JPWO2014045404A1 - 気流を許容する防音板及び防音デバイス - Google Patents

Abstract

防音板は、１以上の貫通孔を形成した基板と、前記基板の貫通孔に装着される防音デバイスとを備える。防音デバイスは、少なくとも第１の構造体とその入れ子となる第２の構造体を有する多重構造体であり、第１の構造体は、基板の貫通孔に連通する貫通孔（「第１の通気孔」）を中央に有し、両端または一端には第１の通気孔の開口面積よりも大きな寸法であって、入射音を反射するように構成した第１の集音部を有し、第２の構造体は、基板の貫通孔に連通する貫通孔（「第２の通気孔」）を中央に有し、両端または一端には第２の通気孔の開口面積よりも大きな寸法であって、入射音を反射するように構成した第２の集音部を有する。

Description

本発明は、空気の流通を許容しつつ、同時に透過音響エネルギーを有効に低減する防音板及びこの種の防音板に装着される防音デバイスに関するものである。

室内や室外からの騒音を防音する方法として壁、扉、窓などで遮断する方法が一般的である。また、騒音が特定の領域内で発生している場合は、該当する領域を密閉する方法がとられる。その為に、扉や窓には密閉性の高いサッシの使用や二重構造にする方法、或いは吸音材料を使用する方法がある。何れにしても、一般には、騒音を発する領域と防音したい領域間では相互間の空気の流通が必然的に遮断されることになっていた。

一方で、気体流通が可能な防音方法としては、特開２００３−２１３７３号公報に見られる外気自然循環による防音・省エネルギー保険居室システムのように、空気流通孔のある箱筒を設け、空気流通孔の中に吸音材を詰め、更に箱内に騒音を軽減する為の複雑な空気流通路を設けた例や、特開平１０−３９８７５公報の遮音材構造および空気調和機の防音構造のように、多孔質の貫通孔に加えて発泡材を使用したものがある。

或いは、エンジンの排気音対策用のマフラーや銃器の発射音を軽減する為の消音器もしくはサイレンサーのような方法もある。特開２００６−２５００２２号公報の内燃機関の排気音低減装置およびそれを用いた排気音の調律方法、では、一定の長さ以上の気体の流通経路を持ち、且つ気体の流れを複雑にして遮音効果を上げるものである。

更には、消音スピーカー、若しくはノイズキャンセラーと呼ばれる、騒音の音声信号を操作して消音する方法も知られている。特開２００２−３６７２９８号公報のノイズキャンセラー装置及びノイズキャンセル方法にその例が見られる。

上述した従来の防音技術を改良するため、本件出願人に係る国際公開WO２０１２／０８６６８０公報では、空気の流通を許容しつつ、同時に透過音響エネルギーを有効に低減する改良された防音板が提案された。ここに、本国際公開公報の全内容を引用により本書に組み入れる。提案された防音板は、貫通孔を形成した基板と、この基板の貫通孔に装着される防音デバイスとを備える。この防音デバイスは、前記基板の貫通孔に連通する貫通孔（「通気孔」）を中央に有し、両端または一端にはデバイスの通気孔よりも大きな寸法であって、入射音を反射するように構成した集音部を有している。提案された防音板によれば、空調等の人工エネルギーを消費することなく、外気との流通が可能となるとともに有効な防音効果が達成される。しかしながら、提案された防音板にも改良の余地が残されている。

特開２００３−２１３７３号公報 特開平１０−３９８７５号公報 特開２００６−２５００２２号公報 特開２００２−３６７２９８号公報 国際公開WO２０１２／０８６６８０公報

本発明は、改良された防音板及び防音デバイスを提供することを目的とし、特に、国際公開WO２０１２／０８６６８０公報に開示された種類の防音板及び防音デバイスを改良することを具体的な目的とする。

本発明の一側面は、
１以上の貫通孔を形成した基板と、
前記基板の貫通孔に装着される防音デバイスとを備え、
前記防音デバイスは、少なくとも第１の構造体とその入れ子となる第２の構造体を有する多重構造体であり、
前記第１の構造体は、前記基板の貫通孔に連通する貫通孔（「第１の通気孔」）を中央に有し、両端または一端には前記第１の通気孔の開口面積よりも大きな寸法であって、入射音を反射するように構成した第１の集音部を有し、
前記第２の構造体は、前記第１の構造体の入れ子を規定するものであって、前記基板の貫通孔に連通する貫通孔（「第２の通気孔」）を中央に有し、両端または一端には前記第２の通気孔の開口面積よりも大きな寸法であって、入射音を反射するように構成した第２の集音部を有する、
防音板を提供するものである。

この構成によれば、国際公開WO２０１２／０８６６８０公報で提案された種類の防音板に比較して、防音効果が改善される。さらに、同公報で提案された種類の防音板では、高周波数帯域（典型的には４０００Hz以上の帯域）では、防音効果が低下する傾向にあったが、この構成により、低下傾向を抑制することができる。

また、本発明の別側面は、
基板の貫通孔に装着される防音デバイスであって、
前記防音デバイスは、少なくとも第１の構造体とその入れ子となる第２の構造体を有する多重構造体であり、
前記第１の構造体は、前記基板の貫通孔に連通する貫通孔（「第１の通気孔」）を中央に有し、両端または一端には前記第１の通気孔の開口面積よりも大きな寸法であって、入射音を反射するように構成した第１の集音部を有し、
前記第２の構造体は、前記第１の構造体の入れ子を規定するものであって、前記基板の貫通孔に連通する貫通孔（「第２の通気孔」）を中央に有し、両端または一端には前記第２の通気孔の開口面積よりも大きな寸法であって、入射音を反射するように構成した第２の集音部を有する、
防音デバイスを提供するものである。

本願発明の特徴に基づいて、防音デバイスは、多重構造体であり、少なくとも第１の構造体（「外側構造体」）とその入れ子となる第２の構造体（「内側構造体」）を有する。ここに「入れ子である」とは、外側構造体の内部に内側構造体が収納されることをいう。典型的には、内側構造体と外側構造体は形状が類似している。

一実施形態において、第１及び第２の集音部は前記多重構造体の両端に配置される。他の一実施形態において、第１の構造体は第１の中空軸部材を有し、その内部に第１の通気孔が規定され、第２の構造体は第２の中空軸部材を有し、その内部に第２の通気孔が規定される。この場合、第１及び第２の中空軸部材の両端に、第１及び第２の集音部が配置されてよい。

一実施形態において、第１の中空軸部材と前記第２の中空軸部材は単一の中空軸部材に一体化されてよい。この場合、第１の通気孔と第２の通気孔は別の孔（同心の２つの孔）ではなく一致することになる。

製造上、第１の通気孔は単一の通気孔であることが容易であるが、所望であれば、複数の通気孔が第１の構造体の中央部に形成されてよい。同様に、第２の通気孔は単一の通気孔であることが製造上、容易であるが、所望であれば、複数の通気孔が第２の構造体の中央部に形成されてよい。

一実施形態において、防音デバイスを構成する多重構造体は、第２の構造体の入れ子を規定する第３の構造体を備えてよい。所望であれば、防音デバイスを構成する多重構造体は４重以上の多重構造をとり得る。

本書において基板とは、開口を塞ぐための板状の構造物であり、板ガラス、鉄板、コンクリート板、プレキャストコンクリート板、合板などからなるものであり、一般的に平板上の構造体であるが、開口をふさぐ目的を達成することができれば、板状の形状に限定されるものではなく、材料もまた上記に限定されない。貫通孔とは、基板の一方の側から他方の側に通じる穴であって、一定の直径を有する直線状の貫通孔が最も代表的なものであるが、貫通孔は折れ曲がった形状であってもよく、直径が途中で変化するものであってもよい。基板には複数の貫通孔が形成されるのが一般的であるが、貫通孔が１つである可能性を排除しない。

第１及び第２の集音部の、基板面に垂直な外側から見える表面（ここでは、「集音面」と称する）は、カルデラ状あるいはすり鉢状の凹部を形成する曲面であってよい。また、集音面の典型的な形状は、基板に垂直な軸を中心とした回転形状であるが、四角錐、六角錐のように、前記軸の周りに角（継ぎ目）のある形状であってもよい。また、第１及び第２の集音部の形状は、構造体の中央部からの距離の増大とともに直径が増大する形状であってよい。

第１及び第２の集音部（多重化した集音部）を備える防音デバイスは、前記基板の一方の側のみに設けられていてもよいし、前記基板の両側（両面）に設けられていてもよい。音源が防音板の一方の側にのみ存在し、一方から他方に伝播する騒音レベルの低減のみを目的する場合や、基板の一方の面を平滑にする必要がある場合など、防音デバイスを基板の一方の側にのみ設ける必然性がある。

多重化した集音部は、防音デバイスの両端に配置されてよく、この防音デバイスを基板に配置して防音板を構成した場合、防音板は、通過する両方向の音について、音圧を低減する。

多重化される集音部の形状は、球面状、楕円面状、パラボリック、円錐状の何れかであるのが好適であるが、形状はこれらの何れかに限定されない。また、基板面に垂直な軸を含む断面は、基板からの距離が増大した場合に直径が増大する曲線であってもよいが、基板からの距離がさらに増大すると逆に直径が減少する曲線、つまり、集音面が口の小さな花瓶状の空間を形成する形状であってもよい。

前記集音部の形状は、２次元における円弧、楕円、放物線、双曲線、直線を二次元面と垂直方向に移動させた軌跡からなる３次元面であって、縁部は矩形であってもよい。さらには、前記移動は二次元面と垂直方向に直線的な移動ではなく、曲線状の移動で有ってもよい。集音面は、例えば、４つの平面によって構成される倒立した四角垂、六角垂、八角錐等の形状であってもよいし、基板の面と垂直な軸を含む平面で切った断面に現れる集音面の斜面は、直線ではなく外側に膨らんだ曲線状、あるいは内側に膨らんだ曲線状であってもよい。さらに、集音面の、基板の面と平行な面で切った断面の形状は、円であってもよいが、多角形あるいは、外に膨らんだ多角形、うちの膨らんだ多角形であってもよい。

防音板に使用される基板と防音デバイスの概念図 比較参照例に係る防音デバイスの概念図 ２つの実施形態に基づく防音デバイスの概念図 実施形態に係る防音デバイスの断面図 防音板の実験システムを示す概念図 各種防音板に対する各種音源の防音効果を示すグラフ 各種防音板に対する特定周波数の平均音圧差のグラフ 音源を交通騒音とした場合の各種防音板に対する音圧差の周波数特性を示すグラフ

以下、本発明を実施するための形態について、必要に応じて図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、以下に記載する本発明の実施形態は本発明の理解を助けるために例示するものであって、本発明は以下に記載する実施形態あるいは実験例に限定されるものではない。

以下に、本発明を実施形態について説明する。
図１は、防音板の構成要素である基板１００を示す概念図である。ここでは、基板１００は、３列に設けられた２４個の貫通孔２００を有する。参考までに各寸法を記載すれば、基板１００は図面上横方向の寸法は300mm〜450mm、貫通孔２００の直径は15〜40mm、穴のピッチは30〜180mm程度である。貫通孔２００はその名のとおり、基板１００を貫通する開口である。
基板１００の貫通孔２００に防音デバイス３００が装着されて、防音板が構成される。以下、防音デバイス３００のとり得る複数種の形態について説明する。

図２に示すものは、比較参照例に係る防音デバイス３００Aである。防音デバイス３００Aは、前記基板１００の貫通孔２００に連通する貫通孔（「通気孔」）を中央部３１０に有し、その両端に通気孔の開口面積よりも大きな寸法であって、入射音を反射するように構成した集音部３２０を有している。なお、図２では、中央部３１０は内部に通気孔を形成した中空軸部材で構成されるが、中央部の長さは実質ゼロで構成してもよい。また、図２では、中央部３１０（中空軸部材）の両端に集音部３２０が形成されているが、中央部３１０の一端のみに集音部が形成されてもよい。

図３に、２つの実施形態に係る防音デバイスを、それぞれ、３００B、３００Cで示す。比較参照例に係る防音デバイス３００Aに代えて、防音デバイス３００Bを基板１００に装着することにより、実施形態に基づいた防音板が構成される。同様に、防音デバイス３００Aに代えて、防音デバイス３００Cを基板１００に装着することにより、更なる実施形態に基づいた防音板が構成される。

実施形態に係る防音デバイス３００B、３００Cは多重構造体で構成される。すなわち、防音デバイス３００Bの場合、図４に示すように、多重構造体は第１の構造体とその入れ子となる第２の構造体からなる２重構造体であり、第１の構造体は、基板１００の貫通孔２００に連通する貫通孔（「第１の通気孔」）を中央部３１０−１に有し、両端または一端には第１の通気孔３３０−１の開口面積よりも大きな寸法であって、入射音を反射するように構成した第１の集音部３２０−１を有し、第２の構造体は、第１の構造体の入れ子を規定するものであって、基板１００の貫通孔２００に連通する貫通孔（「第２の通気孔」）を中央部３１０−２に有し、両端または一端には第２の通気孔３３０−２の開口面積よりも大きな寸法であって、入射音を反射するように構成した第２の集音部３２０−２を有している。なお、図４の場合、第１の集音部３２０−１と第２の集音部３２０−２は別体（別葉）であるが、第１の構造体の中央部３１０−１と第２の構造体の中央部３１０−２は一体化されていて、内部に単一の通気孔３３０を形成した中空軸部材３１０で実現されている。なお、所望であれば、第１の構造体の中央部３１０−１の内部に第２の構造体の中央部３１０−２が収納されるようにして両者は別体化されてもよい。第１の集音部３２０−１の凹面部は入射音を反射する集音面３２２−１を形成しており、第２の集音部３２０−２の凹面部は入射音を反射する集音面３２２−２を形成している。

もう一つの実施形態に係る防音デバイス３００Cの場合、多重構造体は第１の構造体とその入れ子となる第２の構造体とその入れ子となる第３の構造体からなる３重構造体であり、第１の構造体は第１の集音部３２０−１を、第２の構造体は第１の集音部の入れ子である第２の集音部３２０−２を、第３の構造体は第２の集音部の入れ子である第３の集音部３２０−３を備えている。以下の説明において、参照番号３００Aで示す比較参照例に係る防音デバイスを１対タイプということがある。同様に、参照番号３００Bで示す実施形態に係る防音デバイスを２対タイプということがあり、参照番号３００Cで示す実施形態に係る防音デバイスを３対タイプということがある。

上記のように、特定の実施形態に基づく防音デバイス３００は中空軸部材３１０とその両端部に設けられた複数対の集音部３２０を有する。集音部３２０について、比較参照例は、１対を備えた集音部３２０であるのに対して、実施形態は２対を備えた集音部３２０−１、３２０−２、及び３対を備えた集音部３２０−１、３２０−２、３２０−３を使用している。このように、２対の集音部３２０−１、３２０−２を備えた防音デバイス３００Bは、２重構造であり（図４参照）、３対の集音部３２０−１、３２０−２、３２０−３を備えた防音デバイス３００Cは、３重構造である。

実施形態において、中空軸部材３１０の外径（パイプ外径）の集音部最大直径に対する比率は、１／８〜１／１程度の範囲であることが望ましい。また、これに限定されるものではないが、例えば、防音デバイス３００の材質はアクリル又はゴム或いは塩化ビニル製で、軸方向の長さは5〜100mm、集音部３２０の厚さは1〜10mm程度であってよい。

図１において、防音デバイス３００は、基板１００の片側にのみ配置されている。これに代え、基板１００の両側に防音デバイス３００が配置される構成であってもよい。また、図１において、防音デバイス３００は両端に集音部が形成されているが、一端にのみ集音部が形成されて、他端は中空軸部材で終端してもよい。あるいは、この種の防音デバイス（一端が集音部になった形態のもの）を２つ用意し、貫通孔に合わせて、基板の各側に装着してもよい。すなわち、第１の防音デバイスの端部のうち、中空軸部材で終端した他端を基板の左側に装着し、第２の防音デバイスの端部のうち、中空軸部材で終端した他端を基板の右側に装着して、防音板を組み立ててもよい。

また、基板として、対面配置される第１と第２の基板を使用し、前記多重構造体は、前記第１と第２の基板に装着され、第１の集音部は前記第１と第２の基板の表面に対応して配置され、前記多重構造体は、実質、前記第１の基板から前記第２基板まで延在するようにしてもよい。これは、図１において、基板１００の右側に配置された防音デバイス３００の右端に位置する集音部を第２の基板に装着することで実現できる。

＜実験＞
図５は、実施形態に関連する実験装置の模式図である。ボックス４００の前面開口部４１０には、前記の防音板（比較参照例の１対タイプ、実施形態の２対タイプ、実施形態の３対タイプ）若しくは穴（貫通孔）だけの基板１００をはめ込み、前面開口部４１０との隙間をガムテープで密閉した。ボックス４００の中には音源として、スピーカである音源４２０を入れて、各種騒音を再生した。音源４２０とアンプとの接続配線はボックス４００の背面から通し、この隙間もガムテープで密閉した。音源４２０から発生する音の大きさは凡そ１００dBである。防音デバイス形状を変えた防音板（比較参照例の１対タイプ、実施形態の２対タイプ、実施形態の３対タイプ）と穴のみの基板１００を入れ替えて、各板の外側６０ｃｍの地点で音を測定し、板を付けない場合との比較を行った。

実験では、比較参考例の１対タイプの基板の穴面積／基板の総面積、の比（開口率）を５%とし、実施形態の２対タイプの穴面積／基板の総面積、の比（開口率）は６%（１対に対して１２０%）、３対タイプの実施形態は開口率９％（1対に対して１８０%）として実施した。ここに基板の開口率は、流通する空気量の尺度であり、２対タイプの実施形態３００B（図３参照）では、比較参照例の１対タイプ３００Aより、流通する空気量が１２０％となり、３対タイプの実施形態３００Cでは、流通する空気量が１８０%になった。
また、集音部のアールはR/パイプ外径比＝1.25〜0.5がよい。ここに、パイプ外径とは、中空軸を円筒で構成した場合の外径を意味しており、集音部は円筒形中空軸の両端に形成される。実際には外径40mmの場合にRは20〜40mm（半径）でテストしている。

＜実験結果＞
各種音源（「発電機」、「JET」、「交通」、「新幹線」、「特急」、「歓声」）について、実験した結果、図６に示すように、比較参照例の１対タイプに比べて、基板の開口率（したがって空気流通量）が増えたのにも関わらず、２対タイプ、３対タイプとも、総じて比較参照例の１対タイプに対して防音効果の改善が見られた。したがって、同一の防音効果をより高い開口率（したがって空気流通量）で実現することが可能となる。換言すれば、基板の開口率が同一であれば、実施形態に係る２対タイプ、３対タイプの防音デバイスは防音効果がより高くなる。

図７は、特定の周波数をスピーカより再生し、測定した結果である。周波数が高くなるほど、実施形態の２対、３対タイプは比較参照例の１対タイプより、防音効果の向上が見られる。実験した２対タイプ、３対タイプは、基板の開口率（したがって空気流通量）が比較参照例の１対タイプより大きいことに配慮すると、基板の開口率（したがって空気流通量）が同一であれば、２対タイプ、３対タイプの防音デバイスは、１対タイプの防音デバイスに対して、高い周波数に対して防音効果を高くできる。

図８は、車両交通騒音をスピーカより鳴らした時の周波数分布を測定したものである。
比較参照例の１対タイプでは高音域（4000Hz近辺以上）で、急激な防音効果の減少傾向が見られるが、２対、３対タイプとも、その減少が抑制されることが確認できた。

また、形状に関しては、1枚の板に開けられた直径15mm以上40mm以下の複数の穴の各々に、「扇形の空洞パイプ」をつけた空気の流通効果がある防音板を用いた。「扇形の空洞パイプ」とは、直径10mm以上30mm以下で長さ5mm以上の「円筒パイプ」の両端にアール（なだらかな曲線）をもった、広い方の直径が15mm以上40mm以下の「ラッパ状パイプ（朝顔管形状）」であり、この片端を前述の板の穴に接続した。

１００ 基板
２００ 貫通孔
３００ 防音デバイス
３００A 比較参考例の防音デバイス
３００B 実施形態の防音デバイス
３００C 実施形態の防音デバイス
３２０−１ 第１の集音部
３２０−２ 第２の集音部
３２０−３ 第３の集音部
３１０ 中央部
３１０−１ 第１の中央部
３１０−２ 第２の中央部
３３０ 防音デバイスの貫通孔（通気孔）

Claims (11)

1. １以上の貫通孔を形成した基板と、
   前記基板の貫通孔に装着される防音デバイスとを備え、
   前記防音デバイスは、少なくとも第１の構造体とその入れ子となる第２の構造体を有する多重構造体であり、
   前記第１の構造体は、前記基板の貫通孔に連通する貫通孔（「第１の通気孔」）を中央に有し、両端または一端には前記第１の通気孔の開口面積よりも大きな寸法であって、入射音を反射するように構成した第１の集音部を有し、
   前記第２の構造体は、前記第１の構造体の入れ子を規定するものであって、前記基板の貫通孔に連通する貫通孔（「第２の通気孔」）を中央に有し、両端または一端には前記第２の通気孔の開口面積よりも大きな寸法であって、入射音を反射するように構成した第２の集音部を有する、
   防音板。
2. 前記第１及び第２の集音部は前記多重構造体の両端に配置される、
   請求項１に記載の防音板。
3. 前記第１の構造体は第１の中空軸部材を有し、その内部に前記第１の通気孔が規定され、
   前記第２の構造体は第２の中空軸部材を有し、その内部に前記第２の通気孔が規定される、
   請求項１に記載の防音板。
4. 前記第１の中空軸部材と前記第２の中空軸部材は単一の中空軸部材に一体化される、請求項３に記載の防音板。
5. 前記基板は、対面配置される第１と第２の基板を備え、
   前記多重構造体は、前記第１と第２の基板に装着され、
   前記第１の集音部は前記第１と第２の基板の表面に対応して配置され、
   前記多重構造体は、実質、前記第１の基板から前記第２基板まで延在する、
   請求項１に記載の防音板。
6. 前記多重構造体は、前記第２の構造体の入れ子を規定する第３の構造体を備える、
   請求項１に記載の防音板。
7. 前記多重構造体は、前記基板の片側にのみ配置される請求項１に記載の防音板。
8. 前記多重構造体は、前記基板の両側に配置される請求項１に記載の防音板。
9. 基板の貫通孔に装着される防音デバイスであって、
   前記防音デバイスは、少なくとも第１の構造体とその入れ子となる第２の構造体を有する多重構造体であり、
   前記第１の構造体は、前記基板の貫通孔に連通する貫通孔（「第１の通気孔」）を中央に有し、両端または一端には前記第１の通気孔の開口面積よりも大きな寸法であって、入射音を反射するように構成した第１の集音部を有し、
   前記第２の構造体は、前記第１の構造体の入れ子を規定するものであって、前記基板の貫通孔に連通する貫通孔（「第２の通気孔」）を中央に有し、両端または一端には前記第２の通気孔の開口面積よりも大きな寸法であって、入射音を反射するように構成した第２の集音部を有する、
   防音デバイス。
10. 前記第１及び第２の集音部は前記多重構造体の両端に配置される、
    請求項９に記載の防音デバイス。
11. 前記多重構造体は、前記第２の構造体の入れ子を規定する第３の構造体を備える、
    請求項９に記載の防音デバイス。

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