JP3640648B2 - 防音装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、道路、鉄道、工場等からの騒音を遮断する防音壁の上縁に取り付けられる防音装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の防音壁は、高くすることにより、騒音を遮断しようとしていた。しかしながら、防音壁の高さを高くすると、強い風圧を受けたり、工費が高くなったり、日照被害を大きくしたり、見晴らしが悪くなったりと、不都合なことが多くなり、防音壁の高さには限界があった。また、単に防音壁を高くしただけでは、騒音は、防音壁の上縁で回折して受音者側に到達するため、充分に騒音を遮断することができなかった。
【０００３】
このため、特開平９−１５１４２０号公報では、図に示したような防音壁２の上縁に設ける防音装置２００を提案している。この防音装置２００は、筒状部分２３０の外周に放射方向に延びる第１及び第２の仕切り２１０、２２０を固定している。第１の仕切り２１０は筒上部分の周囲に沿う円環状をしており、第２の仕切り２２０は、第１の仕切り２１０と直交して長手方向に沿っている。両仕切り２１０、２２０と筒状部分２３０によって、音響部屋２４０が形成される。音響部屋２４０の深さは、音源から放射される騒音の主成分音波の波長λの約１／４程度にされる。波長λの音波が音響部屋２４０に入射すると、音響部屋２４０の底の筒状部分２３０で反射され、音響部屋２４０の開口において入射波と反射波は丁度逆位相となり、互いに打ち消し合う。このように、防音装置２００によって、防音装置２００の上側を回折する騒音が音響部屋２４０からの反射波によって弱められ、受音者側へ伝わる騒音を小さくしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記公報に記載された防音装置２００では、音響部屋２４０の深さで定まる特定の波長付近の音波に対しては効果的な防音効果を奏するが、それ以外の周波数帯では逆に騒音を悪化させてしまうという現象がある。また、防音効果を奏する周波数が、音響部屋２４０の深さで定まるため、低周波音に対しては、防音装置２００が大きくなり過ぎるという問題もあった。
【０００５】
本発明は、上記問題を解決するもので、小型で低音から高音まで広い周波数範囲にわたって充分な防音効果を有し、かつ、騒音源となるようなことのない防音装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、請求項１に係る発明では、防音壁の上縁に固定される防音装置において、前記防音装置は、平坦な天井を有するとともに、前記防音壁と直交方向に沿って複数の共鳴室に区画され、各共鳴室の天井には外部と連通する開口が形成され、これらの各共鳴室は、共振周波数が互いに異なるとともに、全ての共鳴室について音源側ほど共振周波数が低く、受音者側ほど共振周波数が高くされたことを特徴とする。
【０００７】
防音装置は、平坦な天井を有するとともに、各共鳴室の天井には外部と連通する開口が形成されたから、各共鳴室は、共鳴室の共振周波数以上の周波数の騒音を受けると、騒音と逆位相の音波を上方へ放射させ、防音装置の上方で騒音と共鳴室から放射された音波とが干渉して、防音装置の上面を回折する騒音の音圧が低下する。特に、共鳴室の共振周波数より少し高い周波数の騒音に対しては、共鳴室は、騒音と逆位相で、しかも大きな音圧の音波を放射するので、騒音の音圧を効果的に低下させることができる。また、各共鳴室の共振周波数は、互いに異なるとともに、全ての共鳴室について音源側ほど低く、受音者側ほど高くされているので、低音から高音までの広い周波数成分を含む騒音の音圧を効果的に下げることができる。
【０００８】
請求項２に係る発明では、請求項１に係る発明において、前記防音装置は、音源と反対側の底部に傾斜部を設けたことを特徴とする。底部に傾斜部を設けたから、音源と反対側の共鳴室の容積を特に小さくして、その共振周波数を特に高くすることにより、低音からさらに高音までのいっそう広い周波数成分を含む騒音の音圧を効果的に下げることができる。
【０００９】
請求項３に係る発明では、請求項１または２に係る発明において、前記天井は異なる開口面積と首下長さを有するものが複数種類用意されており、これらの天井は交換可能にされたことを特徴とする。天井を交換することにより、開口の面積と首下長さを変えて、防音装置の大きさや外形を変更することなく、各共鳴質の共振周波数を変更することができ、これによって、騒音における強い周波数成分の音圧を効果的に下げることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】
まず、図１−図５に基づいて、本発明の第１実施例の防音装置について説明する。図１は、本実施例の概略を説明する図であり、図２は、防音壁の上縁に固定した状態の防音装置の正面図であり、図３は、この防音装置の平面図であり、図４は、図２におけるIV−IV線及び図３におけるIV−IV線に沿う断面図であり、図５は、この防音装置を防音壁の上縁に固定する構造を説明する図である。
【００１２】
本実施例の防音装置１０は、図１に示したように、防音壁２の上縁に固定されるもので、高さ約１５０ｍｍ、幅約５００ｍｍ、長さ約２ｍ（図２参照）程の中空部材であり、両端が閉鎖されている。その天井１２は平坦であり、その底部１８は、天井１２より幅が狭い水平部１４と、幅約１６０ｍｍ程の傾斜部１６とを有し、この防音装置１０は略台形断面を有している。また、この防音装置１０は、防音壁２に平行に配置された複数の区画壁２０により、防音壁２と直交方向に沿って、複数の小室２２に区画され、各小室２２の断面積は、音源２４側ほど大きく、受音者２６側ほど小さくしてある。
【００１３】
各小室２２は、天井１２に外部と連通する開口であるスリット２８を有し、スリット２８の開口面積ｓ、スリット２８の首下長さｄ、小室２２の容積Ｖ、音速ｃによって定まる共振周波数ｆを持った共鳴室（以下、小室２２を共鳴室という。）となっている。共鳴室２２の共振周波数ｆは、
ｆ＝（ｃ／（２π））√（ｓ／（ｄ・Ｖ））
で与えられる。したがって、各共鳴室２２は、容積Ｖが音源２４側ほど大きく受音者２６側ほど小さいので、各共鳴室２２の共振周波数ｆは、音源２４側ほど低く、受音者２６側ほど高くなっている。
【００１４】
また、この防音装置は、図４に示したように、第１−第５の５つの部材３１−３５を嵌合により結合して、第１−第４の４つの共鳴室２２ａ−２２ｄを形成している。第１部材３１は、第１共鳴室２２ａの底部１４ａと、第１共鳴室２２ａの半分を覆う天井１２ａと、第１共鳴室２２ａの音源２４側の側壁３６とを構成している。第２部材３２は、第１共鳴室２２ａと第２共鳴室２２ｂの間の第１区画壁２０ａと、第２共鳴室２２ｂの底部１４ｂと、第２共鳴室２２ｂと第３共鳴室２２ｃとの間の第２区画壁２０ｂを構成している。第３部材３３は、第３共鳴室２２ｃ及び第４共鳴室２２ｄの底部１４ｃと、第３共鳴室２２ｃと第４共鳴室２２ｄとの間の第３区画壁２０ｃと、第３共鳴室２２ｃの半分及び第４共鳴室２２ｄの半分を覆う天井１２ｄと、第４共鳴室２２ｄの受音者２６側の側壁３８と、第４共鳴室２２ｄの半分を覆う天井１２ｅとを構成している。これらの第１−第３の３つ部材３１、３２、３３は、互いに底部１４ａ、１４ｂ、１４ｃにおいて嵌合により結合されている。
【００１５】
第４部材３４は、第１区画壁２０ａの上部に嵌合により結合されるもので、第１共鳴室２２ａの半分及び第２共鳴室２２ｂの半分を覆う天井１２ｂを構成している。第５部材３５は、第２区画壁５２の部に嵌合により結合されるもので、第２共鳴室２２ｂの半分及び第３共鳴室２２ｃの半分を覆う天井１２ｃを構成している。各共鳴室２２ａ−２２ｄの各天井１２ａ−１２ｅは、隣接する天井の間にスリット２８となる隙間が設けられ、各スリット２８には天井１２ａ−１２ｅから垂下した首下部２９が設けられている。また、天井１２ｂと１２ｃからは区画壁２０ａ、２０ｂの両側と接して垂下する嵌合突片５０が形成される。これらの第１−第５の各部材は、押出加工によって成形する。
【００１６】
この防音装置１０の両端は端壁５４によって閉鎖される（図５参照）。この端壁５４には図示しない接合代が設けられていて、天井１２ａ−１２ｄや側壁３６，３８を挿通させたねじ５６を接合代に設けられたねじ孔に螺合させることによって、端壁５４は防音装置１０の両端に結合される。
【００１７】
この防音装置１０の材料は、所定の対候性と強度を有するものであれば、金属、合成樹脂等、どのようなものでもよいが、本実施例では、軽量安価で、加工性と耐食性の良いアルミニウムを用いた。
【００１８】
この防音装置１０を上縁に固定する防音壁２は、図２及び図３に示したように、標準的には約２ｍ間隔で立設されたＨ形鋼４を備えており、隣り合うＨ形鋼４の間には複数枚の防音パネル６を上下方向に積み上げて配置している。防音パネル６の両端は、Ｈ形鋼４の一対のフランジ８の間に配置され、防音パネル６各端部と一方のフランジ８との間には弾性部材７が介在されていて、この弾性部材７によって防音パネル６が崩れないように保持されている。
【００１９】
図５に基いて、この防音装置１０を防音壁２の上縁に固定する構造を説明する。各Ｈ形鋼４の上縁には受板６０が固定され、受板６０の下面とＨ形鋼４のフランジ８との間には補強アングル６２が固定される。隣り合うＨ形鋼４上の受板６０間には、パネル押さえ板７０が架渡される。パネル押さえ板７０は、幅方向両側が下方に折り曲げられたパネル押さえ部７２になっており、長手方向両端には水平拡幅部７４を有している。パネル押さえ板７０の水平拡幅部７４と受板６０と補強アングル６２に夫々に開けられた開口（７６等）にボルト７７を挿通してナット７８を締める（図４参照）ことで、パネル押さえ板７０の各端と受板６０とをＨ形鋼４の上端に固定する。このとき、パネル押さえ部７２は、最上段の防音パネル６の上縁をしっかりと挟持するととともに、防音装置１０と最上段の防音パネル６の上縁との間に隙間ができないようにしている。水平拡幅部７４に開けられた開口７６は、長孔になっていて、各部品等に製造誤差があってもボルト７７を開口７６等に挿入できるようになっている。
【００２０】
防音装置１０の側壁３６、３８には、ねじ孔４６が開けられている。受板６０には、防音装置１０の底部１８に一致するような水平部６３と傾斜部６５と垂直部６４が設けられており、この垂直部６４には長孔６６が開けられている。防音装置１０の両端を隣り合う受板６０夫々の内面に当接させ、受け板６０の垂直部６４に開けられた長孔６６を挿通させたねじ６８を防音装置１０の側壁３６、３８のねじ孔４６に螺合させることに、防音装置１０は防音壁２の上縁に固定される。
【００２１】
本実施例は、以上のように構成されているので、次に述べるような効果を奏する。
【００２２】
各共鳴室２２は、スリット２８付近の空気で形成されるマス部と、共鳴室内の空気で形成されるバネとからなる１自由度の振動系と見做すことができる。このような１自由度のマスバネ振動系においては、図６に示したように、加振力に対するマス部の変位の位相は、共振周波数以下の周波数帯では同位相であるが、共振周波数以上の周波数帯では逆位相になる特徴を有している。
【００２３】
このことから類推できるように、音源２４から出た騒音が、この防音装置１０の上側に来ると、スリット２８付近の空気は、騒音によって加振され、共鳴室２２の共振周波数以上の周波数では騒音と逆位相になって振動して、上方へ音波を放射する。このため、防音壁２の上縁にこの防音装置１０に備えれば、騒音が防音装置１０の上面で回折する際に、共鳴室２２の共振周波数以上の周波数では、騒音と共鳴室２２から放射された音波が干渉を起こして、騒音の音圧を下げ、特に共振周波数より少し高音の騒音に対しては効果的に音圧を下げて、受音者２６に伝わる騒音を低減させることができる。この際、音源の出す騒音の音圧が極大となる周波数に合わせて、各共鳴室２２ａ−２２ｄの容積Ｖ、各スリット２８の開口面積ｓと首下長さｄを変えて、各共鳴室２２ａ−２２ｄの共振周波数を適切に設定できるので、受音者２６側へ伝わる騒音を低音から高音の広い周波数領域にわたって低減させることができる。
【００２４】
また、本実施例の防音装置１０は、小さな断面積の複数の部材３１−３５を結合して構成されているから、製造装置が大型化せず製造が容易である。そして、この防音装置１０を防音壁２の上縁に固定するときは、ねじ締めのみでできるので、防音壁２への取付けも容易である。
【００２５】
さらに、一部の天井１２ｂ、１２ｃは交換可能であるから、これらの天井１２ｂ、１２ｃに異なるスリット２８の開口面積ｓと首下長さｄを有するものを複数種類用意しておくと、防音装置１０の外形と大きさを変えなくても、一部天井１２ｂ、１２ｃの交換により、一部共鳴室２２ａ−２２ｃの共振周波数を容易に変更できて、種々の騒音源に対して効果的に騒音低減が可能となる。
【００２６】
図７−図１５に、この防音装置による騒音の低減効果の実験結果を示す。
図７は、前記実施例の防音装置１０による騒音の低減効果の数値シミュレーション結果を示す図である。ここで、破線は、音源２４側ほど共鳴室２２の共振周波数を低くした場合の騒音低減効果を示し、実線は、逆に音源２４側ほど共鳴室２２の共振周波数を高くした場合の騒音低減効果を示している。これから、音源２４側ほど共鳴室２２の共振周波数を低くした場合のほうが、音源２４側ほど共鳴室２２の共振周波数を高くした場合よりも、２００−３００Ｈｚ付近、５００−９００Ｈｚ付近で騒音低減効果が大きいことが分かり、これ以外の周波数領域では、両者は略同じ程度の騒音低減効果を有することが分かる。
【００２７】
図８は、前記実施例の防音装置１０による普通舗装交通騒音の低減効果の実験結果を示す図である。図９は、前記実施例の防音装置による排水舗装交通騒音の低減効果の実験結果を示す図である。図８と図９において、斜線の入った棒は防音壁２の上縁に防音装置１０を固定した場合の騒音低減効果を示し、無地の棒は防音壁のみの騒音低減効果を示し、（ ）内の数字は両者の騒音低減効果の差を示している。この実験は、図１０に示したように、半無響室内において、普通舗装交通騒音又は排水舗装交通騒音の音源２４から３．７５ｍ離れた場所に、前記実施例の防音装置１０を上縁に設けた防音壁２を立設して行った。防音装置１０は床面から１．６３ｍの高さで、６つの測定点Ｐ１−Ｐ６で騒音を測定した。これらの実験から、防音壁２の上縁に防音装置１０を設けた場合は、これを設けない場合よりも、普通舗装交通騒音又は排水舗装交通騒音のいずれに対しても、騒音を低減させることが確認された。なお、普通舗装交通騒音が約１０００Ｈｚ程度に騒音のピークを有するのに対して、排水舗装交通騒音は、約６５０Ｈｚ程度に騒音のピークを有していて、低音成分が強くなっている。
【００２８】
図１１−図１５は、図１０に示したように音源２４と防音装置１０と防音壁２とを配置し、測定点Ｐ５で騒音を測定することにより、防音装置１０の各共鳴室２２単独の騒音低減効果を調べた実験結果である。
【００２９】
図１１は、防音装置１０の全てのスリット２８に蓋をした場合と、最も音源に近い共鳴室２２（共振周波数２５０Ｈｚ付近）のスリット２８を開け、これ以外のスリット２８に蓋をした場合の騒音低減効果を比較した図である。この実験からは、２５０−６００Ｈｚ付近で騒音の低減効果が認められ、特に、２５０−４００Ｈｚ付近での低減効果が大きいことがわかった。
【００３０】
図１２−図１４は、防音装置１０の全てのスリット２８に蓋をした場合と、音源２４から夫々２、３、４番目の各共鳴室２２のスリット２８を開け、これ以外のスリット２８に蓋をした場合の騒音低減効果を比較した図である。これらの実験からも、各共鳴室２２とも共振周波数からこれより少し高音の領域で低減効果を有することが認められた。
【００３１】
図１５は、防音装置１０の全てのスリット２８に蓋をした場合と、防音装置１０の全てのスリット２８開けた場合との騒音低減効果を比較した図である。これによれば、約２５０Ｈｚ以上の周波数では、本実施例の防音装置１０が騒音低減効果を有することが分かる。
【００３２】
次に、図１６に基いて、第２の実施例について説明する。図１６は、本実施例の防音装置１０の横断面図であり、この防音装置１０では、底部１８と両側壁３６、３８と区画壁２０を押出成形により一体に形成し、複数枚の天井５２ａ−５２ｅを夫々両側壁３６、３８と各区画壁２０の上縁に交換可能に固定する。各天井５２ａ−５２ｅの間の隙間はスリット２８となり、このスリット２８の両側では、天井５２ａ−５２ｅから下方へ折り曲げた首下部２９が形成される。また、前部の天井５２ａ−５２ｂの下面からは、区画壁２０の両側又は側壁３６、３８の一側に接して垂下する嵌合用突片５０が形成される。これ以外は、前記第１実施例と同じである。
【００３３】
本実施例では、スリット２８の幅と首下長さを変更できるように、種々の天井板５２ａ−５２ｅを用意しておき、天井５２ａ−５２ｅを交換することにより、スリット２８の開口面積と首下長さを変更可能にしている。これにより、騒音の周波数分布に応じて、全部の共鳴室２２の共振周波数を最も効果的に騒音低減できるように設定できるので、第１実施例の効果に加えて、種々の騒音源に対していっそうの騒音低減が可能となる。
【００３４】
ところで、本発明は、上記実施例に限るものではなく、例えば、次のように変形してもよい。たとえば、防音装置１０の共鳴室２２は、４つに限らず、騒音の周波数分布に応じた適切な数であればよい。また、防音装置１０は、前記第１実施例や第２実施例と異なる数の数の部材から組立ててもよく、これらの部材の接合は、嵌合に限ることはなく、ねじ、リベット、溶接、接着等の適宜締結具により、これらの部材どうしを接合してもよい。さらに、天井１２には、スリット２８の代りに、円形孔や角型孔等の開口を設けてもよい。
【００３５】
【発明の効果】
以上、実施例により詳細に説明したことから理解できるように、請求項１に係る発明によれば、本発明の防音装置は、平坦な天井を有するとともに、各共鳴室の天井には外部と連通する開口が形成されたから、各共鳴室は、共鳴室の共振周波数以上の周波数の騒音を受けると、騒音と逆位相の音波を上方へ放射させ、防音装置の上方で騒音と共鳴室から放射した音波とを干渉させて、受音者側へ伝わる騒音を低減させる。特に、共鳴室の共振周波数より少し高い周波数の騒音に対して、騒音を低減させる効果が大きい。また、各共鳴室の共振周波数は、互いに異ならせるとともに音源側ほど低くされているので、低音から高音までの広い周波数成分を含む騒音に対しても、受音者側へ伝わる騒音を効果的に低減させる。
【００３６】
請求項２に係る発明では、請求項１に係る発明において、さらに、防音装置は、音源と反対側の底部に傾斜部を設けたから、音源と反対側に特に容積の小さな共鳴室を備えることによって、その共鳴室の共振周波数を特に高くして、低音からさらに高音までの周波数成分を含む騒音に対しても、受音者側へ伝わる騒音をいっそう効果的に低減させることができる。
【００３７】
請求項３に係る発明では、請求項１または２に係る発明において、さらに、天井は異なる開口面積と首下長さを有するものが複数種類用意されており、これらの天井は交換自在にされたから、天井を交換することにより、開口の面積と首下長さを変えて、防音装置の大きさや外形を変更することなく、各共鳴質の共振周波数を変更して、騒音の周波数成分に応じて、最も効果的に受音者側へ伝わる騒音を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る防音装置の概略の横断面図である。
【図２】前記第１実施例の防音装置の正面図である。
【図３】前記第１実施例の防音装置の平面図である。
【図４】図２におけるIV−IV線及び図３におけるIV−IV線に沿う断面図である。
【図５】前記防音装置を防音壁の上縁に固定する構造を説明する図である。
【図６】一般のマス−バネ系における加振力と変位の位相関係を説明する図である。
【図７】前記防音装置の効果を数値シミューションにより求めた図である。
【図８】前記防音装置の普通交通騒音に対する騒音低減の実験結果を示す図である。
【図９】前記防音装置の普通交通騒音に対する騒音低減の実験結果を示す図である。
【図１０】前記防音装置の実験において、音源と防音壁と防音装置と観測点の位置関係を示す図である。
【図１１】前記防音装置の第１共鳴室による騒音低減の実験結果を示す図である。
【図１２】前記防音装置の第２共鳴室による騒音低減の実験結果を示す図である。
【図１３】前記防音装置の第３共鳴室による騒音低減の実験結果を示す図である。
【図１４】前記防音装置の第４共鳴室による騒音低減の実験結果を示す図である。
【図１５】前記防音装置の全共鳴室による騒音低減の実験結果を示す図である。
【図１６】本発明の第２実施例に係る防音装置の概略の横断面図である。
【図１７】従来の防音壁の上縁に固定される防音装置の斜視図である。
【符号の説明】
２ 防音壁
１０、２００ 防音装置
１２ 天井
１６ 傾斜部
１８ 底部
２２ 小室（共鳴室）
２８ スリット（開口）

Claims (3)

1. 防音壁の上縁に固定される防音装置において、
   前記防音装置は、平坦な天井を有するとともに、前記防音壁と直交方向に沿って複数の共鳴室に区画され、各共鳴室の天井には外部と連通する開口が形成され、これらの各共鳴室は、共振周波数が互いに異なるとともに、全ての共鳴室について音源側ほど共振周波数が低く、受音者側ほど共振周波数が高くされたことを特徴とする防音装置。
2. 前記防音装置は、音源と反対側の底部に傾斜部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の防音装置。
3. 前記天井は異なる開口面積と首下長さを有するものが複数種類用意されており、これらの天井は交換可能にされたことを特徴とする請求項１又は２に記載の防音装置。

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