JP7398742B2

JP7398742B2 - 伝搬音抑制構造及び管内伝搬音抑制構造

Info

Publication number: JP7398742B2
Application number: JP2020100322A
Authority: JP
Inventors: 正明小林; 明彦松岡; 穂高小泉; 康人河井
Original assignee: Toda Corp; Kansai University
Current assignee: Toda Corp; Kansai University
Priority date: 2020-06-09
Filing date: 2020-06-09
Publication date: 2023-12-15
Anticipated expiration: 2040-06-09
Also published as: JP2021196388A

Description

特許法第３０条第２項適用発行者名：一般社団法人日本音響学会、刊行物名：日本音響学会２０１９年秋季研究発表会講演論文集ＣＤ－ＲＯＭ、発行日：２０１９年８月２１日集会名：日本音響学会建築音響研究委員会、２０１９年１０月度建築音響研究会、岡山国際交流センター、開催日：令和元年１０月１８日

本発明は、伝搬音抑制構造及び管内伝搬音抑制構造に関する。

従来の位相干渉・共鳴器などを応用した減音装置は、低周波数領域の特定の周波数の音をピンポイントでしか低減することができず、低周波数領域の音を広い範囲で低減することができないのでトンネル掘削時の発破音などを減音することができないという問題があった。

そこで、伝搬音の伝搬方向と交差する方向に沿った仕切り板のエッジに吸音層を備えることにより、エッジ付近で粒子速度に基づく振動エネルギを熱エネルギに変換することで所望の周波数領域の伝搬音を広い範囲で大きく低減することができる減音装置が提案されている（特許文献１）。

この減音装置は、伝搬方向と直交する仕切り板等で区切られた適切な大きさの複数の窪みの並びがある場合、この窪みの開口面を形成する仕切り板付近で開口面の法線方向に大きな粒子速度の領域が集中して現れることから、この粒子速度の増大が集中する領域に吸音層を設けることにより音エネルギを熱エネルギに変換する。

そして、この減音装置は、上記のトンネル工事の発破音のみならず、例えばオフィスビルの天井又は空中に設けられるダクト管内を伝搬する伝搬音に対しても有用であることから管内伝搬音抑制構造と呼ばれる。

特開２０１９－２０７３８５号公報

そこで、本発明は、従来の減音装置を改良し、優れた騒音低減効果が得られる伝搬音抑制構造及び管内伝搬音抑制構造を提供することを目的とする。

本発明は上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することができる。

［１］本発明に係る伝搬音抑制構造の一態様は、
設置面に、伝搬音の伝搬方向に沿って５０ｍｍ～２００ｍｍの間隔をあけて配置された３枚以上の仕切り板と、
隣り合う一方の前記仕切り板から他方の前記仕切り板まで延在する吸音材と、
前記吸音材と前記設置面との間に設けられた空気層と、
を備え、
前記仕切り板は、それぞれ前記伝搬方向と交差して配置され、かつ、前記設置面から前記設置面とは反対側の自由端までの高さが１００ｍｍ～４００ｍｍであり、
前記吸音材は、前記仕切り板における前記自由端から５ｍｍ以上突出すると共に、突出した高さ以上の厚さを備えることを特徴とする。

［２］上記伝搬音抑制構造の一態様において、
前記吸音材は、前記自由端から２５ｍｍ以上突出することができる。

［３］本発明に係る管内伝搬音抑制構造の一態様は、
管体と、
前記管体に設けられた前記伝搬音抑制構造と、
を備え、
前記管体は、前記伝搬方向に沿って延び、
前記設置面は、前記管体の内面であり、
前記仕切り板は、前記内面に沿ってそれぞれ連続して設けられ、
前記吸音材は、連続する前記自由端から前記管体の内側へ突出することを特徴とする。

本発明に係る伝搬音抑制構造及び管内伝搬音抑制構造の一態様によれば、優れた騒音低減効果が得られる。

本実施形態に係る伝搬音抑制構造を説明する模式図である。本実施形態に係る管内伝搬音抑制構造を説明する模式図である。音源と測定点の配置を説明する縦断面図である。基準試験体と比較例１～３に用いた試験体を説明する模式図である。比較例１～３の騒音低減効果を示すグラフである。実施例１，２及び比較例４，５に用いた試験体を説明する模式図である。実施例１，２及び比較例４，５の騒音低減効果を示すグラフである。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

１．伝搬音抑制構造
図１を用いて本実施形態に係る伝搬音抑制構造１について説明する。図１は、本実施形態に係る伝搬音抑制構造１を説明する模式図であり、（ａ）が伝搬音抑制構造１の側面図であり、（ｂ）が伝搬音抑制構造１の正面図である。

図１に示すように、伝搬音抑制構造１は、設置面１０に配置された３枚以上の仕切り板３０と、仕切り板３０の間に配置された吸音材４０と、吸音材４０と設置面１０との間に設けられた空気層５０と、を備える。

設置面１０は、図１におけるＸ－Ｚ平面であり、伝搬音抑制構造１を設ける面である。設置面１０は、略平面であるが多少の凹凸があってもよい。設置面１０は、部屋の床面、壁面及び天井の少なくともいずれか一つであってもよいし、後述する管体の内面の一部であってもよい。

仕切り板３０は、例えば、設置面１０に対して鉛直方向に立設されたＹ－Ｚ方向に延びる板状体である。仕切り板３０は、設置面１０に、伝搬音の伝搬方向Ｄに沿って間隔をあけて配置される。隣り合う仕切り板３０の間隔は、５０ｍｍ～２００ｍｍである。仕切り板３０は、下端の固定端３２が設置面１０上に固定される。また、仕切り板３０は、設置面１０上に載置されるだけでもよい。仕切り板３０は、設置面１０とは反対側が自由端３
４である。仕切り板３０は、それぞれ伝搬音の伝搬方向Ｄと交差して配置され、例えば伝搬方向Ｄと直交するように配置されることが好ましい。仕切り板３０は、それぞれ設置面１０から設置面１０とは反対側の自由端３４までの高さＨｂが１００ｍｍ～４００ｍｍである。仕切り板３０の材質は、一般的に遮音材として用いられる例えば、金属、ガラス、樹脂、木材のようなものである。

仕切り板３０は、３枚以上が設置面１０上に配置される。隣り合う仕切り板３０の間で気柱共鳴による騒音低減効果が得られるため、仕切り板３０の枚数は多い方が好ましい。上記所定の高さＨｂ及び間隔を有する仕切り板３０の気柱共鳴による騒音低減効果は、主に２００Ｈｚ～８００Ｈｚの間で得られる。

吸音材４０は、隣り合う一方の仕切り板３０から他方の仕切り板３０まで延在する。吸音材４０は、隣り合う仕切り板３０の間隔と等しい長さを備える。

吸音材４０は、仕切り板３０の自由端３４から５ｍｍ以上突出すると共に、突出した高さＨａ以上の厚さＴａを備える。吸音材４０の仕切り板３０から突出した高さＨａが５ｍｍ以上であれば、高さＨａが０ｍｍのときよりも優れた騒音低減効果が得られる。吸音材４０の突出した高さＨａによる騒音低減効果は、主に仕切り板３０の気柱共鳴による騒音低減効果よりもやや低い周波数の空気伝搬音を抑制する効果として現れる。吸音材４０は、仕切り板３０の自由端３４から２５ｍｍ以上突出することがさらに好ましい。吸音材４０の突出した高さＨａが２５ｍｍ以上であることにより、優れた空気伝搬音抑制効果を得ることができる。また、吸音材４０の突出した高さＨａは、市販の吸音材を加工して用いることを考慮すると、５０ｍｍ以下であることが好ましい。

吸音材４０の厚さＴａは、突出した高さＨａ以上であるため、５ｍｍ以上である。吸音材４０の厚さＴａは、２５ｍｍ以上であることが好ましく、５０ｍｍ以上であることがさらに好ましい。また、吸音材４０の厚さＴａは、伝搬音抑制構造１が設けられた空間の利用態様や設備コストなどに応じて上限を設定することができる。

吸音材４０としては、グラスウール、ロックウール、多孔質体等を採用することができる。多孔質体としては、例えば活性炭を採用することができる。吸音材４０としては、価格や取り扱いの容易さなどからグラスウールが好ましい。

空気層５０は、隣り合う仕切り板３０の間であって、仕切り板３０の自由端３４に設けられた吸音材４０と設置面１０との間に設けられる。吸音材４０によって蓋をされた状態の空気層５０を設けることにより、主に８００Ｈｚ以上の周波数に対する騒音低減効果に優れる。

伝搬音抑制構造１は、トンネル、オフィス、病院、学校、工場などに採用することができる。

伝搬音抑制構造１は、例えば、間隔が固定された２枚の仕切り板３０と、仕切り板３０の自由端３４に固定された吸音材４０とをあらかじめ組み合わせた１組の組立体を用いてもよい。複数組の組立体を仕切り板３０が背面合わせになるように伝搬方向Ｄに沿って並べることで伝搬音抑制構造１を形成してもよい。

２．管内伝搬音抑制構造
図２を用いて本実施形態に係る管内伝搬音抑制構造２について説明する。図２は、本実施形態に係る管内伝搬音抑制構造２を説明する模式図であり、（ａ）が管内伝搬音抑制構造２の（ｂ）におけるＡ－Ａ断面図であり、（ｂ）が管内伝搬音抑制構造２の正面図であ
る。なお、図２の（ａ）では断面形状を明確に表すために仕切り板３００及び吸音材４００の一部を破線で示す。

図２に示すように、管内伝搬音抑制構造２は、管体２０と、管体２０に設けられた伝搬音抑制構造１と、を備える。伝搬音抑制構造１は、上述した通りであるので重複する説明を省略するが、設置面１０が管体２０の内面２２であることにより異なる点を中心に説明する。

管体２０は、伝搬方向Ｄに沿って延びる。管体２０は、例えば、建築物に設けられるダクトやトンネルである。管体２０は、管体２０の内面２２が正面視で四角形であるが、これに限らず、例えば四角形以外の多角形や円形であってもよい。

仕切り板３００は、内面２２から管体２０の中心側へ向けて突出するように配置される。そのため、管体２０の内面２２の各面において図１を用いて説明した伝搬音抑制構造１と同様に騒音低減効果が得られる。仕切り板３００は、正面視で上面、底面及び両側面の内面２２に沿ってそれぞれ連続して設けられる。仕切り板３００は、図２の（ｂ）に示すように中央に開口を有する一枚の板状体である。仕切り板３００は、内面２２の一部の面例えば両側面のみに設けてもよい。

吸音材４００は、連続する自由端３４０から管体２０の内側へ突出する。図２の（ａ）のようにＡ－Ａ断面図で見ると、基本的な構造は図１の（ａ）における伝搬音抑制構造１と同じであるが、（ｂ）に示すように吸音材４００は中心に四角形の開口を有する四角形に形成される。吸音材４００が形成する開口は、仕切り板３００の自由端３４０によって形成される四角形の開口よりも小さく、自由端３４０の内側に形成される。

内面２２の各辺における吸音材４００の突出した高さは、自由端３４０から５ｍｍ以上であり、特に２５ｍｍ以上であることが好ましい。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法、及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

図３に示す装置を用いて音圧レベルを測定した。図３は、音源であるスピーカ６と測定点７の配置を説明する縦断面図である。図３では、基準試験体２ａを中心に開口のあるベニヤ板４の上に配置させ、ベニヤ板４の開口を塞ぐようにスピーカ６を配置した。ベニヤ板４とスピーカ６との間には緩衝材５を設けた。スピーカ６は、ＷＡＳＥＤＡＥ．Ｅ．Ｗ－３２３２平面スピーカ（３００×３００ｍｍ）を使用した。試験音にはピンクノイズを用い、測定状況によらず入力電圧を一定とした。基準試験体２ａの管体２０は、長さ１０００ｍｍの塩化ビニル製の角筒であり、第１開口部２４をベニヤ板４上に配置して伝搬方向Ｄが基準試験体２ａの中心軸線上を通るようにした。第２開口部２６の中心と測定点７との距離は５００ｍｍであった。図３の装置は、無響室内に配置した。

まず、スピーカ６から試験音を放出しながら、測定点７における音圧レベルを測定した。次に、基準試験体２ａを図４及び図６に示す試験体２ｂ～試験体２ｈに替えてそれぞれの音圧レベルを同様に測定した。なお、基準試験体２ａ及び試験体２ｂ～試験体２ｈにお
ける管体２０は同じであり、試験体２ｂ～試験体２ｈにおける仕切り板３００及び吸音材４００の材質及び厚さは同じである。

図４の（ａ）～（ｄ）を用いて基準試験体２ａ、比較例１～３の試験体２ｂ～２ｄについて説明する。図４は、基準試験体２ａと比較例１～３に用いた試験体２ｂ～２ｄを説明する模式図である。基準試験体２ａは、その内面２２に仕切り板３００及び吸音材４００を有しない上述の塩化ビニル製の角筒であった。

比較例１の試験体２ｂは、第１開口部２４から２５０ｍｍと７５０ｍｍの位置に厚さ５ｍｍの仕切り板３００が内面２２に固定され、２枚の仕切り板３００の間に長さ４９０ｍｍの吸音材４００が固定された。吸音材４００は、自由端３４０の各辺から２５ｍｍ管体２０の中心側へ突出させた（高さＨａ＝２５ｍｍ）。仕切り板３００の内面２２からの高さＨｂは１００ｍｍであり、自由端３４０により形成される四角形の開口は幅３００ｍｍであった。吸音材４０は、長さが４９０ｍｍ、厚さが５０ｍｍ、材質がグラスウール（３２ｋｇ／ｍ^３）であった。

比較例２の試験体２ｃは、比較例１の試験体２ｂと同様に仕切り板３００を配置して、吸音材４００を設けなかった。比較例３の試験体２ｄは、仕切り板３００を設けずに、第１開口部２４から２５０ｍｍの位置に長さが５００ｍｍの吸音材４００を内面２２に沿って固定した。

比較例１～３の試験体２ｂ～２ｄを図３に示す装置に基準試験体２ａに替えて順に設置して、音圧レベルを測定した。基準試験体２ａの音圧レベルを基準レベルとする各試験体の騒音低減効果（ｄＢ）を算出し、図４に試験体２ｂ～２ｄにおける１６０Ｈｚ～１．６ｋＨｚの騒音低減効果（ｄＢ）を示した。図４において、横軸は周波数（Ｈｚ）であり、縦軸は騒音低減効果（ｄＢ）であり、実線Ｃｅ１は試験体２ｂの騒音低減効果であり、破線Ｃｅ２は試験体２ｃの騒音低減効果であり、破線Ｃｅ３は試験体２ｄの騒音低減効果である。騒音低減効果が大きいほど基準試験体２ａに比べて管内伝搬音が抑制されたことを示す。

図５に示すように、１６０Ｈｚ～１．６ｋＨｚの全体に渡って比較例１の試験体２ｂが比較例２，３の試験体２ｃ，２ｄに比べて騒音低減効果が大きかった。特に、比較例１の試験体２ｂは、１ｋＨｚ～１．６ｋＨｚの高い周波数における騒音低減効果に優れていた。

図６の（ｅ）～（ｈ）を用いて実施例１，２及び比較例４，５の試験体２ｅ～２ｈについて説明する。図６は、実施例１，２及び比較例４，５に用いた試験体２ｅ～２ｈの管内伝搬音抑制構造を説明する模式図である。試験体２ｅ～２ｈは、吸音材４００が自由端３４０から突出する高さが異なるだけで、他の構成は同一であった。なお、試験体２ｇは、上述の特許文献１に対応する。

実施例１，２及び比較例４，５の試験体２ｅ～２ｈは、第１開口部２４から２５０ｍｍ～７５０ｍｍの位置まで厚さ５ｍｍの仕切り板３００を５０ｍｍ間隔で１０枚配置し、隣接する仕切り板３００の間に長さ５０ｍｍの吸音材４００がそれぞれ固定された。仕切り板３００は、比較例１の仕切り板３００と同じであった。吸音材４０は、長さが５０ｍｍ、厚さが５０ｍｍ、材質がグラスウール（３２ｋｇ／ｍ^３）であった。

実施例１の試験体２ｅにおける吸音材４００は、自由端３４０の各辺から５ｍｍ管体２０の中心側へ突出させた（高さＨａ＝５ｍｍ）。実施例２の試験体２ｆにおける吸音材４００は、自由端３４０の各辺から２５ｍｍ管体２０の中心側へ突出させた（高さＨａ＝２
５ｍｍ）。比較例４の試験体２ｇにおける吸音材４００は、自由端３４０の各辺と面一（高さＨａ＝０ｍｍ）であった。比較例５の試験体２ｈにおける吸音材４００は、自由端３４０の各辺から５ｍｍ管体２０の内面２２側に入り込んでいた（高さＨａ＝－５ｍｍ）。

実施例１，２及び比較例４，５の試験体２ｅ～２ｈを図３に示す装置に基準試験体２ａに替えて順に設置して、音圧レベルを測定した。基準試験体２ａの音圧レベルを基準レベルとする各試験体の騒音低減効果（ｄＢ）を算出し、図７に試験体２ｅ～２ｈにおける１６０Ｈｚ～１．６ｋＨｚの騒音低減効果（ｄＢ）を示した。図７において、横軸は周波数（Ｈｚ）であり、縦軸は騒音低減効果（ｄＢ）であり、実線Ｅｘ１は試験体２ｅの騒音低減効果であり、破線Ｅｘ２は試験体２ｆの騒音低減効果であり、破線Ｃｅ４は試験体２ｇの騒音低減効果であり、破線Ｃｅ５は試験体２ｈの騒音低減効果である。騒音低減効果が大きいほど基準試験体２ａに比べて管内伝搬音が抑制されたことを示す。

図５と図７を比較すると、実施例１，２及び比較例４，５の方が比較例１～３に比べて２００Ｈｚ～８００Ｈｚにおける騒音低減効果が大きかった。また、図７に示すように、１６０Ｈｚ～５００Ｈｚの範囲で実施例１，２の試験体２ｅ，２ｆが比較例４，５の試験体２ｇ，２ｈに比べて騒音低減効果が大きかった。特に、実施例２の試験体２ｆは、試験体２ｅ，２ｇ，２ｈに比べて１６０Ｈｚ～４００Ｈｚの周波数における騒音低減効果に優れていた。

１…伝搬音抑制構造、２…管内伝搬音抑制構造、２ａ基準試験体、２ｂ～２ｈ…試験体、４…ベニヤ板、５…緩衝材、６…スピーカ、７…測定点、１０…設置面、２０…管体、２２…内面、２４…第１開口部、２６…第２開口部、３０…仕切り板、３２…固定端、３４…自由端、４０…吸音材、５０…空気層、３００…仕切り板、３２０…固定端、３４０…自由端、４００…吸音材、５００…空気層、Ｄ…伝搬方向、Ｈａ…高さ、Ｈｂ…高さ、Ｔａ…厚さ

Claims

設置面に、伝搬音の伝搬方向に沿って５０ｍｍ～２００ｍｍの間隔をあけて配置された３枚以上の仕切り板と、
隣り合う一方の前記仕切り板から他方の前記仕切り板まで延在する吸音材と、
前記吸音材と前記設置面との間に設けられた空気層と、
を備え、
前記仕切り板は、それぞれ前記伝搬方向と交差して配置され、かつ、前記設置面から前記設置面とは反対側の自由端までの高さが１００ｍｍ～４００ｍｍであり、
前記吸音材は、前記仕切り板における前記自由端から５ｍｍ以上突出すると共に、突出した高さ以上の厚さを備えることを特徴とする、伝搬音抑制構造。
請求項１において、
前記吸音材は、前記自由端から２５ｍｍ以上突出することを特徴とする、伝搬音抑制構造。
管体と、
前記管体に設けられた請求項１または請求項２に記載の前記伝搬音抑制構造と、
を備え、
前記管体は、前記伝搬方向に沿って延び、
前記設置面は、前記管体の内面であり、
前記仕切り板は、前記内面に沿ってそれぞれ連続して設けられ、
前記吸音材は、連続する前記自由端から前記管体の内側へ突出することを特徴とする、管内伝搬音抑制構造。