特開 2022-148681 管内伝搬音抑制構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022148681

(43)【公開日】2022-10-06

(54)【発明の名称】管内伝搬音抑制構造

(51)【国際特許分類】

   G10K 11/16 20060101AFI20220929BHJP

   F24F 13/02 20060101ALI20220929BHJP

   F24F 13/24 20060101ALI20220929BHJP

【ＦＩ】

G10K11/16 100

F24F13/02 H

F24F13/24 242

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021050451

(22)【出願日】2021-03-24

(71)【出願人】

【識別番号】000166432

【氏名又は名称】戸田建設株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】399030060

【氏名又は名称】学校法人 関西大学

(74)【代理人】

【識別番号】100090387

【弁理士】

【氏名又は名称】布施 行夫

(74)【代理人】

【識別番号】100090398

【弁理士】

【氏名又は名称】大渕 美千栄

(74)【代理人】

【識別番号】100213388

【弁理士】

【氏名又は名称】竹内 康司

(72)【発明者】

【氏名】小林 正明

(72)【発明者】

【氏名】松岡 明彦

(72)【発明者】

【氏名】小泉 穂高

(72)【発明者】

【氏名】河井 康人

【テーマコード（参考）】

3L080

5D061

【Ｆターム（参考）】

3L080AE02

5D061EE12

5D061EE22

5D061EE31

(57)【要約】

【課題】本発明は、優れた騒音低減効果が得られると共に低コスト化を可能とする管内伝搬音抑制構造を提供する。
【解決手段】本発明に係る管内伝搬音抑制構造２は、管体２０と、管体２０の内面に固定され、かつ管体２０の長手方向Ｄに沿って間隔をあけて配置された３枚以上の仕切り板３００と、を備える。隣り合う一方の仕切り板３００の自由端３４０から他方の仕切り板３００の自由端３４０まで延在する吸音材４００と、吸音材４００と内面２２との間に設けられた空気層５０と、を有する第１構造１１と、隣り合う仕切り板３００の自由端側３４０が開口する第２構造１２と、を備える。仕切り板３００は、それぞれ長手方向Ｄと交差して配置され、かつ、仕切り板３００が長手方向Ｄから見て環状に配置される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

管体と、前記管体の内面に固定され、かつ前記管体の長手方向に沿って間隔をあけて配置された３枚以上の仕切り板と、を備える管内伝搬音抑制構造であって、
隣り合う一方の前記仕切り板の自由端から他方の前記仕切り板の自由端まで延在する吸音材と、前記吸音材と前記内面との間に設けられた空気層と、を有する第１構造と、
隣り合う前記仕切り板の自由端側が開口する第２構造と、
を備え、
前記仕切り板は、それぞれ前記長手方向と交差して配置され、かつ、前記仕切り板が前記長手方向から見て環状に配置されることを特徴とする、管内伝搬音抑制構造。

【請求項2】

請求項１において、
前記第１構造と前記第２構造は、前記長手方向に沿って交互に配置されることを特徴とする、管内伝搬音抑制構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、管内伝搬音抑制構造に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の位相干渉・共鳴器などを応用した減音装置は、低周波数領域の特定の周波数の音をピンポイントでしか低減することができず、低周波数領域の音を広い範囲で低減することができないのでトンネル掘削時の発破音などを減音することができないという問題があった。

【0003】

そこで、伝搬音の伝搬方向と交差する方向に沿った仕切り板のエッジに吸音層を備えることにより、エッジ付近で粒子速度に基づく振動エネルギを熱エネルギに変換することで所望の周波数領域の伝搬音を広い範囲で大きく低減することができる減音装置が提案されている（特許文献１）。

【0004】

この減音装置は、伝搬方向と直交する仕切り板等で区切られた適切な大きさの複数の窪みの並びがある場合、この窪みの開口面を形成する仕切り板付近で開口面の法線方向に大きな粒子速度の領域が集中して現れることから、この粒子速度の増大が集中する領域に吸音層を設けることにより音エネルギを熱エネルギに変換する。

【0005】

そして、この減音装置は、上記のトンネル工事の発破音のみならず、例えばオフィスビルの天井又は空中に設けられるダクト内を伝搬する伝搬音に対しても有用であることから管内伝搬音抑制構造と呼ばれる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１９－２０７３８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、従来の管内伝搬音抑制構造についてさらなる改良が求められている。

【0008】

そこで、本発明は、優れた騒音低減効果が得られると共に低コスト化を可能とする管内伝搬音抑制構造を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することができる。

【0010】

［１］本発明に係る管内伝搬音抑制構造の一態様は、
管体と、前記管体の内面に固定され、かつ前記管体の長手方向に沿って間隔をあけて配置された３枚以上の仕切り板と、を備える管内伝搬音抑制構造であって、
隣り合う一方の前記仕切り板の自由端から他方の前記仕切り板の自由端まで延在する吸音材と、前記吸音材と前記内面との間に設けられた空気層と、を有する第１構造と、
隣り合う前記仕切り板の自由端側が開口する第２構造と、
を備え、
前記仕切り板は、それぞれ前記長手方向と交差して配置され、かつ、前記仕切り板が前記長手方向から見て環状に配置されることを特徴とする。

【0011】

［２］上記管内伝搬音抑制構造の一態様において、
前記第１構造と前記第２構造は、前記長手方向に沿って交互に配置されることを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

本発明に係る管内伝搬音抑制構造によれば、優れた騒音低減効果が得られると共に低コスト化を可能とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本実施形態に係る管内伝搬音抑制構造を説明する模式図である。

【図2】実施例及び比較例の試験体における第１構造と第２構造の配置を説明する図である。

【図3】実施例及び比較例の試験体における第１構造と第２構造の配置を説明する図である。

【図4】音源、測定点及び試験体の配置を説明する縦断面図である。

【図5】実施例１と比較例１，２の騒音低減効果を示すグラフである。

【図6】実施例２と比較例１，２の騒音低減効果を示すグラフである。

【図7】実施例３と比較例１，２の騒音低減効果を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

【0015】

図１を用いて本実施形態に係る管内伝搬音抑制構造２について説明する。図１は、本実施形態に係る管内伝搬音抑制構造２を説明する模式図であり、（ａ）が管内伝搬音抑制構造２の（ｂ）におけるＡ－Ａ断面図であり、（ｂ）が管内伝搬音抑制構造２の（ａ）におけるＢ－Ｂ断面図である。なお、図２の（ａ）では断面形状を明確に表すために端面に表れない仕切り板３００及び吸音材４００の一部を破線で示す。

【0016】

図１に示すように、管内伝搬音抑制構造２は、管体２０と、管体２０の内面２２に固定され、かつ管体２０の長手方向Ｄに沿って間隔をあけて配置された３枚以上の仕切り板３００と、を備える。管体２０における仕切り板３００の枚数は、管体２０の長さや要求される伝搬音の抑制効果によって増減することができ、図１では５枚の例について説明する。

【0017】

管体２０は、管体２０の両端に開口する第１開口部２４から第２開口部２６へ向けて長手方向Ｄに沿って延びる。長手方向Ｄは、管体２０が屈曲する場合であっても、仕切り板３００が配置される管体２０の範囲における長手方向である。また、長手方向Ｄは、当該範囲における音の伝搬方向であり、管体２０の軸線方向に沿った方向（Ｘ方向）である。

【0018】

管体２０は、例えば、建築物に設けられるダクトである。管体２０は、管体２０の内面２２が正面視で四角形であるが、これに限らず、例えば四角形以外の多角形、円形や半円形等であってもよい。管体２０がダクトである場合には、管体２０の材質は、例えば、亜鉛めっき鉄板、ガルバリウム鋼板（登録商標）、ステンレス鋼板等の金属製、硬質ポリ塩化ビニル等の合成樹脂製であることができる。

【0019】

管体２０は、長手方向Ｄにおいて同一の管径を有しているが、複数の異なる管径により
構成されてもよい。例えば、図２に示すように第１開口部２４から図の左端の仕切り板３００までの間を第１開口部２４とほぼ同じ第１の管径として、複数の仕切り板３００のある範囲を第１の管径よりも大きな第２の管径とし、図の右端の仕切り板３００から第２開口部２６までの間を第１の管径となるように変化させてもよい。

【0020】

仕切り板３００は、内面２２から管体２０の中心側へ向けて突出するように配置される。そのため、管体２０の内面２２の各面において騒音低減効果が得られる。仕切り板３００は、それぞれ長手方向Ｄと交差（本例では直交）して配置され、かつ、仕切り板３００が長手方向Ｄから見て環状に配置される。すなわち、仕切り板３００は、正面視で上面、底面及び両側面の内面２２に沿って連続することで環状に設けられ、図１の（ｂ）に示すように中央に開口を有する一枚の板状体である。環状とは、開口及び外形の形状に限らず図１の（ｂ）のように長手方向Ｄから見て中央の開口の周りに連続する形状であり、例えば本実施形態のように仕切り板３００の開口及び外形が共に四角形の辺を形成するように環状となるものを含み、また開口及び外形が共に円形の円環状となるものも含む。仕切り板３００は、図１のように内面２２の全周に固定されるものが好ましいが、これに限らず内面２２の一部の面例えば対向する両側面のみに固定してもよい。また、仕切り板３００は、図１のように１枚の板体の中央に開口を設けたものでもよいし、複数の板体を互いに接合して１枚の板体としてもよいし、複数の板体を並べて１枚の板体のように近接配置して構成されてもよい。

【0021】

仕切り板３００は、例えば、内面２２に対して鉛直方向に立設されたＹ－Ｚ方向に延びる板状体である。仕切り板３００は、内面２２に、伝搬音の伝搬方向（管体２０の長手方向Ｄ）に沿って間隔をあけて配置される。隣り合う仕切り板３００の間隔は、管体２０の径や求められる伝搬音抑制効果に応じて設定できるが、例えば５０ｍｍ～２００ｍｍである。仕切り板３００は、下端の固定端３２０が内面２２上に固定される。仕切り板３００は、固定端３２０の反対側が自由端３４０である。自由端３４０は、仕切り板３００の中央にある開口（図１の（ａ）を参照）の縁を形成する部分である。仕切り板３００の開口は、自由端３４０から内面２２までの距離で気柱共鳴による騒音低減効果が得られるので、仕切り板３００の中央に設けられることが好ましいが、仕切り板３００の中心と開口の中心とが一致していなくてもよい。仕切り板３００の開口の形状は、図１の（ｂ）のように内面２２と相似形であることが好ましく、四角形に限らず、例えば内面２２の形状に合わせて円形や多角形であってもよい。

【0022】

仕切り板３００の高さは、それぞれ内面２２から自由端３４０までの高さであって、管体２０の径や求められる伝搬音抑制効果に応じて設定できるが、例えば１００ｍｍ～４００ｍｍである。仕切り板３００の材質は、一般的に遮音材として用いられる材質を採用でき、例えば、金属、ガラス、樹脂、木材である。

【0023】

仕切り板３００は、３枚以上が内面２２上に配置される。仕切り板３００の枚数は、要求される伝搬音抑制効果に応じて設定できる。仕切り板３００と内面２２との接合は、双方の材質に従って適切な接合方法を採用でき、例えば、双方とも金属であれば溶接、ボルト接合等が採用でき、双方とも合成樹脂であれば接着、溶着等が採用できる。隣り合う仕切り板３００の間で気柱共鳴による騒音低減効果が得られるため、仕切り板３００の枚数は多い方が好ましい。所定の高さ及び間隔を有する仕切り板３００の気柱共鳴による騒音低減効果は、主に２００Ｈｚ～８００Ｈｚの間で得られる。

【0024】

管内伝搬音抑制構造２は、第１構造１１と第２構造１２とを備える。管内伝搬音抑制構造２は、複数の第１構造１１と複数の第２構造１２とを備えることが好ましい。第１構造１１と第２構造１２は、上記仕切り板３００を用いて構成される。

【0025】

第１構造１１は、隣り合う一方の仕切り板３００の自由端３４０から他方の仕切り板３００の自由端３４０まで延在する吸音材４００と、吸音材４００と内面２２との間に設けられた空気層５０と、を有する。吸音材４００は、隣り合う仕切り板３００の間隔と等しい長さを備える。

【0026】

吸音材４００は、仕切り板３００の自由端３４０に設けられ、第１構造１１は隣り合う仕切り板３００の間に吸音材４００で蓋をしたような構造である。したがって、図１の（ｂ）に示すように、吸音材４００は、仕切り板３００の自由端３４０によって形成される開口に沿って環状に設けられ、吸音材４００の外周に沿って空気層５０が環状に形成される。吸音材４００は、自由端３４０と面一に設置されるが、自由端３４０からわずかに突出してもよい。吸音材４００は、内面２２に対して所定の間隔をあけて配置される。

【0027】

吸音材４００の材質としては、グラスウール、ロックウール、多孔質体等を採用することができる。多孔質体としては、例えば活性炭を採用することができる。吸音材４００としては、価格や取り扱いの容易さなどからグラスウールが好ましい。

【0028】

吸音材４００の自由端３４０に対する取付方法は、双方の材質により適切な方法を採用できるが、グラスウールやロックウール等は柔軟で固定しにくいため、仕切り板３００にあらかじめ吸音材４００を取り付ける部材を設けることが好ましい。そして、吸音材４００の取付状態等の確認や交換によるメンテナンスが必要になるが、そのメンテナンス時に管内に第２構造１２が存在することでその空間を利用できる。

【0029】

空気層５０は、隣り合う仕切り板３００の間であって、吸音材４００と内面２２との間に形成される。第１構造１１は、吸音材４００によって蓋をされた状態の空気層５０を設けることにより、主に８００Ｈｚ以上の周波数に対する騒音低減効果に優れる。

【0030】

第２構造１２は、隣り合う仕切り板３００の自由端３４０側が開口する。第２構造１２は、所定の高さ及び間隔を有する仕切り板３００の気柱共鳴による騒音低減効果は、主に２００Ｈｚ～８００Ｈｚの間で得られる。しかも、第２構造１２には吸音材４００がないため、第１構造１１よりも２００Ｈｚ～８００Ｈｚにおける気柱共鳴の騒音低減効果に優れる。管内伝搬音抑制構造２によれば、第１構造１１だけの構造よりも第２構造１２を設けることにより、優れた騒音低減効果が得られる。また、管内伝搬音抑制構造２によれば、第２構造１２が吸音材４００を備えないことにより、第１構造１１だけの構造よりも低コスト化を可能とし、吸音材４００を設置する手間も削減できる。さらに、第２構造１２を第１構造１１のメンテナンスを行うスペースとして利用することも可能である。

【0031】

第１構造１１と第２構造１２は、長手方向Ｄに沿って交互に配置されることが好ましい。第２構造１２を連続して設けるよりも、第１構造１１と第２構造１２を交互に配置した方がより２００Ｈｚ～４００Ｈｚにおける気柱共鳴の騒音低減効果に優れる。また、第１構造１１の設置個数と第２構造１２の設置個数や第１構造１１の連続配置個数と第２構造１２の連続配置個数等を変更することにより、特定の周波数帯における騒音低減効果が変化するので、騒音源の周波数特性に合わせて第１構造１１と第２構造１２の個数や並べ方を調整してもよい。

【0032】

管内伝搬音抑制構造２は、例えば、トンネル、オフィス、病院、学校、工場などに採用することができる。

【実施例0033】

［試験体］
図２、図３及び図４を用いて試験体２ａ～２ｆについて説明する。図２は、実施例及び
比較例の試験体２ａ～２ｃにおける第１構造１１と第２構造１２の配置を説明する図であり、図３は、実施例及び比較例の試験体２ｄ，２ｅにおける第１構造１１と第２構造１２の配置を説明する図であり、図３は、スピーカ６、測定点７及び試験体２ｆの配置を説明する縦断面図である。図２の（ａ）～（ｃ）及び図３の（ｄ），（ｅ）の各図は、左側に各試験体２ａ～２ｅの縦断面図、右側に各試験体２ａ～２ｅの正面図を示す。なお、破線は吸音材４００を示す。

【0034】

図２の（ａ）は、比較例１の試験体２ａである。試験体２ａは、１０枚の仕切り板３００を有する高さ７５０ｍｍの塩化ビニル製の管体２０ｂと、管体２０ｂの両端に接合された高さ３５０ｍｍの正方形の第１開口部２４及び第２開口部２６を有する塩化ビニル製の管体２０ａ，２０ｃと、からなる筒体を用いた。管体２０ｂの両端は、中央に高さ３５０ｍｍの正方形の開口が形成された仕切り板３００を備え、仕切り板３００の開口が管体２０ａ，２０ｃの開口に接続される。試験体２ａは、第１開口部２４から２５０ｍｍの位置から７５０ｍｍの位置まで厚さ５ｍｍの仕切り板３００が５０ｍｍ間隔で１０枚配置され、隣接する仕切り板３００の間に長さ５０ｍｍの吸音材４００がそれぞれ固定されて、９つの第１構造１１が長手方向Ｄに沿って並ぶ構造とした。仕切り板３００の内面２２からの高さ（固定端３２０から自由端３４０までの距離）は２００ｍｍであり、自由端３４０により形成される正方形の開口は幅３５０ｍｍであった。吸音材４００は、長手方向Ｄに沿った長さが５０ｍｍ、厚さが５０ｍｍ、自由端３４０に沿った長さが３５０ｍｍで、材質がグラスウール（３２ｋｇ／ｍ３）であった。空気層５０は、内面２２からの高さが１５０ｍｍであった。

【0035】

図２の（ｂ）は、実施例１の試験体２ｂである。試験体２ｂは、第１開口部２４側から長手方向Ｄに沿って４つの第２構造１２が並び、続いて５つの第１構造１１が並ぶ構造とした。仕切り板３００及び吸音材４００の形状及び材質は、比較例１の試験体２ａと同じであった。

【0036】

図２の（ｃ）は、実施例２の試験体２ｃである。試験体２ｃは、第１開口部２４側から長手方向Ｄに沿って２つの第２構造１２が並び、続いて７つの第１構造１１が並ぶ構造とした。仕切り板３００及び吸音材４００の形状及び材質は、比較例１の試験体２ａと同じであった。

【0037】

図３の（ｄ）は、実施例３の試験体２ｄである。試験体２ｄは、第１開口部２４側から長手方向Ｄに沿って交互に第１構造１１と第２構造１２が並ぶ構造とした。仕切り板３００及び吸音材４００の形状及び材質は、比較例１の試験体２ａと同じであった。

【0038】

図３の（ｅ）は、比較例２の試験体２ｅである。試験体２ｅは、第１開口部２４側から長手方向Ｄに沿って９つの第２構造１２が並び、吸音材を備えない構造とした。仕切り板３００の形状及び材質は、比較例１の試験体２ａと同じであった。

【0039】

図４の試験体２ｆは、その内面２２に仕切り板３００及び吸音材４００を有しない高さ３５０ｍｍの正方形の開口を有する塩化ビニル製の四角筒状の管体２０であった。試験体２ｆは、試験体２ａ～２ｅの音圧レベルを測定した際に比較の基準となる試験体である。

【0040】

［音圧レベルの測定］
試験体２ａ～２ｆを図４に示す装置に試験体２ｆのように第１開口部２４を下にして設置して、それぞれ音圧レベル（ｄＢ）を測定した。図４は、音源であるスピーカ６と測定点７の配置を説明する縦断面図である。図４では、試験体２ｆを中心に開口のあるベニヤ板４の上に配置させ、ベニヤ板４の開口を塞ぐようにスピーカ６を配置した。ベニヤ板４とスピーカ６との間には緩衝材５を設けた。スピーカ６は、ＷＡＳＥＤＡ Ｅ．Ｅ．Ｗ－
３２３２平面スピーカ（３００×３００ｍｍ）を使用した。試験音にはピンクノイズを用い、測定状況によらず入力電圧を一定とした。試験体２ｆは、第１開口部２４をベニヤ板４上に配置して音の伝搬方向が試験体２ｆの中心軸線上を通るようにした。第２開口部２６の中心と測定点７との距離は５００ｍｍであった。図４の装置は、無響室内に配置した。

【0041】

まず、試験体２ｆを当該装置に配置してスピーカ６から試験音を放出しながら、測定点７における基準となる音圧レベルを測定した。次に、試験体２ｆを図２及び図３に示す試験体２ａ～試験体２ｅに替えてそれぞれの音圧レベルを同様に測定し、試験体２ｆの音圧レベルと比較した。

【0042】

図５～図７は、試験体２ａ～２ｅにおける１００Ｈｚ～１．２５ｋＨｚの試験体２ｆに対する騒音低減効果（ｄＢ）を示した。図５～図７において、横軸は周波数（Ｈｚ）であり、縦軸は試験体２ｆの音圧レベルに対して試験体２ａ～２ｅの音圧レベルが低減した低減量を示す騒音低減効果（ｄＢ）である。

【0043】

図５に示すように、実施例１の試験体２ｂ（▲）は、比較例２の試験体２ｅ（×）よりも全ての周波数において騒音低減効果が大きく、比較例１の試験体２ａ（●）に比べて２５０Ｈｚ～４００Ｈｚにおいて騒音低減効果が大きかった。

【0044】

図６に示すように、実施例２の試験体２ｃ（■）は、比較例２の試験体２ｅ（×）よりも全ての周波数において騒音低減効果が大きく、比較例１の試験体２ａ（●）に比べて２５０Ｈｚ～４００Ｈｚにおいて騒音低減効果が大きく、しかも１００Ｈｚ～２００Ｈｚ及び５００Ｈｚ～１．２５ｋＨｚにおいて同等の騒音低減効果を有していた。

【0045】

図７に示すように、実施例３の試験体２ｄ（〇）は、比較例２の試験体２ｅ（×）よりも全ての周波数において騒音低減効果が大きく、比較例１の試験体２ａ（●）に比べて２００Ｈｚ～３１５Ｈｚにおいて騒音低減効果が大きかった。

【0046】

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法、及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

【符号の説明】

【0047】

２…管内伝搬音抑制構造、２ａ～２ｆ…試験体、４…ベニヤ板、５…緩衝材、６…スピーカ、７…測定点、１１…第１構造、１２…第２構造、２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ…管体、２２…内面、２４…第１開口部、２６…第２開口部、５０…空気層、３００…仕切り板、３２０…固定端、３４０…自由端、４００…吸音材、Ｄ…長手方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】