JP7449711B2 - 吸音材構造 - Google Patents
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Description
このような吸音パネルに使用される吸音材は、その吸音率が材料や厚さによって異なる他、異種材料を積層させることでも変化する。
特許文献1の吸音性積層体は、緻密な構造の表面材と、粗な構造の裏面材とを接合してなる積層構造体である。
この吸音性積層体の表面材は、平均繊維径10~30μmの連続長繊維層と、平均繊維径0.5~7μm、目付1~30g/m2のメルトブロー微細繊維層とからなる積層構造であり、熱圧着により一体化した積層不織布で、該積層不織布の目付けが20~250g/m2、嵩密度が0.1~0.8g/cm3 及び通気度が100cc/cm2/sec以下である。
また、上記吸音性積層体の裏面材は、平均繊維径10~30μm及び嵩密度0.005~0.15g/cm3 である合成繊維不織布であり、かつ吸音性積層体の厚みが5~50mm、目付けが100~1000g/m2 及び周波数4000Hzの吸音率が50%以上である。
この複合吸音構造体では、等価単繊維径が11~35μmのポリエステル、ポリエチレン、ナイロンなどの高分子材料の不織布を1層以上重ねた表皮層(流れ抵抗が3.5×105~7×106 N・sec/m4 )と、高分子繊維系多孔質材料を主体とする母材層(流れ抵抗が0.5×104~3.5×104N・sec/m4 )を、複合一体化した構造体であり、複合体の単位面積流れ抵抗が、1×104~7×104N・sec/m4 に設定されている。
さらに、この反射音は、吸音材の前表面で一部が透過し、残りの一部が再び反射音として吸音材内部を伝搬する。
そして、このような状況の中、上述した吸音材へ入射した音と、この音の反射音とが干渉し、一部の周波数帯域を中心に吸音率が減少してしまう現象が生じる。この現象は、吸音材背後に中間層となる空気層を設けた場合でも同様である。
このため、高速鉄道の分野で使用される吸音材では、800Hzで吸音率0.7以上の性能を実現するため、厚さ50mm以上に設定することが多い。
しかしながら、吸音材としてグラスウールを用い、かつ厚さ50mmに設定した場合には、3000Hz付近を中心に吸音率が減少し、厚さ70mmでは2000Hz~2500Hz付近を中心に吸音率が減少し、その結果、反射音の抑制効果が低下するといった課題がある。
一方、特許文献2では、吸音効果を高めるために、層状体の単位面積流れ抵抗を特定範囲に定める構成が示されているが、特に人が不快となる2000Hz付近での吸音効果が十分とは言えず、この点において新たな対策が期待されていた。
本発明に示す吸音材構造では、音源に近い側に配置される第1層と、音源より遠い側に配置される第2層とを少なくとも有する積層体を具備し、前記第1層は音の伝搬方向に沿って前記第2層よりも厚く、かつ前記第2層よりも相対的に流れ抵抗が小さい繊維素材からなることを特徴とする。
この吸音材構造100は、図1(A)に示されるように、音源Aに近い側に配置される第1層10と、音源Aより遠い側に配置される第2層20とを少なくとも有する積層体30により構成される。
第1層10は音の伝搬方向(矢印a方向)に沿って第2層20よりも厚く、かつ第2層20よりも相対的に流れ抵抗が小さい繊維素材から形成される。これにより、吸音材構造100の全体において、特に人が不快と感じる周波数帯にて反射音による干渉を防止し、高い吸音効果を実現する。
なお、第1層10の繊維素材としては、密度32kg/m3のグラスウール(JIS A 9504認証品)が使用される他、密度30kg/m3のポリエステル材(東京防音社製、ESW-1800-1)が使用される。
また、上記材料に限らず、アクリル材、ポリプロピレン材等の化学繊維も候補となる。ただし、各層に用いる繊維素材の構造は、均質・等方であることが望ましい。
なお、以下の垂直入射吸音率(α)の測定試験では、図1(A)に符号Sで示すような一定径のサンプルを作成し、これを筒状の測定器内に入れ、軸方向に所定周波数の音を入射させることで、周波数と垂直入射吸音率との関係を調べた。
さらに、図2に示す吸音材構造100では、第1層10の厚さを50mmとし、かつ第2層20の厚さを20mmとした上で(合計厚さ70mm)、背後空気層40が「0mm、10mm、20mm」からなる3つのサンプルを作成した。
そして、これらのサンプルにより、周波数(Hz)と垂直入射吸音率(α)との関係を調べたところ(測定結果を図2に符号2a,2b,2cで示す)、いずれの場合も、特に人が不快と感じる800Hzから3150Hzの1/3オクターブバンド中心周波数において、垂直入射吸音率0.9以上の高い吸音効果を実現することが確認された。
そして、これらのサンプルにより、周波数(Hz)と垂直入射吸音率(α)との関係を調べたところ、いずれの場合も、特に人が不快と感じる800Hzから3150Hzの1/3オクターブバンド中心周波数において、垂直入射吸音率(α)が部分的に0.9以下の低い値となることが確認された(測定結果を図3に符号3a,3bで示し、図4に符号4a,4bで示し、図5に符号5a,5bで示す)。
すなわち、図3~図5に示す単一の繊維素材を使用した吸音材構造では、図2に示すような第1層10と第2層20とからなる本発明の吸音材構造100と比較して、800Hzから3150Hzの周波数帯において明らかに垂直入射吸音率(α)が低くなることが確認された。
なお、これら試験で使用する吸音材構造100では、第1層10にて厚さを50mmとしたポリエステル材が使用され、第2層20にて厚さを20mmとしたポリエステル材が使用されている。
なお、図6において符号6cで示すものは、本願発明となる「第1層10の流れ抵抗を7500N・s/m4としかつ第2層20の流れ抵抗を70000N・s/m4とした吸音材構造のサンプル」の順序を入れ替えた比較例としての試験結果を示している。
具体的には、図6に符号6cに示すものは、第1層10について厚さ20mm、流れ抵抗を70000N・s/m4とし、かつ第2層20について厚さ50mm、流れ抵抗を7500N・s/m4とした吸音材構造のサンプルにより、周波数(Hz)と垂直入射吸音率(α)との関係を調べた比較例である。
なお、上記比較試験では、一部の流れ抵抗についてのみ周波数と垂直入射吸音率(α)との関係を測定した。
しかし、上記比較実験以外においても、第1層10の厚さを50mm、第2層20の厚さを20mmとした条件下で、特に、第1層10の流れ抵抗が5000~8000N・s/m4で、かつ第2層20の流れ抵抗が60000~170000N・s/m4の範囲にある場合に、いずれも、800Hzから3150Hzの周波数帯で垂直入射吸音率(α)が低くなることが確認されている。
より具体的には、本発明に係る吸音材構造100では、音源A側に、音を効果的に材料中へ進入させ、かつ材料中での反射音を抑制することを目的に、流れ抵抗5000~8000(N・s/m4)を有する厚さ50mmの繊維素材を第1層10に配置し、その背面に流れ抵抗60000~170000(N・s/m4)を有する厚さ20mmの繊維素材を第2層20に配置した構造とする。
特に、図2及び図6~図8に示した例では、1000Hz~3150Hzでの垂直入射吸音率0.96以上を実現することができる。
その結果、本発明の吸音材構造100では、全体の厚さを薄厚に保ちつつも、特に人が不快と感じる周波数帯において、高い吸音効果を実現することができる。
しかし、上記吸音材構造100では、背後空気層40とともに又は当該背後空気層40に代えて、図1(B)に示されるような、積層体30内の第1層10と第2層20との間に、0~20mmの厚さを有する中間空気層50を介在させるようにしても良い。
そして、このような中間空気層50が、背後空気層40とともに又は当該背後空気層40に代えて存在した場合にも、800Hzから3150Hzの1/3オクターブバンド中心周波数において、垂直入射吸音率0.9以上を実現することができる。
20 第2層
30 積層体
40 背後空気層
50 中間空気層
100 吸音材構造
W 壁体
Claims (8)
- 壁体と音源との間であって、該音源に近い側に配置される第1層と、前記音源より遠い側に配置される第2層とを少なくとも有する積層体を具備し、
前記第1層は音の伝搬方向に沿って前記第2層よりも厚く、かつ前記第2層よりも相対的に流れ抵抗が小さい繊維素材からなり、
前記第1層は、流れ抵抗5000~8000N・s/m4を有する繊維素材からなり、
前記第2層は、流れ抵抗60000~170000N・s/m4を有する繊維素材からなり、
前記第1層は前記音源へ向けて露出することを特徴とする吸音材構造。 - 前記第1層は、厚さがおよそ50mmであり、前記第2層は、厚さがおよそ20mmであることを特徴とする請求項1に記載の吸音材構造。
- 前記第1層と前記第2層とからなる前記積層体の後部と前記壁体との間には背後空気層が介在されることを特徴とする請求項1又は2のいずれか1項に記載の吸音材構造。
- 前記背後空気層は0mmを超え20mmまでの厚さに形成されることを特徴とする請求項3に記載の吸音材構造。
- 前記積層体内の前記第1層と前記第2層とは互いに密着して積層されることを特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載の吸音材構造。
- 前記積層体内の前記第1層と前記第2層との間には中間空気層が介在されることを特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載の吸音材構造。
- 前記中間空気層は0mmを超え20mmまでの厚さに形成されることを特徴とする請求項6に記載の吸音材構造。
- 前記第1層及び/又は前記第2層の繊維素材としてグラスウール材、ポリエステル材、ポリプロピレン材、アクリル材の少なくともいずれかが使用されることを特徴とする請求項1~7のいずれか1項に記載の吸音材構造。
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