JP7409970B2 - 吸音構造 - Google Patents

Description

本発明は、吸音構造に関する。

鉄道から生じる音は、防音壁と車輌の間で多重反射をして防音壁外部に漏れて騒音となる。鉄道の高速化に伴い音源の音圧は大きくなる傾向にあり、従来の吸音パネルを適用した場合、騒音対策が不十分となる。新幹線のような高速鉄道の騒音を低減するために反射板を内蔵した吸音パネルが提案され、防音壁としての高架橋の側壁に実用化されている（例えば、特許文献１参照）。
鉄道通過音などのように音源方向が一定で方向性を持つ音を効率良く吸音するには、特許文献１に記載の反射板を内蔵した吸音パネルは非常に適している。

特開２００７－２５５０９８号公報

さらに高速な鉄道であるリニアモーターカーの開通に伴い、新たに高架橋に防音壁を設置する必要が生じている。リニアモーターカーから発せられる騒音は、従来の高速鉄道よりも低周波であることが特徴であり、また音圧レベルも大きいことから、従来の吸音パネルでは騒音対策が不十分であった。

そこで、本発明は、リニアモーターカーのような新幹線を超える速度域を持つ高速鉄道の騒音を低減することが可能な吸音構造を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の要旨は、以下のとおりである。
［１］対向する第１の面及び第２の面を有する中空形状であり、前記中空形状の内部に前記第１の面側の第１の領域及び前記第２の面側の第２の領域を有する筐体と、前記第１の領域おいて、前記第２の領域に向かって音源から発せられる音に対して正対する向きに傾斜し、互いに略平行に配置された複数の反射板と、前記第１の領域を充填する第１の吸音材と、前記第２の領域を充填する第２の吸音材とを備える、吸音構造。
［２］前記第１の面及び前記第２の面の法線方向における前記反射板の存在領域は、前記第１の吸音材及び前記第２の吸音材の総厚に対して７０％以下である、［１］に記載の吸音構造。
［３］前記第１の吸音材及び前記第２の吸音材は、撥水性又は防水性を有するクロス及びフィルムのいずれかにより、それぞれ独立して覆われている、［１］又は［２］に記載の吸音構造。
［４］前記第１の領域と前記第２の領域は、上下方向に段違いであり、前記第２の領域が前記第１の領域より上方に配置されている、［１］～［３］のいずれかに記載の吸音構造。
［５］前記反射板の板厚は、０．１ｍｍ以上３．２ｍｍ以下である、［１］～［４］のいずれかに記載の吸音構造。
［６］前記第１の吸音材及び前記第２の吸音材が乾式材料であり、前記乾式材料の密度は、１６ｋｇ／ｍ^３以上６４ｋｇ／ｍ^３以下である、［１］～［５］のいずれかに記載の吸音構造。
［７］前記第１の吸音材及び前記第２の吸音材が湿式材料であり、前記湿式材料の密度は、２０ｋｇ／ｍ^３以上１００ｋｇ／ｍ^３以下である、［１］～［５］のいずれかに記載の吸音構造。

本発明によれば、リニアモーターカーのような高速鉄道の騒音を低減することが可能な吸音構造を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る吸音構造を示す模式的図である。 本発明の第２の実施形態に係る吸音構造を示す模式的図である。 実施例１の吸音構造における吸音性能試験方法の結果を示すグラフである。 比較例１の吸音構造における吸音性能試験方法の結果を示すグラフである。 比較例２の吸音構造における吸音性能試験方法の結果を示すグラフである。 比較例３の吸音構造における吸音性能試験方法の結果を示すグラフである。

以下、本発明について実施形態を用いてより詳細に説明する。

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る吸音構造１は、図１に示すように、対向する第１の面１１及び第２の面１２を有する中空形状であり、中空形状の内部に第１の面１１側の第１の領域Ｒ_１及び第２の面１２側の第２の領域Ｒ_２を有する筐体１０と、第１の領域Ｒ_１おいて、第２の領域Ｒ_２に向かって音源５０から発せられる音に対して正対する向きに傾斜し、互いに略平行に配置された複数の反射板２０と、第１の領域Ｒ_１を充填する第１の吸音材３０と、第２の領域Ｒ_２を充填する第２の吸音材４０とを備える。

（筐体）
筐体１０の形状は、対向する第１の面１１及び第２の面１２を有する中空形状であり、図１においては、直方体であるが特に限定されず、立方体、円柱、正四面体であってもよく、これら以外の他の形状であってもよい。

筐体１０を構成する面は、多数の貫通孔が設けられていることが好ましく、例えば、金網、パンチングメタル及びルーバー等が挙げられる。筐体１０を構成する面としては、吸収効果を向上させ、かつ、剛性及び耐久性を得る観点から、多数の貫通孔が設けられているパンチングメタル等の多孔板であることが好ましい。貫通孔の形状は、丸孔、角孔及び長孔等のいずれであってもよい。筐体１０を構成する第１の面１１を除く面に多数の貫通孔が設けられていることによって、音源５０からの音が第１の領域Ｒ１、及び第２の領域Ｒ２で多重反射して減衰量が多くなり、音源５０からの騒音に対する吸収効果を高めることができる。
例えば、筐体１０を構成する第２の面１２に設けられる多数の貫通孔は、音源５０から筐体１０に直接入射する音の吸収に効果を奏する。また、筐体１０を構成する上面１３に多数の貫通孔が設けられている場合、筐体１０の上部を超える音Ｓの吸収に効果を奏する。
筐体１０を構成する面の貫通孔による開口率は、２０％以上７０％以下であることが好ましく、３５％以上６５％以下であることがより好ましく、４０％以上６０％以下であることがさらに好ましい。筐体１０を構成する面の貫通孔による開口率が上記範囲内であることで、筐体１０の剛性及び耐久性を維持しつつ、音源５０からの騒音に対する吸収効果を効率よく奏することができる。なお、筐体１０を構成する面の貫通孔による開口率とは、筐体１０を構成する面を平面視したときに、周囲のフレーム部分を除いた貫通孔を含む面全体の面積に対する貫通孔の面積の割合である。
防音壁を構成するための吸音構造１である場合、第１の面１１は十分な遮音性能を持った平板であることが好ましい。上面１３及び下面１４は、平板であってもよい。

筐体１０の材質としては、剛性及び耐久性を有する材質を採用することができ、例えば、鉄、鋼鉄及びアルミニウム等の金属、並びに、ポリエチレン、ポリプロピレン及びポリブテン等の樹脂などが挙げられる。筐体１０の材料として、耐久性の面からは、金属が好ましく、中でも、高耐食性めっき鋼板及び溶融亜鉛めっき鋼板等のめっき鋼板が好ましい。高耐食性めっき鋼板として、具体的には、スーパーダイマ鋼板（登録商標）及びＺＡＭ（登録商標）鋼板等が挙げられる。正面板１０の材質として、金属が好ましく、中でも、防音壁を構成するための吸音構造１においては高い剛性を有する高耐食性めっき鋼板がより好ましい。正面板１０は、耐食性を向上させるための塗装等を施してもよい。

筐体１０の厚みは、０．８ｍｍ以上９．０ｍｍ以下であることが好ましく、１．２ｍｍ以上６．０ｍｍ以下であることがより好ましく、１．６ｍｍ以上４．５ｍｍ以下であることがさらに好ましい。筐体１０の厚みが上記範囲内であることで、剛性及び耐久性を有し、且つ軽量な筐体１０とすることができる。

（反射板）
反射板２０は、１枚だけでは吸音効果が不十分であり、複数枚設けられる。具体的には、反射板２０は、第２の領域Ｒ_２に向かって音源に対して正対する向きに傾斜し、互いに隣接する少なくとも２枚が略平行であればよい。
反射板２０は、第２の領域Ｒ_２に向かって音源に対して正対する向きに傾斜して配置されることで、音源５０に対して所定の角度で互いに隣接する少なくとも２枚が略平行に配置される。
他の反射板２０は、所定の角度を保ち非平行でお互いに交差するように設けられていてもよい。
複数の反射板２０が、音源５０に対して所定の角度で互いに略平行に設けられることによって、吸音構造１を防音壁に採用したときに、防音壁と車輌との間で多重反射して防音壁外部に漏れていた騒音の多重反射部分の方向を変え、騒音が防音壁外側に漏れにくくなり防音効果が増大する。
また、反射板２０間で騒音が多重反射することによって、多重反射中の音が第１の吸音材３０の中を通過することで減衰量が大きくなり、さらに防音効果が増大する。
なお、本明細書における略平行とは、厳密な意味での平行のみを意味するのではなく、上記騒音の多重反射の方向を変えうる程度の角度を許容する意味であり、通常は互いに隣接する反射板が±１０°以内にあればよい。

反射板２０は、第１の領域Ｒ_１に第２の領域Ｒ_２に向かって音源に対して正対する向きに傾斜し、互いに隣接する少なくとも２枚が略平行となるように配置可能な手段であれば特に限定されない。
例えば、第２の領域Ｒ_２に固定部材（図示せず）を備え、反射板２０を固定部材に固定する手段でもよく、反射板２０を第２の吸音材４０で反射板２０を固定する手段でもよい。
中でも、反射板２０の傾斜角度の設定及び保持が容易である観点から、反射板２０を固定部材に固定する手段が好ましい。
図１に示すように、反射板２０の下端部２０ａを第２の領域Ｒ_２の第２の面１１側に備える固定部材に固定した場合、反射板２０と固定部材とのなす角θは、１０°以上６５°以下であることが好ましく、１２°以上５５°以下であることがより好ましく、１５°以上４５°以下であることがさらに好ましい。反射板２０と固定部材とのなす角θが上記範囲内であることで、反射板２０が音源５０に対して所定の角度で設けられ防音効果を向上させることができる。

第１の面１１及び第２の面１２の法線方向Ｎにおける反射板２０の存在領域Ｅ_２は、第１の吸音材３０及び第２の吸音材４０の総厚Ｅ_１に対して７０％以下であることが好ましく、６０％以下であることがより好ましく、５０％以下であることがさらに好ましい。
反射板２０の存在領域Ｅ_２が第１の吸音材３０及び第２の吸音材４０の総厚Ｅ_１に対して上記上限値以下であることで、音が反射板２０で反射して第２の面１２側から出る場合に、音の経路に第１の吸音材３０及び第２の吸音材４０が存在することになり、吸音効果を高めることができる。

反射板２０の板厚Ｗは、０．１ｍｍ以上３．２ｍｍ以下であることが好ましく、０．３ｍｍ以上２．３ｍｍ以下であることがより好ましく、０．４ｍｍ以上１．６ｍｍ以下であることがさらに好ましい。反射板２０の板厚Ｗが上記範囲内であることで、音の反射をさせる機能を維持するとともに重量を低減することができ、音が外に漏れにくくなる効果と軽量化効果の両立ができる。

反射板２０の面密度は、０．０５ｇ／ｃｍ^２以上７ｇ／ｃｍ^２以下であることが好ましい。
反射板２０の面密度が上記下限値以上であることで、音の反射量が増大し、音が外に漏れにくくなる。また、反射板２０の面密度が上記上限値以下であることで、吸音構造１の軽量化を図ることができる。

反射板２０の材質としては、剛性及び耐久性を有する材質を採用することができ、例えば、鉄、鋼鉄及びアルミニウム等の金属、ポリエチレン、ポリプロピレン及びポリブテン等の樹脂、並びに、木製合板などが挙げられる。反射板２０の材料として、金属が好ましく、中でも、高耐食性めっき鋼板及び溶融亜鉛めっき鋼板等のめっき鋼板が好ましい。高耐食性めっき鋼板として、具体的には、スーパーダイマ鋼板（登録商標）及びＺＡＭ（登録商標）鋼板等が挙げられる。反射板２０の材質として、金属が好ましく、中でも、剛性を有しかつ軽量であることから、アルミニウム板が好ましい。反射板２０は、耐食性を向上させるための塗装等を施してもよい。

（第１の吸音材、第２の吸音材）
第１の吸音材３０は、第１の領域Ｒ_１の反射板２０間を充填する。また、第２の吸音材４０は、第２の領域Ｒ_２を充填する。つまり、第１の吸音材３０及び第２の吸音材４０によって、筺体１０の内部が充填されることになり、防音壁と車輌との間で発生する多重反射を吸音することで防音効果が大きくなる。また、第１の吸音材３０及び第２の吸音材４０によって、反射板２０を設けたことで生じる筺体１０の内部での多重反射音及び直接反射音を取り除く（吸音する）ことが可能となり、さらに防音効果を向上させることができる。
吸音材３０と吸音材４０は、一体成型されたものであっても、分割されたものであってもよい。

第１の吸音材３０及び第２の吸音材４０の材質は、特に限定されるものではないが、例えばグラスウール、ロックウール、合成繊維及び金属繊維等の乾式材料、並びに、ウレタンフォーム及びパテ等の湿式材料が挙げられる。第１の吸音材３０及び第２の吸音材４０の材質は、乾式材料又は湿式材料を単体で用いてもよい。乾式材料のうち、グラスウール等の水分を含むと変形するものは、撥水性のものを用いることが好ましい。

第１の吸音材３０及び第２の吸音材４０の乾式材料の密度は、１６ｋｇ／ｍ^３以上６４ｋｇ／ｍ^３以下であることが好ましく、２０ｋｇ／ｍ^３以上４８ｋｇ／ｍ^３以下であることがより好ましく、２４ｋｇ／ｍ^３以上３２ｋｇ／ｍ^３以下であることがさらに好ましい。第１の吸音材３０及び第２の吸音材４０の乾式材料の密度が上記範囲内であることで、吸音効果と製造コスト低減とを両立させることができる。

第１の吸音材３０及び第２の吸音材４０の湿式材料の密度は、２０ｋｇ／ｍ^３以上１００ｋｇ／ｍ^３以下であることが好ましく、２５ｋｇ／ｍ^３以上８０ｋｇ／ｍ^３以下であることがより好ましく、３０ｋｇ／ｍ^３以上６０ｋｇ／ｍ^３以下であることがさらに好ましい。第１の吸音材３０及び第２の吸音材４０の湿式材料の密度が上記範囲内であることで、吸音効果と吸音構造の軽量化とを両立させることができる。

第１の吸音材３０及び第２の吸音材４０は、撥水性又は防水性を有するクロス及びフィルムのいずれかにより、それぞれ独立して覆われていることが好ましい。第１の吸音材３０及び第２の吸音材４０が、撥水性又は防水性を有するクロス及びフィルムのいずれかにより覆われていることで、第１の吸音材３０及び第２の吸音材４０に撥水性又は防水性を付与することができ、水分を含むことによる変形を防止し、耐久性を向上させることができる。また、第１の吸音材３０及び第２の吸音材４０をそれぞれ独立して覆うことで、吸音材の飛散を防止することができ、第１の吸音材３０及び第２の吸音材４０の密度及び厚み等を制御することが容易となる。
なお、ガラスクロスは、特に限定されるものではないが、吸音性能と飛散防止性能とのバランスから目の密度及び厚みがＥＰ１２Ｄ相当からＥＰ１８Ｂ相当（ＪＩＳ Ｒ ３４１４：２０１２）の範囲にあるものであることが好ましい。

第１の実施形態に係る区画構造によれば、反射板間による音の内部反射回数が増加することで吸音効果を向上させることができる。さらに、第１の実施形態に係る区画構造によれば、音が反射板で直接反射して第２の面側から出る場合に、音の経路に第１の吸音材及び第２の吸音材が存在することで、音が減衰しながら進行していくことになり、低周波化した騒音に対しても吸音効果を向上させることができる。

［第２の実施形態］
第２の実施形態において第１の実施形態と相違する点は、図２に示すように、第１の領域Ｒ_１と第２の領域Ｒ_２は、上下方向に段違いであり、第２の領域Ｒ_２が第１の領域Ｒ_１より上方に配置されている点である。以下、第２の実施形態について、第１の実施形態との相違点を説明する。また、以下では、異なる実施形態の説明でも、同一の構成を有する部材には同一の符号を付す。

本実施形態における第２の吸音材４０の充填する第２の領域Ｒ_２は、第１の領域Ｒ_１より、図２において紙面上方向に段違いに配置されている。第２の領域Ｒ_２が第１の領域Ｒ_１より下方に配置されると最上部の反射板２０より上方の範囲に音が入る経路が狭まり、その領域にある吸音材の性能を活用することができない。第２の領域Ｒ_２が第１の領域Ｒ_１より上方に配置されることにより、この領域を有効に活用できることとなり、第２の領域Ｒ_２の第２の吸音材４０を有効に利用することが可能となることから防音効果を向上させることができる。

以下に実施例を用いて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
なお、本発明における吸音構造の評価方法は以下のとおりである。

＜評価方法＞
試験方法は、平成７年度建設技術評価制度（国土交通省）公募課題「騒音低減効果の大きい吸音板の開発」で規定された吸音性能試験方法（斜入射吸音率法）に準じて行った。

［実施例１］
（吸音構造）
対向する第１の面及び第２の面を有する中空形状であり、中空形状の内部に第１の領域及び第２の領域を有する直方体の筐体（亜鉛系合金メッキ鋼板、日鉄日新製鋼社製、商品名「ＺＡＭ（登録商標）鋼板」）を用意した。筐体の壁面の厚みは２．３ｍｍ、第１の面は、４．５ｍｍの平板鋼板、第２の面は、１．２ｍｍの多孔板とした。
第１の面及び第２の面の法線方向における第１の領域の厚みは５０ｍｍであり、第２の領域の厚みは５０ｍｍであった。
第１の領域おいて、第２の領域に向かって斜め上方に傾斜し、互いに略平行に配置された反射板（亜鉛系合金メッキ鋼板、新日本製鉄社製、商品名「ＺＡＭ（登録商標）鋼板」）を設けた。反射板の面密度は０．３１ｇ／ｃｍ^２、反射板の板厚は０．４ｍｍ、固定部材とのなす角は２３°とした。
第１の領域おいて、反射板を設けた後、第１の領域を第１の吸音材（グラスウール、マグ・イゾベール株式会社製）で充填した。第１の吸音材の密度は、３２ｋｇ／ｍ^３とした。
第２の領域を第２の吸音材（グラスウール、マグ・イゾベール株式会社製）で充填した。第２の吸音材の密度は、３２ｋｇ／ｍ^３とした。
なお、第１の面及び第２の面の法線方向における反射板の存在領域は、第１の吸音材及び第２の吸音材の総厚に対して５０％であった。
この吸音構造の評価結果を図３のグラフに示す。

［比較例１］
実施例１において、第２の領域がない筐体に変更し、第２の吸音材を無くした以外は実施例１と同様に吸音構造を得た。
この吸音構造の評価結果を図４のグラフに示す。

［比較例２］
実施例１において、第１の面及び第２の面の法線方向における反射板の存在領域が、第１の吸音材及び第２の吸音材の総厚に対して１００％に変更した以外は実施例１と同様に吸音構造を得た。
この吸音構造の評価結果を図５のグラフに示す。

［比較例３］
実施例１において、反射板を無くして、第１の面及び第２の面の法線方向における反射板の存在領域が、第１の吸音材及び第２の吸音材の総厚に対して０％に変更した以外は実施例１と同様に吸音構造を得た。
この吸音構造の評価結果を図６のグラフに示す。

実施例１では、反射板と第１の吸音材と第２の吸音材とを備えることで、低周波領域に対しても優れた防音効果を奏した。
これに対して、比較例１～３では、低周波領域に対して防音効果が不良であった。

１ 吸音構造
１０ 筐体
１１ 第１の面
１２ 第２の面
２０ 反射板
２０ａ 下端部
３０ 第１の吸音材
４０ 第２の吸音材
５０ 音源

Claims (7)

1. 対向する第１の面及び第２の面を有する中空形状であり、前記中空形状の内部に前記第１の面側の第１の領域及び前記第２の面側の第２の領域を有する筐体と、
   前記第１の領域おいて、前記第２の領域に向かって音源から発せられる音に対して正対する向きに傾斜し、互いに略平行に配置された複数の反射板と、
   前記第１の領域を充填する第１の吸音材と、
   前記第２の領域を充填する第２の吸音材とを備える、吸音構造。
2. 前記第１の面及び前記第２の面の法線方向における前記反射板の存在領域は、前記第１の吸音材及び前記第２の吸音材の総厚に対して７０％以下である、請求項１に記載の吸音構造。
3. 前記第１の吸音材及び前記第２の吸音材は、撥水性又は防水性を有するクロス及びフィルムのいずれかにより、それぞれ独立して覆われている、請求項１又は２に記載の吸音構造。
4. 前記第１の領域と前記第２の領域は、上下方向に段違いであり、前記第２の領域が前記第１の領域より上方に配置されている、請求項１～３のいずれか１項に記載の吸音構造。
5. 前記反射板の板厚は、０．１ｍｍ以上３．２ｍｍ以下である、請求項１～４のいずれか１項に記載の吸音構造。
6. 前記第１の吸音材及び前記第２の吸音材が乾式材料であり、前記乾式材料の密度は、１６ｋｇ／ｍ^３以上６４ｋｇ／ｍ^３以下である、請求項１～５のいずれか１項に記載の吸音構造。
7. 前記第１の吸音材及び前記第２の吸音材が湿式材料であり、前記湿式材料の密度は、２０ｋｇ／ｍ^３以上１００ｋｇ／ｍ^３以下である、請求項１～５のいずれか１項に記載の吸音構造。