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公開番号2025013891
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-28
出願番号2024184102,2021505838
出願日2024-10-18,2019-08-02
発明の名称超開放型メタマテリアルを使用した空気透過選択性音響消音装置
出願人トラスティーズオブボストンユニバーシティ
代理人アインゼル・フェリックス=ラインハルト,個人,個人,個人,個人
主分類G10K 11/16 20060101AFI20250121BHJP(楽器;音響)
要約【課題】装置を介した音響伝達を抑制しながら、装置を介して空気を流す装置を提供する。
【解決手段】メタマテリアル音響消音装置200は、第1の伝達領域210を有し、この領域210によって、メタマテリアル消音装置200を介した気体の流れを可能にするように開放された開口部が規定される。第1の伝達領域210によって流体流軸線211が規定され、この流体流軸線211に沿って、流体(例えば、気体及び/又は液体)が第1の伝達領域210を介して、流動可能である。第2の伝達領域220は、1つ又は複数の導管からなるセットを含み、このセットにおける各導管は、対象周波数において共鳴するように構成されている。第2の伝達領域220は、入口と出口を有し、従って、波が第2の伝達領域220を介してその入口からその出口まで伝播可能となる。
【選択図】図2A
特許請求の範囲【請求項１】
１つの第１の通路及び１つ又は複数の第２の通路を有する装置であって、
前記第１の通路は、第１の入口と第１の出口とを有し、当該第１の通路を介して対象周波数にある第１の波が伝播するように開放されていて、第１の断面積を有し、
１つ又は複数の前記第２の通路は各々、当該第２の通路を介して前記対象周波数にある第２の波が伝播するように開放されていて、各々第２の入口と第２の出口とを有し、１つ又は複数の前記第２の通路は、第２の断面積を規定し、
１つ又は複数の前記第２の出口から出る前記対象周波数にある前記第２の波が、前記第１の通路から出る前記対象周波数にある前記第１の波と弱め合って干渉し得るように、１つ又は複数の前記第２の通路各々は、前記第１の通路に対して相対的に配置されており、
当該装置が少なくとも０．６の開放率を有するように、前記第１の断面積は、前記第２の断面積よりも大きい、
装置。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記第１の通路は、当該第１の通路を介して流体が流れるように開放されている、
請求項１に記載の装置。
【請求項３】
当該装置が少なくとも０．８の開放率を有するように、前記第１の断面積は、前記第２の断面積よりも大きい、
請求項１に記載の装置。
【請求項４】
当該装置が０．９９の開放率を有するように、前記第１の断面積は、前記第２の断面積よりも大きい、
請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記第１の通路は、当該第１の通路を介した流体流の軸線を規定し、前記第２の出口各々は、ダクト外にある出口である、
請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記第１の通路は、当該第１の通路を介した流体流の軸線を規定し、前記第２の出口各々は、軸線方向に配向された出口である、
請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記第２の出口各々は、ダクト外にある出口である、
請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記第１の波及び前記第２の波各々は、音響波であり、前記弱め合う干渉によって前記対象周波数にある前記第１の波は、少なくとも９４％減衰させられる、
請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記第１の波及び前記第２の波各々は、音響波であり、前記第２の出口各々から出る前記対象周波数にある音響エネルギーは、前記第１の通路から出る音響エネルギーと弱め合って干渉して、前記対象周波数にある音響を少なくとも２４ｄＢ減衰させる、
請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
１つの第１の通路及び１つ又は複数の第２の通路を有する装置であって、
前記第１の通路は、当該第１の通路を介して対象周波数にある第１の波が伝播するように開放されていて、第１の入口と第１の出口とを有し、
１つ又は複数の前記第２の通路は各々、第２の入口と第２の出口とを有し、軸線方向を規定する１つの軸線に沿って延在し、当該第２の通路を介して前記対象周波数にある第２の波が伝播するように開放されており、
１つ又は複数の前記第２の出口は、前記軸線方向において開放されており、
１つ又は複数の前記第２の出口から出る前記対象周波数にある前記第２の波が、前記第１の通路から出る前記対象周波数にある前記第１の波と弱め合って干渉し得るように、１つ又は複数の前記第２の通路は、前記第１の通路に対して相対的に配置されている、
装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
関連出願
本願は、米国特許仮出願第６２／７１４，２４６号、出願日：２０１８年８月３日、発明の名称："Air-Transparent Selective Sound Silencer Using Ultra-Open Metamaterial"、発明者：Xin Zhang, Reza Ghaffarivardavagh及びStephan Anderson、並びに、米国特許仮出願第６２／８６３，０４６号、出願日：２０１９年６月１８日、発明の名称："Air-Transparent Selective Sound Silencer Using Ultra-Open Metamaterial"、発明者：Xin Zhang, Reza Ghaffarivardavagh及びStephan Andersonの優先権を主張するものである。これらの先行出願各々の開示は、ここで参照したことによりその内容全体が本明細書に取り込まれるものとする。
続きを表示（約 1,800 文字）【０００２】
技術分野
本開示は音響抑制装置に関し、より具体的には、装置を介した音響伝達を抑制しながら、装置を介して空気を流すことも可能にする装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
背景技術
音響吸収遮蔽材及び音響偏向面など、種々の手段によって音響伝播を抑制することが知られている。例えばノイズキャンセリングヘッドホンなどいくつかの装置は、不所望な音響を不所望な音響の反転であるその音響の複製と混合することによって、不所望な音響の伝播を減衰させる。
【０００４】
不所望な音響が既知の周波数を有する場合には、いくつかの装置は、不所望な音響をその音響の反転された複製（例えば、不所望な音響に対して１８０°反転の位相外れとなっている複製）と混合することによって、特定の周波数においてその不所望な音響を減衰させる。
【０００５】
かかる従来技術によるいくつかの装置の種類は、「ハーシェルクインケ管」（又は「ＨＱ管」）として知られている。ＨＱ管は、音響を伝播させることができる第１のダクトと、音響を伝播させることができる第２のダクトを有する。伝播する音響信号は、第１のダクトと第２のダクトの双方に入り、それらのダクトが合流するまで両方のダクトを介して伝播し、第２のダクトを介して伝播した信号が、第１のダクトを介して伝播した信号と融合する。
【０００６】
相応の波長（λ）を有する所与の周波数において、媒体中を伝播する音響信号を低減するＨＱ管の能力は、第１のダクトの長さ（Ｌ１）から現れるものでも第２のダクトの長さ（Ｌ２）から現れるものでもなく、その代わりに第１のダクトの長さと第２のダクトの長さとの差（即ち、Ｌ２－Ｌ１）に基づき現れる。ＨＱ管の場合、第１のダクトと第２のダクトとの長さの差（即ち、Ｌ２－Ｌ１）は、音響信号の周波数の波長の２分の１（０．５λ）（又は、Ｎλ＋０．５λ、ただし、Ｎは整数）であり、従って、これらのダクトが合流してそれらの個々の信号が融合するポイントにおいて、第２のダクト内を伝播する信号は、第１のダクト内の信号に対して１８０°の位相外れとなっている。例えば、第１のダクトは１．２５λの長さを有することができ、第２のダクトは１．７５λの長さを有することができ、従って、これらの長さの差は、１．７５λ－１．２５λ＝０．５λである。
【０００７】
特に、これが意味することは、両方のダクトの個々の長さの間で要求される差を保証するために、ＨＱ管を製造するにはそれらのダクトを高精度で製造することが必要とされる、ということである。しかも、かかる装置は、流体を流すことができる開放空間の量と、音響伝播を減衰させるそれらの能力（即ち、それらの伝達損失）との間で、トレードオフが必要とされる。換言すれば、所望の音響性能を獲得するためには、開放面積量が犠牲にされる。
【０００８】
従来技術のＨＱ管のいくつかの例について、以下において説明する。
【０００９】
図１Ａには、Venterに対する米国特許第４，６８３，９７８号明細書の第１図による従来技術の排気消音装置が概略的に示されている。
【００１０】
Venterの装置（図１Ａ）において、内燃機関用の排気消音装置が全体的に参照符号１０で表されている。排気消音装置１０は、入口開口部１２と、この入口開口部１２から軸線方向に距離をおいて配置された出口開口部１４を有する。この消音装置は、円筒形シェル（又はケーシング）１６とシェル１６内部のコア１８を含む。コアは中央軸線方向管１９を含み、これによって、少なくとも１つの軸線方向流路２０が規定される。コアは少なくとも１つの螺旋バッフル２１を有し、これにより、シェル１６内部において軸線方向流路２０の周囲に螺旋路２２が規定される。軸線方向流路２０は、上流側軸線方向入口２０．１と横断方向出口２４を有し、この横断方向出口２４は、螺旋路の下流側半部において横断方向に外側へ螺旋路２２内に向けられている。横断方向出口２４は、軸線方向流路２０の下流側端部において、螺旋バッフル２１の最後の２つのベーン２１．１と２１．２との間に密集して配置された複数の開口部によって設けられている。
（【００１１】以降は省略されています）

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