JP2014513223A - 波形の吸音パネルおよび製造方法 - Google Patents

Abstract

少なくとも１つの波形の層（複数も含む）（２１）と、前記波形の層（複数も含む）（２１）に配置される開口部（２７）とを含む、吊天井タイルとして有用な吸音パネル（２０）。製造方法も開示される。
【選択図】図２

Description

本発明は吊天井において使用するのに特に適した吸音パネルに関する。

天井タイルとして、または壁上で典型的に用いられる吸音パネルは、空間を密閉するだけでなく不要な騒音を吸収する役割を果たす、および／または、建築機能の役割を果たす。

最も従来的な天井パネルは、水縮充加工（ｗａｔｅｒ−ｆｅｌｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ）または水性鋳造法（ｗａｔｅｒ−ｂａｓｅｄ ｃａｓｔ ｐｒｏｃｅｓｓ）から作られる。通常、パネルは、音を吸収することができる均質多孔コアを有する。これらの種類の低価格製品は、吸湿性の結果として経時的に弛みやすく、騒音減少率（ＮＲＣ）として測定された騒音吸収機能に限りがある。上級の製品は、典型的には、製造するのに多くの費用がかかるし、比較的重くなる可能性がある。大抵、水縮充の製品および水鋳造製品は、８００Ｈｚ未満の比較的低い吸音効率を示し、特に４００Ｈｚ未満に効果がない。

本発明は、高度に望ましい吸音特性を有する開口部のある波形の層（複数も含む）から形成された吸音パネルを提供する。パネルは、人間の耳にとって可聴のその可聴周波数を吸収するように配置され、通常の人間の聞き取り範囲の低周波数の音を吸収するように容易に調整することができる。本発明は、いずれも高再生含有物になり得る、例えば、ボール紙またはプラスチックから作られる波形パネルに適用可能である。

本発明は、比較的高いＮＲＣ値を生成することができる擬ヘルムホルツ共振性空洞および比較的低い対象周波数（複数も含む）にて、最大音響エネルギーを吸収するように調整することができるように、特定の方式で穿孔された波形パネルが作用するという認識に基づく。

より具体的には、本発明は、波形パネルの個々の溝がヘルムホルツ共振性空洞のように処理され得るという発見を土台とする。溝、開口部、および開口部間隔の相対的なサイズを調整することによって、最大吸収の周波数を判定することができる。この周波数は、特定の騒音または周波数帯域を対象とするように選択することができる。研究は、波形パネルが、例えば、６００Ｈｚ未満の最大吸収周波数にて０．９８の吸収係数により０．８もの高いＥＮＲＣ（推定騒音減少係数）を実現することができることを示した。さらに、これらの研究は、古典的なヘルムホルツ空胴パラメータと、本発明の開口部のある波形の吸音パネルにて発見された類似のパラメータとの間の高い相関関係を示した。

本発明により構成された吸音パネルの第１の実施形態の等角図である。 拡大表示した図１のパネルの部分図である。 本発明の第２の実施形態の断片的な等角図である。 本発明の第３の実施形態の断片的な等角図である。 本発明の第４の実施形態の断片的な等角図である。 本発明により構成されたパネルの例の音吸収特性のグラフである。 本発明により構成されたパネルの例の音吸収特性のグラフである。 丸い穴部またはスリットによって、それぞれ形成された開口部をもつパネルの、計算され観測された吸収周波数間の線形相関を示すグラフである。 丸い穴部またはスリットによって、それぞれ形成された開口部をもつパネルの、計算され観測された吸収周波数間の線形相関を示すグラフである。 本発明の吸音パネルを使用する吊天井システムの概略図である。

以下に開示される様々な実施形態において、本発明は、吊天井格子とともに通常使用するための天井パネルに適用される。産業界において、このようなパネルは、２フィート×２フィート、または２フィート×４フィートの公称の面寸法またはメートル法換算値を有する。

図１は、押出し加工された波形のプラスチックシートの３つの層から形成された吸音タイルまたはパネル１０を示す。この構造において、各層１１は、互いに平行で且つ主壁１２に垂直であるウェブ１３間の１対の主壁１２を有する。隣接する対のウェブ１３および主壁１２のエリアは、パネルの一方の端部１６から反対側の端部１６に延伸する溝または細長い空胴１４を形成する。層１１に隣接する主壁１２は、溶接または他の技術によって、接着剤とともに適切に接着される。層１１は、押出し加工されたポリエチレンコポリマーであってもよく、層１１用の適切な原料は、Ｃｏｒｏｐｌａｓｔ（商標）（米国テキサス州ダラス）である。開口部１７は、層１１の一方の外壁１２、および面１８の反対側のパネルの後面１９における層以外の層１１の他の壁１２のすべてによって形成されたパネル１０の面１８に穴あけされる、打ち抜かれる、または、さもなければ形成される。したがって、図１および図１Ａの図示する配置において、面１８上の各穴部は、間にはさまれた層１１の内壁１２内の一連の同軸の穴部または開口部に重なる。以下に記載されて図面に図示される図１のパネルおよび他のパネルは、パネルが開口部のある面１８が空間の内部に向かって下方に面する吊天井にて用いられる場合、通常の設置された配向とは逆になる。本発明を実施する際に、同軸の開口部の少なくとも一組、通常一組以上は、それぞれの溝１４内に形成される。

図１に示す（および図１Ａに拡大表示された）開口部がある、または穿孔された波形パネルが一連の擬ヘルムホルツ共振性空洞を形成することを発見した。首部付き開口部を有する空胴のための古典的ヘルムホルツ式は、次式の通りである。
式中、ｆ_Ｈは共振周波数であり、
νは音速であり、
Ａは首部の断面積であり、
Ｖ_ｏは空胴の容積であり、
Ｌは首部の長さである。

以下に論じられるものを含む図１の実施形態および他の実施形態のために、広範囲な研究は、波形溝および開口部のある寸法のパラメータが古典的ヘルムホルツ式の寸法のパラメータと類似していることを実証した。これらの類似したパラメータは、次の通りである。
開口部Ａ_ｏの面積は、首部の面積Ａに相関する。
隣接する開口部または穴部の間の溝の内部容積Ｖｆ（開口部のそれぞれの側面上の２つの溝の容積の２分の１の実質的分量）は、Ｖ_ｏに相関する。
パネルの厚さとして得られた、開口部の面から対向する盲壁までの距離Ｔは、Ｌに相関する。

パネルの最大吸収周波数は、古典的なヘルムホルツの式に、これらの相関パラメータを用いて、本発明により判定することができる。

人間の耳などで聞き取れる可聴周波数は、例えば、２００Ｈｚ〜２，０００Ｈｚの間のＮＲＣの定格範囲に関係する。従来の水縮充または鋳造天井タイルは、これらの周波数の高い範囲で音を吸収するが、それらは、４００Ｈｚまたは５００Ｈｚまたはそれ未満の非常に限定的な効率である。さらに、０．７よりも高いＮＲＣ値を有する従来のタイルを経済的に製造するのは難しい。図１に開示したような開口部のある波形パネルは、２００〜２，０００Ｈｚの間の特定の周波数での最大吸収に容易に調整することができることが見出された。このようなパネルは、８００Ｈｚまたはそれ未満の騒音を対象とする場合に、従来のタイル構造と比較して特に有用になり得る。一例として、３層の１０ｍｍのＣｏｒｏｐｌａｓｔ（商標）上のＡＳＴＭ３８４によるインピーダンスチューブを用いたＥＮＲＣ試験サンプルは、以下の結果をもたらした。

前述の表は、最大吸収周波数に対する開口部サイズの効果を示す。開口部または穿孔が小さいほど、吸収周波数は低い。

最大吸収周波数は、溝の縦方向に区画された開口部間の間隔によって影響を受ける。間隔が大きくなるほど共振空胴容積は大きくなり、ヘルムホルツの式との相似性に一致し、周波数は低くなる。

パネルが厚くなり、したがって、ヘルムホルツの首部開口部の長さＬと類似した有効パラメータＴが増大するにつれて、最大吸収周波数が減少するであろうことが実証され得る。

図２は、波形板紙シートを含む従来のボール紙を利用する本発明の第２の実施形態として、パネル２０を表わす。パネル１０と同様、パネル２０は、溝２６の間の接触線２４にて平判に接着される平判シート２２および曲線波形板紙シート２３を備えるそれぞれの層をもつ、いくつかの波形の層２１を備える。開口部２７は、開口部が形成される面２９の反対側のパネル面２８にてシート２２以外の層２１の波形の平判を通じて穴あけされる、打ち抜かれる、または、さもなければ形成される。いくつかのシート２２、２３を貫通した開口部２７は、同じ大きさであり、面２８、２９に垂直な軸に沿って同軸である。

ヘルムホルツ空胴共振周波数の式に対応するパネルの類似パラメータは、Ｃｏｒｏｐｌａｓｔ（商標）１０に関して上記に示されたものと実質的に同一である。これらの類似したパラメータは、
Ａ_ｏ＝開口部の面積、
Ｖｆ＝開口部の間の距離の溝の数倍の断面積として得られた溝の容積、
Ｔ＝パネルの総厚みとして得られた値である。

付加的な共振空胴として溝の間の空間を利用するために溝２６の間の中央に、最後のシートを除いて、様々な層２１貫通して開口部を形成することは可能である。

図３に表した音響のパネル３０の第３の実施形態は、３つの押出し加工された二重壁の波形の層３１を備えるという点で図１のものと同様である。パネル３０の後面３４上の主壁を除いて、符号３２で示す主壁および符号３３で示すウェブ壁は、すべて、波形の層３１の溝３７の縦方向に対して垂直に延伸する垂直スロットまたはスリット３６により切断される。スロット３６は、溝３７の各々に対して個々の開口部３８を生成する。図３に示すパネル３０の類似パラメータは、
Ａ_ｏ＝アパーチャ面積は溝幅（すなわち隣接する溝の間の距離）のスロット幅倍である、
Ｖｆ＝スロット３６間の溝の容積、またはスロットのそれぞれの側面上の溝の容積の２分の１、
Ｔ＝パネル３０の厚さである。

溝の容積の関係が、開示の実施形態の各々に当てはまることに留意されたい。壁を局所的に破砕または崩壊させるなどによって、溝に沿って延伸する開口部間の溝を中途で塞ぐことができるだろうし、同一の音響結果が得られるだろうことが想定される。

図４は、図３のパネルと同様の吸音パネルを図示する。パネル４０は、図２の実施形態のパネルのような波形厚紙から構成される。３枚の波形厚紙の一重壁層を示す。波形は、溝４２を形成する。パネル４０の後面４５上の平壁を除いて、平壁４３および波形板４４は、溝４２の縦方向に垂直な垂直スロット４６により切断される。スロット４６が溝４２を横切るところに、開口部４７が形成される。

パネル４０の類似パラメータは、
Ａ_ｏ＝溝の間の距離のスロット４６の数倍の幅、
Ｖｆ＝隣接するスロット４６間の溝４２の容積、
Ｔ＝パネル４０の厚さである。

溝と実質的に同一の容積である、溝４２を介在する空間４８は、溝と実質的に同一の最大吸収周波数で、音を吸収するだろう。

図１〜図４に図示するパネルは、本発明の好ましい応用である。これらの実施形態において、３層の波形の層が示されたが、わずか１層でも４層より多くても実用的であることがわかることは理解されるだろう。

図５および図６は、本発明により構成された開口部のある波形の音響のパネルの吸音特性のグラフである。最大吸収における音の周波数が、図５において約６００Ｈｚであり、図６において約９００Ｈｚであることがわかる。パネルのパラメータを調整することによって、最大吸収周波数を所望の通りに増減できる。

示したように、溝の空胴は、共振周波数にて最大の吸音を生じる擬ヘルムホルツ共振性空洞と見なすことができる。広範囲な研究は、上記で論じた類似パラメータを用いて、最大吸収の計算された共振周波数間の高い線形相関を示した。計算され観測された周波数間の相関関係の例を図７および図８に示す。

あるパラメータが、パネル厚さ、溝断面積、および開口部間の溝に沿った距離などのように初めに決定される場合、２つ以上のサンプルを、個別の開口部サイズにより作ることができる。共振周波数または最大吸収周波数を、サンプルの実験上の結果によって計算し判定することができる。理想的な実際の共振周波数が取得されない場合、これらのサンプルにより、これらのデータ点の簡単な推定は、所望の最大吸収周波数を取得する選択変数（複数も含む）の固有値に迅速に達するために、類似パラメータの値を変更するために用いることができる。類似パラメータの固有値を選択することによって、例えば、２００〜２，０００Ｈｚの間の実質的に任意の可聴周波数は、最大吸収周波数として構築することができる。本発明は、記載したように実施する場合、２００〜８００Ｈｚの間の値で最大吸収周波数を有するパネルを生成するのに特に有用である。この可聴範囲内の吸音は、従来の湿式の水縮充のまたは鋳造天井タイルによって容易には得られない。

図９は、上記に記載された波形の構造の長方形格子および音響のパネル５１を形成するメタルランナまたはティー４９を含む、概して従来の構造の吊天井を概略的に図示する。個別のパネル５１は、例えば、２５０、５００、１，０００、および２，０００Ｈｚの異なる周波数を吸収するために調整され、それによって広い吸音範囲を取得する。あるいは、単一のパネルは、各々が異なる最大吸収周波数を提供する、複数の別個のエリアを有することができる。後者の例のいずれかにおいて、人間の広い可聴範囲を通じて音を吸収するように、シーリング方式を設計することができる。パネルの開口部のある面を、視覚的に開口部を隠蔽するために音響学的に透過的なスクリムまたはベールにより覆うことができる。様々な開示したパネルの実施形態の空洞の性質は、それらが質量に比例して高い硬質性を含むサンドイッチパネルの特徴をもつことを可能にする。比較的高い垂れ下り抵抗は、例えば、耐湿気性の物質を有する波形を形成する紙の処理によって達成可能である。

この開示が、例のためのものであり、この開示に含まれる教示の適正な範囲から逸脱せずに、細部を追加、変更、または削除することによって、様々な変更を行ってもよいことは明白であるべきである。したがって、本発明は、添付の請求項が必然的にそのように限定された場合を除き、この開示の特定の詳細な記述に限定されない。

Claims (8)

1. 端部によって境界をつけられ、面領域を規定する矩形形状を有する吊天井タイルとして有用な吸音パネルであって、
   少なくとも１つの総厚みの波形の層（複数も含む）であって、前記層（複数も含む）は、実質的に前記パネルの一方の端部から反対側の端部まで前記矩形形状の広がりにわたって延伸する多数の平行溝を有し、前記溝は、前記層（複数も含む）の壁によって形成され、既知容積である、層（複数も含む）と、
   前記面にて空気と連通する前記溝の壁（複数も含む）を貫通する、各々が既知面積の一連の開口部であって、開口部面積、前記開口部に関連する溝空胴容積、および開口部に関連する前記波形の層の総厚みは、２００〜２，０００Ｈｚの間の最大吸収周波数を生み出すように配置される開口部と、
   を備える吸音パネル。
2. 前記波形の層は、ボール紙の曲線断面特徴を有する種類である請求項１に記載の吸音パネル。
3. 前記波形は、断面において矩形である請求項１に記載の吸音パネル。
4. 前記開口部は、前記面および前記面と平行または略平行の内壁内の丸い同軸の穴部である請求項１に記載の吸音パネル。
5. 前記開口部は、前記溝に垂直に同様にスロットをつけることによって形成された層（複数も含む）内の断面開口である請求項１に記載の吸音パネル。
6. 前記開口部は、前記溝に沿って配置され、前記溝空胴の容積は、前記溝の断面積、およびそれぞれの前記開口部に向けられる溝の長さの積である請求項１に記載の吸音パネル。
7. 少なくとも１つの波形の層を有する剛性矩形シートを設けることによって吸音パネルを作製する方法であって、前記波形の層（複数も含む）は、内部の中空空胴を有する複数の溝を有し、前記シートの一対の端部の間で互いに平行に延伸し、前記シートは、一方の側面上の前面、前記前面の反対側の側面上の後面を有し、前記前面は、前記溝の空胴と連通する開口部により形成され、前記波形の層（複数も含む）の総厚み、前記開口部の面積、および開口部に関連する前記溝空胴の有効容積は、空胴が２００〜２，０００Ｈｚの最大の吸音周波数で擬ヘルムホルツ空胴として作動することを可能にするように選択される、方法。
8. 所望の最大吸収周波数をより精密に得るために前記開口部面積、前記パネルの厚さ、および前記溝空胴の容積関係をより微細に調整するために、複数のサンプルが擬ヘルムホルツ式を用いて予備的ベースで作られ、実験的に前記サンプルを試験し、前記実験の結果を推定することによってさらなる改良を行う、請求項７に記載の方法。