本发明涉及一种能够使用共鸣型隔音结构来实现高吸收的隔音结构体。
背景技术：
以往，在以确保管道及管路等的通气性为前提的结构物中，使气体和/或热通过的同时，还会使声音通过，因此有时要求噪声对策。因此，在安装于管道及管路等尤其有噪声性的机械的用途中，在设计管道及管路等的结构的方面要求隔音。
在此，可以考虑使用吸声材料等来吸收管道及管路等内的噪声(参考专利文献1)。
在专利文献1中公开有一种消声装置，其中，将由隔声材料制成的2个通气管道用玻璃棉等制的相同剖面面积的吸声材料进行连接，用内衬有吸声材料的消声箱将吸声管道的整个周围进行包围。在该消声装置中，消声箱的剖面面积大于通气管道的剖面面积，因此在通气管道内传播过来的声音的一部分(尤其是低频声音)因声音的开口端反射现象而从吸声管道透射到消声箱内之后返回到通气管道内，从而尤其低频声音的衰减得到增强。
通常，当消除峰值声音时，为了在所期望的频率下得到高透射损失(transmissionloss)，作为对策之一，可以考虑将共鸣型隔音结构(亥姆霍兹共鸣器、气柱共鸣筒、膜振动型共鸣结构等共鸣体)配置或安装于管道及管路等中。
在此，在设置于管道及管路等中的声响电路上并列设置的一个共鸣型隔音结构体具有由其声阻抗唯一确定的吸收率。因此，当想要进一步提高声音的吸收率时，可以考虑配置多个隔音结构的方法(参考专利文献2)。
在专利文献2中所记载的消声装置中，使在消声对象频带下共鸣的左侧及右侧这2个共鸣器的共鸣口分别在风道上的声音传播方向的左侧位置及右侧位置开口，将2个共鸣器的共鸣口的间隔设为使左侧共鸣器的共鸣口在因来自声源侧的传播声音与来自右侧共鸣器的反射声音的干涉而消声对象频带的声压增大的位置处面对的间隔，将左侧共鸣器设为具备基于阻抗电阻分量的吸声性的共鸣器。并且，将左侧共鸣器和右侧共鸣器的共鸣口间隔l对于消声对象频带中的特定频率的声音的波长λ设为以式l＝(2n-1)·λ/4(n为自然数)给出的值。
由此，专利文献2中所记载的消声装置对于低频带的声音也能够得到高消声效果，并且通风阻力的增大也少，而且能够稳定地得到高消声效果，而不会受到风道结构上的声学特性的影响。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本实公昭60-008232号公报
专利文献2：日本专利2944552号公报
技术实现要素：
发明要解决的技术课题
在专利文献1中所公开的消声装置中，通常设计成能够吸收即使使用吸声材料也难以吸收的低频声音，但需要使用剖面面积大于通气管道的剖面面积的消声箱，因此具有装置结构大型化，无法紧凑地消声的问题。并且，在专利文献1中所公开的消声装置中，使用吸声材料来消声，因此当噪声源发出峰值声音时，具有无法高效率地消除峰值声音的问题。
并且，在专利文献2中所记载的消声装置中，需要在因来自右侧共鸣器的反射波与入射波的干涉而声压高的部位配置左侧共鸣器，左侧共鸣器及右侧共鸣器这2个共鸣器分别需要在周向上具有8个共鸣口，因此例如在具有空间上的限制的情况下，具有该方法不适合的问题。并且，在专利文献2中所公开的消声装置中，为了获得高吸收，需要至少2个共鸣器，进而必须至少要有对象声音的波长的4分之1左右的长度，因此具有不适合于小型化的问题。
本发明的目的在于克服上述现有技术的问题点，并提供一种通过适当地规定管道及管路等的开口端部及共鸣型隔音结构的位置，能够实现来自共鸣型隔音结构体的反射波与开口端反射的有效的相互抵消，从而能够提高共鸣型隔音结构单一的吸收率的隔音结构体。
并且，本发明的另一目的在于提供一种除了上述目的以外，能够以更少的共鸣型隔音结构来实现高吸收，其结果，为小型且能够得到高吸收的隔音结构体。
用于解决技术课题的手段
为了实现上述目的，本发明的隔音结构体由具有开口部的管状的管体及共鸣型隔音结构构成，该隔音结构体的特征在于，共鸣型隔音结构中的反射波与透射了共鸣型隔音结构的透射波从开口部反射的反射波在共鸣型隔音结构的上游侧的相位差θ在共鸣型隔音结构的共鸣频率下满足下述不等式(1)。
|θ-π|≤π/3……(1)
在此，优选有效共鸣型隔音结构在与管体相同粗细的波导中的单一吸收率大于反射率。
并且，优选在将从共鸣型隔音结构到管体的开口部的包含开口端校正的波导距离设为l、将所述管体所具有的波导的平均剖面面积设为s1且将基于开口部的开口端反射率设为rx(f)时，由下述式(3)定义的声阻抗z1在频率f满足
[数式1]
z1＝(a×z0+b)/(c×z0+d)……(3)
a、b、c及d以表示传递矩阵t的下述式(4)给出。
[数式2]
z0以下述式(5)给出。
z0＝ρc/s1……(5)
sx以下述式(6)给出。
sx＝(1+rx(f))/(1-rx(f))×s1……(6)
zr为共鸣型隔音结构的阻抗，c为声速，ρ为空气的密度，k为波数。
并且，优选管体的出口侧界面可视为开放空间。
并且，优选除了共鸣型隔音结构以外，还具有至少一个共鸣型隔音结构。因此，优选具有多个共鸣型隔音结构。
并且，优选共鸣型隔音结构配置于距离开口部为λ/4以内。
并且，优选管体在内部包括噪声源，就共鸣型隔音结构的共鸣频率fr而言，在将包括噪声源的管体的共鸣频率视为fn(n为共鸣次数，是正整数)且将包括噪声源的管体的相邻的共鸣频率的差分设为δf时，存在满足下述式(7)的n。
fn-δf/4＜fr＜fn+δf/4……(7)
并且，优选共鸣型隔音结构的共鸣频率fr与包括噪声源的管体的共鸣频率fn一致。
并且，优选噪声源为风扇。
并且，优选噪声源的噪声的频谱的峰值频率与共鸣型隔音结构的共鸣频率一致。
并且，优选管体除了开口部以外，还具有至少一个开口部。因此，优选管体具有多个开口部。
并且，优选共鸣型隔音结构为膜型共鸣体、亥姆霍兹共鸣体或气柱共鸣体。
发明效果
根据本发明，通过适当地规定管道及管路等的开口端部及共鸣型隔音结构的位置，能够实现从共鸣型隔音结构体的反射波与开口端反射的有效的相互抵消，从而能够提高共鸣型隔音结构单一的吸收率。
并且，根据本发明，能够以更少的共鸣型隔音结构来实现高吸收，其结果，为小型且能够得到高吸收。
附图说明
图1是概念性地表示本发明的一实施方式所涉及的隔音结构体的一例的剖面示意图。
图2是示意性地表示图1所示的隔音结构体中所使用的亥姆霍兹共鸣结构的剖视图。
图3是示意性地表示本发明的另一实施方式所涉及的隔音结构体中所使用的膜型共鸣结构的一例的剖视图。
图4是示意性地表示本发明的另一实施方式所涉及的隔音结构体中所使用的气柱共鸣结构的一例的剖视图。
图5是说明图1所示的隔音结构体中的隔音原理的说明图。
图6是概念性地表示本发明的另一实施方式所涉及的隔音结构体的一例的剖面示意图。
图7是表示图6所示的隔音结构体的包括噪声源的管体在多个共鸣频率下的声压(管体内白噪声声源声压)的图表。
图8是表示实施例1的隔音结构体的2个反射波的相位差θ与π的差分θ-π的频率特性的图表。
图9是表示实施例1的隔音结构体的声管中的反射率、透射率及吸收率的频率特性的图表。
图10是表示实施例1-1的隔音结构体的反射率、透射率及吸收率的频率特性的图表。
图11是表示实施例1-1的隔音结构体的反射系数的绝对值及开口端反射的反射系数的绝对值的频率特性的图表。
图12是说明用于计算实施例1-1的隔音结构体的开口端反射率的圆筒对象模型的说明图。
图13是表示实施例1-1的隔音结构体的开口端反射率的频率特性的图表。
图14是表示比较例1-1的隔音结构体的2个反射波的相位差θ与π的差分θ-π的频率特性的图表。
图15是表示比较例1-1的隔音结构体的反射率、透射率及吸收率的频率特性的图表。
图16是表示比较例1-1的隔音结构体的反射系数的绝对值及开口端反射的反射系数的绝对值的频率特性的图表。
图17是表示比较例1-2的隔音结构体的2个反射波的相位差θ与π的差分θ-π的频率特性的图表。
图18是表示比较例1-2的隔音结构体的反射率、透射率及吸收率的频率特性的图表。
图19是表示比较例1-2的隔音结构体的反射系数的绝对值及开口端反射的反射系数的绝对值的频率特性的图表。
图20是表示实施例1-2的隔音结构体的2个反射波的相位差θ与π的差分θ-π的频率特性的图表。
图21是表示实施例1-2的隔音结构体的声管中的反射率、透射率及吸收率的频率特性的图表。
图22是表示实施例1-2的隔音结构体的反射率、透射率及吸收率的频率特性的图表。
图23是表示实施例及比较例的隔音结构体的最大吸收率和相位差θ与π的差分θ-π之间的关系的图表。
图24是概念性地表示实施例2的隔音结构体的一例的剖面示意图。
图25是表示实施例2-1的隔音结构体的管体的声压的频谱的图表。
图26是表示实施例2-1的隔音结构体的插入损耗的图表。
图27是表示实施例2-2的隔音结构体的管体的声压的频谱的图表。
图28是表示实施例2-2的隔音结构体的插入损耗的图表。
图29是实施声管4麦克风测量法的声学特性测量系统的示意图。
具体实施方式
以下，参考附图所示的优选实施方式，对本发明所涉及的隔音结构体进行详细说明。
以下所记载的构成要件的说明是根据本发明的代表性实施方式而进行的，但本发明并不限定于这种实施方式。
另外，在本说明书中，使用“～”表示的数值范围是指将记载于“～”的前后的数值作为下限值及上限值而包含的范围。
并且，在本说明书中，“正交”及“平行”包含本发明所属的技术领域中允许的误差范围。例如，“正交”及“平行”是指相对于严格的正交或平行在小于±10°的范围内，相对于严格的正交或平行的误差优选为5°以下，更优选为3°以下。
在本说明书中，“同一”、“相同”包含技术领域中通常允许的误差范围。并且，在本说明书中，当称为“全部”、“均”或“整体”等时，除了100％的情况以外，还包括包含技术领域中通常允许的误差范围，例如99％以上、95％以上或90％以上的情况。
本发明的一实施方式的隔音结构体由具有至少一个开口部的管状的管体及至少一个共鸣型隔音结构构成，其中，共鸣型隔音结构中的反射波与透射了共鸣型隔音结构的透射波从开口部反射的反射波在共鸣型隔音结构的上游侧的相位差θ在共鸣型隔音结构的共鸣频率下满足不等式|θ-π|≤π/3。
首先，对本发明的第1实施方式所涉及的隔音结构体进行详细说明。
(隔音结构体)
图1是示意性地表示本发明的第1实施方式所涉及的隔音结构体的一例的剖视图。
图1所示的隔音结构体10具有剖面圆形的圆管状的管体12及设置于管体12的壁面的共鸣结构14。
管体12具有开口管路12a，且具有一侧的端部边界12b及另一侧的开口端的开口部12c。另一个开口部12c的端部连接于剖面圆形的圆管状的第2管体16的端面16b。第2管体16的剖面圆形的管路16a的剖面面积s2大于管体12的由剖面圆形的贯穿孔构成的开口管路12a的剖面面积s1。另外，假定一侧的端部边界12b无限长，即，假定为不考虑来自左端的声波的反射的系统。
在此，在第2管体16的管路16a的一侧的端部，端面16b的开口连接于管体12的开口部12c，另一侧的端部开放。其结果，管体12的开口管路12a与第2管体16的管路16a连通，且经由管路16a而与开放的空间连通。在此，管体16的管路16a的剖面面积s2能够视为远远大于管体12的开口管路12a的剖面面积s1(s2＞＞s1)，优选管体12的开口部12c的出口侧界面可视为开放空间。
另外，在图1所示的例子中，在管体12的开口部12c连接有管体16，但在本发明中并不限定于此，管体12的开口部12c也可以不连接于管体16，而直接开放于开放空间。即，管体12的开口部12c的出口侧界面可以为开放空间。
在本发明中，管体12的开口剖面的剖面面积定义为从与管体12中的波导正向(声波的行进方向)垂直的管体12的共鸣器(共鸣结构14)到开口端的开口管路12a的剖面的平均面积。并且，第2管体16的开口剖面的剖面面积定义为与管体12中的波导正向(声波的行进方向)垂直的管体16的管路16a的剖面的平均面积。
共鸣结构14为本发明的共鸣型隔音结构，其从管体12的开口部12c以隔开间隔l0的方式设置于管体12的开口管路12a内。
并且，共鸣结构14与管体12的开口部12c之间的间隔l0定义为共鸣结构14中的声波入射面的中心之间的距离。声波入射面的中心是指，例如若为亥姆霍兹共鸣结构，则是共鸣孔的中心，若为膜共鸣结构，则是膜面的中心，若为气柱共鸣结构，则是孔部的中心。在图1所示的例子中，共鸣结构14为如图2所示的亥姆霍兹共鸣结构20。并且，在管体12不是直线，例如管体弯曲的情况下，共鸣结构14与管体12的开口部12c之间的间隔l0定义为在从与波导正向矢量正交且通过共鸣结构14中的声波入射面的中心的平面的波导剖面形状重心到开口部12c的剖面形状的重心为止，连接各剖面位置的剖面形状的重心位置而形成的线段的长度。
在图1所示的隔音结构体10中，在管体12内的开口管路12a上设置有1个共鸣结构14，但本发明并不限定于此，也可以设置有2个以上的共鸣结构14。即使在设置2个以上的共鸣结构14的情况下，其中的至少一个共鸣结构14需要像图1所示的1个共鸣结构14那样，从管体12的开口部12c以隔开间隔l0的方式设置于管体12的开口管路12a内，且需要满足后述的本发明的要件。在此，在将共鸣声音的波长设为λ时，间隔l0优选为l0≤λ/4。即，共鸣结构14优选配置于距离管体12的开口部12c为λ/4以内。
另外，在确定共鸣声音的波长λ之际，在与管体12相同开口面积的声管中使用4麦克风测量法测量出的吸收率成为最大的频率设为f时，共鸣声音的波长定义为λ＝c/f。
另外，为了隔音而适用本发明的隔音结构体10的隔音对象物并没有特别限制，可以为任何隔音对象物，例如能够举出影印机、送风机、空调设备、排气扇、泵类、发电机或管道、此外还有涂布机、旋转机或输送机等发出声音的各种各样的种类的制造设备等工业设备、汽车、电车或航空器等运输用设备、或冰箱、洗衣机、烘干机、电视机、复印机、微波炉、游戏机、空调、风扇、pc、吸尘器或空气净化器等一般家用设备等。
(管体)
在此，管体12是形成于阻断气体通过的物体的区域内的管体，管体12的管壁构成阻断气体通过的物体例如隔开2个空间的物体等的墙壁，管体12的内部构成形成于阻断气体通过的物体的一部分区域的开口管路12a。
开口剖面可以说是与管体12的轴向正交的管体12的开口管路12a的剖面。另外，在管体12内行进的声波沿着管体12的轴向行进，因此开口剖面也可以说是与波导正向(声波的行进方向)垂直的管体12的开口管路12a的剖面。另外，管体12的开口管路12a优选为笔直的管路，但也可以弯曲。并且，管体12的开口管路12a的开口剖面优选沿着中心轴方向相同，但也可以具有扩大或收缩部分。
在此，管体12在开口管路12a的另一侧的端部具有开口部12c，但还可以具有开口部。
另外，在本发明中，管体具有形成于阻断气体通过的物体的区域内的开口，其优选设置于隔开2个空间的墙壁。
在此，具有形成开口管路等的开口的区域且阻断气体通过的物体是指隔开2个空间的部件或墙壁等，作为部件，是指管道或套管等管体及筒状体等部件，作为墙壁，例如是指构成房屋、高楼或工场等建筑物的结构体的固定壁或配置于建筑物的房间内并将房间内部分隔的固定间壁(隔板)等固定壁、或配置于建筑物的房间内并将房间内部分隔的可动间壁(隔板)等可动壁等。
本发明的管体可以为管道或套管等管体或筒状体，也可以为具有用于安装百叶窗或百叶扇等的通风孔或窗户等的开口的墙壁本身，也可以为安装于墙壁的窗框等安装框等。
另外，本发明的管体的开口的形状为剖面形状，在图示例中为圆形，但在本发明中，只要能够将共鸣结构配置于管体的壁面，则没有特别限制，例如可以为正方形、长方形、菱形或平行四边形等其他四边形、正三角形、等边三角形或直角三角形等三角形、包括正五边形或正六边形等正多边形的多边形、或椭圆形等，也可以为不规则形状。
管体的尺寸并没有特别限制，只要根据管体的用途设为适当的尺寸即可，例如在将要吸声的频率的声波的波长设为λ时，开口剖面的面积s优选满足s＜π(λ/2)2，其原因在于，在不满足该条件的频率下，在管路剖面方向上形成空间模式(横项模式)而无法维持平面波。
并且，作为本发明的管体的材料，并没有特别限制，能够举出铝、钛、镁、钨、铁、钢、铬、铬钼、镍铬钼或它们的合金等金属材料、丙烯酸树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚酰胺酰亚胺、聚芳酯、聚醚酰亚胺、聚缩醛、聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚砜、聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚酰亚胺或三乙酰纤维素等树脂材料、碳纤维增强塑料(cfrp：carbonfiberreinforcedplastics)、碳纤维、玻璃纤维增强塑料(gfrp：glassfiberreinforcedplastics)、或与建筑物的墙体材料相同的混凝土或砂浆等墙体材料等。
接着，对本发明所涉及的共鸣结构进行说明。
(共鸣结构)
图1所示的共鸣结构14为对声波发生共鸣的亥姆霍兹共鸣结构20。
如图1及图2所示，亥姆霍兹共鸣结构20为由与外部连通的共鸣孔22及具有内部的空腔空间24的框体26构成的共鸣体，也称为亥姆霍兹共振器或亥姆霍兹共鸣器。
在此，亥姆霍兹共鸣结构20在框体26内具有成为共鸣空间的空腔空间24。共鸣孔22以规定长度设置于框体26的上部，并且将框体26的内部的空腔空间24与外部连通。
并且，在图1及2所示的例子中，框体26为俯视长方形的长方体形状，作为共鸣空间的空腔空间24也同样为俯视长方形的长方体形状。另外，只要能够在内部形成空腔空间24并能够将亥姆霍兹共鸣结构20配置于管体12的壁面，则框体26的形状可以为任何形状。例如，框体26的剖面形状在本发明中并没有特别限制，例如在平面形状的情况下可以为正方形、长方形、菱形或平行四边形等其他四边形、正三角形、等边三角形或直角三角形等三角形、包括正五边形或正六边形等正多边形的多边形、或圆形或椭圆形等，也可以为不规则形状。
另外，空腔空间24的形状也没有特别限制，优选为与框体26的形状相同，但也可以不同。
框体26的材料优选硬材料，但没有特别限制。只要在适用于上述隔音对象物时具有适当的强度且对隔音对象物的隔音环境具有耐性，则框体26的材料没有特别限制，能够根据隔音对象物及其隔音环境进行选择。例如，作为框体26的材料，能够举出铝、钛、镁、钨、铁、钢、铬、铬钼、镍铬钼或它们的合金等金属材料、丙烯酸树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚酰胺酰亚胺、聚芳酯、聚醚酰亚胺、聚缩醛、聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚砜、聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚酰亚胺或三乙酰纤维素等树脂材料、碳纤维增强塑料(cfrp)、碳纤维、或玻璃纤维增强塑料(gfrp)等。
并且，作为框体26的材料，也可以将这些多种材料组合使用。
另外，在框体26的空腔空间24内可以配置以往公知的吸声材料。
框体26的尺寸(俯视)能够定义为框体26的外侧表面之间的尺寸，但没有特别限制。例如，当框体26为长方体形状且亥姆霍兹共鸣结构20设置于管体12的壁面时，框体26的尺寸能够由沿波导正向的宽度da和与波导正向正交的侧面的面积sh(高度×深度)表示。
在此，在将与框体26的共鸣频率相对应的波长设为λ时，框体26的宽度da优选为λ/2≤da，更优选为λ/4≤da。
并且，框体26的侧面的面积sh优选为管体12的开口剖面的1％～99％，更优选为5％～50％。
另外，构成亥姆霍兹共鸣结构20的框体26能够通过在由形成空腔空间24的有底框体构成的框体主体的上表面粘接开设有共鸣孔22的框体上部或者使用固定工具固定来进行制造。
共鸣孔22剖面优选为圆形，但不受特别限定，剖面形状也可以为正方形等多边形。
共鸣孔22的剖面尺寸(剖面面积)sn及轴向的长度lc并没有特别限制，但由于均成为确定亥姆霍兹共鸣结构20的共鸣频率的参数，因此能够根据所需要的共鸣频率来确定。
在此，参考fundamentalsofphysicalacoustics，wiley-interscience(2000)，以下述式(8)给出亥姆霍兹共鸣结构20的阻抗z。
[数式3]
ρ为空气的密度(1.205kg/m2(常温20°))，c为声速(343m/sec)。k为波数(k＝2π/λ＝2πc/f：λ波长、f：频率)。sn为共鸣孔22的与轴向垂直的剖面面积(亥姆霍兹颈部的剖面面积)，lc为共鸣孔22的轴向长度(亥姆霍兹颈部长度)，vc为成为框体26的共鸣空间的空腔空间(亥姆霍兹内部空间)24的体积。
另外，亥姆霍兹共鸣结构20的共鸣孔22的形状和/或背面的空腔空间24的空气层极其细长的情况等，声音不能进入亥姆霍兹共鸣结构20中，因此有时上述式(8)不成立。
然而，即使在这种情况下，就阻抗z而言，能够根据通过实验(声管4麦克风测量)或模拟求出的反射系数，通过下述式(12)求出阻抗z的实验值或模拟值。
z＝-(1+r)z0/2r……(12)
因此，当上述式(8)不成立时，只要通过上述式(12)求出实验值或模拟值即可。
当然，在亥姆霍兹共鸣结构20及后述的膜型共鸣结构30的情况下，也能够分别通过上述理论式(8)及后述的理论式(10)得到阻抗z的值。另外，当理论值、实验值及模拟值之间存在差异时，能够采用理论值、实验值及模拟值之间的范围的任意的值来作为阻抗的值。
另外，根据亥姆霍兹共鸣结构20，有时因共鸣孔22的形状和/或背面的空腔空间24的形状而上述式(8)不成立。
然而，就阻抗z而言，能够根据通过实验(声管4麦克风测量)或模拟求出的反射系数来求出阻抗z的实验值或模拟值。
例如，为了通过实验求出阻抗z，像图29所示的声学特性测量系统60那样，在由铝制成的声管(管体62)中使用4个麦克风64来进行基于传递函数法的测量。该方法是按照“astme2611-09：standardtestmethodformeasurementofnormalincidencesoundtransmissionofacousticalmaterialsbasedonthetransfermatrixmethod(基于传输矩阵法测量声学材料的垂直入射传输的标准试验方法)”进行的方法。作为声管，例如作为与nittoboacousticengineeringco.,ltd.制造的winzac相同的测量原理的声管，使用由铝制成的管体(关于winzac，能够参考网上资料“https://www.noe.co.jp/en/download/pdf/winzac.pdf”。)。在此，声管的剖面面积设定为与管体62的剖面面积相同，并且在管体62的下侧配置内部容纳有扬声器的圆筒状的箱体68，在箱体68上载置管体62。从扬声器66输出规定声压的声音，用4个麦克风64进行测量。
例如，能够根据关于winzac的原理而描述的上述网上资料中的p22中的式(a1-45c)来求出上述反射系数r(在资料中记载为r)。在此，在进行测量时，将通过结构体的声波入射面的重心且与声管的声波行进方向垂直的剖面的位置设为x＝0。
另一方面，在模拟中，也能够计算平面波从具有与管体62相同剖面面积的声管的一端入射时的反射系数r。例如，在将入射面上的入射声压波设为pi、将反射声压波设为pr、将入射面与共鸣结构体的声压波入射面之间的距离设为l且将波数设为k(＝2π/λ)时，能够通过r＝pr*exp(i*2kl)/pi进行计算。
声阻抗z1能够使用反射系数r，用下述式(13-1)表示。
z1＝z0*(1+r)/(1-r)(13-1)
另一方面，声阻抗z1能够使用共鸣体的阻抗z，用下述式(13-2)表示。
z1＝z*z0/(z+z0)(13-2)
在此，从上述式(13-1)及(13-2)中消去z1而能够求出上述式(12)，因此使用实验地求出的反射系数r及根据声管的波导剖面形状唯一地确定的z0能够确定z。另外，由上述式(12)求出的z的含义与上述式(4)中的共鸣型隔音结构的阻抗zr相同。
因此，当上述式(8)不成立时，通过上述方法也能够求出阻抗。如上所述，在亥姆霍兹共鸣结构及后述的膜型共鸣结构的情况下，当然也能够分别通过上述理论式(8)及后述的理论式(10)得到阻抗z的值。并且，如上所述，当理论值与实验值的值存在差异时，当然也能够采用理论值与实验值之间的范围的任意的值来作为阻抗z值。
例如，当理论值、实验值、模拟值偏离时，能够将该偏离范围内的值作为共鸣体的阻抗z值。具体而言，在将能够分别根据理论、实验及模拟求出的阻抗分别设为zt、ze及zs时，能够将满足下述式(a)及(b)这两个不等式的z用作本发明的共鸣体的阻抗。
min(real(zt)，real(ze)，real(zs))≤real(z)≤max(real(zt)，real(ze)，real(zs))……(a)
min(imag(zt)，imag(ze)，imag(zs))≤imag(z)≤max(imag(zt)，imag(ze)，imag(zs))……(b)
real(z)及imag(z)分别表示复数z的实部、虚部。
并且，在将c作为声速、将sn作为共鸣孔22的与轴向垂直的剖面面积、将lc作为共鸣孔22的轴向长度(开口端校正后的值)且将vc作为成为框体26的共鸣空间的空腔空间24的体积时，以下述式(9)给出亥姆霍兹共鸣频率fh。
fh＝(c/2π)·{sn/(lc·vc)}1/2……(9)
因此，在所需要的亥姆霍兹共鸣频率fh已被确定时，以满足上述式(9)的方式适当地选择共鸣孔22的剖面面积sn、共鸣孔22的长度lc及框体26的空腔空间24的体积vc即可。
图1所示的隔音结构体10使用亥姆霍兹共鸣结构20作为共鸣结构14，但本发明并不限定于此，也可以使用任何共鸣结构。例如，作为共鸣结构14，可以代替亥姆霍兹共鸣结构20而使用图3所示的膜型共鸣结构30，也可以使用图4所示的气柱共鸣结构40。另外，当使用多个共鸣结构14时，分别可以单独使用多个图2所示的亥姆霍兹共鸣结构20、图3所示的膜型共鸣结构30及图4所示的气柱共鸣结构40，也可以混合使用。
图3所示的膜型共鸣结构30具有框32和以覆盖框32的孔部34的开口的方式固定于框32的一端侧的膜36，由框32和膜36形成膜36的背面空间38。
另外，在本发明的隔音结构体10中，多个膜型共鸣结构30分别设置成其膜36配置于管体12的壁面。
框32为由包围孔部34的包围部33a和与孔部34的一侧的开口对置的底部33b构成的有底框。
框32以覆盖孔部34的方式固定并支撑膜36，成为固定于该框32的膜36的膜振动的波节。因此，与膜36相比，框32的刚性更高，具体而言，优选每单位面积的质量及刚性均高。
图3所示的框32为具备具有底部33b且具有仅有一侧开放的开口的孔部34的有底框，但本发明并不限定于此，也可以为仅具有具备具有向两侧开放的开口的孔部34的包围部33a的框。在仅有该包围部33a的框的情况下，在另一侧的开口可以具有与膜36相同的膜，也可以具有与框材料相同的材料的背面板。
另外，框32优选为能够固定膜36的闭合且连续的形状以便能够压住膜36的整周，但本发明并不限定于此，只要框32成为固定于该框32的膜36的膜振动的波节，则也可以为一部分被切断且不连续的形状。即，框32的作用在于固定并支撑膜36以控制膜振动，因此即使在框32上形成有小缝隙或者存在未粘接的部位，也发挥效果。
并且，框32的孔部34的形状在平面形状的情况下优选为正方形，在本发明中并没有特别限制，例如也可以为长方形、菱形或平行四边形等其他四边形、正三角形、等边三角形或直角三角形等三角形、包括正五边形或正六边形等正多边形的多边形、或圆形或椭圆形等，也可以为不规则形状。另外，框32的孔部34的端部并未封闭，而直接向外部开放。膜36以将孔部34覆盖在该开放的孔部34的端部的方式固定于框32。
在图3b中，框32的孔部34的端部并未封闭，而直接向外部开放，但也可以是孔部34的两侧的端部向外部开放且一侧的端部由背面板等部件封闭。
并且，框32的尺寸a为俯视的尺寸，能够定义为该孔部34的尺寸la加上框32的2个宽度的尺寸，但由于框32的宽度小，因此也能够设为孔部34的尺寸la(≒a)。关于框32的尺寸a，当框32的形状为如圆形或正方形那样的正多边形时，能够定义为通过其中心的对置的边之间的距离或当量圆直径，当为多边形、椭圆或不规则形状时，能够定义为当量圆直径。在本发明中，当量圆直径及半径分别是换算为面积相等的圆时的直径及半径。
这种框32的尺寸a并没有特别限制，只要根据为了隔音而适用本发明的隔音结构体10的上述隔音对象物进行设定即可。
例如，框32的尺寸a并没有特别限制，例如优选为0.5mm～300mm，更优选为1mm～100mm，最优选为10mm～50mm。
在此，框32的厚度可以说是包围部33a的厚度，并且能够定义为框32的孔部34的深度db，因此以下设为孔部34的深度db。
框32的厚度db即孔部34的深度db并没有特别限制，但由于影响到膜36的振动的共鸣频率，因此可以根据共鸣频率进行设定，例如可以根据孔部34的尺寸la进行设定。
孔部34的深度db优选为0.5mm～200mm，更优选为0.7mm～100mm，最优选为1mm～50mm。
并且，框32的宽度可以说是构成框32的部件的厚度，但只要能够固定膜36并能够可靠地支撑膜36，则没有特别限制。框32的宽度例如能够根据框32的尺寸a进行设定。在此，框32的底部33b的厚度也能够与框32的宽度同样地进行定义。
例如，当框32的尺寸a为0.5mm～50mm时，框32的宽度优选为0.5mm～20mm，更优选为0.7mm～10mm，最优选为1mm～5mm。
并且，当框32的尺寸a为超过50mm且300mm以下时，框32的宽度优选为1mm～100mm，更优选为3mm～50mm，最优选为5mm～20mm。
另外，若框32的宽度相对于框32的尺寸a的比率过大，则框32部分在整体中所占据的面积率变大，器件(共鸣结构14)有可能变重。另一方面，若上述比率过小，则在该框32部分难以利用粘接剂等牢固地固定膜36。
只要能够支撑膜36、在适用于上述隔音对象物时具有适当的强度且对隔音对象物的隔音环境具有耐性，则框32的材料没有特别限制，能够根据隔音对象物及其隔音环境进行选择。例如，作为框32的材料，能够使用与框体26的材料相同的材料。
并且，作为框32的材料，也可以组合使用这些中的多种材料。
并且，在框32的孔部34内可以配置以往公知的吸声材料。
通过配置吸声材料，根据基于吸声材料的吸声效果，能够进一步提高隔声特性。并且，作为吸声材料并没有特别限定，能够利用聚氨酯板、无纺布等各种公知的吸声材料。另外，在亥姆霍兹共鸣结构20的框体26的空腔空间24内配置有吸声材料时也相同。
如上，通过在本发明的共鸣结构14(亥姆霍兹共鸣结构20、膜型共鸣结构30)内组合使用公知的吸声材料或者与共鸣结构14一起组合而使用公知的吸声材料，能够得到基于本发明的共鸣结构14的隔音效果和基于公知的吸声材料的吸声效果这两种效果。
膜36以覆盖框32的内部的孔部34且被框32压住的方式进行固定，且通过与来自外部的声波相对应地进行膜振动来吸收或反射声波的能量而进行隔音。即，框32和膜36可以说是构成膜型共鸣体的部件。
然而，膜36需要以框32为波节而进行膜振动，因此需要以被框32可靠地压住的方式进行固定来吸收或反射声波的能量而进行隔音。因此，膜36优选由具有挠性的弹性材料制成。
因此，膜36具有在框32的孔部34的形状加上孔部34的外侧的框32的宽度(包围部33a的宽度)的外侧形状。
并且，由于需要被可靠地固定于框32而作为振动膜发挥功能，因此膜36的(外侧形状的)尺寸需大于孔部34的尺寸la。另外，膜36的(外侧形状的)尺寸也可以大于在孔部34的尺寸la加上孔部34的两侧的框32的包围部33a的宽度的框32的尺寸a，但该大的部分既没有作为振动膜的功能，也没有固定膜36的功能，因此优选为框32的尺寸a以下。
并且，只要能够为了吸收声波的能量进行隔音而进行膜振动，则膜36的厚度没有特别限制，但为了在高频侧得到摇摆最大的振动模式，优选其厚度厚，为了在低频侧得到摇摆最大的振动模式，优选其厚度薄。例如，在本发明中，图3所示的膜36的厚度能够根据框32的尺寸a或孔部34的尺寸la进行设定，因此能够根据膜36的尺寸进行设定。
例如，当孔部34的尺寸la为0.5mm～50mm时，膜36的厚度优选为0.001mm(1μm)～5mm，更优选为0.005mm(5μm)～2mm，最优选为0.01mm(10μm)～1mm。
并且，当孔部34的尺寸la为超过50mm且300mm以下时，膜36的厚度优选为0.01mm(10μm)～20mm，更优选为0.02mm(20μm)～10mm，最优选为0.05mm(50μm)～5mm。
另外，当在1个膜36中厚度不同时等，膜36的厚度优选以平均厚度表示。
在此，参考j.soundvib.(1969)10(3)，411-423及the22thinternationalcongressonsoundandvibration(florence，italy12-16july2015)预稿集low-frequencysoundabsorptionusingaflexiblethinmetalplateandalayerofpolyurethanefoam(1258)，以下述式(10)给出膜型共鸣结构30的阻抗z。
[数式4]
其中，d为膜36的弯曲硬度，以下述式(11)给出。
[数式5]
其中，ω为角频率，a为框32的一边的长度，ai及bi(i＝1、2、……)为膜36的阻抗常数，e为膜36的杨氏模量，σ为膜36的泊松比，h为膜36的厚度，g为衰减常数，ρs为膜36的面密度。
在此，在膜36为正方形膜的情况下，ai及bi已被确定，能够从文献中使用以下值。
ai＝2.02、bi＝2.64×103
衰减常数是根据经验确定的，例如能够使用g＝0.04的值。并且，dc为背面空气层的长度。
另外，在长方形等多边形的膜、圆形的膜及椭圆形的膜等的情况下，膜36的阻抗常数ai及bi(i＝1、2、……)的值根据其形状而改变，因此能够使用文献等中所示的值。
另外，根据膜型共鸣结构30，有时因膜36的形状、厚度和/或背面空间38的形状而上述式(10)不成立。
在这种情况下，如上所述，就阻抗z而言，能够根据通过实验(声管4麦克风测量)或模拟求出的反射系数，通过下述式(12)求出阻抗z的实验值或模拟值。另外，如上所述，当理论值、实验值及模拟值之间存在差异时，能够采用理论值、实验值及模拟值之间的范围的任意的值来作为阻抗z值。
并且，固定于作为本发明的共鸣结构14的膜型共鸣结构30的框32的膜36具有在共鸣结构14的结构中能够引发的最低阶(1阶)振动模式的频率即最低阶的共鸣频率(第1共鸣频率)。
并且，声波对于作为由框32及膜36构成的膜型共鸣结构30的共鸣结构14中的即以被框32压住的方式进行固定的膜36与膜面平行地入射时的共鸣频率为，在声波使膜振动最剧烈的部位，在该频率下声音被吸到共鸣结构侧，显现出最大的吸收峰值(即，吸收率成为极大)的频率。并且，最低阶的共鸣频率为根据由框32和膜36构成的膜型共鸣结构30确定的、膜振动显现出最低阶的振动模式的第1共鸣频率。
固定于框32的膜36的最低阶的共鸣频率(例如，基于刚性定律的频域与基于质量侧的频域的边界成为最低阶的第1共振(共鸣)频率)优选为相当于人对声波的感应区域即10hz～100000hz，更优选为人对声波的可听区域即20hz～20000hz，进一步优选为40hz～16000hz，最优选为100hz～12000hz。
在此，在作为本发明的共鸣结构14的膜型共鸣结构30中，由框32及膜36构成的结构中的膜36的共振频率例如最低阶的共鸣频率能够由共鸣结构14的框32的几何学形态，例如框32的形状及尺寸(size)、共鸣结构14的膜36的刚性，例如膜36的厚度及挠性以及膜36的背面空间38的体积来确定。
例如，作为表征膜36的振动模式的参数，在同种材料的膜36的情况下，能够使用膜36的厚度(t)与孔部34的尺寸(la)的平方之比，例如在正四边形的情况下能够使用与一边的大小之比[la2/t]，当该比[la2/t]相等时，上述振动模式成为相同的频率即相同的共振频率。即，通过将比[la2/t]设为恒定值，比例定律成立，能够选择适当的尺寸。
并且，只要膜36具有为了吸收或反射声波的能量进行隔音而能够进行膜振动的弹性，则膜36的杨氏模量没有特别限制，但为了在高频侧得到膜36的振动模式，优选增大该杨氏模量，为了在低频侧得到膜36的振动模式，优选减小该杨氏模量。例如，在本发明中，膜36的杨氏模量能够根据框32(孔部34)的尺寸即膜的尺寸进行设定。
例如，膜36的杨氏模量优选为1000pa～3000gpa，更优选为10000pa～2000gpa，最优选为1mpa～1000gpa。
并且，只要为了吸收或反射声波的能量进行隔音而能够进行膜振动，则膜36的密度也没有特别限制，例如优选为5kg/m3～30000kg/m3，更优选为10kg/m3～20000kg/m3，最优选为100kg/m3～10000kg/m3。
在膜36的材料设为膜状材料或箔状材料时，只要在适用于上述隔音对象物时具有适当的强度、对隔音对象物的隔音环境具有耐性且膜36为了吸收或反射声波的能量进行隔音而能够进行膜振动，则没有特别限制，能够根据隔音对象物及其隔音环境等进行选择。例如，作为膜36的材料，能够举出聚对苯二甲酸二乙酯(pet)、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、丙烯酸(pmma)、聚酰胺酰亚胺、聚芳酯、聚醚酰亚胺、聚缩醛、聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚砜、聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚酰亚胺、三乙酰纤维素、聚偏二氯乙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、芳香族聚酰胺、硅酮树脂、乙烯丙烯酸乙酯、乙酸乙烯酯共聚物、聚乙烯、氯化聚乙烯、聚氯乙烯、聚甲基戊烯或聚丁烯等能够制成膜状的树脂材料、铝、铬、钛、不锈钢、镍、锡、铌、钽、钼、锆、金、银、铂、钯、铁、铜或波莫合金等能够制成箔状的金属材料、纸张或纤维素等成为其他纤维状的膜的材质、包含无纺布、纳米级的纤维的膜、加工成较薄的聚氨酯或新雪丽等多孔材料、或加工成薄膜结构的碳材料等能够形成薄结构的材质或结构等。
并且，膜36以覆盖框32的孔部34的开口的方式固定于框32。
将膜36固定于框32的固定方法并没有特别限制，只要能够将膜36以成为膜振动的波节的方式固定于框32，则可以是任何方法，例如能够举出使用粘接剂的方法或使用物理固定工具的方法等。
在使用粘接剂的方法中，将粘接剂涂布于包围框32的孔部34的表面上，在其之上载置膜36，并用粘接剂将膜36固定于框32。作为粘接剂，例如能够举出环氧类粘接剂(araldite(注册商标)(nichibanco.,ltd.制造)等)、氰基丙烯酸酯类粘接剂(aronalpha(注册商标)(toagoseico.,ltd.制造)等)或丙烯酸类粘接剂等。
作为使用物理固定工具的方法，能够举出将以覆盖框32的孔部34的方式配置的膜36夹在框32与棒等固定部件之间，使用螺钉或螺丝等固定工具将固定部件固定于框32的方法等。
另外，膜型共鸣结构30为将框32和膜36分开构成并将膜36固定于框32的结构，但并不限定于此，也可以为由相同的材料构成的膜36和框32成为一体的结构。
作为本发明的共鸣结构14，也能够使用图4所示的气柱共鸣结构40。
气柱共鸣结构40为由在一端侧具有向外侧开放的开口42且在另一端侧具有封闭的底面44的管状体46构成的气柱共鸣管。
另外，本发明的隔音结构体中所使用的气柱共鸣结构可以为一端开放且另一端封闭的管状体例如闭管，也可以为两端开放的管状体例如开管。如此，气柱共鸣结构能够由以闭管或开管形成的气柱共鸣管构成。
这种气柱共鸣管40的管状体46的结构虽然长度及形状不同，但能够设为与膜型共鸣结构30的框32相同的结构，并且能够使用相同的材料。
另外，如图4所示，管状体46(气柱共鸣管)的长度dc定义为管状体46的开口42的平面的中心与管状体46的底面44之间的距离。
在上述气柱共鸣管40的情况下，如上所述，与亥姆霍兹共鸣结构20及膜型共鸣结构30的情况同样地，能够根据通过实验(声管4麦克风测量)或模拟求出的反射系数，通过上述式(12)求出阻抗z的实验值或模拟值。
如上所述，使用如此求出的阻抗z的实验值或模拟值来作为阻抗z的值即可。
另外，如上所述，当理论值、实验值及模拟值之间存在差异时，能够采用理论值、实验值及模拟值之间的范围的任意的值来作为阻抗z值。
本发明的隔音结构体10及用于该隔音结构体10的共鸣结构14基本上如上构成。
以下，对成为本发明的隔音结构体10的隔音原理的理论进行说明。
首先，如图1所示，入射波pi从管体12的一侧的端部边界12b入射到管体12的开口管路12a内，并朝向管体12的开口部12c侧，在管体12的开口管路12a内传播行进。如上所述，端部边界12b为能够假定为无反射的边界。另外，此处的入射波、透射波及反射波等的波动是指声压。
在管体12的壁面具有共鸣结构14(亥姆霍兹共鸣结构20)，因此入射波pi中的一部分被共鸣结构14吸收，但在共鸣结构14中产生入射波pi中的一部分的反射。即，通过亥姆霍兹共鸣结构20的共鸣孔22，优选通过其中心的面r1成为反射端1，入射波pi中的一部分被反射而成为朝向入射侧的管体12的开口部12b的反射波pr1。入射波pi中的剩余部分(既未被吸收，也未被反射的部分)透射反射端1(r1)而成为透射波pt1，并朝向管体12的开口部12c侧，在管体12的开口管路12a内传播行进。入射波pi被共鸣结构14吸收，并且，被反射端1(r1)反射，因此透射波pt1小于入射波pi。
在管体12的开口部12c中，剖面面积s1的开口管路12a向第2管体16的剖面面积s2的管路16a急剧扩大，因此，开口部12c的开口面(管体16的端面16b)成为剖面面积不连续的界面，从而成为产生反射的反射端2。实际上，在管体12的开口部12c中，需要进行开口端校正，因此反射端2成为图1中点线所示的r2。
其结果，透射波pt1的一部分在反射端2(r2)上反射而成为朝向入射侧的管体12的开口部12b的反射波pr2，在管体12的开口管路12a内传播行进。尤其，当管体16的剖面面积s2与管体12的剖面面积s1之差大时，反射波pr2变大。
透射波pt1的剩余部分辐射到管体16的管路16a。如图5中点线所示，辐射到开放空间的透射波pt是在入射波pi中被共鸣结构14吸收，并且，被其反射端1(r1)反射，且被开口端的反射端2(r2)反射后的剩余部分，因此足够小。
另外，朝向入射侧的管体12的开口部12b的反射波pr2再次朝向共鸣结构14(亥姆霍兹共鸣结构20)行进而到达其反射端1(r1)。如此一来，反射波pr2中的一部分被共鸣结构14吸收，但反射波pr2中的另一部分被反射端1(r1)反射而成为反射波pr3，再次朝向管体12的开口部12c行进。如图5所示，被反射端1(r1)反射的反射波pr3的一部分再次被共鸣结构14吸收，并且另一部分被反射端2(r2)反射。本来，透射波pt1和反射波pr2及pr3均较小，因此反射波pr2及反射波pr3被封闭在反射端1(r1)与反射端2(r2)之间，同时反复进行多重反射，迟早被共鸣结构14吸收。
在本发明中，在共鸣结构14(亥姆霍兹共鸣结构20)中，优选吸收大于反射。即，优选共鸣结构14的与管体12相同粗细的波导(开口管路12a)中的单一吸收率大于反射率。
另一方面，反射波pr2的剩余部分透射反射端1(r1)而成为反射波pr1’，朝向管体12的开口部12b行进。
因此，由共鸣结构14产生的反射波pr1和由开口端反射产生的反射波pr1’在共鸣结构14的上游侧重叠，朝向管体12的开口部12b行进。因此，在本发明中，为了使反射波pr1与反射波pr1’通过干涉效应相互抵消，需要尽量使反射波pr1与反射波pr1’的相位在例如π/2～3π/2的范围内，优选完全相互反转。
即，为了使反射波pr1与反射波pr1’通过干涉效应相互抵消，需要将反射波pr1与反射波pr1’的相位差θ设为接近π的值。
在本发明中，反射波pr1与反射波pr1’的相位差θ需要满足下述不等式(1)。
|θ-π|≤π/3……(1)
通过如此设定，如图5中点线所示，能够减小朝向入射侧的管体12的开口部12b行进的反射波pr。
即，如此，通过适当地规定管体12的开口管路12a的开口部12c及共鸣结构14的位置，能够实现来自共鸣结构14(r1)的反射波pr1与开口端(r2)反射pr1’的有效的相互抵消，从而能够提高共鸣结构14单一的吸收率。
并且，如图1所示，在本发明的隔音结构体10中，能够用1个共鸣结构14来实现高吸收。因此，在本发明中，能够以更少的共鸣结构14来实现高吸收，其结果，为小型且能够得到高吸收。
另外，在声管中配置共鸣结构14等共鸣体，通过使用4麦克风测量来测量共鸣体仅为1个时的pr1的反射系数，由此能够得到反射波pr反射时的相位差。
pr2为来自开口端的反射波，同样使用声管(其中，利用2麦克风法，周端部开放)来仅测量开口端的反射系数，由此能够得到反射波pr2反射时的相位变化。
另外，剖面面积s1的管体12的开口管路12a的波导的声阻抗za为za＝ρc/s1，剖面面积s2的管体16的管路16a的波导的声阻抗zb为zb＝ρc/s2。然而，在开口端附近及管体16(出口侧空间)中，无法维持平面波，因此在计算以后的反射率时需要进行校正处理。此时，声阻抗zb无法用如上所述的简单的式表示，作为进行了校正的式，成为zb＝ρc/sx。其中，sx为开口端校正后的开口端的校正剖面面积，是开口端部r2的反射率的函数。
因此，此时开口端反射率r成为下述式(14)。
r＝|(zb-za)/(zb+za)|2……(14)
接着，求出考虑到包括上述共鸣结构14的反射端1(r1)、开口端校正反射端2(r2)及它们之间的波导的3个界面的合成的特性阻抗z1。
即，考虑到3个界面的传递矩阵t以下述式(4)给出。
[数式8]
在此，上述式(3)的右边的第1项成为表示声学上并联连接的共鸣结构14的效果的矩阵。上述式(3)的右边的第2项表示在共鸣结构14的反射端1(r1)与开口端校正反射端2(r2)之间的波导的距离l中传播的波的传递矩阵。上述式(3)的右边的第3项成为规定开口端校正反射端2(r2)这一界面上的反射的矩阵。
阻抗z0为上述管体12的波导的声阻抗za，以下述式(5)给出。
z0＝ρc/s1……(5)
经开口端校正的开口端的校正剖面面积sx以下述式(6)给出。
sx＝(1+rx(f))/(1-rx(f))×s1……(6)
zr为共鸣结构14的阻抗z，k为波数，c为声速，ρ为空气的密度，rx(f)为管体12的开口部12c的校正后的开口端反射率，f为频率，需要满足
[数式9]
隔音结构体10的声阻抗z1能够使用在上述式(4)中如此求出的矩阵的分量a、b、c及d，如下述式(3)那样表示。
z1＝(a×z0+b)/(c×z0+d)……(3)
若如此求出的声阻抗z1的值接近z0，则能够减少反射。
因此，在本发明中，若考虑上述式(14)，则优选声阻抗z1在复平面上满足下述式(2)。
[数式10]
即，在本发明中，在将从共鸣结构14到管体12的开口部12c的包含开口端校正的波导距离设为l、将管体12所具有的波导的平均剖面面积设为s1且将开口部12c的校正后的开口端反射率设为rx(f)时，优选以下述式(2)定义的隔音结构体10的声阻抗z1在频率f满足
如此，通过使声阻抗z1接近管体12的波导的声阻抗z0，能够减少反射端1及反射端2的反射，从而能够以高效率进行隔音结构体10中的吸收。
接着，对本发明的第2实施方式所涉及的隔音结构体进行详细说明。
图6是示意性地表示本发明的第2实施方式所涉及的隔音结构体的一例的剖视图。
图6所示的隔音结构体11具有管体12、设置于管体12的开口管路12a内的风扇50及设置于管体12的开口部12c侧的壁面的共鸣结构14。
另外，图6所示的隔音结构体11与图1所示的隔音结构体10除了以下点以外相同，因此对相同的构成要件标注相同的号码，并省略其说明：在管体12内具有成为噪声源且成为送风源的风扇50，在管体12的开口部12c未连接有剖面面积s2大的管体16，开口部12c朝开放空间开口。另外，当管体16的剖面面积s2远远大于管体16的剖面面积s1时，管体12的开口部12c可视为朝开放空间开口，因此省略其详细说明。
在此，若在管体12内存在成为噪声源的风扇50，则存在阻抗，因此风扇50成为反射体，包括风扇50的管体12具有复杂的共鸣模式。因此，优选使共鸣结构14的共鸣频率与包括成为噪声源的风扇50的管体12的共鸣频率接近以减少反射，从而高效率地进行吸收。
即，在将共鸣结构14的共鸣频率设为fr、将包括成为噪声源的风扇50的管体12的共鸣频率设为fn、将n设为共鸣次数、正整数，且将包括成为噪声源的风扇50的管体12的相邻的共鸣频率的差分设为δf时，优选存在共鸣结构14的共鸣频率fr满足下述式(7)的n。
fn-δf/4＜fr＜fn+δf/4……(7)
另外，fn在例如在图6的情况下可以说是在包括风扇50的管体12内以与风扇50接触的方式设置扬声器声源，并从声源产生白噪声时测量与管分开30cm左右的位置的麦克风声压时的、该声压频谱成为极大的频率。
另外，如图7所示，当存在多个包括成为噪声源的风扇50的管体12的共鸣频率fn时，共鸣频率的差分δf用δf＝fn+1-fn或fn-fn+1表示。因此，上述式(7)所表示的范围成为图7中粗点线所示的范围。
并且，更优选共鸣频率fr与共鸣频率fn一致。
另外，优选成为噪声源的风扇50的噪声的频谱的峰值频率与共鸣结构14的共鸣频率一致。
作为本发明中所使用的成为噪声源的风扇50，并没有特别限制，能够使用以往公知的各种风扇。例如，能够举出螺旋桨式风扇、轴流风扇、鼓风机、多叶片式风扇或横流风扇等。
并且，作为噪声源，并不限定于风扇50，也能够使用马达或泵等旋转体、逆变器、电源、升压器、升压转换器、包含逆变器的功率控制单元(pcu)或因妨碍空气的流路的障碍物等而产生的风噪音等。
然而，声音虽然存在关于声压及粒子速度各自的波动函数，但是在本申请说明书中的相位及振幅等的议论中基本上均对声压的波动函数进行处理。
在本发明中，关于反射波及透射波的相位差(相位变化)，能够以如下方式求出。
作为第1方法，在亥姆霍兹共鸣结构及膜型共鸣结构等通常的共鸣体的情况下，能够根据其结构的尺寸求出共鸣体的阻抗，因此能够使用传递矩阵法计算出反射系数及透射系数(均为复数)。这些系数的偏角相当于相位变化，因此能够计算反射波及透射波的相位变化(相位差)。
作为第2方法，如上所述，当无法简单地用理论式表示时，反射波及透射波的相位差(相位变化)也能够通过实验求出。
在具有与管状的管体相同剖面面积的声管中，利用4麦克风法对共鸣型隔音结构进行测量。根据该4麦克风法测量，能够实验地测量反射系数、透射系数，即能够求出反射波及透射波的相位变化(相位差)。使用这些相位变化量能够计算θ。
并且，反射波及透射波的相位差(相位变化)也能够通过模拟(有限元法)求出。
在有限元法的模拟中，能够获得各位置处的声压的波动函数的相位差。例如在将入射波的波动函数设为pi(z)且将反射波及透射波的波动函数分别设为pr(z)、pt(z)时，若将共鸣体的位置设为z＝d，则能够计算反射系数r＝pr(d)/pi(d)、透射系数t＝pt(d)/pi(d)。这些偏角成为相位变化量。使用这些相位变化量能够计算相位差θ。
并且，在本发明中，共鸣型隔音结构的吸声率等声学特性能够通过声管4麦克风法进行测量。声管的粗细使用与管状管体相同的剖面面积的声管的粗细。将声学特性的测量系统60示于图29。
在图29所示的测量系统60中，在由铝制成的声管(管体62)内配置共鸣结构(共鸣型隔音结构)14，使用配置于声管(管体62)的4个麦克风64进行了基于传递函数法的声学特性的测量。该方法是按照“astme2611-09：standardtestmethodformeasurementofnormalincidencesoundtransmissionofacousticalmaterialsbasedonthetransfermatrixmethod(基于传输矩阵法测量声学材料的垂直入射传输的标准试验方法)”进行的方法。作为声管，例如作为与nittoboacousticengineeringco.,ltd.制造的winzac相同的测量原理的声管，使用了由铝制成的管体62。在管体62的下侧配置内部容纳有扬声器66的圆筒状的箱体68，在箱体68的上表面上载置了管体62。从扬声器66输出规定声压的声音，用4个麦克风64进行了测量。利用该方法能够在宽频谱带中测量声音透射损失。
实施例
根据实施例对本发明的隔音结构体进行说明。
(实施例1)
首先，使用了图1所示的本发明的隔音结构体10作为实施例1。
如图1所示，在实施例1的隔音结构体10中，使用亥姆霍兹共鸣结构20作为共鸣结构14，以亥姆霍兹共鸣结构20的共鸣孔22及背面的空腔空间24与开口管路12a内连通的方式设置于管体12的壁面。
该实施例1的隔音结构体10的各种参数如下。
管体12的长度ld＝500mm
管体12的开口管路12a的半径r1＝30[mm]
管体12的开口管路12a的剖面面积s1＝2827[mm2]
管体16的管路16a的半径r2＝1000[mm]
管体16的管路16a的剖面面积s2＝3.142×106[mm2]
共鸣结构14(亥姆霍兹共鸣结构20的共鸣孔22的中心：反射端1(r1))与管体12的开口部12c之间的距离l0＝20mm
共鸣结构14(亥姆霍兹共鸣结构20的共鸣孔22的中心：反射端1(r1))与开口端校正后的开口端(校正后的反射端2(r2))之间的距离l＝38mm
亥姆霍兹共鸣结构20a的共鸣孔22(9.5mm见方)的剖面面积sn＝90.25[mm2]
亥姆霍兹共鸣结构20的共鸣孔22的长度lc＝5[mm]
亥姆霍兹共鸣结构20的空腔空间24的体积vc＝4000[mm3]
另外，管体12的左端为声波的入射面，且不考虑从共鸣结构或开口部反射过来的波到达管体12时的来自左端的反射的影响。
＜相位差θ的模拟方法＞
在实施例1中，按照以下顺序模拟了来自共鸣结构14的反射引起的声压的相位变化θr1、透射了共鸣结构14的透射波从开口端部(反射端2(r2))反射的反射波到达共鸣结构14的位置为止的相位变化θr2。
根据仅考虑到以下的共鸣结构的传递矩阵tr，使用下述式(16)及(17)，计算出以下的反射系数r1、相位变化θr1。
反射系数r1＝(zx-z0)/(zx+z0)
相位变化θr1＝arg(r1)
[数式11]
zx＝(arz0+br)/(crz0+dr)……(17)
z0＝ρc/s1……(5)
zr为亥姆霍兹共鸣结构20的阻抗。
另一方面，同样地，根据仅考虑到以上的共鸣结构的传递矩阵tr，使用上述式(16)及(17)，计算出以下的透射系数t1、相位变化θr2。
透射系数t1＝t＝2/(ar+br/z0+crz0+dr)
相位变化θr2＝2arg(t1)+arg(exp(ikl))+π
(在s2＞＞s1的情况下，通过开口端r2的反射，关于声压而成为自由端，因此相位反转。因此，成为r≒-1。)
在此，l为共鸣结构14与校正开口端r2之间的距离，k为波数。
根据如此求出的相位变化θr1和θr2，由下述式(18)求出了相位差θ。
θ＝θr1-θr2……(18)
根据如此求出的相位差θ求出了相位差θ与π的差分θ-π与频率之间的关系。将其结果示于图8。
另外，作为共鸣结构14的亥姆霍兹共鸣结构20的共鸣频率可以称为上述zx的虚部成为0的频率，因此该频率为2180hz。
根据图8的图表可知，在该共鸣频率2180hz下差分θ-π≒0.20[rad.]，其小于π/3。
即，成为|θ-π|≤π/3，可知实施例1满足本发明的权利要求1所述的发明特定事项。
并且，在实施例1中，按照以下顺序模拟了透射(t)、反射(r)及吸收(ab)。
计算出基于上述式(2)～(4)的下述式(19)及(20)。其中，仅使用上述式(4)的矩阵的左边1项目求出了反射系数及透射系数。
反射系数r＝(z1-z0)/(z1+z0)……(19)
透射系数t＝2/(a+b/z+cz+d)……(20)
使用如此求出的反射系数r及透射系数t求出了反射率r、透射率t及吸收率ab。
反射率r＝r2
透射率t＝t2
吸收率ab＝1-r-t
将如此求出的声管(管体12)中的反射率r、透射率t及吸收率ab示于图9。
如图9所示，可知尤其在共鸣频率2180hz左右时，吸收率ab高于反射率r。
因此，可知实施例1进一步满足本发明的权利要求2中所记载的发明特定事项。
(实施例1-1)
接着，按照以下顺序，使用传递矩阵法模拟了本发明的实施例1-1的隔音结构体中的透射、反射及吸收。本模型为存在剖面面积不连续的段差(具有开口端)在这点上与现有模型的不同的新的模型。与上述同样地，计算出基于上述式(2)～(4)式的式。
即，根据声阻抗z1求出了反射系数、透射系数。
反射系数r＝(z1-z0)/(z1+z0)……(19)
透射系数t＝2/(a+b/z+cz+d)……(20)
使用如此求出的反射系数r及透射系数t求出了反射率r、透射率t及吸收率ab。
反射率r＝r2
透射率t＝t2×(sx/s1)
吸收率ab＝1-r-t
将如此求出的反射率r、透射率t及吸收率ab示于图10。
在实施例1-1中可知，能够实现比实施例1的没有开口端时的隔音结构体单独的吸收率更高的吸收率，通过高效率地捕获来自开口端部的反射波，能够实现高效率的吸声。
并且，在图11中，用实线示出隔音结构体的反射系数r的绝对值|(z1-z0)/(z1+z0)|，用点线示出开口端反射(仅在开口端反射的情况)的反射系数的绝对值
在此，
由此可知，在f＜2858hz的频域中满足上述式(2)，实施例1-1进一步满足本申请的权利要求3所述的发明特定事项。
在此，以如下方式求出了开口端部的开口端反射率rx(f)。
使用comsolmaltiphysicsver5.3a的声音模块，在如下计算模型中进行计算，通过计算反射波的大小来计算出从开口端部的反射率。
将作为计算模型的圆筒对象模型示于图12。
如图12所示，计算模型为平面波的入射波pi从半径30mm、长度300mm的圆筒管的一侧的开口部入射且反射波pr出射的圆筒对象模型。圆筒管的另一侧的开口部的开口端由介质为空气的半径500mm的1/4圆的区域构成，在从1/4圆的外周向内侧100mm的部分设定了完全吸收边界(pml：perfectlymatchedlayer(完全匹配层))。
将该计算模型的开口端反射率rx(f)的计算结果示于图13。在本模型中，开口端反射率在将入射声压设为pi且将反射声压设为pr时，能够作为rx(f)＝|pr/pi|2而求出。
若根据图13所示的图表求出反射率的函数rx(f)，则成为如下。
rx(f)＝9.03e-18×f5-1.05e-13×f4+4.41e-10×f3-7.15e-7×f2-1.12e-5×f+1
图11中将反射系数的绝对值(上述式(19)的绝对值)与
(比较例1-1)
除了距离l为68[mm]以外，其他均与实施例1相同。
在比较例1-1中，也同样地求出相位差θ，并求出了相位差θ与π的差分θ-π与频率之间的关系。将其结果示于图14。
如上所述，共鸣结构14的共鸣频率可以说是上述zx的虚部成为0的频率。该共鸣频率与实施例1同样为2180hz。
根据图14所示的图表可知，在该共鸣频率2180hz下差分θ-π≒2.2[rad.]，其大于π/3。即，由于成为|θ-π|＞π/3，因此可知不满足本申请的权利要求1所述的发明的不等式(1)。
另外，成为半径30mm的声管的管体12中的透射率、反射率及吸收率与图9相同，且与实施例1相同。
在比较例1-1中，也考虑隔音结构体和开口端反射而计算出隔音结构体的透射率、反射率及吸收率。将计算结果示于图15。
并且，在图16中，用实线示出隔音结构体的反射系数r的绝对值|(z1-z0)/(z1+z0)|，用点线示出开口端反射(仅在开口端反射的情况)的反射系数的绝对值
如图16所示，在f＜2858hz的频域中，存在不满足上述式(2)的区域，在比较例1-1中，存在与未设置亥姆霍兹共鸣结构的情况相比，设置有亥姆霍兹共鸣结构时，反射系数的绝对值变得更大的频域，即，无法高效率地抑制反射。另外，若将图9与图15的吸收值进行比较，则可知尽管均设置有仅1个亥姆霍兹结构，但在具有开口端的图15的情况下，吸收峰值变得更小。因此，可知无法有效地显现吸收，在不满足本申请的权利要求1及3所述的发明的发明特定事项的情况下，无法高效率地实现吸收。
(比较例1-2)
除了距离l为8[mm]以外，其他均与实施例1相同。
在比较例1-2中，也同样求出相位差θ，并求出了差分θ-π与频率之间的关系。将其结果示于图17。
如上所述，共鸣结构14的共鸣频率可以说是上述zx的虚部成为0的频率。该共鸣频率与实施例1同样为2180hz。
根据图17所示的图表可知，在该共鸣频率2180hz下θ-π≒2.6[rad.]，其大于π/3。即，由于成为|θ-π|＞π/3，因此可知不满足本申请的权利要求1所述的发明的不等式(1)。
另外，成为半径30mm的声管的管体12中的透射率、反射率及吸收率与图9相同，且与实施例1相同。
在比较例1-2中，也考虑隔音结构体和开口端反射而计算出隔音结构体的透射率、反射率及吸收率。将计算结果示于图18。
并且，在图19中，用实线示出隔音结构体的反射系数r的绝对值|(z1-z0)/(z1+z0)|，用点线示出开口端反射(仅在开口端反射的情况)的反射系数的绝对值
如图19所示，在f＜2858hz的频域中，存在不满足上述式(2)的区域，在比较例1-2中，存在与未设置亥姆霍兹共鸣结构的情况相比，设置有亥姆霍兹共鸣结构时，反射系数的绝对值变得更大的频域，即，无法高效率地抑制反射。另外，若将图9与图18的吸收值进行比较，则可知尽管均设置有仅1个亥姆霍兹结构，但在具有开口端的图18的情况下，吸收峰值变得更小。因此，可知无法有效地显现吸收，在不满足本申请的权利要求1及3所述的发明的发明特定事项的情况下，无法高效率地实现吸收。
(实施例1-2)
除了剖面面积s1的管体12的半径为15mm以外，与实施例1相同。
在实施例1-2中，也同样求出相位差θ，并求出了差分θ-π与频率之间的关系。将其结果示于图20。
如上所述，共鸣结构14的共鸣频率可以说是特性阻抗zx的虚部成为0的频率。该共鸣频率与实施例1同样为2180hz。
根据图20所示的图表可知，在该共鸣频率2180hz下成为θ-π≒0.22[rad.]。即，为|θ-π|＞π/3，可知实施例1-2满足本申请的权利要求1的不等式(1)。
接着，在实施例1-2中，也以与实施例1相同的方式求出半径为15mm的声管中的反射率r、透射率t及吸收率ab，并将其结果示于图21。
如图21所示，可知在实施例1-2的半径为15mm的声管中，尤其在共鸣频率2180hz左右，反射率r变得高于吸收率ab，不满足本申请的权利要求2。
另外，按照与实施例1相同的顺序，求出了半径15mm的管体12中的开口端反射率rx(f)。其结果如下。
rx(f)＝-7.31e-15×f4+6.55e-11×f3-2.10e-7×f2+1.83e-5×f+1
在实施例1-2中，也考虑隔音结构体和开口端反射而计算出隔音结构体的透射率、反射率及吸收率。将计算结果示于图22。
如图22所示，在实施例1-2中，满足本申请的权利要求1，能够实现比共鸣结构14单独的情况更高的吸收率。
然而，共鸣结构14的反射率原本就大，因此残存一定的反射率。因此，可知在满足本申请的权利要求2的要件的实施例1的情况下，能够实现更高的吸收。
在实施例1中，逐渐改变距离l，因此逐渐改变差分的绝对值|θ-π|，若标绘出针对差分的绝对值|θ-π|的最大吸收率，则成为如图23那样。
根据图23可知，在满足本发明的权利要求1的不等式(1)的范围的π/3以下时，即|θ-π|≤π/3时，可得到高吸收率。
另外，共鸣结构14(共鸣型隔音结构)单体中的吸收率稍低于图23中单点划线所示的0.5。并且，在图23中还示出将共鸣结构14(共鸣型隔音结构)设置于开口端部时的最大吸收率。
(实施例2)
在图24中示出实施例2的隔音结构体10a。
图24所示的隔音结构体10a具有：一侧(入射侧)的端部为刚体反射面52且另一侧(出射侧)的端部为开口部12c的管体12、设置于管体12的开口部12c侧的壁面的作为共鸣结构14的亥姆霍兹共鸣结构20及连接于管体12的开口部12c的管体16。
另外，图24所示的隔音结构体10a与实施例1中所使用的图1所示的隔音结构体10除了以下点以外相同，因此对相同的构成要件标注相同的号码，并省略其说明：管体12的长度ld长、一侧(入射侧)的端部成为刚体反射面52。
因此，该实施例2的隔音结构体10a的各种参数与实施例1重复，其如上所示。
管体12的长度ld＝150mm及200mm这2种
管体12的开口管路12a的半径r1＝30[mm]
管体12的开口管路12a的剖面面积s1＝2827[mm2]
管体16的管路16a的半径r2＝1000[mm]
管体16的管路16a的剖面面积s2＝3.142×106[mm2]
共鸣结构14(亥姆霍兹共鸣结构20的共鸣孔22的中心：反射端1(r1))与管体12的开口部12c之间的距离l0＝20mm
共鸣结构14(亥姆霍兹共鸣结构20的共鸣孔22的中心：反射端1(r1))与开口端校正后的开口端(校正后的反射端2(r2))之间的距离l＝38mm
亥姆霍兹共鸣结构20a的共鸣孔22(9.5mm见方)的剖面面积sn＝90.25[mm2]
亥姆霍兹共鸣结构20的共鸣孔22的长度lc＝5[mm]
亥姆霍兹共鸣结构20的空腔空间24的体积vc＝4000[mm3]
(实施例2-1)
管体12的长度ld为150mm的情况。因此，管体12的波导也成为150mm。
在图25中示出实施例2-1的隔音结构体10a的管体12的声压频谱。即，图25表示没有共鸣结构14(共鸣型隔音结构)时的隔音结构体10a的声压模式。
根据图20所示的声压频谱，一阶模式的共鸣频率为460hz，二阶模式的共鸣频率为1380hz，三阶模式的共鸣频率为2290hz，四阶模式的共鸣频率为3190hz。因此，相邻的共鸣频率的差分δf成为约900hz(δf≒900hz)。
另一方面，共鸣结构14(亥姆霍兹共鸣结构20)的共鸣频率fr为2180hz，因此，相对于图25所示的三阶模式的2290hz的共鸣频率fn(n＝3)，如以下所示，满足上述不等式(7)，其结果，满足本申请的权利要求7的不等式(7)。
即，成为2290hz-900hz＝2065/4＜2180hz＜2290hz+900hz/4＝2515。
在图26中示出实施例2-1的隔音结构体10a的插入损耗。
如图26所示，可知在超过频率2000hz到2500hz，尤其在亥姆霍兹共鸣结构20的共鸣频率fr＝2180hz附近，能够得到超过10db的高插入损耗。
(实施例2-2)
管体12的长度ld为200mm的情况。因此，管体12的波导也成为200mm。
在图27中示出实施例2-2的隔音结构体10a的管体12的声压频谱。即，图27表示没有共鸣结构14(共鸣型隔音结构)时的隔音结构体10a的声压模式。
根据图20所示的声压频谱，一阶模式的共鸣频率为360hz，二阶模式的共鸣频率为1090hz，三阶模式的共鸣频率为1810hz，四阶模式的共鸣频率为25300hz，五阶模式的共鸣频率为3520hz。因此，相邻的共鸣频率的差分δf成为约720hz(δf≒720hz)。
另一方面，共鸣结构14(亥姆霍兹共鸣结构20)的共鸣频率fr为2180hz，因此相对于图27所示的三阶模式的1810hz的共鸣频率fn(n＝3)，如以下所示，不满足上述不等式(7)，其结果，不满足本申请的权利要求7的不等式(7)。
即，成为1810hz-720hz/4＝1630＜1810hz+720hz/4＝2515＜2180hz。
在图28中示出实施例2-2的隔音结构体10a的插入损耗。
如图28所示，可知实施例2-2的隔音结构体10a在从频率1800hz到2200hz、及从频率2300hz到3200hz，虽然较低但能够得到3db左右的插入损耗。
由此可知，若将满足本申请的权利要求7的实施例2-1与不满足本申请的权利要求7的实施例2-2进行比较，则满足本申请的权利要求7的实施例2-1的插入损耗比不满足本申请的权利要求7的实施例2-2的插入损耗变得更大。
由此，可明确本发明的效果。
以上，对本发明的隔音结构体举出各种实施方式及实施例进行了详细说明，但本发明并不限定于这些实施方式及实施例，在不脱离本发明的宗旨的范围内当然可以进行各种改良或变更。
符号说明
10、10a、11-隔音结构体，12、16-管体，12a-开口管路，12b、12c-开口部，14-共鸣结构(共鸣型隔音结构)，16a-管路，16b-端面，20-亥姆霍兹共振结构，22-共鸣孔，24-空腔空间，26-框体，30-膜型共鸣结构，32-框，33a-包围部，33b-底部，34-孔部，36-膜，38-背面空间，40-气柱共鸣结构，42-开口，44-底面，46-管状体，50-风扇，52-刚体反射面。