JP2005273273A

JP2005273273A - 音響パネル及び吸音・遮音装置

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Publication number: JP2005273273A
Application number: JP2004087488A
Authority: JP
Inventors: Akio Wakabayashi; 堯雄若林
Original assignee: Nakanishi Metal Works Co Ltd
Current assignee: Nakanishi Metal Works Co Ltd
Priority date: 2004-03-24
Filing date: 2004-03-24
Publication date: 2005-10-06

Abstract

【課題】低周波域においても共振を生じることなく低周波域から高周波域にわたって従来の音響パネルよりも大きな透過損失を有し、該音響パネルを用いる装置全体をよりコンパクトに構成できるため設置場所の制約が少ないと共にコスト低減化を図ることができる音響パネル得る。
【解決手段】板厚方向に貫通する多数の微細孔１ａ・・・を設けた微細孔板１と、微細孔１ａ・・・を設けない、音響的に均質な無孔板２とを間隔を空けずに密着積層して音響パネル１０１を構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、建築物の内装材等に適用される音響パネル、及び、建築物の内装壁、天井又は仕切壁等に適用される吸音・遮音装置に関するものである。

板厚方向に貫通する多数の微細孔を設けた１枚以上の微細孔板を音源と音響的に剛な壁体との中間に該壁体と所定距離を隔てて配置する場合において、前記微細孔の内部の空気と前記微細孔板及び壁体間の空気層とで振動系が形成されるため、前記音源の周波数が前記振動系の固有振動数と一致すると共振が生じて前記微細孔の内部の空気が激しく振動することになる。したがって、前記微細孔の内部の管壁面と空気の粘性抵抗による摩擦により音響エネルギーの消耗が発生して吸音効果が生じることから吸音装置として利用できることが知られており、前記微細孔が円管状である場合における理論的な解析も既に開示されている（例えば、非特許文献１参照。）。

また、１枚の音響的に均質な板（壁体）を音源に対して配置した遮音パネル及び遮音装置は、いわゆる単層壁という名称で従来から知られており、また、２枚一対の音響的に均質な板（壁体）を所定間隔を隔てて配置した遮音パネル及び遮音装置は、いわゆる２重壁という名称で従来から知られている（例えば、非特許文献２参照。）。

さらに、本願の発明者により、板厚方向に貫通する多数の微細孔を設けた２枚以上の微細孔板を所定間隙を介して相対して配置し、これら微細孔板を音源に対して所定距離を隔てて配置してなるものであり、前記微細孔からの微量な空気漏れに基づく有効な音響レジスタンスの存在により広い低周波音域にわたって吸音効果を発揮させることができ、所定の周波数域における高い吸音率を実現しながら低周波数域においてもある程度の吸音率が確保できる吸音装置に係る発明がなされている（特願２００３−４１５５７７号参照。以下において、「先願」という。）

Maa Dah-You, "Potential of microperforated panel absorber", Journal of the Acoustical Society of America,（U.S.A.）, Nov. 1998, Vol.104, No .5, p.2861-2866 前川純一，森本政之，阪上公博著，「建築・環境音響学」，第２版，共立出版株式会社，２０００年９月２５日，ｐ．１０４−１１３

非特許文献１の原理に基づく吸音装置は、グラスウールで代表される繊維質吸音材又は多孔質吸音材に比べ、低周波音域においても確実に吸音性能を実現できるものである。また、繊維質の塵埃の発生がないため環境へ悪影響を及ぼすことがなく、微細孔板の材質の制約がないため耐薬品性及び耐温度性等においても優れた特性を持つものである。しかしながら、低周波音域において吸音を実現しようとすると、共振を発生させる必要があるため、微細孔板と音響的に剛な壁体との間の空気層の厚さを大きく設定する必要があり、空間的な制約から使用可能な用途が限定されるという問題点がある。例えば、６３Ｈｚの吸音を有効ならしめるためには、微細孔の直径を１．０ｍｍ、微細孔のピッチを１５．０ｍｍ、板厚を２．０ｍｍ、中間空気層の厚さを６００ｍｍ程度とする必要がある。

また、このような吸音装置の表面は微細孔板で覆われており、該微細孔が数多く存在しているため、建築物の内装材等の用途において、例えば内装材表面の仕上げ又は意匠面等の外観に特別の要求がされる用途には適用することができないという問題点がある。さらに、前記微細孔の存在により、気密性又は水密性が要求される用途には適用することができないという問題点もある。

単層壁における遮音性能、即ち透過損失は、遮音しようとする音波の周波数の対数値、及び壁の単位面積あたりの重量（面密度）の対数値に比例するので、透過損失を高めるためには面密度を大きくする必要がある。面密度を大きくするためには、（１）壁の厚さを厚くすること、又は（２）比重の高い材料を使用することで解決できるが、コスト、作業性及び使用環境の制約等から前記（２）には適用限界が存在するため、前記（１）の方が適用が容易である。単層壁は、或る周波数において遮音壁に屈曲振動が発生し、この周波数（コインシデンス周波数）以上では遮音効果が著しく低下する欠点があり、面密度を高めるために板厚を厚くすると（前記（１）を採用すると）、コインシデンス周波数は低い方へ移行することになる。一般的に遮音壁の目標としては低周波騒音の遮音を求められることが多いが、コインシデンス周波数が低周波域へ移行することによって、低周波騒音の遮音の実現が困難になるという問題点がある（非特許文献２のｐ．１０９参照。）。

２重壁は、個々の壁体単独の板厚を厚くすること無しに、大きな透過損失を得ることができるという特徴を有するが、壁体と中間の空気層とが振動系を構成するため、特定の周波数frm（非特許文献２のｐ．１１２参照。）において共振が発生し、その共振周波数においては遮音効果が殆どなくなるという問題点（いわゆる遮音欠陥）がある（非特許文献２のｐ．１０９−１１３参照。）。また、２重壁の共振周波数を実用の妨げにならないようにするためには、該共振周波数をできるだけ低周波側とする方が好ましいが、そのためには空気層の厚さを大きくすることが必要となる。したがって、遮音装置全体の厚さを大きくすることが必要となるため、遮音装置を設置するための設置場所の制約が生じると共に、運搬費用及び設置費用が高価になるという問題点もある。さらに、２重壁の共振を避けるために相対する壁面を非平行に配置したり、壁材を弾性支持したりすることも行われているが、このような手法は、覗き窓のような小面積の遮音構造には適用することができるが、大面積の遮音構造には適用することができないものである。

先願発明の原理に基づく複数枚の微細孔板からなる吸音・遮音装置は、低周波音域まで共振を生じることなく、優れた吸音又は遮音性能を有するという特徴を有するものであるが、微細孔板の表面に孔が露出しているため、気密性若しくは水密性が必要とされる用途又は表面の仕上げ若しくは意匠面等の外観に特別の要求がされる用途には適用できないという問題点がある。また、先願発明の原理に基づく遮音装置は、高周波音域においては、前記２重壁からなるものよりも透過損失が一般的に少なくなるという問題点もある。

本発明は、前記のような問題点を解決するためになされたものであり、低周波域においても共振を生じることなく低周波域から高周波域にわたって従来の音響パネル及び吸音・遮音装置よりも大きな透過損失を有し、装置全体をよりコンパクトに構成できるため設置場所の制約が少ないと共にコスト低減化を図ることができる音響パネル及び吸音・遮音装置を得ることを目的とする。また、表面の仕上げ又は意匠面等の外観に特別の要求がされる用途にも適用することができる音響パネル及び吸音・遮音装置を得ることを目的とする。

本発明に係る音響パネルは、前記課題解決のために、板厚方向に貫通する多数の微細孔を設けた微細孔板と前記微細孔を設けない無孔板とを密着積層又は所定距離を隔てて相対配置してなるものである。

ここで、前記微細孔板及び無孔板間の所定距離を約５ｍｍ以下としてなると好ましい。

また、本発明に係る吸音装置は、前記課題解決のために、単又は複数の前記音響パネルを音源と壁体との中間に配置したものである。

さらに、本発明に係る吸音・遮音装置は、前記課題解決のために、複数の前記音響パネルを音源に対向して配置したものである。

本発明に係る音響パネルによれば、板厚方向に貫通する多数の微細孔を設けた微細孔板と前記微細孔を設けない無孔板とを密着積層又は所定距離を隔てて相対配置してなるので、該音響パネルの音響レジスタンスが前記微細孔板が持つ音響レジスタンスと同一であると共に、該音響パネルの音響リアクタンスが前記微細孔板が持つ音響リアクタンスと前記無孔板の音響リアクタンスの和となり、音響パネルの構成要素として前記微細孔板のみを使用する場合に比べて、音響インピーダンスの設定可能な範囲が広くなり、吸音・遮音パネル、吸音・遮音装置を構成できる周波数範囲を低周波音域まで広げることができる。また、低周波域においても共振を生じることなく低周波域から高周波域にわたって従来の音響パネルよりも大きな透過損失を有し、装置全体をよりコンパクトに構成できるため設置場所の制約が少ないと共にコスト低減化を図ることができる。さらに、前記微細孔板を前記無孔板に直接又は間接に取り付けて音響パネルを構成できるので、施工が容易であり、改修工事等において既設の建築物の仕切り壁や天井等に組み込むことが容易となる。さらにまた、表面の仕上げ又は意匠面等の外観に特別の要求がされる用途にも適用することができる。

また、前記微細孔板及び無孔板間の所定距離を約５ｍｍ以下としてなるので、前記透過損失をより大きくすることができる。

本発明に係る吸音装置によれば、単又は複数の前記音響パネルを音源と壁体との中間に配置したので、該音響パネルと該壁体との間隔を小さくすることができ、装置全体をよりコンパクトに構成できるため設置場所の制約が少ないと共にコスト低減化を図ることができる。また、該音響パネルと該壁体との間隔を一定とすれば、吸音装置の共振周波数をより低くできて、使用可能周波数範囲を、より低周波域まで拡張することができる。さらに、表面の仕上げ又は意匠面等の外観に特別の要求がされる用途にも適用することができる。

本発明に係る吸音・遮音装置によれば、複数の前記音響パネルを音源に対向して配置したので、該音響パネル同士の間隔を小さくすることができ、装置全体をよりコンパクトに構成できるため設置場所の制約が少ないと共にコスト低減化を図ることができる。また、低周波域においても共振を生じることなく低周波域から高周波域にわたって大きな透過損失を有し、使用可能な周波数範囲を低周波音域まで広げることができ、安定かつ効果的な遮音性能を得ることができる。したがって、低周波騒音の多い騒音源を覆うことにより、従来の遮音装置では実現できなかった遮音性能を容易に実現することができる。さらに、音響パネルの面密度を小さくすることができるで、遮音装置の軽量化を図ることができる。さらにまた、空気層厚さが一定でなくても遮音性能を維持できるので、表面に凹凸のある建築物の仕切り壁又は天井等に組み込むことが容易となる。また、２重壁の共振を避けるために相対する壁面を非平行に配置する等の構成と比較して、最外側の音響パネルを平行に配置することができるので、大面積の遮音装置を構成することができる。さらに、表面の仕上げ又は意匠面等の外観に特別の要求がされる用途にも適用することができる。

次に、本発明の実施の形態を添付図面に基づき詳細に説明するが、本発明は、添付図面に示された形態に限定されず特許請求の範囲に記載の要件を満たす実施形態の全てを含むものである。また、以下における実施の形態１は、板厚方向に貫通する多数の微細孔を設けた微細孔板と前記微細孔を設けない無孔板とを間隔を空けずに密着積層して音響パネルを構成するもの、実施の形態２は、前記微細孔板と前記無孔板とを所定距離を隔てて相対配置して音響パネルを構成するもの、実施の形態３は、実施の形態１の音響パネルを、音源と音響的に剛な壁体との中間に配置して吸音装置を構成するもの、実施の形態４は、実施の形態１の音響パネル２枚又は実施の形態２の音響パネル２枚を微細孔板同士を対向配置させて音源に向かって配置して遮音装置を構成するものである。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る音響パネルの例を示す斜視図である。音響パネル１０１は、板厚方向に貫通する多数の微細孔１ａ・・・を設けた微細孔板１と微細孔１ａ・・・を設けない音響的に均質な無孔板２とを間隔を空けずに密着積層して構成されている。微細孔板１の微細孔１ａの直径ｄ、微細孔１ａ・・・のピッチｂ及び板厚ｔは、音響パネルとしての要求性能に応じて適宜設定されるものであるが、前記直径ｄは０．５ｍｍ以下がより好ましいものであり、前記ピッチｂは０．８ｍｍ以上、１０．０ｍｍ以下がより好ましい範囲であり、前記板厚ｔは０．１ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下がより好ましい範囲である。

非特許文献１によれば、音の周波数をｆ、角周波数をω（＝２πｆ）、虚数単位をｊとすると、音が垂直に入射する場合における微細孔１ａの（空気のインピーダンスを基準とする）基準化音響インピーダンスｚは複素数表現ｚ＝ｒ＋ｊωｍで表すことができる。図２は、基準化音響インピーダンスｚの電気的等価回路を示したものである。微細孔１ａの直径をｄ、微細孔１ａ・・・のピッチをｂ、微細孔板１の板厚をｔとすると、（空気のインピーダンスを基準とする）基準化音響インピーダンスの実数部（基準化音響レジスタンス）ｒ、及び、虚数部（基準化音響リアクタンス）ｍは、それぞれ下記式で表すことができる。

即ち、微細孔板１が非金属材料により形成される場合には、次式（数１）ないし（数３）により表すことができる。

また、微細孔板１が金属材料により形成される場合には、次式（数４）ないし（数６）により表すことができる。

ここに、ｃは空気中の音速で一般的に３４０ｍ／ｓ、μは空気の粘性係数で一般的に１．５６・１０―⁵ｍ²／ｓ、νは空気の熱伝導係数で一般的に２．０・１０―⁵ｍ²／ｓである。

微細孔板１の諸元として、微細孔１ａの直径ｄ、微細孔１ａ・・・のピッチｂ、板厚ｔ、材質が金属であるか非金属であるかを決定すれば、微細孔板１の規準化音響インピーダンスｚは、上記式（数１）ないし（数３）又は（数４）ないし（数６）により一意に決定される。

図３は、微細孔１ａ・・・のピッチｂを５．０ｍｍ、微細孔板１の板厚ｔを１．０ｍｍ、音の周波数を５００Ｈｚ、微細孔板１の材質を金属とし、微細孔１ａの直径ｄを０．１ｍｍから１．６ｍｍで変化させたときの規準化音響レジスタンスｒ及び規準化音響リアクタンスｍを示したものである。図３より、規準化音響レジスタンスｒ及び規準化音響リアクタンスｍ共に、微細孔１ａの直径ｄが小さくなるにしたがって、単調にかつ急激に増大するが、規準化音響リアクタンスｍの最小値に対する最大値の比が１０の２乗程度であるのに対し、規準化音響レジスタンスｒの最小値に対する最大値の比は１０の４乗以上となることがわかる。

微細孔板１と、厚さＤの空気層から構成される音響系を、インダクタンスＬ、キャパシタンスＣ及び抵抗Ｒで構成される電気系と対比すれば、規準化音響レジスタンスｒは電気系の抵抗Ｒと、規準化音響リアクタンスｍは電気系のインダクタンスＬと、微細孔板１と音響的に剛な壁体間に存在する、又は微細孔板１と微細孔板１との間に存在する厚さＤの空気層の基準化音響キャパシタンス（次式）は電気系のキャパシタンスＣと等価である。

図４は、厚さＤの空気層の基準化音響インピーダンスの電気的等価回路を示したものである。インダクタンスＬとキャパシタンスＣからなる振動系において、共振周波数ｆrは、

で計算できるが、共振周波数ｆrを低くするためには、インダクタンスＬとキャパシタンスＣの積が大きくなるようにＬとＣを設定しなければならない。音響系においても同様に、共振周波数を低くするためには、（１）基準化音響リアクタンスを大きくするために微細孔の直径ｄを小さくすること、及び（２）基準化音響キャパシタンスを大きくするために空気層の厚さＤを大きくすることが必要となるが、基準化音響リアクタンスを所要の数値に変化させようとすると、図３から明らかなように、基準化音響レジスタンスが更に大きく変動してしまうという問題が生じる。

共振周波数における吸音率は、基準化音響レジスタンスに大きく依存し、例えば非特許文献１の原理に基づく吸音装置の場合、吸音率のピーク値αは、

で計算できて、基準化音響レジスタンスｒの近似値が１である時には、吸音率のピーク値αは１００パーセントに近づくが、それよりも大きくても小さくても、吸音率のピーク値αは１００パーセントから急激に低下する。即ち、吸音率のピーク値αを１００パーセントに近づけるためには、基準化音響レジスタンスを１に近い範囲内に保持しておく必要があり、基準化音響リアクタンスの調整範囲も同様に制約されてしまう。共振周波数を低くして使用可能な周波数範囲を低周波音域まで拡張するためには、前記（２）のように空気層の厚さＤを大きくすれば良いわけであるが、空気層の厚さＤを大きくすると装置全体の寸法が大きくなるため、装置を設置するための寸法上の制約が生じる。

本発明の実施の形態１に係る音響パネル（図１参照。）は、前記寸法上の制約が生じるのを抑制することができるものである。無孔板２の面密度をＭ、大気の密度をρとすると、無孔板２の基準化リアクタンスは、

で計算できて、図１の音響系の電気的等価回路は図５となり、整理すると図６のようになる。

設計の手順としては、所望の吸音率が得られるように、基準化音響レジスタンスｒを決定し、その値から、微細孔板１の設計諸元、即ち、微細孔１ａの直径ｄ、微細孔１ａ・・・のピッチｂ、板厚ｔを決定し、それら設計諸元から、微細孔板１の基準化音響リアクタンスｍを計算することになる。このようにして得られた微細孔板１の基準化音響リアクタンスｍが、必要な基準化音響リアクタンスに比べて小さい場合であっても、無孔板２の基準化音響リアクタンスで不足分を補うことができるため、本発明の実施の形態１に係る音響パネルによれば、基準化音響リアクタンスを大きくできないという課題を解決することができるのである。

実施の形態２．
図７は、本発明の実施の形態２に係る音響パネルの例を示す斜視図である。音響パネル１０２は、板厚方向に貫通する多数の微細孔１ａ・・・を設けた微細孔板１と微細孔１ａ・・・を設けない無孔板２とを、所定距離Ｄ₀、即ち厚さＤ₀が比較的小さい（例えば約５ｍｍ以下）空気層３を隔てて相対配置している。図８は、音響パネル１０２の音響系の電気的等価回路を示したものであり、無孔板２の面密度をＭ、大気の密度をρ、微細孔板１の基準化音響リアクタンス及び基準化音響レジスタンスをｍ及びｒとしている。図８から明らかなように、無孔板２と空気層３とは振動系を形成し、共振周波数ｆrは、

で計算できるので、共振周波数ｆrが、目的とする吸音・遮音装置の使用範囲外になるように、空気層３の厚さＤ₀を選べば良い。

実施の形態３．
図９は、実施の形態１の音響パネル１０１（１枚）を、音源４と音響的に剛な壁体５との中間に壁体５と所定厚さの空気層６を隔てて配置してなる、本発明の実施の形態３に係る吸音装置１０３を示す断面図である。また、図１０は、図９の音響系の電気的等価回路を示したものである。なお、空気層６の厚さ（音響パネル１０１及び音響的に剛な壁体５間の所定距離）をＤとしている。また、図１０において、電源７側の抵抗８は音源側の大気の基準化音響レジスタンスに相当するものである。

表１は、前記吸音装置１０３において、微細孔１ａ・・・の設計諸元及び空気層６の厚さＤは一定とし、無孔板２の面密度のみを０．２ｋｇ／ｍ²から２．４ｋｇ／ｍ²まで変化させた設計例Ａ１ないしＡ５を示したものである。なお、微細孔板１の材質は全て金属としている。図１１は、表１の設計例Ａ１ないしＡ５に対する吸音率の周波数特性の計算値を示したものである。無孔板２がない設計例Ａ１では、吸音率がピークとなる周波数は４５０Ｈｚであるが、無孔板２を設けて該無孔板２の面密度が増大するにつれて、吸音率がピークとなる周波数は３００Ｈｚ、２５０Ｈｚ、１５０Ｈｚ、１２５Ｈｚと低周波音域へ移行することがわかる。

表２は、前記吸音装置１０３において、無孔板２により吸音率がピークとなる周波数を略一定とするように調整する設計例Ｂ１ないしＢ３を示したものである。微細孔１ａ・・・の設計諸元を略一定とし、空気層６の厚さＤを、設計例Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３と順次減少させ、即ち設計例Ｂ１ではＤ＝１００ｍｍ、設計例Ｂ２ではＤ＝６０ｍｍ、設計例Ｂ３ではＤ＝５０ｍｍとして、無孔板２の面密度を変えることにより、吸音率がピークとなる周波数を略一定とするように調整したものである。なお、微細孔板１の材質は全て金属としている。ここで、設計例Ｂ２の無孔板２の面密度０．２４ｋｇ／ｍ²は、比重１．２、板厚０．２ｍｍのプラスチック板材を使用することで実現することができ、設計例Ｂ３の無孔板２の面密度０．１８ｋｇ／ｍ²は、比重１．２、板厚０．１５ｍｍのプラスチック板材を使用することで実現することができる。

図１２は、表２の設計例Ｂ１ないしＢ３に対する吸音率の周波数特性の計算値を示したものである。無孔板２がない設計例Ｂ１における吸音率がピークとなる周波数は４００Ｈｚであるが、設計例Ｂ２及びＢ３においても、前記無孔板２の面密度の調整により、吸音率がピークとなる周波数を略４００Ｈｚとすることができることがわかる。

以上のように、実施の形態３に示す吸音装置の構成は、無孔板２を微細孔板１に組み合わせることで、（１）空気層６の厚さを一定とする場合には吸音率がピークとなる周波数を低周波音域側に移行することができる、（２）吸音率がピークとなる周波数を一定とする場合には空気層６の厚さＤを小さくすることができ、即ち吸音装置の全体寸法を小さくすることができる、という特徴を有するものである。

ここで、吸音率がピークとなる周波数を低周波音域側に移行することができるということは、技術的に困難であると共に社会的にも実現が期待されている、低周波騒音の吸音に有効であることを意味している。また、吸音装置の全体寸法が小さくできるということは、吸音装置を設置するための設置場所の制約が小さくなること等から、低周波騒音用吸音装置の利用可能範囲を広げることができることを意味している。

なお、以上の説明において、「音響的に剛な壁体」とは、音の全てを反射する壁体（音の透過が全くない壁体）のことを言うが、本発明の音響パネル１０１を音源４と壁体との中間に配置してなる吸音装置における前記壁体は、音響的に剛な壁体に限定されるものではない。前記壁体としては、微細孔等のない音響的に略均質な壁体であればよい。

実施の形態４．
図１３は、２重壁と２枚の微細孔板からなる遮音装置の構成例を示す断面図であり、実施の形態１の音響パネル１０１，１０１を空気層９を隔てて微細孔板１，１を対向させ、音源４に向かって配置してなる本発明の実施の形態４に係る遮音装置１０４を示している。また、図１４は、図１３の音響系の電気的等価回路を示したものである。なお、空気層９の厚さ（音響パネル１０１，１０１間の距離）をＤとしている。また、実施の形態１の図１と同一符号は同一又は相当部分を示している。

図１５は、２重壁と２枚の微細孔板からなる遮音装置の構成例を示す断面図であり、微細孔板１と無孔板２とを密着積層させないで、それらの間に空気層１１，１２を存在させ、微細孔板１，１を対向させ、音源４に向かって配置してなる音響パネル２枚構成の遮音装置１０５を示している。また、実施の形態１ないし３と同一符号は同一又は相当部分を示している。なお、図１５の空気層１１，１０，１２の厚さを、それぞれＤ₁，Ｄ₂，Ｄ₃としている。即ち、図１５の構成において、空気層１１及び１２の厚さＤ₁及びＤ₃を比較的小さくすれば（例えば約５ｍｍ以下）、微細孔板１と無孔板２との組み合わせは、実施の形態２の図７の音響パネル１０２に相当するものである。このように実施の形態２の図７の音響パネル１０２，１０２を対向対置してなる遮音装置は、本発明の実施の形態４に係る遮音装置に相当するものであり、この遮音装置において、Ｄ₁＝Ｄ₃＝０としたものが、図１３の遮音装置に相当する。また、図１６は、図１５の音響系の電気的等価回路を示したものである。

図１７は、２枚の単層板１３、１３を空気層１４を隔てて対向させ、音源４に向かって配置してなる２重壁からなる遮音装置の構成を示す断面図である。なお、図１７の空気層１４の厚さ（単層板１３、１３間の間隔）をＤとしている。また、図１８は、図１７の音響系の電気的等価回路を示したものである。

表３に示す設計例Ｃ１は図１７、図１８に対応する２重壁遮音装置の計算数値例、設計例Ｃ２は図１５、図１６の遮音装置に対応する設計数値例、設計例Ｃ３は設計例Ｃ２において空気層１１及び１２の厚さＤ₁，Ｄ₃を比較的小さくした設計数値例（本発明の遮音装置）、設計例Ｃ４は先願発明の原理に基づく２枚の微細孔明き板からなる遮音装置の設計数値例、設計例Ｃ５は図１３、１４の遮音装置に対応する設計数値例（本発明の遮音装置であり、図１５、図１６の遮音装置でＤ₁＝Ｄ₃＝０とした場合に相当する。）である。なお、表３の全ての設計例において、空気層全体の厚さを一定とし（即ち遮音装置の厚さを一定とし、微細孔板１の設計諸元を同一としている。また、微細孔板１の材質は全て金属としている。

ここで、図１５の音響系の無孔板２から無孔板２への透過損失ＴＬは、次式（数１２）〜（数２３）を用いて計算することができる。なお、図１６において、Ｚ₀，Ｚ₁，Ｚ₂，Ｚ₃及びＺ₄は、それぞれの回路の接合点から、出力側への音響インピーダンスを示している。また、Ｐ₄はＺ₄におけるエネルギー消費である。

設計例Ｃ１の透過損失の周波数特性を図１９に、低周波域（３１Ｈｚ〜２００Ｈｚ）における周波数特性を図２０に示す。これらから、９４Ｈｚにおいて透過損失が全く無くなり遮音が全く不可能になっていること、周波数が大きくなるにしたがって透過損失が振動しながら増大して行き、１６０００Ｈｚでは約１２０ｄＢに到達することがわかる。

設計例Ｃ２の透過損失の周波数特性を図２１に、低周波域（３１Ｈｚ〜２００Ｈｚ）における周波数特性を図２２に示す。これらから、９４Ｈｚにおいて透過損失が約６ｄＢまで急減していること、周波数が大きくなるにしたがって透過損失が大きく振動しながら増大して行き、１６０００Ｈｚでは約２２０ｄＢに到達することがわかる。

設計例Ｃ３の透過損失の周波数特性を図２３に、低周波域（３１Ｈｚ〜２００Ｈｚ）における周波数特性を図２４に示す。これらから、３１Ｈｚから９４Ｈｚの範囲において、透過損失の変動が少なく約１８ｄＢ以上の透過損失を維持できていること、低周波域においては共振を起すことなく遮音欠陥が全く発生しないこと、周波数が大きくなるにしたがって透過損失が小さく振動しながら増大して行き、１６０００Ｈｚでは約２３０ｄＢに到達することがわかる。

設計例Ｃ４の透過損失の周波数特性を図２５に、低周波域（３１Ｈｚ〜２００Ｈｚ）における周波数特性を図２６に示す。これらから、３１Ｈｚから２００Ｈｚの範囲において、透過損失が約２０ｄＢから２５ｄＢへと徐々に増加すること、低周波域においては共振を起すことなく遮音欠陥が全く発生しないこと、周波数が大きくなるにしたがって透過損失が小さく振動しながら増大して行き、１６０００Ｈｚでは約７５ｄＢに到達することがわかる。

設計例Ｃ５の透過損失の周波数特性を図２７に、低周波域（３１Ｈｚ〜２００Ｈｚ）における周波数特性を図２８に示す。これらから、３１Ｈｚから９４Ｈｚの範囲において、透過損失の変動が設計例Ｃ３よりもさらに少ないこと、透過損失は設計例Ｃ３よりも大きく約１９ｄＢ以上の透過損失を維持できていること、低周波域において共振を起すことなく遮音欠陥が全く発生しないこと、１０００Ｈｚ以上の挙動は設計例Ｃ１に類似していることがわかる。

以上より、本発明に係る遮音装置である設計例Ｃ３は、設計例Ｃ１又は設計例Ｃ２に比べて、低周波域において共振を起こすことが無く、透過損失が失われるという欠点が完全に解消されており、従来は困難であった低周波音の遮音を容易に実現することができることがわかる。また、設計例Ｃ３は、設計例Ｃ１又は設計例Ｃ４に比べて、高周波域において高い透過損失を実現できる長所を持っていることがわかる。また、本発明に係る遮音装置である設計例Ｃ５は、低周波音域においては設計例Ｃ３よりも更に高い透過損失を実現できることがわかる。

表４に示す設計例Ｃ６及びＣ７は、設計例Ｃ３及びＣ５と同様に本発明に係る遮音装置の設計例である。設計例Ｃ６は、表３の設計例Ｃ３と同じ構成の遮音装置１０５（図１５参照。）において、空気層１０の厚さＤ₂を、設計例Ｃ３における９２ｍｍから４２ｍｍに縮小したものである。また、表４に示す設計例Ｃ７は、空気層１０の厚さＤ₂をさらに２２ｍｍに縮小したものである。

設計例Ｃ６の透過損失の周波数特性を図２９に、低周波域（３１Ｈｚ〜２００Ｈｚ）における周波数特性を図３０に示す。これらから、３１Ｈｚから９４Ｈｚの範囲において、透過損失の変動が少なく約１９．５ｄＢ以上の透過損失を維持できていること、１２５Ｈｚにおいて透過損失が約１７ｄＢに減少するが、低周波域において共振を起すことなく遮音欠陥が全く発生しないこと、周波数が大きくなるにしたがって透過損失が小さく振動しながら増大して行き、１６０００Ｈｚでは約２４０ｄＢに到達することがわかる。

設計例Ｃ７の透過損失の周波数特性を図３１に、低周波域（３１Ｈｚ〜２００Ｈｚ）における周波数特性を図３２に示す。これらから、３１Ｈｚから９４Ｈｚの範囲において、透過損失の変動が少なく約２０ｄＢ以上の透過損失を維持できていること、１５０Ｈｚにおいて透過損失が約１５ｄＢに減少するが、低周波域において共振を起すことなく遮音欠陥が全く発生しないこと、周波数が大きくなるにしたがって透過損失が小さく振動しながら増大して行き、１６０００Ｈｚでは約２３０ｄＢに到達することがわかる。

設計例Ｃ３と設計例Ｃ６及び設計例Ｃ７を比較すると、図１５における空気層１０の厚さＤ₂を大幅に変化させても、低周波側での周波数特性は僅かに変化するものの、共振を起すことなく、遮音欠陥が全く発生しないこと、高周波側の周波数特性は殆ど差違が認められないことがわかり、空気層１０の厚さの選択範囲が極めて広いということができる。これらの長所は、前記微細孔板１と前記無孔板２とを密着積層した音響パネル１０１、又は、前記微細孔板１と前記無孔板２とを比較的厚さが小さい（例えば約５ｍｍ以下）空気層３を隔てて相対配置した音響パネル１０２によって実現することができるものである。また、音響パネル１０２における微細孔板１と無孔板２とを間隔を０〜１ｍｍ程度とすれば低周波域での透過損失を大きくすることができ、該間隔を２〜５ｍｍ程度とすれば高周波域での透過損失を大きくすることができる。したがって、音響パネル１０２における微細孔板１と無孔板２とを間隔、即ち空気層３（図７参照。）の厚さＤ₀並びに空気層１１及び１２（図１５参照。）の厚さＤ₁，Ｄ₃は、汎用的には約５ｍｍ以下とするのがより好ましい形態である。

また、図１５の遮音装置の構成は、遮音効果の実現に対して共振を利用せずに微細孔板１の音響レジスタンス成分を主に用いているので、微細孔１ａ・・・の設計諸元及び空気層１０の厚さ等の選択の許容範囲が広くなり、施工の容易化を実現することができる。

図３３は、内側に凹凸の多い壁面２００の室内空間３００に、騒音源４００が存在する場合の遮音壁を設置する施工例を示す断面図である。まず壁面２００の内側に微細孔板１を、壁面２００との間隔が約５ｍｍ以下となるように取り付け、次に内装表面材である無孔板２と微細孔板１を密着積層して一体化した音響パネル１０１（あるいは、内装表面材である無孔板２と微細孔板１とを約５ｍｍ以下の空気層３を隔てて相対配置してなる音響パネル１０２であってもよい。）を、前記壁面２００近傍の微細孔板１と空気層５００を隔てて取り付けるのである。

一方の音響パネル１０１と、壁面２００及び該壁面２００近傍の微細孔板１からなる他方の音響パネルとが形成されており、該音響パネル間の空気層５００とで、図１５の構成の遮音装置（図１５において、例えばＤ１が０又は約５ｍｍ以下に相当。）を形成するものである。この場合、空気層５００の厚さは厳密に一定とする必要がないと共に、壁面２００の内側と該壁面２００近傍の微細孔板１とを約５ｍｍ以下の間隙となるように取り付けさえすれば、前記のとおり充分な遮音効果を得ることができるものである。

以上のように、微細孔明き板部材１を音響パネルの壁体（微細孔板１又は建築物の内壁等）に直接取り付けて音響パネルを構成することができるため、施工が容易である。したがって、改修工事等において、既設の建築物の仕切り壁又は天井等に組み込むことが容易であると共に大幅なコスト低減化を実現することができる。

本発明の実施の形態１に係る音響パネルの例を示す斜視図である。基準化音響インピーダンスｚの電気的等価回路を示す図である。微細孔の直径ｄによる規準化音響レジスタンスｒ及び規準化音響リアクタンスｍの変化を示す図である厚さＤの空気層の基準化音響インピーダンスの電気的等価回路を示す図である。図１の音響系の電気的等価回路を示す図である。図１の音響系の電気的等価回路を示す図である。本発明の実施の形態２に係る音響パネルの例を示す斜視図である。図７の音響系の電気的等価回路を示す図である。本発明の実施の形態３に係る吸音装置を示す断面図である。図９の音響系の電気的等価回路を示す図である。表１の設計例Ａ１ないしＡ５に対する吸音率の周波数特性の計算値を示す図である。表２の設計例Ｂ１ないしＢ３に対する吸音率の周波数特性の計算値を示す図である。２重壁と２枚の微細孔板からなる遮音装置の構成例を示す断面図である。図１３の音響系の電気的等価回路を示す図である。２重壁と２枚の微細孔板からなる遮音装置の構成例を示す断面図である。図１５の音響系の電気的等価回路を示す図である。２重壁からなる遮音装置の構成を示す断面図である。図１７の音響系の電気的等価回路を示す図である。表３の設計例Ｃ１の透過損失の周波数特性を示す図である。図１９の低周波域（３１Ｈｚ〜２００Ｈｚ）における周波数特性を示す図である。表３の設計例Ｃ２の透過損失の周波数特性を示す図である。図２１の低周波域（３１Ｈｚ〜２００Ｈｚ）における周波数特性を示す図である。表３の設計例Ｃ３の透過損失の周波数特性を示す図である。図２３の低周波域（３１Ｈｚ〜２００Ｈｚ）における周波数特性を示す図である。表３の設計例Ｃ４の透過損失の周波数特性を示す図である。図２５の低周波域（３１Ｈｚ〜２００Ｈｚ）における周波数特性を示す図である。表３の設計例Ｃ５の透過損失の周波数特性を示す図である。図２７の低周波域（３１Ｈｚ〜２００Ｈｚ）における周波数特性を示す図である。表４の設計例Ｃ６の透過損失の周波数特性を示す図である。図２９の低周波域（３１Ｈｚ〜２００Ｈｚ）における周波数特性を示す図である。表４の設計例Ｃ７の透過損失の周波数特性を示す図である。図３１の低周波域（３１Ｈｚ〜２００Ｈｚ）における周波数特性を示す図である。遮音壁の施工例を示す断面図である。

符号の説明

１微細孔板
１ａ微細孔
２無孔板
３微細孔板と無孔板との間の空気層
４音源
５音響的に剛な壁体
６空気層
９空気層
１０空気層
１１微細孔板と無孔板との間の空気層
１２微細孔板と無孔板との間の空気層
１０１，１０２音響パネル
１０３吸音装置
１０４遮音装置
１０５遮音装置
２００壁面
３００室内空間
４００騒音源
５００空気層
ｄ微細孔の直径
ｂ微細孔のピッチ
ｔ微細孔板の板厚
Ｄ空気層の厚さ
Ｄ₀ 微細孔板と無孔板との間の空気層の厚さ
Ｄ₁ 空気層１１の厚さ
Ｄ₂ 空気層１０の厚さ
Ｄ₃ 空気層１２の厚さ

Claims

板厚方向に貫通する多数の微細孔を設けた微細孔板と前記微細孔を設けない無孔板とを密着積層又は所定距離を隔てて相対配置してなることを特徴とする音響パネル。
前記微細孔板及び無孔板間の所定距離を約５ｍｍ以下としてなる請求項１記載の音響パネル。
単又は複数の請求項１又は２記載の音響パネルを音源と壁体との中間に配置したことを特徴とする吸音装置。
複数の請求項１又は２記載の音響パネルを音源に対向して配置したことを特徴とする吸音・遮音装置。