測定試験で音圧を測定する場所であり、その音圧を評価する場所を「評価場所」として定める。ここでは、図１、３に丸印で示す「１」〜「１５」の各評価場所を定める。この測定では、各評価場所に収音用のマイクを設置した。評価場所「１」〜「９」は、音場のｘ軸方向に延びる稜線に沿う位置とし、これら各評価場所はほぼ等間隔に定められる。評価場所「９」〜「１５」は、空間Ｓのｚ方向に沿って延びる稜線に沿う位置とした。これら各評価場所もほぼ等間隔に定めた。評価場所「９」は空間Ｓの隅角部に位置しており、そこから最も遠い位置の隅角部に音源ＯＳを配置した。
【００１８】
図４は、測定試験の結果を表すグラフであり、音源ＯＳから発せられた音を各評価場所に設けられたマイクによって収音し、その収音結果から求めた音圧を表したものである。
図４に示すグラフにおいて、横軸は評価場所「１」〜「１５」をそれぞれ表しており、縦軸は１６０Ｈｚ帯域（１６０Ｈｚを中心とした１／３オクターブバンド測定値）の音圧［ｄＢ］を表している。同グラフにおいて、実線は、固有振動姿態の音圧の「腹」となる場所を制御対象として、その場所の音圧を、共鳴体の共鳴により低減させた場合の結果を表す。ここでは、図３（ａ）に示すように、評価位置「５」を含む水平な面において、音場の４つの角部（稜線）にそれぞれ４つの音響管を配置した。また、ここでは、一端が開口し、他端が閉口した音響管を用いており、音響管の空洞に繋がる開口部が上記４つの角部に位置するように配置した。音響管の共鳴周波数については、１６０Ｈｚ帯域の共鳴周波数で共鳴するように設定した。図４のグラフにおいて、破線は、固有振動姿態の音圧の「節」となる場所を制御対象として、その場所の音圧を、共鳴体の共鳴により低減させた場合の結果を表す。ここでは、評価位置「７」を含む水平な面において、上記構成の音響管を上記同じ態様で配置した。また、同グラフにおいて、一点鎖線は、音響管を配置しない場合の測定結果を表している。
【００１９】
図４に示すように、評価位置「５」である固有振動姿態の音圧の「腹」を制御対象とした場合、音響管の開口部に最も近い評価位置である、評価位置「５」での音圧が特に低くなっている（およそ６２ｄＢ）。また、評価位置「５」に近接する、評価位置「３」、「４」、「６」、「７」においても音圧が９０ｄＢ程度であり、音響管を設置しない場合に比べて、音圧が低くなっている。また、音響管から離れた位置にある評価位置「８」〜「１５」においても、音響管を設置しない場合の測定結果と比較すると、２０ｄＢ程度もの音圧の差異がある。これらの結果から、固有振動姿態の音圧の「腹」を制御対象とすることにより、その付近の音圧を大きく低減させるとともに、制御対象の音圧の腹の場所から離れた場所においても音圧が低減されていることが分かる。よって、上記態様の音響管の配置により、音場全体で静粛性が高められているが確認できた。この作用のことを、以下では、“モードを抑制する”や“モードの抑制”などと表現することがある。
【００２０】
一方、図３（ｂ）に示すように、評価位置「７」である固有振動姿態の音圧の「節」の場所を制御対象とした場合、音響管の開口部に最も近い評価位置である「７」での音圧は低くなっている（およそ７６ｄＢ）。しかしながら、その他の評価位置については、音響管を設置しない場合の測定結果と比較しても、さほど効果が得られていない。この結果から、固有振動姿態の音圧の「節」を制御対象としても、音場全体の音圧を低減させる点においては不十分であり、モードを抑制する効果をほとんど得られない。
【００２１】
以上のことから、空間Ｓにおいて静粛性を特に高めたい場所を評価場所として決め、特定の固有周波数の固有振動姿態の音圧の腹がその評価場所に位置している場合には、その音圧の腹を制御対象として共鳴体を配置すれば、効果的にモードを抑制することができる。その結果、上記測定試験の結果からも明らかなように、空間Ｓにおける広い場所で低周波数の音を減衰させることができるとともに、特に評価場所で奏する効果を高くすることができる。
以上の態様で空間Ｓに共鳴体を配置することにより、モードを抑制するための音響共鳴装置が空間Ｓに構成されることになる。
【００２２】
ところで、空間Ｓにおいて決められる評価場所は、例えば以下のものが挙げられる。
空間Ｓが室空間であり、その室空間に座席が設けられているとする。この場合に、座席に座る人物の頭（耳）付近となる場所を含む評価場所を決め、この評価場所に固有振動姿態の音圧の腹が位置していたとする。このとき、この評価場所に位置する音圧の腹を制御対象とし、その付近に開口部が位置するように共鳴体を配置する。このようにすれば、空間全体の静粛性を高めることができるとともに、特に、利用者が音を聞き取る場所である評価場所で奏する効果を高めることができる。また、評価場所に開口部が位置するようにする配置のほか、固有振動姿態の別の音圧の腹の場所を制御対象とした場合であっても、その他の場所に開口部が位置するように共鳴体を配置する場合に比べれば、評価場所で奏する音圧の低減の効果を高くすることができる。
【００２３】
なお、評価場所に位置する音圧の腹とは、例えば、あらかじめ決められた音圧を低減させたい場所（人物の耳が位置し得る場所など）から最も近い音圧の腹である。また、最も近い音圧の腹に限らず、音圧を低減させたい場所から固有周波数の音の波長に対して十分小さい距離の範囲内にある腹であってもよい。この距離は、例えば、固有周波数の波長の１／６の距離である。すなわち、評価場所に位置する音圧の腹は、音圧を低減させたい場所の騒音性を高める原因となる、上述の孤立した固有振動姿態の音圧の腹のことである。
【００２４】
［共鳴体の構成］
次に、この実施形態で用いる共鳴体の構成について説明する。空間Ｓには、低周波数音を減衰させるための音響共鳴装置が構成されている。この音響共鳴装置は、共鳴することにより空間Ｓの音を減衰させる共鳴体を有している。この実施形態の音響共鳴装置が有している共鳴体は、板・膜共鳴体１、音響管２、及びヘルムホルツ共鳴体３の少なくともいずれかである。
【００２５】
（板・膜共鳴体１）
まず、板・膜共鳴体１の構成を説明する。
図５は、板・膜共鳴体１の外観を模式的に表した図である。図６は、図５中の矢視VI−VIから板・膜共鳴体１を見た断面図である。
板・膜共鳴体１の構成は、筐体１０と振動部１５とに大別される。筐体１０は、上面側の全体が開口する直方体の箱状の部材である。筐体１０は、開口部１２と、開口部１２に通じる中空領域として、直方体の気体層１３とを有している。筐体１０は、例えば木材で形成されるが、振動部１５よりも相対的に硬い素材であれば、例えば合成樹脂や金属など他の素材を用いてもよい。振動部１５は、弾性を有し、板状又は膜状に形成された矩形の部材である。振動部１５には、例えば合成樹脂、金属、繊維板などの、弾性を有し弾性振動を生じる素材を板状に形成したもの、又は弾性を有する素材や高分子化合物を膜状に形成したものが用いられる。振動部１５は、その一方の面の端部付近の領域が筐体１０によって支持されており、筐体１０の開口部１２を塞ぐようにして設けられている。開口部１２が振動部１５で塞がれることにより、板・膜共鳴体１の内部に閉じた気体層１３が形成される。なお、気体層１３は、気体粒子からなる層であり、ここでは空気分子からなる空気層である。
【００２６】
板・膜共鳴体１は、気体層１３が音を減衰させる対象とする空間に繋がるように配置される。空間に繋がるとは、空間の音圧が透過するような場所に、共鳴体の中空領域（ここでは、気体層１３）が位置することをいう。空間に音が発生すると、その音の音圧に応じて板・膜共鳴体１は共鳴する。この共鳴により、空間の音圧と、板・膜共鳴体１の気体層１３内の圧力とに差が生じる。この圧力差により振動部１５が振動して、音響エネルギーが消費された後に、音響エネルギーが再放射される。この作用により、板・膜共鳴体１の表面であり、振動部１５面近傍の空間で音圧が低減される。
【００２７】
ところで、板・膜共鳴体１が共鳴することによって音圧が低減する周波数は、振動部１５の質量成分（マス成分）と、気体層１３のバネ成分とによるバネマス系の共鳴周波数によって定まる。このバネマス系の振動を「ピストン振動」と呼ぶ。また、振動部１５は弾性を有しており、その面積が相対的に小さいが故に、筐体１０での支持部拘束が振動部１５に働く系では、弾性振動による屈曲系の性質が加わる。すなわち、板・膜共鳴体１は、「屈曲振動」をする振動部１５と、振動部１５の背後の気体層１３とを有していることにもなる。
【００２８】
次に、板・膜共鳴体１の設定条件について説明する。
まず、ピストン振動の共鳴周波数について説明する。媒質（気体）である空気の密度を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]とすると、ピストン振動の共鳴周波数ｆは下記式（２）の関係を満たす。
【数２】
【００２９】
次に、屈曲振動の共鳴周波数について説明する。振動部１５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]、振動部のヤング率をＥ[Ｐａ]、振動部のポアソン比をσ[−]、モード次数であるｐ，ｑを正の整数とした場合、ピストン振動に加えて発生する屈曲振動を含めた両者の共鳴周波数ｆは、下記式（３）の関係を満たすとされている。建築音響の分野では、このようにして求めた共鳴周波数ｆを音響設計に利用することも行われている。
【数３】
【００３０】
以上のように、板・膜共鳴体１は、ピストン振動によって生じる共鳴と、屈曲振動によって生じる共鳴とを生じさせる。しかしながら、それぞれは独立して発生するものではなく、各共鳴の周波数が近接している場合には、バネマス系の共鳴と屈曲系の共鳴が連成して挙動し、板・膜共鳴体１の共鳴周波数が決定される。一方、バネマス系の共鳴周波数と屈曲系の共鳴周波数とが相対的に離れていると、各共鳴系は互いに影響を及ぼすが独立的に挙動する。これにより、屈曲系の基本振動が背後の気体層のバネ成分と連成して、バネマス系の共鳴周波数と屈曲系の基本周波数との間の帯域に振幅の大きな振動が励振され、音圧の減衰量が大きくなる。
【００３１】
以上の作用により、板・膜共鳴体１によれば、比較的低い周波数の共鳴周波数を設定して、その周波数を中心とした帯域の音圧を低減させる点において好適である。より詳細には、発明者らは屈曲系の基本振動周波数の値をｆａ（＝（１／２π）・（（ｐ／ａ）2＋（ｑ／ｂ）2）・（π4Ｅｔ3／（１２ρｔ（１−σ2）））1/2）とし、バネマス系の共振周波数の値を、上記式（１）により表されるｆｂとした場合に、下記式（４）の関係を満足するように板・膜共鳴体１の各パラメータを設定したときに、比較的低い周波数帯域においても十分に音圧を低減させられることを発見した。
０．０５≦ｆａ／ｆｂ≦０．６５ ・・・（４）
【００３２】
これにより、屈曲系の基本振動が背後の気体層のバネ成分と連成して、ピストン振動の基本共鳴周波数と屈曲振動の基本共鳴周波数との間の帯域に振幅の大きな振動が励振されて（屈曲振動の基本共鳴周波数ｆａ＜音圧減衰量のピーク周波数ｆ＜ピストン振動の基本共鳴周波数ｆｂ）、共鳴現象が生じる。これにより、板・膜共鳴体１から逆位相の反射波が放射され、振動部１５表面で音圧が低減する。
【００３３】
さらに、板・膜共鳴体１の上記各パラメータを、以下の下記式（５）の関係を満足するように設定する場合、音圧の低減量がピークとなる周波数がピストン振動の共鳴周波数よりも十分に小さくなる。
０．０５≦ｆａ／ｆｂ≦０．４０ ・・・（５）
例えば、１６０〜３１５Ｈｚ（１／３オクターブ中心周波数）において十分に音圧を低減させるためには、板・膜共鳴体１の各パラメータを以下の各値に設定する。ρ0＝１．２２５[ｋｇ／ｍ3]、ｃ0＝３４０[ｍ／ｓ]、ρ＝９４０[ｋｇ／ｍ3]、ｔ＝０．００１７[ｍ]、Ｌ＝０．０３[ｍ]、ａ＝ｂ＝０．１[ｍ]、Ｅ＝１．０[ＧＰａ]、σ＝０．４、ｐ＝ｑ＝１。
【００３４】
（音響管２）
次に、音響管２の構成を説明する。
図７は、共鳴体の一例として音響管２の構成を表した図である。
図７（ａ）は音響管２の外観を模式的に表した図である。図７（ａ）に示すように、音響管２は、複数本（例えば、５本）の管状部材２１（２１−１〜２１−５）をその伸張方向に直交する方向に一列に並べた構成を有している。管状部材２１は、固定具や接着などにより一体となるように構成される。各管状部材２１は、例えば金属や合成樹脂などの素材を管状となるように形成されている。管状部材２１は、開口部２３と、開口部２３に通じる中空領域２５とを有している、いわゆる一端開口の管状部材（閉管）である。管状部材２１の一端部は閉じられて閉口部２２となり、他端部は開口部２３となる。開口部２３の位置が各管状部材２１で一列に揃えられることにより、開口部２３どうしが隣接して配置される。各管状部材２１の開口部２３のネック部分（つまり、開口部２３またはその近傍）は、グラスウール、クロス、ガーゼ等の通気性を有し、流れ抵抗を有している流れ抵抗材２４で塞いでもよい。空間の音圧を低減させる場合、適切な流れ抵抗材２４を選択して使用することが望ましい。
【００３５】
次に、音響管２によって奏する音圧の低減に係る作用について説明する。
図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す音響管２のうち隣接する２本の管状部材２１−ｊ，２１−ｋ（ｋ＝ｊ＋１）の断面を示した図である。管状部材２１−ｊの中空領域２５の長さをＬ１とし、管状部材２１−ｋの中空領域２５の長さをＬ２とするが、ここではすべての中空領域２５の伸張方向の長さは等しい（つまり、Ｌ１＝Ｌ２）とする。開口部２３の位置に空間からの音波が入射すると、音波は、開口部２３−ｊ，２３−ｋから中空領域２５内に入射して他端の閉口部２２−ｊ，２２−ｋで反射されて、開口部２３−ｊ，２３−ｋから再びに放出される。このとき、中空領域２５の長さＬ１、Ｌ２の４倍に相当する波長λｃ（Ｌ１＝Ｌ２＝λ／４）の音波が定在波ＳＷ１、ＳＷ２を作り、振動を繰り返すうちに管状部材２１の内壁面での摩擦や開口部２３−ｊ，２３−ｋでの気体分子間の粘性作用により、エネルギーを消費し、この波長λｃを中心に開口部２３近傍で音圧が低減する。ここではＬ１＝Ｌ２＝０．５３ｍであり、λｃ＝２．１２ｍとなる。
【００３６】
音響管２は、中空領域２５が音を減衰させる対象とする空間に繋がるように配置される。これにより、各管状部材２１の開口部２３に音が入り込んで音響管２は共鳴し、その付近で音圧を低減させる。ここでは、共鳴周波数ｆは、例えば１６０Ｈｚ帯域で音圧を低減させるものである。この場合、例えば１６０Ｈｚの周波数の音波の波長の１／４の長さとなるよう。中空領域２５の伸張方向の長さを設定するとよい。例えば、中空領域２５の伸張方向の長さを、およそ４０ｃｍ〜８０ｃｍ程度の複数種類にするとよい。
【００３７】
また、閉口部２２−ｊ，２２−ｋで反射されて、開口部２３−ｊ，２３−ｋから放出される音波は、開口部２３−ｊ，２３−ｋで回折してエネルギーを放射する。そのエネルギーの一部は相互に隣接する他方の管状部材２１−ｊ，２１−ｋの開口部２３−ｊ，２３−ｋから空洞内に入射される。このようにして、互いに隣接する管状部材２１−ｊ，２１−ｋ相互間で連成振動を生じ、エネルギーの授受が行われる。この連成振動の際に、空洞の内壁面での摩擦や開口部２３−ｊ，２３−ｋでの気体粒子間の粘性作用により、エネルギーを消費し、音圧が低減する。この連成振動は、管状部材２１を一連の管状部材とみなした両端閉管モードとして捉えることができ、Ｌ１＋Ｌ２として定まる波長の周波数を中心に音圧が低減する。
なお、ここでは、音響管２を構成する管状部材２１が５本としていたが、その数はいくつであってもよい。この実施形態では、５本の管状部材２１からなる音響管２、又は１本の管状部材２１からなる音響管２（すなわち、管状部材２１）を用いる。
【００３８】
（ヘルムホルツ共鳴体３）
次に、ヘルムホルツ共鳴体３の構成を説明する。
図８は、ヘルムホルツ共鳴体３の構成を説明する図である。図８（ａ）は、その外観を模式的に表した図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）中の矢視VIII−VIIIからヘルムホルツ共鳴体３を見た断面図である。ヘルムホルツ共鳴体３は、胴部３１と管部３２とによって構成されている。このヘルムホルツ共鳴体３において、胴部３１及び管部３２内に形成される空間が中空領域となって、この中空領域が開口部３３に通じる構成となっている。
胴部３１は、内部に気体層が形成され、例えばＦＲＰ（繊維強化プラスチック）によって円筒状に形成されている。管部３２は、例えば塩化ビニール製のいわゆる両端開口の管状部材を成しており、胴部３１の孔部に挿入されて両者は連結されている。ヘルムホルツ共鳴体３は、胴部３１及び管部３２内に形成される空間が、音を減衰させる対象とする空間に繋がるように配置される。これにより、開口部２３に音が入り込んでヘルムホルツ共鳴体３は共鳴し、開口部３３付近の音圧を低減させる。より詳細には、ヘルムホルツ共鳴体３は、管部３２の内部にある気体を質量成分とし、胴部３１の気体層をバネ成分としたバネマス系を形成し、管部３２の内壁と空気との摩擦によって音のエネルギーが熱エネルギーに変換されて開口部３３付近で音圧を低減させ、また粒子速度を増大させる。ヘルムホルツ共鳴体３のバネマス系の共鳴周波数ｆは、式（６）の関係を満たす。ただし、式（５）において、Ｌeは管部３２の有効長を表す。図８（ｂ）に示すように、有効長Ｌeは、管部３２の空洞の一端から他端までの長さを、開口端補正値で補正した長さである。また、Ｖは胴部３１内に形成された気体層の体積（すなわち容積）であり、Ｓoは開口部３３の面積である。
ｆ＝ｃ0／２π・（Ｓo／Ｌe・Ｖ）1/2 ・・・（６）
なお、管部３２の数をここでは１本としているが、２本など管部３２を複数設けるようにしても良い。また、管部３２の開口部３３又はその近傍には、グラスウール、クロス、ガーゼ等の通気性を有し、流れ抵抗を有している流れ抵抗材で塞がれていてもよい。
【００３９】
以上説明した構成を有する共鳴体は、例えば図３（ａ）を用いて説明した上述の配置態様で配置され、評価場所に応じて、その開口部の位置が定められる。そして、この共鳴体は、評価場所に音圧の腹が位置する特定の固有周波数の固有振動姿態について、その音圧の腹の場所を制御対象とし、その場所の音圧を共鳴により低減させる。空間Ｓに構成された音響共鳴装置によって奏する、このような作用によりモード抑制に係る効果を奏する。
【００４０】
［その他の態様１］
上記では、部屋などの室空間である空間Ｓに音響共鳴装置を構成する場合について説明したが、音響共鳴装置を備えたスピーカエンクロージャを構成することもできる。スピーカエンクロージャには不要共振を吸収するために多孔質材などの吸音材を設けることがあるが、この態様では、この吸音材に代えて、又はこの吸音材と併用して音響共鳴装置を構成する。
図９は、スピーカシステム４０の外観を示す斜視図である。図１０は、スピーカシステム４０を図９に示す切断線X−Xで切断した場合の断面図である。スピーカシステム４０は、外形が直方体の箱状部材であるスピーカエンクロージャ４１を備える。ここでは、この各辺の方向に各軸が延びるよう、図９に示すｘｙｚ直交座標系を定める。また、図１０には、ｚ軸方向（つまり、スピーカシステムの高さ方向）に音圧が分布する二次の固有振動姿態を示す。
【００４１】
スピーカシステム４０は、スピーカエンクロージャ４１と、スピーカユニット４２，４３とを有している。スピーカエンクロージャ４１は、略直方体状の密閉型の箱状部材であり、その内部の空間と、外部の空間とを仕切る部材である。スピーカエンクロージャ４１は、その内側の壁面によりスピーカユニット４２，４３の背後に直方体状の空間Ｓ１を構成する。スピーカエンクロージャ４１の１つの側面にはスピーカ取付部が設けられ、このスピーカ取付部に、音源であるスピーカユニット４２，４３が取り付けられる。スピーカユニット４２はツイータとして機能するものであり、スピーカユニット４２はウーファとして機能するものである。スピーカユニット４２の寸法は、スピーカユニット４３のそれに比べてかなり大きい。スピーカエンクロージャ４１に取り付けられたスピーカユニット４２，４３は、その背面側の部位が空間Ｓ１に面している。
【００４２】
図１０に示すように、ｚ軸方向に音圧が分布する二次の固有振動姿態にあっては、空間Ｓ１のｚ軸方向に対する中央付近と、ｘｙ平面に平行な内壁面との位置とに音圧の「腹」が現れる。この音圧分布に着目すると、空間Ｓ１の中心付近にある音圧の「腹」は、スピーカユニット４３の位置に近接する。よって、スピーカユニット４３には空間Ｓ１側からの高い音圧による音響加振に晒され得る。この音響加振は、スピーカユニット４３から放音される音の質が低下する原因となり得る。そこで、この態様では、スピーカユニット４３のうち空間Ｓ１に面している部位における音圧が低減されるよう、この部位の場所を含む評価場所を決める。そして、音響共鳴装置によって、この評価場所に位置する音圧の腹を制御対象としてモードを抑制する。
【００４３】
図１１は、音響共鳴装置を備えたスピーカシステム４０の構成の一例を示す図である。図１１（ａ）は音響管２を設けた場合を例示したものであり、図１１（ｂ）は、板・膜共鳴体１を設けた場合の構成を例示したものである。また、図１１において、一点鎖線で示した領域は、図１０に示す固有振動姿態の音圧の腹となる場所を表しており、この場所に板・膜共鳴体１の振動部１５（つまり、開口部１２）、或いは音響管２の開口部２３が位置するように共鳴体が設けられる。図１１（ａ）に示す例では、スピーカエンクロージャ４１の内側の面において、ｚ軸方向に対して中心付近の領域に、開口部２３が位置するよう音響管２が設けられている。図１１（ｂ）に示す例では、スピーカシステム４０のスピーカエンクロージャ４１の内壁面において、ｚ軸方向に対する中心付近の領域に振動部１５が位置するように板・膜共鳴体１が設けられている。この音響共鳴装置の構成により、スピーカユニット４３に与えられる音響加振が抑制され、スピーカユニット４３において生じ得る音質の低下を抑制し得る。
なお、図示のように、管状部材２１は伸張方向がｙ軸方向に沿うように設けられてもよく、開口部２３の位置が音圧の「腹」を制御対象としていればよい。また、これら共鳴体が、スピーカエンクロージャ４１の内壁面に取り付けられる構成でもよく、その固定方法は特に問わない。また、ヘルムホルツ共鳴体３の取り付け例については図示しないが、板・膜共鳴体１と同様の取り付けが可能であり、管部３２の開口部３３が、音圧の腹の場所を制御対象とするように配置されればよい。
【００４４】
［その他の態様２］
次に、音響共鳴装置を備えた楽器の一例である電子鍵盤楽器について説明する。
図１２は、電子鍵盤楽器５０の外観を示す斜視図である。図１３は、図１２中の切断線XIII-XIIIで電子鍵盤楽器５０を切断した場合の断面を表す図である。なお、図１２に示すように、鍵盤５２の長手方向をｘ軸方向と定めた図示のようなｘｙｚ直交座標系を定める。
電子鍵盤楽器５０は筐体部５１を有しており、筐体部５１の内部に電子音源等の種々の構成要素が設けられている。筐体部５１は、鍵盤５２を支持する上方筐体部５１Ａと、上方筐体部５１Ａの下方側に位置する下方筐体部５１Ｂとを有している。上方筐体部５１Ａには、鍵盤５２が支持されるとともに、鍵盤５２のやや上方中央部には操作画面やスイッチ群等が配置された操作パネル５３が設けられている。下方筐体部５１Ｂの演奏者側の面の左右側端部付近に、音源であるメインスピーカ５５が設けられる。下方筐体部５１Ｂは、メインスピーカ５５から放音された音波が伝搬する内部空間を有している。
以上の構成を有している電子鍵盤楽器５０は、演奏者に押下された鍵に応じて、音ＣＰＵ（Central Processing Unit）等を備えた楽音信号発生装置が楽音信号を発生し、その楽音信号に応じた楽音をメインスピーカ５５から放音させる。
【００４５】
図１３は、下方筐体部５１Ｂを切断線XIII-XIIIで切断した場合の断面を表す図である。なお、同図において、メインスピーカ５５の図示を省略する。
図１３に示すように、下方筐体部５１Ｂ内部にあっては、ｘ方向に比較的大きな寸法の空間Ｓ２が形成されている。一般的な構成の電子ピアノにあっては、鍵盤５２の鍵の配列方向の長さはおよそ１．４ｍであり、空間Ｓ２もｘ軸方向にこれとほぼ同じ長さであるとする。この場合、ｘ軸方向に音圧が分布する固有振動姿態の固有周波数には、例えば１２１Ｈｚ（ｎx＝１），２４３Ｈｚ（ｎx＝２）がある。このような比較的低い固有周波数の不要共振が生じると、共振によって生じる音が演奏音に混ざって、この固有周波数付近の音の質が低減するという不具合が生じ得る。また、不要共振などを原因として、ビリツキと呼ばれる振動が筐体部５１において発生することがある。この振動により、特定の周波数の音においては、楽音とビリツキに起因する音とが混変調して音の濁りを生じてしまうことがある。
【００４６】
そこで、電子鍵盤楽器５０には、以下の構成の音響共鳴装置を構成すればよい。
例えば、図１３（ａ）に示すように、一次の固有振動姿態にあっては筐体部５１のｘ軸方向の端部付近の領域に音圧の腹が位置する。この付近にはメインスピーカ５５が位置するから、メインスピーカ５５を含めた評価場所を決めてモードを抑制すれば、メインスピーカ５５への音響加振を抑制することができる。ここでは、音圧の腹が位置する方向を振動部１５が向くように、下方筐体部５１Ｂの内側の面に板・膜共鳴体１を設けている。また、図１３（ｂ）に示すように、この音圧の腹の場所に開口部２３が位置するよう、音響管２を配置してもよい。また、二次の固有振動姿態にあっては、下方筐体部５１Ｂ内のｘ軸方向に対する端部付近のほか、中央付近にも音圧の腹が位置する。よって、図１３（ｃ）に示すように、この場所で音圧が低減するように板・膜共鳴体１を設けるようにしてもよい。また、図１３（ｄ）に示すように、下方筐体部５１Ｂ内のｘ軸方向に対する中央付近に開口部２３が位置するように、音響管２を配置してもよい。なお、図示しないが、ヘルムホルツ共鳴体３についても同様の配置が可能である。
以上の音響共鳴装置の構成により、空間Ｓ２のモード抑制することにより、不要共振やビリツキを原因とした、電子鍵盤楽器５０の演奏音の質の低下の発生を抑制することができる。
［その他の態様３］
【００４７】
次に、音響共鳴装置を備えた楽器の一例であるギターについて説明する。
図１４は、ギター６０の外観を示す外観図である。同図に示すように、ギター６０の構成は、胴部６１と、胴部６１に取り付けられたネック６２と、ネック６２の先端に設けられたヘッド６３とに大別され、ヘッド６３には糸巻が取り付けられている。また、胴部６１の表板６１Ａには、サウンドホール６４が空けられている。弦Ｓは下駒に固定された状態で、糸巻に巻き取られることにより張設される。ギター６０において、木材で形成された胴部６１は、表板６１Ａ、裏板６１Ｂ、側板６１Ｃとを有しており、表板６１Ａ及び裏板６１Ｂの中央付近にくびれた部分を有する形状で内部が中空となっている。表板６１Ａと裏板６１Ｂは同じ形状であり、表板６１Ａと裏板６１Ｂとは、各々対向するように側板６１Ｃを挟んで側板６１Ｃに対して接着されている。ギター６０にあっては、弦Ｓが音源となる。胴部６１は、その内部空間を弦Ｓにより発せられた音波が伝搬する筐体部となる。
【００４８】
図１５は、ギター６０を表板６１Ａを裏側から見た外観の様子を示す平面図である。
図１５に示すように、この態様では、表板６１Ａの裏側であり、胴部６１の内部に形成される空間Ｓ３に通じている面側に音響管２が取り付けられることで、音響共鳴装置が構成される。ここでの音響管２の管状部材２１は、共鳴体であるとともに、表板６１Ａを均一に振動させるために設けられる棒状の補強材、兼振動伝達材としても機能するように設けられている。ギターにおいては、ある特定の音を鳴らすと、この音に応じて胴部６１の内部の空間Ｓ３で不要共振が生じ、ウルフトーンと呼ばれる異常音を生じることがある。ウルフトーンは、弦振動による本来の音と、胴部６１内の共振によって生じる音とが混在して生じる細かいうなりであり、このウルフトーンが楽器本来の音を妨げる原因となってしまうことがある。このように、特定の音程において、演奏者の意に反した音が発生し、演奏音の質を低減させる不具合が生じることがある。そこで、この態様では、演奏音に混在する異常音を抑えるための音響共鳴装置を構成する。
【００４９】
この音響共鳴装置における評価場所は、音源である弦Ｓの場所を含んでおり、この評価場所に固有振動姿態の音圧の腹が現れることがある。そこで、この態様では、図１５に示すように、サウンドホール６４の位置を中心として、そこからの放射方向と、管状部材２１の伸張方向とが概ね一致するようにして、音響管２の管状部材２１をそれぞれ設ける。管状部材２１の開口部２３の位置は、空間Ｓ３における音圧の腹の場所付近に一致させている。
なお、空間Ｓ３における固有振動姿態の音圧の腹は、側板６１Ｃの空間Ｓ３に面する側の面に位置することが考えられる。よって、この腹の音圧を低減させるように、側板６１Ｃに共鳴体を設けてもよい。また、表板６１Ａ及び裏板６１Ｂに垂直な方向に管状部材２１の伸張方向が延びるよう音響管２を適宜曲げて設けてもよい。また、共鳴体として板・膜共鳴体１やヘルムホルツ共鳴体３を用いてもよいのはもちろんである。
以上の構成により、ギター６０に設けられた音響共鳴装置は、空間Ｓ３の不要共振を抑制し、その結果、演奏音の質の低下という不具合の発生が抑制される。
【００５０】
［その他の態様４］
次に、音響共鳴装置を備えた乗り物の一例である自動車について説明する。
図１６は、自動車７０の外観を示す外観図である。図１７は、自動車７０の車室（車室７４）の内部を模式的に示す図である。
自動車７０においては、車体の基台となるシャーシに、ボンネット７１、自動車７０の出入り口となる４枚のドア７２、及びトランクドア７３がそれぞれ開閉自在に取り付けられる。また、シャーシは、ルーフ７８を支える支柱である複数のピラー７５を有している。自動車７０の内部の空間であってドア７２の内側には車室７４が構成されている。車室７４は、自動車７０の車体を壁部とし、この壁部の壁面に囲まれて構成される空間である。
【００５１】
車室７４においては、エンジン音や、タイヤや路面からひろうロードノイズなど、例えば１２５Ｈｚ〜３００Ｈｚの比較的低い周波数の音が響き、乗車者にとってはこれを騒音と感じやすい。そこで、この態様では、乗車者の乗車領域に設けられた前部座席７６、後部座席７７がある場所を評価場所として、音響共鳴装置を構成する。自動車７０においては、車幅方向が例えば１．０〜１．５ｍ程度である。よって、この場合も、車幅方向に音圧が分布する軸波によって、１６０Ｈｚ帯域の固有振動姿態の音圧の腹が生成され得る。そして、この音圧の腹は、運転席及び助手席となる前部座席７６や後部座席７７に面しているドア７２付近に現れることがある。この音圧の腹は、より詳細にはドア７２における状側の領域であるサイドウィンドウ付近に現れる。そこで、この態様では、サイドウィンドウ付近を含む評価場所を決めて、車室７４に音響共鳴装置を構成する。この音響共鳴装置によって、車室７４のモードを抑制することにより、車室７４における低周波数の音を減衰させつつ、乗車者が居る場所での静粛性を特に高めることができる。
【００５２】
以上説明した実施形態の音響共鳴装置によれば、空間における低周波数の音を減衰させるとともに、特に、評価場所で奏する効果を高くすることができる。したがって、楽器やスピーカシステムに音響共鳴装置を構成すれば、音源から発せられる音の質の低下を抑制することができる。また、部屋や車室などの室空間に音響共鳴装置を構成すれば、例えば人物がいる場所などの特定の場所での騒音の発生を、効果的に抑制することができる。
【００５３】
［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）
以上説明した実施形態においては、共鳴体として、板・膜共鳴体１、音響管２、及びヘルムホルツ共鳴体３を用いていたが、これら各種類の共鳴体を適宜組み合わせて空間に設けるようにしてもよい。また、共鳴体の種類はこれらに限定されるものではなく、共鳴することによって音圧を低減させることのできる共鳴体であればよく、この共鳴体は、中空領域が開口部を介して空間に繋がるように設けられるとよい。また、共鳴体は、評価場所に最も近くある音圧の腹を制御対象として、その腹の場所において音圧を低減させるよう、その近傍に開口部が位置するように設けられることが好ましい。より好ましくは、評価場所に開口部が位置しているとよい。
【００５４】
上述した実施形態では、評価場所に位置する音圧の腹の場所を制御対象として、モードを抑制していた。これに対し、評価場所に音圧の腹が位置する固有振動姿態について、少なくともいずれかの音圧を低減させれば、モードが抑制される。よって、評価場所以外の音圧の腹の場所を制御対象として、モードを抑制しても、その他の場所に共鳴体を配置する場合に比べて、モードの抑制に係る効果は大きい。
【００５５】
（変形例２）
上述した実施形態において、固有振動姿態の音圧の腹となる場所の音圧を低減させるための共鳴体を設けていたが、その場所での媒質粒子の運動速度（つまり、粒子速度）を増大させるための共鳴体を設けるようにしてもよい。媒質粒子の運動速度は、より詳細には、媒質粒子が振動する速度である。
固有振動姿態の音圧の腹となる場所では、音圧が極大となっているのに対し、粒子速度については極小となっている。このような粒子速度が小さい場所でそれを増大させる作用を生じさせることによっても、固有振動姿態の態様に変化を生じさせることになり、空間全体の静粛性を高めることに寄与させることができる。この構成においても、本来、固有振動姿態の音圧の腹の出現により音圧が高くなっていた場所の媒質に共鳴による作用を生じさせることで、実施形態と同様の効果を奏するというわけである。
【００５６】
この変形例の共鳴体としては、例えば音響管を用いることができる。音響管の中空領域にあっては、閉口端での粒子速度が零となる境界条件に合致するように定在波が存在して、例えば１次の共鳴周波数（最低共鳴周波数）では、開口部での粒子速度が極大となる。よって、開口部の位置を、固有振動姿態において音圧の腹となる場所や、その近傍に配置すれば、その場所での粒子速度を増大させることができる。なお、音響管２を用いて粒子速度を増大させる場合は、流れ抵抗材２４を使用しない方が望ましい。流れ抵抗材２４を設けない場合の方が、共鳴によってより大きな粒子速度を発生させることができるからである。また、板・膜共鳴体１やヘルムホルツ共鳴体３を用いた場合であっても、板・膜共鳴体１の振動部１５や、ヘルムホルツ共鳴体３の開口部３３の位置で粒子速度を増大させることができる。
なお、粒子速度の増大に係る上記構成は一例に過ぎず、共鳴することにより粒子速度を増大させることのできる共鳴体を用いることができる。要するに、固有振動姿態において音圧の腹となる場所に粒子速度を増大させる作用を生じさせるように、共鳴体の配置態様を決めればよい。
【００５７】
（変形例３）
上述した実施形態では、空間において、一次元モードの音圧分布に着目して音響共鳴装置を構成していたが、二次元モード、及び三次元モードのどの方向の波の固有振動姿態に着目して、その音圧分布の腹となる場所の音圧を低減させるようにしてもよい。要するに、あらかじめ決められた評価場所に音圧の腹が位置する固有振動姿態について、少なくともいずれかの音圧の腹の場所におけるその固有周波数の音圧を、共鳴体が共鳴することにより低減させる構成であればよい。
【００５８】
ここで、図１８は、実施形態の空間Ｓをｚ軸方向に見たときの固有振動姿態を表す図である。図１８に示すように、例えば、ｎx＝１，ｎy＝１とした固有振動の「腹」及び「節」の位置は、図１８（ａ）のようになるし、ｎx＝２，ｎy＝１とした固有振動の「腹」及び「節」の位置は、図１８（ｂ）のようになる。このように、二次元モードの固有振動にあっては空間Ｓの隅部が腹となる。また、三次元モードであっても、式（１）の関係から理想的な空間の固有振動姿態は求まり、また、有限要素法を用いて腹の場所を特定することができる。また、不整形室など、その他の形状の空間であっても、ＦＥＭを用いた計算やマイクや音源などを用いた実測により固有振動姿態を求めて音圧の腹の場所を特定すれば、実施形態で説明したとおりの実施が可能である。
【００５９】
（変形例４）
上述した実施形態の［その他の態様２］では、電子ピアノである電子鍵盤楽器５０に音響共鳴装置を備えるようにしていたが、これ以外のタイプのピアノに音響共鳴装置を備えるようにしてもよい。
【００６０】
図１９は、この変形例のピアノ８０の外観を示す斜視図であり、図２０は、ピアノ８０を上側から見たとき（大屋根８５を除く。）の外観を示す平面図である。なお、ピアノフレームおよび弦などの図示を省略する。
ピアノ８０は、ここではアコースティックピアノであり、その筐体内の空間にはアクション機構（図示略）が配置されている。ピアノ８０において、棚板８１の上方には鍵盤８２が設けられている。鍵盤８２は、ピアノ８０の演奏者から見て左右方向に１方向に並べて配置された複数の鍵を有しており、各鍵を押し下げて演奏するようになっている。ピアノ８０の筐体内においては演奏者によって鍵が押下されると、ハンマアクション機構が作動し、ハンマが打弦する。ハンマによって打撃された弦は、その衝撃によって振動し、その振動が駒を介して響板８３へ伝えられる。そして、響板８３が振動することにより楽音が奏でられるようになっている。また、響板８３の上側には、大屋根８５が配置されており、演奏時には必要により開けた状態や閉めた状態にされる。
【００６１】
ピアノ８０においては、その筐体に大屋根８５に面している饗板８３と、側板８６と、大屋根８５が閉められた場合にはこの大屋根８５とからなる、ピアノ８０の筐体部に囲まれた空間Ｓ４が構成されている。空間Ｓ４において不要共振が生じると、空間Ｓ４を介して外部に伝播する演奏音の質が低減してしまうことがある。そこで、この空間Ｓ４のモードを抑制するための音響共鳴装置を構成してもよい。例えば、ピアノ８０においては、音源となる響板や大屋根８５を含む評価場所に含めておく。そして、共鳴体の設置にあっては、例えば図２０に示すように、ピアノ８０の筐体内の空間に共鳴体（ここでは、音響管２）を設けておき、上記空間Ｓ４に生成される固有振動姿態についてモードを抑制させるための配置を行う。
この構成において、ピアノ８０の筐体内の別の空間の固有振動姿態のモードを抑制するよう音響共鳴装置を構成してもよい。また、グランドピアノなどの他の種類のピアノに音響共鳴装置を構成してもよい。
【００６２】
（変形例５）
上述した実施形態の［その他の態様２］では、鍵楽器として電子ピアノの構成について説明したが、例えば、電子オルガンやポータブルキーボードなどの電子鍵盤楽器に、音響共鳴装置を備えてもよい。電子オルガンにあっては、幅方向（図１２のｘ軸方向に対応）の長さがおよそ１ｍであり、この方向に音圧が分布する固有振動姿態により、およそ１７０Ｈｚ，３４０Ｈｚ付近の不要共振が生じ得る。よって、この固有周波数の固有振動姿態を対象としてモードを抑制してもよい。
上述した実施形態の［その他の態様３］では、弦楽器としてギターの構成について説明したが、ギターに限らず、ヴァイオリンやチェロなどの弦楽器であってもよい。これ以外にも、マリンバや木琴などの木管楽器でもよいし、金管楽器に適用してもよい。要は、音源と、音源から発せられた音波が伝搬する筐体部とを有する楽器であって、不要共振の生じ得る空間を持つ楽器であれば、上記音響共鳴装置を適用可能である。
以上のように、楽器にあっては、音源（つまり、発音体）を含む場所を評価場所にすることが好適であり、この音源には、上述した実施形態のように、電子楽器のスピーカや、ピアノの響板のほか、ギターの弦やコマなどがある。また、電子楽器にあっては、スピーカのほか、楽音信号を発生する発信器を音源として、この音源を含む評価場所を定めてもよい。
【００６３】
（変形例６）
上述した第３実施形態において、ヘルムホルツ共鳴体３の管部３２は、その長さが自在に変えられる構成に変形されてもよい。図２１はこの態様の管部３２ａの構成の一例を示す図であり、図２１（ａ）は管部３２ａの伸張方向の断面図であり、図２１（ｂ）は管部３２ａを（ａ）の開口部３２３側から見た図である。
図２１に示すように、管部３２ａは、内管３２２及び外管３２１からなる。内管３２２は、管状の部材で、その外周面に雄螺子を構成する溝が設けられている。この内管３２２は、胴部３１に回り止めされた状態で固定されている。外管３２１は、内径が内管３２２のそれよりも大きい管状の部材であり、その内周面に雌螺子を構成する溝が設けられている。管部３２ａは、外管３２１に対して内管３２２がねじ込まれることによって構成されており、管部３２ａの全長、すなわち管部３２ａの長さＬは、内管３２２に対する外管３２１のねじ込み具合によって決まる。図２１（ｂ）に示すように、外管３２１の外周は六角柱状であり、ユーザはスパナ等の工具を用いてねじ込み具合を調整することにより、管部３２ａの長さＬを自在に変えることができる。上述したように、ヘルムホルツ共鳴体３の共鳴周波数は管部３２ａの長さによって決まるから、必要に応じて共鳴周波数を調整することができる。
なお、管部３２ａの長さを変えるために、内管３２２及び外管３２１が螺子部材を構成するようにしていたが、３つ以上の螺子部材から構成されていてもよいし、蛇腹状の管を用いてもよく、管部３２ａを伸縮可能にする種々の構成を用いることができる。また、外管３２１の外周は六角柱状でなくてもよいが、ユーザが管部３２ａの長さを調整しやすいように加工されていることが好ましい。
【００６４】
（変形例７）
また、変形例６の構成において、管部３２ａの長さの調整を自動化してもよい。この場合、管部３２ａの長さを調整する、例えばマイクと、周波数解析装置と、コントローラと、駆動装置かならなる自動調整機構を設ける。自動調整機構にあっては、マイクによって音を収音し、周波数解析装置がこの収音された音を表す信号を解析して、特に騒音が大きい周波数を特定する。コントローラは、特定された周波数に応じたヘルムホルツ共鳴体３の管部３２ａの長さを算出し、ソレノイド等からなる駆動装置に、その長さに応じた駆動信号を出力する。駆動装置は、駆動信号に応じてヘルムホルツ共鳴体３の管部３２ａの長さを調整し、特に騒音が大きい周波数の音圧を低減することができる。なお、管部３２ａを駆動をする際に、コントローラはフィードバック制御を行ってもよい。
また、上述の実施形態の伸縮に係る構成を利用するなどして、上述のヘルムホルツ共鳴体３の胴部３１の寸法を可変にしても良い。この場合、胴部３１内に形成された気体層の体積が変化し、共鳴周波数を可変にすることができる。また、音響管２についても、同様の構成によって伸張方向の長さを調整自在にしてもよい。
【００６５】
（変形例８）
上述の実施形態では、特定の固有周波数の固有振動姿態の音圧の腹となる場所の音圧を低減させる位置に共鳴体を配置し、その共鳴周波数もこの固有周波数での音圧の低減量が高くなるように設定していたが、それとは異なる周波数の音を減衰させるための共鳴周波数としてもよい。
例えば、［その他の態様４］の自動車７０の走行時には、タイヤが加振源（つまり、車室７４に振動を与える源）となって自動車７０に振動が生じ、その振動に起因する騒音が生じることがある。これにより、例えば、車室７４の固有周波数が１６７Ｈｚであっても、車室７４において音圧が最も高くなる周波数が例えば１５５Ｈｚとなり、それぞれが同じ制御対象の周波数帯域内にあっても若干異なることがある。この同じ制御対象の周波数帯域は、例えば１６０Ｈｚ帯域である。そこで、共鳴体の位置は上記各実施形態のように固有振動姿態に着目して選定し、共鳴周波数については、この加振により生じる音に応じて決めてもよい。つまり、特定の固有周波数と、外部から車室７４への加振により生じる音の周波数（以下、「加振周波数」という。）とが異なる場合に、固有周波数の音圧と振動とにより励振された音が発生することがある。そこで、この周波数の音圧を、共鳴体が共鳴することにより低減させてもよい。すなわち、車室７４の振動により励振されて音圧が高くなる周波数で音圧低減の効果を奏するよう、共鳴体の共鳴周波数を設定する。例えば、１６０Ｈｚ帯域の固有振動姿態の音圧の腹を制御対象として共鳴体を配置し、その共鳴体が１５５Ｈｚで共鳴するように設定するというわけである。なお、加振による振動の周波数と、固有周波数とは同一の所定周波数帯域に含まれることになるが、共鳴体が、両方の周波数の音圧を低減させ得るような所定周波数帯域であればよく、１６０Ｈｚ帯域に限定されない。
【００６６】
また、この構成において、自動車７０の走行時おいて、変形例８の構成を用いて加振により生じる音のピーク周波数に共鳴周波数を合わせるよう制御を行ってもよい。特に、自動車のように加振周波数が変動する場合（走行時）では、固有周波数は音場固有の一義的な特性だが、加振側の特性（加振周波数特性）が時々刻々変動するので、必ずしも、固有周波数の特性がそのまま出現しない。従って、共鳴周波数を加振周波数に合わせるように、コンピュータなどの制御装置が自動制御して、室内騒音を効果的に低減する。加振周波数は、速度、エンジン回転数、アクセル開度、ギア位置等のパラメータから算出すればよい。
また、自動車に限らず、空間を構成する面に与えられる振動により励振されて、その空間での音圧が高くなる周波数が存在することがあるから、この励振により音圧が高くなる周波数で音圧低減の効果を奏するよう、共鳴体の共鳴周波数を設定してもよい。
【００６７】
（変形例９）
また、共鳴体の共鳴周波数を固有周波数に設定しないで、共鳴体が設置される空間と、共鳴体が持つ筐体の空間との連成振動に係る相互作用により、その固有周波数の音圧を低減させるようにしてもよい。実施形態で説明した共鳴体そのもののほか、共鳴体が設けられる空間も一種の共鳴体とみなすことができるからである。これら相互関係から上記連成振動が生じ、共鳴体と空間（音場）間でエネルギーの授受が行われて、別の周波数帯域で音圧低減の効果が発現することがあるからである。
【００６８】
（変形例１０）
上述の実施形態では、板・膜共鳴体１の構成を、矩形状の筐体１０、筐体１０の開口部を塞ぐ振動部１５と、筐体１０内に形成される気体層１３とを備えるものであったが、筐体の形状は矩形状に限らず、円形状や多角形状であってよい。また、いずれの形状の筐体であっても、振動部１５に対して振動条件を変更するための集中質量を、振動部１５の中央部に設けることが望ましい。
ところで、板・膜共鳴体１は、先にも説明した通り、バネマス系と屈曲系で吸音メカニズムが形成されている。ここで、発明者らは、振動部１５の面密度を変えた際の共鳴周波数における吸音率の実験を行った。
【００６９】
図２２は、気体層１３の縦と横の大きさが１００ｍｍ×１００ｍｍで厚さが１０ｍｍの筐体１０に振動部１５（大きさが１００ｍｍ×１００ｍｍ、厚さ０．８５ｍｍ）を固着し、中央部（大きさが２０ｍｍ×２０ｍｍ、厚さ０．８５ｍｍ）の面密度を変化させた際の板・膜共鳴体１の垂直入射吸音率のシミュレート結果を示した図である。なお、シミュレート手法は、ＪＩＳ Ａ １４０５−２（音響管による吸音率及びインピーダンスの測定−第２部：伝達関数法）に従って、上記板・膜共鳴体１を配置した音響室の音場を有限要素法により求め、その伝達関数より吸音特性を算出した。具体的には、中央部の面密度を、（１）３９９．５[ｇ／ｍ2]、（２）７９９[ｇ／ｍ2]、（３）１１９９[ｇ／ｍ2]、（４）１５９８[ｇ／ｍ2]、（５）２２９７[ｇ／ｍ2]とし、周縁部材の面密度を７９９[ｇ／ｍ2]とし、振動部１５の平均密度を、（１）７８３[ｇ／ｍ2]、（２）７９９[ｇ／ｍ2]、（３）８１５[ｇ／ｍ2]、（４）８３１[ｇ／ｍ2]、（５）８６３[ｇ／ｍ2]とした場合のシミュレーション結果である。シミュレートの結果を見ると、３００〜５００[Ｈｚ]の間と、７００[Ｈｚ]付近において吸音率が高くなっている。
【００７０】
７００[Ｈｚ]付近で吸音率が高くなっているのは、振動部１５のマスと気体層１３のバネ成分によって形成されるバネマス系の共鳴によるものである。板・膜共鳴体１においては上記バネマス系の共鳴周波数での吸音率をピークとして音が吸収されており、中央部の面密度大きくしても、振動部１５全体のマスは大きく変わらないので、バネマス系の共鳴周波数も大きく変わらないことが分かる。また、３００〜５００[Ｈｚ]の間で吸音率が高くなっているのは、振動部１５の屈曲振動によって形成される屈曲系の共鳴によるものである。板・膜共鳴体１においては、屈曲系の共鳴周波数での吸音率が低音域側のピークとして表れており、中央部の面密度を大きくしていくと屈曲系の共鳴周波数だけが低くなっていることが分かる。一般に、屈曲系の共鳴周波数は、振動部１５の弾性振動を支配する運動方程式で決定され、振動部１５の密度（面密度）に反比例する。また、共鳴周波数は、固有振動の腹（振幅が極大値となる場合）の密度により大きく影響される。このため、上記シミュレーションでは、１×１の固有モードの腹となる領域を中央部で異なる面密度に形成したので、屈曲系の共鳴周波数が変化したものである。
【００７１】
このように、シミュレーション結果は、中央部の面密度を周縁部の面密度より大きくすると、吸音のピークとなる周波数のうち、低音域側の吸音率のピークがさらに低音域側へ移動することを表している。従って、中央部の面密度を変更することにより吸音のピークとなる周波数の一部をさらに低音域側または高音域側に移動させることができることを表している。上述した板・膜共鳴体１においては、中央部の面密度を変えるだけで、吸音される音のピークの周波数を変えることができるため、振動部１５を板・膜共鳴体１全体と同じ素材で板状に形成し、板・膜共鳴体１全体の質量を重くして吸音する音を変更する場合と比較して、板・膜共鳴体１全体の質量を大きく変えることなく吸音が発現する周波数を低くすることができる。
さらに、板・膜共鳴体１の気体層１３内には、多孔質吸音材（例えば、発泡樹脂、フェルト、ポリエステルウール等の綿状繊維）を充填することにより、共鳴特性を変化させてもよい。このようにすれば、固有振動姿態の変更や発生騒音の変更により車室内の騒音特性が変化することにも対応できる。
【００７２】
（変形例１１）
上述した実施形態において、複数の共鳴体を設ける場合に、それぞれ共鳴周波数が異なっていてもよい。これにより、音圧が低減される周波数の範囲を広げることができるし、場所に応じた最適な周波数の音を減衰させることができる。つまり、共鳴体を１又は複数単位でグルーピングし、各グループによって共鳴の共鳴周波数がそれぞれ異なるようにしてもよい。また、音響管２やヘルムホルツ共鳴体３についても同様にしてもよい。
また、上述した実施形態では、音響管２の管状部材２１の一方の端部が開口部２３となり、他方の端部が閉口部２２となる、いわゆる閉管であったが、例えば、各管状部材２１の両端部が開かれた管（いわゆる開管）で構成してもよいし、これら閉管と開管とを混合して配置してもよい。
【００７３】
（変形例１２）
上述の実施形態の［その他の態様４］では、乗り物として自動車７０に音響共鳴装置を設けていたが、他の種類の乗り物に設けてもよい。例えば電車や船舶、航空機、宇宙ステーションなどの乗り物の室空間であってもよい。このように、乗り物は、例えば、乗車者を乗せて移動する輸送機器がある。これ以外にも、遊園地の遊具である観覧車などの乗車者の輸送を目的としたものではない乗り物であってもよい。人物の居室として使用される室空間に限らず、それとは別に設けられる機械室や荷物室などの室空間に音響共鳴装置を構成してもよい。
【００７４】
また、乗り物においては、乗車者の座席が設けられる乗車領域を評価場所としてもよいし、それ以外の場所を評価場所としてもよい。例えば、乗車者である人物が着席したときに耳が位置するべき領域のほか、乗り物のエンジンルームにおいて、機器が配置される場所で壊れやすい場所や、遮音が難しい場所を評価場所に含めてもよい。
また、乗り物以外では、スピーカシステムにおいて、スピーカユニットの位置に限らず、スピーカを駆動させる回路を含む評価場所としてもよいし、空間において録音マイクが配置される場所を評価場所に含めてもよい。また、音響加振による経時劣化や破損を防ぐ目的で、種々の機器や回路部分を評価場所にしてもよい。つまり、空間において音圧を低減させたい任意の場所を評価場所に含めることができる。
【００７５】
（変形例１３）
共鳴体が共鳴することによって音圧が低減する場所や、粒子速度が増大する場所はその開口部の位置によって定まる。よって、共鳴体のそれ以外の部位はどこに設けられていてもよい。
また、本発明の空間は、面によって囲まれて構成され、外部の空間と遮断される空間に限らず、その空間の固有振動姿態が存在する空間であれば、外部の空間と通じている空間であってよい。例えば、一部が開口している面であっても、その開口部を一定の吸音率を持つ面とみなして、本発明の音響共鳴装置を適用することができる。
また、共鳴体は、壁部に設けられる構成に限らず、キャスタ等の移動手段を有する平板状のパネルに取り付けられてもよいし、室空間の照明器具など、空間に置かれる物品に設けてもよい。このように、実施形態と同等の効果を奏するのであれば、設置場所や設置方法についても問わない。
【符号の説明】
【００７６】
１…板・膜共鳴体、１０…筐体、１５…振動部、２…音響管、２１…管状部材、２２…閉口部、２３…開口部、３…ヘルムホルツ共鳴体、３１…胴部、３２…管部、４０…スピーカシステム、４１…スピーカエンクロージャ、４２，４３…スピーカユニット、５０…電子鍵盤楽器、５１…筐体部、５２…鍵盤、５５…メインスピーカ、６０…ギター、６１…胴部、６１Ａ…表板、６１Ｂ…裏板、６１Ｃ…側板、６４…サウンドホール、７０…自動車、８０…ピアノ、８３…響板、８５…大屋根。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間の音を減衰させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
居室や小会議室、音楽室等の空間（つまり、音場）の静粛性を高めるために、その空間の特性に応じた共振周波数を持つ共鳴体を、空間の壁面や天井面に設けることがある。特許文献１には、板状又は膜状の振動体と、この振動体の背後の空間の空気層とにより音を吸収する板・膜振動型吸音構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１１４１２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に開示されている技術では、空間における比較的低い周波数の音を十分に減衰させることができない。また、特許文献１には、空間における特定の場所で高い吸音効果を奏するようにすることは開示されていない。
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、空間の比較的低い周波数の音を減衰させるとともに、特に、その空間における特定の場所で奏する効果を高めることである。
【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、本発明に係る音響共鳴装置は、開口部と、前記開口部に通じる中空領域とを有している共鳴体であって、面に囲まれて構成される空間において決められた評価場所に応じて、前記開口部の位置が定められ、当該開口部を介して前記中空領域が前記空間に繋がるように設けられた共鳴体を備え、前記空間の特定の固有周波数の固有振動姿態であって前記評価場所に音圧の腹が位置する固有振動姿態について、少なくともいずれかの音圧の腹の場所における前記固有周波数の音圧を、前記共鳴体が共鳴することにより低減させることを特徴とする。
この構成において、前記共鳴体は、前記評価場所に位置する前記音圧の腹の場所の音圧を低減させるように、前記開口部の位置が定められていることが好ましい。
【０００６】
また、本発明に係る音響共鳴装置は、開口部と、前記開口部に通じる中空領域とを有している共鳴体であって、面に囲まれて構成される空間において決められた評価場所に応じて、前記開口部の位置が定められ、当該開口部を介して前記中空領域が前記空間に繋がるように設けられた共鳴体を備え、前記空間の特定の固有周波数の固有振動姿態であって前記評価場所に音圧の腹が位置する固有振動姿態について、少なくともいずれかの音圧の腹の場所における前記固有周波数の媒質粒子の運動速度を、前記共鳴体が共鳴することにより増大させることを特徴とする。
この音響共鳴装置において、前記共鳴体は、前記評価場所に位置する前記音圧の腹の場所の媒質粒子の運動速度を増大させるように、前記開口部の位置が定められていることが好ましい。
【０００７】
本発明の音響共鳴装置において、前記固有周波数と、前記面に与えられる振動の周波数とは互いに異なる周波数であり、前記共鳴体は、前記いずれかの音圧の腹の場所における音圧であって前記固有周波数の音圧と前記振動とにより励振された周波数の音圧を、前記共鳴により低減させるようにしてもよい。
また、本発明のスピーカエンクロージャは、上記いずれかに記載の音響共鳴装置を備えるスピーカエンクロージャであって、前記面は、前記スピーカエンクロージャの内側の面であってスピーカユニットの周囲に構成される面であることを特徴とする。
また、本発明の楽器は、上記いずれかに記載の音響共鳴装置と、音源と、前記音源により発せられた音が前記空間である内部空間を伝搬する筐体部とを備え、前記面は、前記内部空間を構成する前記筐体部の内側の壁面であることを特徴とする。
また、本発明の乗り物は、上記いずれかに記載の音響共鳴装置を備える乗り物であって、前記面は、前記空間として当該乗り物の室空間を構成する壁面であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、空間の比較的低い周波数の音を減衰させるとともに、特に、その空間における特定の場所で奏する効果を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】空間Ｓを模式的に表した図である。
【図２】空間Ｓの固有振動の音圧分布の一例を示した図である。
【図３】空間Ｓにおいて共鳴体を設ける位置を説明する図である。
【図４】図３の位置に共鳴体を設けた場合の各評価点の音圧分布を表したグラフである。
【図５】板・膜共鳴体の外観を模式的に表した図である。
【図６】図５中の切断線VI−VIで切断した場合の板・膜共鳴体の断面図である。
【図７】音響管の構成を表した図である。
【図８】ヘルムホルツ共鳴体の構成を説明する図である。
【図９】スピーカシステムの外観を示す斜視図である。
【図１０】図９中の切断線X-Xで切断した場合のスピーカシステムの断面図である。
【図１１】共鳴体を備えるスピーカシステムの構成の一例を示す図である。
【図１２】電子鍵盤楽器の外観を示す斜視図である。
【図１３】電子鍵盤楽器を切断線XIII-XIIIで切断した場合の断面図である。
【図１４】ギターの外観を示す外観図である。
【図１５】共鳴体を備えるギターの構成の一例を示す図である。
【図１６】自動車の外観を示す外観図である。
【図１７】自動車の車室を模式的に示す図である。
【図１８】空間Ｓの固有振動の音圧分布の一例を示した図である。
【図１９】ピアノの外観を示す斜視図である。
【図２０】ピアノを上側から見たときの外観を示す平面図である。
【図２１】管部の構成の一例を示す図である。
【図２２】垂直入射吸音率のシミュレート結果を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［実施形態］
以下、本発明の実施形態について説明する。
［固有振動姿態（ノーマルモード）］
まず、空間に生成される固有振動姿態について説明する。
図１は、空間の一例として、直方体の音場である空間Ｓを模式的に表したものである。ここでは、図１に示す「１」〜「１５」については無視する。
空間Ｓは、例えば家屋やオフィスビルの部屋の室空間であり、天井面や床面を含む壁面（つまり、面）によって囲まれて構成される空間の一例である。ここで説明の便宜のため、図１に示すように、空間Ｓの１つの頂点を原点Ｏと定めて、そこを起点として延びる各稜線がそれぞれｘ軸、ｙ軸及びｚ軸に一致するように、ｘｙｚ直交座標系を定める。そして、空間Ｓの寸法について、ｘ軸方向の長さをＬxとし、ｙ軸方向の長さをＬyとし、ｚ軸方向の長さをＬzとする。空間Ｓの壁面を吸音が一切ない剛壁（つまり、完全反射面）と仮定した場合の固有周波数をｆNとすると、固有周波数ｆNは下記式（１）の関係を満たす。式（１）において、ｃ0は音速を表し、ｎx，ｎy，ｎzはそれぞれ固有振動姿態の次数を表す値であり、「０」以上の任意の整数である。
【数１】
【００１１】
空間Ｓにおいて、次数ｎx，ｎy，ｎzの値の任意の組み合わせに対して固有周波数が存在する。式（１）により、ｎx，ｎy，ｎzのうち２つが“０”として求められる固有周波数は、一次元モードの固有周波数である。この固有周波数は、空間Ｓにおける１の軸に平行な定在波の周波数に相当し、この定在波のことを「軸波」と呼ぶ。ｎx，ｎy，ｎzのうち１つが“０”である固有周波数は、二次元モードの固有周波数である。この固有周波数は、空間Ｓにおける１対の平行壁面に平行で、他の２対の壁面に斜めに入射する定在波の周波数に相当し、この定在波のことを「接線波」と呼ぶ。ｎx，ｎy，ｎzのうちのいずれも“０”でない固有周波数は、三次元モードの固有周波数である。この固有周波数は、空間Ｓにおけるすべての壁面に斜めに入射する定在波の周波数に相当し、この定在波のことを「斜め波」と呼ぶ。
【００１２】
式（１）から導き出されるように、一次元モードで次数が“２”である二次の固有振動姿態においては、軸波の波長は、その軸波の進行方向に対する空間Ｓの長さにほぼ等しくなる。図１は、ｘ軸方向に音圧が分布する二次の固有振動姿態を表しており、音圧が極大となる「腹」の位置と、音圧が極小となる「節」の位置とを一点鎖線で表す。一方、一次元モードで次数が“１”である一次の固有振動姿態においては、軸波の波長は、その軸波の進行方向に対する空間Ｓの長さのほぼ２倍になる。
【００１３】
ここで、空間Ｓの寸法をＬx＝２０００ｍｍ、Ｌy＝１４００ｍｍ、Ｌz＝１２００ｍｍと定める。この場合、空間Ｓのｘ軸方向に音圧が分布する固有振動姿態の固有周波数は、例えば８５Ｈｚ（ｎx＝１の場合）、１７０Ｈｚ（ｎx＝２の場合）である。
図２は、ｘｙｚ軸の各方向に音圧が分布する空間Ｓの固有振動姿態の一例を模式的に表した図である。図２（ａ），（ｂ）は、二次の固有振動姿態を表したものである。図２（ａ）に示す固有振動姿態は、ｙ軸方向に音圧が分布するものを表しており、その固有周波数はおよそ２４３Ｈｚである。図２（ｂ）に示す固有振動姿態は、ｚ軸方向に音圧が分布するものを表しており、その固有周波数はおよそ２８３Ｈｚである。これらの図から分かるように、二次の固有振動姿態にあっては、いずれについても音圧が分布する方向に対して空間Ｓの中心の位置と、両壁部の位置とにそれぞれ音圧の腹が現れる。図２（ｃ）〜（ｅ）は、一次の固有振動姿態を表したものである。図２（ｃ）に示す固有振動姿態は、ｘ軸方向に音圧が分布するものを表しており、その固有周波数はおよそ８５Ｈｚである。図２（ｄ）に示す固有振動姿態は、ｙ軸方向に音圧が分布するものを表しておりその固有周波数はおよそ１２２Ｈｚである。図２（ｅ）に示す固有振動姿態は、ｚ軸方向に音圧が分布するものを表しており、その固有周波数はおよそ１４１Ｈｚである。これらの図からも分かるように、一次の固有振動姿態あっては、音圧が分布する方向に対して空間Ｓの中心に音圧の「節」が現れ、壁部の位置に音圧の「腹」が現れる。
【００１４】
以上のように、空間Ｓの寸法によっては、比較的低い固有周波数の固有振動姿態がいくつも生成されることがある。なお、図１，２に示す固有振動姿態については、有限要素法（ＦＥＭ；Finite Element Method）を用いた音場シミュレーションの計算などによっても得られる。
【００１５】
空間Ｓに居る人物が騒音と感じ得る、例えば１７０Ｈｚのように比較的低い周波数の音は固有振動姿態に強く依存すると発明者らは考えた。一般に拡散音場では、対象とする周波数帯域内で数多くの固有振動姿態が密集して生成されるため、空間内において音圧が一様に分布となり、音場の各位置において、周波数軸上で一様な音圧の分布を示す。これに対し、比較的小さい空間の音場では、比較的減衰しにくい固有振動姿態が生成されるので、複数の固有振動姿態がそれぞれ周波数軸上で孤立して存在する音場ということができる。また、低周波数の固有振動姿態にあっては、音場内における音圧の腹の分布が疎であるから、音場の特定の場所に音圧の腹が出現して、その場所の音圧が他の場所に比べて特に高くなる。更に、上述の孤立した固有振動姿態は、主に一次元モード（軸波）の固有振動姿態となり、その音響エネルギーは大きく、且つ減衰しにくい。このようになるのは、他のモードに比べて単位時間当たりに壁面に音波が入射する回数が少なく、壁面に吸音される音響エネルギーが小さいからである。
【００１６】
このような音場において、特定の固有周波数の音を減衰させる場合に、その固有周波数の固有振動姿態の音圧の腹となる場所を制御対象とし、その制御対象の場所の音圧を低減させれば、音場全体において低周波数の音を効果的に低減させることができる、という知見を発明者らは得た。すなわち、固有振動姿態の音圧の腹の場所を音圧を低減させる制御対象とすることで、固有振動姿態による作用を弱体化させることができる。なお、音圧を低減させるための構成としては、共鳴体を用いることができ、共鳴体の開口部を制御対象とする音圧の腹の場所、又はその近傍に位置させればよい。この近傍とは、音圧の腹の場所の音圧を低減させることのできる距離のことをいう。例えば音圧を低減させたい特定の固有周波数の音の波長に対して十分に小さい距離の範囲内であり、例えばその波長の１／６の距離の範囲内である。
【００１７】
以上のようにして固有振動姿態の作用が抑制されることを確認するために、発明者らは以下に説明する測定試験を行った。図３は、空間Ｓにおいて共鳴体を設置した場所を説明する図である。
測定試験で音圧を測定する場所であり、その音圧を評価する場所を「評価場所」として定める。ここでは、図１、３に丸印で示す「１」〜「１５」の各評価場所を定める。この測定では、各評価場所に収音用のマイクを設置した。評価場所「１」〜「９」は、音場のｘ軸方向に延びる稜線に沿う位置とし、これら各評価場所はほぼ等間隔に定められる。評価場所「９」〜「１５」は、空間Ｓのｚ方向に沿って延びる稜線に沿う位置とした。これら各評価場所もほぼ等間隔に定めた。評価場所「９」は空間Ｓの隅角部に位置しており、そこから最も遠い位置の隅角部に音源ＯＳを配置した。
【００１８】
図４は、測定試験の結果を表すグラフであり、音源ＯＳから発せられた音を各評価場所に設けられたマイクによって収音し、その収音結果から求めた音圧を表したものである。
図４に示すグラフにおいて、横軸は評価場所「１」〜「１５」をそれぞれ表しており、縦軸は１６０Ｈｚ帯域（１６０Ｈｚを中心とした１／３オクターブバンド測定値）の音圧［ｄＢ］を表している。同グラフにおいて、実線は、固有振動姿態の音圧の「腹」となる場所を制御対象として、その場所の音圧を、共鳴体の共鳴により低減させた場合の結果を表す。ここでは、図３（ａ）に示すように、評価位置「５」を含む水平な面において、音場の４つの角部（稜線）にそれぞれ４つの音響管を配置した。また、ここでは、一端が開口し、他端が閉口した音響管を用いており、音響管の空洞に繋がる開口部が上記４つの角部に位置するように配置した。音響管の共鳴周波数については、１６０Ｈｚ帯域の共鳴周波数で共鳴するように設定した。図４のグラフにおいて、破線は、固有振動姿態の音圧の「節」となる場所を制御対象として、その場所の音圧を、共鳴体の共鳴により低減させた場合の結果を表す。ここでは、評価位置「７」を含む水平な面において、上記構成の音響管を上記同じ態様で配置した。また、同グラフにおいて、一点鎖線は、音響管を配置しない場合の測定結果を表している。
【００１９】
図４に示すように、評価位置「５」である固有振動姿態の音圧の「腹」を制御対象とした場合、音響管の開口部に最も近い評価位置である、評価位置「５」での音圧が特に低くなっている（およそ６２ｄＢ）。また、評価位置「５」に近接する、評価位置「３」、「４」、「６」、「７」においても音圧が９０ｄＢ程度であり、音響管を設置しない場合に比べて、音圧が低くなっている。また、音響管から離れた位置にある評価位置「８」〜「１５」においても、音響管を設置しない場合の測定結果と比較すると、２０ｄＢ程度もの音圧の差異がある。これらの結果から、固有振動姿態の音圧の「腹」を制御対象とすることにより、その付近の音圧を大きく低減させるとともに、制御対象の音圧の腹の場所から離れた場所においても音圧が低減されていることが分かる。よって、上記態様の音響管の配置により、音場全体で静粛性が高められているが確認できた。この作用のことを、以下では、“モードを抑制する”や“モードの抑制”などと表現することがある。
【００２０】
一方、図３（ｂ）に示すように、評価位置「７」である固有振動姿態の音圧の「節」の場所を制御対象とした場合、音響管の開口部に最も近い評価位置である「７」での音圧は低くなっている（およそ７６ｄＢ）。しかしながら、その他の評価位置については、音響管を設置しない場合の測定結果と比較しても、さほど効果が得られていない。この結果から、固有振動姿態の音圧の「節」を制御対象としても、音場全体の音圧を低減させる点においては不十分であり、モードを抑制する効果をほとんど得られない。
【００２１】
以上のことから、空間Ｓにおいて静粛性を特に高めたい場所を評価場所として決め、特定の固有周波数の固有振動姿態の音圧の腹がその評価場所に位置している場合には、その音圧の腹を制御対象として共鳴体を配置すれば、効果的にモードを抑制することができる。その結果、上記測定試験の結果からも明らかなように、空間Ｓにおける広い場所で低周波数の音を減衰させることができるとともに、特に評価場所で奏する効果を高くすることができる。
以上の態様で空間Ｓに共鳴体を配置することにより、モードを抑制するための音響共鳴装置が空間Ｓに構成されることになる。
【００２２】
ところで、空間Ｓにおいて決められる評価場所は、例えば以下のものが挙げられる。
空間Ｓが室空間であり、その室空間に座席が設けられているとする。この場合に、座席に座る人物の頭（耳）付近となる場所を含む評価場所を決め、この評価場所に固有振動姿態の音圧の腹が位置していたとする。このとき、この評価場所に位置する音圧の腹を制御対象とし、その付近に開口部が位置するように共鳴体を配置する。このようにすれば、空間全体の静粛性を高めることができるとともに、特に、利用者が音を聞き取る場所である評価場所で奏する効果を高めることができる。また、評価場所に開口部が位置するようにする配置のほか、固有振動姿態の別の音圧の腹の場所を制御対象とした場合であっても、その他の場所に開口部が位置するように共鳴体を配置する場合に比べれば、評価場所で奏する音圧の低減の効果を高くすることができる。
【００２３】
なお、評価場所に位置する音圧の腹とは、例えば、あらかじめ決められた音圧を低減させたい場所（人物の耳が位置し得る場所など）から最も近い音圧の腹である。また、最も近い音圧の腹に限らず、音圧を低減させたい場所から固有周波数の音の波長に対して十分小さい距離の範囲内にある腹であってもよい。この距離は、例えば、固有周波数の波長の１／６の距離である。すなわち、評価場所に位置する音圧の腹は、音圧を低減させたい場所の騒音性を高める原因となる、上述の孤立した固有振動姿態の音圧の腹のことである。
【００２４】
［共鳴体の構成］
次に、この実施形態で用いる共鳴体の構成について説明する。空間Ｓには、低周波数音を減衰させるための音響共鳴装置が構成されている。この音響共鳴装置は、共鳴することにより空間Ｓの音を減衰させる共鳴体を有している。この実施形態の音響共鳴装置が有している共鳴体は、板・膜共鳴体１、音響管２、及びヘルムホルツ共鳴体３の少なくともいずれかである。
【００２５】
（板・膜共鳴体１）
まず、板・膜共鳴体１の構成を説明する。
図５は、板・膜共鳴体１の外観を模式的に表した図である。図６は、図５中の矢視VI−VIから板・膜共鳴体１を見た断面図である。
板・膜共鳴体１の構成は、筐体１０と振動部１５とに大別される。筐体１０は、上面側の全体が開口する直方体の箱状の部材である。筐体１０は、開口部１２と、開口部１２に通じる中空領域として、直方体の気体層１３とを有している。筐体１０は、例えば木材で形成されるが、振動部１５よりも相対的に硬い素材であれば、例えば合成樹脂や金属など他の素材を用いてもよい。振動部１５は、弾性を有し、板状又は膜状に形成された矩形の部材である。振動部１５には、例えば合成樹脂、金属、繊維板などの、弾性を有し弾性振動を生じる素材を板状に形成したもの、又は弾性を有する素材や高分子化合物を膜状に形成したものが用いられる。振動部１５は、その一方の面の端部付近の領域が筐体１０によって支持されており、筐体１０の開口部１２を塞ぐようにして設けられている。開口部１２が振動部１５で塞がれることにより、板・膜共鳴体１の内部に閉じた気体層１３が形成される。なお、気体層１３は、気体粒子からなる層であり、ここでは空気分子からなる空気層である。
【００２６】
板・膜共鳴体１は、気体層１３が音を減衰させる対象とする空間に繋がるように配置される。空間に繋がるとは、空間の音圧が透過するような場所に、共鳴体の中空領域（ここでは、気体層１３）が位置することをいう。空間に音が発生すると、その音の音圧に応じて板・膜共鳴体１は共鳴する。この共鳴により、空間の音圧と、板・膜共鳴体１の気体層１３内の圧力とに差が生じる。この圧力差により振動部１５が振動して、音響エネルギーが消費された後に、音響エネルギーが再放射される。この作用により、板・膜共鳴体１の表面であり、振動部１５面近傍の空間で音圧が低減される。
【００２７】
ところで、板・膜共鳴体１が共鳴することによって音圧が低減する周波数は、振動部１５の質量成分（マス成分）と、気体層１３のバネ成分とによるバネマス系の共鳴周波数によって定まる。このバネマス系の振動を「ピストン振動」と呼ぶ。また、振動部１５は弾性を有しており、その面積が相対的に小さいが故に、筐体１０での支持部拘束が振動部１５に働く系では、弾性振動による屈曲系の性質が加わる。すなわち、板・膜共鳴体１は、「屈曲振動」をする振動部１５と、振動部１５の背後の気体層１３とを有していることにもなる。
【００２８】
次に、板・膜共鳴体１の設定条件について説明する。
まず、ピストン振動の共鳴周波数について説明する。媒質（気体）である空気の密度を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]とすると、ピストン振動の共鳴周波数ｆは下記式（２）の関係を満たす。
【数２】
【００２９】
次に、屈曲振動の共鳴周波数について説明する。振動部１５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]、振動部のヤング率をＥ[Ｐａ]、振動部のポアソン比をσ[−]、モード次数であるｐ，ｑを正の整数とした場合、ピストン振動に加えて発生する屈曲振動を含めた両者の共鳴周波数ｆは、下記式（３）の関係を満たすとされている。建築音響の分野では、このようにして求めた共鳴周波数ｆを音響設計に利用することも行われている。
【数３】
【００３０】
以上のように、板・膜共鳴体１は、ピストン振動によって生じる共鳴と、屈曲振動によって生じる共鳴とを生じさせる。しかしながら、それぞれは独立して発生するものではなく、各共鳴の周波数が近接している場合には、バネマス系の共鳴と屈曲系の共鳴が連成して挙動し、板・膜共鳴体１の共鳴周波数が決定される。一方、バネマス系の共鳴周波数と屈曲系の共鳴周波数とが相対的に離れていると、各共鳴系は互いに影響を及ぼすが独立的に挙動する。これにより、屈曲系の基本振動が背後の気体層のバネ成分と連成して、バネマス系の共鳴周波数と屈曲系の基本周波数との間の帯域に振幅の大きな振動が励振され、音圧の減衰量が大きくなる。
【００３１】
以上の作用により、板・膜共鳴体１によれば、比較的低い周波数の共鳴周波数を設定して、その周波数を中心とした帯域の音圧を低減させる点において好適である。より詳細には、発明者らは屈曲系の基本振動周波数の値をｆａ（＝（１／２π）・（（ｐ／ａ）2＋（ｑ／ｂ）2）・（π4Ｅｔ3／（１２ρｔ（１−σ2）））1/2）とし、バネマス系の共振周波数の値を、上記式（１）により表されるｆｂとした場合に、下記式（４）の関係を満足するように板・膜共鳴体１の各パラメータを設定したときに、比較的低い周波数帯域においても十分に音圧を低減させられることを発見した。
０．０５≦ｆａ／ｆｂ≦０．６５ ・・・（４）
【００３２】
これにより、屈曲系の基本振動が背後の気体層のバネ成分と連成して、ピストン振動の基本共鳴周波数と屈曲振動の基本共鳴周波数との間の帯域に振幅の大きな振動が励振されて（屈曲振動の基本共鳴周波数ｆａ＜音圧減衰量のピーク周波数ｆ＜ピストン振動の基本共鳴周波数ｆｂ）、共鳴現象が生じる。これにより、板・膜共鳴体１から逆位相の反射波が放射され、振動部１５表面で音圧が低減する。
【００３３】
さらに、板・膜共鳴体１の上記各パラメータを、以下の下記式（５）の関係を満足するように設定する場合、音圧の低減量がピークとなる周波数がピストン振動の共鳴周波数よりも十分に小さくなる。
０．０５≦ｆａ／ｆｂ≦０．４０ ・・・（５）
例えば、１６０〜３１５Ｈｚ（１／３オクターブ中心周波数）において十分に音圧を低減させるためには、板・膜共鳴体１の各パラメータを以下の各値に設定する。ρ0＝１．２２５[ｋｇ／ｍ3]、ｃ0＝３４０[ｍ／ｓ]、ρ＝９４０[ｋｇ／ｍ3]、ｔ＝０．００１７[ｍ]、Ｌ＝０．０３[ｍ]、ａ＝ｂ＝０．１[ｍ]、Ｅ＝１．０[ＧＰａ]、σ＝０．４、ｐ＝ｑ＝１。
【００３４】
（音響管２）
次に、音響管２の構成を説明する。
図７は、共鳴体の一例として音響管２の構成を表した図である。
図７（ａ）は音響管２の外観を模式的に表した図である。図７（ａ）に示すように、音響管２は、複数本（例えば、５本）の管状部材２１（２１−１〜２１−５）をその伸張方向に直交する方向に一列に並べた構成を有している。管状部材２１は、固定具や接着などにより一体となるように構成される。各管状部材２１は、例えば金属や合成樹脂などの素材を管状となるように形成されている。管状部材２１は、開口部２３と、開口部２３に通じる中空領域２５とを有している、いわゆる一端開口の管状部材（閉管）である。管状部材２１の一端部は閉じられて閉口部２２となり、他端部は開口部２３となる。開口部２３の位置が各管状部材２１で一列に揃えられることにより、開口部２３どうしが隣接して配置される。各管状部材２１の開口部２３のネック部分（つまり、開口部２３またはその近傍）は、グラスウール、クロス、ガーゼ等の通気性を有し、流れ抵抗を有している流れ抵抗材２４で塞いでもよい。空間の音圧を低減させる場合、適切な流れ抵抗材２４を選択して使用することが望ましい。
【００３５】
次に、音響管２によって奏する音圧の低減に係る作用について説明する。
図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す音響管２のうち隣接する２本の管状部材２１−ｊ，２１−ｋ（ｋ＝ｊ＋１）の断面を示した図である。管状部材２１−ｊの中空領域２５の長さをＬ１とし、管状部材２１−ｋの中空領域２５の長さをＬ２とするが、ここではすべての中空領域２５の伸張方向の長さは等しい（つまり、Ｌ１＝Ｌ２）とする。開口部２３の位置に空間からの音波が入射すると、音波は、開口部２３−ｊ，２３−ｋから中空領域２５内に入射して他端の閉口部２２−ｊ，２２−ｋで反射されて、開口部２３−ｊ，２３−ｋから再びに放出される。このとき、中空領域２５の長さＬ１、Ｌ２の４倍に相当する波長λｃ（Ｌ１＝Ｌ２＝λ／４）の音波が定在波ＳＷ１、ＳＷ２を作り、振動を繰り返すうちに管状部材２１の内壁面での摩擦や開口部２３−ｊ，２３−ｋでの気体分子間の粘性作用により、エネルギーを消費し、この波長λｃを中心に開口部２３近傍で音圧が低減する。ここではＬ１＝Ｌ２＝０．５３ｍであり、λｃ＝２．１２ｍとなる。
【００３６】
音響管２は、中空領域２５が音を減衰させる対象とする空間に繋がるように配置される。これにより、各管状部材２１の開口部２３に音が入り込んで音響管２は共鳴し、その付近で音圧を低減させる。ここでは、共鳴周波数ｆは、例えば１６０Ｈｚ帯域で音圧を低減させるものである。この場合、例えば１６０Ｈｚの周波数の音波の波長の１／４の長さとなるよう。中空領域２５の伸張方向の長さを設定するとよい。例えば、中空領域２５の伸張方向の長さを、およそ４０ｃｍ〜８０ｃｍ程度の複数種類にするとよい。
【００３７】
また、閉口部２２−ｊ，２２−ｋで反射されて、開口部２３−ｊ，２３−ｋから放出される音波は、開口部２３−ｊ，２３−ｋで回折してエネルギーを放射する。そのエネルギーの一部は相互に隣接する他方の管状部材２１−ｊ，２１−ｋの開口部２３−ｊ，２３−ｋから空洞内に入射される。このようにして、互いに隣接する管状部材２１−ｊ，２１−ｋ相互間で連成振動を生じ、エネルギーの授受が行われる。この連成振動の際に、空洞の内壁面での摩擦や開口部２３−ｊ，２３−ｋでの気体粒子間の粘性作用により、エネルギーを消費し、音圧が低減する。この連成振動は、管状部材２１を一連の管状部材とみなした両端閉管モードとして捉えることができ、Ｌ１＋Ｌ２として定まる波長の周波数を中心に音圧が低減する。
なお、ここでは、音響管２を構成する管状部材２１が５本としていたが、その数はいくつであってもよい。この実施形態では、５本の管状部材２１からなる音響管２、又は１本の管状部材２１からなる音響管２（すなわち、管状部材２１）を用いる。
【００３８】
（ヘルムホルツ共鳴体３）
次に、ヘルムホルツ共鳴体３の構成を説明する。
図８は、ヘルムホルツ共鳴体３の構成を説明する図である。図８（ａ）は、その外観を模式的に表した図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）中の矢視VIII−VIIIからヘルムホルツ共鳴体３を見た断面図である。ヘルムホルツ共鳴体３は、胴部３１と管部３２とによって構成されている。このヘルムホルツ共鳴体３において、胴部３１及び管部３２内に形成される空間が中空領域となって、この中空領域が開口部３３に通じる構成となっている。
胴部３１は、内部に気体層が形成され、例えばＦＲＰ（繊維強化プラスチック）によって円筒状に形成されている。管部３２は、例えば塩化ビニール製のいわゆる両端開口の管状部材を成しており、胴部３１の孔部に挿入されて両者は連結されている。ヘルムホルツ共鳴体３は、胴部３１及び管部３２内に形成される空間が、音を減衰させる対象とする空間に繋がるように配置される。これにより、開口部２３に音が入り込んでヘルムホルツ共鳴体３は共鳴し、開口部３３付近の音圧を低減させる。より詳細には、ヘルムホルツ共鳴体３は、管部３２の内部にある気体を質量成分とし、胴部３１の気体層をバネ成分としたバネマス系を形成し、管部３２の内壁と空気との摩擦によって音のエネルギーが熱エネルギーに変換されて開口部３３付近で音圧を低減させ、また粒子速度を増大させる。ヘルムホルツ共鳴体３のバネマス系の共鳴周波数ｆは、式（６）の関係を満たす。ただし、式（５）において、Ｌeは管部３２の有効長を表す。図８（ｂ）に示すように、有効長Ｌeは、管部３２の空洞の一端から他端までの長さを、開口端補正値で補正した長さである。また、Ｖは胴部３１内に形成された気体層の体積（すなわち容積）であり、Ｓoは開口部３３の面積である。
ｆ＝ｃ0／２π・（Ｓo／Ｌe・Ｖ）1/2 ・・・（６）
なお、管部３２の数をここでは１本としているが、２本など管部３２を複数設けるようにしても良い。また、管部３２の開口部３３又はその近傍には、グラスウール、クロス、ガーゼ等の通気性を有し、流れ抵抗を有している流れ抵抗材で塞がれていてもよい。
【００３９】
以上説明した構成を有する共鳴体は、例えば図３（ａ）を用いて説明した上述の配置態様で配置され、評価場所に応じて、その開口部の位置が定められる。そして、この共鳴体は、評価場所に音圧の腹が位置する特定の固有周波数の固有振動姿態について、その音圧の腹の場所を制御対象とし、その場所の音圧を共鳴により低減させる。空間Ｓに構成された音響共鳴装置によって奏する、このような作用によりモード抑制に係る効果を奏する。
【００４０】
［その他の態様１］
上記では、部屋などの室空間である空間Ｓに音響共鳴装置を構成する場合について説明したが、音響共鳴装置を備えたスピーカエンクロージャを構成することもできる。スピーカエンクロージャには不要共振を吸収するために多孔質材などの吸音材を設けることがあるが、この態様では、この吸音材に代えて、又はこの吸音材と併用して音響共鳴装置を構成する。
図９は、スピーカシステム４０の外観を示す斜視図である。図１０は、スピーカシステム４０を図９に示す切断線X−Xで切断した場合の断面図である。スピーカシステム４０は、外形が直方体の箱状部材であるスピーカエンクロージャ４１を備える。ここでは、この各辺の方向に各軸が延びるよう、図９に示すｘｙｚ直交座標系を定める。また、図１０には、ｚ軸方向（つまり、スピーカシステムの高さ方向）に音圧が分布する二次の固有振動姿態を示す。
【００４１】
スピーカシステム４０は、スピーカエンクロージャ４１と、スピーカユニット４２，４３とを有している。スピーカエンクロージャ４１は、略直方体状の密閉型の箱状部材であり、その内部の空間と、外部の空間とを仕切る部材である。スピーカエンクロージャ４１は、その内側の壁面によりスピーカユニット４２，４３の背後に直方体状の空間Ｓ１を構成する。スピーカエンクロージャ４１の１つの側面にはスピーカ取付部が設けられ、このスピーカ取付部に、音源であるスピーカユニット４２，４３が取り付けられる。スピーカユニット４２はツイータとして機能するものであり、スピーカユニット４２はウーファとして機能するものである。スピーカユニット４２の寸法は、スピーカユニット４３のそれに比べてかなり大きい。スピーカエンクロージャ４１に取り付けられたスピーカユニット４２，４３は、その背面側の部位が空間Ｓ１に面している。
【００４２】
図１０に示すように、ｚ軸方向に音圧が分布する二次の固有振動姿態にあっては、空間Ｓ１のｚ軸方向に対する中央付近と、ｘｙ平面に平行な内壁面との位置とに音圧の「腹」が現れる。この音圧分布に着目すると、空間Ｓ１の中心付近にある音圧の「腹」は、スピーカユニット４３の位置に近接する。よって、スピーカユニット４３には空間Ｓ１側からの高い音圧による音響加振に晒され得る。この音響加振は、スピーカユニット４３から放音される音の質が低下する原因となり得る。そこで、この態様では、スピーカユニット４３のうち空間Ｓ１に面している部位における音圧が低減されるよう、この部位の場所を含む評価場所を決める。そして、音響共鳴装置によって、この評価場所に位置する音圧の腹を制御対象としてモードを抑制する。
【００４３】
図１１は、音響共鳴装置を備えたスピーカシステム４０の構成の一例を示す図である。図１１（ａ）は音響管２を設けた場合を例示したものであり、図１１（ｂ）は、板・膜共鳴体１を設けた場合の構成を例示したものである。また、図１１において、一点鎖線で示した領域は、図１０に示す固有振動姿態の音圧の腹となる場所を表しており、この場所に板・膜共鳴体１の振動部１５（つまり、開口部１２）、或いは音響管２の開口部２３が位置するように共鳴体が設けられる。図１１（ａ）に示す例では、スピーカエンクロージャ４１の内側の面において、ｚ軸方向に対して中心付近の領域に、開口部２３が位置するよう音響管２が設けられている。図１１（ｂ）に示す例では、スピーカシステム４０のスピーカエンクロージャ４１の内壁面において、ｚ軸方向に対する中心付近の領域に振動部１５が位置するように板・膜共鳴体１が設けられている。この音響共鳴装置の構成により、スピーカユニット４３に与えられる音響加振が抑制され、スピーカユニット４３において生じ得る音質の低下を抑制し得る。
なお、図示のように、管状部材２１は伸張方向がｙ軸方向に沿うように設けられてもよく、開口部２３の位置が音圧の「腹」を制御対象としていればよい。また、これら共鳴体が、スピーカエンクロージャ４１の内壁面に取り付けられる構成でもよく、その固定方法は特に問わない。また、ヘルムホルツ共鳴体３の取り付け例については図示しないが、板・膜共鳴体１と同様の取り付けが可能であり、管部３２の開口部３３が、音圧の腹の場所を制御対象とするように配置されればよい。
【００４４】
［その他の態様２］
次に、音響共鳴装置を備えた楽器の一例である電子鍵盤楽器について説明する。
図１２は、電子鍵盤楽器５０の外観を示す斜視図である。図１３は、図１２中の切断線XIII-XIIIで電子鍵盤楽器５０を切断した場合の断面を表す図である。なお、図１２に示すように、鍵盤５２の長手方向をｘ軸方向と定めた図示のようなｘｙｚ直交座標系を定める。
電子鍵盤楽器５０は筐体部５１を有しており、筐体部５１の内部に電子音源等の種々の構成要素が設けられている。筐体部５１は、鍵盤５２を支持する上方筐体部５１Ａと、上方筐体部５１Ａの下方側に位置する下方筐体部５１Ｂとを有している。上方筐体部５１Ａには、鍵盤５２が支持されるとともに、鍵盤５２のやや上方中央部には操作画面やスイッチ群等が配置された操作パネル５３が設けられている。下方筐体部５１Ｂの演奏者側の面の左右側端部付近に、音源であるメインスピーカ５５が設けられる。下方筐体部５１Ｂは、メインスピーカ５５から放音された音波が伝搬する内部空間を有している。
以上の構成を有している電子鍵盤楽器５０は、演奏者に押下された鍵に応じて、音ＣＰＵ（Central Processing Unit）等を備えた楽音信号発生装置が楽音信号を発生し、その楽音信号に応じた楽音をメインスピーカ５５から放音させる。
【００４５】
図１３は、下方筐体部５１Ｂを切断線XIII-XIIIで切断した場合の断面を表す図である。なお、同図において、メインスピーカ５５の図示を省略する。
図１３に示すように、下方筐体部５１Ｂ内部にあっては、ｘ方向に比較的大きな寸法の空間Ｓ２が形成されている。一般的な構成の電子ピアノにあっては、鍵盤５２の鍵の配列方向の長さはおよそ１．４ｍであり、空間Ｓ２もｘ軸方向にこれとほぼ同じ長さであるとする。この場合、ｘ軸方向に音圧が分布する固有振動姿態の固有周波数には、例えば１２１Ｈｚ（ｎx＝１），２４３Ｈｚ（ｎx＝２）がある。このような比較的低い固有周波数の不要共振が生じると、共振によって生じる音が演奏音に混ざって、この固有周波数付近の音の質が低減するという不具合が生じ得る。また、不要共振などを原因として、ビリツキと呼ばれる振動が筐体部５１において発生することがある。この振動により、特定の周波数の音においては、楽音とビリツキに起因する音とが混変調して音の濁りを生じてしまうことがある。
【００４６】
そこで、電子鍵盤楽器５０には、以下の構成の音響共鳴装置を構成すればよい。
例えば、図１３（ａ）に示すように、一次の固有振動姿態にあっては筐体部５１のｘ軸方向の端部付近の領域に音圧の腹が位置する。この付近にはメインスピーカ５５が位置するから、メインスピーカ５５を含めた評価場所を決めてモードを抑制すれば、メインスピーカ５５への音響加振を抑制することができる。ここでは、音圧の腹が位置する方向を振動部１５が向くように、下方筐体部５１Ｂの内側の面に板・膜共鳴体１を設けている。また、図１３（ｂ）に示すように、この音圧の腹の場所に開口部２３が位置するよう、音響管２を配置してもよい。また、二次の固有振動姿態にあっては、下方筐体部５１Ｂ内のｘ軸方向に対する端部付近のほか、中央付近にも音圧の腹が位置する。よって、図１３（ｃ）に示すように、この場所で音圧が低減するように板・膜共鳴体１を設けるようにしてもよい。また、図１３（ｄ）に示すように、下方筐体部５１Ｂ内のｘ軸方向に対する中央付近に開口部２３が位置するように、音響管２を配置してもよい。なお、図示しないが、ヘルムホルツ共鳴体３についても同様の配置が可能である。
以上の音響共鳴装置の構成により、空間Ｓ２のモード抑制することにより、不要共振やビリツキを原因とした、電子鍵盤楽器５０の演奏音の質の低下の発生を抑制することができる。
［その他の態様３］
【００４７】
次に、音響共鳴装置を備えた楽器の一例であるギターについて説明する。
図１４は、ギター６０の外観を示す外観図である。同図に示すように、ギター６０の構成は、胴部６１と、胴部６１に取り付けられたネック６２と、ネック６２の先端に設けられたヘッド６３とに大別され、ヘッド６３には糸巻が取り付けられている。また、胴部６１の表板６１Ａには、サウンドホール６４が空けられている。弦Ｓは下駒に固定された状態で、糸巻に巻き取られることにより張設される。ギター６０において、木材で形成された胴部６１は、表板６１Ａ、裏板６１Ｂ、側板６１Ｃとを有しており、表板６１Ａ及び裏板６１Ｂの中央付近にくびれた部分を有する形状で内部が中空となっている。表板６１Ａと裏板６１Ｂは同じ形状であり、表板６１Ａと裏板６１Ｂとは、各々対向するように側板６１Ｃを挟んで側板６１Ｃに対して接着されている。ギター６０にあっては、弦Ｓが音源となる。胴部６１は、その内部空間を弦Ｓにより発せられた音波が伝搬する筐体部となる。
【００４８】
図１５は、ギター６０を表板６１Ａを裏側から見た外観の様子を示す平面図である。
図１５に示すように、この態様では、表板６１Ａの裏側であり、胴部６１の内部に形成される空間Ｓ３に通じている面側に音響管２が取り付けられることで、音響共鳴装置が構成される。ここでの音響管２の管状部材２１は、共鳴体であるとともに、表板６１Ａを均一に振動させるために設けられる棒状の補強材、兼振動伝達材としても機能するように設けられている。ギターにおいては、ある特定の音を鳴らすと、この音に応じて胴部６１の内部の空間Ｓ３で不要共振が生じ、ウルフトーンと呼ばれる異常音を生じることがある。ウルフトーンは、弦振動による本来の音と、胴部６１内の共振によって生じる音とが混在して生じる細かいうなりであり、このウルフトーンが楽器本来の音を妨げる原因となってしまうことがある。このように、特定の音程において、演奏者の意に反した音が発生し、演奏音の質を低減させる不具合が生じることがある。そこで、この態様では、演奏音に混在する異常音を抑えるための音響共鳴装置を構成する。
【００４９】
この音響共鳴装置における評価場所は、音源である弦Ｓの場所を含んでおり、この評価場所に固有振動姿態の音圧の腹が現れることがある。そこで、この態様では、図１５に示すように、サウンドホール６４の位置を中心として、そこからの放射方向と、管状部材２１の伸張方向とが概ね一致するようにして、音響管２の管状部材２１をそれぞれ設ける。管状部材２１の開口部２３の位置は、空間Ｓ３における音圧の腹の場所付近に一致させている。
なお、空間Ｓ３における固有振動姿態の音圧の腹は、側板６１Ｃの空間Ｓ３に面する側の面に位置することが考えられる。よって、この腹の音圧を低減させるように、側板６１Ｃに共鳴体を設けてもよい。また、表板６１Ａ及び裏板６１Ｂに垂直な方向に管状部材２１の伸張方向が延びるよう音響管２を適宜曲げて設けてもよい。また、共鳴体として板・膜共鳴体１やヘルムホルツ共鳴体３を用いてもよいのはもちろんである。
以上の構成により、ギター６０に設けられた音響共鳴装置は、空間Ｓ３の不要共振を抑制し、その結果、演奏音の質の低下という不具合の発生が抑制される。
【００５０】
［その他の態様４］
次に、音響共鳴装置を備えた乗り物の一例である自動車について説明する。
図１６は、自動車７０の外観を示す外観図である。図１７は、自動車７０の車室（車室７４）の内部を模式的に示す図である。
自動車７０においては、車体の基台となるシャーシに、ボンネット７１、自動車７０の出入り口となる４枚のドア７２、及びトランクドア７３がそれぞれ開閉自在に取り付けられる。また、シャーシは、ルーフ７８を支える支柱である複数のピラー７５を有している。自動車７０の内部の空間であってドア７２の内側には車室７４が構成されている。車室７４は、自動車７０の車体を壁部とし、この壁部の壁面に囲まれて構成される空間である。
【００５１】
車室７４においては、エンジン音や、タイヤや路面からひろうロードノイズなど、例えば１２５Ｈｚ〜３００Ｈｚの比較的低い周波数の音が響き、乗車者にとってはこれを騒音と感じやすい。そこで、この態様では、乗車者の乗車領域に設けられた前部座席７６、後部座席７７がある場所を評価場所として、音響共鳴装置を構成する。自動車７０においては、車幅方向が例えば１．０〜１．５ｍ程度である。よって、この場合も、車幅方向に音圧が分布する軸波によって、１６０Ｈｚ帯域の固有振動姿態の音圧の腹が生成され得る。そして、この音圧の腹は、運転席及び助手席となる前部座席７６や後部座席７７に面しているドア７２付近に現れることがある。この音圧の腹は、より詳細にはドア７２における状側の領域であるサイドウィンドウ付近に現れる。そこで、この態様では、サイドウィンドウ付近を含む評価場所を決めて、車室７４に音響共鳴装置を構成する。この音響共鳴装置によって、車室７４のモードを抑制することにより、車室７４における低周波数の音を減衰させつつ、乗車者が居る場所での静粛性を特に高めることができる。
【００５２】
以上説明した実施形態の音響共鳴装置によれば、空間における低周波数の音を減衰させるとともに、特に、評価場所で奏する効果を高くすることができる。したがって、楽器やスピーカシステムに音響共鳴装置を構成すれば、音源から発せられる音の質の低下を抑制することができる。また、部屋や車室などの室空間に音響共鳴装置を構成すれば、例えば人物がいる場所などの特定の場所での騒音の発生を、効果的に抑制することができる。
【００５３】
［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）
以上説明した実施形態においては、共鳴体として、板・膜共鳴体１、音響管２、及びヘルムホルツ共鳴体３を用いていたが、これら各種類の共鳴体を適宜組み合わせて空間に設けるようにしてもよい。また、共鳴体の種類はこれらに限定されるものではなく、共鳴することによって音圧を低減させることのできる共鳴体であればよく、この共鳴体は、中空領域が開口部を介して空間に繋がるように設けられるとよい。また、共鳴体は、評価場所に最も近くある音圧の腹を制御対象として、その腹の場所において音圧を低減させるよう、その近傍に開口部が位置するように設けられることが好ましい。より好ましくは、評価場所に開口部が位置しているとよい。
【００５４】
上述した実施形態では、評価場所に位置する音圧の腹の場所を制御対象として、モードを抑制していた。これに対し、評価場所に音圧の腹が位置する固有振動姿態について、少なくともいずれかの音圧を低減させれば、モードが抑制される。よって、評価場所以外の音圧の腹の場所を制御対象として、モードを抑制しても、その他の場所に共鳴体を配置する場合に比べて、モードの抑制に係る効果は大きい。
【００５５】
（変形例２）
上述した実施形態において、固有振動姿態の音圧の腹となる場所の音圧を低減させるための共鳴体を設けていたが、その場所での媒質粒子の運動速度（つまり、粒子速度）を増大させるための共鳴体を設けるようにしてもよい。媒質粒子の運動速度は、より詳細には、媒質粒子が振動する速度である。
固有振動姿態の音圧の腹となる場所では、音圧が極大となっているのに対し、粒子速度については極小となっている。このような粒子速度が小さい場所でそれを増大させる作用を生じさせることによっても、固有振動姿態の態様に変化を生じさせることになり、空間全体の静粛性を高めることに寄与させることができる。この構成においても、本来、固有振動姿態の音圧の腹の出現により音圧が高くなっていた場所の媒質に共鳴による作用を生じさせることで、実施形態と同様の効果を奏するというわけである。
【００５６】
この変形例の共鳴体としては、例えば音響管を用いることができる。音響管の中空領域にあっては、閉口端での粒子速度が零となる境界条件に合致するように定在波が存在して、例えば１次の共鳴周波数（最低共鳴周波数）では、開口部での粒子速度が極大となる。よって、開口部の位置を、固有振動姿態において音圧の腹となる場所や、その近傍に配置すれば、その場所での粒子速度を増大させることができる。なお、音響管２を用いて粒子速度を増大させる場合は、流れ抵抗材２４を使用しない方が望ましい。流れ抵抗材２４を設けない場合の方が、共鳴によってより大きな粒子速度を発生させることができるからである。また、板・膜共鳴体１やヘルムホルツ共鳴体３を用いた場合であっても、板・膜共鳴体１の振動部１５や、ヘルムホルツ共鳴体３の開口部３３の位置で粒子速度を増大させることができる。
なお、粒子速度の増大に係る上記構成は一例に過ぎず、共鳴することにより粒子速度を増大させることのできる共鳴体を用いることができる。要するに、固有振動姿態において音圧の腹となる場所に粒子速度を増大させる作用を生じさせるように、共鳴体の配置態様を決めればよい。
【００５７】
（変形例３）
上述した実施形態では、空間において、一次元モードの音圧分布に着目して音響共鳴装置を構成していたが、二次元モード、及び三次元モードのどの方向の波の固有振動姿態に着目して、その音圧分布の腹となる場所の音圧を低減させるようにしてもよい。要するに、あらかじめ決められた評価場所に音圧の腹が位置する固有振動姿態について、少なくともいずれかの音圧の腹の場所におけるその固有周波数の音圧を、共鳴体が共鳴することにより低減させる構成であればよい。
【００５８】
ここで、図１８は、実施形態の空間Ｓをｚ軸方向に見たときの固有振動姿態を表す図である。図１８に示すように、例えば、ｎx＝１，ｎy＝１とした固有振動の「腹」及び「節」の位置は、図１８（ａ）のようになるし、ｎx＝２，ｎy＝１とした固有振動の「腹」及び「節」の位置は、図１８（ｂ）のようになる。このように、二次元モードの固有振動にあっては空間Ｓの隅部が腹となる。また、三次元モードであっても、式（１）の関係から理想的な空間の固有振動姿態は求まり、また、有限要素法を用いて腹の場所を特定することができる。また、不整形室など、その他の形状の空間であっても、ＦＥＭを用いた計算やマイクや音源などを用いた実測により固有振動姿態を求めて音圧の腹の場所を特定すれば、実施形態で説明したとおりの実施が可能である。
【００５９】
（変形例４）
上述した実施形態の［その他の態様２］では、電子ピアノである電子鍵盤楽器５０に音響共鳴装置を備えるようにしていたが、これ以外のタイプのピアノに音響共鳴装置を備えるようにしてもよい。
【００６０】
図１９は、この変形例のピアノ８０の外観を示す斜視図であり、図２０は、ピアノ８０を上側から見たとき（大屋根８５を除く。）の外観を示す平面図である。なお、ピアノフレームおよび弦などの図示を省略する。
ピアノ８０は、ここではアコースティックピアノであり、その筐体内の空間にはアクション機構（図示略）が配置されている。ピアノ８０において、棚板８１の上方には鍵盤８２が設けられている。鍵盤８２は、ピアノ８０の演奏者から見て左右方向に１方向に並べて配置された複数の鍵を有しており、各鍵を押し下げて演奏するようになっている。ピアノ８０の筐体内においては演奏者によって鍵が押下されると、ハンマアクション機構が作動し、ハンマが打弦する。ハンマによって打撃された弦は、その衝撃によって振動し、その振動が駒を介して響板８３へ伝えられる。そして、響板８３が振動することにより楽音が奏でられるようになっている。また、響板８３の上側には、大屋根８５が配置されており、演奏時には必要により開けた状態や閉めた状態にされる。
【００６１】
ピアノ８０においては、その筐体に大屋根８５に面している饗板８３と、側板８６と、大屋根８５が閉められた場合にはこの大屋根８５とからなる、ピアノ８０の筐体部に囲まれた空間Ｓ４が構成されている。空間Ｓ４において不要共振が生じると、空間Ｓ４を介して外部に伝播する演奏音の質が低減してしまうことがある。そこで、この空間Ｓ４のモードを抑制するための音響共鳴装置を構成してもよい。例えば、ピアノ８０においては、音源となる響板や大屋根８５を含む評価場所に含めておく。そして、共鳴体の設置にあっては、例えば図２０に示すように、ピアノ８０の筐体内の空間に共鳴体（ここでは、音響管２）を設けておき、上記空間Ｓ４に生成される固有振動姿態についてモードを抑制させるための配置を行う。
この構成において、ピアノ８０の筐体内の別の空間の固有振動姿態のモードを抑制するよう音響共鳴装置を構成してもよい。また、グランドピアノなどの他の種類のピアノに音響共鳴装置を構成してもよい。
【００６２】
（変形例５）
上述した実施形態の［その他の態様２］では、鍵楽器として電子ピアノの構成について説明したが、例えば、電子オルガンやポータブルキーボードなどの電子鍵盤楽器に、音響共鳴装置を備えてもよい。電子オルガンにあっては、幅方向（図１２のｘ軸方向に対応）の長さがおよそ１ｍであり、この方向に音圧が分布する固有振動姿態により、およそ１７０Ｈｚ，３４０Ｈｚ付近の不要共振が生じ得る。よって、この固有周波数の固有振動姿態を対象としてモードを抑制してもよい。
上述した実施形態の［その他の態様３］では、弦楽器としてギターの構成について説明したが、ギターに限らず、ヴァイオリンやチェロなどの弦楽器であってもよい。これ以外にも、マリンバや木琴などの木管楽器でもよいし、金管楽器に適用してもよい。要は、音源と、音源から発せられた音波が伝搬する筐体部とを有する楽器であって、不要共振の生じ得る空間を持つ楽器であれば、上記音響共鳴装置を適用可能である。
以上のように、楽器にあっては、音源（つまり、発音体）を含む場所を評価場所にすることが好適であり、この音源には、上述した実施形態のように、電子楽器のスピーカや、ピアノの響板のほか、ギターの弦やコマなどがある。また、電子楽器にあっては、スピーカのほか、楽音信号を発生する発信器を音源として、この音源を含む評価場所を定めてもよい。
【００６３】
（変形例６）
上述した第３実施形態において、ヘルムホルツ共鳴体３の管部３２は、その長さが自在に変えられる構成に変形されてもよい。図２１はこの態様の管部３２ａの構成の一例を示す図であり、図２１（ａ）は管部３２ａの伸張方向の断面図であり、図２１（ｂ）は管部３２ａを（ａ）の開口部３２３側から見た図である。
図２１に示すように、管部３２ａは、内管３２２及び外管３２１からなる。内管３２２は、管状の部材で、その外周面に雄螺子を構成する溝が設けられている。この内管３２２は、胴部３１に回り止めされた状態で固定されている。外管３２１は、内径が内管３２２のそれよりも大きい管状の部材であり、その内周面に雌螺子を構成する溝が設けられている。管部３２ａは、外管３２１に対して内管３２２がねじ込まれることによって構成されており、管部３２ａの全長、すなわち管部３２ａの長さＬは、内管３２２に対する外管３２１のねじ込み具合によって決まる。図２１（ｂ）に示すように、外管３２１の外周は六角柱状であり、ユーザはスパナ等の工具を用いてねじ込み具合を調整することにより、管部３２ａの長さＬを自在に変えることができる。上述したように、ヘルムホルツ共鳴体３の共鳴周波数は管部３２ａの長さによって決まるから、必要に応じて共鳴周波数を調整することができる。
なお、管部３２ａの長さを変えるために、内管３２２及び外管３２１が螺子部材を構成するようにしていたが、３つ以上の螺子部材から構成されていてもよいし、蛇腹状の管を用いてもよく、管部３２ａを伸縮可能にする種々の構成を用いることができる。また、外管３２１の外周は六角柱状でなくてもよいが、ユーザが管部３２ａの長さを調整しやすいように加工されていることが好ましい。
【００６４】
（変形例７）
また、変形例６の構成において、管部３２ａの長さの調整を自動化してもよい。この場合、管部３２ａの長さを調整する、例えばマイクと、周波数解析装置と、コントローラと、駆動装置かならなる自動調整機構を設ける。自動調整機構にあっては、マイクによって音を収音し、周波数解析装置がこの収音された音を表す信号を解析して、特に騒音が大きい周波数を特定する。コントローラは、特定された周波数に応じたヘルムホルツ共鳴体３の管部３２ａの長さを算出し、ソレノイド等からなる駆動装置に、その長さに応じた駆動信号を出力する。駆動装置は、駆動信号に応じてヘルムホルツ共鳴体３の管部３２ａの長さを調整し、特に騒音が大きい周波数の音圧を低減することができる。なお、管部３２ａを駆動をする際に、コントローラはフィードバック制御を行ってもよい。
また、上述の実施形態の伸縮に係る構成を利用するなどして、上述のヘルムホルツ共鳴体３の胴部３１の寸法を可変にしても良い。この場合、胴部３１内に形成された気体層の体積が変化し、共鳴周波数を可変にすることができる。また、音響管２についても、同様の構成によって伸張方向の長さを調整自在にしてもよい。
【００６５】
（変形例８）
上述の実施形態では、特定の固有周波数の固有振動姿態の音圧の腹となる場所の音圧を低減させる位置に共鳴体を配置し、その共鳴周波数もこの固有周波数での音圧の低減量が高くなるように設定していたが、それとは異なる周波数の音を減衰させるための共鳴周波数としてもよい。
例えば、［その他の態様４］の自動車７０の走行時には、タイヤが加振源（つまり、車室７４に振動を与える源）となって自動車７０に振動が生じ、その振動に起因する騒音が生じることがある。これにより、例えば、車室７４の固有周波数が１６７Ｈｚであっても、車室７４において音圧が最も高くなる周波数が例えば１５５Ｈｚとなり、それぞれが同じ制御対象の周波数帯域内にあっても若干異なることがある。この同じ制御対象の周波数帯域は、例えば１６０Ｈｚ帯域である。そこで、共鳴体の位置は上記各実施形態のように固有振動姿態に着目して選定し、共鳴周波数については、この加振により生じる音に応じて決めてもよい。つまり、特定の固有周波数と、外部から車室７４への加振により生じる音の周波数（以下、「加振周波数」という。）とが異なる場合に、固有周波数の音圧と振動とにより励振された音が発生することがある。そこで、この周波数の音圧を、共鳴体が共鳴することにより低減させてもよい。すなわち、車室７４の振動により励振されて音圧が高くなる周波数で音圧低減の効果を奏するよう、共鳴体の共鳴周波数を設定する。例えば、１６０Ｈｚ帯域の固有振動姿態の音圧の腹を制御対象として共鳴体を配置し、その共鳴体が１５５Ｈｚで共鳴するように設定するというわけである。なお、加振による振動の周波数と、固有周波数とは同一の所定周波数帯域に含まれることになるが、共鳴体が、両方の周波数の音圧を低減させ得るような所定周波数帯域であればよく、１６０Ｈｚ帯域に限定されない。
【００６６】
また、この構成において、自動車７０の走行時おいて、変形例８の構成を用いて加振により生じる音のピーク周波数に共鳴周波数を合わせるよう制御を行ってもよい。特に、自動車のように加振周波数が変動する場合（走行時）では、固有周波数は音場固有の一義的な特性だが、加振側の特性（加振周波数特性）が時々刻々変動するので、必ずしも、固有周波数の特性がそのまま出現しない。従って、共鳴周波数を加振周波数に合わせるように、コンピュータなどの制御装置が自動制御して、室内騒音を効果的に低減する。加振周波数は、速度、エンジン回転数、アクセル開度、ギア位置等のパラメータから算出すればよい。
また、自動車に限らず、空間を構成する面に与えられる振動により励振されて、その空間での音圧が高くなる周波数が存在することがあるから、この励振により音圧が高くなる周波数で音圧低減の効果を奏するよう、共鳴体の共鳴周波数を設定してもよい。
【００６７】
（変形例９）
また、共鳴体の共鳴周波数を固有周波数に設定しないで、共鳴体が設置される空間と、共鳴体が持つ筐体の空間との連成振動に係る相互作用により、その固有周波数の音圧を低減させるようにしてもよい。実施形態で説明した共鳴体そのもののほか、共鳴体が設けられる空間も一種の共鳴体とみなすことができるからである。これら相互関係から上記連成振動が生じ、共鳴体と空間（音場）間でエネルギーの授受が行われて、別の周波数帯域で音圧低減の効果が発現することがあるからである。
【００６８】
（変形例１０）
上述の実施形態では、板・膜共鳴体１の構成を、矩形状の筐体１０、筐体１０の開口部を塞ぐ振動部１５と、筐体１０内に形成される気体層１３とを備えるものであったが、筐体の形状は矩形状に限らず、円形状や多角形状であってよい。また、いずれの形状の筐体であっても、振動部１５に対して振動条件を変更するための集中質量を、振動部１５の中央部に設けることが望ましい。
ところで、板・膜共鳴体１は、先にも説明した通り、バネマス系と屈曲系で吸音メカニズムが形成されている。ここで、発明者らは、振動部１５の面密度を変えた際の共鳴周波数における吸音率の実験を行った。
【００６９】
図２２は、気体層１３の縦と横の大きさが１００ｍｍ×１００ｍｍで厚さが１０ｍｍの筐体１０に振動部１５（大きさが１００ｍｍ×１００ｍｍ、厚さ０．８５ｍｍ）を固着し、中央部（大きさが２０ｍｍ×２０ｍｍ、厚さ０．８５ｍｍ）の面密度を変化させた際の板・膜共鳴体１の垂直入射吸音率のシミュレート結果を示した図である。なお、シミュレート手法は、ＪＩＳ Ａ １４０５−２（音響管による吸音率及びインピーダンスの測定−第２部：伝達関数法）に従って、上記板・膜共鳴体１を配置した音響室の音場を有限要素法により求め、その伝達関数より吸音特性を算出した。具体的には、中央部の面密度を、（１）３９９．５[ｇ／ｍ2]、（２）７９９[ｇ／ｍ2]、（３）１１９９[ｇ／ｍ2]、（４）１５９８[ｇ／ｍ2]、（５）２２９７[ｇ／ｍ2]とし、周縁部材の面密度を７９９[ｇ／ｍ2]とし、振動部１５の平均密度を、（１）７８３[ｇ／ｍ2]、（２）７９９[ｇ／ｍ2]、（３）８１５[ｇ／ｍ2]、（４）８３１[ｇ／ｍ2]、（５）８６３[ｇ／ｍ2]とした場合のシミュレーション結果である。シミュレートの結果を見ると、３００〜５００[Ｈｚ]の間と、７００[Ｈｚ]付近において吸音率が高くなっている。
【００７０】
７００[Ｈｚ]付近で吸音率が高くなっているのは、振動部１５のマスと気体層１３のバネ成分によって形成されるバネマス系の共鳴によるものである。板・膜共鳴体１においては上記バネマス系の共鳴周波数での吸音率をピークとして音が吸収されており、中央部の面密度大きくしても、振動部１５全体のマスは大きく変わらないので、バネマス系の共鳴周波数も大きく変わらないことが分かる。また、３００〜５００[Ｈｚ]の間で吸音率が高くなっているのは、振動部１５の屈曲振動によって形成される屈曲系の共鳴によるものである。板・膜共鳴体１においては、屈曲系の共鳴周波数での吸音率が低音域側のピークとして表れており、中央部の面密度を大きくしていくと屈曲系の共鳴周波数だけが低くなっていることが分かる。一般に、屈曲系の共鳴周波数は、振動部１５の弾性振動を支配する運動方程式で決定され、振動部１５の密度（面密度）に反比例する。また、共鳴周波数は、固有振動の腹（振幅が極大値となる場合）の密度により大きく影響される。このため、上記シミュレーションでは、１×１の固有モードの腹となる領域を中央部で異なる面密度に形成したので、屈曲系の共鳴周波数が変化したものである。
【００７１】
このように、シミュレーション結果は、中央部の面密度を周縁部の面密度より大きくすると、吸音のピークとなる周波数のうち、低音域側の吸音率のピークがさらに低音域側へ移動することを表している。従って、中央部の面密度を変更することにより吸音のピークとなる周波数の一部をさらに低音域側または高音域側に移動させることができることを表している。上述した板・膜共鳴体１においては、中央部の面密度を変えるだけで、吸音される音のピークの周波数を変えることができるため、振動部１５を板・膜共鳴体１全体と同じ素材で板状に形成し、板・膜共鳴体１全体の質量を重くして吸音する音を変更する場合と比較して、板・膜共鳴体１全体の質量を大きく変えることなく吸音が発現する周波数を低くすることができる。
さらに、板・膜共鳴体１の気体層１３内には、多孔質吸音材（例えば、発泡樹脂、フェルト、ポリエステルウール等の綿状繊維）を充填することにより、共鳴特性を変化させてもよい。このようにすれば、固有振動姿態の変更や発生騒音の変更により車室内の騒音特性が変化することにも対応できる。
【００７２】
（変形例１１）
上述した実施形態において、複数の共鳴体を設ける場合に、それぞれ共鳴周波数が異なっていてもよい。これにより、音圧が低減される周波数の範囲を広げることができるし、場所に応じた最適な周波数の音を減衰させることができる。つまり、共鳴体を１又は複数単位でグルーピングし、各グループによって共鳴の共鳴周波数がそれぞれ異なるようにしてもよい。また、音響管２やヘルムホルツ共鳴体３についても同様にしてもよい。
また、上述した実施形態では、音響管２の管状部材２１の一方の端部が開口部２３となり、他方の端部が閉口部２２となる、いわゆる閉管であったが、例えば、各管状部材２１の両端部が開かれた管（いわゆる開管）で構成してもよいし、これら閉管と開管とを混合して配置してもよい。
【００７３】
（変形例１２）
上述の実施形態の［その他の態様４］では、乗り物として自動車７０に音響共鳴装置を設けていたが、他の種類の乗り物に設けてもよい。例えば電車や船舶、航空機、宇宙ステーションなどの乗り物の室空間であってもよい。このように、乗り物は、例えば、乗車者を乗せて移動する輸送機器がある。これ以外にも、遊園地の遊具である観覧車などの乗車者の輸送を目的としたものではない乗り物であってもよい。人物の居室として使用される室空間に限らず、それとは別に設けられる機械室や荷物室などの室空間に音響共鳴装置を構成してもよい。
【００７４】
また、乗り物においては、乗車者の座席が設けられる乗車領域を評価場所としてもよいし、それ以外の場所を評価場所としてもよい。例えば、乗車者である人物が着席したときに耳が位置するべき領域のほか、乗り物のエンジンルームにおいて、機器が配置される場所で壊れやすい場所や、遮音が難しい場所を評価場所に含めてもよい。
また、乗り物以外では、スピーカシステムにおいて、スピーカユニットの位置に限らず、スピーカを駆動させる回路を含む評価場所としてもよいし、空間において録音マイクが配置される場所を評価場所に含めてもよい。また、音響加振による経時劣化や破損を防ぐ目的で、種々の機器や回路部分を評価場所にしてもよい。つまり、空間において音圧を低減させたい任意の場所を評価場所に含めることができる。
【００７５】
（変形例１３）
共鳴体が共鳴することによって音圧が低減する場所や、粒子速度が増大する場所はその開口部の位置によって定まる。よって、共鳴体のそれ以外の部位はどこに設けられていてもよい。
また、本発明の空間は、面によって囲まれて構成され、外部の空間と遮断される空間に限らず、その空間の固有振動姿態が存在する空間であれば、外部の空間と通じている空間であってよい。例えば、一部が開口している面であっても、その開口部を一定の吸音率を持つ面とみなして、本発明の音響共鳴装置を適用することができる。
また、共鳴体は、壁部に設けられる構成に限らず、キャスタ等の移動手段を有する平板状のパネルに取り付けられてもよいし、室空間の照明器具など、空間に置かれる物品に設けてもよい。このように、実施形態と同等の効果を奏するのであれば、設置場所や設置方法についても問わない。
【符号の説明】
【００７６】
１…板・膜共鳴体、１０…筐体、１５…振動部、２…音響管、２１…管状部材、２２…閉口部、２３…開口部、３…ヘルムホルツ共鳴体、３１…胴部、３２…管部、４０…スピーカシステム、４１…スピーカエンクロージャ、４２，４３…スピーカユニット、５０…電子鍵盤楽器、５１…筐体部、５２…鍵盤、５５…メインスピーカ、６０…ギター、６１…胴部、６１Ａ…表板、６１Ｂ…裏板、６１Ｃ…側板、６４…サウンドホール、７０…自動車、８０…ピアノ、８３…響板、８５…大屋根。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部と、前記開口部に通じる中空領域とを有している共鳴体であって、面に囲まれて構成される空間において決められた評価場所に応じて、前記開口部の位置が定められ、当該開口部を介して前記中空領域が前記空間に繋がるように設けられた共鳴体
を備え、
前記空間の特定の固有周波数の固有振動姿態であって前記評価場所に音圧の腹が位置する固有振動姿態について、少なくともいずれかの音圧の腹の場所における前記固有周波数の音圧を、前記共鳴体が共鳴することにより低減させる
ことを特徴とする音響共鳴装置。
【請求項２】
前記共鳴体は、
前記評価場所に位置する前記音圧の腹の場所の音圧を低減させるように、前記開口部の位置が定められている
ことを特徴とする請求項１に記載の音響共鳴装置。
【請求項３】
開口部と、前記開口部に通じる中空領域とを有している共鳴体であって、面に囲まれて構成される空間において決められた評価場所に応じて、前記開口部の位置が定められ、当該開口部を介して前記中空領域が前記空間に繋がるように設けられた共鳴体
を備え、
前記空間の特定の固有周波数の固有振動姿態であって前記評価場所に音圧の腹が位置する固有振動姿態について、少なくともいずれかの音圧の腹の場所における前記固有周波数の媒質粒子の運動速度を、前記共鳴体が共鳴することにより増大させる
ことを特徴とする音響共鳴装置。
【請求項４】
前記共鳴体は、
前記評価場所に位置する前記音圧の腹の場所の媒質粒子の運動速度を増大させるように、前記開口部の位置が定められている
ことを特徴とする請求項３に記載の音響共鳴装置。
【請求項５】
前記固有周波数と、前記面に与えられる振動の周波数とは互いに異なる周波数であり、
前記共鳴体は、前記いずれかの音圧の腹の場所における音圧であって前記固有周波数の音圧と前記振動とにより励振された周波数の音圧を、前記共鳴により低減させる
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の音響共鳴装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の音響共鳴装置を備えるスピーカエンクロージャであって、
前記面は、前記スピーカエンクロージャの内側の面であってスピーカユニットの周囲に構成される面である
ことを特徴とするスピーカエンクロージャ。
【請求項７】
請求項１ないし５のいずれかに記載の音響共鳴装置と、
音源と、
前記音源により発せられた音が前記空間である内部空間を伝搬する筐体部と
を備え、
前記面は、前記内部空間を構成する前記筐体部の内側の壁面であることを特徴とする楽器。
【請求項８】
請求項１ないし５のいずれかに記載の音響共鳴装置を備える乗り物であって、
前記面は、前記空間として当該乗り物の室空間を構成する壁面である
ことを特徴とする乗り物。
【請求項１】
開口部と、前記開口部に通じる中空領域とを有している共鳴体であって、面に囲まれて構成される空間において決められた評価場所に応じて、前記開口部の位置が定められ、当該開口部を介して前記中空領域が前記空間に繋がるように設けられた共鳴体
を備え、
前記空間の特定の固有周波数の固有振動姿態であって前記評価場所に音圧の腹が位置する固有振動姿態について、少なくともいずれかの音圧の腹の場所における前記固有周波数の音圧を、前記共鳴体が共鳴することにより低減させる
ことを特徴とする音響共鳴装置。
【請求項２】
前記共鳴体は、
前記評価場所に位置する前記音圧の腹の場所の音圧を低減させるように、前記開口部の位置が定められている
ことを特徴とする請求項１に記載の音響共鳴装置。
【請求項３】
開口部と、前記開口部に通じる中空領域とを有している共鳴体であって、面に囲まれて構成される空間において決められた評価場所に応じて、前記開口部の位置が定められ、当該開口部を介して前記中空領域が前記空間に繋がるように設けられた共鳴体
を備え、
前記空間の特定の固有周波数の固有振動姿態であって前記評価場所に音圧の腹が位置する固有振動姿態について、少なくともいずれかの音圧の腹の場所における前記固有周波数の媒質粒子の運動速度を、前記共鳴体が共鳴することにより増大させる
ことを特徴とする音響共鳴装置。
【請求項４】
前記共鳴体は、
前記評価場所に位置する前記音圧の腹の場所の媒質粒子の運動速度を増大させるように、前記開口部の位置が定められている
ことを特徴とする請求項３に記載の音響共鳴装置。
【請求項５】
前記固有周波数と、前記面に与えられる振動の周波数とは互いに異なる周波数であり、
前記共鳴体は、前記いずれかの音圧の腹の場所における音圧であって前記固有周波数の音圧と前記振動とにより励振された周波数の音圧を、前記共鳴により低減させる
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の音響共鳴装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の音響共鳴装置を備えるスピーカエンクロージャであって、
前記面は、前記スピーカエンクロージャの内側の面であってスピーカユニットの周囲に構成される面である
ことを特徴とするスピーカエンクロージャ。
【請求項７】
請求項１ないし５のいずれかに記載の音響共鳴装置と、
音源と、
前記音源により発せられた音が前記空間である内部空間を伝搬する筐体部と
を備え、
前記面は、前記内部空間を構成する前記筐体部の内側の壁面であることを特徴とする楽器。
【請求項８】
請求項１ないし５のいずれかに記載の音響共鳴装置を備える乗り物であって、
前記面は、前記空間として当該乗り物の室空間を構成する壁面である
ことを特徴とする乗り物。
【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１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【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１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２０１１−５９２０８（Ｐ２０１１−５９２０８Ａ）
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０６４９７（Ｐ２００９−２０６４９７）
【出願日】平成２１年９月７日（２００９．９．７）
【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３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月７日（２００９．９．７）
【出願人】（０００００４０７５）ヤマハ株式会社 (5,930)
【Ｆターム（参考）】
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