特開 2024-106555 ヘルムホルツ共鳴器

(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】P2024106555

(43)【公開日】2024-08-08

(54)【発明の名称】ヘルムホルツ共鳴器

(51)【国際特許分類】

   G10K 11/02 20060101AFI20240801BHJP

【ＦＩ】

G10K11/02 140

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023010864

(22)【出願日】2023-01-27

(71)【出願人】

【識別番号】000143949

【氏名又は名称】株式会社鷺宮製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001243

【氏名又は名称】弁理士法人谷・阿部特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】石黒 巧真

(72)【発明者】

【氏名】芦澤 久幸

(72)【発明者】

【氏名】三屋 裕幸

(57)【要約】

【課題】温度変化による共鳴周波数の変化を低減させるヘルムホルツ共鳴器を提供する。
【解決手段】温度変化による共鳴周波数の変化を低減させるヘルムホルツ共鳴器であって、前記ヘルムホルツ共鳴器は、開口部および空洞を有し、第１材料で形成される筐体と、前記開口部に設けられ、前記第１材料とは異なる第２材料で形成された第２材料部と、を有し、前記第２材料部の少なくとも一部は、前記空洞に連通するネック部を画定し、前記第２材料は、前記第１材料より線膨張係数が大きいことを特徴とするヘルムホルツ共鳴器を提供する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

温度変化による共鳴周波数の変化を低減させるヘルムホルツ共鳴器であって、
前記ヘルムホルツ共鳴器は、開口部および空洞を有し、第１材料で形成される筐体と、前記開口部に設けられ、前記第１材料とは異なる第２材料で形成された第２材料部と、を有し、
前記第２材料部の少なくとも一部は、前記空洞に連通するネック部を画定し、
前記第２材料は、前記第１材料より線膨張係数が大きいことを特徴とする、ヘルムホルツ共鳴器。

【請求項2】

前記ネック部は、前記第２材料部内または前記第２材料部と前記筐体との間に画定される、請求項１に記載のヘルムホルツ共鳴器。

【請求項3】

前記第１材料は金属材料であり、前記第２材料は樹脂材料である、請求項１に記載のヘルムホルツ共鳴器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ヘルムホルツ共鳴器に関する。

【背景技術】

【0002】

音の振動を大きくする方法の一つに、ヘルムホルツ共鳴器（図１参照）が知られている。ヘルムホルツ共鳴器は、空洞と、当該空洞に連通し、一つの側面に開口部を有するネック部とを備えた箱体からなり、この箱体の空洞部の体積Ｖと、ネック部の面積Ｓおよび長さＬから下記の式１によって決定される特定の周波数の振動に対して共鳴するものである。

【0003】

【数1】

【0004】

ヘルムホルツ共鳴器を用いて音エネルギーを増幅する方法が特許文献１に記載されている。特許文献１では、ヘルムホルツ共鳴器の開口部に対向するように発電装置が設置され、発電装置のコイルを振動させて発電を行っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第４６３３３４２号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、音速ｃは温度が高くなると大きくなる一方、温度が下がると小さくなるため、ヘルムホルツ共鳴器の共鳴周波数ｆは温度変化の影響を受けやすい。その結果、環境温度によっては、ヘルムホルツ共鳴器の共鳴周波数が変化し、増幅対象の音を十分に増幅できない場合が生じる。

【0007】

これらを鑑み、本発明は、温度変化による共鳴周波数の変動を低減したヘルムホルツ共鳴器を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、本発明に係る一実施態様のヘルムホルツ共鳴器は、開口部および空洞を有し、第１材料で形成される筐体と、前記開口部に設けられ、前記第１材料とは異なる第２材料で形成された第２材料部と、を有し、前記第２材料部の少なくとも一部は、前記空洞に連通するネック部を画定し、前記第２材料は、前記第１材料より線膨張係数が大きく、温度変化による共鳴周波数の変化を低減させる。

【発明の効果】

【0009】

本発明は、温度変化による共鳴周波数の変動を低減したヘルムホルツ共鳴器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】ヘルムホルツ共鳴器の模式図である。

【図2】（ａ）本発明の第１実施形態のヘルムホルツ共鳴器の模式図である。（ｂ）（ａ）の矢印ＩＩｂ方向から見た底面図である。

【図3】本発明の第１実施形態のヘルムホルツ共鳴器の底面の温度変化を表す図である。

【図4】第２実施形態のヘルムホルツ共鳴器の模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施形態について、詳細に説明するが、本発明はこれらに限られない。

【0012】

＜用語について＞
本明細書および特許請求の範囲の記載において、「接する」とは、物理的に接触するものであるから、固定されているものも含まれる。

【0013】

１．ヘルムホルツ共鳴器
図２（ａ）は本発明の第１実施形態に係るヘルムホルツ共鳴器１００の斜視図であり、図２（ｂ）は矢印ＩＩｂ方向から見た底面図である。図２（ａ）に示されるように、ヘルムホルツ共鳴器１００は、開口部１０および空洞２０を有する筐体３０と、開口部１０に設けられた第２材料部４０と、空洞２０に連通するネック部５０と、を有する。以下、ヘルムホルツ共鳴器１００の各構成を順に説明する。

【0014】

なお、詳細は後述するが、特許文献１では、箱体にネック部が直接設けられていたのに対し、本実施形態では、ネック部５０を、筐体３０とは別体の第２材料部４０に設けることにより、温度変化に応答して、第２材料部４０のネック部５０におけるネック面積Ｓが変化し、共鳴周波数の変動を低減する。

【0015】

筐体３０は、開口部１０を有し、空洞２０を画定する。空洞２０は、ヘルムホルツ共鳴器１００に取り込まれた音が共鳴する空間である。筐体３０は、任意の形状であってよく、例えば、円筒形状や直方体形状であってもよい。

【0016】

筐体３０は線膨張係数の低い第１材料から形成される。例えば、鉄系材料やＳＵＳなどの金属材料を用いることができる。

【0017】

第２材料部４０は、中空円柱形状からなり、開口部１０に接するように固定され、空洞２０の一部とネック部５０の少なくとも一部を画定する。第２材料部４０は、第１材料とは異なる線膨張係数を有する第２材料から形成される。好ましくは、第２材料の線膨張係数は第１材料の線膨張係数よりも大きい。第２材料として、例えば高密度ポリエチレンなどの樹脂材料を用いることができる。

【0018】

ネック部５０は、空洞２０と外部環境とを連通する。そのため、ネック部５０は、音取り込み口として、外部の音を空洞２０内に取り込むことができる。ネック部５０は、流路面積であるネック面積Ｓと流路長さであるネック長さＬを有し、ヘルムホルツ共鳴器１００の共鳴周波数を規定する。

【0019】

本発明の第１実施形態において、ネック部５０は、第２材料部４０内に画定されている。そのため、第２材料部４０の内周部は、ネック部５０を画定し、かつ第２材料部４０の外周部は第１材料から形成された筐体３０に固定される（図２（ｂ））。

【0020】

開口部１０は、筐体３０の壁面の任意の場所に設けることができる。例えば、音源方向にネック部５０の開口５５が対向するように開口部１０を設けてもよく、また雨やほこりなどの進入を防ぐように、開口５５が下向きになるように設けてもよい。また、開口５５に音が通過するカバー部材を設け、空洞２０を水やほこりなどの外的環境から保護することができる。

【0021】

（温度変化）
上述したように、温度が高くなると音速が大きくなり、温度が下がると音速が小さくなる。単一の材料で形成された通常のヘルムホルツ共鳴器２００では、温度が高くなるとヘルムホルツ共鳴器全体の体積が膨張するため、それに伴いネック面積Ｓも大きくなる。一方、温度が低くなると収縮してヘルムホルツ共鳴器全体の体積が収縮し、ネック面積Ｓも小さくなる。その結果、温度が高くなると共鳴周波数をより大きくすることとなり、また、温度が下がると共鳴周波数をより小さくすることとなる。

【0022】

これに対し、本実施形態のヘルムホルツ共鳴器は、以下に説明するように、温度変化による共鳴周波数の変動を低減することができる。

【0023】

図３は、本実施形態のヘルムホルツ共鳴器１００の底面図である。当該底面では、第１材料で形成された筐体３０の開口部１０に、第２材料部４０が設置される。第２材料部４０の内側にはネック部５０が画定され、開口５５で表される。なお、第２材料部４０の外周部は、開口部１０に固定されているため、熱的変化が生じても、第２材料部４０と開口部１０との間に隙間などが生じることはない。

【0024】

本実施形態では、第２材料の線膨張係数が第１材料の線膨張係数よりも大きいため、第１材料が形状変化しないと仮定して説明する。矢印Ｈで表すように温度が高くなると、第２材料部４０は筐体３０に固定される外周部については膨張が抑制され、一方で、内周部はネック部５０のほうへ膨張することとなる。その結果、ネック部５０は縮小し、そのネック面積Ｓは減少する。

【0025】

反対に、矢印Ｌで表すように温度が低くなると第２材料部４０は収縮するものの、筐体３０に固定されている外周部では収縮が抑制され、一方、ネック部５０と接している内周部では収縮し、ネック部５０が広がることとなる。その結果、ネック面積Ｓは増加する。

【0026】

したがって、本実施形態のヘルムホルツ共鳴器では、上記式１からも分かるように、温度が高くなるとネック面積Ｓを減少し、温度が低くなるとネック面積Ｓが増加するから、音速による共鳴周波数の変化を打ち消すように働き、その影響を低減することができる。

【0027】

（第２実施形態）
図４は、第２実施形態のヘルムホルツ共鳴器を表す図である。図４（ａ）は筐体３０の開口部１０がマッチ棒状に形成され、その直線部分に第２材料部４０が形成されている。図４（ｂ）は図４（ａ）の開口部１０が、ネック部５０を共通して、３つ形成されたものである。なお、第２材料部４０のネック部５０と対向していない端部は、開口部１０に固定されているため、熱的変化が生じても、第２材料部４０と開口部１０との間に隙間などが生じることはない。

【0028】

本変形例の場合でも、第１実施形態と同様に、温度による第２材料部４０の変化により、ネック面積Ｓは温度が高くなれば小さくなり、温度が低くなれば大きくなるから、温度による音速の共鳴周波数への影響を低減することができる。

【0029】

以上説明した実施の形態によれば、以下の作用効果を奏する。

【0030】

（１）ヘルムホルツ共鳴器は、温度変化による共鳴周波数の変化を低減させ、開口部および空洞を有し、第１材料で形成される筐体と、前記開口部に設けられ、前記第１材料とは異なる第２材料で形成された第２材料部と、を有し、前記第２材料部の少なくとも一部は、前記空洞に連通するネック部を画定し、前記第２材料は、前記第１材料より線膨張係数が大きい。

【0031】

このように構成したので、温度変化による共鳴周波数の変動を低減したヘルムホルツ共鳴器を提供することができる。

【0032】

（２）前記ネック部は、前記第２材料部内または前記第２材料部と前記筐体との間に画定される。

【0033】

このように構成したので、ネック部の少なくとも一部は第２材料部と接し、かつ第２材料部の少なくとも一部は第１材料から形成された筐体と接し、温度が高くなるとネック面積を減少し、温度が低くなるとネック面積が増加するから、音速による共鳴周波数の変化を打ち消すように働き、その影響を低減することができる。

【0034】

（３）前記第１材料は金属材料であり、前記第２材料は樹脂材料である。

【0035】

このように構成したので、第２材料の線膨張係数は第１材料の線膨張係数よりも大きくなり、温度変化による共鳴周波数の変動を低減したヘルムホルツ共鳴器を提供することができる。

【0036】

上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定
されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の
範囲内に含まれる。

【0037】

また、上述の各実施の形態および変形例の一つもしくは複数を、適宜組合せてもよい。

【符号の説明】

【0038】

１０ 開口部
２０ 空洞
３０ 筐体
４０ 第２材料部
５０ ネック部
５５ 開口
１００ ヘルムホルツ共鳴器
２００ ヘルムホルツ共鳴器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】