JP2639393B2

JP2639393B2 - 防音壁

Info

Publication number: JP2639393B2
Application number: JP62322684A
Authority: JP
Inventors: 恭司藤原
Original assignee: Kagaku Gijutsu Shinko Jigyodan
Current assignee: Kagaku Gijutsu Shinko Jigyodan
Priority date: 1987-12-22
Filing date: 1987-12-22
Publication date: 1997-08-13
Anticipated expiration: 2012-08-13
Also published as: JPH01165808A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、高速道路や高速鉄道の側面などに設けられ
る防音壁に関するものである。

（従来の技術）高速道路や高速鉄道の側面には、交通騒音を遮るため
の防音壁が設けられている。この防音壁は、一般には音
源から発される音波を反射させ、その透過を阻止するよ
うにしたものである。

ところで、音波は回折するので、第８図に示されてい
るように音源01と受音点02との間に薄い防音壁03を設け
ても、音源01から防音壁03の上縁04を越えて受音点02に
至る音波を遮ることはできない。このような防音壁03の
遮音能力は、第９図のグラフで表される。このグラフ
は、第８図のような位置関係において、音源01と防音壁
上縁04との間の距離をd₀、防音壁上縁04と受音点02との
間の距離をｄ、防音壁03がないときの音源01と受音点02
との間の距離をr_dとして、音源01から防音壁上縁04を通
過して受音点02に至る距離d₀＋ｄと防音壁03がないとき
の音源01及び受音点02間の距離r_dとの差をδとすると
き、その距離差δと遮ろうとする音波の波長λとの比の
２倍、すなわちＮ＝２δ／λを横軸にとり、縦軸に防音
壁03があるときとないときとの受音点02における音圧レ
ベルの差をデシベル（dB）単位でとったものである。

このグラフから明らかなように、防音壁03による遮音
能力を高めるためには、距離差δを大きくすればよい。
すなわち、防音壁03の高さを高くして、音波の回折角α
が大きくなるようにすればよい。

そこで、従来は、人家が近接している地域などでは、
例えば4mを超えるような極めて高い防音壁を設けるよう
にしていた。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、そのように高い防音壁は、都市景観を
損なうばかりでなく、運転者に対して心理的圧迫感を与
えるという問題がある。また、防音壁を高くすると、大
きな風圧が加えられることになるので、その強度を極め
て強くすることが必要となり、建設コストが著しく増大
してしまう。

防音壁の厚さを厚くすることによっても遮音能力を高
めることはできるが、そのような厚い防音壁は、道路ぎ
わに設置するものとしては適していない。

このようなことから、近年、壁面にグラスウールやロ
ックウール等の吸音材を貼り付けるなどにより吸音性を
持たせた防音壁が見られるようになってきている。

このような吸音性を有する防音壁の遮音能力は、吸音
材の音圧反射率Ｒと音波の回折角αとに依存する。第10
図は、そのような吸音材による遮音効果を示すグラフで
ある。このグラフにおいて、縦軸は、反応性の防音壁に
吸音材を取り付けたときの遮音量の増加分をとったもの
である。したがって、完全に音波を反射する防音壁の場
合は、その横軸に一致する。

このグラフから明らかなように、反射率Ｒが小さいほ
ど、すなわち吸音性が高いほど、遮音効果は増大する。
しかしながら、回折角αの小さい範囲においては、反射
率Ｒ＝０、すなわち音波を完全に吸収する吸音材を用い
ても、遮音量はせいぜい数dB増加するにすぎない。十分
な遮音効果を得るためには、やはり回折角αを大きくる
すこと、すなわち防音壁を高くすることが必要となる。

このように、防音壁の壁面に吸音材を貼り付けても、
それほど遮音能力は上がらない。

また、このような吸音材は、繊維質あるいは多孔質の
ものが普通であり、耐候性が低いので、露天下にさらさ
れる防音壁に用いても、長期にわたってその効果を持続
させることはできない。

更に、このような吸音性の防音壁でも、特に低周波の
騒音は遮ることができないという問題がある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであ
って、その主な目的は、高さは低くても遮音能力の大き
い防音壁を得ることである。

また、本発明の他の目的は、耐候性が高く、特定の周
波数の音波を効果的に遮ることのできる防音壁を得るこ
とである。

（問題点を解決するための手段）この目的を達成するために、本発明では、防音壁を、
騒音の主成分をなす音波に対する音圧反射率がほぼマイ
ナス１の位相反転構造を有するものとして構成するよう
にしている。音圧反射率がマイナス１の位相反転構造と
は、音圧をエネルギ的には完全反射で位相的には逆相で
反射させる構造を言う。そのような位相反転構造は、例
えば、騒音の主成分をなす音波の波長の1/4の長さを有
し終端が閉じた音響管を多数集合させた音響管の集合体
によって実現することができる。1/4波長音響管に音波
が入射すると、その音波が音響管の終端で反射されて音
響管の口から出るときには、1/4波長分を１往復するこ
とにより半波長だけずれる。したがって、その音響管の
口の面で見ると、反射波は入射波に対してその位相が18
0度ずれることになる。すなわち、そのような音響管の
集合体の表面は音圧反射率がほぼマイナス１の位相反転
構造をなすことになる。そして、その音響管の口の部分
では、入射波と反射波とが打ち消し合うので音圧がゼロ
となる。すなわち、その音響管集合体の表面は音響的に
ソフトとなる。

そして、第１番目の発明は、防音壁の壁面をそのよう
な位相反転構造に構成したことを特徴とし、第２番目の
発明は、防音壁の頂部に取り付けられる筒上体を位相反
転構造としたことを特徴としている。

（作用）このように構成することにより、第１番目の発明の場
合には、防音壁の壁面が音響的にソフトなものとなる。
そして、反射率が負とされることにより、第10図に破線
で示されるように、遮音量が著しく増加する。

また、第２番目の発明の場合には、防音壁の上縁にお
ける音波の回折が低減されるようになるので、第７図に
実践で示されているように、遮音量が著しく増大する。

しかも、いずれの場合にも、防音壁が金属等の剛性材
のみによって形成されるので、耐候性、耐久性が問題と
なることはない。更に、音響管の長さ等を適宜選定する
ことにより、特定の周波数の音波が効果的に遮られるよ
うになるので、低周波騒音の遮音も可能となる。

（実施例）以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

図中、第１〜３図は第１番目の発明による防音壁の一
実施例としての実験模型を示すもので、第１図はその全
体側面図であり、第２図及び第３図はその防音壁の要部
の拡大縦断側面図及び拡大正面図である。

第１図から明らかなように、この模型防音壁１は、地
面に相当する大面積のコンクリートパネル２の上面に垂
直に立設されている。その防音壁１の高さは280mm、幅
（図の紙面に直交する方向）は2000mmとされている。

第2,3図に示されているように、この防音壁１は、壁
本体をなす厚さ5mmのアクリル板３の一方の面に、肉厚1
mm、直径16mmの塩化ビニル製のパイプ４を約2000本、互
いに接するように並べて、その一端面を接着することに
よって形成されている。したがって、そのパイプ４は、
先端が開放し終端が閉じた音響管となっている。そのパ
イプ４の長さは、設計周波数4kHzの音波の1/4波長に相
当する長さとされている。

このような実験模型を用いて、遮音性能の測定を行っ
た。その実験においては、第１図に示されているよう
に、防音壁１のパイプ４によって形成されている壁面側
に音源Ｓを置き、反対側に受信器５を置いた。音源Ｓの
位置は、防音壁１からの距離250mmでコンクリートパネ
ル２からの高さ62.5mmとした。また、受信器５は、コン
クリートパネル２からの高さは150mmで一定とし、防音
壁１からの距離が100mm、200mm、300mm、500mm、700m
m、1000mmの６点M1,M2,M3,M5,M7,M10に移動させた。そ
して、音源Ｓから4kHzの音波と8kHzの音波とを発生さ
せ、受信器５により各受音点M1,M2,…,M10における相対
音圧レベルを測定した。

また、比較のために、その防音壁１のパイプ4,4,…の
開放端面をアクリル板により覆って反射性の防音璧とし
た場合と、その防音璧１を取り払った場合とについて、
それぞれ同様の実験を行った。

第４図（Ａ），（Ｂ）はその測定結果を示すものであ
る。この図において、実験は本発明による防音壁１を用
いた場合、一点鎖線は反射性の防音璧を用いた場合、破
線は防音璧のない場合をそれぞれ示している。第４図
（Ｂ）に示されている8kHzの音波の場合には、実線と鎖
線とが一致している。

第４図（Ａ）から明らかなように、音源Ｓから発され
る音波が設計周波数4kHzの場合には、本発明の音響管を
備えた防音壁１とすることによって、反射性の防音壁よ
りも遮音能力が向上している。これは、音波の波長の1/
4の長さを有し終端が閉じた音響管に移送反転の反射特
性があり、そのような音響管の集合体によって形成され
た壁面の音圧反射率Ｒがマイナス１となることによるも
のである。

ただ、この実験の場合、理論的に予測されたほどの効
果は得られていない。これは、パイプ４に肉厚があり、
その面積が防音壁１の壁面全体の面積の23％にも及ぶた
め、反射波が互いに打ち消し合い、反射率Ｒがマイナス
１の壁面として作用しなかったことによるものと考えら
れる。したがって、肉厚の薄い音響管とすれば、より効
果が大きくなると予想される。また、この模型防音壁１
のように片面をアクリル板３とすると、その面は反射性
を有する壁面となる。そのために、その面による音圧レ
ベルの減衰が得られていない。したがって、アクリル板
３の両面を肉厚の薄いパイプの集合体によって覆うよう
にすれば、より理論値に近い遮音性能が得られるものと
考えられる。

第４図（Ｂ）に示されているように、設計周波数の倍
の周波数8kHzの場合には、音響管の有無による差は生じ
ない。これは、1/4波長音響管の音圧反射率Ｒがプラス
１になることによるものであり、理論的に予測されると
おりである。

このように、防音壁の壁面を、設計周波数の音波の波
長の1/4の長さを有する音響管の集合体によって構成す
ることにより、その設計周波数に近い周波数の音波に対
する壁面の音圧反射率Ｒがほぼマイナス１となり、高い
遮音能力を有する防音壁が実現されるようになる。

第５図及び第６図は第２番目の発明による防音壁を示
すもので、第５図はその説明図であり、第６図はその具
体的な構造を示す一実施例の縦断側面図である。

この図から明らかなように、この防音壁11は、壁本体
12と、その壁本体12の頂部に、その上縁13に沿って取り
付けられた円筒体14とによって構成されている。この円
筒体14は、設計周波数の音波、すなわち遮ろうとする騒
音の主成分をなす音波に対する音圧反射率Ｒがマイナス
１となるように構成されている。

このような反射特性を有する円筒体14は、第６図に示
されているように、設計周波数の音波の波長の1/4の長
さを有し終端が閉じた多数の音響管15,15,…を、放射状
に配列することによって構成することができる。

壁本体12の頂部にその上縁13に沿って柱状あるいは筒
状の吸音材を取り付けることにより、その上縁13におけ
る音波の回折が低減され、防音壁の遮音性能が向上する
ことは知られている。そのような吸音材に代えて、反射
率Ｒがマイナス１の位相反転構造を有する円筒体14を取
り付けるようにすれば、防音壁11の遮音能力は飛躍的に
高まるものと予想される。

そこで、音源Ｓ、受音点Ｍ、及び防音壁11の位置関係
を第５図に示されているように定めて、円筒体14による
遮音量の増分を理論的に求めてみる。円筒体14及び壁本
体12の壁面の反射率Ｒがマイナス１のとき、その増分
は、レベル表示して次式で与えられる。_Ｃ［EC］_Ｓ＝_Ｃ［ATT］_S,_C−_Ｃ［ATT］_h,₀ ここで_Ｃ［EC］_Ｓは、円筒波が入射した場合の円筒体
14の効果、_Ｃ［ATT］_S,_Cは、反射率Ｒがマイナス１の円
筒体14を頂部に取り付けた防音璧11に円筒波が入射した
場合の遮音量、_Ｃ［ATT］_h,_Oは、反射性を有する薄い防
音璧に円筒波が入射した場合の遮音量である。そして、_Ｃ［ATT］_S,_C＝20log₁₀|U_S,_C/U_ci|_Ｃ［ATT］_h,_o＝20log₁₀|L_h,₀/U_ci| U_S,_C＝（π/6）（a/6k²）^1/3exp［ikr_S＋ikr_m＋５πi/6］（r_S/r_m）^−1/2 ×Σsin（Λφ）sin（Λθ）exp［ΛΨ］／［Ａ′（q_m）］²/sin（２Λπ）Λ＝
ka＋ｉα_ma α_ｍ＝exp（−i π/6）（k/6a²）^1/3q_m Ψ＝cos^-1（a/r₀）＋cos^-1（a/r）したがって、各数値を代入することにより、_Ｃ［EC］_Ｓ
を求めることができる。いま、d₀＝60cm、ｄ＝60cm、μ
＝45゜、ν＝45゜として、円筒体14の相対的大きさkaの
各値について数値計算すると、第７図に実線で示されて
いるような結果が得られる。第７図の一点鎖線は、完全
吸音性の円筒体を取り付けた場合についての同様の数値
計算によって得られた推定値であり、破線は完全反射性
の円筒体を取り付けた場合の値である。

第７図で縦軸のゼロは、高さが同じで円筒体を備えて
いない反射性の防音璧による遮音量を示している。した
がって、縦軸の値は円筒体による遮音量の増分を示すこ
とになる。

この図から明らかなように、反射性の円筒体より吸音
性の円筒体の方が遮音量の増加が大きく、更に、吸音性
の円筒体より反射率Ｒがマイナス１の円筒体14の方がは
るかに大きな遮音量の増加をもたらす。

壁本体12の壁面が反射性のものである場合にも、この
ような円筒体14を取り付けることによって、遮音量がか
なり増加するものと推定される。

なお、この実施例においては、璧本体12の頂部に取り
付ける物体を円筒体14としているが、この物体は必ずし
も円筒状でなくてもよく、角筒状等、任意の筒状体とす
ることができる。

また、第１〜３図及び第６図の実施例における反射率
マイナス１の音響管も、必ずしも円筒状とする必要はな
く、角筒状のものやハニカムコア等を用いるようにして
もよい。

そして、このような防音璧１あるいは11は、金属等の
ようなエネルギ反射率が１の剛性材のみによって構成す
ることができるので、天候によってその効果が左右され
ることもなく、耐久性の高いものとすることができる。

また、音響管の長さを適宜選定することにより、特定
の周波数の遮音量を増大させることができる。したがっ
て、音響管にある程度の長さを持たせれば、低周波の騒
音を効果的に遮る防音璧とすることもできる。

（発明の効果）以上の説明から明らかなように、本発明によれば、防
音璧に音圧反射率がほぼマイナス１の位相反転構造を持
たせるようにしているので、その防音璧が剛性材によっ
て構成されていても音響的にソフトとなり、極めて高い
遮音能力を有する防音璧とすることができる。そして、
そのように剛性材によって構成することができるので、
その防音璧は耐候性、耐久性に優れたものとなる。

また、設計により、任意の周波数の遮音量を特に増大
させることができるので、低周波用の防音璧として適し
たものとすることも可能となる。

しかも、既存の防音璧にパイプ等を接合するだけで形
成することができるので、その建設費も安価に抑えるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による防音璧の一実施例としての実験
模型を示す全体構造の側面図、第２図は、その防音璧の一部を拡大して示す縦断側面
図、第３図は、その防音璧の一部の拡大正面図、第４図は、その防音璧による実験結果を示すグラフ、第５図は、本発明による防音璧の他の実施例を示す説明
図、第６図は、第５図の防音璧の具体的構造を示す拡大縦断
側面図、第７図は、その防音璧による効果を数値計算によって求
めた結果を示すグラフ、第８図は、従来一般の防音璧の説明図、第９図は、第８図の防音璧による効果を示すグラフ、第10図は、従来の吸音性を有する防音璧の効果を示すグ
ラフである。１……模型防音璧３……アクリル板（壁本体）４……パイプ（音響管）、11……防音璧 12……壁本体、13……上縁 14……円筒体（筒状体）、15……音響管Ｓ……音源Ｍ……受音点

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】壁面が、騒音の主成分をなす音波に対する
音圧反射率がほぼマイナス１の位相反転構造に構成され
ている、防音壁。
【請求項２】前記壁面が、騒音の主成分をなす音波の波
長の1/4の長さを有し終端が閉じた多数の音響管を並設
した音響管の集合体によって構成されている、特許請求の範囲第１項記載の防音壁。
【請求項３】前記音響管の集合体が壁本体の両面に設け
られている、特許請求の範囲第２項記載の防音壁。
【請求項４】壁本体の頂部に、その上縁に沿う筒状体が
取り付けられ、その筒状体が、騒音の主成分をなす音波に対する音圧反
射率がほぼマイナス１の位相反転構造に構成されてい
る、防音壁。
【請求項５】前記筒状体が、騒音の主成分をなす音波の
波長の1/4の長さを有し終端が閉じた多数の音響管を放
射状に配列した音響管の集合体によって構成されてい
る、特許請求の範囲第４項記載の防音壁。
【請求項６】前記壁本体の壁面も同様な位相反転構造に
構成されている、特許請求の範囲第４項記載の防音壁。