JP6979760B2

JP6979760B2 - 遮音ルーバー

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Publication number: JP6979760B2
Application number: JP2016188011A
Authority: JP
Inventors: 崇増田; 博康西; 徹宮島
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2016-05-17
Filing date: 2016-09-27
Publication date: 2021-12-15
Anticipated expiration: 2036-09-27
Also published as: JP6936904B2; JP2020190731A; JP2017206938A

Description

本発明は通気性を確保することができ、さらに意匠性にも優れ、十分な遮音性能を確保することが可能な遮音ルーバーに関する。

建物屋上や地上部分に空調室外機等の設備機器が設置される場合、周囲から設備機器等を隠すために目隠し壁が設置される。この目隠し壁には、通気性確保の必要性と意匠上の要求からルーバー壁が好まれる。

一方で、設備機器から発生する騒音が周囲に伝搬することを防止するためには、目隠し壁に高い遮音性能が求められる。従来、ルーバー壁の空隙から透過する騒音を低減するため、これまでに防音ルーバーが提案されている。

例えば、特許文献１（特開２０１３−２１３３３４号公報）には、化粧面１２の反対面に吸音材５０を挿入するための開口部１３を設けたルーバー本体１１と、前記ルーバー本体１１の開口部１３を覆うカバー材３０と、を設けた吸音ルーバーが開示されている。
特開２０１３−２１３３３４号公報

従来の吸音ルーバーは、主として、ルーバー本体、グラスウール等の吸音材、吸音材の押え部材で構成され、それらを接合する部材も必要となり、部材点数の増加と構造の複雑化を招く。

部材点数の増加と構造の複雑化は、部材そのもののコスト増に加え、製造や輸送、施工における工数の増加によるコスト増に繋がる。

このように、通気性、意匠性及び遮音性能を満たすために提案されている従来の吸音ルーバーは、その構造の複雑さから高コストなものが多い、という問題があった。

また、従来の吸音ルーバーは、ある特定の騒音入射角では有効に騒音を吸音するように設計されていることが一般的であるが、一般に騒音は様々な方向からルーバー壁に入射するため、十分な遮音性能が確保できない場合がある、という問題もあった。

この発明は、上記課題を解決するものであって、本発明に係る遮音ルーバーは、ルーバー羽根部材が、複数隣り合って配置された遮音ルーバーであって、ルーバー羽根部材には第１の反射部と第２の反射部とが形成されており、通気経路は、一のルーバー羽根部材と、それと隣り合う他のルーバー羽根部材との間に形成され、通気経路中には、一のルーバー羽根部材における第１の反射部と、それと隣り合う他のルーバー羽根部材における第２の反射部とからなる複数の反射部が配されると共に、一のルーバー羽根部材における第１の反射部の焦点と、それと隣り合う他のルーバー羽根部材における第２の反射部の焦点とが共通であり、通気経路の第１開口に入射した音が、複数の反射部で反射され、第１開口から出射され、第１の反射部が、第１開口に対向する位置に設けられると共に、第２の反射部が、第１開口に対向しない位置に設けられており、第１開口に入射した音が第１の反射部で反射され、焦点を介して第２の反射部で反射された音が再度第１の反射部で反射されて、第１開口から出射され、通気経路が、第１開口に入射した音を、平面波として伝搬可能であり、通気経路中を平面波として伝搬される音が、複数の反射部で反射され、第１開口から出射されることを特徴とする。

また、本発明に係る遮音ルーバーは、第１の反射部は、ルーバー羽根部材の長手方向に対する断面でみて断面が放物線であることを特徴とする。

また、本発明に係る遮音ルーバーは、第２の反射部は、ルーバー羽根部材の長手方向に対する断面でみて断面が円弧であることを特徴とする。

また、本発明に係る遮音ルーバーは、ルーバー羽根部材には、開口部が通気経路に面するように設けられると共に第１の反射部と第２の反射部とは対向しないように配された共鳴器が含まれることを特徴とする。

また、本発明に係る遮音ルーバーは、開口部がルーバー羽根部材の長手方向に延びるスリット状であり、スリット状の開口部の両側には、前記共鳴器の内側の空間に延在する隔壁部が配されることを特徴とする。

本発明に係る遮音ルーバーによれば、必要となる部品はルーバー羽根部材のみであり、部品点数を抑制でき、構造が単純であるので、製造や輸送、施工工数の増加に伴うコストを低減することができる。

また、本発明に係る遮音ルーバーによれば、様々な方向からの騒音に対処でき、十分な遮音性能を確保することが可能となる。

本発明の実施形態に係る遮音ルーバー１に用いられるルーバー羽根部材１０を示す図である。本発明の実施形態に係る遮音ルーバー１を示す図である。本発明の実施形態に係る遮音ルーバー１の原理を説明する図である。本発明の実施形態に係る遮音ルーバー１の原理を説明する図である。数値解析対象を示す図である。数値解析の結果を示す図である。遮音ルーバー１に適用するスリット共鳴器を説明する図である。スリット共鳴器が適用された遮音ルーバー１の数値解析対象を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。まず、遮音ルーバー１を構成するルーバー羽根部材１０単体を説明する。図１は本発明の実施形態に係る遮音ルーバー１に用いられるルーバー羽根部材１０を示す図である。

遮音ルーバー１は、複数のルーバー羽根部材１０が、所定の間隔を置いて配置されることで構成されるものである。ここで、図１乃至図４においては、ルーバー羽根部材１０や遮音ルーバー１を、長手方向に対する断面で見たものである。したがって、ルーバー羽根部材１０や遮音ルーバー１は、紙面の奥行き方向に長尺体としての長さを有するものである。

また、ルーバー羽根部材１０における構成として、「直線部」などと呼称するが、実際の形状は平面部である。

ルーバー羽根部材１０は、剛性があり、音響透過損失が大きい材料によって構成することが好ましく、例えば、アルミニウムなどを用いることができる。

ルーバー羽根部材１０は、第１直線部３１と、この第１直線部３１と平行な第２直線部３２と、第２直線部３２から延在する放物線部４０と、を有している。放物線部４０は、音の反射部として機能する。

第１直線部３１と、第２直線部３２とは第３直線部３３によって連結されており、第１直線部３１と、第２直線部３２と、第３直線部３３とによって、囲まれた空間には、補強リブ６０が設けられている。

ルーバー羽根部材１０は、第１直線部３１からは、第４直線部３４を介して延在する円弧部５０を有している。円弧部５０は、音の反射部として機能する。

上記のようなルーバー羽根部材１０が複数、全てのルーバー羽根部材１０の第１直線部３１及び第２直線部３２が平行となるように、互いに、所定の間隔を置いて配置されることで、遮音ルーバー１が構成される。

すなわち、遮音ルーバー１においては、一のルーバー羽根部材１０の第１直線部３１が、他のルーバー羽根部材１０の第２直線部３２と、平行となるように配されている。図２は本発明の実施形態に係る遮音ルーバー１を示す図である。

図２に示すように、各ルーバー羽根部材１０が固定されていれば、ルーバー羽根部材１０を固定する方法としてはどのようなものを用いても構わない。また、図に示す遮音ルーバー１において、その左側が、設備機器などが設置されている騒音源側で、右側が受音側であるものとする。

複数のルーバー羽根部材１０を図２に示すように配することで、隣り合うルーバー羽根部材１０の間に、通気経路１５が形成される。騒音源側における通気経路１５の開口を、第１開口１１として定義する。また、受音側における通気経路１５の開口を、第２開口１２として定義する。

本発明に係る遮音ルーバー１を特徴付ける構造を以下に記す。第１として、第１直線部３１及び第２直線部３２によりなる平行対向する壁面で構成される通気経路（区間Ａ）を有している。

また、本発明に係る遮音ルーバー１の特徴的構造の第２として、放物曲面（区間Ｂ）を通気経路１５の内壁として有している。

また、本発明に係る遮音ルーバー１の特徴的構造の第３として、円弧曲面（区間Ｃ）を通気経路１５の内壁として有している。

また、本発明に係る遮音ルーバー１の特徴的構造の第４として、放物曲面（区間Ｂ）と円弧曲面（区間Ｃ）は点Ｄを共通の焦点とする。

また、本発明に係る遮音ルーバー１の特徴的構造の第５として、通気経路１５は騒音源側の第１開口１１から区間Ａ、区間Ｂ、区間Ｃの順で構成されている。

次に、本発明による遮音ルーバー１が通気経路１５を透過する騒音を低減する原理を以下に説明する。また、本発明による遮音ルーバー１の原理を説明する図を図３、４に示す。図において、矢印は騒音の音波の流れの方向を示している。

図３において、（０）に示すように、遮音ルーバー１における第１開口１１には、様々な方向から騒音が入射する。

（１）に示すように、通気経路１５の区間Ａに入射した騒音は、区間Ａの幅（３１と３２の距離）が半波長以下となる周波数では、区間Ａを平面波として伝搬する。

次に、（２）に示すように、区間Ａを平面波として伝搬し、区間Ｂの放物曲面で反射した音波は焦点Ｄに向けて収束する。

次に、（３）に示すように、焦点Ｄを通過した音波は、区間Ｃの円弧曲面に入射する。

次に、図４の（４）に示すように、区間Ｃの円弧曲面で反射した音波は再び焦点Ｄに向けて収束する。

続いて、（５）に示すように、焦点Ｄを通過した音波は、区間Ｂの放物曲面に入射する。

次に、（６）に示すように、区間Ｂの放物曲面で反射した音波は、区間Ａを平面波として伝搬し、騒音源側の第１開口１１へ再放射される。

以上のように、本発明に係る遮音ルーバー１によれば、遮音ルーバー１の通気経路１５を伝搬する騒音を騒音源側へ再放射することで、通気経路１５を透過する騒音を低減し、遮音ルーバー１の遮音性能を向上することができる。

また、本発明に係る遮音ルーバー１によれば、必要となる部品はルーバー羽根部材１０のみであり、部品点数を抑制でき、構造が単純であるので、製造や輸送、施工工数の増加に伴うコストを低減することができる。

また、本発明に係る遮音ルーバー１によれば、様々な方向からの騒音に対処でき、十分な遮音性能を確保することが可能となる。

本発明に係る遮音ルーバー１によれば、騒音入射角によらず、通気経路１５を透過する騒音を低減することができる。

また、本発明に係る遮音ルーバー１によれば、ルーバー羽根部材１０のみで、ルーバー壁を構成できるので、部材点数を減らし、構造を単純化できる。

また、ルーバー羽根部材１０本体は、同一断面図の長尺体であり、上記の部材点数の減少と構造の単純化と併せて、製造コストの低減、輸送コストの低減、設置が単純かつ効率的であることによる施工コストの低減などの効果が期待できる。

ここで、以上で説明した本実施形態に係る遮音ルーバー１においては、第１開口１１に入射した音波を、区間Ａにおいて平面波とし、これを放物線部４０よりなる区間Ｂの放物曲面で反射させ、いったん焦点Ｄを通過させた上で、円弧部５０よりなる区間Ｃの円弧曲面で、再び焦点Ｄに向けて収束させ、さらに、放物線部４０よりなる区間Ｂの放物曲面で反射させて、区間Ａを平面波として伝搬させて、騒音源側の第１開口１１に出射させる構成としているが、本発明に係る遮音ルーバー１の実施形態はこれに限られるものではない。

本発明に係る遮音ルーバー１は、遮音ルーバー１の第１開口１１から、入射した音波を平面波とし、それを通気経路１５中の複数の反射部で反射させて、再び第１開口１１から騒音源側に出射させる、という構成であれば、実施形態で説明した放物曲面や円弧曲面などからなる反射部に限定されるものではない。

すなわち、本発明に係る遮音ルーバー１は、通気経路１５中の形状に特徴を持たせることで、遮音ルーバー１の第１開口１１から入射した音波を、再び第１開口１１から出射させる、という技術思想一切をも含むものである。

また、本発明に係る遮音ルーバー１は、通気経路１５中の形状に特徴を持たせることで、通気経路１５中に音波の焦点を形成し、この焦点を活用して遮音を図る、という技術思想も含むものである。部品点数が増えてしまうというデメリットはあるが、例えば、実施形態における焦点Ｄに吸音材を配して、焦点Ｄにおいて吸音を図ることなども、本発明に係る遮音ルーバー１に含まれるものである。

以下、本発明に係る遮音ルーバー１による遮音効果について数値解析により確認を行ったので、以下に結果を示す。図５は数値解析対象を示す図である。

以下の数値計算にはおいては２次元境界要素法を用いた。計算対象は、ルーバー羽根部材が一定の間隔を空けて配列されたルーバー壁である。図５は計算対象としたルーバー壁の一部を示すものである。この例では、ルーバー羽根部材は１２０ｍｍ間隔で配置され、ルーバー羽根部材間の空隙、すなわち通気経路の幅は約３１ｍｍである。ルーバー羽根部材の表面は完全反射性として計算を行った。音源は、ルーバー壁から図面上左側に２ｍ離れた位置に点音源を配置し、ルーバー壁の受音側（図面上右側）へ透過する音響エネルギーを計算により求めた。

音源側の空間と受音側の空間は、高さ１．３ｍの開口で接続されており、その開口部にルーバー壁が配置される。比較対象として、ルーバー壁が配置されない単純な開口を透過する音響エネルギーを計算により求め、ルーバー壁の有無による音響エネルギーの低減量を遮音ルーバーの挿入損失、すなわち騒音低減性能として評価した。

数値計算においては、１／１５オクターブ毎の純音について行い、得られた受音側へ透過する音響エネルギーを１／３オクターブバンド中心周波数を中心とした５つずつエネルギー平均することで、１／３オクターブバンドの計算結果とした。得られた計算結果より、上記のように単純開口を基準としたルーバー壁による音響エネルギーの低減量を算出し、遮音ルーバーの挿入損失とした。

図６に図５に示した遮音ルーバーの挿入損失の周波数特性を示す。値が大きいほど高い騒音低減性能を持つことを示している。後述のスリット共鳴器を組み込んだ場合と区別するために、図５に示した遮音ルーバーに基づく結果を「基本型」と称することとする。

図６から、幅広い周波数範囲で正の挿入損失が得られており、ルーバー壁の通気性を確保しつつ透過する騒音を低減できていることが分かる。特に、２ｋＨｚ以上の周波数においては５ｄＢ以上の挿入損失が得られている。ただし、１ｋＨｚを中心とした帯域で挿入損失が低下していることが分かる。この対策について以下に提案する。

上記のように、基本型の遮音ルーバーは、１ｋＨｚを中心とした帯域で挿入損失が低下する。この帯域における挿入損失を向上させるため、音が伝搬する伝搬路における壁面を音響的に“ソフト”な状態とするスリット共鳴器を、本発明に係る遮音ルーバー１のルーバー羽根部材１０に組み込むことによる騒音低減法を提案する。

音が伝搬する伝搬路における壁面が音響的に“ソフト”な状態、すなわち、壁面の表面における音響インピーダンス比Ｚが０であるとき、音源側である上流側から伝搬してきた騒音は上流側へ反射され、受音側である下流側へ伝搬しないことが知られている。

従来技術（例えば、特許第３８３１２６３号公報や特許第５４５４３６９号公報に記載の技術）では、音響管の管長が１／４波長と等しくなる周波数及びその奇数倍の周波数で、当該音響管の管口での音響インピーダンス比Ｚが０となることが開示されている。

上記のような従来技術に対して、本発明に係る遮音ルーバー１では、図７に示す背後に密閉された空洞を持つスリット構造による共鳴現象が生じるスリット共鳴器１１０を利用する。図７は遮音ルーバー１に用いるスリット共鳴器を説明する図である。図７（Ａ）はスリット共鳴器１１０の斜視図である。また、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）のスリット共鳴器１１０のスリット状開口部１５０の長手方向を垂直で切って見た断面図である。

図７に示すように、本発明に係る遮音ルーバー１に用いるスリット共鳴器１１０は、基本的に、内側の空間が中空である四角柱状の筐体１４０から構成されている。スリット共鳴器１１０を構成する筐体１４０の一面には、長手状のスリット状開口部１５０と、このスリット状開口部１５０の両側に配され、スリット共鳴器１１０の内側の空間に延在する隔壁部１６０と、を有することを特徴としている。ここで、スリット共鳴器１１０の各寸法は図７に示す記号で表す。なお、スリット状開口部１５０が構成されている筐体１４０の一面と、隔壁部１６０とは互いに直交している。

スリット共鳴器１１０の各寸法が波長に対して十分に小さい場合、スリット状開口部１５０における音響インピーダンス比Ｚは次式（１）で求めることができる。

ただし、ｆは騒音の周波数、ｃは音速、ρは媒質（空気）密度を表す。また、Ｖ_nは、スリット状開口部１５０と隔壁部１６０とで囲まれた、図２（Ｂ）の斜線部以外の空間の体積で、開口端補正を考慮して次式（２）で計算される。なお、式（２）における[ ]内の第２項が、開口端補正に関連する項である。また、図７（Ｂ）で斜線部の空間は、共鳴器として機能するスリット共鳴器１１０の空気層に相当する。

また、Ｖはスリット共鳴器１１０の空洞部の体積（空気層の体積）で、次式（３）で計算される。

また、Ｓは、スリット状開口部１５０（スリット開口）の面積で、次式（４）で計算される。

式（１）の右辺第１項のｒは、共鳴器として機能するスリット共鳴器１１０の隔壁部１６０表面と空気の間に生じる摩擦などの音響抵抗である。隔壁部１６０を金属など表面が平滑な材料で構成する場合、音響抵抗ｒは極めて小さな値となり、次式を満足する共鳴周波数ｆにおいてスリット状開口部１５０の開口における音響インピーダンス比Ｚがほぼ０となる。

このような共鳴器として機能する、２つのスリット共鳴器１１０を、音の伝搬路の壁面５に沿って対向配置すると、上記の周波数ｆにおいては対向するスリット部が音響的に“ソフト”な状態となり、上流側から伝搬してきた周波数ｆの騒音は上流側へ反射され下流側に伝搬しない。

そこで、本実施形態に係る遮音ルーバー１では、上記のようなスリット共鳴器１１０を適用する。図８にスリット共鳴器を組み込んだ遮音ルーバーの例を示す。スリット状の共鳴器の開口部はルーバー羽根部材間の通気経路に面するように設けられている。図示した共鳴器開口の寸法は、共鳴周波数が約８５０Ｈｚとなるように定めている。

前述したように、音の伝搬路（ルーバー壁においては通気経路）を挟んで２つのスリット共鳴器を対向配置することが理想ではあるが、遮音ルーバーの構造上、図８に示すように１つのスリット共鳴器の片側配置とした。この例では、ルーバー羽根部材間の通気経路の幅は約３１ｍｍであり、スリット共鳴器の共鳴周波数８５０Ｈｚにおける波長（４００ｍｍ）と比較して十分に小さいため、スリット共鳴器の片側配置としても効果は期待できる。

図６には、図８に示したスリット共鳴器を組み込んだ遮音ルーバーの挿入損失の数値計算結果（基本型＋共鳴器）が併せて示されている。

図６によれば、共鳴周波数に近い８００Ｈｚ及び１ｋＨｚ帯域において、挿入損失が大きく改善しており、スリット共鳴器を遮音ルーバーに組み込むことによる効果が確認できる。

スリット共鳴器の形状、開口寸法、配置位置は図８に示した例に限られるものではない。ここでは、図５に示した基本型の挿入損失の計算結果から、共鳴周波数を８５０Ｈｚに設定したスリット共鳴器を組み込んだ例を示した。寸法、配置間隔等の異なる遮音ルーバーにおいても、数値計算または実験により挿入損失の周波数特性を求め、挿入損失を改善したい帯域に合わせてスリット共鳴器の共鳴周波数を設定し、スリット共鳴器の各寸法を決定する。この際、対象となる騒音の周波数特性を併せて勘案してスリット共鳴器の共鳴周波数を決定する場合もある。

上記のようなスリット共鳴器をルーバー羽根部材１０に組み込んだとしても、ルーバー羽根部材は同一断面の長尺体であるため、製造、施工におけるコスト減の効果は維持できる。

１・・・遮音ルーバー
１０・・・ルーバー羽根部材
１１・・・第１開口
１２・・・第２開口
１５・・・通気経路
３１・・・第１直線部
３２・・・第２直線部
３３・・・第３直線部
３４・・・第４直線部
４０・・・放物線部（反射部）
５０・・・円弧部（反射部）
６０・・・補強リブ
１４０・・・筐体
１１０・・・スリット共鳴器
１５０・・・スリット状開口部
１６０・・・隔壁部
Ｄ・・・焦点

Claims

ルーバー羽根部材が、複数隣り合って配置された遮音ルーバーであって、
ルーバー羽根部材には第１の反射部と第２の反射部とが形成されており、
通気経路は、一のルーバー羽根部材と、それと隣り合う他のルーバー羽根部材との間に形成され、
通気経路中には、一のルーバー羽根部材における第１の反射部と、それと隣り合う他のルーバー羽根部材における第２の反射部とからなる複数の反射部が配されると共に、
一のルーバー羽根部材における第１の反射部の焦点と、それと隣り合う他のルーバー羽根部材における第２の反射部の焦点とが共通であり、
通気経路の第１開口に入射した音が、複数の反射部で反射され、第１開口から出射され、
第１の反射部が、第１開口に対向する位置に設けられると共に、第２の反射部が、第１開口に対向しない位置に設けられており、
第１開口に入射した音が第１の反射部で反射され、焦点を介して第２の反射部で反射された音が再度第１の反射部で反射されて、第１開口から出射され、
通気経路が、第１開口に入射した音を、平面波として伝搬可能であり、通気経路中を平面波として伝搬される音が、複数の反射部で反射され、第１開口から出射されることを特徴とする遮音ルーバー。
第１の反射部は、ルーバー羽根部材の長手方向に対する断面でみて断面が放物線であることを特徴とする請求項１に記載の遮音ルーバー。
第２の反射部は、ルーバー羽根部材の長手方向に対する断面でみて断面が円弧であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の遮音ルーバー。
ルーバー羽根部材には、開口部が通気経路に面するように設けられると共に第１の反射部と第２の反射部とは対向しないように配された共鳴器が含まれることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の遮音ルーバー。
開口部がルーバー羽根部材の長手方向に延びるスリット状であり、スリット状の開口部の両側には、前記共鳴器の内側の空間に延在する隔壁部が配されることを特徴とする請求項４に記載の遮音ルーバー。