JP3658645B2

JP3658645B2 - 両面吸音板

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Publication number: JP3658645B2
Application number: JP22311499A
Authority: JP
Inventors: 伸一木下; 俊光田中; 理恵杉本; 健治岩井; 忠行箕浦; 秀生荒金
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1998-08-20
Filing date: 1999-08-05
Publication date: 2005-06-08
Anticipated expiration: 2019-08-05
Also published as: JP2000129636A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、両側から騒音がくる場所、例えば道路の中央分離帯や堀割道路の開口部中間位置に設置して、その騒音を吸収する両面吸音板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
道路騒音や鉄道騒音に対する規制や世論が厳しくなってきており、その対策が重要になってきている。例えば高速道路等、中央分離帯のあるような道路では、従来のように沿道に防音壁を設置するだけでなく、中央分離帯に防音壁を設置することが提案されている。また、建設費や排ガスの換気や採光の面でトンネル道路よりも有利な半地下式の堀割道路では、堀割開口部から騒音が放射状に広がって、特に沿道の高層住宅で問題となっているが、これに対しても、堀割開口部壁面に吸音板を設置したり、開口部中間位置にスリット状鉛直に吸音板を設置することが提案されている（特開昭４９−１７０２６号公報参照）。
【０００３】
道路の中央分離帯に設置される防音壁や堀割開口部中間位置に設置される吸音板においては、当該吸音板の両側からくる騒音を吸収する必要があり、そのため、図１６（ａ）、（ｂ）に示すような両側が吸音表面となる両面吸音板が使用されている。このうち図１６（ａ）の吸音板は、前面に多孔板１を有し、背面に遮音板２を有し、その間に防水フィルム３で覆われたグラスウール等の吸音材４を配置した通常の片面吸音板Ａを２つ背中合わせに重ねただけの構造である。また図１６（ｂ）の吸音板は、両面に多孔板１を有し、中央部に遮音板２を有し、その間に防水フィルム３で覆われたグラスウール等の吸音材４をそれぞれ配置した構造であり、簡単にいえば、２つの片面吸音板Ａが背中合わせに一体化し、共通の遮音板を有するようになったものである。なお、（ａ）、（ｂ）において、５、６は空気層である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図１６（ａ）の両面吸音板は、通常の片面吸音板を２つ背中合わせに重ねることから、吸音板が倍必要でコストが高くなり、重量、幅も大きくなるという欠点がある。また、図１６（ｂ）の両面吸音板は、両多孔板の中央に遮音板があり、両多孔板と遮音板の間に１つずつ吸音材を配置し、しかもそれらを空気層を隔てて保持することから、構造が複雑となり、部材コスト及び組立コストが高くなるという欠点がある。
本発明は上記従来の両面吸音板の問題点に鑑みてなされたもので、構造が簡素で、薄肉化、軽量化でき、コストを低減できる両面吸音板を得ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
ところで、上記の両面吸音板はいずれも、吸音材により吸音性能を確保し、同時に吸音材を通り背面に抜ける透過音を遮断するため遮音板を吸音材の背面に設けるという、道路騒音等に対する従来の片面吸音板の考え方をそのまま踏襲したもので、結果的に背面への遮音を重視した構造となっている。なお、遮音板としては、一般に、通気性がなく面密度１ｋｇ／ｍ^２以上の板が用いられる。しかし、片面吸音板と異なり、両面吸音板には前面、背面という区別は必要なく、背面への遮音のみをことさら重視しなくてはならない理由はない。つまり、両面吸音板の場合、吸音板全体として高い吸音性能が得られればその目的を達し得ると考えられる。
本発明は、この考え方に基づいてなされたものである。
【０００６】
本発明に係る両面吸音板は、矩形板状に成形された吸音材と、該吸音材の外周４辺を囲って支持する枠体と、前記枠体で囲われていない吸音材の両表面から離隔して当該表面を覆い、かつ前記枠体に着脱可能に取り付けられた多孔板からなる。多孔板と吸音材表面の間には、この間隔（空気層）を保持する間隔保持片を設置することが望ましい。
なお、本発明に係る両面吸音板では、従来の両面吸音板のように吸音材の中間位置に遮音板を設置しない。ここでいう遮音板とは、通気性がなく面密度１ｋｇ／ｍ^２以上の板を意味し、本発明に係る上記両面吸音板では、必要に応じ、上記に定義される遮音板に相当しないフィルムや板を中間位置に介在させることができる。
【０００７】
さらに、この両面吸音板において、吸音材が所定のかさ比重で矩形板状に成形された繊維状吸音材であり、その厚みが５０〜２００ｍｍであることが望ましい。
その場合、上記吸音材がそれぞれ所定のかさ比重で矩形板状に成形された繊維状吸音材を複数層積層したもので、その全体の厚みが５０〜２００ｍｍであること、さらにそれが中間層の繊維状吸音材のかさ比重を３２ｋｇ／ｍ^３以上とし、両側の繊維状吸音材のかさ比重を３２〜６４ｋｇ／ｍ^３とした３層積層構造であること、さらにその場合、中間層の繊維状吸音材の厚さの全体厚さに対する比率を５０％以上とすること等が好ましい形態として挙げられる。また、多孔板と繊維状吸音材表面との離隔距離、つまり空気層の厚みは１０〜３０ｍｍであることが好ましい。
【０００８】
本発明に係る両面吸音板の構造によれば優れた吸音性能を得ることができる。図１は、従来の両面吸音板（ａ）と本発明の両面吸音板（ｂ）に入射する音波Ｉが、吸音材中を通過し、あるいは吸音材や遮音板の表面で反射し、また反対側に透過する様子を単純化して示すものであるが、（ａ）では遮音板があるため吸音材の半分（遮音板の反対側の吸音材）は全く吸音作用を発揮できず、（ｂ）では吸音材全体が吸音作用を発揮できる。従って、入射した音波が吸音材中を通過する距離が長くなり、その際、音波のエネルギーが空気と繊維との摩擦により熱エネルギーに変換され、高い吸音性能を示す。また、仮に（ｂ）の吸音材の中心部に通気性のある板（例えば金網、多孔板）や、通気性がなくても面密度１ｋｇ／ｍ^２に満たないような板、プラスチックフィルム等が介在していても、音波のエネルギーはその板又はフィルムを通して反対側の吸音材に伝播するので、吸音材全体が吸音作用を発揮し得る。
【０００９】
しかも、後述するように、吸音板の吸音率は、ある程度以上の厚さをもつ吸音材を備える場合に高くなるが、（ａ）では２つの吸音材が完全に独立しているので、それぞれ好ましい厚さの吸音材を用いると両面吸音板の厚みが大きくなり、逆に両面吸音板の厚さを抑えると吸音材の厚みが小さくなり吸音性能が低下するというように、吸音材の厚みの選択に制約があり、一方、（ｂ）では吸音材は全幅で１つと考えればよいので、（ａ）に比べればそのような制約は事実上ないに等しい。そのほか、吸音材の種類（かさ密度）、その組み合せ、空気層の厚さ等を選択することでも、吸音率を向上させることが可能である。
本発明の両面吸音板は遮音板をもたない構造のため、透過音Ｔが最も問題になるはずであるが、両面吸音板に最適な吸音材（厚み、かさ密度、積層構造）を選択することで、これを問題のない水準まで低減することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図２〜図１５を参照して、本発明に係る両面吸音板の構造及び作用についてより具体的に説明する。
まず、図２に本発明に係る両面吸音板の一例を示す。この両面吸音板は、矩形板状に成形された吸音材１３と、吸音材１３の外周４辺を囲って支持する枠体１４と、枠体１４の両側に取り付けられ、枠体１４で囲われていない吸音材１３の両表面から離隔して当該表面を覆う多孔板１１と、多孔板１１と吸音材１３の表面との間に設置された間隔保持片１５と、枠体１４の下部に取り付けられたブラケット１６からなり、全体として矩形板状をなす。多孔板１１と吸音材１３の表面の間には空気層１２が構成され、この間隔（空気層）が上記間隔保持片１５により保持される。
この両面吸音板には、従来の両面吸音板のほぼ中央部にあった遮音板がなく、全体がきわめて簡素な構造となっている。
【００１１】
この両面吸音板において、多孔板１１は、適宜開口率をもつパンチングメタル、エキスパンドメタルあるいはルーバー等からなり、アルミのほか、鉄板、ステンレス鋼板等を用いて形成してもよい。この多孔板１１は、枠体１４及びブラケット１６にボルト・ナット等、適宜の手段で枠体１４に対し着脱可能に取り付けられる。
吸音材１３は、例えばグラスウール、ロックウール、不織布等の繊維状吸音材であり、この例ではかさ比重の大きい中間層の吸音材１３ａとかさ比重の小さい表面層の吸音材１３ｂ、１３ｂの３層が積層された構造となっており、全体がポリフッ化ビニル等の防水フィルム（図示せず）で被覆されている。このようにかさ比重の大きい吸音材を中心側に置いた３層構造は、吸音率の向上及び透過音の減衰に有効である。
【００１２】
枠体１４は、内側に吸音材１３の角部をはめ込む受け部１４ａを備える。この受け部１４ａは吸音材１３を所定位置に固定し、さらに吸音材１３が受けた風圧の大部分を枠体１４に伝達し、吸音板としての強度を保持する（吸音材の脱落を防止し、風圧を受けたときの変形量を所定値以下に保つ）作用をもつ。この枠体１４は、受け部１４ａを含めて所定の断面形状に押出成形したアルミ押出形材を適宜長さに切断し、矩形に組み立てるのが好ましいが、圧延材を使用することもでき、また鉄板やステンレス鋼板等を用いてもよい。
間隔保持片１５は、両多孔板１１の内側に取り付けられ、吸音材１３を所定位置に保持し、空気層１２（吸音率の向上に有効）を確保するとともに、吸音材１３が受けた風圧の一部を多孔板１１に伝達し、吸音材１３の変形を抑える作用をもつ。
なお、ここでは示していないが、吸音材１３の中間位置に例えば多孔板又は金網のような部材を配置し、その周囲を枠体１４に固定すると、上記の受け部１４ａや間隔保持片１５と同様に、風圧を受けたとき吸音材１３を支持しその変形を抑えることができる。
【００１３】
また、ブラケット１６は、この両面吸音板を上下に積み重ねるとき、上下の両面吸音板が左右（図２において）にずれないようにするもので、両面吸音板の枠体上部がちょうど収容できる形状となっている。枠体１４と同様に所定の断面形状に押出成形したアルミ押出形材を切断して製造できるが、圧延材を使用することもでき、また鉄板やステンレス鋼板等を用いてもよい。なお、このブラケット１６を用いる代わりに、枠体１４自体の形状を上記の形状としてもよい。
【００１４】
図２に示す両面吸音板では、吸音材１３を受け部１４ａにより支持して枠体１４内に装着したが、他の手段で装着することもできる。例えば図３（ａ）に示す両面吸音板は、枠体１７の上部において内側に突出する保持突起１８ａを設け、この保持突起１８ａを吸音材１３の上部に差し込み、枠体１７の下部において両面テープ１９により吸音材１３を枠体１７の下面に接着したものである。むろん、枠体の上部及び下部の両方で同じく保持突起を用いて装着してもよいし、両面テープを用いてもよい。
【００１５】
また、多孔板を両面吸音板の厚み方向にスライド可能とし、そのスライド位置で適宜枠体に対し着脱可能に取り付けることができるようにしてもよい。例えば図３（ｂ）に示す両面吸音板では、多孔板２０が断面コの字状に形成され、その端の水平部分が枠体２１（この例ではブラケットを兼ねている）の水平な受け面２１ａ上を仮想線で示すようにスライド可能とされている。この場合、両多孔板２０、２０間の間隔を調整できるので、種々の厚みの吸音材に適用でき、また多孔板と吸音材表面の間の空気層の厚みを調整することもできるので、枠体に汎用性をもたせることができる。
【００１６】
次に、図４〜図６を参照して、本発明に係る両面吸音板が優れた吸音性能を有することを説明する。
両面吸音板は、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、比較例として、両面に多孔板、中央部に遮音板を有し、それらの間に両側に空気層を挟んで防水フィルムで覆われた吸音材を配置した従来構造とし、実施例１及び実施例２として、両面に多孔板、それらの間に両側に空気層を挟んで防水フィルムで覆われた吸音材を配置した構造とした。吸音材のグラスウールは市販のかさ密度３２ｋｇ／ｍ^３と４８ｋｇ／ｍ^３のものを用い、これを積層構造（比較例は２層、実施例は３層）とした。なお、図３中、ＧＷ３２Ｋ及びＧＷ４８Ｋはグラスウールのかさ比重を示す。厚みを示す数字の単位はｍｍである。また、多孔板は開口率６３％のアルミ多孔板（板厚１．５ｍｍ、穴径６ｍｍ）とし、防水フィルムはポリフッ化ビニルフィルム（厚さ２１μｍ、面密度３６ｇ／ｍ^２）とした。
【００１７】
続いて、これらの吸音板を図５のような断面構造をもつ堀割道路の堀割開口部に断面鉛直に等間隔に長さ方向に沿って２枚設置したときの官民境界での効果予測を、公知の境界要素法により数値シミュレーション（参考；日本機械学会論文集(C編)60巻453号(昭和59年5月)P.848-856）で実施した。
このとき、堀割道路は全幅Ｗ_１＝２０．５ｍ、天井までの高さＨ_１＝７ｍ、開口部の幅Ｗ_２＝９．５ｍ、既設吸音板高さｈ_１＝４ｍ、天井から地表までの高さＨ_２＝２．５ｍ、開口部のブロック塀の高さｈ_２＝４ｍとし、両面吸音板は高さ４．９ｍとした。また、音源は両側４車線の道路騒音を想定してｓ1、ｓ5に設定し、大型車混入率を１７．３％とした。
【００１８】
数値シミュレーションによる予測結果を図６に示す。これは、グラフ横軸に官民境界（堀割開口部中央から横方向に±２５ｍの地点）での高さをとり、縦軸に騒音レベルＬ_５０（騒音レベルの時間変動を平均化した値）をとったものである。図６のうち未対策のものは、両面吸音板を設置しなかったときの予測値である。
図６に示されるように、実施例１、２は比較例より厚みがかなり小さく、特に実施例２は吸音材全体の厚みが比較例と同じであり、さらに遮音板がないのにも関わらず、比較例と同等又はそれ以上の防音効果を示す。なお、境界要素法による数値シミュレーションの結果は、実測値とよく一致することが知られている。
【００１９】
次に、本発明の両面吸音板の望ましい吸音材構成等についてより具体的に説明する。
ここでは、両面吸音板の実効吸音率を一次元の波動解析による伝達マトリックス法で求めた。はじめに、計算の前提を述べる。
両面吸音板に入射音が入ると、遮音板が存在しない本発明の両面吸音板では、図７に示すように、反射音と吸音板中を通過してくる透過音が現れる。そこで、本発明では、入射音のエネルギーから反射音と透過音のエネルギーを減算したものを吸音率とし、これを実効吸音率とよぶ（式１）。これは吸音板で消費された（熱に変換された）エネルギーの割合を示す。なお、遮音板が存在する場合、反射音のみとなり、吸音率は式（２）となる。
【００２０】
【数１】

【００２１】
本発明では、上記式（１）で定義される実効吸音率を一次元の波動解析による伝達マトリックス法で求めた。これは、吸音構造体の各構成要素（多孔板、空気層、防水フィルム、グラスウール、防水フィルム、空気層、多孔板）ごとに伝達マトリックスを作り、これらを結合して吸音構造体の伝達マトリックスを作り、一方を音源側、他方を無反射境界条件として入射音と反射音の比率、入射音と透過音の比率を求め、式（１）より実効吸音率を算出するというものである。なお、グラスウール中の音速及び実効密度は、音響管を用いて図８にポイントで示す周波数毎に測定を行った。
そして、図８に示す道路交通騒音の加重値Ｌiと周波数の関係から、各周波数毎に算出された実効吸音率に周波数特性による重み付けを行って、道路交通騒音重み付けによる平均化された実効吸音率を計算する。なお、こうして求めた実効吸音率は、測定値とよく一致することが発明者らにより確かめられている。
【００２２】
上記の方法により、種々の形態の両面吸音板の実効吸音率を算出し、さらに道路交通騒音重み付けによる平均化された実効吸音率を計算した。ここで、両面吸音板は、両面に多孔板を備え、それらの間に防水フィルムで覆われた吸音材を配置した本発明の構造（遮音板をもたない）とし、吸音材を市販の２４〜８０ｋｇ／ｍ^３のグラスウールとし、グラスウールを覆う防水フィルムはポリフッ化ビニルフィルム（厚さ２１μｍ、面密度３６ｇ／ｍ^２）とし、両面に配置する多孔板は開口率６０％のアルミ多孔板（板厚１．５ｍｍ、穴径６ｍｍ）とした。
【００２３】
図９、図１０は、グラスウール層を１層のみとし、表面空気層（多孔板とグラスウールの間の空気層）を１０ｍｍ、１５ｍｍとしたときの両面吸音板のグラスウールの厚さと実効吸音率の関係を示した図である。図中、２４Ｋ〜８０Ｋは市販のグラスウールのかさ比重（２４ｋｇ／ｍ^３〜８０ｋｇ／ｍ^３）を示す。
図９、図１０に示されるように、グラスウールのかさ比重が違っても、実効吸音率はグラスウールの厚さが５０ｍｍあたりから大きくなり、２００ｍｍを越えてもそれ以上の上昇は望めない。従って、グラスウールの厚さは、５０〜２００ｍｍ、望ましくは７５〜１２５ｍｍの範囲とすればよい。
【００２４】
図１１、図１２は、表面空気層を１５ｍｍとし、グラスウールを３層積層した両面吸音板において、表面層のグラスウール及び中心層のグラスウールのかさ比重（表面層は両方とも同じかさ比重とする）と実効吸音率との関係を示す。ただし、図１１では表面層のグラスウールの厚さを両方とも２５ｍｍ、中間層の厚さを５０ｍｍ、図１２ではそれぞれ２５ｍｍ、７５ｍｍとした。図中、実効吸音率を０．０１刻みの等高線で示す。
図１１、図１２に示されるように、表面層のグラスウールのかさ比重が３２〜６４ｋｇ／ｍ^３、中間層のグラスウールのかさ比重が３２ｋｇ／ｍ^３以上の領域で、高い実効吸音率を示す。表面層のグラスウールのかさ比重が３２ｋｇ／ｍ^３で、中間層のグラスウールのかさ比重が３２〜６４ｋｇ／ｍ^３であれば、より望ましい。
【００２５】
図１３、図１４は、グラスウールを３層積層した両面吸音板において、表面空気層と実効吸音率の関係を示す。ただし、図１３では表面層のグラスウール厚さを両方とも２５ｍｍ、中心層を５０ｍｍとし、図１４ではそれぞれ２５ｍｍ、７５ｍｍとした。また、図中、３２−４８−３２Ｋ、３２−６４−３２Ｋは、表面層のグラスウールのかさ比重を３２ｋｇ／ｍ^３とし、中間層を４８又は６４ｋｇ／ｍ^３としたことを示す。
図１３、図１４に示されるように、いずれの場合も表面空気層が１０〜３０ｍｍで吸音率が高く、１５ｍｍ〜２５ｍｍであればより望ましい。
【００２６】
図１５は、表面空気層を１５ｍｍとし、グラスウールを３層積層した両面吸音板において、グラスウール全体の厚さに対する中心側グラスウールの厚さ比率と実効吸音率の関係を示す。ただし、表面層のグラスウールの厚さは両方とも同じ厚さである。また、図中、３２−４８−３２Ｋ、３２−６４−３２Ｋは、表面層のグラスウールのかさ比重を３２ｋｇ／ｍ^３とし、中心層を４８又は６４ｋｇ／ｍ^３としたことを示す。
図１５に示されるように、中心層のグラスウールの厚さ比率が５０％以上で吸音率が高くなり、望ましくは６０〜９０％がよい。
なお、以上図９〜図１５では、吸音材としてグラスウールを用いたが、他の繊維状吸音材（ロックウール、不織布等）を用いた場合でもほぼ同様の傾向を示す。
【００２７】
【発明の効果】
本発明に係る両面吸音板は構造が簡素であり、薄肉化及び軽量化が可能で、しかも従来の両面吸音板と同等又はそれ以上の優れた吸音性能をもつ。従って、両側に騒音源があるような箇所、例えば道路の中央分離帯や堀割道路の開口部中間位置、あるいは両側が壁で上部に開口を有する道路又は鉄道の開口部中間位置等に設置し、交通騒音を低減する用途に適し、かつそのためのコストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の両面吸音板（ａ）と本発明の両面吸音板（ｂ）に入射する音波Ｉが反射音又は透過音となる様子を説明する図である。
【図２】本発明に係る両面吸音板の断面図である。
【図３】本発明に係る他の両面吸音板の断面図である。
【図４】数値シュミレーションに用いた両面吸音板の断面構造を示す図である。
【図５】数値シュミレーションに用いた堀割道路の断面構造を示す図である。
【図６】数値シミュレーションによる騒音レベルＬ_５０の予測結果を示す図である。
【図７】本発明でいう実効吸音率の概念を説明する図である。
【図８】道路交通騒音の加重値Ｌiと周波数の関係を示す図である。
【図９】グラスウールの厚さと実効吸音率の関係を示す図である。
【図１０】同じくグラスウールの厚さと実効吸音率の関係を示す図である。
【図１１】表面側のグラスウール及び中心側のグラスウールのかさ比重と実効吸音率との関係を示す図である。
【図１２】同じく表面側のグラスウール及び中心側のグラスウールのかさ比重と実効吸音率との関係を示す図である。
【図１３】表面空気層と実効吸音率の関係を示す図である。
【図１４】同じく表面空気層と実効吸音率の関係を示す図である。
【図１５】グラスウール全体の厚さに対する中心側グラスウールの厚さ比率と実効吸音率の関係を示す図である。
【図１６】従来の両面吸音板の断面を示す図である。
【符号の説明】
１１多孔板
１２空気層
１３吸音材
１４枠体
１５間隔保持片

Claims

矩形板状に成形された吸音材と、該吸音材の外周４辺を囲って支持する枠体と、前記枠体で囲われていない吸音材の両表面から離隔して当該表面を覆い、かつ前記枠体に着脱可能に取り付けられた多孔板からなることを特徴とする両面吸音板。
上記多孔板と吸音材表面との間に間隔保持片を設けたことを特徴とする請求項１に記載された両面吸音板。
吸音材が繊維状吸音材であり、所定のかさ比重で矩形板状に成形された吸音材の厚みが５０〜２００ｍｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載された両面吸音板。
上記吸音材が、所定のかさ比重で矩形板状に成形された繊維状吸音材を複数積層したものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載された両面吸音板。
上記吸音材が、繊維状吸音材を３層積層したものであり、全体の厚みを５０〜２００ｍｍとするとともに、中間層の繊維状吸音材のかさ比重を３２ｋｇ／ｍ^３以上とし、両側の繊維状吸音材のかさ比重を３２〜６４ｋｇ／ｍ^３としたことを特徴とする請求項４に記載された両面吸音板。
上記中間層の繊維状吸音材の厚さの全体厚さに対する比率を５０％以上としたことを特徴とする請求項５に記載された両面吸音板。
上記多孔板と吸音材表面との離隔距離を１０〜３０ｍｍとしたことを特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載された両面吸音板。