JP3704688B2

JP3704688B2 - 広帯域吸音板及び吸音装置

Info

Publication number: JP3704688B2
Application number: JP2003004492A
Authority: JP
Inventors: 恵司小口; 恭司藤原
Original assignee: 株式会社永田音響設計
Priority date: 2003-01-10
Filing date: 2003-01-10
Publication date: 2005-10-12
Anticipated expiration: 2023-01-10
Also published as: JP2004219555A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、広帯域における有効な吸音を目的とした広帯域吸音板及び吸音装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来最も多く使用されている吸音装置は、同一径の多数の透孔を有する孔あき板と、背後の剛壁との間に多孔質材料と空気層を設けていた。この場合の孔あき板吸音構造は、開口率１０％前後の孔あき板（６φ−２２、８φ−２０とすると孔径６ｍｍの孔が２２ｍｍ間隔で並ぶ、孔径８ｍｍの孔が２０ｍｍ間隔で並ぶをいう、以下同じ）を用いた場合、背後空気層を３００ｍｍ設けると、低音域吸音構造となり、背後空気層を５０ｍｍとすると中音域吸音構造となる。
【０００３】
また、開口率２０％以上の孔あき板（８φ、９φ−１５）を用いた場合、剛壁密着で高音域吸音、背後空気層を１００ｍｍ程度設けると中高音域吸音構造、背後空気層を３００ｍｍ以上設けると全帯域吸音構造が得られる。
【０００４】
前記中高音域吸音構造は、孔あき板と背後空気層の組み合わせによるヘルムホルツレゾネータ型の中音域の吸音域と、背後空気層の気柱共鳴による高音域が組み合わされたものである。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−３００８２２
【０００６】
【発明により解決しようとする課題】
前記全帯域吸音構造は、深い（厚い）背後空気層を設けることでヘルムホルツレゾネータ型の吸音域が低域に移動し、背後空気層が深くなることで１次の気柱共鳴も中高音域吸音構造より低域から始まることになり、結果として広帯域を吸音する構造となる。
【０００７】
この場合には、表面仕上げ材＋多孔質材＋背後空気層で計３５０ｍｍ以上の非常に厚い仕上げ代が必要になる問題点があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
然るにこの発明は、孔あき板に大小の透孔を均等に配置すると共に、孔あき板の前面に目隠し板を重合することにより、比較的薄い仕上げ代（例えば１５０ｍｍ〜２００ｍｍ）で、広帯域吸音が得られることに成功したのである。
【０００９】
即ち、この発明は、大小の透孔を市松状に穿設した孔あき板と、その前面へ空間をおくと共に、所定間隔で並列設置した目隠し板とを組み合わせたことを特徴とする広帯域吸音板であり、大透孔の径は、１０ｍｍ〜８ｍｍとし、小透孔の径は６ｍｍ〜４ｍｍとし、同径の各透孔間隔は１０ｍｍ〜１５ｍｍとしたことを特徴とするものである。
【００１０】
また、他の発明は、大小の透孔を市松状に穿設した孔あき板の前面へ空間を介して目隠し板を並列設置すると共に、前記孔あき板の後面へ空間を介して建造物の壁を配置し、前記壁面と、孔あき板の後面との間に空気層又は吸音材入り空気層を設けたことを特徴とする広帯域吸音装置である。次に孔あき板の前面と、目隠し板の後面との間隔は１０ｍｍ〜２５ｍｍとし、孔あき板の後面と壁面との間隔は２０ｍｍ〜４０ｍｍとしたことを特徴とするものであり、大透孔の径は１０ｍｍ〜８ｍｍとし、小透孔の径は６ｍｍ〜４ｍｍとし、各透孔間隔は１０ｍｍ〜１５ｍｍとしたことを特徴とするものである。
【００１１】
この発明を得るために次のような基礎実験を検討した。
【００１２】
この発明の基礎実験について説明する。目隠し板を有する孔あき板の吸音構造には、孔あき板の周期的な孔の配列と、目隠し板が形成する周期的なスリットの２種類の周期構造がある。まず、８φ−１５をベースとして、目隠し板のスリットの種類を増やした場合を考える。図４に示すように、Ｖ：スリットの深さを４ｍｍと８ｍｍの２種類とした構造と、Ｗ：スリットの間隔を１５ｍｍと３０ｍｍの２種類とした構造について吸音率の計算を行った。
【００１３】
前記目隠し板のスリット共鳴の振る舞い見極めるために、背後空気層は無しとした。
【００１４】
吸音率の計算結果を図５に示す。実線がスリット深さを２種類とした構造Ｖ、破線がスリット間隔を２種類とした構造Ｗである。点線は構造Ｐのスリット１種類の場合（スリット開口率２０％）である。
【００１５】
スリットの種類を増やした構造Ｖと構造Ｗどちらの場合も、スリットによる共鳴域は、スリットが１種類の構造Ｐに比べて低域に下がっているが、共鳴域が拡がる頃向は見られない。さらに、同共鳴域の吸音率の極大値は、スリット１種類の構造Ｐに比べて１５％程度低下している。
【００１６】
構造Ｖは周期１５ｍｍの構造Ｐの２周期分の中に構造Ｐと同じ深さと倍の深さのスリットを配置した構造で、共鳴域が低音域にシフトしたのは構造Ｐのスリット深さが深くなったことに相当している。また、構造Ｗは構造Ｐの３周期分の中に間隔を変えて２本のスリットを配置した構造で、共鳴域の低音域へのシフトは開口率が低下したことに相当する。
【００１７】
以上より、スリット構造の深さや間隔を交互に変化させるという単純に周期性を崩す方法では共鳴域の広帯域化や平坦化は期待できないことが明らかとなった。
【００１８】
次に孔あき板について次のように考察した。
【００１９】
孔あき板の孔の種類を増やした解析例としては、孔間隔が同じで孔径の異なる孔あき板を間隔を空けて３枚重ねた構造があり、低・中音域で平坦な吸音特性が得られている。これを一般に入手できる孔あき板で実現しよう試算したところ、孔径が８ｍｍ，６ｍｍ，および４ｍｍで孔間隔がいずれも１５ｍｍの孔あき板を３枚重ねて、４００ｍｍ近い仕上げ代が必要になる。
【００２０】
複数の共鳴域を実現するために孔あき板を重ねるのも一つの方法であるが、表面仕上げの厚さが大きくなる。表面仕上げの厚さを増やさない方法として、平面的に孔径の異なる孔を周期的に配列した孔あき板が考えられる。ここでは、その例として図６に示す孔あき板に着目し、吸音率の計算を行った。図６は、８φ−１５の孔あき板の孔をタスキがけに結んだ交点に孔径６ｍｍの孔を配置した孔あき板である。６ｍｍ径の孔の間隔も１５ｍｍであり、総開孔率は約３５％となる（以下８／６φ−１５と記す）。表１に孔あき板の諸元をまとめて示す。
【００２１】
【表１】

また、図７に、８／６φ−１５の垂直入射吸音率の計算結果を８φ−１５、６φ−１５および９φ−１５と比較して示す。なお、８／６φ−１５、８φ−１５および６φ−１５については、背後にグラスウール厚５０ｍｍ十背後空気層厚５０ｍｍを、代表的な広帯域吸音構造として現在使われる９φ−１５については背後にグラスウール厚５０ｍｍ十背後空気層厚３００ｍｍを設定した。
【００２２】
８／６φ−１５の吸音特性には大きな吸音率を示すピークが２つ存在する。低域側は６φ−１５と８φ−１５の共鳴周波数を結ぶなだらかピークで、高域側のピークの周波数（１．７ｋＨｚ付近）は、背後空気層の気柱共鳴周波数に近い。後者の共鳴周波数における吸音率は、単独の８φ−１５または６φ−１５に比べて大きく、ほぼ１を示している。そして、２つのピークの間は、吸音率がほとんど低下することなくなだらかに結ばれた特性となっている。さらに、３ｋＨｚ付近の高次の気柱共鳴域の吸音率も、単独の８φ−１５または６φ−１５に比べて大きな値を示している。
【００２３】
９φ−１５を用いた構造は背後空気層が大きいのでヘルムホルツ共鳴域が他の構造に比べて１オクターブ以上低い周波数にあるが、７００Ｈｚ付近から始まる背後空気層の気柱共鳴に起因する吸音域との間の５００Ｈｚ付近に大きなディップが生じている。これと比較して、８／６φ−１５を用いた構造の吸音域は、背後空気層が小さい分高い周波数から始まっているが、大きな落ち込みを生じることなく２ｋＨｚ近くまで高い吸音率を維持している。
【００２４】
一般にボード系材料に穿孔する場合の孔径は４ｍｍ〜９ｍｍであることから、孔径８ｍｍと４ｍｍの組み合わせについても計算を行ったが、同様な結果が得られた。
【００２５】
以上の結果、それぞれ間隔１５ｍｍで２種類の孔を市松伏に開けた孔あき板を用いた吸音構造は、中音域の広い範囲で大きな吸音率を示すことが明らかとなった。
【００２６】
前記各実験及び計算を経てこの発明を完成した。
【００２７】
孔あき板の孔を目立たなくする目的で、孔あき板の前面に並べた目隠し板の、吸音特性に与える影響についてこれまでにも検討してきた。ここでは、前記孔径８ｍｍと６ｍｍで間隔１５ｍｍの孔あき板の前面に目隠し板を並べた構造について検討を行った。目隠し板を並べたスリット構造の共鳴周波数が２ｋＨｚ以上となるような表２の組み合わせについて、吸音率計算を行った。計算結果を図８に示す。
【００２８】
【表２】

いずれも、２ｋＨｚ以上の帯域に、気柱の高次共鳴と目隠し板のスリット共鳴が重畳したと考えられる吸音率の大きな吸音域が認められる。中音域の孔あき板による吸音特性との連続性・周波数特性の平坦性の点から計算結果を見ると、スリット開口率が小さくスリット共鳴周波数の低いＰと開口率が大きく共鳴周波数が高いＲは、２ｋＨｚ付近に吸音率の大きな落ち込みが見られる。開口率を大きく保ったままで共鳴周波数を下げたＳやＴの構造でも２ｋＨｚ近傍に吸音率特性の落ち込みが見られるが低下量はわずか（吸音率０．８以上）である。逆に３ｋＨｚより高い周波数において吸音率の低下が見られる。
【００２９】
音響設計では、できるだけ広い周波数帯域で大きな吸音率を示す吸音構造が使いやすい。前記のＳやＴは３００Ｈｚ〜３ｋＨｚの広範囲で垂直入射吸音率０．８以上を示している。これらの統計入射吸音率は、垂直入射吸音率に比べて値が若干低下するものの、吸音率の山・谷が平滑化され広帯域吸音特性も保持されると予想されることから、実務的に使いやすい吸音構造の１つと言える。一般の室における４ｋＨｚ、８ｋＨｚ帯域の残響時間は空気吸収で決まってしまうことを考慮すると、ＳやＴの３ｋＨｚ以上の周波数における吸音率の低下は実用上支障ないと考えられる。
【００３０】
また、この発明の吸音構造は、実用的に次のような特徴を有している。
【００３１】
単一孔の孔あき板を用いて３００Ｈｚ〜３ｋＨｚの広帯域を吸音する構造を実現しようとすると多孔質材背後に２００ｍｍ程度の空気層が必要となるが、ＳやＴの背後空気層は５０ｍｍで、特に大きな背後空気層を確保しなくても広い周波数範囲で大きな吸音率が得られる。背後空気層を２００ｍｍ以上確保するためには、躯体から離して下地材を組む必要があり、下地材の中にはめ込むグラスウールが躯体側に落下しないような工夫が必要になる。背後空気層が５０ｍｍでよい場合には、幅１００ｍｍの軽量鉄骨下地を躯体に接して建てればよいので特別なグラスウールの落下防止策が不要になるという利点がある。
【００３２】
【発明の実施の形態】
この発明は、大小の透孔を有する孔あき板に空間を介して所定間隔で目隠し板を並列設置することにより、広帯域吸音板を得ると共に、これを使用した広帯域吸音装置を得たものである。
【００３３】
この発明は、大小の透孔（例えば孔径８ｍｍと６ｍｍ）の透孔を夫々１５ｍｍ間隔で市松状にあけた孔あき板と、その前面に空間（例えば２０ｍｍ）を介して目隠し板（例えば厚さ４ｍｍ、幅９ｍｍ）を間隔（例えば６ｍｍ）をおいて並列設置した吸音装置は、広帯域の吸音特性が認められた。
【００３４】
前記において、目隠し板を用いない場合は２ｋＨｚ〜４ｋＨｚの吸音率の低下が認められた。
【００３５】
【実施例】
この発明の実施例（表２の構造Ｒ）を図１、２について説明すると、厚さ９ｍｍの木板１に、孔径８ｍｍと、孔径６ｍｍの透孔２、３を、１５ｍｍの間隔で市松状に穿設した孔あき板５と、その上面に、空間１０ｍｍをおいて厚さ４ｍｍ、幅９ｍｍの木板４を、６ｍｍ間隔に並列設置する目隠し板６とを組み合わせて、この発明の広帯域吸音板７を得た（図２）。
【００３６】
前記吸音板７の後面に、厚さ５０ｍｍのグラスウール（３２ｋｇ／ｍ^３）８と、厚さ５０ｍｍの空気層９を設けてこの発明の吸音装置１０を構成した。
【００３７】
前記実施例において、目隠し板６を除いた場合には、図９（ｂ）の如く、２ｋＨｚ〜４ｋＨｚの周波数の吸音率が急激に低下することが認められた。
【００３８】
従って、３００Ｈｚ〜２ｋＨｚ間の吸音を目的とする吸音板においては、目隠し板を設けなくても相当の吸音特性を示すことが判明した。また、図９（ａ）、（ｂ）には、実測値と共に計算値も併記したが、ほぼ同一挙動を示すことが判明した。
【００３９】
前記実測値と、計算値の２００Ｈｚ付近の相違は計算に用いたグラスウールの音波の伝搬定数と、特性インピーダンスが実測で使用したものと異なっているためと考えられる。また、１ｋＨｚより高い周波数において、吸音率の極大値付近の計算値と実測値はほぼ一致しているが、吸音率の谷の部分では実測値が大きめの吸音率を示している。これについては、計算モデルにおいて、孔の空気と、孔周囲壁面との摩擦を考慮していないことによるものと考えられる。
【００４０】
その他構造Ｒ（表２の条件）の実測値の２、３ｋＨｚ付近には、計算値程の深い谷が認められず、多少波打ちながら大きな吸音率を維持していることから、この構造Ｒも広帯域を吸音する孔あき板吸音構造の１つである。
【００４１】
前記実施例は、図１のように、大孔の列の上に、目隠し板を配置したので、目隠し板の隙間から透孔（小孔）が見えるが、目隠し板を大小の透孔を隠すべく傾斜設置すれば、正面側から透孔の見えない吸音装置とすることができる。
【００４２】
【発明の効果】
この発明によれば、大小の孔をあけた孔あき板と、孔あき板の前面に空間をおくと共に、所定間隔で並列した目隠し板とを組み合わせることによって、複数のヘルムホルツレゾネータ型の吸音域と背後空気層の気柱共鳴型の吸音域とにより、広帯域の高効率吸音を達成しうる効果がある。
【００４３】
また、前記吸音板を用いた吸音装置により広帯域の高効率吸音装置として実用的吸音壁を得ることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）この発明の吸音板の実施例の一部を省略した平面図。
（ｂ）同じく（ａ）中Ａ−Ａ断面図。
（ｃ）同じく（ａ）中Ｂ−Ｂ断面図。
【図２】同じく一部斜視図。
【図３】同じくこの発明の吸音装置の一部を省略した一部断面図。
【図４】（ａ）同一径の透孔を有する孔あき板に、厚さの異なる目隠し板を組み合わせた例の一部斜視図。
（ｂ）同じく目隠し板の厚さは同じで２種類のスリット間隔を設けた例の斜視図。
【図５】同じく吸音率の計算値グラフ。
【図６】大小孔径を有する孔あき板の実施例の一部斜視図。
【図７】大小孔径を有する孔あき板の背後に、グラスウール層と空気層を重ねた場合の吸音率の変化の計算値グラフ。
【図８】大小孔径を有する孔あき板の前面に目隠し板を配置した吸音装置の吸音率の計算値グラフ。
【図９】（ａ）この発明の実施例の実測値と計算値の比較のグラフ。
（ｂ）同じく目隠し板のない大小孔径を有する孔あき板の背後にグラスウール層と空気層を重ねた場合の実施例の実測値と計算値の比較グラフ。
【符号の説明】
１、４木板
２、３透孔
５孔あき板
６目隠し板
７広帯域吸音板
８グラスウール
９空気層
１０吸音装置

Claims

大小の透孔を市松状に穿設した孔あき板と、その前面へ空間をおくと共に、所定間隔で並列設置した目隠し板とを組み合わせたことを特徴とする広帯域吸音板。
大透孔の径は、１０ｍｍ〜８ｍｍとし、小透孔の径は６ｍｍ〜４ｍｍとし、同径の各透孔間隔は１０ｍｍ〜１５ｍｍとしたことを特徴とする請求項１記載の広帯域吸音板。
大小の透孔を市松状に穿設した孔あき板の前面へ空間を介して目隠し板を所定間隔で並列設置すると共に、前記孔あき板の後面へ空間を介して建造物の壁を配置し、前記壁面と、孔あき板の後面との間に空気層、吸音材入り空気層又は吸音材と空気層を重ねて設けたことを特徴とする広帯域吸音装置。
孔あき板の前面と、目隠し板の後面との間隔は１０ｍｍ〜２５ｍｍとし、孔あき板の後面と壁面との間隔は４０ｍｍ〜１００ｍｍとしたことを特徴とする請求項３記載の広帯域吸音装置。
大透孔の径は１０ｍｍ〜８ｍｍとし、小透孔の径は６ｍｍ〜４ｍｍとし、各透孔間隔は１０ｍｍ〜１５ｍｍとしたことを特徴とする請求項３記載の広帯域吸音装置。