ヘルムホルツ共鳴器の頸部延長による低音域用薄型吸音構造 [ PDF
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(2) (a)Type1. (b)Type2. 図-4 頸部の折り曲げ方の違い 図-6 頸部の延長の検討に用いる吸音構造. (a)Type1. (b)Type2. 図-5 f0 の比較 ある。図には高域の周波数にも吸音率の山が現れてい るが，ここでは f0 のみに着目して図-5 に比較した。. 図-7 頸部長さ l による吸音特性の変化. f0 は，頸部の折り曲げ方によってわずか数 Hz の違 いが認められるだけであり，曲げ方による f0 への影響 はないと判断される。以上のように，頸部を折り曲げ て伸ばしても f0 を低域に持っていく効果はあり, その 効果は曲げ方に関係しないことが分かった。そこで大 きさを決めた共鳴器について，頸部の長さを可能な範 囲まで伸ばしたときの吸音特性について検討する。. 2.2 頸部の長さが吸音特性に与える影響 図-6 に示すような大きさ 88 mm × 88 mm × 70 mm の共鳴器について，頸部を胴部内に延長することで， f0 をどこまで低域に持っていくことができるか検討し た。開口部の面積 a は 256mm2 であり，頸部の長さ l を 26 mm から 394 mm までらせん状に系統的に伸ばし た 6 パターンで解析を行った。計算条件は，頸部の延 長を考慮して解析時間を 200 ms としたことを除いて 2.1 と同様である。また解析手法の特徴上，共鳴器内 部に減衰項となる要素を入れる必要があったために単 位面積流れ抵抗 ρ が 56,940 kg/m3 の多孔質吸音材 (密 度 96 kg/m3 のグラスウールに相当，以下 GW96K と. 49-2. 図-8 f0 の予測値と計算値の比較 表記) を挿入した。 頸部の長さを変えたときの吸音特性の変化を図-7 に 示す。この図より，頸部を伸ばすことで f0 を低域に移 動させる効果が確認できた。この f0 を胴部内に侵入し た頸部の体積分を引いた胴部の体積 V ′ を用いて計算 した f0 の予測値と比較して図-8 に示す。図より予測 値と実際の f0 には差が認められるが，変化の傾向は概 ね一致した。また，その差は頸部が短いときに大きく， 頸部が伸びるにつれて小さくなる傾向が見られた。こ.
(3) 図-11 2 つの共鳴器を組み合わせた吸音構造. 図-9 解析および実測する吸音構造. 図-12 2 つの共鳴器を組み合わせた構造の吸音特性. 図-10 計算値と測定値の比較. 傾向は概ね一致している。このことから頸部を伸ばす. れは，頸部の長さがヘルムホルツ共鳴器の頸部として. と f0 を低域に移す効果があることが実証できた。. 短いためであると考えられる。頸部を最大に伸ばして も f0 はまだ限界点となっていないと思われ，今回の形 状では頸部の長さの限界を見出すことは出来なかった。 とはいえ，頸部を伸ばすことで f0 を小さくできること は確認できた。. 2.3 頸部を伸ばす効果の実測による検証 解析による頸部延長の効果を検証するために，音響 管 (B&K Type4206 の太管) を用いて垂直入射吸音率の 測定を行い，吸音特性の計算値と実測値を検討した。検 討する形状は，図-9 に示す管径 100 mm で厚さ 200mm の筒状の共鳴器で，前面壁には円形天然ゴム，頸部に は角型アルミニウム管 (管径 10 mm × 10 mm，厚さ 1.0 mm) を使用した。開口部の面積 a は 324 mm2 とし， 頸部の長さ l を 10 mm から 150 mm まで 50 mm ずつ 伸ばした 4 パターンで計測を行った。そして実測と同 じ吸音構造について解析した。 計算値と実測値の比較を図-10 に示す。吸音率は，実 測値では 0.5 Hz ごと，計算値では 3.8 Hz ごとの値であ る。図-10 より，吸音率の値は絶対値では必ずしも一 致していないが，頸部の延長による吸音特性の変化の 49-3. 3. 頸部長さの異なる共鳴器を組み合わせた構造の吸音 特性 2. より頸部を伸ばすことで低音域の吸音性能を改善 できることが分かった。そこで吸音域を広域化させる ために，頸部長さの異なる共鳴器を組み合わせること で，複数の吸音率のピークを立たせられないか検討し た。まず，2 つの共鳴器を組み合わせて吸音率のピーク が 2 つ立つか確認した。検討した形状は，図-11 に示す ような大きさ 200 mm × 100 mm × 20 mm で，開口部の 面積 a を 400 mm2 (TypeA) と 240 mm2 (TypeB) とし た 2 つの吸音構造である。2 つの頸部長さ l は TypeA， TypeB それぞれ 2 パターンずつ延長した。 結果を図-12 に示す。この図より，いずれの形状にお いても吸音率のピークが 2 つ出現することが確認出来 た。次に頸部の長さの異なる 4 つの共鳴器を組み合わ せた場合について検討した。組み合わせ方としては，頸 部を 2 つに分岐して更に分岐する場合 (TypeC) と，頸 部を一度に 4 つに分岐させる場合 (TypeD) の 2 つが考 えられる。そこで TypeC と TypeD それぞれに，図-13.
(4) 図-15 8 つの共鳴器を組み合わせた吸音構造. 図-13 4 つの共鳴器を組み合わせた吸音構造. 図-16 8 つの共鳴器を組み合わせた構造の吸音特性 頸部長さ l は，f0 が 1/4 Oct. ごとになるように予測式 から決定した。 結果を図-16 に示す。吸音特性の山は網掛け部分に 示すように 8 つの内 7 つが立ち，山のピーク値は高域 側ほど低くなる傾向が見られた。この原因については 今回解明できていないが，8 つの吸音率の山が適度な 周波数間隔で並ぶことで，より広帯域に亘って吸音で きることが示された。. 図-14 4 つの共鳴器を組み合わせた構造の吸音特性 に示すような 200 mm × 200 mm × 20 mm の大きさで， 開口部の面積 a を 400 mm2 と 240 mm2 にした 2 つの 吸音構造で検討した。 結果を図-14 に示す。TypeC は吸音特性の山が 1 つ もしくは 2 つしか立たなかった。頸部を 2 つに分岐し て更に分岐する場合，頸部を共有する部分が大きくな るため 4 つの頸部長さを変えにくいといった欠点があ る。一方 TypeD は 4 つの吸音率のピークが確認され，. 2 つのピークの周波数間の吸音率も少し持ち上がった。 この結果から，組み合わせ方として TypeD の方が優 れており，頸部の分岐は一度にした方が良いことが分 かった。これを踏まえて，吸音率の更なる広域化のた めに共鳴器を 8 つ組み合わせた場合 (TypeE) について 検討した。検討した形状は，図-15 に示すような大き さ 400 mm × 200 mm × 20 mm で，開口部の面積 a は 240 mm2 とした 1 つの吸音構造である。ここで 8 つの. 49-4. 4. まとめ 本研究は，ヘルムホルツ共鳴器を基本として，小空 間に使用する薄型で低周波数の音を広帯域に亘って吸 音させる吸音構造を開発することを目指して，頸部を 伸ばすことで低音域の吸音性能の改善を図る検討を行 い，更に頸部の長さが異なる複数の共鳴器を組み合わ せることで吸音域を広域化させる検討を行った。その 結果，頸部を伸ばすことで f0 を低域に移す効果がある こと，また共鳴器を組み合わせることで吸音率のピー クが複数立つことが示され，開発に向けての知見が得 られた。ただし今回示した吸音構造の吸音特性は山の 隙間が目立ったため，この隙間を埋めることが今後の 課題である。そのためにより多種類の共鳴器を組み合 わせる検討を行いたい。また，山のピーク値が高域側 ほど低くなった原因についても今後解明していきたい。 参考文献 1) 坂本慎一, 橘秀樹: 差分法による 2 次元音場の過渡応答の数値 計算, 日本建築学会講演梗概集 D (環境工学), pp.1757-1758 (1994) 2) 坂本慎一: 音波の進行方向に適応した PML 無反射境界, 日本音 響学会研究発表会講演論文集 (秋), pp.909-910 (2005).
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