特開 2022-180196 吸音部材

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022180196

(43)【公開日】2022-12-06

(54)【発明の名称】吸音部材

(51)【国際特許分類】

   G10K 11/16 20060101AFI20221129BHJP

   G10K 11/172 20060101ALI20221129BHJP

   E01F 8/00 20060101ALI20221129BHJP

   E04B 1/86 20060101ALI20221129BHJP

【ＦＩ】

G10K11/16 110

G10K11/172

E01F8/00

E04B1/86 X

E04B1/86 M

E04B1/86 Q

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021087159

(22)【出願日】2021-05-24

(71)【出願人】

【識別番号】517182918

【氏名又は名称】ピクシーダストテクノロジーズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002815

【氏名又は名称】ＩＰＴｅｃｈ弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】田中 豊

【テーマコード（参考）】

2D001

2E001

5D061

【Ｆターム（参考）】

2D001AA01

2D001BA01

2D001BB01

2D001CA01

2D001CB01

2D001CC01

2E001DF04

2E001FA03

2E001FA30

2E001GA42

2E001HB01

2E001HD11

2E001HE01

5D061AA04

5D061AA06

5D061AA11

5D061AA12

5D061AA16

5D061AA23

5D061AA25

5D061CC04

(57)【要約】

【課題】 穿孔板の孔を介して通気可能な空洞を用いた吸音部材の吸音性能を向上させる
【解決手段】 吸音部材は、複数の貫通孔を有する穿孔板３０１と、穿孔板３０１の面に略平行な面を有し、穿孔板３０１に対する位置が固定された補強板３０２とを有する。さらに吸音部材は、穿孔板３０１の面に対して補強板３０２とは逆側に位置する空洞部であって、穿孔板３０１に存在する複数の貫通孔を介して空洞部の内部と外部との間で通気可能な空洞部を有する。
【選択図】 図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の貫通孔を有する穿孔板と、
前記穿孔板の面に略平行な面を有する板状部材であって、前記穿孔板に対する位置が固定された前記板状部材と、
前記穿孔板の面に対して前記板状部材とは逆側に位置する空洞部であって、前記穿孔板に存在する複数の貫通孔を介して前記空洞部の内部と外部との間で通気可能な前記空洞部と、
を有する吸音部材。

【請求項2】

前記空洞部は、第１空洞部と第２空洞部とを有し、
前記穿孔板の面の第１領域に存在する複数の貫通孔を介して前記第１空洞部の内部と外部との間で通気可能であり、
前記穿孔板の面の前記第１領域と隣り合う第２領域に存在する複数の貫通孔を介して前記第２空洞部の内部と外部との間で通気可能である、
請求項１に記載の吸音部材。

【請求項3】

前記第１空洞部と前記第２空洞部とは、互いに共振特性が異なる共振器として機能する、請求項２に記載の吸音部材。

【請求項4】

前記穿孔板の面の前記第１領域に存在する貫通孔の数及び孔径の少なくとも何れかは、前記穿孔板の面の前記第２領域に存在する貫通孔の数及び孔径と異なる、請求項２又は請求項３に記載の吸音部材。

【請求項5】

前記第１空洞部と前記第２空洞部とは、前記穿孔板の面の法線方向と非平行に延在する部分を有する、請求項２から請求項４の何れか１項に記載の吸音部材。

【請求項6】

前記板状部材は、前記穿孔板の面に垂直な方向に通気可能である、請求項１から請求項５の何れか１項に記載の吸音部材。

【請求項7】

前記板状部材は前記穿孔板に接するように固定されている、請求項１から請求項６の何れか１項に記載の吸音部材。

【請求項8】

前記板状部材は、前記板状部材と前記穿孔板との間に間隙が存在するように固定されている、請求項１から請求項６の何れか１項に記載の吸音部材。

【請求項9】

前記穿孔板の板厚は前記複数の貫通孔の孔径より小さい、請求項１から請求項８の何れか１項に記載の吸音部材。

【請求項10】

前記板状部材の板厚は前記穿孔板の板厚より大きい、請求項１から請求項９の何れか１項に記載の吸音部材。

【請求項11】

前記板状部材は、多孔質材、パンチングメタル、又はエキスパンドメタルである、請求項１から請求項１０の何れか１項に記載の吸音部材。

【請求項12】

前記複数の貫通孔の孔径は２ｍｍ以下である、請求項１から請求項１１の何れか１項に記載の吸音部材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、吸音により音を低減させる技術に関する。

【背景技術】

【0002】

鉄道、高速道路、工事現場などにおいて発生する騒音を抑制することは、重要な社会課題の１つである。特許文献１には、道路や線路上を走行する車両による騒音を抑制するために、吸音材を用いた防音パネルを騒音源の脇に設置することが開示されている。一方、特に低周波数帯の騒音について、より効果的に消音することが求められている。

【0003】

非特許文献１には、１８０度方向に２度折り返したＳ字形の空洞を有する導波管と多数の孔を有する穿孔板とを組み合わせた吸音構造体において、導波管と穿孔板の幾何学パラメータを調整することで、低周波を含む広帯域での吸音特性を向上させることが開示されている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１７－１１５５７２号公報

【非特許文献1】Wu, F., Xiao, Y., Yu, Di., Zhao, H., Wang, Y., & Wen, J. (2019). Low-frequency sound absorption of hybrid absorber based on micro-perforated panel and coiled-up channels. Applied Physics Letters, 114(15). https://doi.org/10.1063/1.5090355

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

非特許文献１に記載の吸音構造体のように、穿孔板の孔を介して通気可能な空洞を用いた吸音部材において、穿孔板の設計上又は製造上の制限により吸音性能が低下する場合が考えられる。例えば、穿孔板が薄いと強度が不足する一方、穿孔板が厚いと小さい孔を形成するのが難しいため、所望の吸音性能を実現するために必要な小ささの孔を穿孔板に設けるのが難しい場合がある。

【0006】

本開示の技術は、穿孔板の孔を介して通気可能な空洞を用いた吸音部材の吸音性能を向上させることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一態様に係る吸音部材は、複数の貫通孔を有する穿孔板と、前記穿孔板の面に略平行な面を有する板状部材であって、前記穿孔板に対する位置が固定された板状部材と、前記穿孔板の面に対して前記板状部材とは逆側に位置する空洞部であって、前記複数の貫通孔を介して前記空洞部の内部と外部との間で通気可能な空洞部と、を有する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】吸音ユニットの概観を示す斜視図である。

【図2】吸音ユニットの構造を示す断面図である。

【図3】穿孔板と補強版の構成例を示す図である。

【図4】穿孔板と補強版の構成例を示す図である。

【図5】穿孔板と補強版の構成例を示す図である。

【図6】吸音ユニットの機能を説明する図である。

【図7】吸音ユニットの使用方法を示す図である。

【図8】設計装置の構成例を示す図である。

【図9】設計装置による吸音ユニットの設計処理を示す図である。

【図10】吸音ユニットの変形例の概観を示す斜視図である。

【図11】吸音ユニットの変形例の構造を示す断面図である。

【図12】補強版の固定方法の変形例を示す斜視図である。

【図13】補強版の固定方法の変形例を示す側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の実施形態の例について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための図面において、同一の構成要素には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

【0010】

（１）吸音ユニットの構成
（１－１）吸音ユニットの基本構成
吸音ユニット１０の構成について説明する。吸音ユニット１０は、吸音ユニット１０に向かって進む音波のエネルギーを他のエネルギーに転換して反射音及び透過音の音圧を低減する吸音効果を有する、特定の吸音構造を備える部材である。図１は、実施形態に係る吸音ユニットの概観を示す斜視図である。図２は、実施形態に係る吸音ユニットの構造を示す断面図である。

【0011】

以下の説明において、「Ｄ方向」は、吸音ユニット１０の厚み方向である。吸音ユニット１０は、主にＤ方向に進む音波を吸音する。「Ｈ方向」は、Ｄ方向と垂直な方向であり、吸音ユニット１０の高さ方向である。吸音ユニット１０は、Ｈ方向に延在する空洞（以下「導波管」という。）を複数有し、各導波管は穿孔板と組み合わされることで共振器として機能する。「Ｗ方向」は、「Ｄ方向」および「Ｈ方向」に直交する方向であり、吸音ユニット１０の幅方向である。

【0012】

図１に示すように、吸音ユニット１０は、導波管１１、導波管１２、及び導波管１３の３つの導波管と、穿孔板１１ａ、穿孔板１２ａ、及び穿孔板１３ａの３つの穿孔板を備える。導波管１１、導波管１２、及び導波管１３は、それぞれ吸音ユニット１０の高さ方向（Ｈ方向）に延在し、吸音ユニット１０の厚み方向（Ｄ方向）に積層されている。図２に示すように、導波管１１は、側壁１１ｂと、側壁１２ｂと、閉口端１１ｃとにより構成され、導波管１１における閉口端１１ｃと逆の端部には、穿孔板１１ａが設けられる。導波管１２は、側壁１２ｂと、側壁１３ｂと、閉口端１２ｃとにより構成され、導波管１２における閉口端１２ｃと逆の端部には、穿孔板１２ａが設けられる。導波管１３は、側壁１３ｂと、側壁１４ｂと、閉口端１３ｃとにより構成され、導波管１３における閉口端１３ｃと逆の端部には、穿孔板１３ａが設けられる。

【0013】

導波管１１と導波管１２とは側壁１２ｂを介して隣接しており、導波管１２と導波管１３とは側壁１３ｂを介して隣接している。すなわち、側壁１２ｂと側壁１３ｂは、吸音ユニット１０の内部を複数の導波管に分割する。導波管１１、導波管１２、及び導波管１３はそれぞれ、ＨＤ断面における輪郭が略台形（言い換えるとＩ字型）である。

【0014】

穿孔板１１ａ、穿孔板１２ａ、及び穿孔板１３ａは、ＨＤ断面における形状が直線状であり、ＨＤ断面においてこれらの穿孔板の表面（貫通孔が存在する面）とＤ方向とがなす角は０度より大きく９０度より小さい。したがって、導波管１１、導波管１２、及び導波管１３は、それぞれ穿孔板１１ａ、穿孔板１２ａ、及び穿孔板１３ａから各穿孔板の法線方向と非平行に延在する。

【0015】

なお、吸音ユニット１０は、全体が一体となって構成されていてもよいし、複数の部材を組み合わせることで構成されていてもよい。例えば、導波管と穿孔板とを有する共振器を複数組み合わせることで吸音ユニット１０が構成されてもよいし、穿孔板部材と導波管部材とを組み合わせることで吸音ユニット１０が構成されてもよい。また、穿孔板と導波管とが一体となって構成されていてもよい。すなわち、吸音ユニット１０は、複数の貫通孔を有する穿孔面と、それぞれ穿孔面の異なる領域に接する複数の導波管とを有していればよい。各導波管の内部と外部との間は、穿孔面の当該導波管に接する領域に存在する複数の貫通孔を介して通気可能である。

【0016】

穿孔板１１ａ、穿孔板１２ａ、及び穿孔板１３ａに入射する音波は、それぞれ導波管１１、導波管１２、及び導波管１３の内部に伝達し、閉口端１１ｃ、閉口端１２ｃ及び閉口端１３ｃで反射する。穿孔板１１ａ、穿孔板１２ａ、及び穿孔板１３ａは、それぞれが音響インピーダンスの整合部材として機能し、導波管１１、導波管１２、及び導波管１３は、互いに共振特性が異なる共振器として機能する。そのため、吸音ユニット１０によれば、単一の導波管を有する吸音材と比較して、広い周波数帯域において吸音効果を得ることができる。本実施形態における吸音ユニット１０の吸音特性は、例えば、周波数ごとの吸音率、又は音響インピーダンスにより表される。なお、各導波管が吸音する音波の周波数帯域が互いに重ならないように吸音ユニット１０が設計されていてもよいし、各導波管が吸音する音波の周波数帯域の一部が重なるように吸音ユニット１０が設計されていてもよい。

【0017】

導波管１１の長さＬ１１は、閉口端１１ｃの中心から穿孔板１１ａの中心までの距離で表される。導波管１２の長さＬ１２は、閉口端１２ｃの中心から穿孔板１２ａの中心までの距離で表される。導波管１３の長さＬ１３は、閉口端１３ｃの中心から穿孔板１３ａの中心までの距離で表される。導波管１２の長さは導波管１１の長さより長く、導波管１３の長さは導波管１２の長さより長い。このように各導波管の長さを異ならせることで、各導波管の共振特性を異ならせることができる。また、各導波管のＤ方向の厚みは、当該導波管のＨ方向の長さよりも短い。このような構成により、導波管のＨ方向の長さを長くすることで低周波数帯域の吸音率を向上させつつ、吸音ユニット１０のＤ方向の厚みを薄くすることができる。

【0018】

（１－２）穿孔板の構成
穿孔板の構成について説明する。穿孔板１１ａ、穿孔板１２ａ、及び穿孔板１３ａは、それぞれ複数の貫通孔を有する板状部材である。なお、穿孔板１１ａ、穿孔板１２ａ、及び穿孔板１３ａは、別個の部材であってもよいし、１枚の穿孔板部材におけるそれぞれ異なる領域であってもよい。穿孔板１１ａ、穿孔板１２ａ、及び穿孔板１３ａを一体として構成することで、穿孔板の製造工程を簡易にすることができ、製造コストを低減できる。穿孔板は、例えば、樹脂、金属、シリコン、ゴム、ポリマー、及び不織布の少なくとも１つを素材として含み得る。

【0019】

各導波管の共振特性は、当該導波管の形状と、当該導波管に組み合わされる穿孔板の形状パラメータ（以下「孔パラメータ」という）に依存する。孔パラメータには、例えば、以下が含まれる。
・穿孔板の面積（孔が形成される表面の面積）
・穿孔板の厚さ（表面に直交する方向の寸法）
・孔の大きさ（例えば孔が円形である場合の直径）
・穿孔板の表面に占める孔の面積の割合（以下「孔の占有率」という）
・孔の形状
・孔の数
・孔どうしの間隔

【0020】

穿孔板の孔パラメータを変更することで、吸音ユニット１０の音響インピーダンスを調整することができる。また、穿孔板は、熱粘性抵抗によってＱ値を低くする効果もある。具体的なパラメータ例として、例えば、吸音ユニット１０のＨ方向、Ｄ方向及びＷ方向の長さがそれぞれ３ｃｍ～１０ｃｍであり、穿孔板の厚さが０．５ｍｍ～３ｍｍである場合に、穿孔板に存在する孔の径を０．３ｍｍ～２ｍｍに設定する。そして、穿孔板における孔の数などその他のパラメータを適切に設定することで、人の会話に含まれる音の主成分である４００Ｈｚ～１５００Ｈｚの音を効率的に吸音する（音圧を低減する）ことができる。この場合、吸音ユニット１０による４００Ｈｚ以上１５００Ｈｚ以下の音の平均吸音率は、吸音ユニット１０による他の周波数帯（４００Ｈｚより低い周波数帯及び１５００Ｈｚより高い周波数帯）の音の平均吸音率よりも高くなる。また、導波管の形状及び孔パラメータの少なくとも何れかを調整することで、吸音ユニット１０の吸音特性を変化させることができる。例えば、１０００Ｈｚ以上４０００Ｈｚ以下の音の平均吸音率が、その他の周波数帯の音の平均吸音率よりも高くなるように、吸音ユニット１０を設計することもできる。また例えば、もできるし、２００Ｈｚ以上２５００Ｈｚ以下の音を効率的に吸音するように吸音ユニット１０を設計することもできる。

【0021】

吸音ユニット１０が有する複数の穿孔板の孔パラメータは互いに異なっていてもよい。例えば、穿孔板１１ａの孔パラメータは導波管１１に要求される吸音特性に応じて最適化されてもよい。穿孔板１２ａの孔パラメータは導波管１２に要求される吸音特性に応じて最適化されてもよい。穿孔板１３ａの孔パラメータは導波管１３に要求される吸音特性に応じて最適化されてもよい。これにより、吸音ユニット１０は、広い周波数帯域において高い吸音率を達成できる。ただしこれに限らず、吸音ユニット１０が有する複数の穿孔板の孔パラメータは共通であってもよい。これにより、穿孔板の仕様を標準化できるため、穿孔板の製造コストを低減することができる。

【0022】

（１－３）補強板の構成
本実施形態において、吸音ユニット１０の穿孔板には、穿孔板を補強する板状の部材である補強板が固定される。以下では、穿孔板と補強板の構成例を説明する。なお、以下の構成例の説明においては、穿孔板１１ａ、穿孔板１２ａ、及び穿孔板１３ａが、１枚の穿孔板３０１として構成されるものとする。ただし、以下で説明する構成例における穿孔板が、複数の穿孔板に分かれていてもよい。以下の説明において、「Ｘ方向」は穿孔板の横方向であり、「Ｙ方向」は穿孔板の縦方向であり、「Ｚ方向」は穿孔板の法線方向（すなわち厚み方向）である。

【0023】

（１－３―１）補強板の第１構成例
補強板の第１構成例について説明する。図３（ａ）は、吸音ユニット１０が有する穿孔板３０１をＺ方向から見た様子を表す図である。図３（ｂ）は、穿孔板３０１に固定された補強板３０２をＺ方向から見た様子を表す図である。図３（ｃ）は、図３（ｂ）に示すＡＡ断面における穿孔板３０１及び補強板３０２の断面図である。図３（ｄ）は、図３（ｃ）に示す穿孔板３０１及び補強板３０２の一部分である領域３１０の拡大図である。穿孔板３０１を備える吸音ユニット１０においては、穿孔板３０１の－Ｚ方向側に導波管が配置される。

【0024】

図３（ａ）から図３（ｄ）に示すように、補強板３０２は、穿孔板３０１の面に略平行な面を有し、穿孔板３０１の外面（Ｚ方向側の面）に接するように貼り付けられて固定される。補強板３０２は多孔質材であり、例えば、金属、樹脂、若しくはセラミックなどの素材で構成された焼結板、又は、アルミ、ポリエステル、又はポリプロピレンなどの素材で構成された不織布、又は、グラスウールである。補強板３０２には多数の微細孔が存在するため、空気がＺ方向に補強板３０２を通過可能である。そして、穿孔板３０１にも多数の貫通孔が存在するため、吸音ユニット１０の導波管の内部と、吸音ユニット１０の外側（補強板３０２に対してＺ方向側の空間）とは通気可能である。なお、補強板３０２が有する微細孔の大きさは、穿孔板３０１が有する貫通孔の大きさより小さい。

【0025】

このような構成によれば、穿孔板３０１及び補強板３０２に通気性を持たせることで吸音ユニット１０の吸音性能を維持しつつ、穿孔板３０１の外面に補強板３０２を貼り付けることで吸音ユニット１０の強度を向上させることができる。例えば、吸音ユニット１０を屋外に設置して使用する場合に、飛び石などの物体が穿孔板３０１に衝突して穿孔板３０１が損傷する虞を低減することができる。また、穿孔板３０１に要求される強度の基準が低くなるため、穿孔板３０１を薄くすることができる。そのため、穿孔板３０１の製造過程において径の小さい貫通孔を形成しやすくなり、穿孔板３０１の孔パラメータの設計自由度が向上するとともに、穿孔板３０１の製造コストを低減することができる。例えば、設計上又は製造上の制限により、穿孔板３０１の板厚を複数の貫通孔の孔径より小さくしなければならない場合があり得る。このような場合であっても、吸音ユニット１０の強度を十分に保ちつつ、穿孔板３０１の貫通孔の径を２ｍｍ以下にしたり０．３ｍｍ以下にしたりできる。なお、補強板３０２の板厚を穿孔板３０１の板厚より大きくすることで、より強度を向上させることができる。

【0026】

また、補強板３０２自体が多孔質材であることにより吸音性能を有するため、穿孔板３０１に多孔質材を貼り付けることで、吸音ユニット１０の吸音性能をさらに向上させることができる。なお、本構成例では穿孔板３０１に多孔質の補強板３０２を貼り付けるものとしたが、これに限らず、吸音ユニット１０の穿孔板３０１を補強板３０２に置き換えてもよい。すなわち、吸音ユニット１０の導波管の内部と外部との間が、穿孔板３０１を介さずに補強板３０２を介して通気可能であってもよい。このような構成によれば、吸音ユニット１０の構成の複雑性が低下するため、吸音ユニット１０の製造コストを低減することができる。

【0027】

なお、穿孔板３０１の部分ごとに、その部分に貼り付けられる補強板３０２の素材、厚み、及び密度の少なくとも何れかが異なっていてもよい。例えば、穿孔板３０１のある領域における孔パラメータに応じて、その領域に貼り付けられる補強板３０２の構成が決まってもよい。また、補強板３０２はＺ方向から見て穿孔板３０１の全面を覆っていてもよいし、穿孔板３０１の一部分を覆っていてもよい。

【0028】

（１－３―２）補強板の第２構成例
補強板の第２構成例について説明する。図４（ａ）は、穿孔板３０１に固定された補強板４０２をＺ方向から見た様子を表す図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）に示すＡＡ断面における穿孔板３０１及び補強板４０２の断面図である。図４（ｃ）は、図４（ｂ）に示す穿孔板３０１及び補強板４０２の一部分である領域４１０の拡大図である。穿孔板３０１を備える吸音ユニット１０においては、穿孔板３０１の－Ｚ方向側に導波管が配置される。

【0029】

図４（ａ）から図４（ｃ）に示すように、補強板４０２は、穿孔板３０１の面に略平行な面を有し、穿孔板３０１の外面（Ｚ方向側の面）に接するように貼り付けられて固定される。補強板４０２は、穿孔板３０１の貫通孔よりも孔径が大きい複数の孔４２０を有する板状部材であり、例えば、金属で構成されたパンチングメタル、又は樹脂で構成されたパンチング板である。補強板４０２には複数の孔４２０が存在するため、空気がＺ方向に補強板４０２を通過可能である。そして、穿孔板３０１にも多数の貫通孔が存在するため、吸音ユニット１０の導波管の内部と、吸音ユニット１０の外側（補強板４０２に対してＺ方向側の空間）とは通気可能である。

【0030】

このような構成によれば、穿孔板３０１及び補強板４０２に通気性を持たせることで吸音ユニット１０の吸音性能を維持しつつ、穿孔板３０１の外面に補強板４０２を貼り付けることで吸音ユニット１０の強度を向上させることができる。また、穿孔板３０１に要求される強度の基準が低くなるため、穿孔板３０１を薄くすることができ、穿孔板３０１の孔パラメータの設計自由度が向上するとともに、穿孔板３０１の製造コストを低減することができる。なお、補強板４０２の板厚を穿孔板３０１の板厚より大きくすることで、より強度を向上させることができる。

【0031】

なお、本構成例では穿孔板３０１に補強板４０２を貼り付けるものとしたが、これに限らず、吸音ユニット１０の穿孔板３０１を補強板４０２に置き換えてもよい。すなわち、吸音ユニット１０の導波管の内部と外部との間が、穿孔板３０１を介さずに補強板４０２を介して通気可能であってもよい。このような構成によれば、吸音ユニット１０の構成の複雑性が低下するため、吸音ユニット１０の製造コストを低減することができる。

【0032】

なお、穿孔板３０１の部分ごとに、その部分に貼り付けられる補強板４０２の素材、厚み、孔４２０の大きさ、及び孔４２０の形状の少なくとも何れかが異なっていてもよい。例えば、穿孔板３０１のある領域における孔パラメータに応じて、その領域に貼り付けられる補強板４０２の構成が決まってもよい。また、補強板４０２はＺ方向から見て穿孔板３０１の全面を覆っていてもよいし、穿孔板３０１の一部分を覆っていてもよい。

【0033】

（１－３―３）補強板の第３構成例
補強板の第３構成例について説明する。図５（ａ）は、穿孔板３０１に固定された補強板５０２をＺ方向から見た様子を表す図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）に示すＡＡ断面における穿孔板３０１及び補強板５０２の断面図である。図５（ｃ）は、図５（ｂ）に示す穿孔板３０１及び補強板５０２の一部分である領域５１０の拡大図である。穿孔板３０１を備える吸音ユニット１０においては、穿孔板３０１の－Ｚ方向側に導波管が配置される。

【0034】

図５（ａ）から図５（ｃ）に示すように、補強板５０２は、穿孔板３０１の面に略平行な面を有し、穿孔板３０１の外面（Ｚ方向側の面）に接するように貼り付けられて固定される。補強板５０２は、穿孔板３０１の貫通孔よりも大きい網の目を有する板状部材であり、例えば、金属で構成されたエキスパンドメタル、金網、又は樹脂で構成されたメッシュ板である。補強板５０２には複数の網目５２０が存在するため、空気がＺ方向に補強板５０２を通過可能である。そして、穿孔板３０１にも多数の貫通孔が存在するため、吸音ユニット１０の導波管の内部と、吸音ユニット１０の外側（補強板５０２に対してＺ方向側の空間）とは通気可能である。

【0035】

このような構成によれば、穿孔板３０１及び補強板５０２に通気性を持たせることで吸音ユニット１０の吸音性能を維持しつつ、穿孔板３０１の外面に補強板５０２を貼り付けることで吸音ユニット１０の強度を向上させることができる。また、穿孔板３０１に要求される強度の基準が低くなるため、穿孔板３０１を薄くすることができ、穿孔板３０１の孔パラメータの設計自由度が向上するとともに、穿孔板３０１の製造コストを低減することができる。なお、補強板５０２の板厚を穿孔板３０１の板厚より大きくすることで、より強度を向上させることができる。

【0036】

なお、本構成例では穿孔板３０１に補強板５０２を貼り付けるものとしたが、これに限らず、吸音ユニット１０の穿孔板３０１を補強板５０２に置き換えてもよい。すなわち、吸音ユニット１０の導波管の内部と外部との間が、穿孔板３０１を介さずに補強板５０２を介して通気可能であってもよい。このような構成によれば、吸音ユニット１０の構成の複雑性が低下するため、吸音ユニット１０の製造コストを低減することができる。

【0037】

なお、穿孔板３０１の部分ごとに、その部分に貼り付けられる補強板５０２の素材、厚み、網目５２０の大きさ、及び網目５２０の形状の少なくとも何れかが異なっていてもよい。例えば、穿孔板３０１のある領域における孔パラメータに応じて、その領域に貼り付けられる補強板５０２の構成が決まってもよい。また、補強板５０２はＺ方向から見て穿孔板３０１の全面を覆っていてもよいし、穿孔板３０１の一部分を覆っていてもよい。

【0038】

以上で補強板の構成例の説明を終わる。ただし、吸音ユニットが備える補強板の構成は上記の例に限定されない。また、上述した複数の構成例を組み合わせることで補強板を構成してもよい。

【0039】

（２）吸音ユニットの使用方法
吸音ユニットの使用方法について説明する。図６は、実施形態に係る吸音ユニットの機能を説明する図である。図７は、実施形態に係る吸音ユニットの使用方法を示す図である。

【0040】

図６に示すように、吸音ユニット１０は、吸音すべき音を発する騒音源ＮＳに対してＤ方向に離れた位置に設置される。吸音ユニット１０に含まれる各導波管は、騒音源ＮＳからＤ方向に進行する音波のうち、当該導波管の形状（例えば長さ）と穿孔板の孔パラメータとに応じた周波数の成分を吸収する。これにより、騒音源ＮＳから吸音ユニット１０よりもＤ方向側の位置に到達する音波の音圧は、吸音ユニット１０が設置されていない場合と比較して、大きく低減される。

【0041】

図７に示すように、複数の吸音ユニット１０を組み合わせて設置することで、騒音源ＮＳから発される音の音圧をより低減することができる。複数の吸音ユニット１０は、騒音源ＮＳから人間ＨＭａがいる方向へ進行する音波を遮る吸音壁１を構成するように、組み合わせて設置される。吸音壁１は遮音効果を有するため、吸音壁１を設置することにより、騒音源ＮＳから発された音波の音圧は吸音壁１を通過する際に大きく低減され、騒音源ＮＳから見て吸音壁１より奥に居る人間ＨＭａが感じる騒音を小さくすることができる。

【0042】

また、吸音壁１は吸音効果を有するため、吸音壁１を設置することにより、従来の部材で構成された壁（例えばコンクリート壁）を同じ位置に設置した場合と比較して、壁で反射した音の大きさが小さくなる。そのため、騒音源ＮＳから発された音波の音圧は、吸音壁１で反射される際に大きく低減され、騒音源ＮＳに対して吸音壁１とは反対側にいる人間ＨＭｂが感じる騒音を小さくすることができる。また、吸音壁１を設置した場合、従来の部材で構成された壁を同じ位置に設置した場合と比較して、回折により壁の奥に回り込む音の大きさも小さくなる。この効果により、壁の奥にいる人間ＨＭａが感じる騒音をより小さくすることができる。

【0043】

（３）吸音ユニットの設計方法
（３－１）設計装置の構成
吸音ユニット１０を設計するための処理を実行する設計装置の構成について説明する。図８は、設計装置の構成例を示す図である。図８に示すように、設計装置２１０は、記憶装置２１１と、プロセッサ２１２と、入出力インタフェース２１３と、通信インタフェース２１４とを備える。

【0044】

記憶装置２１１は、プログラム及びデータを記憶するように構成される。記憶装置２１１は、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、及び、ストレージ（例えば、フラッシュメモリ又はハードディスク）の組合せである。プログラムは、例えば、ＯＳ（Operating System）のプログラムと、情報処理を実行するアプリケーション（例えば、ウェブブラウザ）のプログラムを含む。データは、例えば、情報処理において参照されるデータ及びデータベースと、情報処理を実行することによって得られるデータ（つまり、情報処理の実行結果）を含む。記憶装置２１１により記憶されるプログラム及びデータは、ネットワークを介して提供されてもよいし、コンピュータにより読み取り可能な記録媒体に記録して提供されてもよい。

【0045】

プロセッサ２１２は、記憶装置２１１に記憶されたプログラムを実行してデータを処理することによって、設計装置２１０の機能を実現する。なお、設計装置２１０の機能の少なくとも一部が、専用のハードウェア（例えばＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）又はＦＰＧＡ（field-programmable gate array））により実現されてもよい。

【0046】

入出力インタフェース２１３は、設計装置２１０に接続される入力デバイスに対するユーザ操作に応じた入力を受け付ける機能と、設計装置２１０に接続される出力デバイスに情報を出力する機能を有する。入力デバイスは、例えば、キーボード、ポインティングデバイス、タッチパネル、又は、それらの組合せである。出力デバイスは、例えば、画像を表示するディスプレイ又は音声を出力するスピーカである。通信インタフェース２１４は、設計装置２１０と外部装置（例えばサーバ）との間の通信を制御する。

【0047】

（３－２）設計処理
吸音ユニット１０を設計するための処理について説明する。図９は、設計装置による吸音ユニットの設計処理を示す図である。

【0048】

図９に示す処理は、設計装置２１０のプロセッサ２１２が記憶装置２１１に記憶されたプログラムを実行することで実現される。ただし、図９に示す処理の少なくとも一部が専用のハードウェアにより実現されてもよい。図９に示す処理は、吸音ユニット１０の設計を開始するためのユーザによる指示が設計装置２１０に入力されたことに応じて開始される。ただし、図９に示す処理の開始条件はこれに限定されない。

【0049】

Ｓ１００において、設計装置２１０は、吸音ユニット１０の設計パラメータとして設定可能な固定値を取得する。例えば、プロセッサ２１２は、ユーザの入力を受け付けることで、もしくは固定値が格納されたファイルを読み込むことで、固定値を取得する。吸音ユニット１０の設計パラメータは、例えば以下の少なくとも１つを含む。
・吸音ユニット１０のサイズ（Ｈ方向、Ｄ方向、及びＷ方向の寸法）
・導波管の数
・導波管の長さ（Ｈ方向の寸法）
・導波管の厚み（Ｄ方向の寸法）
・導波管の形状
・吸音ユニット１０に含まれる側壁の形状
・穿孔板の孔パラメータ
・補強板の特性（例えば、厚み、形状、素材など）

【0050】

一例として、以降の説明では、Ｓ１００において吸音ユニットのＤ方向及びＷ方向の寸法、導波管の数、及び側壁の形状が固定値として取得されるものとする。そして、補強板の特性、穿孔板の孔パラメータ、導波管のサイズ、及び導波管の形状が変数として扱われるものとする。

【0051】

Ｓ１０１において、設計装置２１０は、変数として扱われる設計パラメータの定義域（変数のとり得る範囲）を取得する。例えば、プロセッサ２１２は、ユーザの入力を受け付けることで、もしくは変数の定義域が格納されたファイルを読み込むことで、変数の定義域を取得する。

【0052】

Ｓ１０２において、設計装置２１０は、吸音ユニット１０の解析モデルを構築する。具体的には、プロセッサ２１２は、Ｓ１００で取得した固定値と、Ｓ１０１で取得した定義域から選択された変数の値とを、吸音ユニット１０の解析モデルの設計パラメータとして用いる。

【0053】

Ｓ１０３において、設計装置２１０は、解析モデルの吸音特性を評価する。具体的には、プロセッサ２１２は、Ｓ１０２において構築した解析モデルを用いた音響シミュレーションにより吸音特性を解析することで、解析モデルの吸音特性の評価値を取得する。例えば、設計装置２１０は、複数の周波数帯それぞれにおける平均吸音率または平均反射率を取得する。なお、吸音特性の評価方法はこれに限定されない。例えば、設計装置２１０は、複数の周波数帯それぞれにおける平均透過率を取得してもよい。

【0054】

Ｓ１０４において、設計装置２１０は、探索状態の判定を実行する。具体的には、プロセッサ２１２は、各変数について、Ｓ１０１において取得した定義域が探索済みであるか（つまり、定義域から選択可能な全ての数値を用いた解析モデルの構築および吸音特性の評価が終了したか）否かを判定する。

【0055】

Ｓ１０４において探索終了と判定されなかった場合、Ｓ１０２に戻り、設計装置２１０は、Ｓ１０１で取得した定義域から新たな変数の値を選択し、解析モデルの構築と吸音特性の評価を再度実行する。一方、Ｓ１０４において探索終了と判定された場合、Ｓ１０５へ進む。

【0056】

Ｓ１０５において設計装置２１０は、変数の最適値を抽出する。具体的には、プロセッサ２１２は、繰り返し実行されたＳ１０３における吸音特性の評価において最も高い評価値を示した解析モデルに対応する設計パラメータの数値を、最適値として抽出する。例えば、４００Ｈｚ～１０００Ｈｚが吸音対象の周波数帯として指定されている場合、４００Ｈｚ～１０００Ｈｚの平均吸音率が最も高い解析モデルの設計パラメータの数値が最適値として抽出される。こうして抽出された最適値を用いて吸音ユニット１０を設計することで、４００Ｈｚ～１０００Ｈｚにおける吸音特性が優れた吸音ユニット１０を製造することができる。吸音対象の周波数帯は、ユーザ入力に応じて指定されてもよい。

【0057】

Ｓ１０５の後に、図９の処理フローは終了する。なお、図９の処理フローにおいて、Ｓ１００とＳ１０１の処理は逆の順序で行われてもよいし、並行して行われてもよい。また、設計装置２１０は、Ｓ１０５における変数の最適値の抽出に代えて、もしくはＳ１０５の処理に加えて、解析モデルの評価結果を示す情報の出力を行ってもよい。例えば、設計装置２１０は、Ｓ１０２で構築した複数の解析モデルそれぞれの吸音特性を示す情報を出力してもよいし、Ｓ１０５で抽出された最適値に対応する解析モデルの吸音特性を示す情報を出力してもよい。設計装置２１０により出力される情報は、吸音特性を示す数値であってもよいし、表示装置へ出力される画像であってもよい。

【0058】

（４）変形例
（４－１）吸音ユニットの構成の変形例
吸音ユニットの構成の変形例について説明する。上述した本実施形態の説明における吸音ユニット１０は、以下で説明する変形例の吸音ユニットに置き換えることができる。図１０は、吸音ユニットの変形例の概観を示す斜視図である。図１１は、吸音ユニットの変形例の構造を示す断面図である。

【0059】

図１０に示すように、吸音ユニット２０は、導波管２１、導波管２２、及び導波管２３の３つの導波管と、穿孔板２１ａ、穿孔板２２ａ、及び穿孔板２３ａの３つの穿孔板を備える。導波管２１、導波管２２、及び導波管２３は、幅方向（Ｗ方向）及び厚み方向（Ｄ方向）に積層されている。図１１に示すように、導波管２１は、側壁２１ｂと、側壁２７ｂと、閉口端２１ｃとにより構成され、導波管２１における閉口端２１ｃと逆の端部には、穿孔板２１ａが設けられる。導波管２２は、側壁２１ｂと、側壁２２ｂと、側壁２４ｂと、側壁２５ｂと、閉口端２２ｃとにより構成され、導波管２２における閉口端２２ｃと逆の端部には、穿孔板２２ａが設けられる。導波管２３は、側壁２２ｂと、側壁２３ｂと、側壁２５ｂと、側壁２６ｂと、閉口端２３ｃとにより構成され、導波管２３における閉口端２３ｃと逆の端部には、穿孔板２３ａが設けられる。

【0060】

導波管２１と導波管２２とは側壁２１ｂ及び側壁２４ｂを介して隣接しており、導波管２２と導波管２３とは側壁２２ｂ及び側壁２５ｂを介して隣接している。すなわち、側壁２１ｂ、側壁２２ｂ、側壁２４ｂ、及び側壁２５ｂは、吸音ユニット２０の内部を複数の導波管に分割する。導波管２１は、ＨＤ断面における輪郭が略矩形（言い換えるとＩ字型）である。導波管２２と導波管２３はそれぞれ、ＨＤ断面における輪郭が１回屈曲した形（言い換えるとＬ字型）である。

【0061】

穿孔板２１ａ、穿孔板２２ａ、及び穿孔板２３ａは、ＨＷ平面と略平行に配置される。導波管２１は、穿孔板２１ａから穿孔板の法線方向（Ｄ方向）と略平行に延在する。導波管２２は、穿孔板２２ａからＤ方向と略平行に延在する部分と、Ｄ方向と略垂直に延在する部分を有する。導波管２３は、穿孔板２３ａからＤ方向と略平行に延在する部分と、Ｄ方向と略垂直に延在する部分を有する。

【0062】

穿孔板２１ａ、穿孔板２２ａ、及び穿孔板２３ａに入射する音波は、それぞれ導波管２１、導波管２２、及び導波管２３の内部に伝達し、閉口端２１ｃ、閉口端２２ｃ及び閉口端２３ｃで反射する。穿孔板２１ａ、穿孔板２２ａ、及び穿孔板２３ａは、それぞれが音響インピーダンスの整合部材として機能し、導波管２１、導波管２２、及び導波管２３は、互いに共振特性が異なる共振器として機能する。そのため、吸音ユニット２０によれば、単一の導波管を有する吸音材と比較して、広い周波数帯域において吸音効果を得ることができる。なお、各導波管が吸音する音波の周波数帯域が互いに重ならないように吸音ユニット２０が設計されていてもよいし、各導波管が吸音する音波の周波数帯域の一部が重なるように吸音ユニット２０が設計されていてもよい。

【0063】

導波管２１の長さは、閉口端２１ｃの中心から穿孔板２１ａの中心までの距離Ｌ２１で表される。導波管１２の長さは、穿孔板２２ａの中心から導波管２２が屈曲する部分の中心までの距離Ｌ２２ａと、閉口端２２ｃの中心から導波管２２が屈曲する部分の中心までの距離Ｌ２２ｂとの和で表される。導波管２３の長さは、穿孔板２３ａの中心から導波管２３が屈曲する部分の中心までの距離Ｌ２３ａと、閉口端２３ｃの中心から導波管２３が屈曲する部分の中心までの距離Ｌ２３ｂとの和で表される。導波管２２の長さは導波管２１の長さより長く、導波管２３の長さは導波管２２の長さより長い。このように各導波管の長さを異ならせることで、各導波管の共振特性を異ならせることができる。また、導波管２２と導波管２３が屈曲した形状であることにより、導波管２２と導波管２３のＤ方向の厚みは、それぞれ導波管２２と導波管２３の長さよりも短い。このような構成により、導波管の長さを長くすることで低周波数帯域の吸音率を向上させつつ、吸音ユニット２０のＤ方向の厚みを薄くすることができる。

【0064】

なお、図１０及び図１１に示す例では、吸音ユニット２０が、屈曲しない形状の導波管２１と、それぞれ９０度に１回屈曲した形状の導波管２２及び導波管２３を有するものとした。ただし、吸音ユニットが有する導波管の形状はこれに限定されない。例えば、吸音ユニットが２回以上屈曲した形状（２か所以上の位置で屈曲した形状）の導波管を有していてもよい。また例えば、吸音ユニットが有する導波管が９０度以外の角度（例えば４５度など）で屈曲してもよい。また例えば、導波管が曲線状に延在する部分を有していてもよい。

【0065】

上述の説明において、吸音ユニットが互いに長さの異なる３つの導波管を有する例を示した。ただし、吸音ユニットが有する導波管の数はこれに限定されず、例えば吸音ユニットが２つの導波管を有していてもよいし、４つ以上の導波管を有していてもよい。また、吸音ユニットが長さの等しい複数の導波管を有していてもよい。

【0066】

上述の説明において、吸音ユニットの外形が直方体又は角錐台であり、吸音ユニットの１つの面に穿孔面が設けられており、吸音ユニットの内部が側壁により複数の空洞部に分割されている例を示した。ただし、吸音ユニットの形状は他の多面体や球体であってもよい。また、穿孔面は、吸音ユニットの１つの面のうち一部にのみ設けられていてもよいし、吸音ユニットの複数の面に設けられていてもよい。また、吸音ユニットの内部に、空洞以外の構造が含まれていてもよい。

【0067】

（４－２）その他の変形例

【0068】

吸音ユニットに設けられる穿孔板は、着脱可能に構成されてもよい。すなわち、吸音ユニットは、複数の導波管を備える立体部材と、その立体部材に取り付け可能な穿孔板とにより構成されていてもよい。これにより、穿孔板が消耗して吸音ユニットの吸音特性が劣化した場合でも、容易に穿孔板を交換して吸音ユニットの吸音特性を向上させることができる。また、穿孔板を孔パラメータが異なる別の穿孔板に交換することで、吸音ユニットの吸音特性を任意に調整することができる。

【0069】

吸音ユニットに設けられる穿孔板、閉口端、及び側壁の少なくとも何れかは、可動に構成されてもよい。また、穿孔板と導波管の閉口端との間に新たな部材が追加されてもよい。これにより、導波管の延在方向の長さや導波管の形状の調整が容易になり、吸音ユニットの吸音特性を任意に調整することができる。

【0070】

吸音ユニットは、射出成型、押出成形、３Ｄプリンタによる積層造形、及び切削加工のいずれかの方法もしくはそれらを組み合わせた方法を用いて製造されてもよい。ただし、吸音ユニットの製造方法は上記の例に限定されない。

【0071】

吸音壁は、互いに構造（例えば穿孔板の構造又は導波管の構造）が異なる複数種別の吸音ユニットを組み合わせることで構成されてもよい。複数種別の吸音ユニットを用いて吸音壁を構成することで、吸音壁に多様な吸音特性を持たせることができる。また、本実施形態における吸音ユニットと従来の遮音部材などを組み合わせて吸音壁を構成してもよい。

【0072】

上述の説明では、吸音ユニットの穿孔板に補強板が貼り付けられることで固定されるものとした。ただし、補強板の固定方法は貼り付けに限定されない。図１２は、補強板の固定方法の変形例を示す斜視図である。図１３は、補強板の固定方法の変形例を示す側面図である。図１２及び図１３に示すように、補強板５０２は、固定具１２０１により、補強板５０２と穿孔板との間に間隙が存在するように固定される。このような構成によれば、補強板５０２に飛び石などの物体が衝突した場合に吸音ユニット２０に伝わる振動が小さくなり、吸音ユニット２０が損傷する虞を低減することができる。

【0073】

なお、図１２及び図１３の例において、吸音ユニット２０を吸音ユニット１０などの他の構成に置き換えたり、補強板５０２を補強板３０２又は補強板４０２などの他の構成に置き換えたりしても、同様の効果を得ることができる。また、補強板の固定方法は、吸音ユニットに対して補強板を直接固定する方法に限定されず、穿孔板と補強板との位置関係が大きく変動しない態様で補強板が固定されればよい。言い換えると、穿孔板に対する補強板の位置が固定されればよい。例えば、複数の吸音ユニットで構成された吸音壁の前（吸音壁に対して－Ｄ方向側の位置）に、補強板を有する防護壁（例えば、多孔質材もしくはパンチングメタルのパネル、又は金網）が設置されてもよい。防護壁は、地面や壁などに固定されてもよいし、地面に置かれた土台に固定されてもよい。

【0074】

上述の説明では、穿孔板と補強板が平板形状であるものとしたが、穿孔板と補強板の形状はこれに限定されない。例えば、穿孔板と補強板との少なくとも一方が曲面を有する形状であってもよい。

【0075】

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の範囲は上記の実施形態に限定されない。また、上記の実施形態は、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更が可能である。また、上記の実施形態及び変形例を組合せてもよい。

【符号の説明】

【0076】

１ ：吸音壁
１０ ：吸音ユニット
２０ ：吸音ユニット
２１０ ：設計装置
３０１ ：穿孔板
３０２ ：補強板
４０２ ：補強板
５０２ ：補強板

【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】