JP6717595B2 - 高架構造物の消音方法および消音構造 - Google Patents

Description

本発明は、橋梁、高架道路等の高架構造物上を走行する車両等によって発生する高架構造物の騒音を消音する技術に関する。

特許文献１には、橋梁、高架道路等の高架構造物の下面に設置された吸音構造体が開示されている。この吸音構造体は、グラスウール等の多孔質吸音材および多孔質吸音材の背後に形成された空間部からなる複数の吸音ユニットが吸音孔を空けて配列されて構成された吸音部と、吸音部および吸音部の背後に位置する高架道路等の下面に設けられた遮音部材の間に形成され、吸音孔と連通する共鳴室と、を備えている。これにより、高架構造物の下方に敷設された道路上を走行する車両等の騒音は、吸音構造体の吸音孔に入射して、その低周波域成分が共鳴室で減衰吸収され、かつその中高周波域成分が吸音ユニットで吸収される。したがって、高架構造物の下方に敷設された道路上を走行する車両等の騒音が高架構造物の下面で反響して大きくなるのを防止することができる。

特開平０９−００３８３３号

しかしながら、特許文献１に記載の吸音構造体は、橋梁、高架道路等の高架構造物の下方に敷設された道路上を走行する車両等の騒音が高架構造物の下面で反響して大きくなるのを防止することはできるが、高架構造物上を走行する車両等により床版等が振動して、高架構造物の下面から放射される低周波音については、何ら考慮されていない。このような低周波音は、橋梁、高架道路等の高架構造物の近隣住民等にとって不快な騒音となることがある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、床版等の振動により高架構造物の下面から放射される低周波音を消音することが可能な高架構造物の消音技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明では、上面に平坦面が設けられ、下面に出音用開口部が設けられたレゾネータを、出音用開口部が下方を向くように、高架構造物の下面に取り付ける。そして、高架構造物の床版等の振動により高架構造物の下面から放射される低周波音を、レゾネータの上面に設けられた平坦面を介してレゾネータの内部空間に伝達させ、この低周波音をレゾネータの内部空間で逆位相の低周波音に変換して、レゾネータの下面に設けられた出音用開口部から下方へ向けて出射させる。このように、高架構造物の床版等にレゾネータを取り付け、高架構造物から放射される音波の放射効率を下げ、低周波音を低減させる。

例えば、本発明は、高架構造物の下面から放射される低周波音を消音する高架構造物の消音方法であって、
上面に設けられた平坦面と、下面に設けられた出音用開口部と、を有し、前記高架構造物の固有振動に起因する帯域に共鳴して、当該帯域の音波と逆位相の音波を前記出音用開口部から出射するように設計されたレゾネータを、前記平坦面が前記高架構造物の下面に接触し、かつ前記出音用開口部が下方を向くように、前記高架構造物に取り付け、
前記高架構造物の下面から放射される、当該高架構造物の固有振動に起因する帯域の音波を、前記平坦面側から前記レゾネータの内部空間に伝達させ、当該高架構造物の固有振動に起因する帯域の音波と逆位相の音波を、前記出音用開口部から下方に向けて出射させて、前記レゾネータの周囲に位置する前記高架構造物の下面から放射される、当該高架構造物の固有振動に起因する帯域の音波を相殺し、これにより前記高架構造物から放射される音波の放射効率を低減させる。

本発明では、高架構造物上を走行する車両等により床版等が振動し、高架構造物の下面から放射される低周波音と逆位相の低周波音をレゾネータから下方に向けて出射させる。これにより、高架構造物の下面から放射される低周波音を、この低周波音と逆位相の出射音で相殺して消音することができる。したがって、高架構造物から放射される音波の放射効率を下げることができる。

図１は、本発明の一実施の形態に係る高架構造物の消音構造を説明するための図である。 図２（Ａ）〜図２（Ｃ）は、ヘルムホルツヘルムホルツレゾネータ１の上面図、正面図、底面図であり、図２（Ｄ）は、図２（Ａ）に示すヘルムホルツレゾネータ１のＡ−Ａ断面図であり、図２（Ｅ）は、図２（Ｂ）に示すヘルムホルツレゾネータ１のＢ−Ｂ断面図である。 図３（Ａ）は、ヘルムホルツレゾネータ１の変形例１Ａの上面図であり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示すヘルムホルツレゾネータ１の変形例１ＡのＡ’−Ａ’図である。 図４（Ａ）は、ヘルムホルツレゾネータ１の変形例１Ｂの断面図（図２（Ｄ）に相当）であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示すヘルムホルツレゾネータ１の変形例１Ｂの断面図（図２（Ｅ）に相当）である。 図５は、ヘルムホルツレゾネータ１の変形例１Ｃの底面図（図２（Ｃ）に相当）である。 図６は、ヘルムホルツレゾネータ１の変形例１Ｄの底面図（図２（Ｃ）に相当）である。

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本実施の形態に係る高架構造物の消音構造を説明するための図である。

図示するように、本実施の形態に係る高架構造物の消音構造は、橋梁、高架道路等の高架構造物２の下面２０に設置された少なくとも１台のヘルムホルツレゾネータ１を備えている。ヘルムホルツレゾネータ１は、高架構造物２上を走行する車両４等の移動体によって高架構造物２が振動することにより高架構造物２の下面２０から放射される低周波音＋Ｌとは逆位相の低周波音−Ｌを下方へ出射する。これにより、高架構造物２の下面２０から放射される低周波音＋Ｌを、ヘルムホルツレゾネータ１から出射される逆位相の出射音−Ｌで相殺して消音する。

なお、ここでは、３台のヘルムホルツレゾネータ１が高架構造物２の下面２０に等間隔で設置されている場合を例示しているが、ヘルムホルツレゾネータ１の設置数および設置位置は、高架構造物２の下面２０から放射される低周波音＋Ｌの大きさ等に応じて適宜決定される。

図２（Ａ）〜図２（Ｃ）は、ヘルムホルツレゾネータ１の上面図、正面図、底面図であり、図２（Ｄ）は、図２（Ａ）に示すヘルムホルツレゾネータ１のＡ−Ａ断面図であり、図２（Ｅ）は、図２（Ｂ）に示すヘルムホルツレゾネータ１のＢ−Ｂ断面図である。

図示するように、ヘルムホルツレゾネータ１は、内部空間１０を有する例えば直方体に形成されており、上面１１には平坦面１４が形成され、下面１２には出音用開口部１５が形成されている。また、出音用開口部１５には、両端が開口された筒部１６が形成されている。

ヘルムホルツレゾネータ１は、出音用開口部１５（筒部１６）内の空気を錘とし、内部空間１０内の空気をバネとする振動系と等価とみなされ、空気の錘に加わる低周波音（空気の振動）に共鳴する。そして、上面１１を介して内部空間１０内に伝搬した低周波音の位相を反転させ、出音用開口部１５から出射する。

ヘルムホルツレゾネータ１の共鳴周波数は、出音用開口部１５の開口面積および筒部１６の長さと、内部空間１０の容積および形状と、ヘルムホルツレゾネータ１の材質と、に影響される。これらを適切に設計することにより、共鳴周波数を所望の周波数帯域に設定することができる。高架構造物２上を走行する車両４等の移動体によって高架構造物２の下面２０から放射される低周波音は、主に高架構造物２の床版３が振動することにより生じ、床版３の固有振動に起因する帯域の振動数成分を持っていると考えられる。そこで、本実施の形態では、床版３の固有振動に起因する帯域の音波とヘルムホルツレゾネータ１から出射される音波とが逆位相となるように、ヘルムホルツレゾネータ１を設計している。なお、ヘルムホルツレゾネータ１の共鳴周波数は、例えば、内部空間１０内への筒部１６の突出量ｈを変えて内部空間１０の容積を変更することにより微調整可能である。

ヘルムホルツレゾネータ１は、上面１１に形成された平坦面１４が高架構造物２の下面２０と接触し、かつ下面１２に形成された出音用開口部１５（筒部１６）が下方を向くように、高架構造物２に取り付けられる。

上記構成の本実施の形態に係る高架構造物の消音構造において、図１に示すように、高架構造物２上を車両４等の移動体が走行すると、高架構造物２の床版３が振動して、床版３の固有振動に起因する帯域の低周波音＋Ｌが高架構造物２の下面２０から下方に向けて放射される。この際、高架構造物２の下面２０から放射される低周波音＋Ｌの一部が、高架構造物２の下面２０と接触するヘルムホルツレゾネータ１の平坦面１４を介してヘルムホルツレゾネータ１の内部空間１０へ入射される。そして、ヘルムホルツレゾネータ１の出音用開口部１５（筒部１６）で位相が反転し、逆位相の低周波音−Ｌがヘルムホルツレゾネータ１の出音用開口部１５から下方へ向けて出射される。これにより、高架構造物２の下面２０から放射される低周波音＋Ｌが、ヘルムホルツレゾネータ１の出音用開口部１５から出射される逆位相の低周波音−Ｌで相殺されて消音される。また、図示していないが、効果構造物２の桁のウェブから横方向に放射される低周波音＋Ｌも、ヘルムホルツレゾネータ１の出音用開口部１５から出射される逆位相の低周波音−Ｌで相殺されて消音される。したがって、高架構造物２から放射される音波の放射効率を下げることができる。このように、本実施の形態によれば、高架道路の沿道住民等、高架構造物２の近隣住民５にとって不快な騒音を低減できる。

以上、本発明の一実施の形態について説明した。

なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。

例えば、上記の実施の形態では、ヘルムホルツレゾネータ１の上面１１に平坦面１４を設けて高架構造物２の下面２０に接触させることにより、高架構造物２の下面２０から放射される低周波音＋Ｌをこの平坦面１４を介してヘルムホルツレゾネータ１の内部空間１０へ入射させている。しかしながら、本発明はこれに限定されない。図３（Ａ）および図３（Ｂ）に示すヘルムホルツレゾネータ１の変形例１Ａのように、上面１１に設けられた平坦面１４に入音用開口部１７を形成してもよい。そして、入音用開口部１７を高架構造物２の下面２０に密着させることにより、ヘルムホルツレゾネータ１の上面１１の一部を高架構造物２の下面２０で構成するようにしてもよい。このようにすることで、高架構造物２の下面２０から放射される低周波音＋Ｌを直接ヘルムホルツレゾネータ１の内部空間１０へ入射させることができ、これにより、より効率よく、高架構造物２の下面２０から放射される低周波音＋Ｌを消音することが可能となる。なお、図３に示すヘルムホルツレゾネータ１の変形例１Ａにおいて、図２に示すヘルムホルツレゾネータ１と同一の機能を有するものには、同一の符号を付している。

また、上記の実施の形態において、図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示すヘルムホルツレゾネータ１の変形例１Ｂのように、内部空間１０の上面１１側内壁１１０と下面１２側内壁１２０と間に、側面１３の内壁１３０から突出した補強材１８を設けてもよい。このようにすることにより、補強材１８により躯体が補強されて剛性が向上するため、高架構造物２の振動による内部空間１０の容積変化が抑制され、共振周波数のばらつきを低減させることができる。なお、図４に示すヘルムホルツレゾネータ１の変形例１Ｂにおいて、図２に示すヘルムホルツレゾネータ１と同一の機能を有するものには、同一の符号を付している。

また、上記の実施の形態において、筒部１６を補強する補強材を追加して、筒部１６（出音用開口部１５）の剛性を向上させてもよい。このようにすることで、高架構造物２の振動による筒部１６内の容積変化が抑制され、共振周波数のばらつきを低減させることができる。

また、上記の実施の形態では、出音用開口部１５に筒部１６を形成しているが、本発明はこれに限定されない。出音開口部１５に筒部１６を形成しなくてもよい。また、出音用開口部１５の形状を正方形としているが（図２（Ｃ）参照）、本発明はこれに限定されない。例えば、図５に示すヘルムホルツレゾネータ１の変形例１Ｃのように、スリット形状の出音用開口部１５ｃを形成してもよい。また、出音用開口部１５は一つである必要はなく、図６に示すヘルツホルムレゾネータ１の変形例１Ｄのように、複数の出音用開口部１５ｄを形成してもよい。

また、上記の実施の形態において、筒部１６を水平方向などの所望の方向に折り曲げることにより、ヘルムホルツレゾネータ１から所望の方向に向けて低周波音が出射されるようにしてもよい。このようにすることで、高架構造物２の下面２０等から放射される低周波音を、ヘルムホルツレゾネータ１から出射される低周波音とより効率よく相殺させて、消音することができる。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ：ヘルムホルツレゾネータ、 ２：高架構造物、 ３：床版、 ４：車両、 ５：近隣住民、 １０：内部空間、 １１：上面、 １２：下面、 １３：側面、 １４：平坦面、 １５、１５ｃ、１５ｄ：出音用開口部、 １６：筒部、 １７：入音用開口部、 １８：補強材、 １１０、１２０、１３０：内壁

Claims (5)

1. 高架構造物の下面から放射される低周波音を消音する高架構造物の消音方法であって、
   上面に設けられた平坦面と、下面に設けられた出音用開口部と、を有し、前記高架構造物の固有振動に起因する帯域に共鳴して、当該帯域の音波と逆位相の音波を前記出音用開口部から出射するように設計されたレゾネータを、前記平坦面が前記高架構造物の下面に接触し、かつ前記出音用開口部が下方を向くように、前記高架構造物に取り付け、
   前記高架構造物の下面から放射される、当該高架構造物の固有振動に起因する帯域の音波を、前記平坦面側から前記レゾネータの内部空間に伝達させ、当該高架構造物の固有振動に起因する帯域の音波と逆位相の音波を、前記出音用開口部から下方に向けて出射させて、前記レゾネータの周囲に位置する前記高架構造物の下面から放射される、当該高架構造物の固有振動に起因する帯域の音波を相殺し、これにより前記高架構造物から放射される音波の放射効率を低減させる
   ことを特徴とする高架構造物の消音方法。
2. 請求項１に記載の高架構造物の消音方法であって、
   前記平坦面に入音用開口部を設けて、前記入音用開口部を前記高架構造物の下面に密着させることにより、前記レゾネータの上面の一部を前記高架構造物の下面で構成する
   ことを特徴とする高架構造物の消音方法。
3. 請求項１または２に記載の高架構造物の消音方法であって、
   前記レゾネータの前記出音用開口部には、両端が開口された筒部が装着されている
   ことを特徴とする高架構造物の消音方法。
4. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載の高架構造物の消音方法であって、
   前記レゾネータの内部空間には、前記レゾネータの上面と下面との間に、前記レゾネータの躯体を補強する補強材が設けられている
   ことを特徴とする高架構造物の消音方法。
5. 高架構造物の下面から放射される低周波音を消音する高架構造物の消音構造であって、
   上面に設けられた平坦面が前記高架構造物の下面に接触し、かつ下面に設けられた筒状の出音用開口部が下方を向くように、前記高架構造物の下面に、ある間隔で複数取り付けられたレゾネータを有し、
   前記レゾネータは、
   前記高架構造物の固有振動に起因する帯域に共鳴して、当該帯域の音波と逆位相の音波を前記出音用開口部から出射するように設計されており、
   前記高架構造物の下面から放射される、当該高架構造物の固有振動に起因する帯域の音波を、前記平坦面側から前記レゾネータの内部空間に伝達し、当該高架構造物の固有振動に起因する帯域の音波と逆位相の音波を、前記出音用開口部から下方に向けて出射して、前記レゾネータの周囲に位置する前記高架構造物の下面から放射される、当該高架構造物の固有振動に起因する帯域の音波を相殺する
   ことを特徴とする高架構造物の消音構造。
   

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