JP2021188393A

JP2021188393A - 吸音パネル及び吸音構造

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Publication number: JP2021188393A
Application number: JP2020095541A
Authority: JP
Inventors: 裕介森本; Yusuke Morimoto; 勝俊野口; Katsutoshi Noguchi; 啓稔石井; Hirotoshi Ishii; 洋志大森; Hiroshi Omori
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd; Central Japan Railway Co
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd; Central Japan Railway Co
Priority date: 2020-06-01
Filing date: 2020-06-01
Publication date: 2021-12-13

Abstract

【課題】高速道路又は鉄道の防音壁において、正面板で発生する高周波領域の吸音性能の低下を低減する吸音パネル及び枠体構造を提供する。【解決手段】開口部１１１，１１２，・・・，１１ｎ（ｎは自然数）を有する複数の正面板１０と、正面板１０により形成される中空部に設けられた複数の吸音材２０とを備え、正面板１０の全体面積Ａに占める開口部１１１，１１２，・・・，１１ｎの合算面積ａ１＋ａ２＋・・・＋ａｎの割合を示す開口面積比率が８５％以上である。【選択図】図１

Description

本発明は、音を吸収して低減する吸音パネル及び吸音構造に関する。

従来、車両などの走行に伴う騒音を低減させるために、高速道路又は鉄道の沿線、歩道と車道との間、及び中央分離帯等の防音壁に、多数の開口部を有する前面部と、遮音性を有する背面部とにより形成された中空内に吸音材が内装されてなる防音装置が用いられている（例えば、特許文献１参照）。このような防音装置は、高架橋及び橋梁の桁裏面に取付けられて桁裏面の騒音を低減させるための桁裏面吸音板として用いられ、さらに掘割道路等の防音設備として用いられている。図５は特許文献１に示された従来の防音装置の斜視図であり、特許文献１には、「ほぼ全面に穿設された多数のパンチング孔によって開口部１１が形成された前面部１と、遮音性を有する背面部２とによって形成された中空内に、吸音材３が内装され、そして前記前面部１の開口率は、１５〜５０％となされ、且つ前面部１と吸音材３との間に奥行き寸法５〜５０ｍｍの前面空気層４が形成され、背面部２と吸音材３との間に奥行き寸法５〜５０ｍｍの背面空気層５が形成されているものである。」と開示されている(特許文献１段落［００２６］)。

特許第３８０６５６５号公報

特許文献１に記載の防音装置を用いることによって、騒音は低減されていたが、近年鉄道車両の軽量化、高速化が進んでおり、結果として車両から発生する騒音の音圧レベルが増加する傾向にあり、鉄道および道路沿線の環境保全の観点からより高い騒音低減効果をもつ吸音パネル及び吸音構造が求められている。
機械的強度が低い一般的な吸音材を吸音パネルとして利用するために金属などでできた筐体に内蔵すると、非吸音材である筐体表面、とりわけ開口部を有する正面板の非開口部分において音の反射が発生することによって高周波領域の吸音性能が低下する問題が発生する。

そこで、本発明は、正面板で発生する高周波領域の吸音性能の低下を低減することが可能な吸音パネル及び吸音構造を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の要旨は、以下のとおりである。
［１］開口部を有する正面板と、前記正面板により形成される中空部に設けられた吸音材とを備え、前記正面板の全体面積に占める前記開口部の合算面積の割合を示す開口面積比率が８５％以上である、吸音パネル。
［２］前記正面板における前記開口部以外の非開口部は、前記開口部を横切る方向における連続する長さが、前記開口部を横切る方向の前記正面板の全長に対して５％以下である、［１］に記載の吸音パネル。
［３］［１］又は［２］に記載の吸音パネルと、前記吸音パネルが設置される壁面とを備える、吸音構造。
［４］前記壁面は、吸音材を備えていない、［３］に記載の吸音構造。
［５］［１］又は［２］に記載の吸音パネルと、前記吸音パネルが設置される複数の立設された支柱とを備え、前記吸音パネルの正面板のうち前記支柱によって覆い隠されない全体面積に占める、前記支柱によって覆い隠されない前記開口部の合算面積の割合を示す開口面積比率が９０％以上である、吸音構造。

本発明によれば、正面板で発生する高周波領域の吸音性能の低下を低減する吸音パネル及び吸音構造を提供できる。

本発明の第１の実施形態に係る吸音パネルを示す模式的図である。本発明の第２の実施形態に係る吸音パネルを示す模式的図である。実施例及び比較例の吸音パネルにおける吸音性能試験方法の結果を示すグラフ（その１）である。実施例及び比較例の吸音パネルにおける吸音性能試験方法の結果を示すグラフ（その２）である。従来の防音装置を示す斜視図である。

以下、本発明について実施形態を用いてより詳細に説明する。

［吸音パネル］
本発明の実施形態に係る吸音パネル１は、図１に示すように、開口部１１_１，１１_２，・・・，１１_ｎ（ｎは自然数）を有する正面板１０と、正面板１０により形成される中空部に設けられた吸音材２０とを備え、正面板１０の全体面積Ａに占める開口部１１_１，１１_２，・・・，１１_ｎの合算面積ａ_１＋ａ_２＋・・・＋ａ_ｎの割合を示す開口面積比率Ｒが８５％以上である。
開口面積比率Ｒは、以下の式（１）により算出される。
Ｒ（％）＝（ａ_１＋ａ_２＋・・・＋ａ_ｎ）／Ａ×１００・・・（１）

開口面積比率Ｒは、８５％未満であると、２，０００〜４，０００Ｈｚの高周波領域における騒音を低減させる性能が低下する。低周波領域における騒音は、開口面積比率Ｒが８５％未満であっても、波長が長いために音が回折し、開口している部分から吸音材２０へ侵入することができる。しかし、高周波領域における騒音は、波長が短く、直進性が高いため、開口面積比率Ｒが８５％未満であると、開口している部分から吸音材２０へ侵入することが困難となり、吸音性能が低下する。上記観点から、開口面積比率Ｒは、８６％以上であることが好ましく、９０％以上であることがより好ましく、９４％以上であることがさらに好ましい。
開口面積比率Ｒの上限は特に制限されないが、吸音材２０を吸音パネル１の中空部に保持する観点から、１００％未満であることが好ましい。

正面板１０における開口部以外の非開口部１２ａ，１２ｂは、開口部を横切る方向における連続する長さが、開口部を横切る方向の正面板１０の全長に対して５％以下であることが好ましく、４％以下であることがより好ましく、３％以下であることがさらに好ましい。具体的には、開口部ａ_１，ａ_２を横切る方向が、図１におけるＸ軸方向である場合、非開口部１２ａのＸ軸方向に連続する長さが上記上限値以下であればよい。また、開口部ａ_１，ａ_２を横切る方向が、図１におけるＹ軸方向である場合、非開口部１２ｂのＹ軸方向に連続する長さが上記上限値以下であればよい。開口部ａ_１，ａ_２を横切る方向における連続する長さが上記上限値以下であることで、開口部ａ_１，ａ_２の偏りがなくなり、開口している部分から吸音材２０へ侵入する音の偏りがなくなるので、吸音材２０が効率よく音を吸音することができ、吸音効果を向上させることができる。

正面板１０は吸音材２０を収納する筐体の一部であり、正面板１０としては、開口部１１_１，１１_２，・・・，１１_ｎを有するものであれば特に限定されず、例えば、パンチングメタル、ルーバー及びガラリ等の板材を採用することができる。
正面板１０の材質としては、剛性及び耐久性を有する材質を採用することができ、例えば、金属、樹脂及び木製合板等が挙げられる。正面板１０の材質として、耐久性の面からは、金属が好ましく、中でも、高耐食性めっき鋼板及び溶融亜鉛めっき鋼板等のめっき鋼板が好ましい。高耐食性めっき鋼板として、具体的には、スーパーダイマ鋼板（登録商標）及びＺＡＭ（登録商標）鋼板等が挙げられる正面板１０は、耐食性を向上させるための塗装等を施してもよい。

正面板１０の厚みは、０．４ｍｍ以上２．３ｍｍ以下であることが好ましく、０．６ｍｍ以上１．６ｍｍ以下であることがより好ましく、１．０ｍｍ以上１．６ｍｍ以下であることがさらに好ましい。正面板１０の厚みが上記範囲内であることで、剛性及び耐久性を有する吸音パネル１とすることができる。

開口部１１_１，１１_２，・・・，１１_ｎは、単数であってもよく、複数であってもよい。開口部が単数である場合のｎは１であり、開口部が複数である場合のｎは開口部の個数を示す。
開口部１１_１，１１_２，・・・，１１_ｎの形状は、角孔、丸孔及び長孔等のいずれであってもよい。

吸音材２０は、正面板１０により形成される中空部を充填する。つまり、吸音材２０によって、吸音パネル１の内部が充填されることになり、吸音パネル１と車輌等の音源との間で発生する多重反射を吸音することで防音効果が大きくなる。

吸音材２０の材質は、特に限定されるものではないが、例えばグラスウール、ロックウール、合成繊維及び金属繊維等の乾式材料、並びに、ウレタンフォーム及びパテ等の湿式材料が挙げられる。吸音材２０の材質は、乾式材料又は湿式材料を単体で用いてもよく、乾式材料及び湿式材料を組み合わせて用いてもよい。乾式材料のうち、グラスウール等の水分を含むと変形するものは、撥水性のものを用いることが好ましい。

吸音材２０の乾式材料の密度は、２４ｋｇ／ｍ^３以上６４ｋｇ／ｍ^３以下であることが好ましく、２４ｋｇ／ｍ^３以上４８ｋｇ／ｍ^３以下であることがより好ましく、２４ｋｇ／ｍ^３以上３２ｋｇ／ｍ^３以下であることがさらに好ましい。吸音材２０の乾式材料の密度が上記範囲内であることで、吸音効果と吸音パネル１の軽量化とを両立させることができる。

吸音材２０の湿式材料の密度は、２０ｋｇ／ｍ^３以上２００ｋｇ／ｍ^３以下であることが好ましく、２５ｋｇ／ｍ^３以上１００ｋｇ／ｍ^３以下であることがより好ましく、３０ｋｇ／ｍ^３以上８０ｋｇ／ｍ^３以下であることがさらに好ましい。吸音材２０の湿式材料の密度が上記範囲内であることで、吸音効果と吸音パネル１の軽量化とを両立させることができる。

吸音材２０の厚みは、２５ｍｍ以上１５０ｍｍ以下であることが好ましく、５０ｍｍ以上１２５ｍｍ以下であることがより好ましく、５０ｍｍ以上１００ｍｍ以下であることがさらに好ましい。吸音材２０の厚みが上記範囲内であることで、吸音効果を向上させることができる。

吸音材２０は、撥水性又は防水性を有するクロス及びフィルムのいずれかによりなる保護材で覆われていることが好ましい。吸音材２０が、撥水性又は防水性を有するクロス及びフィルムのいずれかによりなる保護材で覆われていることで、吸音材２０に撥水性又は防水性を付与することができ、水分を含むことによる変形を防止し、耐久性を向上させることができる。また、保護材で吸音材２０を覆うことで、吸音材２０の飛散を防止することができ、吸音材２０の密度及び厚み等を制御することが用意となる。保護材としては、例えば、ガラスクロス、ポリフッ化ビニールフイルム及び四フッ化フロロエチレンフイルム等が挙げられる。保護材の厚みは、吸音材２０を覆って保持することが可能であれば特に限定されないが、０．０１〜１ｍｍ程度であることが好ましい。
なお、ガラスクロスは、特に限定されるものではないが、性能と飛散防止性能とのバランスから目の密度及び厚みがＥＰ１２Ｄ相当からＥＰ１８Ｂ相当（ＪＩＳＲ３４１４：２０１２）の範囲にあるものであることが好ましい。

本実施形態に係る吸音パネルによれば、筐体に収納された吸音材が本来保有する吸音性能に近い吸音性能を発揮可能となり、特に、高周波領域における騒音を十分に低減することができる。

［第１の吸音構造］
本発明の実施形態に係る第１の吸音構造は、吸音パネル１と、吸音パネル１が設置される壁面とを備える。

吸音パネル１の正面板１０と壁面との組み合わせにより形成される中空部には、上述の吸音材２０を配置することができる。

吸音パネル１は、高架橋、橋梁、掘割道路及び構造物の壁面に設置されて吸音構造を構成する。吸音パネル１を設置する壁面は、上述した吸音材２０を備えていない鉄板及びコンクリート壁等の既存のものを採用することができる。また、吸音パネル１を設置する壁面は、騒音の透過損失が要求される場合は、要求される透過損失を満足させるために、上述した吸音材２０を備えるものを使用することもできる。

［第２の吸音構造］
本発明の実施形態に係る第２の吸音構造は、図２に示すように、吸音パネル１と、吸音パネル１が設置される複数の立設された支柱３０とを備え、吸音パネル１の正面板２０のうち支柱３０によって覆い隠されない全体面積Ａ’に占める、支柱３０によって覆い隠されない開口部１１_１，１１_２，・・・，１１_ｎの合算面積ａ_１’＋ａ_２’＋・・・＋ａ_ｎ’の割合を示す開口面積比率が９０％以上である。
開口面積比率Ｒ’は、以下の式（２）により算出される。
Ｒ’（％）＝（ａ_１’＋ａ_２’＋・・・＋ａ_ｎ’）／Ａ’×１００・・・（２）

第２の吸音構造の吸音パネル１は、立設された支柱３０間に設けられることによって、支柱３０によって覆い隠される非開口部分が増加することになり、支柱３０を除いた部分の吸音パネル１に要求される開口面積比率Ｒ’は第２の実施形態における吸音パネル１より大きくなる。
以上より、開口面積比率Ｒ’は、支柱のサイズに依存するが、９０％未満であると、２，０００〜４，０００Ｈｚの高周波領域における騒音を低減させる性能が低下する。低周波領域における騒音は、開口面積比率Ｒ’が９０％未満であっても、波長が長いために音が回折し、開口している部分から吸音材２０へ侵入することができる。しかし、高周波領域における騒音は、波長が短く、直進性が高いため、開口面積比率Ｒ’が９０％未満であると、開口している部分から吸音材２０へ侵入することが困難となり、吸音性能が低下する。上記観点から、開口面積比率Ｒ’は、９２％以上であることが好ましく、９３％以上であることがより好ましく、９４％以上であることがさらに好ましい。開口面積比率Ｒ’の上限は特に制限されないが、吸音材２０を吸音パネル１の中空部に保持する観点から、１００％未満であることが好ましい。

以下に実施例を用いて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
なお、本発明における吸音パネルの評価方法は以下のとおりである。

＜評価基準＞
平成７年度建設技術評価制度（国土交通省）公募課題「騒音低減効果の大きい吸音板の開発」で規定された吸音性能試験方法（斜入射吸音率法）で得られる平均斜入射吸音率に関する評価基準を表１に示す。

［実施例１−１］
（吸音パネル）
開口面積比率が１００％、厚み１．２ｍｍ、高さ方向の寸法４８０ｍｍ、幅方向の寸法１，６０５ｍｍの正面板（ＺＡＭ（登録商標）鋼板、日鉄日新製鋼社製）を２０枚用意した。
正面板と壁面（床面）とにより形成される中空部を吸音材（グラスウール、マグ・イゾベール株式会社製）で充填した。吸音材の密度は３２ｋｇ／ｍ^３とし、吸音材の厚みは１００ｍｍとした。
実施例１−１の吸音パネルについて、斜入射吸音率法で得られる平均斜入射吸音率の結果を表２及び図３のグラフに示す。

［実施例１−２］
実施例１−１において、開口面積比率を９５％に変更した以外は実施例１−１と同様に吸音パネルを得た。
実施例１−２の吸音パネルについて、斜入射吸音率法で得られる平均斜入射吸音率の結果を表２及び図３のグラフに示す。

［実施例１−３］
実施例１−１において、開口面積比率を９０％に変更した以外は実施例１−１と同様に吸音パネルを得た。
実施例１−３の吸音パネルについて、斜入射吸音率法で得られる平均斜入射吸音率の結果を表２及び図３のグラフに示す。

［実施例１−４］
実施例１−１において、開口面積比率を８５％に変更した以外は実施例１−１と同様に吸音パネルを得た。
実施例１−４の吸音パネルについて、斜入射吸音率法で得られる平均斜入射吸音率の結果を表２及び図３のグラフに示す。

［比較例１−１］
実施例１−１において、開口面積比率を８０％に変更した以外は実施例１−１と同様に吸音パネルを得た。
比較例１−１の吸音パネルについて、斜入射吸音率法で得られる平均斜入射吸音率の結果を表２及び図３のグラフに示す。

［比較例１−２］
実施例１−１において、開口面積比率を７５％に変更した以外は実施例１−１と同様に吸音パネルを得た。
比較例１−２の吸音パネルについて、斜入射吸音率法で得られる平均斜入射吸音率の結果を表２及び図３のグラフに示す。

表１及び表２より、開口面積比率Ｒが８５％未満であると、高架道路の裏面に設置される吸音パネルに要求される平均斜入射吸音率０．９０以上を満たさなくなった。また、図３のグラフより、開口面積比率は、８５％未満であると、２，０００〜４，０００Ｈｚの高周波領域における騒音を低減させる性能が低下した。

［実施例２−１］
（吸音パネル）
厚み１．２ｍｍ、高さ方向の寸法４８５ｍｍ、幅方向の寸法１，７６５ｍｍの正面板（ＺＡＭ（登録商標）、日鉄日新製鋼社製）を１４枚用意し、縦に７行、横に２列として並べた。正面板における開口部以外の非開口部は、開口部を横切る方向における連続する長さが、開口部を横切る方向の正面板の全長である４８５ｍｍに対して５％である２４．３ｍｍを繰り返して配置し、開口面積比率を８５％とした。
正面板と背面部となる床面とにより形成される中空部を吸音材（グラスウール、マグ・イゾベール株式会社製）で充填した。吸音材の密度は３２ｋｇ／ｍ^３とし、吸音材の厚みは５０ｍｍとした。
実施例２−１の吸音パネルについて、残響室法吸音率法で得られる吸音率の結果を図４のグラフに示す。また、実施例２−１の吸音パネルについて、４００〜４,０００[Ｈｚ]における平均吸音率を表３に示す。

［比較例２−１］
実施例２−１において、正面板における開口部以外の非開口部は、開口部を横切る方向における連続する長さが、開口部を横切る方向の正面板の全長である４８５ｍｍに対して１０％である４８．５ｍｍに変更し、開口面積比率を８５％で同じとした以外は実施例２−１と同様に吸音パネルを得た。
比較例２−１の吸音パネルについて、残響室法吸音率法で得られる吸音率の結果を図４のグラフに示す。また、比較例２−１の吸音パネルについて、４００〜４,０００[Ｈｚ]における平均吸音率を表３に示す。

［比較例２−２］
実施例２−１において、正面板における開口部以外の非開口部は、開口部を横切る方向における連続する長さが、開口部を横切る方向の正面板の全長である４８５ｍｍに対して１５％である７２．８ｍｍに変更し、開口面積比率を８５％で同じとした以外は実施例２−１と同様に吸音パネルを得た。
比較例２−２の吸音パネルについて、残響室法吸音率法で得られる吸音率の結果を図４のグラフに示す。また、比較例２−２の吸音パネルについて、４００〜４,０００[Ｈｚ]における平均吸音率を表３に示す。

図４のグラフより、開口面積比率が同等の場合でも、実施例２−１の開口部の偏りがない場合の方が、比較例２−１、比較例２−２の開口部の偏りがある場合より吸音性能が高くなった。

表３より、開口面積比率Ｒが同様の場合でも、非開口部の連続する長さが増加すると、吸音率が低下することが分かる。また、表３より、非開口部の連続する長さが５％未満であると、４００〜４，０００Ｈｚにおける平均吸音率が１．０を超える非常に高い吸音効果を発揮できる。

１吸音パネル
１０正面板
１１開口部
１２非開口部
２０吸音材
３０支柱

Claims

開口部を有する正面板と、
前記正面板により形成される中空部に設けられた吸音材とを備え、
前記正面板の全体面積に占める前記開口部の合算面積の割合を示す開口面積比率が８５％以上である、吸音パネル。
前記正面板における前記開口部以外の非開口部は、前記開口部を横切る方向における連続する長さが、前記開口部を横切る方向の前記正面板の全長に対して５％以下である、請求項１に記載の吸音パネル。
請求項１又は２に記載の吸音パネルと、
前記吸音パネルが設置される壁面とを備える、吸音構造。
前記壁面は、吸音材を備えていない、請求項３に記載の吸音構造。
請求項１又は２に記載の吸音パネルと、
前記吸音パネルが設置される複数の立設された支柱とを備え、
前記吸音パネルの正面板のうち前記支柱によって覆い隠されない全体面積に占める、前記支柱によって覆い隠されない前記開口部の合算面積の割合を示す開口面積比率が９０％以上である、吸音構造。