JP2017044796A - 吸音構造 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の微細穿孔を有する微細穿孔面状体に加えて、多孔質吸音材や不織布などの流れ抵抗を有する通気性の通気抵抗体を使用した吸音効果に優れた吸音構造を提供する。
【解決手段】音場（音源Ｓ）に向いた剛壁１に沿って設けられた吸音パネル２である。
そして、剛壁から音場側に離隔して配置された非通気性の気密膜３と、その気密膜よりも音場側に配置された流れ抵抗を有する通気性の多孔質吸音材４と、その多孔質吸音材よりも音場側に配置された複数の微細穿孔５１，・・・を有する微細穿孔シート５とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、音波が伝搬する空間である音場に向いた壁や天井などの面体に沿って設けられた吸音構造に関するものである。

特許文献１，２に開示されているように、コンサートホールや集会場などの音波が伝搬する建築空間（音場）において、騒音対策や音響特性の改善などの音環境を調整するために、壁面や天井面に沿って吸音構造を設けることが知られている。

特許文献１，２には、音場側に微細穿孔板（Micro Perforated Panel:略してＭＰＰ）を配置し、その背面側にハニカム状成形体などの整流化部材と振動板とを積層させた吸音構造が開示されている。

特許文献１に開示された吸音構造では、グラスウールなどの多孔質吸音材を使用せずに吸音効果を得るために、ハニカム状成形体を使用している。このハニカム状成形体は、並列に配置された筒状空隙を創出し、これによって吸音構造に入射した音をＭＰＰの垂直方向に伝搬させるために整流化させる部材で、音の伝搬に対して流れ抵抗となるものではない。

特許文献２に開示された吸音構造も同様に、ＭＰＰの背面側が高さの異なる複数の筒状空隙によって区画されており、これらの筒状空隙が並列に配置された複数の共鳴型の吸音器となって吸音効果が発揮される構成となっている。

一方、特許文献３には、表面に複数の微細穿孔が設けられたフィルム層とガラスクロス層とを、接着剤によって接着させたシート状の吸音材が開示されている。

特開２００７−１１０３４号公報 特開２０１０−７２７８号公報 特開２０１３−４４９８３号公報

これらに対して本発明は、複数の微細穿孔を有する微細穿孔面状体に加えて、多孔質吸音材や不織布などの流れ抵抗を有する通気性の通気抵抗体を使用した吸音効果に優れた吸音構造を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の吸音構造は、音場に向いた面体に沿って設けられた吸音構造であって、前記面体から前記音場側に離隔して配置された非通気性の気密面状体と、前記気密面状体よりも前記音場側に配置された流れ抵抗を有する通気性の通気抵抗体と、前記通気抵抗体よりも前記音場側に配置された複数の微細穿孔を有する微細穿孔面状体とを備えたことを特徴とする。

ここで、前記気密面状体と前記通気抵抗体との間及び前記通気抵抗体と前記微細穿孔面状体との間の少なくとも一方に、間隙が存在している構成とすることができる。

また、前記通気抵抗体と前記微細穿孔面状体との間に、25mm以下の間隙が存在している構成とすることができる。さらに、前記気密面状体と前記微細穿孔面状体との距離が、25mmより広く、かつ300mm以下である構成とすることができる。

また、前記通気抵抗体の流れ抵抗が、1.3×10³N・s/m⁴以上1.04×10⁵N・s/m⁴以下である構成とすることができる。さらに、前記通気抵抗体は、多孔質吸音材である構成とすることができる。

そして、前記気密面状体の面密度は、0.12kg／m²以上である構成とすることができる。

このように構成された本発明の吸音構造は、非通気性の気密面状体と、それよりも音場側に配置された流れ抵抗を有する通気性の通気抵抗体と、さらにそれよりも音場側に配置された複数の微細穿孔を有する微細穿孔面状体とを備えている。

このように多孔質吸音材や不織布などの流れ抵抗を有する通気性の通気抵抗体と気密面状体と微細穿孔面状体とを組み合わせることで、面体と気密面状体との離隔の大きさに影響を受けない、吸音効果に優れた吸音構造とすることができる。

本発明の実施の形態の吸音構造の構成を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態の吸音構造の構成を説明するための分解斜視図である。 吸音構造の背後空気層の厚さと吸音率との関係を示す図であって、（ａ）は背後空気層が薄い場合の実験結果を示した図、（ｂ）は背後空気層が厚い場合の実験結果を示した図である。 単一の微細穿孔シートを使って、空気層の厚さを変化させた場合の空気層の厚さと吸音率との関係を示した図である。 実施例の吸音構造の構成を説明するための断面図である。 実施例の吸音構造の構成を説明するための斜視図である。 微細穿孔シートと多孔質吸音材との間隙を変えて行われた吸音率の実験を説明する図であって、（ａ）は実験に使用された試料の断面図、（ｂ）は実験結果を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１，２は、本実施の形態の吸音構造となる吸音パネル２の構成を説明するための断面図及び斜視図である。

本実施の形態の吸音パネル２は、音場に向いた壁や天井などの面体に沿って設けられる。ここで、「音場」とは、音波が伝搬する空間をいう。図１では、音場を分かり易く示すために、音場となる空間に音波の発生源としての音源Ｓを模式的に図示した。

一方、音場に向いた面体としては、壁や天井などいずれでもよいが、本実施の形態では、耐力壁などのように外力によって変形しにくい程度の剛性のある剛壁１を面体の例にして説明する。

本実施の形態の吸音パネル２は、剛壁１の表面と略平行となるように配置される。また、剛壁１の表面と、それに対向する吸音パネル２の面との間に存在する空気層を、背後空気層２１と呼ぶこととする。

吸音パネル２は、非通気性の気密面状体としての気密膜３と、その気密膜３に積層される流れ抵抗を有する通気性の通気抵抗体としての多孔質吸音材４と、その多孔質吸音材４に積層される複数の微細穿孔５１，・・・を有する微細穿孔面状体としての微細穿孔シート５とによって主に構成される。

この気密膜３には、例えば軟質ポリエチレン板（低密度ポリエチレン）が使用できる。気密面状体は、これに限定されるものではなく、非通気性の膜材又は板材であればいずれの材質の物でも使用することができる。

例えば、ガラス、金属（金属箔を含む）、木材、紙、合成樹脂、プラスチックなどの材料が、気密面状体として使用できる。要するに気密面状体は、非通気性で、音波の反射材となる遮音材料であればよい。

この気密面状体の面密度は、0.12kg/m²以上とすることが望ましい。例えば、ポリカーボネート（比重1.2×10³kg/m³）を気密面状体として用いる場合は、厚さを0.1mm以上にする。

気密膜３よりも音場側に配置される多孔質吸音材４は、流れ抵抗を有する通気性の部材である。多孔質吸音材４には、例えばグラスウール、ロックウール、綿、布などの鉱物又は植物繊維などの繊維系の多孔質材料が使用できる。また、フェルト等の不織布も使用できる。

また、通気抵抗体は、これらの材料に限定されるものではなく、音波が吸音パネル２の垂直方向に伝搬する際に流れ抵抗を示す部材であればよい。ここで、「流れ抵抗」とは、材料特性を表す指標の一つで、材料に空気を流したときの材料中の空気の流れ難さを表す。

例えばグラスウールには、複雑に連結した多数の隙間が連続気泡として存在する。この連続気泡中に音が入射されると、連続気泡の内面との摩擦や粘性抵抗などによって音のエネルギーの一部が消費されるため、流れ難くなる。

通気抵抗体の流れ抵抗は、1.3×10³N・s/m⁴程度〜1.04×10⁵N・s/m⁴程度とすることができる。好ましくは、吸音のピークにおいてより高い吸音率を得るためには、通気抵抗体の流れ抵抗を1.3×10³N・s/m⁴程度〜16×10³N・s/m⁴程度とすることが望ましい。

例えば、グラスウールを多孔質吸音材４に用いる場合、その密度は10kg/m³〜24kg/m³程度となる。この多孔質吸音材４は、吸音パネル２の必須の構成である。不織布の厚さが0.02mm以上、フェルトの厚さが0.8mm以上、グラスウールの厚さが12mm以上であることから、通気抵抗体の厚さｄの下限値を例えば0.02mmとする。

多孔質吸音材４よりも音場側に配置される微細穿孔シート５には、図２に示すように、間隔を置いて複数の微細穿孔５１，・・・が設けられる。微細穿孔シート５には、例えば厚さ0.1〜1mm程度、微細穿孔５１の直径が0.1〜1mm程度、開口率が1％前後の合成樹脂製のシート状材料が使用できる。

微細穿孔面状体は、上記した微細穿孔シート５に限定されるものではなく、板状の微細穿孔板（Micro Perforated Panel:略してＭＰＰ）であってもよい。ＭＰＰには、例えば、ガラス製、金属製、木製、プラスチック製、プラスターボード製の板材に、例えば直径が0.1〜1mm程度の微細穿孔が複数、穿孔された材料を使用することができる。

吸音パネル２は、図２に示すように、微細穿孔シート５に対して、厚さｄの多孔質吸音材４及び気密膜３をそれぞれ積層させることによって形成される積層体である。

そして、図１に示すように、微細穿孔シート５と多孔質吸音材４と気密膜３とはそれぞれ密着され、微細穿孔シート５と気密膜３との距離Ｄ（対向面間の距離）は、それらの間に挟まれる多孔質吸音材４の厚さｄと等しくなる。

次に、本実施の形態の吸音パネル２の吸音効果を確認するために行った実験結果について説明する。この実験は、残響室を用いて残響室法吸音率試験により残響室法吸音率（以下、「吸音率」ともいう。）を測定する方法で行った。

実験に使用した吸音パネル２の試料の詳細を記載する。気密膜３には、密度0.93g/cm³で厚さ0.5mmの軟質ポリエチレン板を使用した。また、多孔質吸音材４には、密度10kg/m³で厚さ50mmのグラスウールを使用した。

そして、微細穿孔シート５には、孔径0.4mmの微細穿孔５１が3mmピッチ（開口率1.4％以下）で穿孔された厚さ0.3mmのポリ塩化ビニル製のフィルムを使用した。この実験に使用した微細穿孔シート５の商品名は、３Ｍ^TMダイノック^TM吸音フィルムG（登録商標、スリーエムジャパン社製）である。

この実験では、吸音パネル２の背後空気層２１の厚さによる影響を確認するために、背後空気層２１の厚さを50mmとした場合と、450mmとした場合の実験を行なった。

また、比較のために、多孔質吸音材４及び気密膜３を積層しない単一の微細穿孔シート５を吸音構造とする実験も行った。実験結果を、図３に示す。ここで、図３（ａ）は背後空気層２１の厚さを50mmとした場合の実験結果であり、図３（ｂ）は背後空気層２１の厚さを450mmとした場合の実験結果である。

まず、従来から使用されている単一の微細穿孔シート５を吸音構造としたケースの吸音効果は、図３（ａ）と図３（ｂ）の白丸を凡例とする波線を見ると明らかなように、背後空気層２１の影響を強く受けていることがわかる。

詳細には、背後空気層２１の厚さが50mmのケース（図３（ａ））では、500Hz帯域〜1250Hz帯域において高い吸音率を示す一方で、250Hz帯域前後での吸音率は低くなるという結果となった。

他方、単一の微細穿孔シート５を吸音構造とする背後空気層２１の厚さが450mmのケース（図３（ｂ））では、特別に高い吸音率を示す帯域はないが、いずれの帯域においても平均的な吸音率が得られるという結果となった。

これに対して、黒丸の凡例で実線で示した本実施の形態の吸音パネル２の実験結果では、背後空気層２１の厚さの違いによる吸音率の差は、それ程、大きくはなっていない。

言い換えると、本実施の形態の吸音パネル２を使用する場合は、背後空気層２１の厚さによる影響は、吸音させたい周波数の帯域の範囲によっては考慮しなくてもよいものと言える。

例えば、一般的な建築空間（音場）における話し声等の残響調整の対象となるのは、250Hz帯域〜1000Hz帯域の周波数の音波であり、本実施の形態の吸音パネル２の実験結果は、この範囲において、背後空気層２１の厚さに関わらず高い吸音率が得られた。

また、本実施の形態の吸音パネル２であれば、吸音のピークとなる周波数帯域幅を広帯域化することができる。特に、250Hz帯域〜1000Hz帯域の周波数の音波に対しては、広い範囲で高い吸音率を示している。

このような本実施の形態の吸音パネル２の吸音効果は、背後空気層２１の厚さではなく、微細穿孔シート５と気密膜３との距離Ｄにより決定されると考えられる。

要するに、吸音パネル２の距離Ｄは、従来の単一の微細穿孔シート５の吸音構造における背後空気層２１の厚さと同様にして扱うことができると推定でき、微細穿孔シート５の背後側となる距離Ｄを任意に設定することで、吸音特性を選択することができるものと考えられる。

そこで、単一の微細穿孔シート５を使って、背後空気層２１となる空気層の厚さを変化させた場合の空気層の厚さと吸音率との関係について実験した結果を、図４に示した。この実験結果を参考にして、吸音パネル２の距離Ｄの最適な範囲を設定する。

例えば、一般的な建築空間における話し声等の残響調整を対象とした場合に、発生が集中する250Hz帯域〜1000Hz帯域に吸音のピークが得られる吸音特性を得るためには、吸音パネル２の距離Ｄの範囲を、25mm〜300mm程度にすればよいといえる。好ましくは、吸音のピークにおいてより高い吸音率を得るためには、吸音パネル２の距離Ｄの範囲を、50mm〜100mmとすることが望ましい。

このように構成された本実施の形態の吸音パネル２は、非通気性の気密膜３と、それよりも音場（音源Ｓ）側に配置された流れ抵抗を有する通気性の多孔質吸音材４と、さらにそれよりも音場側に配置された複数の微細穿孔５１，・・・を有する微細穿孔シート５とを備えている。

このように流れ抵抗を有する通気性の多孔質吸音材４と気密膜３と微細穿孔シート５とを組み合わせることで、剛壁１の表面と気密膜３との離隔である背後空気層２１の厚さに関わらず、周波数の広い帯域で吸音率の高い吸音構造とすることができる。

例えば、吸音パネル２を天井の仕上材として使用する場合に、背後空気層２１には、天井梁が突出していたり換気設備や空調設備等が配置されていたりするため、場所によって背後空気層２１の厚さが変化することがある。

このような場合であっても、背後空気層２１の厚さに関わらず、広帯域で高い吸音率が得られる吸音パネル２であれば、安定した吸音特性を得ることができる。

以下、前記実施の形態で説明した吸音パネル２とは別の形態の実施例について、図５，６を参照しながら説明する。なお、前記実施の形態で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については、同一用語又は同一符号を用いて説明する。

本実施例で説明する吸音構造としての吸音パネル２Ａは、微細穿孔シート５と多孔質吸音材４との間に間隙Ｇ１が存在する。また、多孔質吸音材４と気密膜３との間に間隙Ｇ２が存在する。これらの間隙Ｇ１，Ｇ２は、いずれか一方であってもよい。

すなわち吸音パネル２Ａは、図５，６に示すように、非通気性の気密面状体としての気密膜３と、その気密膜３に対して間隙Ｇ２を介して積層される流れ抵抗を有する通気性の通気抵抗体としての多孔質吸音材４と、その多孔質吸音材４に対して間隙Ｇ１を介して積層される複数の微細穿孔５１，・・・を有する微細穿孔面状体としての微細穿孔シート５とによって主に構成される。

この吸音パネル２Ａの間隙Ｇ１，Ｇ２は、どちらが広くなってもよいが、微細穿孔シート５と多孔質吸音材４との間の間隙Ｇ１を小さくした方が、吸音のピークを広帯域化することができる。

好ましくは、微細穿孔シート５と多孔質吸音材４との間の間隙Ｇ１を25mm以下とすることで、微細穿孔シート５と多孔質吸音材４とを密着させた場合と同程度の吸音特性を得ることができるようになる。

一方、多孔質吸音材４の厚さｄは、多孔質吸音材４として存在する下限値となる0.02mm以上で、微細穿孔シート５と気密膜３との距離Ｄ以下となっていればよい。

また、本実施例では、間隙Ｇ１，Ｇ２の有無による吸音効果の違いを確認する実験を行った。すなわち、図７（ａ）に示すように、前記実施の形態で説明した吸音パネル２を「間隙なし」の試料とし、本実施例の吸音パネル２Ａを「間隙あり」の試料として実験を行った。

試験方法及び実験に使用した材料は、前記実施の形態で説明したものと同じである。また、吸音パネル２Ａについては、微細穿孔シート５と多孔質吸音材４との間にのみ間隙Ｇ１（＝25mm）を設けた。

実験結果を、図７（ｂ）に示す。２つの試料は、多孔質吸音材４の厚さｄ（＝50mm）は等しいが、微細穿孔シート５と気密膜３との距離Ｄが異なっているため、吸音特性に若干の差が出た。

詳細には、間隙Ｇ１が存在する分だけ距離Ｄが大きくなる吸音パネル２Ａの吸音のピーク周波数は、若干低音側に移動している。しかしながら、本実験程度の間隙Ｇ１の厚さ（25mm程度）であれば、吸音特性に与える影響は極小であるといえる。

なお、実施例のこの他の構成及び作用効果については、前記実施の形態と略同様であるため説明を省略する。

以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態及び実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

例えば、前記実施の形態及び実施例では、面体を剛壁１としてその内側面側に背後空気層２１を介して吸音パネル２，２Ａを配置する場合について詳細に説明したが、これに限定されるものではなく、面体を天井スラブ（又は上階の床スラブ）として、そこから背後空気層２１を挟んで吊り下げられる吸音パネル２，２Ａであってもよい。

また、吸音構造が設けられる面体は、建築空間を区切る壁や天井に限定されるものではなく、道路や線路の脇に設けられる防音壁用の壁体やトンネルの覆工などであってもよい。

Ｓ 音源（音波）
Ｄ 距離（気密面状体と微細穿孔面状体との距離）
Ｇ１，Ｇ２ 間隙
１ 剛壁（面体）
２，２Ａ 吸音パネル（吸音構造）
２１ 背後空気層
３ 気密膜（気密面状体）
４ 多孔質吸音材（通気抵抗体）
５ 微細穿孔シート（微細穿孔面状体）
５１ 微細穿孔

Claims (7)

1. 音場に向いた面体に沿って設けられた吸音構造であって、
   前記面体から前記音場側に離隔して配置された非通気性の気密面状体と、
   前記気密面状体よりも前記音場側に配置された流れ抵抗を有する通気性の通気抵抗体と、
   前記通気抵抗体よりも前記音場側に配置された複数の微細穿孔を有する微細穿孔面状体とを備えたことを特徴とする吸音構造。
2. 前記気密面状体と前記通気抵抗体との間及び前記通気抵抗体と前記微細穿孔面状体との間の少なくとも一方に、間隙が存在していることを特徴とする請求項１に記載の吸音構造。
3. 前記通気抵抗体と前記微細穿孔面状体との間に、25mm以下の間隙が存在していることを特徴とする請求項１又は２に記載の吸音構造。
4. 前記気密面状体と前記微細穿孔面状体との距離が、25mmより広く、かつ300mm以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の吸音構造。
5. 前記通気抵抗体の流れ抵抗が、1.3×10³N・s/m⁴以上1.04×10⁵N・s/m⁴以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の吸音構造。
6. 前記通気抵抗体は、多孔質吸音材であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の吸音構造。
7. 前記気密面状体の面密度は、0.12kg／m²以上であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の吸音構造。