JPH01165808A

JPH01165808A - 防音壁

Info

Publication number: JPH01165808A
Application number: JP32268487A
Authority: JP
Inventors: Kyoji Fujiwara; 恭司藤原
Original assignee: Research Development Corp of Japan
Current assignee: Japan Science and Technology Agency
Priority date: 1987-12-22
Filing date: 1987-12-22
Publication date: 1989-06-29
Anticipated expiration: 2012-08-13
Also published as: JP2639393B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、高速道路や高速鉄道の側面などに設けられる
防音壁に関するものである。

（従来の技術）高速道路や高速鉄道の側面には、交通騒音を遮るための
防音壁が設けられている。この防音壁は、一般には音源
から発される音波を反射させ、その透過を阻止するよう
にしたものである。

ところで、音波は回折するので、第８図に示されている
ように音源０１と受音点０２との間に薄い防音壁０３を
設けても、音源ｏ１から防音壁０３の上縁０４を越えて
受音点０２に至る音波を遮ることはできない。このよう
な防音壁０３の遮音能力は、第９図のグラフで表される
。このグラフは、第８図のような位置関係において、音
源０１と防音壁上縁０４との間の距離をｄｏ、防音壁上
縁０４と受音点０２との間の距離をｄ、防音壁０３がな
いときの音源０１と受音点０２との間の距離なｒｄとし
て、音源０１から防音壁上縁０４を通過して受音点０２
に至る距離ｄｏ＋ｄと防音壁０３がないときの音源０１
及び受音点０２間の距離ｒｄとの差をδとするとき、そ
の距離差δと遮ろうとする音波の波長λとの比の２倍、
すなわちＮ＝２δ／λを横軸にとり、縦軸に防音壁０３
があるときとないときとの受音点０２における音圧レベ
ルの差をデシベル（ｄＢ）単位でとったものである。

このグラフから明らかなように、防音壁０３による遮音
能力を高めるためには、距離差δを大きくすればよい。

すなわち、防音壁０３の高さを高くして、音波の回折角
αが大きくなるようにすればよい。

そこで、従来は、人家が近接している地域などでは、例
えば４ｍを超えるような極めて高い防音壁を設けるよう
にしていた。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、そのように高い防音壁は、都市景観を損
なうばかりでなく、運転者に対して心理的圧迫感を与え
るという問題がある。また、防音壁を高くすると、大き
な風圧が加えられることになるので、その強度を極めて
強くすることが必要となり、建設コストが著しく増大し
てしまう。

防音壁の厚さを厚くすることによっても遮音能力を高め
ることはできるが、そのような厚い防音壁は、道路ぎわ
に設置するものとしては適していない。

このようなことから、近年、壁面にグラスウールやロッ
クウール等の吸音材を貼り付けるなどにより吸音性を持
たせた防音壁が見られるようになってきている。

このような吸音性を有する防音壁の遮音能力は、吸音材
の音圧反射率Ｒと音波の回折角αとに依存する。第１０
図は、そのような吸音材による遮音効果を示すグラフで
ある。このグラフにおいて、縦軸は、反射性の防音壁に
吸音材を取り付けたときの遮音量の増加分をとったもの
である。したがって、完全に音波を反射する防音壁の場
合は、その横軸に一致する。

このグラフから明らかなように、反射率Ｒが小さいほど
、すなわち吸音性が高いほど、遮音効果は増大する。し
かしながら、回折角αの小さい範囲においては、反射率
Ｒ＝Ｏ１すなわち音波を完全に吸収する吸音材を用いて
も、遮音量はせいぜい数ｄＢ増加するにすぎない。十分
な遮音効果を得るためには、やはり回折角αを太きくる
すこと、すなわち防音壁を高くすることが必要となる。

このように、防音壁の壁面に吸音材を貼り付けても、そ
れほど遮音能力は上がらない。

また、このような吸音材は、繊維質あるいは多孔質のも
のが普通であり、耐候性が低いので、露天下にさらされ
る防音壁に用いても、長期にわたってその効果を持続さ
せることはできない。

更に、このような吸音性の防音壁でも、特に低周波の騒
音は遮ることができないという問題がある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであっ
て、その主な目的は、高さは低くても遮音能力の大きい
防音壁を得ることである。

また、本発明の他の目的は、耐候性が高く、特定の周波
数の音波を効果的に遮ることのできる防音壁を得ること
である。

（問題点を解決するための手段）この目的を達成するために、本発明では、防音壁を、騒
音の主成分をなす音波に対する音圧反射率がほぼマイナ
ス１の位相反転構造を有するものとして構成するように
している。そのような位相反転構造は、例えば、騒音の
主成分をなす音波の波長の１７４の長さを有し終端が閉
じた音響管を多数集合させた音響管の集合体によって実
現することができる。

そして、第１番目の発明は、防音壁の壁面をそのような
位相反転槽□造に構成したことを特徴とし、第２番目の
発明は、防音壁の頂部に取り付けられる筒状体を位相反
転構造としたことを特徴としている。

（作用）　　　　“ このように構成することにより、第１番目の発明の場合
には、防音壁の壁面が音響的にソフトなものとなる。そ
して、反射率が負とされることにより、第１０図に破線
で示されているように、遮音量が著しく増加する。

また、第２番目の発明の場合には、防音壁の上縁におけ
る音波の回折が低減されるようになるので、第７図に実
線で示されているように、遮音量が著しく増大する。

しかも、いずれの場合にも、防音壁が金属等の剛性材の
みによって形成されるので、耐候性、耐久性が問題とな
ることはない。更に、音響管の長さ等を適宜選定するこ
とにより、特定の周波数の音波が効果的に遮られるよう
になるので、低周波騒音の遮音も可能となる。

（実施例）以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

図中、第１〜３図は第１番目の発明による防音壁の一実
施例としての実験模型を示すもので、第１図はその全体
側面図であり、第２図及び第３図はその防音壁の要部の
拡大縦断側面図及び拡大正面図である。

第１図から明らかなように、この模型防音壁１は、地面
に相当する大面積のコンクリートパネル２の上面に垂直
に立設されている。その防音壁１の高さは２８０ｍｍ、
幅（図の紙面に直交する方向）は２０００ｍｍとされて
いる。

第２．３図に示されている・ように、この防音壁１は、
壁本体をなす厚さ５ｍｍのアクリル板３の一方の面に、
肉厚１ｍｍ　、直径１６ｍｍの塩化ビニル製のバイブ４
を約２０００本、互いに接するように並べて、その一端
面を接着することによって形成されている。したがって
、そのバイブ４は、先端が開放し終端が閉じた音響管と
なっている。そのバイブ４の長さは、設計周波数４ｋＨ
ｚの音波の１７４波長に相当する長さとされている。

このような実験模型を用いて、遮音性能の測定を行った
。その実験においては、第１図に示されているように、
防音壁１のバイブ４によって形成されている壁面側に音
源Ｓを置き、反対側に受音器５を置いた。音源Ｓの位置
は、防音壁１からの距離２５０ｍｍでコンクリートパネ
ル２からの高さ６２．５ｍｍとした。また、受音器５は
、コンクリートパネル２からの高さは１５０ｍｍで一定
とし、防音壁１からの距離が１００ｍｍ、　２００ｍｍ
、　３００ｍｍ、　５００ｍｍ、　７００ｍｍ、　　１
０００ｍｍの６点Ｍｌ、Ｍ２．Ｍ３．Ｍ５．Ｍ７．ＭＩ
Ｏに移動させた。そして、音源Ｓから４ｋＨｚの音波と
８ｋＨｚの音波とを発生させ、受音器５により各受音点
Ｍｌ、Ｍ２．・・−、Ｍｌｏにおける相対音圧レベルを
測定した。

また、比較のために、その防音壁ｌのバイブ４．４．・
・・の開放端面をアクリル板により覆って反射性の防音
壁とした場合と、その防音壁１を取り払った場合とにつ
いて、それぞれ同様の実験を行った。

第４図（Ａ）、（Ｂ）はその測定結果を示すものである
。この図において、実線は本発明による防音壁１を用い
た場合、−点鎖線は反射性の防音壁を用いた場合、破線
は防音壁のない場合をそれぞれ示している。第４図（Ｂ
）に示されている８　ｋ　ＩＩ　ｚの音波の場合には、
実線と鎖線とが一致している。

第４図（Ａ）から明らかなように、音源Ｓから発される
音波が設計周波数４ｋｌｌｚの場合には、本発明の音響
管を備えた防音壁１とすることによって、反射性の防音
壁よりも遮音能力が向上している。これは、音波の波長
の１／４の長さを有し終端が閉じた音響管に位相反転の
反射特性があり、そのような音響管の集合体によって形
成された壁面の音圧反射率Ｒがマイナス１となることに
よるものである。

ただ、この実験の場合、理論的に予測されたほどの効果
は得られていない。これは、バイブ４に肉厚があり、そ
の面積が防音壁ｌの壁面全体の面積の２３％にも及ぶた
め、反射波が互いに打ち消し合い、反射率Ｒがマイナス
１の壁面として作用しなかったことによるものと考えら
れる。したがって、肉厚の薄い音響管とすれば、より効
果が大きくなると予想される。また、この模型防音壁１
のように片面をアクリル板３とすると、その面は反射性
を有する壁面となる。

そのために、その面による音圧レベルの減衰が得られて
いない、したがって、アクリル板３の両面を肉厚の薄い
バイブの集合体によって覆うようにすれば、より理論値
に近い遮音性能が得られるものと考えられる。

第４図（Ｂ）に示されているように、設計周波数の倍の
周波数８ｋｔｌｚの場合には、音響管の有無による差は
生じない。これは、１７４波長音響管の音圧反射率Ｒが
プラス１になることによるものであり、理論的に予測さ
れるとおりである。

このように、防音壁の壁面を、設計周波数の音波の波長
の１／４の長さを有する音響管の集合体によって構成す
ることにより、その設計周波数に近い周波数の音波に対
する壁面の音圧反射率Ｒがほぼマイナス１となり、高い
遮音能力を有する防音壁が実現されるようになる。

第５図及び第６図は第２番目の発明による防音壁を示す
もので、第５図はその説明図であり、第６図はその具体
的な構造を示す一実施例の縦断側面図である。

この図から明らかなように、この防音壁１１は、型本体
１２と、その型本体１２の頂部に、その上縁１３に沿っ
て取り付けられた円筒体１４とによって構成されている
。この円筒体１４は、設計周波数の音波、すなわち遮ろ
うとする騒音の主成分をなす音波に対する音圧反射率Ｒ
がマイナス１となるように構成されている。

このような反射特性を有する円筒体１４は、第６図に示
されているように、設計周波数の音波の波長の１／４の
長さを有し終端が閉じた多数の音響管１５，１５．・・
・を、放射状に配列することによって構成することがで
きる。

型本体１２の頂部にその上縁１３に沿って柱状あるいは
筒状の吸音材を取り付けることにより、その上縁１３に
おける音波の回折が低減され、防音壁の遮音性能が向上
することは知られている。そのような吸音材に代えて、
反射率Ｒがマイナス１の位相反転構造を有する円筒体１
４を取り付けるようにすれば、防音壁１１の遮音能力は
飛躍的に高まるものと予想される。

そこで、音源Ｓ、受音点Ｍ、及び防音壁１１の位置関係
を第５図に示されているように定めて、円筒体１４によ
る遮音量の増分を理論的に求めてみる。円筒体１４及び
型本体１２の壁面の反射率Ｒがマイナス１のとき、その
増分は、レベル表示して次式で与えられる。

ｃ［Ｅｃ］ｓ　”　ｃ［ＡＴＴ］ｓ、ｃ　　ｃ［ＡＴＴ
］ｈ、。

ここで。［ＥＣ］　ｓは、円筒波が入射した場合の円筒
体１４の効果、ｃ　［ＡＴＴ］　ｓ、　ｃは、反射率Ｒ
がマイナス１の円筒体１４を頂部に取り付けた防音壁１
１に円筒波が入射した場合の遮音量、ｃ　［ＡＴＴ］　
ｈ、　ｏは、反射性を有する薄い防音壁に円筒波が入射
した場合の遮音量である。そして、ｃ［ＡＴＴ］ｓ、ｃ
”　２０１０ｇ＋ｏ　ｌ　Ｌｌｓ、ｃ　／　ＩＪｃ＋　
ｌｃ［ＡＴＴ］ｈ、ｏ＝　２０１０ｇ＋ｏ　ｌ　Ｕｈ、
ｏ　／　Ｏｃｔ　１ＩＪｓ、ｃ＝　　（π／６）（ａ／
６に２）”３ｅｘｐ［１ｋｒｓ＋　ｉｋｒ、＋　５πｉ
／６］　（ｒｓ／ｒ、ｍ）　−”２×Σ５ｉｎ（△φ）
　５ｉｎ（Δθ）ｅｘｐ　［Δ甲］／［Ａ’　（ｑ−）］２／　５ｉｎ（
２Δπ）Δ＝ｋａ＋　ｉαｌｌ１ａａ、　＝　ｅｘｐ（−ｉ　π／６）　（ｋ／６ａ２）　
”３ｑｍ甲＝ｃｏｓ−’（ａ／ｒｏ）　＋ｃｏｓ−’（
ａ／ｒ）Ａ’（ｑお）　　＝　−１（３）　（３ｑ、）
　”’ｘ　ｓｘｎ　［２（ｑ、／３）　””−π／４］
　／３ｑｍ　〜３　　［π（ｍ　−１／４）／２］”’
（ｍ＝１．２．３　　・・・）Ｕｈ、、＝　ｉ　　−ｅｘｐ　　［１ｋ（ｄｏ＋ｄ）］
ｌ５ｅｃ（μ−ν）　／２　　＋　ｃｏｓｅｃ　（μ＋
ν）／２１／［８πｋ　ｌ　（ｄ、ｄ）］しｒ　＝ｅｘｐ（ｉｋｒ　＋　ｉπ／４）／Ｉ　（８ｉ
ｋｒｄ）したがって、各数値を代入することにより、Ｃ
［ＥＣ］　ｇを求めることができる。いま、ｄｏ＝６０
ｃｍ％ｄ　＝　６０ｃｍ、　μ＝　４５’　、ｖ　＝　
４５’として、円筒体１４の相対的大きさｋａの各値に
ついて数値計算すると、第７図に実線で示されているよ
うな結果が得られる。第７図の一点鎖線は、完全吸音性
の円筒体を取り付けた場合についての同様な数値計算に
よって得られた推定値であり、破線は完全反射性の円筒
体を取り付けた場合の値である。

第７図で縦軸のゼロは、高さが同じで円筒体を備えてい
ない反射性の防音壁による遮音量を示している。したが
って、縦軸の値は円筒体による遮音量の増分を示すこと
になる。

この図から明らかなように、反射性の円筒体より吸音性
の円筒体の方が遮音量の増加が大きく、更に、吸音性の
円筒体より反射率Ｒがマイナス１の円筒体１４の方がは
るかに大きな遮音量の増加をもたらす。

壁本体１２の壁面が反射性のものである場合にも、この
ような円筒体１４を取り付けることによって、遮音量が
かなり増加するものと推定される。

なお、この実施例においては、壁本体１２の頂部に取り
付ける物体を円筒体１４としているが、この物体は必ず
しも円筒状でなくてもよく、角筒状等、任意の筒状体と
することができる。

また、第１〜３図及び第６図の実施例における反射率マ
イナス１の音響管も、必ずしも円筒状とする必要はなく
、角筒状のものやハニカムコア等を用いるようにしても
よい。

そして、このような防音壁１あるいは１１は、金属等の
ようなエネルギ反射率が１の剛性材のみによって構成す
ることができるので、天候によってその効果が左右され
ることもなく、耐久性の高いものとすることができる。

また、音響管の長さを適宜選定することにより、特定の
周波数の遮音量を増大させることができる。したがって
、音響管にある程度の長さを持たせれば、低周波の騒音
を効果的に遮る防音壁とすることもできる。

（発明の効果）以上の説明から明らかなように、本発明によれば、防音
壁に音圧反射率がほぼマイナス１の位相反転構造を持た
せるようにしているので、その防音壁が剛性材によって
構成されていても音響的にソフトとなり、極めて高い遮
音能力を有する防音壁とすることができる。そして、そ
のように剛性材によって構成することができるので、そ
の防音壁は耐候性、耐久性に優れたものとなる。

また、設計により、任意の周波数の遮音量を特に増大さ
せることができるので、低周波用の防音壁として適した
ものとすることも可能となる。

しかも、既存の防音壁にパイプ等を接合するだけで形成
することができるので、その建設費も安価に抑えること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による防音壁の一実施例としての実験
模型を示す全体構造の側面図、第２図は、その防音壁の
一部を拡大して示す縦断側面図、第３図は、その防音壁の一部の拡大正面図、第４図は、
その防音壁による実験結果を示すグラフ、第５図は、本発明による防音壁の他の実施例を示す説明
図、第６図は、第５図の防音壁の具体的構造を示す拡大縦断
側面図、第７図は、その防音壁による効果を数値計算によって求
めた結果を示すグラフ、第８図は、従来一般の防音壁の説明図、第９図は、第８
図の防音壁による効果を示すグラフ、第１０図は、従来の吸音性を有する防音壁の効果を示す
グラフである。１・・・模型防音壁３・・・アクリル板（壁本体）４・・・パイプ（音響管）　　　１１・・・防音壁１２
・・・壁本体　　　　　　　　１３・・・上縁１４・・
・円筒体（筒状体）　　　１５・・・音響管Ｓ・・・音
源Ｍ・・・受音点

Claims

【特許請求の範囲】

（１）壁面が、騒音の主成分をなす音波に対する音圧反
射率がほぼマイナス１の位相反転構造に構成されている
、防音壁。
（２）前記壁面が、騒音の主成分をなす音波の波長の１
／４の長さを有し終端が閉じた多数の音響管を並設した
音響管の集合体によって構成されている、特許請求の範囲第１項記載の防音壁。
（３）前記音響管の集合体が壁本体の両面に設けられて
いる、特許請求の範囲第２項記載の防音壁。
（４）壁本体の頂部に、その上縁に沿う筒状体が取り付
けられ、その筒状体が、騒音の主成分をなす音波に対する音圧反
射率がほぼマイナス１の位相反転構造に構成されている
、防音壁。
（５）前記筒状体が、騒音の主成分をなす音波の波長の
１／４の長さを有し終端が閉じた多数の音響管を放射状
に配列した音響管の集合体によって構成されている、特許請求の範囲第４項記載の防音壁。
（６）前記壁本体の壁面も同様な位相反転構造に構成さ
れている、特許請求の範囲第４項記載の防音壁。