JPH11152845A

JPH11152845A - 防音天井

Info

Publication number: JPH11152845A
Application number: JP9333646A
Authority: JP
Inventors: Kazutomo Murakami; 和朋村上; Susumu Tsukada; 将塚田; Kenji Inaba; 健司稲葉; Michitaka Takeshita; 道孝竹下
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1997-11-18
Filing date: 1997-11-18
Publication date: 1999-06-08

Abstract

(57)【要約】【課題】音源から部屋に入力してきた低周波の騒音
（特に定在波）に対し効果的に吸音する。【解決手段】コンクリートスラブ等よりなる天井スラ
ブ１に、防振手段２と共鳴吸音機構４を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ＲＣ構造のマン
ション等の集合住宅、体育館、事務所ビル、学校の教
室、戸建住宅等に適用して好適な防音天井に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の防音天井は、音源となる階上の床
衝撃音遮断性能を主として追究していた。すなわち、音
の発生源の個所での音の伝播を防止することに工夫がな
されていた。例えば、階上で重量物を床に落下させたと
きに、この衝撃音が階下に伝わらないように、床下地パ
ネルを支持する支持脚下端にゴムを装着し、床下地パネ
ル上に仕上材を貼着したり、衝撃力が床に加わったとき
に床下空気を室内側へ流出させるようにしたもの等が知
られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の防音天井では、
音源自身からの音を消し、階下の部屋への入力を少なく
することができるが、部屋へ入力してしまった音、特に
低い周波数の音（定在波）に対しては効果がなかった。

【０００４】そこで、この発明は、床から天井板に伝搬
する振動を低減し、階下における天井板からの放射音を
減少させるとともに、部屋に入ってしまった音、特に低
い周波数の音（定在波）も効果的に吸音することのでき
る防音天井を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、この請求項１の発明は、コンクリートスラブ等より
なる天井スラブに、防振手段及び共鳴吸音手段を設けた
ものである。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下に、この発明の好適な実施例
を図面を参照にして説明する。図１は、この発明に係る
防音天井を示すものであり、この防音天井は、（ＲＣ構
造のマンション等の）集合住宅（勿論、このような集合
住宅の限らず体育館、事務所ビル、学校の教室等に適用
可能）に適用されている。

【０００７】この実施例の防音天井は、図１に示すよう
に、コンクリートスラブ等の天井スラブ１に固設された
防振（支持）手段２を介して天井板３を取り付けてお
り、また天井スラブ１と天井板３との間の防振（支持）
手段２を設置してない空間（空気層）に共鳴吸音機構
（レゾネータ）４を設けている。

【０００８】防振（支持）手段２は、図２に示すよう
に、天井スラブ１に固設される取付け治具２１と、天井
板３を止め付ける取付け治具２２と、これら取付け治具
２１，２２の間を連結する剪断型防振ゴム２３とから構
成される。なお、この防振ゴム２３としては、例えば図
３若しくは図４に示す略角柱型若しくは円柱型等のもの
が使用される。また防振手段としては、図５に示すよう
な取付け治具２４及び取付け治具２５と、これらを連結
する圧縮型防振ゴム２６とから構成されるものでもよ
い。なお、この圧縮型防振ゴム２６としては、例えば図
６若しくは図７に示す略円筒型のもの２６Ａ若しくは角
筒型のもの２６Ｂでもよい。また、さらに、例えば図８
に示すように、上下の取付け治具２７と、これらを連結
する防振ゴム２８とから構成されるものでもよい。

【０００９】この共鳴吸音機構４には、天井スラブ１と
天井板３との間の空気層に収納する本体部４１と、この
本体４１から一部突出して天井板３の適宜位置に開口さ
れた孔３Ａに嵌入された首部４２と、この首部４２の先
端面の開口する開口部４３とから構成されたレゾネータ
が使用されている。

【００１０】図９はここで用いた共鳴吸音機構４を示
し、開口部４３を一端側に有する首部４２の基端側が本
体部４１に連結しており、首部４２内部の連通路が本体
部４１内部の空洞部と連通するようになっている。

【００１１】この共鳴吸音機構４は、重量源床衝撃によ
り発生する室内定在波を低減するように設計される。こ
の共鳴吸音機構４は、首部４２の質量Ｓ・ｔ・ρと本体
部４１の空洞部内の空気バネ成分ρ・Ｃ²・Ｓ／Ｖによ
る共鳴現象を利用して上記定在波を低減する。ここで、
開口部４３の開口面積をＳ、首部４２の長さをｔ、空気
の密度をρ、空気中の音速をＣ、空洞部の体積をＶとし
た。また、開口部４３の内径をｄとすると、共鳴の際の
共振周波数Ｆ₀は次の（１）式で求められる。Ｆ₀≒（Ｃ／２π）・〔Ｓ／Ｖ（ｔ＋０．８ｄ）〕^1/2・・・（１）

【００１２】実際の集合住宅の部屋の場合、密閉された
空間で壁と壁または天井と床がほぼ平行に向かいあって
いるので、向かい合った壁と壁、天井と床との間で音が
反射し合って定在波が発生する。この定在波は部屋の中
央部が音圧が最低（空気の粒子速度は最高）となり、部
屋の端部が音圧が最高（空気の粒子速度は最低）とな
る。このため、通常、定在波が発生する周波数帯域で
は、部屋の中央部と端では重量源床衝撃音は１０dB以上
差がでてしまい、部屋全体の音圧レベルも定在波が発生
しない周波数帯域に比べても高くなってしまうことにな
る。図１０を見てわかるように、平行する面の距離Ｌ
が、ちょうど１／２波長となる周波数Ｆで定在波が発生
することになる。すなわち、平行面の距離をＬ、音速を
Ｃとすると、定在波周波数Ｆは、次の（２）式のように
なる。Ｆ＝Ｃ／２Ｌ・・・・（２）

【００１３】これは１次元のみを考えた場合の１次モー
ドであり、これを３次元空間に拡張すると（図１１参
照）、次の（３）式のようになる。Ｆ_r＝（Ｃ／２）・〔（Ｎ_X／Ｌ_X）²＋（Ｎ_Y／Ｌ_Y）² ＋（Ｎ_Z／Ｌ_Z）²〕^1/2・・・（３）（３）式においてＮ_X，Ｎ_Y，Ｎ_Zはモード次数（モー
ドの節の数）であり、Ｎ_X＝Ｎ_Y＝Ｎ_Z＝１の場合、定
在波周波数Ｆは、次の（４）式で求めることができる。

【００１４】一般的な集合住宅の部屋について、概算し
て定在波の発生する周波数を求めると次の表１に示すよ
うになる。

【００１５】

【表１】

【００１６】表１よりわかるように、ほとんどが、ＪＩ
Ｓ評価の６３Hzオクターブバンド内にはいっていること
がわかる。すなわち、これらの定在波を低減しなけれ
ば、重量源床衝撃音の評価レベル（Ｌ値）は改善できな
いことになる。

【００１７】上記（１）式で計算された共振周波数Ｆ₀
を、（４）式で定まる定在波にチューニングすることに
より定在波を効果的に低減することができる。３次元の
定在波を１次モードのみで全て改善するためには、上記
（１）、（４）式からＦ_0(X)＝Ｆ_r(X)、Ｆ_0(Y)＝Ｆ_r(Y)、Ｆ_0(Z)＝Ｆ_r(Z) となるような３種類の共鳴吸音機構３を天井に組込む。
共振周波数Ｆ₀の調整のため、（１）式で分かるよう
に、Ｖ、ｔ、Ｓ（又はｄ）のいずれか１つの要素を可変
構造としておくことが望ましい。実際の定在波周波数が
現場では（４）式等の見積りからはずれる可能性もある
からである。

【００１８】この実施例を含むこの発明では、図１２に
示すように共鳴吸音機構４は、音圧の大きくなる天井の
隅に組込むことが望ましい。なお、この実施例では、こ
れらの共鳴吸音機構４の設置場所として、Ｘ方向に関す
る共鳴音を吸収する（○印で開口部を示す）配置のもの
４Ｘ、またＹ方向に関する共鳴音を吸収する（△印で開
口部を示す）配置のもの４Ｙ、さらにＺ方向に関する共
鳴音を吸収する（□印で開口部を示す）配置のもの４Ｚ
がそれぞれ設けてある。ただし、この実施例のような３
次元方向全てに共鳴吸音機構を設置する必要はなく、各
方向のモードに対応するものが少なくとも一つ以上設置
されてあればよい。

【００１９】また、いずれの共鳴吸音機構４も合成樹脂
材料で形成したが、その他種々の材料、例えば、鉄等の
金属、ガラス、セラミック等の無機材料で形成しても差
し支えない。またその形状も図示する形状に限定される
ものではなく、種々の形状を採用可能である。例えば首
部を複数設け、それにともなって開口部も同数有するも
のでもよく、この場合、複数の開口部のうち１つのみを
使う場合には他の２つを閉塞しておけばよい。

【００２０】また図１３は本体４１の空洞部４１Ａの体
積を可変にする構造の一例を示すものであり、本体部４
１をピストン構造としたものである。あるいは、本体部
に仕切板を入れて空洞部の体積を調整することもでき
る。あるいは、空洞部内に液体や固体を入れて空洞部の
体積の調整を図ることも可能である。

【００２１】図１４は首部４２の通気路４２Ａの体積す
なわち首部４２の長さｔを可変にした例を示すものであ
り、２つの部材をねじ式で嵌合したものを示す。このよ
うなねじ式に替えてスライド式や蛇腹式であってもよ
い。また、開口部４３の開口面積を可変にするには、首
部内に肉厚の異なる筒体を挿入してもよいし、開口部に
絞り機構を設けることもできる。

【００２２】上述したような共鳴吸音機構４を部屋の四
隅の天井に組込んだ場合、６３Hzオクターブバンドの個
所において少なくとも４dBの減音改善が図られた。また
減衰時間も大幅に低減した。

【００２３】なお、この実施例では、共鳴吸音機構４
は、天井スラブ１に直接ボルト又は接着剤等によって固
定してあるが、この他に、例えば図１５に示すように、
天井スラブ１と共鳴吸音機構４の本体４１との間にも防
振（支持）手段２を設けてもよい。さらに、図１６に示
すように、この共鳴吸音機構４を壁や柱１′に固定して
もよい。また、この共鳴吸音機構４は、各天井毎に１個
若しくは複数組込んであるが、室内の角隅に配設する程
効果があるから、図１７に示すように、天井の周囲全体
に略ロ字型に組み込み、中央部のみを防振手段で支持す
ると好ましい。

【００２４】なお、これらの実施例では、天井板とは別
個に共鳴吸音機構を設けてあるが、これに限定されな
い。例えばこの他に図１８に示すように、防振（支持）
手段２で支持された天井板３が（一部若しくは全て）共
鳴吸音機構を構成してもよい。さらに、図１９に示すよ
うに、即ち、図１に示す天井構造において、天井スラブ
１と天井板３との間の空気層及び天井スラブ１と共鳴吸
音機構４との間の空気層の全てに或いは一部に吸音材５
を組み込んでもよい。また、図２０に示すように、図１
９に示す構成において、吸音材５を設置しない構成のも
のでもよい。

【００２５】なお、この吸音材５には、例えば一辺が
０．５ｍ、厚さ５５ｍｍの正方形の繊維集合体（１ユニ
ットを形成する）が使用されているが、この繊維集合体
は必ずしも１ユニット全体に配設されているものには限
らない。また、繊維集合体が、厚さ方向について全てに
充填されたものばかりでなく、例えば上部側若しくは下
部側に向けて次第にその充填量を増大させた構成のもの
等でもよい。

【００２６】この繊維集合体は、繊維状物質の集合体か
らなる繊維成形体を所定の大きさに形成したものであ
る。この繊維成形体としては、繊維径分布の中心が３０
デニール以下の短繊維を素材として平均見かけ密度０．
０５５ｇ／ｃｍ³（この平均見かけ密度は０．０３〜
０．１５ｇ／ｃｍ³であるのが好ましい）の繊維集合体
４０に成形してなるものが使用されている。なお、３０
デニール以下の短い繊維を用いるとともに見かけ密度を
所定の範囲に収めることで繊維成形体内部の通気抵抗を
大きくして吸音特性を良好にしてあるが、ある程度の通
気性は確保してある。

【００２７】短繊維の材質としては、例えばポリエステ
ル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ナイロン、ビニロ
ン等の合成繊維の他に、羊毛、綿、麻等の天然繊維を使
用することもできる。さらに、これらの繊維を使用した
布から開繊した短繊維を使用することもできる。

【００２８】なお、この吸音材５は、コンクリートスラ
ブの天井面１や壁面６等に適宜の接着剤で取り付けてあ
るが、これ以外に、コンクリート釘やピン等の物理的手
段を用いて取り付ける等、適宜の手段で取り付けること
が可能である。またこの発明に係る吸音材としては、勿
論この繊維集合体に限定されるものではなく、同様の効
果を有するものであればそれでもよい。

【００２９】次に、この発明の要部を構成する共鳴吸音
機構（レゾネータ）を設置場合に合わせた最適体積Ｖに
調整して４階建の集合住宅の２階天井に配置しておき、
ＪＩＳＡ１４１８にのっとり、２，３階を使用して、
タイヤ落下評価実験を行なった。なお、このときのレ
ゾネータについては、のような図２１に示したレゾネータ４を用いた。ここ
で、体積Ｖを可変とし、実際の個々の部屋の定在波周波
数に合わせて微調整を行った。

【００３０】図２２に示すバングマシンＭにて、３階床
の５点を加振し、その時の騒音を、２階５点でそれぞれ
計測し、平均としたときのデータを求めた。部屋の寸法
は、６帖相当で約３．６×２．７ｍ、高さ２．４ｍであ
る。スラブ＝１５０mm厚、各方向の定在波を概算すると
（4)式より、Ｌ_X（３．６ｍ）＝Ｃ／２Ｌ_X≒４７Hz Ｌ_Y（２．７ｍ）＝Ｃ／２Ｌ_Y≒６３Hz Ｌ_Z（２．４ｍ）＝Ｃ／２Ｌ_Z≒７１Hz となる。この部屋の床衝撃音を計測してみると、特にＸ
方向の定在波による騒音が最もレベルが大きいことがわ
かった。これは、部屋のドアや窓の配置の影響と考えら
れる。

【００３１】そこで、ここではＸ方向についての実験を
行った。実際の部屋の定在波は、音の計測より、４６Hz
と、上記（4)式からの概算値４７Hzからずれていたが、
レゾネータの体積Ｖ（実際には、図２１の仕切板４１Ｂ
を動かして調整した）を変え、４６Hzに調整したレゾネ
ータを用いた。 (1) オクターブバンド分析結果については、共鳴吸音機
構を備えていない場合に比べ、図２３に示すように、６
３Hzバンドで５dBの改善、すなわち、遮音等級（Ｌ値）
が１ランクアップした。 (2) 狭帯域スペクトル分析結果については、共鳴吸音機
構を備えていない場合に比べ、図２４に示すように、４
６Hzのピーク値において約１０dB程度の低減が見られ
た。 (3) 時系列波形分析結果については、共鳴吸音機構を備
えていない場合に比べ、図２５に示すように、減衰時間
が大幅に低減した。なお、（2)，（3)については、中央マイク以外のマイク
から計測された結果である。

【００３２】さらに、この発明に係る防音天井（例えば
図１６に示す構成のもの）について、コンクリート素地
の天井及び従来の天井との比較実験（全てスラブ厚さ１
５０ｍｍの残響室内で実験した。）を行ってみたとこ
ろ、重量床衝撃音の遮断性能については、図２６に示す
結果が得られた。この実験結果により、ＪＩＳ遮音等級
について、コンクリート素地ではＬ−５５，従来の天井
構造ではＬ−６０、この実施例の防音天井では少なくと
もＬ−５０以上の遮音性能が得られることが確認でき
た。一方、同様の比較実験を軽量床衝撃音について行っ
てみたところ、図２７に示す結果が得られた。この実験
結果により、ＪＩＳ遮音等級について、コンクリート素
地ではＬ−８０、従来の天井構造ではＬ−６５、この実
施例の防音天井では少なくともＬ−５５以上の遮音性能
が得られることが確認できた。

【００３３】次に、この発明に係る防振機構における設
計概念について説明する。この出願にかかる発明者によ
って繰り返し行った各種実験や試行錯誤の結果、つぎの
ような知見が得られた。図２８に示すような、単純支持天井構造に対して、防
振ゴム２９の共振点（周波数がｆ。）に２^1/2を乗算さ
せた特定周波数値（２^1/2・ｆ。）以上の周波数帯域で
本願発明の吸音効果が現れること。ただし、ここで、共
振点での周波数ｆ。は、ｋ（ｋ＝ｋ₁＋ｋ₂＋ｋ₃＋・
・・）を防振ゴム１８のばね定数、ｍを内装天井材２の
質量とすると、ｆ。≒（１／２π）・〔ｋ／ｍ〕^1/2で
ある。しかしながら、図２９に示す特定周波数値（２^1/2・
ｆ。）以下の周波数帯域、特に共振点付近では逆に天井
スラブ１から内装天井材２への振動動作の伝搬割合が増
大し、却って内装天井材２からの放射音が増加してしま
う。このような事情から、本願発明では防振ゴムの共振
点ｆ。をなるべく低く抑える必要がある。従って、本願
発明でのレゾネータによる定在波周波数に応じて行う周
波数の調整（チューニング）については、問題となる最低周波数帯域（床衝撃音のＪＩＳでは、
６３Ｈｚオクターブバンド周波数帯域）以下に特定周波
数値が収まるように設定するのがよい、内装天井材の支持のため、耐久性（クリープ性等）を
考えると、なるべく共振点は高い方がよい。即ち、この
発明では、例えば最低周波数帯域がを４５Ｈｚとして特
定周波数値がこれ以下に収まるには、４５Ｈｚ≧２^1/2
・ｆ。であるから、共振点はｆ。≦３１．８Ｈｚとな
る。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、コンクリートスラブ等よりなる天井スラブに防振手
段及び共鳴吸音機構を設けたので、重量源床衝撃音で最
も問題となる低周波数帯域（６３Hzオクターブバンド、
３１．５Hzオクターブバンド）の騒音も含めて、ほぼ全
帯域で音圧レベルを同時に効果的に低減することが可能
となる。

【００３５】また、この発明によれば、天井内に共鳴吸
音機構の主要体積を占める本体部を組込んであるので、
部屋の中に飛び出さずに構成でき、部屋のスペースを犠
牲にすることはない。さらに、空洞部の体積、首部長
さ、開口部断面積のうち少なくとも１つを可変構造とす
ることにより、どのような形状の部屋でもそこで発生す
る固有周波数の共鳴音に合わせた微調整（チューニン
グ）を容易にすることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の好適な実施例を示す断面図。

【図２】図１の実施例で使用した防振手段を示す構成
図。

【図３】この防振手段に使用する防振ゴムを示す斜視
図。

【図４】防振ゴムの変形例を示す斜視図。

【図５】防振手段の変形例を示す概略断面図。

【図６】同防振手段に使用する防振ゴムを示す斜視図。

【図７】防振ゴムの変形例を示す斜視図。

【図８】防振手段の他の変形例を示す構成図。

【図９】この発明に係る共鳴吸音機構を示す概略斜視
図。

【図１０】１次元における定在波を示す図。

【図１１】３次元における平行面の距離を示す図。

【図１２】共鳴吸音機構の具体的配置を示す図。

【図１３】共鳴吸音機構の本体体積を可変構造とした一
例を示す断面図。

【図１４】首部内の通気路を可変構造とした一例を示す
断面図。

【図１５】この発明の他の防音天井を示す概略断面図。

【図１６】さらに他の防音天井を示す断面図。

【図１７】天井面での共鳴吸音機構と防音材の配置を示
す説明図。

【図１８】他の防音天井を示す概略断面図。

【図１９】他の防音天井を示す断面図。

【図２０】他の防音天井を示す断面図。

【図２１】タイヤ落下評価実験に使用するレゾネータを
示す斜視図。

【図２２】タイヤ落下評価実験を示す説明図。

【図２３】オクターブバンド分析結果を示すグラフ。

【図２４】狭帯域スペクトルの分析結果を示すグラフ。

【図２５】時系列波形の分析結果を示すグラフ。

【図２６】重量床衝撃音遮断性能の比較実験を示すグラ
フ。

【図２７】軽量床衝撃音遮断性能の比較実験を示すグラ
フ。

【図２８】この発明の防音天井の作用原理を示す概略構
成図。

【図２９】振動周波数に対する床衝撃音の変化を示すグ
ラフ。

【符号の説明】１天井スラブ２防振手段２３，２６，２８防振ゴム３天井板４共鳴吸音機構（レゾネータ）５吸音材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コンクリートスラブ等よりなる天井スラ
ブに、防振手段及び共鳴吸音手段を設けたことを特徴と
する防音天井。