特許 7165118 ブロードバンドスパース吸音器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-10-25

(45)【発行日】2022-11-02

(54)【発明の名称】ブロードバンドスパース吸音器

(51)【国際特許分類】

   G10K 11/16 20060101AFI20221026BHJP

【ＦＩ】

G10K11/16 140

【請求項の数】 20

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2019226338

(22)【出願日】2019-12-16

(65)【公開番号】P2020112785

(43)【公開日】2020-07-27

【審査請求日】2022-06-02

(31)【優先権主張番号】16/227,345

(32)【優先日】2018-12-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】507342261

【氏名又は名称】トヨタ モーター エンジニアリング アンド マニュファクチャリング ノース アメリカ，インコーポレイティド

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100092624

【弁理士】

【氏名又は名称】鶴田 準一

(74)【代理人】

【識別番号】100147555

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 公一

(74)【代理人】

【識別番号】100123593

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 宣夫

(74)【代理人】

【識別番号】100133835

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 努

(74)【代理人】

【識別番号】100153729

【弁理士】

【氏名又は名称】森本 有一

(72)【発明者】

【氏名】イ テファ

(72)【発明者】

【氏名】飯塚 英男

【審査官】堀 洋介

(56)【参考文献】

【文献】特開２００２－２２７３２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１９０００１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－０９２４６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－００６２２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６１－２４９８５３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ１０Ｋ １１／１６－１１／１７２

Ｅ０４Ｂ １／８６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

横方向に離間された、２面のヘルムホルツ共振器の周期的アレイを含むブロードバンドスパース吸音器であって、前記周期的アレイは、
横方向中間点間距離Ｐだけ離間された複数のユニットセルを含み、各ユニットセルは最大横方向寸法Ｗを有し、ＰはＷよりも大きく、各ユニットセルは、
第１のヘルムホルツ共振器であって、
第１のチャンバ容積を画定する少なくとも１つの第１の境界壁によって境界設定された第１のチャンバ部分と、
前記少なくとも１つの第１の境界壁の第１の側部に開口を形成する長手方向ネックであって、前記第１のチャンバ部分を周辺環境と流体連通状態にする長手方向ネックと、
を有する第１のヘルムホルツ共振器と、
第２のヘルムホルツ共振器であって、
前記第１のチャンバ容積に等しい第２のチャンバ容積を画定する少なくとも１つの第２の境界壁によって境界設定された第２のチャンバ部分と、
前記少なくとも１つの第２の境界壁の第２の側部に開口を形成する横方向ネックであって、前記第２の側部は前記第１の側部に対して実質的に垂直であり、前記第２のチャンバ部分を前記周辺環境と流体連通状態にする横方向ネックと、
を有する第２のヘルムホルツ共振器と、
を含む、ブロードバンドスパース吸音器。

【請求項2】

各ユニットセルの前記長手方向ネックを覆う吸音媒体を含む、請求項１に記載のブロードバンドスパース吸音器。

【請求項3】

各ユニットセルの前記長手方向ネックを覆うとともに前記長手方向ネック及び前記第１のチャンバ部分の一部分を連続的に充填する吸音媒体を含む、請求項１に記載のブロードバンドスパース吸音器。

【請求項4】

前記吸音媒体は、メラミン又はポリウレタン発泡体を含む、請求項３に記載のブロードバンドスパース吸音器。

【請求項5】

前記Ｗは、０．２５Ｐ以下である、請求項１に記載のブロードバンドスパース吸音器。

【請求項6】

前記Ｐは、前記吸音器の共振波長の約４分の１から２分の１の範囲内である、請求項１に記載のブロードバンドスパース吸音器。

【請求項7】

前記ユニットセルの周期的アレイは、２次元アレイを含む、請求項１に記載のブロードバンドスパース吸音器。

【請求項8】

前記２次元アレイは、第１及び第２の次元において等しい横方向中間点間距離Ｐだけ離間された複数のユニットセルを含み、
各ユニットセルは、２つの次元のそれぞれにおいて等しい最大横方向寸法Ｗを有する、
請求項７に記載のブロードバンドスパース吸音器。

【請求項9】

横方向に離間された、２面のヘルムホルツ共振器の周期的アレイを含む、層状ブロードバンドスパース吸音器であって、前記周期的アレイは、
横方向中間点間距離Ｐだけ離間された第１の複数のユニットセルであって、各ユニットセルは最大横方向寸法Ｗを有し、ＰはＷよりも大きく、各ユニットセルは、
第１のヘルムホルツ共振器であって、
第１のチャンバ容積を画定する少なくとも１つの第１の境界壁によって境界設定された第１のチャンバ部分と、
前記少なくとも１つの第１の境界壁の第１の側部に開口を形成する第１の長手方向ネックであって、前記第１のチャンバ部分を周辺環境と流体連通状態にする第１の長手方向ネックと、
を有する第１のヘルムホルツ共振器と、
第２のヘルムホルツ共振器であって、
前記第１のチャンバ容積に等しい第２のチャンバ容積を画定する少なくとも１つの第２の境界壁によって境界設定された第２のチャンバ部分と、
前記少なくとも１つの第２の境界壁の第２の側部に開口を形成する第１の横方向ネックであって、前記第２の側部は前記第１の側部に対して実質的に垂直であり、前記第２のチャンバ部分を前記周辺環境と流体連通状態にする第１の横方向ネックと、
を有する第２のヘルムホルツ共振器と、
を含む第１の複数のユニットセルと、
前記第１の複数のユニットセルに対し層化されるとともに前記横方向中間点間距離Ｐだけ離間された第２の複数のユニットセルであって、各ユニットセルは前記最大横方向寸法Ｗを有し、前記第２の複数のユニットセルの各ユニットセルは、
第３のヘルムホルツ共振器であって、
第３のチャンバ容積を画定する少なくとも１つの第１の境界壁によって境界設定された第３のチャンバ部分と、
前記少なくとも１つの第３の境界壁の第３の側部に開口を形成する第３の長手方向ネックであって、前記第３のチャンバ部分を周辺環境と流体連通状態にする第２の長手方向ネックと、
を有する第３のヘルムホルツ共振器と、
第４のヘルムホルツ共振器であって、
前記第３のチャンバ容積に等しい第４のチャンバ容積を画定する少なくとも１つの第４の境界壁によって境界設定された第４のチャンバ部分と、
前記少なくとも１つの第４の境界壁の第４の側部に開口を形成する第２の横方向ネックであって、前記第４の側部は前記第３の側部に対して実質的に垂直であり、前記第４のチャンバ部分を前記周辺環境と流体連通状態にする第２の横方向ネックと、
を有する第４のヘルムホルツ共振器と、
を含む第２の複数のユニットセルと、
を含む、層状ブロードバンドスパース吸音器。

【請求項10】

前記第１及び第３のチャンバ容積が互いに異なっている、請求項９に記載の層状ブロードバンドスパース吸音器。

【請求項11】

前記第１及び第２の複数のユニットセルにおける各ユニットセルの前記第１及び第２の長手方向ネックを覆う吸音媒体を含む、請求項９に記載の層状ブロードバンドスパース吸音器。

【請求項12】

前記第１及び第２の複数のユニットセルにおける各ユニットセルの前記第１及び第２の長手方向ネックを覆うとともに前記第１及び第２の長手方向ネック及び前記第１及び第３のチャンバ部分の一部分を連続的に充填する吸音媒体を含む、請求項９に記載の層状ブロードバンドスパース吸音器。

【請求項13】

前記吸音媒体は、メラミン又はポリウレタン発泡体を含む、請求項１２に記載の層状ブロードバンドスパース吸音器。

【請求項14】

前記第１の長手方向ネック及び前記第１の横方向ネックは、第１の長手方向距離だけ分離されており、前記第２の長手方向ネック及び前記第２の横方向ネックは、前記第１の長手方向距離とは異なる第２の長手方向距離だけ分離されている、請求項９に記載の層状ブロードバンドスパース吸音器。

【請求項15】

サウンド抑制システムであって、
サウンド放出装置と、
前記サウンド放出装置を少なくとも部分的に取り囲む１つ又は複数のブロードバンドスパース吸音器であって、前記１つ又は複数のブロードバンドスパース吸音器のそれぞれは、
横方向中間点間距離Ｐだけ離間された複数のユニットセルを含み、各ユニットセルは最大横方向寸法Ｗを有し、ＰはＷよりも大きく、各ユニットセルは、
第１のヘルムホルツ共振器であって、
第１のチャンバ容積を画定する少なくとも１つの第１の境界壁によって境界設定された第１のチャンバ部分と、
前記少なくとも１つの第１の境界壁の第１の側部に開口を形成する長手方向ネックであって、前記第１のチャンバ部分を周辺環境と流体連通状態にする長手方向ネックと、
を有する第１のヘルムホルツ共振器と、
第２のヘルムホルツ共振器であって、
前記第１のチャンバ容積に等しい第２のチャンバ容積を画定する少なくとも１つの第２の境界壁によって境界設定された第２のチャンバ部分と、
前記少なくとも１つの第２の境界壁の第２の側部に開口を形成する横方向ネックであって、前記第２の側部は前記第１の側部に対して実質的に垂直であり、前記第２のチャンバ部分を前記周辺環境と流体連通状態にする横方向ネックと、
を有する第２のヘルムホルツ共振器と、
を含む、システム。

【請求項16】

前記サウンド放出装置は、内燃機関を含む、請求項１５に記載のシステム。

【請求項17】

各ユニットセルの前記長手方向ネックを覆う吸音媒体を含む、請求項１５に記載のシステム。

【請求項18】

各ユニットセルの前記長手方向ネックを覆うとともに前記長手方向ネック及び前記第１のチャンバ部分の一部分を連続的に充填する吸音媒体を含む、請求項１５に記載のシステム。

【請求項19】

前記吸音媒体は、メラミン又はポリウレタン発泡体を含む、請求項１８に記載のシステム。

【請求項20】

前記１つ又は複数のブロードバンドスパース吸音器内の１つ又は複数の間隙を通過して前記サウンド放出装置から熱を吸収するように構成された冷媒を含む、請求項１５に記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

技術分野
本開示は、概して、音響メタマテリアルに関し、更に詳しくは、周辺流体に対する浸透性を有する吸音メタマテリアルに関する。

【背景技術】

【0002】

背景
本開示において提供されている背景説明は、本開示の文脈を一般的に提示することを目的としている。この背景技術の節において記述されうる範囲の本発明者らの研究、のみならず、特許出願の時点において従来技術としてその他の点において見なされえない説明の態様は、明示的にも、或いは、黙示的にも、本技術にとっての従来技術として承認されるものではない。

【0003】

音響メタマテリアルであって、音響メタマテリアルの構成材料の弾性音響特性とは異なる弾性音響特性を有する、音響メタマテリアルが知られている。このようなメタマテリアルは、通常は、ターゲット波長よりも小さなスケールにおいて、周期的な構造のアレイを有する。このようなメタマテリアルは、通常、周辺流体（例えば、空気）に対する不透過性を有する固体表面である。又、このようなメタマテリアルは、しばしば、狭い範囲の有効吸収周波数を有する。

【発明の概要】

【0004】

従って、流体がユニットセルの間において自由に流れることを許容し、非常に広い周波数吸収範囲を有する、スパースな（疎性の）（離間された）ユニットセルを有する改善された音響材料を提供することが望ましいであろう。

【0005】

概要
本節は、本開示の一般的な概要を提供するものであり、その完全な範囲又はすべてのその特徴の広範な開示ではない。

【0006】

様々な態様において、本教示は、吸音器を提供する。吸音器は、横方向に離間された、２面のヘルムホルツ共振器の周期的アレイを含む。周期的アレイは、横方向中間点間距離Ｐだけ離間された複数のユニットセルを更に含み、各ユニットセルは最大横方向寸法Wを有し、ＰはＷよりも大きい。各ユニットセルは、第１及び第２のヘルムホルツ共振器を含む。第１のホルムヘルツ共振器は、第１のチャンバ容積を画定する少なくとも１つの第１の境界壁によって境界設定された第１のチャンバ部分を含むとともに、第２のチャンバ部分を周辺環境と流体連通状態にする長手方向ネックを有する。第２のホルムヘルツ共振器は、第２のチャンバ容積を画定する少なくとも１つの第２の境界壁によって境界設定された第２のチャンバ部分を含むとともに、少なくとも１つの第２の境界壁の第２の側部に開口を形成する横方向ネックであって、第２のチャンバ部分を周辺環境と流体連通状態にする横方向ネックを有する。少なくとも１つの第１の境界壁の第１の側部及び少なくとも１つの第２の境界壁の第２の側部は、相互に実質的に垂直であり、第２のチャンバ容積は、第１のチャンバ容積に等しい。

【0007】

その他の態様において、本教示は、層状ブロードバンドスパース吸音器を提供する。吸音器は、横方向に離間された、２面のヘルムホルツ共振器の周期的アレイを含む。周期的アレイは、横方向中間点間距離Ｐだけ離間された複数のユニットセルを更に含み、各ユニットセルは最大横方向寸法Ｗを有し、ＰはＷよりも大きい。各ユニットセルは、第１及び第２のヘルムホルツ共振器を含む。第１のヘルムホルツ共振器は、第１のチャンバ容積を画定する少なくとも１つの第１の境界壁によって境界設定された第１のチャンバ部分を含むとともに、第１のチャンバ部分を周辺環境と流体連通状態にする長手方向ネックを有する。第２のヘルムホルツ共振器は、第２のチャンバ容積を画定する少なくとも１つの第２の境界壁によって境界設定された第２のチャンバ部分を含むとともに、少なくとも１つの第２の境界壁の第２の側部に開口を形成する横方向ネックであって、第２のチャンバ部分を周辺環境と流体連通状態にする横方向ネックを有する。少なくとも１つの第１の境界壁の第１の側部及び少なくとも１つの第２の境界壁の第２の側部は、相互に実質的に垂直であり、第２のチャンバ容積は、第１のチャンバ容積に等しい。層状ブロードバンドスパース吸音器は、第１の複数のユニットセルに対し層化された、第３の及び第４のヘルムホルツ共振器を有する第２の複数のユニットセルを更に含む。第３のヘルムホルツ共振器は、第３のチャンバ容積を画定する少なくとも１つの第３の境界壁によって境界設定された第３のチャンバ部分を含むとともに、第３のチャンバ部分を周辺環境と流体連通状態にする第２の長手方向ネックを有する。第４のヘルムホルツ共振器は、第４のチャンバ容積を画定する少なくとも１つの第４の境界壁によって境界設定された第４のチャンバ部分を含むとともに、少なくとも１つの第４の境界壁の第４の側部に開口を形成する横方向ネックであって、第４のチャンバ部分を周辺環境と流体連通状態にする横方向ネックを有する。少なくとも１つの第３の境界壁の第３の側部と少なくとも１つの第４の境界壁の第４の側部は、相互に実質的に垂直であり、第３のチャンバ容積は、第４のチャンバ容積に等しい。

【0008】

更にその他の態様においては、本教示は、サウンド（音）放出装置用のサウンド抑制システムを提供している。システムは、内燃機関などのサウンド放出装置を含む。システムは、横方向に離間された、２面のヘルムホルツ共振器の周期的アレイを更に含む。周期的アレイは、横方向中間点間距離Ｐだけ離間された複数のユニットセルを更に含み、各ユニットセルは、最大横方向寸法Ｗを有し、ＰはＷよりも大きい。各ユニットセルは、第１及び第２のヘルムホルツ共振器を含む。第１のヘルムホルツ共振器は、第１のチャンバ容積を画定する少なくとも１つの第１の境界壁によって境界設定された第１のチャンバ部分を含むとともに、第２のチャンバ部分を周辺環境と流体連通状態にする長手方向ネックを有する。第２のヘルムホルツ共振器は、第２のチャンバ容積を画定する少なくとも１つの第２の境界壁によって境界設定された第２のチャンバ部分を含み、少なくとも１つの第２の境界壁の第２の側部に開口を形成する横方向ネックであって、第２のチャンバ部分を周辺環境と流体連通状態にする横方向ネックを有する。少なくとも１つの第１の境界壁の第１の側部と少なくとも１つの第２の境界壁の第２の側部は、相互に実質的に垂直であり、第２のチャンバ容積は、第１のチャンバ容積に等しい。

【0009】

適用可能性の更なるエリア及び開示されている技術を改善する様々な方法については、本開示において提供されている記述から明らかとなろう。この概要における説明及び具体的な例は、例示を目的としたものに過ぎず、本開示の範囲を限定することを意図したものではない。

【0010】

図面の簡単な説明
本教示については、詳細な説明及び以下の添付の図面から、更に十分に理解することができよう。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1A】ブロードバンドスパース吸音器の一部分の概略頂面図である。

【0012】

【図1B】図１Ａの吸音器のユニットセルの拡大図である。

【0013】

【図1C】ライン１Ｃ－１Ｃに沿って観察された、図１Ａの吸音器の３つのユニットセルの概略側部断面図である。

【0014】

【図1D】ユニットセルの１次元アレイを有する、図１Ａに示されているタイプのスパース吸音器の一変形の頂面図である。

【0015】

【図1E】図１Ｄの１次元アレイのいくつかのユニットセルの斜視図である。

【0016】

【図2A】ユニットセルの幾何学的パラメータを強調表示する、ブロードバンドスパース吸音器の単一のユニットセルの側部断面図である。

【0017】

【図2B】図１Ｄ及び図１Ｅのブロードバンドスパース吸音器であって、ユニットセルの長手方向ネックをカバー及び充填する吸音媒体を有する、ブロードバンドスパース吸音器の、周波数の関数としての吸音のグラフである。

【0018】

【図2C】図１Ｄ及び図１Ｅのブロードバンドスパース吸音器であって、ユニットセルの長手方向ネックをカバー及び充填する吸音媒体を欠いた、ブロードバンドスパース吸音器の、周波数の関数としての吸音のグラフである。

【0019】

【図3】層状のブロードバンドスパース吸音器の一部分の概略断面図である。

【0020】

【図4】図３の層状のブロードバンドスパース吸音器の、周波数の関数としての吸音のグラフである。

【0021】

【図5】図１Ａから図１Ｅ又は図３に示されているタイプのブロードバンドスパース吸音器を内蔵するサウンド抑制システムの概略平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

本開示において記述されている図は、特定の態様の説明を目的として、本技術のもののうちの、方法、アルゴリズム、及び装置の一般的な特性を例示することを意図したものであることに留意されたい。これらの図は、任意の所与の態様の特性を正確に反映していない場合があり、必ずしも、特定の実施形態を本技術の範囲内において定義又は限定することを意図したものではない。更には、特定の態様は、図の組合せからの特徴を内蔵することもできる。

【0023】

詳細な説明
本技術は、非対称で一方向のノイズ減衰構造と、この構造から構築される様々な装置と、を提供している。構造は、スパースな周期的な構造であって、隣接するユニットセルの間において開放空間を有し、それにより、流体が構造を通じて自由に流れるのを許容する、構造を有する。構造の固有の設計は、望ましい周波数範囲に対してチューニング可能な、非常にブロードバンドの吸音を自身が有することを可能にしている。

【0024】

ブロードバンドスパース吸音器は、一対の倒置された、非対称なヘルムホルツ共振器を有するユニットセルに基づいている。このようなユニットセルのアレイを高周波数及び低周波数の層として積層することにより、高効率吸収の周波数範囲を改善することができる。ブロードバンドスパース吸収構造は、空気又はその他の流体が自由に通過することを許容しつつ、サウンド減衰から利益を享受する任意の用途において、固有の適用可能性を有する。一例において、ブロードバンドスパース吸音器は、車両のエンジンを取り囲むことにより、空気又は冷却液がエンジンまで通過することを許容しつつ、エンジンを実質的に無音の状態にすることができる。

【0025】

図１Ａは、周期的なユニットセル１１０のアレイを有する、開示されているブロードバンドスパース吸音器１００の一部分の頂面図を示しており、図１Ｂは、図１Ａの図と同一の方向から観察された、単一のユニットセル１１０の拡大図を示している。図１Ｃは、図１Ａのスパース吸音器１００の一部分の、図１Ａのライン１Ｃ－１Ｃに沿って取得された、３つのユニットセル１１０のみを含む、側部断面図を示している。図１Ａを具体的に参照すれば、ユニットセル１１０は、図１Ａの例におけるように、２つの次元（例えば、図１Ａのｘ、ｚ次元）において周期的なものであってよい。各ユニットセル１１０は、少なくとも１つのエンクロージャ壁を含むが、図１Ａから図１Ｃのユニットセル１１０は、図１Ｂにおいて示されるように、側部壁１１２、１１４、１１６、及び１１８、並びに、端部壁１２０、などの、複数のエンクロージャ壁を含む。それぞれのユニットセル１１０は、端部壁１２０を貫通するアパーチャないし孔を画定するネック１２２を更に含む。

【0026】

図１Ａの例においては、ユニットセル１１０の周期的アレイは、ｘ及びｚ次元の両方において、周期性を有する。これは、２次元アレイと呼称されうる。図１Ａのユニットセル１１０は、実質的に正方形の表面プロファイルを有するものとして示されているが、これらは、この代わりに、非正方形の矩形、円形、三角形、卵形、或いは、任意のその他の規則的な形状、の表面プロファイルを有することができる。ユニットセル１１０の周期的アレイが２次元アレイであるいくつかの実装形態においては、２次元アレイは、吸音器１００の表面に対して垂直の軸を中心として９０°の回転対称性を有しうる。

【0027】

図１Ｃを具体的に参照すれば、ユニットセル１１０の周期的アレイの周期Ｐは、概ね、スパース吸音器１００が吸収するように設計される音波の波長よりも実質的に小さい。図１Ｃに示されているように、周期は、隣接するユニットセル同士の間の中心間の距離に等しくなりうる。異なる実装形態においては、ユニットセル１１０の周期的アレイの周期は、ブロードバンドスパース吸音器１００が吸収するように設計されている音波の波長、即ち、後述する共振周波数に対応する波長、の約０．１から約０．７５（両端を含む）の範囲内となる。特定の具体的な実装形態においては、ユニットセル１１０の周期的アレイの周期は、共振波長の約０．２５から約０．５の範囲となる。例えば、いくつかの実装形態においては、ブロードバンドスパース吸音器１００は、約１７ｍｍから約１７ｍの範囲の、或いは、この範囲に含まれるなんらかの中間値の、波長を有する、人間可聴周波数の音波を吸収するように、設計することができる。

【0028】

図１Ｄ及び図１Ｅを参照すれば、ユニットセル１１０の周期的アレイは、この代わりに、１つの次元のみにおいて周期的なものであってもよい。図１Ｄは、ｘ次元において周期的な、ユニットセル１１０のこのような１次元の周期的アレイの頂面図を示しており、図１Ｅは、図１Ｄのアレイの斜視図を示している。図１Ｄ及び図１Ｅの例に示されるように、アレイが１次元（例えば、ｘ次元）において周期的であると、各ユニットセル１１０は、通常、ｚ次元において細長い。

【0029】

図１Ｃを継続して参照すれば、ユニットセル１１０の周期的アレイのそれぞれのユニットセル１１０は、概ね、最大横方向寸法又は幅Ｗを有することになる。図１Ｄ及び図１Ｅのものなどの、１次元アレイのケースにおいては、最大横方向寸法は、周期性の方向（例えば、ｘ次元）のみにおけるものであり、細長い方向（例えば、ｚ次元）におけるものではない、ことを理解されたい。ユニットセル１１０の周期的アレイは、Ｗ／Ｐに等しい充填率により、更に特徴付けられている。概ね、充填率は、０．５以下となる。いくつかの実装形態においては、充填率は、０．２５（即ち、２５％）以下となる。ブロードバンドスパース音響共振器１００の効率的な吸収の周波数の幅（即ち、吸収のブロードバンド特性）は、ユニットセル１１０の周期的アレイの充填率、即ち、ユニットセル１１０の周期に対する幅の比率、により、実質的に決定される、ことを理解されたい。従って、大きな充填率（Ｗ／Ｐ）は、周波数帯域幅を増大させる一方で、小さな充填率（大きな散在性）は、効率的な吸収の帯域幅を減少させる。上述したように、ユニットセル１１０の周期的アレイの周期は、望ましい共振周波数に対応する波長よりも小さい（周期＜波長）。同時に、多くの実装形態においては、ユニットセル１１０の周期及び幅は、ユニットセル１１０の周期的アレイが少なくとも０．２（即ち、２０％）の充填率を有するように、選択されることになる。

【0030】

いくつかの実装形態においては、ブロードバンドスパース吸音器１００のユニットセル１１０を、周辺流体１７０がほとんど制約なしに通過しうる多孔性基材上に、周期的に位置決めすることができる。このような多孔性基材は、窓に使用されるタイプのエアスクリーン、周期的なアパーチャ又は穿孔を有する材料のシート、或いは、任意のその他の適切な基材などの、メッシュ又はスクリーンであってよいであろう。

【0031】

次に図１Ｃを更に具体的に参照すれば、スパース吸音器１００のそれぞれのユニットセル１１０は、第１及び第２のヘルムホルツ共振器１３０Ａ及び１３０Ｂを含む。第１及び第２のヘルムホルツ共振器１３０Ａ、１３０Ｂのそれぞれは、チャンバ１３２Ａ、１３２Ｂを含み、チャンバ１３２Ａ、１３２Ｂはそれぞれ、少なくとも１つのエンクロージャ壁１１１によりかつ少なくとも１つのパーティション壁１３４により、境界設定される。図１Ｂに示されている例においては、第１のヘルムホルツ共振器１３０Ａは、側壁１１２Ａ及び１１６Ａにより、端部壁１２０Ａにより、パーティション壁１３４により、図１Ｃでは見えない側壁１１４Ａ及び１１８Ａにより、境界設定されている。同様に、第２のヘルムホルツ共振器１３０Ｂは、側壁１１２Ｂ及び１１６Ｂにより、端部壁１２０Ｂにより、パーティション壁１３４により、図１Ｃでは見えない側壁１１４Ｂ及び１１８Ｂにより、境界設定されている。

【0032】

第１のヘルムホルツ共振器１３０Ａは長手方向ネック１２２Ａを有し、長手方向ネック１２２Ａは、共振器１３０Ａの長手方向軸（例えば、図１Ｃのｙ軸）に平行な、端部壁１２０Ａを貫通する開口部を提供し、これにより、チャンバ１３２Ａを周辺環境と流体連通状態にする。ブロードバンドスパース吸音器１００が動作状態にある際に、長手方向ネック１２２Ａは、通常、入射する音波の方向に対向することになる。第２のヘルムホルツ共振器１３０Ｂは、横方向ネック１２２Ｂを有し、横方向ネック１２２Ｂは、共振器１３０Ｂの横方向軸（例えば、図１Ｃのｘ軸）に平行な、側壁（例えば、１１２Ｂ又は１１４Ｂ）を貫通する開口部を提供し、これにより、チャンバ１３２Ｂを周辺環境と流体連通状態にする。ブロードバンドスパース吸音器１００が動作状態にある際に、横方向ネック１２２Ｂは、通常、垂直方向に対向することになる。長手方向ネック１２２Ａ及び横方向ネック１２２Ｂは、図１Ｃに示されているように、長手方向距離Ｓだけ分離されている。

【0033】

図２Ａは、ブロードバンドスパース吸音器１００のユニットセル１１０の側部断面図を示している。図２Ａに示されているように、長手方向ネック１２２Ａ及び横方向ネック１２２Ｂのそれぞれを、ネックの長さＬと、ネックの断面表面積Ａと、によって特徴付けることができる。ユニットセル１１０のそれぞれのヘルムホルツ共振器１３０Ａ、１３０Ｂは、式１によって決定される共振周波数を有することを理解されたい。
ｆ＝（ｃ／２π）√（Ａ／ＶＬ） 式１
ここで、ｆは、ヘルムホルツ共振器の共振周波数であり、ｃは、周辺流体中における音速であり、Ａは、ネックの断面積であり、Ｖは、チャンバの容積であり、Ｌは、ネックの長さである。

【0034】

図１Ａ及び図１Ｂのユニットセル１１０が実質的に直方体形状を画定する一方で、本教示のユニットセル１１０は、筒形、錐形、球状、卵形、或いは、少なくとも１つのパーティション壁１３４によって分離された第１及び第２のヘルムホルツ共振器１３０Ａ、１３０Ｂを取り囲むべく適した任意のその他の形状、などの、任意の適切な形状を含みうることを理解されたい。

【0035】

各チャンバ１３２Ａ、１３２Ｂは、ネック１２２Ａ、１２２Ｂを除いて、チャンバ１３２Ａ、１３２Ｂ内において保持されうる周辺流体１７０の容積に対応する、容積を画定していることを更に理解されたい。第１及び第２のヘルムホルツ共振器１３０Ａ、１３０Ｂの容積は、概ね、同一である。従って、図１を改めて参照すれば、第１及び第２のヘルムホルツ共振器１３０Ａ、１３０Ｂは、概ね、同一である。

【0036】

少なくとも１つのエンクロージャ壁及び端部壁１２０は、通常、中実の、サウンド反射材料から形成されることになる。一般に、少なくとも１つのエンクロージャ壁及び端部壁１２０を形成する１つ又は複数の材料は、周辺流体１７０の音響インピーダンスよりも大きな音響インピーダンスを有することになる。このような材料は、ポリウレタン、セラミック、或いは、任意のその他の適切な材料などの、熱可塑性の樹脂を含みうる。

【0037】

図１Ｃを継続して参照すれば、ブロードバンドスパース吸音器１００は、吸音媒体１４０を含むことができ、吸音媒体１４０は、各第１のヘルムホルツ共振器１３０Ａを覆いかつ／又はこれを部分的に充填する。図１Ｃの例においては、吸音媒体１４０は、上述したように、各第１のヘルムホルツ共振器１３３Ａを覆い、長手方向ネック１２２Ａを連続的に充填し、更には、チャンバ１３２Ａの隣接する部分も充填している。吸音媒体１４０は、メラミン又はポリウレタン発泡体、或いは、熱発散性の音響特性を有する任意のその他の媒体などの、高度な吸収性を有する多孔性媒体であってよい。いくつかの実装形態においては、吸音媒体１４０は、０．５又は０．６又は０．７又は０．８又は０．９超の多孔性を有することになる。

【0038】

図２Ｂ及び図２Ｃは、上述の吸音媒体１４０を有する又は欠いた本教示のスパース吸音器１００の、周波数の関数としての吸音のプロットを示している。図２Ｂ及び図２Ｃのブロードバンドスパース吸音器１００は、共振周波数ｆが約１７００Ｈｚである同一の形状の第１及び第２のヘルムホルツ共振器１３０Ａ、１３０Ｂを有する。図２Ｂのブロードバンドスパース吸音器１００は、半値全幅（Δｆ）が約８９０Ｈｚという、かなりブロードバンドの吸収を有する。対照的に、図２Ｃの吸音器１００は、Δｆが約２１０Ｈｚという、相対的にかなり狭い吸収プロファイルを示しており、これは図２Ｂのもののわずか２５％の広さである。これらの結果は、吸音媒体１４０の層が吸収の幅を実質的に増大させうることを実証している。

【0039】

いくつかの実装形態においては、積層されたブロードバンドスパース吸音器２００を生成して吸収の幅を増大させるために、２つ又はそれよりも多いブロードバンドスパース吸音器１００のアレイを層化することができる。図３はこのような実装形態の例であって、第１のブロードバンドスパース吸音器層１００Ａと、第１の層１００Ａに対し長手方向に（即ち、図３のｙ次元において）積層された第２のブロードバンドスパース吸音器層１００Ｂとを有する例を示している。この構成は、この代わりに、互いに層化された積層体を形成する第１及び第２のブロードバンドスパース吸音器１００Ａ、１００Ｂと呼称することもできる。第１及び第２の層１００Ａ、１００Ｂは、第１の層１００が共振周波数ｆ_Ｈ＝１７００Ｈｚを有する一方で、第２の層１００Ｂが共振周波数ｆ_Ｌ＝１０００Ｈｚを有するように、異なるチャンバ容積を含む異なる形状のヘルムホルツ共振器１３０Ａ、１３０Ｂを有する。同様に、第１及び第２のブロードバンドスパース吸音器１１０Ａ、１１０Ｂの長手方向距離Ｓ_Ｈ及びＳ_Ｌも、相互に異なりうる。

【0040】

図４は、図３の積層された吸音器２００の、周波数の関数としての吸音を示している。半値全幅Δｆは、約１５４０Ｈｚであり、図２Ｂの単層のブロードバンドスパース吸音器１００のもののほぼ２倍である。

【0041】

図５は、サウンド放出装置３１０用の開示されているサウンド抑制システム３００の平面図を示している。図５のサウンド抑制システム３００は、上述のタイプの１つ又は複数のブロードバンドスパース吸音器１００によって少なくとも部分的に取り囲まれたサウンド放出装置３１０を含む。概ね、１つ又は複数のブロードバンドスパース吸音器１００の長手方向ネック１２２Ａが、図示のように、サウンド放出装置３１０に対向することになる。いくつかの実装形態においては、サウンド抑制システム３００の１つ又は複数のブロードバンドスパース吸音器１００は、図３に関して上述したタイプの１つ又は複数の積層されたブロードバンドスパース吸音器２００を含みうる。

【0042】

サウンド放出装置３１０は、図５の定型的な図においては、正方形として抽象的に且つ一般的に示されているが、これは、サウンド抑圧が望ましい条件下においてサウンドを放出する任意の装置であってよい。特定の実装形態においては、サウンド放出装置３１０は、自動車の内燃機関などの、内燃機関であってよい。このような実装形態においては、内燃機関は、（ブロック矢印Ａによって表されている）サウンドを放出しており、更には、（ブロック矢印Ｃによって表されている）冷媒及び／又は潜在的にその他の流体との外部流体連通状態にあるはずである。従って、いくつかの実装形態においては、サウンド抑制システム３００は、１つ又は複数のブロードバンドスパース吸音器１００内の間隙を通過することにより（即ち、隣接するユニットセル１１０の間の１つ又は複数の空間を通過することにより）、サウンド放出装置３１０から熱を吸収するように構成された冷媒を含む。

【0043】

１つ又は複数のブロードバンドスパース吸音器１００が図１Ｄを参照して上述したタイプの１つ又は複数の１次元アレイを含む例においては、アレイの細長いユニットセル１１０を、エンジンコンパートメント内の固定されたブラケットなどの支持構造に装着することができる。１つ又は複数のブロードバンドスパース吸音器１００が図１Ａを参照して上述したタイプの１つ又は複数の２次元アレイを含む例においては、アレイのユニットセル１００を、メッシュ又はスクリーンなどの多孔性基材によって支持することができる。いくつかの実装形態においては、サウンド抑制システム３００の１つ又は複数のブロードバンドスパース吸音器１００は、キュービクル又は長方形状エンクロージャの壁を形成するなどにより、すべての側部においてサウンド放出装置３１０を取り囲むことができる。その他のこのような実装形態においては、１つ又は複数のブロードバンドスパース吸音器１００は、サウンド放出装置３１０を中心として、湾曲させることが可能であり、或いは、さもなければ、球状又は卵形のエンクロージャを形成することができる。

【0044】

以上の説明は、その特性が例示を目的としたものに過ぎず、決して、本開示、その用途、又は使用を限定することを意図したものではない。本開示において使用されている「Ａ、Ｂ、及びＣの少なくとも１つ（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ ｏｆ Ａ， Ｂ， ａｎｄ Ｃ）」というフレーズは、非排他的論理「和（ｏｒ）」を使用した、論理（Ａ又はＢ又はＣ）を意味するものと解釈することを要する。方法における様々なステップは、本開示の原理を変更することなしに、異なる順序において実行されうることを理解されたい。範囲の開示は、すべての範囲と、全体範囲内のサブ分割された範囲と、の開示を含む。

【0045】

本開示において使用されている（「背景技術」及び「概要」などの）見出し及び小見出しは、本開示におけるトピックの一般的な組織化を目的としたものに過ぎず、技術又はその任意の態様の開示を限定することを意図したものではない。特徴を記述した複数の実施形態の説明は、更なる特徴を有するその他の実施形態又は記述されている特徴の異なる組合せを内蔵するその他の実施形態を排除することを意図したものではない。

【0046】

本開示において使用されている「有する、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」及び「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」という用語及びその変形は、一連の、又はリスト内の、項目の記述が、本技術の装置及び方法においても有用でありうるその他の類似の項目の排除をもたらさらないように、非限定的となることを意図している。同様に、「できる、してもよい（ｃａｎ）」及び「できる、してもよい（ｍａｙ）」という用語及びその変形も、「実施形態が特定の要素又は特徴を有することができる又はこれを有してもよい」という記述が、これらの要素又は特徴を含んでいない本技術のその他の実施形態を排除しないように、非限定的となることを意図している。

【0047】

本開示の広範な教示は、様々な形態において実装することができる。従って、本開示は、具体的な例を含んでいるが、本開示の真の範囲は、これらの例に限定されてはならず、その理由は、本開示及び添付の特許請求の範囲を検討した際に、その他の変更について当業者に明らかとなるからである。１つの態様又は様々な態様に対する本開示における参照は、一実施形態又は特定のシステムとの関連において記述されている特定の特徴、構造、又は特性が、少なくとも１つの実施形態又は態様に含まれていることを意味している。「一態様において」というフレーズ（又は、その変形）の出現は、必ずしも、同一の態様又は実施形態を参照しているものではない。又、本開示において記述されている様々な方法ステップを図示のものと同一の順序において実行することは、必須ではなく、それぞれの方法ステップが、それぞれの態様又は実施形態において必須であるわけでもない、ことを理解されたい。

【0048】

実施形態に関する以上の説明は、例示及び説明を目的として提供されたものである。これは、すべてを網羅することを意図したものではなく、或いは、本開示を限定することを意図したものでもない。特定の実施形態の個々の要素又は特徴は、一般に、その特定の実施形態に限定されるものではなく、適宜、具体的に図示又は記述されていない場合にも、相互交換可能であり、選択された実施形態において使用可能である。又、これらは、多くの方法により、変更可能である。このような変形は、本開示からの逸脱として見なしてはならず、すべてのこのような変更が本開示の範囲に含まれることが意図されている。

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図1D】

【図1E】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3】

【図4】

【図5】