WO2004107313A1 - 遮音・吸音構造体､並びにこれらを適用した構造物 - Google Patents

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sound insulation
membrane
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Hidekazu Kodama
Munehiro Date
Pavel Mokry
Kazunori Kimura
Tomonao Okubo
Eiichi Fukada
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Kobayashi Institute of Physical Research
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Rion Co Ltd
Kobayashi Institute of Physical Research
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    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
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    • G—PHYSICS
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    • G10K11/172—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using resonance effects

Definitions

  • the present invention relates to a sound-insulating / sound-absorbing structure that blocks sound by elastic repulsion and absorbs sound by elastic loss, a sound-insulating / sound-absorbing device, a structure to which these are applied, and members constituting the same.
  • the sound insulation performance of a single-layer wall improves as the mass increases. Therefore, heavy materials such as concrete walls, block walls, brick walls, lead, and iron plates are used to block sound. Sound transmission loss is used as an index indicating the sound insulation performance of a wall.
  • the sound transmission loss TL of a single-layer wall when sound is incident on the single-layer wall perpendicular to the wall is expressed by the following equation (1).
  • ⁇ is the angular frequency, / 0.
  • r is the viscous resistance in the thickness direction of the wall
  • m is the mass of the wall
  • Y is the elastic modulus in the thickness direction of the wall.
  • Fig. 16 shows the sound transmission loss TL obtained from equation (1) with respect to the logarithmic frequency.
  • fr is the resonance frequency in the thickness direction of the wall shown in the following equation (2).
  • Sound transmission loss TL is proportional to frequency at 6 dB / oct above the resonance frequency fr. This region is called the mass law due to the mass-containing term in equation (1). On the other hand, below the resonance frequency fr, the sound transmission loss TL is 16 dB / oct, which is inversely proportional to the frequency. This region is generally due to the term containing the elastic modulus in Eq. It is called stiffness control.
  • the resonance frequency fr is set in a low frequency region. Therefore, the sound insulation performance of the sound insulation wall in the audible range depends on the mass law, and the sound insulation performance of the wall deteriorates as the frequency of low-frequency sound decreases.
  • the sound insulation performance can be improved by increasing the thickness (area density), but when it is doubled, the increase in sound transmission loss is at most 6 dB. Also, films and plates with low areal density are said to have little sound insulation performance.
  • sound having a frequency lower than the resonance frequency fr can be blocked by the elasticity of the wall.
  • the problems with the conventional sound insulation methods are that the sound insulation performance deteriorates as the frequency of the sound becomes lower, and that the sound insulation performance depends on the surface density.
  • a sound insulation and sound absorption structure with a view to stiffness control, it consists of surface materials provided on both sides of the frame and sound absorption materials filled inside these surface materials.
  • a sound insulation structure and a sound insulation and sound absorption composite in which the surface material is curved to increase the rigidity of the surface material so that the area reaches a frequency higher than the resonance transmission frequency determined by the surface density of the surface material and the distance between the surface materials A structure is known (for example, refer to Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 5-91495).
  • the piezoelectric material includes a piezoelectric material having an outer peripheral portion fixed and having piezoelectricity, a pair of electrodes provided on both surfaces of the piezoelectric material, and a negative capacitance circuit connecting the electrodes. It is a curved flat plate, and the electrical characteristics of the negative capacitance circuit are configured to be variable, A variable sound absorbing device that changes the elastic modulus and the loss rate of a piezoelectric substance by this is known (for example, see Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-161284).
  • JP-A-5-91495 or JP-A-6-161463 is not intended to reduce the acoustic deformation caused by the bending resonance of the sound insulation wall by increasing the deformation of the surface, that is, the rigidity.
  • This is a method for suppressing transmission, so-called coin-dense.
  • the resonance frequency of this bending is due to the surface shear deformation found in the mass control region, apart from the resonance frequency fr in the thickness direction described above. Therefore, in order to achieve sound insulation by stiffness control, it is necessary to discuss the resonance frequency fr, that is, the surface density and the elasticity of in-plane expansion and contraction.However, these inventions do not deal with the resonance frequency fr and our problems. Does not solve the problem.
  • the present invention has been made in view of such problems of the conventional technology, and has as its object the purpose of the present invention is to provide a sound insulation, a sound absorbing structure, a sound insulation, which can cut off or absorb sound by stiffness control. It is an object of the present invention to provide a sound absorbing device, a structure to which these are applied, and members constituting the same. Disclosure of the invention
  • the invention according to claim 1 is to form a film member such as a polymer film or a metal foil into a shape having a curvature such as a dome shape, a kamaboko shape or a conical shape, and the curvature is defined as
  • the shape of the shape having the curvature is fixed to another structure, the resonance frequency of the in-plane expansion and contraction of the shape having the curvature is set to an audio frequency band or a frequency higher than the audio frequency band, and the sound is cut off by the elastic force of the film.
  • ⁇ Absorb.
  • the invention according to claim 2 comprises a membrane member such as a polymer film or a metal foil, and a frame having at least one or more openings such as a lattice, a honeycomb, or a ring. Is fixed, and the portion of the membrane member surrounded by the frame is formed into a shape having a curvature such as a dome shape, a kamaboko shape or a conical shape, and the resonance frequency of in-plane expansion and contraction of the shape having the curvature is audible.
  • the frequency is set higher than the frequency band or the audible frequency band, and the sound is cut off and absorbed by the elastic force of the membrane.
  • the membrane member is made up of a lightweight membrane member and a frame having at least one opening, such as a lattice, honeycomb, or ring, and the periphery of the membrane is fixed by the frame, and the portion of the membrane surrounded by the frame Is formed in a shape having a curvature such as a dome shape or a camouflage shape, and the resonance frequency of the in-plane stretching vibration of that portion is set to an audible frequency band or a higher frequency band, so that sound is cut off or controlled by stiffness control. Can be absorbed.
  • An invention according to claim 3 is the sound insulating / absorbing structure according to claim 1 or claim 2, wherein the film member is held in a shape having a curvature. A holder was provided.
  • the holding member to give the membrane member a shape having a tension and a curvature such as a dome shape, and to hold the film member, thereby making it possible to cut off or absorb sound by stiffness control.
  • tension is applied to the membrane member.
  • the invention according to claim 5 is the sound insulating / absorbing structure according to claim 1 or claim 2, wherein a plastic plate, a metal plate, a veneer plate is used instead of the film member.
  • a plastic plate, a metal plate, a veneer plate is used instead of the film member.
  • Such a plate member was formed into a shape having a curvature such as a dome shape, a kamaboko shape or a conical shape.
  • the frame having at least one opening, such as a lattice, honeycomb, or ring, and the periphery of the plate is fixed by the frame, and the portion of the plate surrounded by the frame Dome-shaped shape, such as a dome-shaped shape, and the resonance frequency of the in-plane stretching vibration at that portion should be in the audible frequency band or higher.
  • Sound can be cut off or absorbed by stiffness control.
  • the invention according to claim 6 is characterized in that the elastic body and the membrane member are laminated on the support plate, and the frame body is pressed from above, whereby the elastic body and the membrane member are sandwiched between the frame body and the support plate, A tension is applied to the membrane member, the membrane member is formed into a shape having a dome-shaped curvature, and the resonance frequency of in-plane expansion and contraction of the shape having the curvature is set to an audible frequency band or a frequency higher than the audible frequency band, It blocks and absorbs sound by the elastic force of the membrane.
  • the elastic body and the membrane member are laminated on the support plate, and the frame body is pressed from above, thereby sandwiching the elastic body and the membrane member between the frame body and the support plate, and applying tension to the membrane member,
  • the stiffness control is performed by forming the membrane member into a shape having a dome-shaped curvature and setting the resonance frequency of in-plane expansion and contraction of the shape having the curvature to an audible frequency band or a frequency higher than the audible frequency band. Can cut off or absorb sound.
  • the invention according to claim 7 is characterized in that the elastic body is sandwiched between two membrane members, and furthermore, the elastic body and the two membrane members are sandwiched between the frame members to apply tension to the two membrane members,
  • the two membrane members are formed in a shape having a dome-shaped curvature, and the resonance frequency of in-plane expansion and contraction of the shape having the curvature is set to an audible frequency band or a frequency higher than the audible frequency band, and the elastic force of the membrane is set. It blocks and absorbs sound.
  • the elastic body is sandwiched between the two membrane members, the frame body is sandwiched between the elastic body and the two membrane members, tension is applied to the two membrane members, and the two membrane members are dome-shaped.
  • stiffness control by forming it into a shape having a curvature and setting the resonance frequency of in-plane expansion and contraction of the shape having this curvature to an audible frequency band or a frequency higher than the audible frequency band. Can be.
  • the invention according to claim 8 is the sound insulating / absorbing structure according to any one of claims 1 to 7, wherein the film member or the curvature formed in a shape having a curvature is provided.
  • the plate members formed into a shape having the following are arranged one-dimensionally or two-dimensionally.
  • the membrane member formed into a shape having a curvature or the plate member formed into a shape having a curvature one-dimensionally or two-dimensionally By arranging the membrane member formed into a shape having a curvature or the plate member formed into a shape having a curvature one-dimensionally or two-dimensionally, a wide range of stiffness can be obtained.
  • a sound insulation / sound absorbing structure that blocks or absorbs sound can be formed by the loudness control.
  • the invention according to claim 9 is the sound insulating / absorbing structure according to any one of claims 1 to 8, wherein the resonance frequency of the in-plane expansion and contraction vibration is in an audible frequency range.
  • the surface density, the elastic modulus, the outer peripheral dimension, and the radius of curvature of the portion having the curvature of the film member or the plate member were set so as to be within or above.
  • the invention according to claim 10 is the sound insulating / absorbing structure according to any one of claims 1 to 9, wherein the film member or the plate member is fixed to the film member or the plate member.
  • the frame to be formed was integrally formed.
  • An invention according to claim 11 is a film member or plate member constituting the sound insulation / sound absorbing structure according to any one of claims 1 to 10, wherein a piezoelectric member is provided. A circuit exhibiting a negative capacitance was connected to the piezoelectric member.
  • the invention according to claim 12 is a film member or plate member that constitutes the sound insulation / sound absorbing structure according to any one of claims 1 to 10, wherein the film member or the plate member has a piezoelectric property. A circuit exhibiting a negative capacitance was connected to this member.
  • a sound insulation / sound absorbing device capable of electrically controlling the sound insulation / sound absorption performance can be configured.
  • the invention according to claim 13 is a method for mounting the sound insulating / absorbing structure according to any one of claims 1 to 10 on a vehicle such as an automobile or a train, an aircraft, or a ship. And other transport equipment (vehicles), panels, partitions and other building materials, sound barriers, sound barriers, structures, rooms, electrical equipment, machinery, sound equipment and other structures to block and absorb sound Things.
  • a vehicle such as an automobile or a train, an aircraft, or a ship.
  • transport equipment vehicles
  • panels, partitions and other building materials sound barriers, sound barriers, structures, rooms, electrical equipment, machinery, sound equipment and other structures to block and absorb sound Things.
  • the invention according to claim 14 provides the sound insulating / absorbing structure according to any one of claims 1 to 10 by using a vehicle such as an automobile or a train, an aircraft, or a ship. And other transport equipment (vehicles), panels, partitions and other building materials, sound barriers, sound barriers, structures, rooms, electrical equipment, machinery, structures such as audio equipment It is applied to the members that make up and blocks and absorbs sound.
  • a vehicle such as an automobile or a train, an aircraft, or a ship.
  • transport equipment vehicles
  • panels, partitions and other building materials sound barriers, sound barriers, structures, rooms, electrical equipment, machinery, structures such as audio equipment It is applied to the members that make up and blocks and absorbs sound.
  • the invention according to claim 15 provides the sound insulating / absorbing device according to claim 11 or claim 12 with a vehicle such as an automobile, a train, an aircraft, a ship, and other vehicles.
  • a vehicle such as an automobile, a train, an aircraft, a ship, and other vehicles.
  • structures such as transportation equipment (vehicles), panels, partitions and other building materials, sound barriers, sound barriers, buildings, rooms, electrical equipment, machinery, and sound equipment to block and absorb sound It is.
  • the invention according to claim 16 provides the sound insulating / absorbing device according to claim 11 or claim 12 for vehicles such as automobiles, trains, aircraft, ships, and other vehicles.
  • vehicles such as automobiles, trains, aircraft, ships, and other vehicles.
  • members that compose structures such as transportation equipment (vehicles), panels, partitions and other building materials, sound barriers, sound barriers, buildings, rooms, electrical equipment, machinery, and sound equipment, and block sound 'What is absorbed.
  • FIG. 1 is a front view of a sound insulating and absorbing structure according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 1 (b) is a sectional view thereof.
  • FIG. 2 shows a second embodiment of the sound insulating and absorbing structure according to the present invention, and is a front view, and FIG. 2 (b) is a sectional view.
  • FIG. 3 is a sectional view of a third embodiment of a sound insulating and absorbing structure according to the present invention.
  • FIG. 4 is a sectional view of a sound insulating and absorbing structure according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a sound insulating and absorbing structure according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a sound insulating and absorbing structure according to a sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a sectional view of a sound insulating and absorbing structure according to a seventh embodiment of the present invention.
  • Fig. 8 shows a configuration diagram of an electric circuit exhibiting a negative capacitance.
  • A shows the case where the piezoelectric body and the negative capacitance are connected in parallel.
  • (B) and (c) show the series connection of the piezoelectric body and the negative capacitance. When connected.
  • FIG. 9 is a configuration diagram of a piezoelectric body and an element connected to a negative capacitance circuit.
  • FIG. 10 shows the frequency characteristics of sound transmission loss using the radius of curvature of the polymer film as a parameter.
  • Fig. 11 shows the frequency of sound transmission loss with the thickness of the polymer film as a parameter. It is a numerical characteristic.
  • FIG. 12 shows the frequency characteristics of the insertion loss of the sound insulation / sound absorption structure.
  • Fig. 13 shows the frequency characteristics of sound transmission loss of a panel made of hard plastic molded into a dome shape.
  • FIG. 14 shows frequency characteristics of sound transmission loss when the PVDF film is controlled by a negative capacitance circuit.
  • Figure 15 shows the frequency characteristics of sound transmission loss of a large panel in which dome-shaped hard plastics are two-dimensionally arranged.
  • FIG. 16 is a graph showing sound transmission loss versus logarithmic frequency.
  • the sound-insulating / sound-absorbing structure according to the present invention is a light-weight membrane member or a plate member which is formed in a shape having a curvature such as a dome shape or a cam shape and has almost no sound insulation performance, and a periphery thereof is fixed. It consists of a frame.
  • the membrane member or the plate member has a flat plate shape, distortion due to sound pressure is small, and sound insulation performance due to elasticity and sound absorption performance due to elastic loss are scarcely provided.
  • the membrane member or the plate member causes an in-plane stretching vibration while increasing or decreasing the curvature by sound pressure.
  • in-plane expansion and contraction vibration of the membrane member or the plate member by the sound pressure, sound insulation due to the properties of the membrane member or the plate member and sound absorption due to elastic loss can be achieved.
  • ⁇ POCQR / h (5)
  • Y is the in-plane elastic modulus of the membrane member
  • ⁇ is the in-plane elastic loss of the membrane member
  • ⁇ is the angular frequency
  • ⁇ is the density of the membrane member
  • h is the membrane member.
  • the thickness of the member, R is the radius of curvature of the membrane member
  • p fl is the density of air
  • c is the sound speed of air.
  • the sound-insulating / sound absorbing structure provides the optimum structure, material, and method for realizing the above principle as a sound-insulating structure that often requires a large area. It is a combination of a rigid frame and a membrane or plate with a given curvature. When the frame is flat, the sound may bend the frame itself, and the sound insulation performance may be degraded. If the frame is curved, the radius of the frame due to sound can be reduced, and deterioration of sound insulation performance can be prevented.
  • a first embodiment of a sound insulating / sound absorbing structure includes a membrane member 1 formed in a shape having a dome-like curvature, and an edge portion of the membrane member 1 having both sides. And a ring-shaped frame 2 to be clamped and fixed.
  • a metal foil such as an aluminum foil or a polymer film such as a polyethylene film is used.
  • the shape of the membrane member 1 whose edge is fixed by the frame 2 may be a shape having a curvature such as a dome shape or a cone shape in addition to a dome shape.
  • the shape of the frame 2 may be rectangular (lattice-like) or hexagonal (honeycomb-like) other than a ring shape, and the material of the frame 2 may be plastic or metal.
  • a plate member such as a tick plate, a metal plate such as aluminum, a veneer plate, or the like can be formed into a shape having a curvature such as a dome shape, a kamaboko shape, or a conical shape.
  • the second embodiment of the sound insulation / sound absorbing structure includes a membrane member 3 having a shape such as a dome shape at four locations, and a shape member having each curvature. It can also be composed of a square (lattice-shaped) frame 4 that clamps the periphery from both sides and fixes it.
  • the number of shapes having a curvature such as a dome shape formed on the membrane member 3 is not limited to four, and may be plural. Then, the frame 4 may be formed so as to match the number of shapes having a curvature such as a dome shape formed on the film member 3.
  • a membrane member 3 sandwiched from both sides by a lattice frame 4 is applied to a plurality of metal meshes 5 formed in a dome shape.
  • 3 is provided with a shape having tension and a dome-shaped curvature.
  • an elastic body 6 such as a sponge is provided as a protective material between the membrane member 1 and the metal mesh 3 in the third embodiment. It is a thing.
  • an elastic body 6 and a membrane member 3 are laminated on a support plate 7 and a grid-like frame 4 is pressed from above. Accordingly, the elastic member 6 and the membrane member 3 are sandwiched between the frame 4 and the support plate 7 to apply tension to the membrane member 3 and to form the membrane member 3 into a shape having a dome-shaped curvature.
  • the elastic body 6 is sandwiched between two membrane members 1, and the elastic body 6 and the two membrane members 1 are sandwiched between the frame members 2.
  • tension was applied to the two membrane members 1 and the two membrane members 1 were formed in a shape having a dome-like curvature.
  • a sound absorbing material such as glass wool or rock wool
  • a sound absorbing effect can be added.
  • a plate member such as a plastic plate, a metal plate, or a veneer plate is replaced with a dome-shaped member. It may be used after being formed into a shape having a curvature such as a shape.
  • the sound insulating performance and the sound absorbing performance are determined by the resonance frequency fr of the in-plane stretching vibration of the membrane members 1 and 3 in the portion surrounded by the frames 2 and 4.
  • the surface density and elastic modulus of the membrane members 1 and 3 and the length, the radius of curvature and the tension of the portion surrounded by the frames 2 and 4 are set so that the resonance frequency fr is in the audible frequency band or higher. is important.
  • the film members 1 and 3 constituting the sound insulation and sound absorption structure a material having piezoelectricity is used.
  • a sound insulation / sound absorption device capable of artificially changing sound insulation characteristics and sound absorption characteristics by electrically changing the elastic modulus of the membrane members 1 and 3 can be configured.
  • piezoelectric material examples include polyvinylidene fluoride, a copolymer of vinylidene fluoride, piezoelectric polymers such as polylactic acid, polyvinyl acetate, and cellulose, piezoelectric ceramics such as PZT, and a composite material of a piezoelectric material and a polymer material.
  • piezoelectric material examples include polyvinylidene fluoride, a copolymer of vinylidene fluoride, piezoelectric polymers such as polylactic acid, polyvinyl acetate, and cellulose, piezoelectric ceramics such as PZT, and a composite material of a piezoelectric material and a polymer material.
  • Fig. 8 shows the negative capacitance circuits 8a, 8b, 8c.
  • the elastic modulus of the piezoelectric body 9 can be increased, and FIG. 8 (b) and FIG.
  • the elastic modulus can be reduced. Regardless of which negative capacitance circuit 8a, 8b, 8c is connected, the elastic modulus of the piezoelectric body 9 is determined by the electric loss of the piezoelectric body 9 and the negative capacitance circuit 8a, 8b, 8c. It changes at almost the same frequency.
  • the element Z0 shown in FIG. 8 is an element composed of a resistor and a capacitor. If a capacitor made of the same material as the piezoelectric material is used as the capacitor, the elastic modulus of the piezoelectric body 9 can be changed uniformly regardless of the frequency.
  • Elements Z1 and Z2 shown in FIGS. 8 (a) to 8 (c) are composed of at least one of a resistor, a capacitor and a coil.
  • the capacitance of the negative capacitance circuits 8a and 8b shown in Fig. 8 (a) and Fig. 8 (b) is the product of the capacitance of element Z0 and the impedance ratio (Z2 / Z1) of element Z2 and element Z1. expressed.
  • the element Z0 is connected to one Z3XZ5 / Z
  • the elements represented by 4 are connected in parallel.
  • the capacitance of the negative capacitance circuit 8c is represented by the product of the capacitance of the element Z0 and the element connected in parallel with -Z3XZ5 / Z4 and the impedance ratio (Z2 / Z1). If the elements Z1 and Z2 are composed of one variable resistor, the capacitance of the negative capacitance circuits 8a, 8b, 8c can be made variable.
  • elements 11, 12, and 13 are connected to the piezoelectric body 9 connected to the negative capacitance circuits 8a, 8b, and 8c.
  • the element 11 to the element 13 can be configured by one or more of a resistor, a capacitor, and a coil, or the element 11 can be opened and the elements 12 and 13 can be short-circuited.
  • FIG. 10 shows the evaluation results of the sound insulation characteristics of the sound insulation / sound absorbing structure according to the present invention.
  • the normal incidence transmission loss was measured using an acoustic tube.
  • the sound transmission loss is only a few dB and no sound insulation performance is exhibited, whereas in the case of a polymer film with a radius of curvature of 10 cm, the sound transmission loss is 10 to 20 dB It increased above and showed a tendency to increase as the frequency became lower, which is characteristic of stiffness control.
  • Fig. 11 shows the frequency characteristics of sound transmission loss in a 12-, 40-, and 80-micron thick dome-shaped and tensioned polymer film. Sound transmission loss increased as the polymer film became thicker.
  • the polymer film was fixed to a frame in which a 2.5 cm x 2.5 cm square grid was arranged in a 10 x 10 matrix, and a dome-shaped metal mesh was pressed into the polymer film surrounded by each grid, and the polymer was pressed.
  • One film is formed into a dome shape, and a dome-shaped polymer film is two-dimensionally arranged to produce a sound insulation and sound absorption structure.
  • the insertion loss of the sound insulation and sound absorption structure is reduced by using a small reverberation box. It was measured.
  • a 1 cm thick flat wood veneer, and a sound insulation / sound absorbing structure having a double wall by attaching a 1 cm thick veneer plate to the sound insulating / sound absorbing structure were also evaluated.
  • Figure 12 shows the evaluation results.
  • the insertion loss of the sound-insulating / sound-absorbing structure according to the present invention tended to increase as the frequency specific to stiffness control became lower.
  • the insertion loss of the veneer plate tends to increase as the frequency specific to the mass law increases.
  • an insertion loss of more than 20 dB was obtained from 100 Hz to 20 kHz.
  • FIG. 13 is a graph showing the sound insulation performance of a panel using hard plastic molded into a dome shape with respect to frequency.
  • Fig. 14 shows the result of sound insulation performance control by using a PVDF film as the plastic plate of the panel and giving control using a negative capacitance circuit.
  • the resonance frequency of the in-plane stretching vibration shifts to the lower frequency side because the elastic force of the film is smaller than that of the above-mentioned hard plastic.
  • the original sound insulation performance of the film shows a mass effect above 300 Hz, and the sound insulation performance tends to increase as the frequency becomes lower at 300 Hz or lower, which is characteristic of the elastic effect.
  • the circuit control increased the sound insulation of the panel by up to 20 dB from 100 Hz to 1 kHz.
  • Figure 15 shows the frequency characteristics of the sound insulation performance of a large panel in which dome-shaped hard plastics are two-dimensionally arranged.
  • the outer dimensions of the panel are about 1.2mX 1.6m.
  • a 1.5 mm thick PET plate formed into a dome shape with a square of 4 cm x 4 cm and a radius of curvature of 4 cm was arranged two-dimensionally.
  • the dome shape was provided on a PET board of 20 cm x 30 cm size at 15 points in 5 rows x 3 columns, and each dome shape was fixed with an aluminum frame. This is taken as one unit, and 30 units x 6 rows x 5 columns Array. It was shown that the sound insulation performance of the large panel was maintained at more than 20 dB from 100 Hz to lk Hz.
  • the present invention provides a sound insulation structure that realizes sound insulation by the elastic force of a dome-shaped membrane or plate, not only for a small structure but also for a large sound insulation wall.
  • a lightweight membrane member and at least a lattice shape, an 82 cam shape, a ring shape, etc.
  • It consists of a frame with one opening, the periphery of the membrane member is fixed with the frame, and the portion of the membrane member surrounded by the frame is formed into a shape with a curvature such as a dome shape or a cam shape.
  • the elastic body and the membrane member are sandwiched between the frame body and the support plate to apply tension to the membrane member, and
  • the member is formed in a shape having a dome-shaped curvature, and the sound is cut off by stiffness control by setting the resonance frequency of in-plane expansion and contraction of the shape having the curvature to an audible frequency band or a frequency higher than the audible frequency band. Or it can be absorbed.
  • a piezoelectric member is attached to the member or plate member constituting the sound insulation / sound absorbing structure, a circuit exhibiting a negative capacitance is connected to the piezoelectric member, or a film member or plate constituting the sound insulation / sound absorbing structure is attached.
  • a sound insulation / sound absorbing device capable of electrically controlling sound insulation / sound absorption performance by connecting the member to a member having piezoelectricity and connecting a circuit exhibiting a negative capacitance to the member. Can be.
  • sound insulation and sound absorption structures and sound insulation and sound absorption devices are used for vehicles such as automobiles and trains, airplanes, ships and other transportation equipment (vehicles), panels, partitions and other building materials, sound insulation walls and sound insulation walls.
  • vehicle such as automobiles and trains, airplanes, ships and other transportation equipment (vehicles), panels, partitions and other building materials, sound insulation walls and sound insulation walls.
  • the present invention can be applied to any structure that requires sound isolation and absorption, such as buildings, rooms, electrical equipment, machinery, and audio equipment, and members constituting the same.

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Abstract

スティフネス制御によって音を遮断又は吸収することができる遮音・吸音構造体、遮音・吸音装置並びにこれらを適用した構造物及びこれを構成する部材を提供する。ポリマーフィルムや金属箔などの膜部材１と、輪状の開口を少なくとも１つ以上有する枠体２からなり、この枠体２に膜部材１を固定し、枠体２で囲まれた部分の膜部材１をドーム形状などの曲率を有する形状に形成し、この曲率を有する形状の面内伸縮の共振周波数を可聴周波数帯域または可聴周波数帯域よりも高い周波数に設定し、膜の弾性力によって音を遮断・吸収するようにした。膜部材１の代わりとして、アクリルやポリエチレンテレフタレートなどのプラスチック板、アルミなどの金属板、ベニア板などの板部材を、ドーム形状、かまぼこ形状や円錐形状などの曲率を有する形状に成形して用いることもできる。

Description

遮音 ·吸音構造体、 並びにこれらを適用した構造物
技術分里†
本発明は、 弾性反発力により音を遮断し、 弾性損失により音を吸収する遮音 - 吸音構造体、 遮音 ·吸音装置並びにこれらを適用した構造物及びこれを構成する 部材に関する。 背景技術
単層壁の遮音性能は、 質量が大きいほど向上する。 そのため、 音の遮断にはコ ンクリート壁、 ブロック壁、 煉瓦壁、 鉛、 鉄板など質量の大きな材料が用いられ る。 壁の遮音性能を示す指標として音響透過損失が用いられる。 単層壁に、 音が 壁面に対して垂直に入射したときの単層壁の音響透過損失 TLは次に示す式 (1) で表される。
Figure imgf000003_0001
ここで、 ωは角周波数、 /0。は空気の密度、 c。は空気の音速、 rは壁の厚み方 向の粘性抵抗、 mは壁の質量、 Yは壁の厚み方向の弾性率である。
第 1 6図に式（1)より求めた音響透過損失 TLを対数周波数に対して示す。 ここ で、 f rは次の式 （2) に示す壁の厚み方向の共振周波数である。
Figure imgf000003_0002
Jr ljt m
音響透過損失 TLは、 共振周波数 f rより高周波数側で 6 d B/octで周波数に 比例する。 この領域は、 式 （1) の質量を含む項に起因し、 質量則と言われる。 一方、 共振周波数 f rより低周波数側では音響透過損失 TLは一 6 d B/octで周 波数に反比例する。 この領域は、 式 （1) の弾性率を含む項に起因し、 一般にス ティフネス制御といわれる。
従来の手法では、 共振周波数 f rは低周波領域に設けられている。 そのため、 可聴域での遮音壁の遮音性能は質量則に依存するので、 壁の遮音性能は低周波音 になるにつれて劣化する。 厚み （面密度） を増すことによって遮音性能を上げる ことはできるが、 2倍にしたところで音響透過損失の増加は高々 6 d Bである。 また、 面密度の小さな膜や板は遮音性能を殆ど有しないとされる。 一方、 原理的 には、 共振周波数 f rより低周波の音に対しては、 壁の弾性の作用によって遮音 することができる。
このように、 従来用いられる遮音方法の問題点として、 低周波音になるにつれ て遮音性能が劣化すること、 遮音性能が面密度に依存し、 集合住宅、 交通機関な どでは遮音対策を施すには限界が生じることが指摘されている。
スティフネス制御を利用した遮音方法は、 質量によらないので、 これまで十分 に遮音対策を施せなかった場所に遮音対策を施すことが可能なだけでなく、 低周 波音に対する遮音が期待される。 しかしながら、 スティフネス制御を利用した遮 音 ·吸音構造体は未だ実用化されていない。
そこで、 スティフネス制御を視野に入れた遮音 ·吸音構造体として、 枠体の両 面に設けられた表面材とこれらの表面材の内側に充填された吸音材とからなり、 透過損失周波数特性におけるスティフネス領域が、 表面材の面密度と表面材の間 隔で決まる共鳴透過周波数よりも高い周波数まで達するように表面材の剛性を大 きくするため表面材を曲面状にした遮音構造体及び遮音吸音複合構造体が知られ ている （例えば、 特開平 5— 9 4 1 9 5号公報参照） 。
また、 枠体の両側に取り付けられた表面材とこれらの表面材の間に充填された 吸音材とから構成され、 枠体と表面材とで囲まれた空間を加圧または減圧するこ とによって表面材を湾曲させ、 剛性を高めると共に表面材の振動を抑えることに より、 共鳴透過による遮音欠損を防ぐようにした遮音構造体が知られている （例 えば、 特開平 6— 1 6 1 4 6 3号公報参照） 。
更に、 外周部が固定され圧電性を有する圧電性物質と、 この圧電性物質の両対 面に設けた一対の電極と、 この電極間を接続する負性容量回路とを備え、 圧電性 物質は湾曲した平板状であり、 かつ負性容量回路の電気的特性が可変に構成され、 これにより圧電性物質の弾性率及び損失率を変化させる可変吸音装置が知られて いる （例えば、 特開平 1 1— 1 6 1 2 8 4号公報参照） 。
しかし、 特開平 5 _ 9 4 1 9 5号公報又は特開平 6— 1 6 1 4 6 3号公報に記 載の発明は、 面ずりの変形すなわち剛性を上げて遮音壁の曲げ共振によって生じ る音響透過、 いわゆるコインデンスを抑制するための手法であり、 この曲げの共 振周波数は、 先に述べた厚み方向の共振周波数 f rと別に、 質量制御領域に見ら れる面ずり変形によるものである。 従って、 スティフネス制御による遮音を達成 するためには共振周波数 f rにすなわち面密度と面内伸縮の弾性について議論を する必要があるが、 これらの発明は、 共振周波数 f rを取り扱っておらず我々の 課題を解決するものではない。
また、 特開平 1 1— 1 6 1 2 8 4号公報に記載の発明は、 原理的に膜を湾曲さ せると音の減衰量を増大させることが出来ることを述べている。 しかしながら、 共振周波数 f r以下では、 膜の弾性反発力 （スティフネス制御） による遮音が達 成されること、 遮音性能が膜の質量、 周囲の長さ、 弾性率および張力に依存する こと、 およびこれを考慮した遮音 ·吸音構造体について述べておらず、 我々の課 題を解決するものではない。
本発明は、 従来の技術が有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、 その目的とするところは、 スティフネス制御によって音を遮断又は吸収すること ができる遮音 ·吸音構造体、 遮音 ·吸音装置並びにこれらを適用した構造物及び これを構成する部材を提供しょうとするものである。 発明の開示
上記課題を解決すべく請求の範囲第 1項に係る発明は、 ポリマーフィルムゃ金 属箔などの膜部材をドーム形状、 かまぼこ形状や円錐形状などの曲率を有する形 状に形成し、 この曲率を有する形状の周囲を他の構造体に固定し、 前記曲率を有 する形状の面内伸縮の共振周波数を可聴周波数帯域または可聴周波数帯域よりも 高い周波数に設定し、 膜の弾性力によって音を遮断 ·吸収するものである。 これにより、 膜部材を直接構造体に固定することによって、 スティフネス制御 により音を遮断又は吸収することができる。 請求の範囲第 2項に係る発明は、 ポリマーフィルムや金属箔などの膜部材と、 格子状、 ハニカム状や輪状などの開口を少なくとも 1つ以上有する枠体からなり、 この枠体に前記膜部材を固定し、 前記枠体で囲まれた部分の前記膜部材をドーム 形状、 かまぼこ形状や円錐形状などの曲率を有する形状に形成し、 この曲率を有 する形状の面内伸縮の共振周波数を可聴周波数帯域または可聴周波数帯域よりも 高い周波数に設定し、 膜の弾性力によって音を遮断 '吸収するものである。 これにより、 軽量な膜部材と、 格子状、 ハニカム状や輪状など少なくとも 1つ の開口を持つ枠体からなり、 膜部材の周囲を枠体で固定し、 膜部材の枠体で囲わ れた部分をドーム状ゃ蒲鋅状など曲率を有する形状に形成し、 その部分の面内伸 縮振動の共振周波数を、 可聴周波数帯域又はそれより高い周波数帯域にすること によって、 スティフネス制御により音を遮断又は吸収することができる。
請求の範囲第 3項に係る発明は、 請求の範囲第 1項又は請求の範囲第 2項に記 載の遮音 ·吸音構造体において、 前記膜部材が曲率を有する形状に保持されるた めの保持具を備えた。
これにより、 保持具によつて膜部材に張力とドーム状などの曲率を有する形状 を与えて保持することができ、 スティフネス制御による音の遮断又は吸収を行う ことができる。
請求の範囲第 4項に係る発明は、 請求の範囲第 1項又は請求の範囲第 2項に記 載の遮音 ·吸音構造体において、 前記膜部材に張力を与えた。
これにより、 膜部材に張力を与えることによってスティフネス制御による音の 遮断又は吸収をより効果的に行うことができる。
請求の範囲第 5項に係る発明は、 請求の範囲第 1項又は請求の範囲第 2項に記 載の遮音 ·吸音構造体において、 前記膜部材の代わりに、 プラスチック板、 金属 板、 ベニァ板など板部材をドーム形状、 かまぼこ形状や円錐形状などの曲率を有 する形状に成形して用いた。
これにより、 軽量な板部材と、 格子状、 ハニカム状や輪状など少なくとも 1つ の開口を持つ枠体からなり、 板部材の周囲を枠体で固定し、 板部材の枠体で囲わ れた部分にドーム状ゃ蒲鋅状など曲率を有する形状に形成し、 その部分の面内伸 縮振動の共振周波数を、 可聴周波数帯域又はそれより高い周波数帯域とすること によって、 スティフネス制御により音を遮断又は吸収することができる。 請求の範囲第 6項に係る発明は、 支持板の上に弾性体と膜部材を積層し、 その 上から枠体を押し付けることにより、 弾性体と膜部材を枠体と支持板によって挟 み、 膜部材に張力を与えると共に、 膜部材をドーム状の曲率を有する形状に形成 し、 この曲率を有する形状の面内伸縮の共振周波数を可聴周波数帯域または可聴 周波数帯域よりも高い周波数に設定し、 膜の弾性力によって音を遮断 ·吸収する ものである。
これにより、 支持板の上に弾性体と膜部材を積層し、 その上から枠体を押し付 けることにより、 弾性体と膜部材を枠体と支持板によって挟み、 膜部材に張力を 与えると共に、 膜部材をドーム状の曲率を有する形状に形成し、 この曲率を有す る形状の面内伸縮の共振周波数を可聴周波数帯域または可聴周波数帯域よりも高 い周波数に設定することによって、 スティフネス制御により音を遮断又は吸収す ることができる。
請求の範囲第 7項に係る発明は、 弾性体を 2枚の膜部材で挟み、 更に枠体で弹 性体と 2枚の膜部材を挟んで、 2枚の膜部材に張力を与えると共に、 2枚の膜部 材をドーム状の曲率を有する形状に形成し、 この曲率を有する形状の面内伸縮の 共振周波数を可聴周波数帯域または可聴周波数帯域よりも高い周波数に設定し、 膜の弾性力によって音を遮断 ·吸収するものである。
これにより、 弾性体を 2枚の膜部材で挟み、 更に枠体で弾性体と 2枚の膜部材 を挟んで、 2枚の膜部材に張力を与えると共に、 2枚の膜部材をドーム状の曲率 を有する形状に形成し、 この曲率を有する形状の面内伸縮の共振周波数を可聴周 波数帯域または可聴周波数帯域よりも高い周波数に設定することによって、 ステ ィフネス制御により音を遮断又は吸収することができる。
請求の範囲第 8項に係る発明は、 請求の範囲第 1項乃至請求の範囲第 7項のい ずれかに記載の遮音 ·吸音構造体において、 曲率を有する形状に形成した前記膜 部材または曲率を有する形状に成形した前記板部材を 1次元または 2次元に配列 した。
これにより、 曲率を有する形状に形成した膜部材または曲率を有する形状に成 形した板部材を 1次元または 2次元に配列することによって、 広範囲にスティフ ネス制御により音を遮断又は吸収する遮音 ·吸音構造体を形成することができる。 請求の範囲第 9項に係る発明は、 請求の範囲第 1項乃至請求の範囲第 8項のい ずれかに記載の遮音 ·吸音構造体において、 面内伸縮振動の共振周波数が可聴域 周波数帯域内またはそれ以上となるように、 前記膜部材または前記板部材の曲率 を有する部位の面密度、 弾性率、 外周寸法、 曲率半径を設定した。
請求の範囲第 1 0項に係る発明は、 請求の範囲第 1項乃至請求の範囲第 9項の いずれかに記載の遮音 ·吸音構造体において、 前記膜部材または前記板部材と、 これらを固定する枠体を一体に形成した。
請求の範囲第 1 1項に係る発明は、 請求の範囲第 1項乃至請求の範囲第 1 0項 のいずれかに記載の遮音 ·吸音構造体を構成する膜部材または板部材に圧電性部 材を付け、 この圧電性部材に負性容量を呈する回路を接続した。
これにより、 膜部材または板部材に付けた圧電性部材に負性容量を呈する回路 を接続することによって、 遮音 ·吸音性能を電気的に制御することができる遮 音 ·吸音装置を構成することができる。
請求の範囲第 1 2項に係る発明は、 請求の範囲第 1項乃至請求の範囲第 1 0項 のいずれかに記載の遮音 ·吸音構造体を構成する膜部材または板部材を、 圧電性 を有する部材とし、 この部材に負性容量を呈する回路を接続した。
これにより、 圧電性を有する膜部材または板部材部材に負性容量を呈する回路 を接続することによって、 遮音 ·吸音性能を電気的に制御することができる遮 音 ·吸音装置を構成することができる。
請求の範囲第 1 3項に係る発明は、 請求の範囲第 1項乃至請求の範囲第 1 0項 のいずれかに記載の遮音 ·吸音構造体を、 自動車、 電車などの車両、 航空機、 船 舶およびその他の輸送機器 （乗物） 、 パネル、 パーティションおよびその他の建 築材料、 遮音壁、 防音壁、 建造物、 室、 電気機器、 機械、 音響機器などの構造物 に適用し、 音を遮断 ·吸収するものである。
請求の範囲第 1 4項に係る発明は、 請求の範囲第 1項乃至請求の範囲第 1 0項 のいずれかに記載の遮音 ·吸音構造体を、 自動車、 電車などの車両、 航空機、 船 舶およびその他の輸送機器 （乗物） 、 パネル、 パーティションおよびその他の建 築材料、 遮音壁、 防音壁、 建造物、 室、 電気機器、 機械、 音響機器などの構造物 を構成する部材に適用し、 音を遮断 ·吸収するものである。
請求の範囲第 1 5項に係る発明は、 請求の範囲第 1 1項又は請求の範囲第 1 2 項に記載の遮音 ·吸音装置を、 自動車、 電車などの車両、 航空機、 船舶およびそ の他の輸送機器 （乗物） 、 パネル、 パーティションおよびその他の建築材料、 遮 音壁、 防音壁、 建造物、 室、 電気機器、 機械、 音響機器などの構造物に適用し、 音を遮断 ·吸収するものである。
請求の範囲第 1 6項に係る発明は、 請求の範囲第 1 1項又は請求の範囲第 1 2 項に記載の遮音 ·吸音装置を、 自動車、 電車などの車両、 航空機、 船舶およびそ の他の輸送機器 （乗物） 、 パネル、 パーティションおよびその他の建築材料、 遮 音壁、 防音壁、 建造物、 室、 電気機器、 機械、 音響機器などの構造物を構成する 部材に適用し、 音を遮断'吸収するものである。 図面の簡単な説明
第 1図は、 本発明に係る遮音 吸音構造体の第 1実施の形態を示し、 正面図、 （b ) は断面図である
第 2図は、 本発明に係る遮音 吸音構造体の第 2実施の形態を示し、 正面図、 （b ) は断面図である
第 3図は、 本発明に係る遮音 吸音構造体の第 3実施の形態の断面図である。 第 4図は、 本発明に係る遮音 吸音構造体の第 4実施の形態の断面図である。 第 5図は、 本発明に係る遮音 吸音構造体の第 5実施の形態の断面図である。 第 6図は、 本発明に係る遮音 吸音構造体の第 6実施の形態の断面図である。 第 7図は、 本発明に係る遮音 吸音構造体の第 7実施の形態の断面図である。 第 8図は、 負性容量を呈する電気回路の構成図を示し、 （a ) は圧電体と負性 容量を並列接続した場合、 （b ) 及び （c ) は圧電体と負性容量を直列接続した 場合である。
第 9図は、 負性容量回路に接続される圧電体と素子の構成図である。
第 1 0図は、 ポリマーフィルムの曲率半径をパラメータとした音響透過損失の 周波数特性である。
第 1 1図は、 ポリマーフィルムの厚みをパラメ一夕とした音響透過損失の周波 数特性である。
第 1 2図は、 遮音 ·吸音構造体の揷入損失の周波数特性である。
第 1 3図は、 ドーム形状に成型した硬質プラスチックを用いたパネルの音響透 過損失の周波数特性である。
第 1 4図は、 P VD F膜を負性容量回路で制御した場合の音響透過損失の周波 数特性である。
第 1 5図は、 ドーム形状の硬質プラスチックを 2次元に配列した大型パネルの 音響透過損失の周波数特性である。
第 1 6図は、 音響透過損失を対数周波数に対して示すグラフである。 発明を実施するための最良の形態
以下に本発明の実施の形態を添付図面 （第 1図〜第 1 5図） に基づいて説明す る。
本発明に係る遮音 ·吸音構造体は、 ドーム状ゃ蒲鋅状などの曲率を有する形状 に形成された従来遮音性能が殆どないとされる軽量な膜部材または板部材と、 そ の周辺を固定する枠体から成る。 膜部材または板部材は、 平板形状では音圧によ る歪みが小さく、 弾性による遮音性能および弾性損失による吸音性能をほとんど 有さない。
しかしながら、 ドーム状ゃ蒲鋅状などの曲率を有する形状にすると、 膜部材ま たは板部材は音圧によって曲率を増減させながら、 面内の伸縮振動を生じるよう になる。 音圧によって膜部材または板部材の面内の伸縮振動を生じさせることに より、 膜部材または板部材の弹性による遮音および弾性損失による吸音が可能と なる。
ドーム状などに成形された膜部材による遮音は、 面内の伸縮振動の共振周波数 f rより低周波数帯域で達成される。 式 （2 ) より軽量かつ弾性率の大きな膜部 材用いれば、 容易に共振周波数 f rを可聴周波数帯域以上に設定することができ る。 なお、 共振周波数 f rは、 膜の曲率半径、 膜部材の厚み、 膜部材に与えた張 力、 枠体で固定された部分の長さに依存するので、 共振周波数 f rを目的の周波 数に設定するために、 これらを適切に決める必要がある。 周囲が固定され、 曲率が与えられた膜部材の音響透過損失 T L及び吸音率 ο; 次に示す式 （3 ) 〜式 （5 ) で与えられる。
Figure imgf000011_0001
ζ= POCQR /h ( 5 ) ここで、 Y，は膜部材の面内の弾性率、 Υ" は膜部材の面内の弾性損失、 ωは 角周波数、 ιοは膜部材の密度、 hは膜部材の厚さ、 Rは膜部材の曲率半径、 p fl は空気の密度、 c。は空気の音速である。
式 （3 ) 〜式 （5 ) によれば、 音響透過損失 T L及び吸音率 ο;は、 Rに反比例 するので、 膜部材が平板状の時 （R =∞) のときに最小で、 Rが小さくなるにつ れて増加する。
なお、 本発明に係る遮音 ·吸音構造体は、 上記原理をしばしば大面積が要求さ れる遮音構造体として具現化するため、 最適な構造、 材料、 手法を提供するもの であり、 音に対して剛な枠体と曲率が与えられた膜部材または板部材を組み合わ せたものである。 枠体が平板状の場合には、 音によって枠体自身に撓みが生じ、 遮音性能が劣化することがある。 枠体を湾曲させれば、 音による枠体の橈みを減 少させることができ、 遮音性能の劣化を防ぐことができる。
本発明に係る遮音 ·吸音構造体の第 1実施の形態は、 第 1図 示すように、 ド ーム状の曲率を有する形状に形成された膜部材 1と、 膜部材 1の縁部を両面から 挟持して固定する輪状の枠体 2からなる。 膜部材 1としては、 アルミ箔などの金 属箔又はポリエチレンフィルムなどのポリマーフィルムなど用いられる。 縁部を 枠体 2で固定された膜部材 1の形状としては、 ドーム状の他、 蒲鋅状ゃ円錐状な どの曲率を有する形状でもよい。 また、 枠体 2の形状としては輪状の他、 四角形 状 （格子状） や六角形状 （ハニカム状） などでもよく、 枠体 2の材質としてはプ ラスチックや金属などでもよい。
膜部材の代わりとして、 ァクリルゃポリエチレンテレフタレートなどのプラス チック板、 アルミなどの金属板、 ベニァ板などの板部材を、 ドーム形状、 かまぼ こ形状や円錐形状などの曲率を有する形状に成形して用いることもできる。 また、 遮音 ·吸音構造体の第 2実施の形態は、 第 2図に示すように、 4箇所に ドーム状などの曲率を持つ形状を形成した膜部材 3と、 それぞれの曲率を持つ形 状の周りを両面から挟持して固定する四角形状 （格子状） の枠体 4から構成する こともできる。 なお、 膜部材 3に形成されるドーム状などの曲率を持つ形状の個 数は、 4個に限らず複数であってよい。 そして、 膜部材 3に形成されるドーム状 などの曲率を持つ形状の個数に合うように枠体 4を形成すればよい。
更に、 遮音 ·吸音構造体の第 3実施の形態は、 第 3図に示すように、 ドーム状 ゃ蒲鋅状などに形成した保持具としての金属メッシュ 5に、 輪状の枠体 2で両面 から挟持された膜部材 1をあてがい、 膜部材 1に張力とドーム状などの曲率を持 つ形状を与えて構成することもできる。
第 4図に示す遮音 ·吸音構造体の第 4実施の形態は、 ドーム状に形成した複数 の金属メッシュ 5に、 格子状の枠体 4で両面から挟持された膜部材 3をあてがい、 膜部材 3に張力とドーム状の曲率を持つ形状を与えて構成した場合である。 また、 第 5図に示す遮音 ·吸音構造体の第 5実施の形態は、 第 3実施の形態に おいて膜部材 1と金属メッシュ 3との間に保護材としてスポンジなどの弾性体 6 を設けたものである。
遮音 ·吸音構造体の第 6実施の形態は、 第 6図に示すように、 支持板 7の上に 弾性体 6と膜部材 3を積層し、 その上から格子状の枠体 4を押し付けることによ り、 弾性体 6と膜部材 3を枠体 4と支持板 7によって挟み、 膜部材 3に張力を与 えると共に、 膜部材 3をドーム状の曲率を持つ形状に形成して構成した。
また、 第 7図に示す遮音 ·吸音構造体の第 7実施の形態は、 弾性体 6を 2枚の 膜部材 1で挟み、 更に枠体 2で弾性体 6と 2枚の膜部材 1を挟んで、 2枚の膜部 材 1に張力を与えると共に、 2枚の膜部材 1をドーム状の曲率を持つ形状に形成 して構成した。
弾性体 6として、 ガラスウールやロックウールなど吸音性を持つ材料 （吸音 材） を用いることで、 吸音効果を付加することができる。 また、 膜部材 1の代わ りに、 プラスチックプレート、 金属板やべニァ板などの板部材をドーム状ゃ蒲鋅 状などの曲率を持つ形状に成形して用いてもよい。
第 1図〜第 7図に示すいずれの遮音 ·吸音構造体も、 遮音性能および吸音性能 は枠体 2， 4で囲まれた部分における膜部材 1, 3の面内伸縮振動の共振周波数 f rに依存する。 この共振周波数 f rが可聴周波数帯域又はそれ以上となるように、 膜部材 1, 3の面密度と弾性率、 枠体 2, 4で囲われた部分の長さと曲率半径と 張力を設定することが重要である。
また、 遮音，吸音構造体を構成する膜部材 1， 3として、 圧電性を有する材料
(圧電体） を用い、 その両面に電極を設け、 負性容量を呈する電気回路 （負性容 量回路） を、 負の容量を持つコンデンサが並列又は直列接続となることと等価に なるように接続すれば、 膜部材 1, 3の弾性率を電気的に変えることによって、 遮音特性および吸音特性を人為的に変えることができる遮音 ·吸音装置を構成す ることができる。
圧電体としては、 ポリフッ化ビニリデン、 フッ化ビニリデン系共重合体、 ポリ 乳酸、 ポリ酢酸ビエル、 セルロースなどの圧電性ポリマー、 PZTなどの圧電性 セラミックまたは圧電材料とポリマ一材料の複合材料などが挙げられる。
第 8図に負性容量回路 8 a， 8 b, 8 cを示す。 第 8図 （a) に示す負性容量 回路 8 aでは圧電体 9の弾性率を上げることができ、 第 8図 （b) と第 8図
(c) に示す負性容量回路 8 b， 8 cでは弾性率を下げることができる。 いずれ の負性容量回路 8 a, 8 b, 8 cを接続した場合でも、 圧電体 9の弾性率は、 圧 電体 9と負性容量回路 8 a， 8 b, 8 cの電気的損失がほぼ一致した周波数で変 化する。
第 8図に示す素子 Z0は、 抵抗とコンデンサで構成された素子である。 コンデ ンサとして圧電材料と同じ材料で作製されたコンデンサを用いれば、 周波数によ らず一様に圧電体 9の弾性率を変化させることができる。 第 8図 （a) 〜第 8図 (c) に示す素子 Z1および素子 Z 2は、 抵抗、 コンデンサおよびコイルの少なく とも一つで構成される。 第 8図 （a) 及び第 8図 （b) に示す負性容量回路 8 a, 8 bの容量は、 素子 Z0の容量と、 素子 Z2と素子 Z1のインピーダンス比 （Z2/ Z1) の積で表される。
また、 第 8図 （c) に示す負性容量回路 8 cでは、 素子 Z0に、 一 Z3XZ5/Z 4で表される素子が並列接続されている。 負性容量回路 8 cの容量は、 素子 Z0に、 — Z3XZ5/Z4で表される素子が並列接続された容量と、 インピーダンス比 （Z 2/Z1) の積で表される。 素子 Z1および Z 2を一つの可変抵抗で構成すれば、 負 性容量回路 8 a， 8 b, 8 cの容量を可変とすることができる。
負性容量回路 8 a, 8 b, 8 cに接続される圧電体 9には、 第 9図に示すよう に、 素子 1 1, 12, 13が接続される。 素子 11〜素子 13は抵抗、 コンデン サ、 コイルのうち 1つ以上で構成されるか、 素子 11を開放し、 素子 12と素子 13を短絡することもできる。
本発明に係る遮音 ·吸音構造体に関する遮音特性の評価結果を第 10図に示す。 平坦な形状を持つポリマ一フィルムと、 背後より金属メッシュをあてがい 10 c mまたは 5 cmの曲率半径を与えたポリマ一フィルムについて、 音響管を用いて 垂直入射透過損失を測定した。
平坦なポリマーフィルムの場合では、 音響透過損失は数 d B程度で遮音性能を 示さないのに対し、 10 cmの曲率半径を与えたポリマ一フィルムの場合では、 音響透過損失は 10〜 20 d B以上増加し、 スティフネス制御に特有な低周波数 になるにつれて増加する傾向を示した。
更に、 ポリマーフィルムの曲率半径を 10 cmから 5 cmにすると、 音響透過 損失は更に 5 dB程度増加した。 このように、 ポリマーフィルムに曲率を与える と、 スティフネス制御の遮音特性を示すようになり、 曲率半径が小さくなるにつ れて遮音効果が増大することが分かる。
次に、 ドーム状に成形され、 かつ張力が与えられた厚み 12ミクロン、 40ミ クロンおよび 80ミクロンのポリマ一フィルムにおける音響透過損失の周波数特 性を第 11図に示す。 音響透過損失はポリマーフィルムが厚くなるにつれて増加 した。
次に、 2.5 c mX 2.5 c mの正方形の格子を縦横 10X 10に配列した枠体 にポリマーフィルムを固定し、 各格子に囲まれたポリマーフィルムにドーム状に 成形した金属メッシュを圧入して、 ポリマ一フィルムをドーム状に成形し、 ドー ム状に成形したポリマ一フィルムを 2次元に配列した遮音 ·吸音構造体を作製し、 この遮音 ·吸音構造体の挿入損失を、 小型残響箱を用いて測定した。 併せて、 板 厚 1 cmの平板べニァ板、 前記遮音 ·吸音構造体に板厚 1 cmのべ二ァ板を張り 合わせて 2重壁とした遮音 ·吸音構造体についても評価を行った。
第 12図に評価結果を示す。 本発明に係る遮音■吸音構造体の挿入損失は、 ス ティフネス制御に特有の周波数が低くなるにつれて大きくなる傾向を示した。 一 方、 ベニァ板の挿入損失は、 質量則に特有の周波数が高くなるにつれて大きくな る傾向を示した。 これらを組み合わせた 2重壁では、 100Hzから 20kHz にかけて 20 dB以上の挿入損失が得られた。
第 13図は、 ドーム形状に成型した硬質プラスチックを用いたパネルの遮音性 能を周波数に対して示したグラフである。 20 cmx 30 cmサイズの長方形ァ ルミ板 （厚さ l cm) の中央に 14 cmX 24 cmの長方形の開口部を設け、 高 さ 3 cmのドーム形状に成型した厚さ 1.5mmのポリエチレンテレフ夕レート (PET) 板を挿入した。 板の周囲を 2枚のアルミ枠で両方向より挟み固定した。
1 kHz以上では高周波になるにつれて遮音性能が向上する、 いわゆる板の質 量による遮音の傾向が見られる。 一方、 1 kHz以下では、 遮音性能に周波数依 存性が見られず約 30 dBで一定となる結果が得られた。 これは、 ドーム形状に 成形したプラスチック板の弾性による遮音が働いているためである。
第 14図は， 前記パネルのプラスチック板を PVDF膜とし、 更に負性容量回 路によって制御を与えたことによる遮音性能制御の結果である。 前述の硬質ブラ スチックに比べ膜の弾性力が小さい分、 面内伸縮振動の共振周波数が低周波側に 移る。 膜本来の遮音性能は 300Hz以上で質量による効果を、 300Hz以下 で弾性効果に特有な低周波になるにつれて遮音性能が上昇する傾向を示す。 回路 制御によって、 パネルの遮音性能は 100Hzから 1 kHzにかけて最大 20 d B増加した。
第 15図にドーム形状の硬質プラスチックを 2次元に配列した大型パネルの遮 音性能の周波数特性を示す。 パネルの外周寸法は約 1.2mX 1.6mである。 こ れに 4 cmX4 cmの正方形、 曲率半径 4 c mのドーム形状に成形した厚さ 1. 5 mmの PET板を 2次元に配列した。 20 cmX 30 cmサイズの P ET板に ドーム形状を 5行 X3列となるように 15力所設け、 各々のドーム形状をアルミ 枠で固定した。 これを 1ユニットとし、 更に 6行 X 5列となるように 30ュニッ ト配列した。 大型パネルの遮音性能は、 1 0 0 H z〜l k H zで 2 0 d B以上の 遮音性能を維持することを示した。
これらの結果は、 本発明が小型の構造体のみならず大型の遮音壁に至るまで、 ドーム型の膜または板の弾性力による遮音を実現した遮音構造体を提供すること を意味している。 産業上の利用可能性
本発明によれば、 軽量な膜部材と、 格子状、 八二カム状や輪状など少なくとも
1つの開口を持つ枠体からなり、 膜部材の周囲を枠体で固定し、 膜部材の枠体で 囲われた部分をドーム状ゃ蒲鋅状など曲率を有する形状に形成し、 その部分の面 内伸縮振動の共振周波数を、 可聴周波数帯域又はそれより高い周波数帯域にする ことによって、 スティフネス制御により音を遮断又は吸収することができる。 また、 支持板の上に弾性体と膜部材を積層し、 その上から枠体を押し付けるこ とにより、 弾性体と膜部材を枠体と支持板によって挟み、 膜部材に張力を与える と共に、 膜部材をドーム状の曲率を有する形状に形成し、 この曲率を有する形状 の面内伸縮の共振周波数を可聴周波数帯域または可聴周波数帯域よりも高い周波 数に設定することによって、 スティフネス制御により音を遮断又は吸収すること ができる。
また、 遮音 ·吸音構造体を構成する腠部材または板部材に圧電性部材を付け、 この圧電性部材に負性容量を呈する回路を接続したり、 遮音 ·吸音構造体を構成 する膜部材または板部材を、 圧電性を有する部材とし、 この部材に負性容量を呈 する回路を接続したりすることによって、 遮音 ·吸音性能を電気的に制御するこ とができる遮音 ·吸音装置を構成することができる。
また、 遮音 ·吸音構造体及び遮音 ·吸音装置は、 自動車、 電車などの車両、 航 空機、 船舶およびその他の輸送機器 （乗物） 、 パネル、 パーティションおよびそ の他の建築材料、 遮音壁、 防音壁、 建造物、 室、 電気機器、 機械、 音響機器など、 音の遮断 ·吸収が要求されるあらゆる構造物及びこれを構成する部材に適用する ことができる。

Claims

請求の範囲
1 . ポリマーフィルムや金属箔などの膜部材をドーム形状、 かまぼこ形状や円 錐形状などの曲率を有する形状に形成し、 この曲率を有する形状の周囲を他の構 造体に固定し、 前記曲率を有する形状の面内伸縮の共振周波数を可聴周波数帯域 または可聴周波数帯域よりも高い周波数に設定し、 膜の弾性力によって音を遮 断 ·吸収することを特徴とする遮音 ·吸音構造体。
2 . ポリマーフィルムや金属箔などの膜部材と、 格子状、 ハニカム状や輪状な どの開口を少なくとも 1つ以上有する枠体からなり、 この枠体に前記膜部材を固 定し、 前記枠体で囲まれた部分の前記膜部材をドーム形状、 かまぼこ形状や円錐 形状などの曲率を有する形状に形成し、 この曲率を有する形状の面内伸縮の共振 周波数を可聴周波数帯域または可聴周波数帯域よりも高い周波数に設定し、 膜の 弾性力によって音を遮断 ·吸収することを特徴とする遮音 ·吸音構造体。
3 · 請求の範囲第 1項又は請求の範囲第 2項に記載の遮音 ·吸音構造体におい て、 前記膜部材が曲率を有する形状に保持されるための保持具を備えたことを特 徴とする遮音 ·吸音構造体。
4 . 請求の範囲第 1項又は請求の範囲第 2項に記載の遮音 ·吸音構造体におい て、 前記膜部材に張力を与えたことを特徴とする遮音 ·吸音構造体。
5 . 請求の範囲第 1項又は請求の範囲第 2項に記載の遮音 ·吸音構造体におい て、 前記膜部材の代わりに、 プラスチック板、 金属板、 ベニァ板などの板部材を ドーム形状、 かまぼこ形状や円錐形状などの曲率を有する形状に成形して用いた ことを特徴とする遮音 ·吸音構造体。
6 . 支持板の上に弾性体と膜部材を積層し、 その上から枠体を押し付けること により、 弾性体と膜部材を枠体と支持板によって挟み、 膜部材に張力を与えると 共に、 膜部材をドーム状の曲率を有する形状に形成し、 この曲率を有する形状の 面内伸縮の共振周波数を可聴周波数帯域または可聴周波数帯域よりも高い周波数 に設定し、 膜の弾性力によって音を遮断 ·吸収することを特徴とする遮音 ·吸音 構 体。
7 . 弾性体を 2枚の膜部材で挟み、 更に枠体で弾性体と 2枚の膜部材を挟んで、 2枚の膜部材に張力を与えると共に、 2枚の膜部材をドーム状の曲率を有する形 状に形成し、 この曲率を有する形状の面内伸縮の共振周波数を可聴周波数帯域ま たは可聴周波数帯域よりも高い周波数に設定し、 膜の弾性力によって音を遮断 · 吸収することを特徴とする遮音 ·吸音構造体。
8 . 請求の範囲第 1項乃至請求の範囲第 7項のいずれかに記載の遮音 ·吸音構 造体において、 曲率を有する形状に形成した前記膜部材または曲率を有する形状 に成形した前記板部材を、 1次元または 2次元に配列したことを特徴とする遮 音 ·吸音構造体。
9 . 請求の範囲第 1項乃至請求の範囲第 8項のいずれかに記載の遮音 ·吸音構 造体において、 面内伸縮振動の共振周波数が可聴域周波数帯域内またはそれ以上 となるように、 前記膜部材または前記板部材の曲率を有する部位の面密度、 弾性 率、 外周寸法、 曲率半径を設定したことを特徴とする遮音，吸音構造体。
1 0 . 請求の範囲第 2項乃至請求の範囲第 9項のいずれかに記載の遮音 ·吸音 構造体において、 前記膜部材または前記板部材と、 これらを固定する枠体を一体 に形成したことを特徴とする遮音 ·吸音構造体。
1 1 . 請求の範囲第 1項乃至請求の範囲第 1 0項のいずれかに記載の遮音 ·吸 音構造体を構成する膜部材または板部材に圧電性部材を付け、 この圧電性部材に 負性容量を呈する回路を接続したことを特徴とする遮音 ·吸音装置。
1 2 . 請求の範囲第 1項乃至請求の範囲第 1 0項のいずれかに記載の遮音 ·吸 音構造体を構成する膜部材または板部材を、 圧電性を有する部材とし、 この部材 に負性容量を呈する回路を接続したことを特徴とする遮音 ·吸音装置。
1 3 . 請求の範囲第 1項乃至請求の範囲第 1 0項のいずれかに記載の遮音 ·吸 音構造体を、 自動車、 電車などの車両、 航空機、 船舶およびその他の輸送機器
(乗物） 、 パネル、 パーティションおよびその他の建築材料、 遮音壁、 防音壁、 建造物、 室、 電気機器、 機械、 音響機器などの構造物に適用し、 音を遮断 ·吸収 することを特徴とする遮音 ·吸音構造体を適用した構造物。
1 4 . 請求の範囲第 1項乃至請求の範囲第 1 0項のいずれかに記載の遮音 ·吸 音構造体を、 自動車、 電車などの車両、 航空機、 船舶およびその他の輸送機器
(乗物） 、 パネル、 パーティションおよびその他の建築材料、 遮音壁、 防音壁、 建造物、 室、 電気機器、 機械、 音響機器などの構造物を構成する部材に適用し、 音を遮断 ·吸収することを特徴とする遮音 ·吸音構造体を適用した構造物を構成 する部材。
1 5 . 請求の範囲第 1 1項又は請求の範囲第 1 2項に記載の遮音 ·吸音装置を、 自動車、 電車などの車両、 航空機、 船舶およびその他の輸送機器 （乗物） 、 パネ ル、 パーティションおよびその他の建築材料、 遮音壁、 防音壁、 建造物、 室、 電 気機器、 機械、 音響機器などの構造物に適用し、 音を遮断 ·吸収することを特徴 とする遮音 ·吸音装置を適用した構造物。
1 6 . 請求の範囲第 1 1項又は請求の範囲第 1 2項に記載の遮音 ·吸音装置を、 自動車、 電車などの車両、 航空機、 船舶およびその他の輸送機器 （乗物） 、 パネ ル、 パーティションおよびその他の建築材料、 遮音壁、 防音壁、 建造物、 室、 電 気機器、 機械、 音響機器などの構造物を構成する部材に適用し、 音を遮断，吸収 することを特徴とする遮音 ·吸音装置を適用した構造物を構成する部材。
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