JP2005146650A

JP2005146650A - 吸音構造

Info

Publication number: JP2005146650A
Application number: JP2003385639A
Authority: JP
Inventors: Hideo Nagamatsu; 英夫永松; Yukio Kojima; 由紀夫小島; Hiroshi Deguchi; 浩出口; Kenichi Kawaguchi; 健一川口
Original assignee: Sekisui House Ltd
Current assignee: Sekisui House Ltd
Priority date: 2003-11-14
Filing date: 2003-11-14
Publication date: 2005-06-09

Abstract

【課題】二層壁の間に存在する空気層において特定の周波数の音を吸音する吸音構造であって、的を射た吸音性能を有するとともに、安価に構成することのできるものを提案する。
【解決手段】二層壁を構成する壁部材１１と壁部材１１の間の壁内空間１５に介装される間柱１０を、垂直方向に延在する中空管で構成し、該間柱１０の側面に垂直方向に所定の間隔をあけて、壁内空間１５に開口する複数の開口部１４ａ・１４ａ・・・を設けるとともに、該開口部１４ａ・１４ａ・・・の周縁部を他の部分より側方に突出した筒型形状として頸部１３・１３・・・を形成して、間柱１０に複数のヘルムホルツ共鳴器を形成した。前記頸部１３には延長部材２０を設け、頸部１３の実効長さを変更可能としてヘルムホルツ共鳴器の共鳴周波数を変更可能とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、建物における壁の吸音構造に関する。

単層壁の遮音性能は一般的に、『周波数が高いほど，壁の重量が大きいほど遮音性能が高い』という関係が成立し、この関係を遮音に関する質量則と呼んでいる。
壁の遮音性能を高めるためには，壁の重量を大きくする必要があるが，軽量化が要求される高層建物ではそれには限度がある。そこでこのような場合、二枚の壁の間に空気の層や多孔質材料を入れた二層壁が用いられる。
二層壁では、二枚の壁の面密度を合計して計算した質量則の値よりも大きな音響透過損失が得られる。例えば、図８に示すような、音響透過損失と周波数の関係を得ることができる。この図において、音響透過損失が低音域で質量則による値に比べて落ち込んでいるが、二枚の壁と中間の空気層によって生ずる共振現象によるものであって、低域共振透過と呼ばれている。また、音響透過損失が高音域で質量則による値に比べて落ち込んでいるが，これは壁体内部に生ずる曲げ波の波長と入射音波の波長とが一致することによって生ずる一種の共振現象によるもので，コインシデンス効果と呼ばれている。

前記低温域共鳴透過現象の生じる周波数をｆ_rとし、コインシデンス現象の生じる周波数をｆ_cとする。これら二つの周波数ｆ_r・ｆ_cの間で単層壁に勝る性能を得ることができるが、周波数ｆ_r・ｆ_cでの遮音欠損を改善することで、更なる遮音性能の向上が期待できる。

そこで、例えば、特許文献１や特許文献２において、ヘルムホルツの共鳴現象を利用した吸音構造が、提案されている。
なお、図９（ａ）に示すように、ヘルムホルツ共鳴器は、音の入口となる孔に頸部をつけて壷状の容器としたものであり、この共鳴器では、空洞の中の空気はばね、孔の空気は質量に相当して、一つの共鳴（振）系が構成される。そして、その共振周波数に近い周波数の音が容器の入口にあたると内部の空気が激しく振動（共鳴現象）する。そのとき頸部の摩擦抵抗によって音のエネルギーの一部が熱のエネルギーに変換されるために吸音効果が生ずる。従って、図９（ｂ）に示すように、このような共鳴器の吸音特性は著しい周波数選択特性をもつことになり、そのため，共鳴器は特定の振動数の音に対する吸音構造として利用されている。

特許文献１に記載の技術では、間柱が天井裏空間に臨む箇所において、天井裏空間と間柱の内部空間を接続する連通空間部が設けられ、間柱により該連通空間部に向かって開口するヘルムホルツ共鳴器が構成されている。

また、特許文献２に記載の技術では、室内空間に設けた中空構造の柱に、室内空間に向かって開口する共鳴吸音機構を組み込んで、重量源床衝撃音等で最も問題となる低周波数帯域を効率的に適限できるようにした構造が提案されている。

特開２００２−３４８９８５号公報特開平１０−１０２６１６号公報

低域共振透過、すなわち、二枚の壁と中間の空気層によって生ずる共振現象による音響透過損失の低下を改善するためには、二枚の壁の間に存在する空気層において、効率よく、低域共振透過現象が発生する周波数の音を吸音することが好ましい。すなわち、低域共振透過による音響透過損失低下の改善のためには、壁内空間の音を吸音することが好ましいのである。
また、壁における吸音構造は、各壁に設ける必要があり一件の建築物となると設ける吸音構造の数は膨大なものとなり、少しでもコストを下げることが望ましい。
そこで、本発明では、二枚の壁の間に存在する空気層において特定の周波数の音を吸音する吸音構造であって、良好に機能するとともに、安価に構成することのできるものを提案する。さらに、より効果的に機能するために、吸音できる周波数を容易に調整できるものを提案する。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、二層壁を構成する壁部材と壁部材の間に介装される間柱を、垂直方向に延在する中空管で構成し、二枚の壁部材と、隣接する間柱又は柱と、間柱を支持する上下のランナーとで形成される壁内空間に向けて、開口する複数の開口部を、間柱の側面に垂直方向に所定の間隔をあけて設けるとともに、該開口部の周縁部を他の部分より側方に突出した筒型形状として頸部を形成したものである。

請求項２においては、前記頸部に嵌入又は嵌装可能な延長部材を設け、頸部の実効長さを変更可能としたものである。

請求項３においては、前記頸部に螺入又は螺嵌して連結する延長部材を設け、前記延長部材の外周にスプロケットを設け、間柱に設けた全ての延長部材のスプロケットにチェーンベルトを巻回し二枚の壁部材間に、少なくとも一方の壁部材の室内側から操作可能な調整部材を備え、該調整部材にてチェーンベルトを回転操作可能としたものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、間柱に複数のヘルムホルツ共鳴器を形成することができ、開口部の形状を調整することによって所望の周波数の音を吸音することができる。これを利用して、二層壁の壁内空間における遮音欠損周波数にターゲットを絞った吸音を行うことによって、二層壁に効率的に高い遮音性を備えることができる。このような単純な構造により二層壁の遮音性能を向上させることができ、また、無駄に多くの部材が不要となるため、コストを抑制することができる。
さらに、開口部の位置や開口部からの筒型形状の突出部の突出長さを調整することにより、一つの間柱で複数の周波数の音を吸音することも可能となる。

請求項２においては、吸音構造にて吸音できる周波数を容易に調整することができ、同一構造の間柱であっても、異なる周波数の音を吸音するように構成することが可能となる。

請求項３においては、吸音構造にて吸音できる周波数を容易に調整することができ、同一構造の間柱であっても、異なる周波数の音を吸音するように構成することが可能となる。さらに、壁の施工後であっても吸音しようとする音の周波数を微調整することができる。

次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の実施例１に係る吸音構造を採用した二層壁を示す斜視図、図２は間柱の正面図、図３は間柱の側面図、図４は間柱の平面断面図である。
図５は本発明の実施例２に係る吸音構造の間柱の正面図、図６は延長部材の動作機構を示す間柱の正面図、図７は吸音構造を採用した二層壁を示す斜視図である。
図８は二層壁の透過損失を示す図、図９はヘルムホルツ共鳴器を説明する図である。

まず、本発明にかかる吸音構造の実施例１について説明する。
本発明に係る吸音構造は、二層壁において壁を支持する吸音機能を有する間柱により実現される。
図１に示す如く、二枚の壁部材１１・１１の間に空気層を挟んで構成された二層壁の間には、壁内空間１５が形成されている。該壁内空間１５には、壁部材１１・１１を支持するための間柱１０・１０・・・が立設されている。
間柱は１０、内部空間を有する断面が矩形で直線状に延在する中空の軽鉄スタッドが採用されている。各間柱１０・１０・・・は、床スラブの上面に取り付けられたランナー１７と、天井スラブの下面に取り付けられたランナー１６にそれぞれ上下端部が嵌設されることで立設されている。
従って、間柱１０により備えられる吸音構造によって吸音される音の存在する壁内空間１５は、上のランナー１６と、下のランナー１７と、左右の間柱１０・１０と、前後の壁部材１１・１１とで、囲われて構成された空間ということになる。

図２乃至図４に示す如く、間柱１０には防震部材１２・１２を介して壁部材１１・１１が固定されている。ただし、防震部材１２・１２は必ずしも設ける必要はないが、これにより二層壁の遮音防音機能をより効果的に高めることができる。

各間柱１０の上下端部は閉塞されており、間柱１０の側面であって、隣接する間柱１０又は柱に対峙する面には、壁内空間１５に向かって開口する、音の入口となる開口部１４ａが設けられ、該開口部１４ａの周縁部が側方に向かって突出した筒型形状となるように、筒状部材が固設されることによって頸部１３が形成されている。開口部１４ａ及び頸部１３は、間柱１０の一側側面に所定の間隔をあけて複数設けられている。

なお、上下に配置される開口部１４ａ・１４ａの間隔は、間柱１０の内部断面積Ｓ_mと、吸音しようとする音の波長や周波数により決定される。すなわち、間柱１０の内部断面積Ｓ_mと上下に配置される開口部１４ａ・１４ａの間隔により求められる体積（この体積が、後述する実効体積Ｖを決定する）が、吸音しようとする音の波長に比べて小さな寸法であり、且つ、後述する共鳴周波数を得ることのできる寸法であるように決定される。なお、広範囲な吸音性能を求めるためには開口部１４ａ・１４ａ・・・のピッチをずらして調整することもできる。
そして、頸部１３の内側１３ａを通じて、各開口部１４ａより同様に間柱１０内部に入った音によって、擬似的に空気の境目１４ｃ・１４ｃ・・・が形成されることになって、特殊な壁にて連通する間柱１０内部を仕切ることなく、擬似的な空気の境目１４ｃ・１４ｃの間の体積である実効容積Ｖを形成することができる。これにより、間柱１０の構造が簡易となり、製造に係るコストを低減することに寄与している。

上述の如く構成される間柱１０には、ヘルムホルツ共鳴器が形成されている。
この共鳴器では、間柱１０の内側１４ｂにおいて実効容積Ｖを形成する空気が『ばね』、頸部１３の内側１３ｂの空気が『質量』に相当して、一つの共鳴系が構成される。
ヘルムホルツ共鳴器の共鳴周波数をｆ_hとし、空気中の音速（ｍ／ｓｅｃ）をＣとし、頸部１３の内側１３ｂの断面積（ｍ²）をＳとし、頸部１３の内側１３ｂの半径（ｍ）をｒとし、頸部１３の入口から開口部１４ａまでの長さである実効長さ（ｍ）をｌとし、間柱１０の内側１４ｂの実効容積をＶとした場合、下記式［数１］が成立する。

従って、頸部１３の断面積Ｓや、半径ｒ、実効長さｌ、実効容積Ｖを適宜選択することで、間柱１０に形成される複数の各共鳴系において吸音しようとする周波数にヘルムホルツ共鳴器の共鳴周波数を合わせることができる。
すなわち、二層壁の壁内空間１５において遮音欠陥周波数である低域共振透過の周波数ｆ_rにターゲットを絞り、ｆ_h＝ｆ_rとなる、断面積Ｓ、半径ｒ、実効長さｌ、実効容積Ｖを決定して、間柱１０を設計し、二層壁の遮音性能の確実な向上を図ることができるのである。

上述の如く決定される共振周波数ｆ_hに近い周波数の音がヘルムホルツ共鳴器の入口である頸部１３の入口にあたると、頸部１３の内側１３ａにある空気が激しく振動（共鳴現象）し、そのとき頸部１３の内周との摩擦抵抗によって音のエネルギーの一部が熱のエネルギーに変換されるために吸音効果が生ずる。
このヘルムホルツ共鳴現象を利用した間柱１０により、壁内空間１５の所定の周波数の音を吸音することができる。

上述の如く、二層壁の間に介在する間柱１０に吸音構造を設けるため、部屋の内部に当該吸音構造に関する部分が露出することなく、美観を損ねることがない。そして、従来の間仕切り壁と同様の施工方法にて吸音機能を備えることができ、施工が簡易である。
また、図５に示すように、二層壁構造を採ることで、単層壁と比較して高い音響透過損失をえるとともに、その二層壁に特有の遮音欠損である低温域共鳴透過現象の生じる周波数を間柱１０に設けた吸音構造にて吸音することで、ポイントを抑えた効果的な遮音構造を構成することができる。これにより、二層壁に遮音機能を備えるために無駄に多くの材料や材質を必要としないため、コストを抑制することができる。
さらに、上述の二層壁の構造にて十分な遮音性能を備えることができるが、二層壁の壁内空間１５に、グラスウール等の吸音部材を装填させることもでき、この場合、二層壁の遮音性能の更なる向上が見込まれる。

次に、本発明に係る吸音構造の実施例２について説明する。実施例２においては、前記実施例１において間柱１０に形成されるヘルムホルツ共鳴器の共鳴周波数ｆ_hを容易に変更可能であることを特徴としている。

図５に示す如く、頸部１３には、該頸部１３よりも一回り小さい筒状の延長部材２０が螺入されている。頸部１３の内周１３ａと、延長部材２０の外周２０ａとに螺子が形成されており、頸部１３に対して延長部材２０を回転させることによって、延長部材２０の頸部１３からの突出長さである延長長さΔｌを変更することができる。
但し、延長部材２０を頸部１３よりも一回り大きな筒状の部材として、延長部材２０の内周と頸部１３の外周とに螺子を形成し、延長部材２０を頸部１３の外側に螺嵌するように構成することもできる。

ヘルムホルツ共鳴器の共鳴周波数ｆ_hを決定する頸部１３の実効長さｌは、延長長さΔｌと、予め頸部１３の長さにより決定される基礎長さｌ₀の和となる（ｌ＝ｌ₀＋Δｌ）。すなわち、延長長さΔｌを変更することによって、共鳴周波数ｆ_hを調整することができ、本形態の間柱１０では、頸部１３から突出する延長部材２０の長さが容易に変更可能である。
従って、同形状の間柱１０であっても、当該間柱１０に形成されるヘルムホルツ共鳴器の共鳴周波数ｆ_hを様々なものとすることが可能となる。これにより、間柱１０の汎用性が高まり、また、シュチュエーションに応じて好ましい共鳴周波数ｆ_hとなるように調整することができる。

図５及び図６に示す如く、前記延長部材２０の端部外周には、スプロケット２０ｂが形成されている。
また、間柱の頸部１３が設けられているのと同一面に調整部材２２が設けられている。調整部材２２は、間柱１０に固定された基台２２ｄと、該基台２２ｄに回動可能に支承された軸２２ｃと、軸２２ｃに嵌装されたスプロケット２２ｂ及び調整ダイヤル２２ａとで構成されている。調整ダイヤル２２ａと軸２２ｃとスプロケット２２ｂとは一体的に回転する。
前記調整ダイヤル２２ａは、図７に示す如く、間柱１０に取り付けられる壁部材１１・１１のうち、少なくとも片側に形成された開口部２４より、室内側から操作可能とされている。

そして、間柱１０に設けられる全ての、又は、いずれか複数の延長部材２０のスプロケット２０ｂと、調整部材２２のスプロケット２２ｂとには、一つの無端チェーンベルト２１が巻回されている。従って、調整部材２２の調整ダイヤル２２ａを回転操作することにより、スプロケット２２ｂが回転することに伴って、チェーンベルト２１を介して延長部材２０のスプロケット２０ｂが回転し、延長部材２０が頸部１３に対して回転することとなる。すなわち、調整ダイヤル２２ａを回転操作することにより、頸部１３より突出する延長部材２０の長さを変更して、延長長さΔｌを変更することができるのである。

上述の如く、室内側に露出する調整ダイヤル２２ａにて、頸部１３より突出する延長部材２０の長さを変更操作し、二層壁の壁内空間１５に存在する間柱１０に形成されるヘルムホルツ共鳴器の共鳴周波数ｆ_hを、調整することができる。
従って、二層壁を施工したあとからでも、該二層壁にて吸音しようとする音の周波数を調整することができることとなり、壁の大きさや素材等によって異なってくる吸音対象音を微調整することができ、より高い遮音性能を壁に備えることができる。

なお、上記実施例２においては、頸部１３に延長部材２０を螺入又は螺嵌する構造としているが、頸部１３に延長部材２０を嵌入又は外嵌する構造として、チェーンベルト２１や調整部材２２を備えない簡易な構造とすることもできる。この場合、二層壁の施工後は間柱１０に形成されるヘルムホルツ共鳴器の共鳴周波数ｆ_hの調整をすることはできないが、同様の構成の間柱１０に異なるヘルムホルツ共鳴器の共鳴周波数ｆ_hを備えることができるため、部材の汎用性が高まり、また、様々なシュチュエーションに対応する吸音構造とすることができるのである。

本発明の実施例１に係る吸音構造を採用した二層壁を示す斜視図。間柱の正面図。間柱の側面図。間柱の平面断面図。本発明の実施例２に係る吸音構造の間柱の正面図。延長部材の動作機構を示す間柱の正面図。吸音構造を採用した二層壁を示す斜視図。二層壁の透過損失を示す図。ヘルムホルツ共鳴器を説明する図。

符号の説明

１０間柱
１１壁部材
１３頸部
１４ａ開口部
１５壁内空間
２０延長部材
２１チェーンベルト
２２調整部材

Claims

二層壁を構成する壁部材と壁部材の間に介装される間柱を、垂直方向に延在する中空管で構成し、
二枚の壁部材と、隣接する間柱又は柱と、間柱を支持する上下のランナーとで形成される壁内空間に向けて、開口する複数の開口部を、間柱の側面に垂直方向に所定の間隔をあけて設けるとともに、
該開口部の周縁部を他の部分より側方に突出した筒型形状として頸部を形成したことを特徴とする吸音構造。
前記頸部に嵌入又は嵌装可能な延長部材を設け、頸部の実効長さを変更可能とした、請求項１に記載の吸音構造。
前記頸部に螺入又は螺嵌して連結する延長部材を設け、
前記延長部材の外周にスプロケットを設け、
間柱に設けた全ての延長部材のスプロケットにチェーンベルトを巻回し
二枚の壁部材間に、少なくとも一方の壁部材の室内側から操作可能な調整部材を備え、該調整部材にてチェーンベルトを回転操作可能とした、請求項１に記載の吸音構造。