JP6663659B2

JP6663659B2 - 吸音構造を構成する有孔吸音ボードの貫通孔の寸法設定方法

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Publication number: JP6663659B2
Application number: JP2015140214A
Authority: JP
Inventors: 増田　潔; 潔増田; ひかり田中; 晃治山口
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2015-07-14
Filing date: 2015-07-14
Publication date: 2020-03-13
Anticipated expiration: 2035-07-14
Also published as: JP2017020291A

Description

本発明は、建築物の内壁面に設置される有孔吸音ボードを備えた吸音構造において、吸音構造を構成する有孔吸音ボードの貫通孔の寸法設定方法に関するものである。

室内の騒音を吸音したり、内壁面の音響反射を低減するべく、多数の孔を有する有孔吸音ボードが建築物の内装仕上げ材として用いられている。

従来の有孔吸音ボードにおいては、共鳴周波数（吸音率が最大になる周波数）を変化させようとした場合に、孔の径やピッチを場所ごとに変化させる、ボードの厚さを変化させる、ボード背面の空気層の厚さを変化させるといった方策を講じている。

室内音響設計においては、共鳴周波数の異なる有孔吸音ボードを使用して内装仕上げをおこなうことがあるが、この場合に、場所ごとに孔の径やピッチが異なることで意匠的に統一感のない内装仕上げとなり、室内側から見た際の外観意匠性を損なうといった問題がある。

ここで、従来の公開技術に目を転じると、特許文献１には、多数の小径貫通孔を穿孔した基板と、基板の表面に貼着した比較的薄い表層被覆シート材とから構成される有孔吸音板が開示されており、この有孔吸音板においては、貫通孔の表面側開口がシート材によって完全に閉塞されており、表面に孔が現れない吸音ボードとなっている。

特許文献１に開示の吸音ボードによれば表面性状は改善されるものの、吸音性能は改善されない。

吸音性能を改善するべく、孔の径やピッチを全て同じとし、ボードの厚さを変化させたり、背面空気層の厚さを変化させようとすると、室内の内空寸法に影響を及ぼすといった問題が生じる。

以上のことより、有孔吸音ボードの厚さや背面の空気層の厚さを変化させることなく、また、有孔吸音ボードを正面から見た際の孔の径やピッチを場所ごとに変化させることなく、その共鳴周波数を変化させて吸音性能を改善した有孔吸音ボードの開発が当該技術分野で切望されている。

特開２００１−１３２１３２号公報

本発明は、有孔吸音ボードの厚さや背面の空気層の厚さを変化させることなく、また、有孔吸音ボードを正面から見た際の孔の径やピッチを場所ごとに変化させることなく、その共鳴周波数を変化させて吸音性能を改善した有孔吸音ボードを備えた吸音構造において、吸音構造を構成する有孔吸音ボードの貫通孔の寸法設定方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成すべく、本発明による有孔吸音ボードは、複数の貫通孔を備えた有孔吸音ボードであって、前記貫通孔がその途中で断面積が変化する多段状を呈しているものである。

本発明の有孔吸音ボードは、貫通孔がその途中で断面積が変化する多段状を呈していることにより、共鳴周波数を所望に変化させることのできるものである。すなわち、本発明の有孔吸音ボードを用いることにより、有孔吸音ボードの厚さや背面の空気層の厚さを変化させることなく、また、有孔吸音ボードを正面から見た際の孔の径やピッチを場所ごとに変化させることなく、その共鳴周波数を変化させることが可能になる。したがって、孔の径やピッチが同一であることから、意匠的に統一感があり、外観意匠性に優れた内装仕上げを形成できる。

ここで、「多段状」とは、断面積の異なる２つ、もしくは３つの孔が順次連続していることを意味している。また、貫通孔を構成する２以上の孔の断面形状は円形の他、楕円形、四角形等の多角形が適用できる。

たとえば断面積の異なる２つの孔から多段状の貫通孔が形成されている場合に、断面積の小さな孔もしくは断面積の大きな孔が室内側となり、断面積の大きな孔もしくは断面積の小さな孔がボード背面の空気層側となるようにして有孔吸音ボードが配設される。

また、貫通孔の内部もしくは貫通孔の表面に通気抵抗材が介在していてもよい。

この通気抵抗材は、振動する空気塊に抵抗を与え、熱エネルギに変換する部材のことである。有孔吸音ボードの貫通孔が通気抵抗材を備えていることで、吸音特性を調整することができる。

すなわち、貫通孔に通気抵抗材が配設されることによって貫通孔に気体の流れ抵抗が付与され、各貫通孔が比較的小さな寸法の有孔ボードであっても吸音される周波数帯域を広げることや吸音率を調整することが可能となる。

この吸音性能のある通気抵抗材としては、グラスウール、ウール等からなる粗毛フェルト、アセテートやナイロン等の化繊系のもの、ウレタン系のものや、連続気泡多孔質材などを挙げることができる。

また、貫通孔のうち、断面積の大きな部分もしくは断面積の小さな部分がボード背面の空気層に臨んだ状態で有孔吸音ボードが設置されるようになっており、貫通孔のうち、断面積の小さな部分の長さと断面積と直径をそれぞれL₁、a₁、φ₁とし、断面積の大きな部分の長さと断面積と容積をそれぞれL₂、a₂、V₂とし、貫通孔１つあたりの空気層の容積（貫通孔のピッチの2乗に空気層の厚さをかけた値）をV₃とした際に、有孔吸音ボードの共鳴周波数：f₀は音速：c₀を使用した以下の式で設定することができる。

上記各種の物理的数値を設定することで、所望する共鳴周波数を有する有孔吸音ボードを設計することができる。なお、貫通孔の断面形状が多角形の場合は、上記式中の「直径」は「断面内における最大長さ（たとえば最大対角線）」と読み替えるものとする。また、上記数式の妥当性は本発明者等によって実証されている。

また、本発明の有孔吸音ボードの他の実施の形態として、以下二つの形態を挙げることができる。

その一つの形態は、二枚の有孔吸音ボードであってそれぞれの貫通孔の断面積が異なっており、二枚の有孔吸音ボードをそれぞれ対応する貫通孔が連通するようにして相互に面接触された状態で双方が接続され、その途中で断面積が変化する多段状の貫通孔が形成されているものである。

この形態では、それぞれ材質の異なる二つのボードから有孔吸音ボードを形成してもよい。

また、他の形態は、一枚の有効吸音ボードの両側面からそれぞれ断面積の異なる孔が形成され、それぞれの孔が連通して途中で断面積が変化する多段状の貫通孔が形成されているものである。

さらに、本発明は吸音構造にも及ぶものであり、この吸音構造は、前記有孔吸音ボードと、該有孔吸音ボードの背面にある空気層と、該空気層に配設されている通気抵抗材と、から構成されるものである。

この吸音構造は、有孔吸音ボードの背面の空気層に通気抵抗材が配設されているものであり、この通気抵抗材には、既述するグラスウール等が適用できる。ここで、有孔吸音ボードもその内部に通気抵抗材を有し、その背面の空気層も通気抵抗材を有した形態であってもよい。

本発明の吸音構造を構成する有孔吸音ボードの貫通孔の寸法設定方法により、貫通孔の寸法が設定された吸音構造によれば、吸音構造を構成する有孔吸音ボードがその途中で断面積が変化する多段状を呈した貫通孔を備えていることにより、有孔吸音ボードの厚さや背面の空気層の厚さを変化させることなく、また、有孔吸音ボードを正面から見た際の孔の径やピッチを場所ごとに変化させることなく、その共鳴周波数を所望に変化させることができ、吸音性能を改善できる。また、表面孔形を変化させる必要がないので、意匠性も良好である。

本発明の有孔吸音ボードおよび吸音構造の実施の形態１を示した模式図である。図１のII矢視図である。本発明の有孔吸音ボードおよび吸音構造の実施の形態２を示した模式図である。本発明の吸音構造の実施の形態３を示した模式図である。（ａ）、（ｂ）はともに、有孔吸音ボードの製作方法を説明した模式図である。有孔吸音ボードの共鳴周波数に関する設計式の妥当性を検証する実験結果と設計式に基づくグラフを示した図である。

以下、図面を参照して本発明の有孔吸音ボードと吸音構造の実施の形態を説明する。なお、図示例の有孔吸音ボードは断面積の異なる２つの孔からなる貫通孔を具備するものであるが、断面積の異なる３つ以上の孔からなる貫通孔を具備するものであってもよい。また、図示例の有孔吸音ボードの貫通孔の断面形状は円形であるが、楕円形や多角形など、円形以外の断面形状の貫通孔を具備するものであってもよい。さらに、図示例の吸音構造は、有孔吸音ボードのうち、断面積の大きな孔が空気層に臨んでいる形態であるが、断面積の小さな孔が空気層に臨んでいる形態の吸音構造であってもよい。

（有孔吸音ボードおよび吸音構造の実施の形態１）
図１は本発明の有孔吸音ボードおよび吸音構造の実施の形態１を示した模式図であり、図２は図１のII矢視図である。

図示する有孔吸音ボード１０は、ボード１に対して、縦横等間隔に複数の貫通孔２が開設されてその全体が構成されている。

ボード１は、１０mm程度〜２０mm程度の厚みの石膏板や石綿珪酸カルシウム板、フレキシブルボード、中質繊維板、パーティクルボード、木質系合板、硬質繊維板等から形成される。

貫通孔２は、断面が円形で断面積の異なる２つの孔が連続し、その途中で断面積が変化する多段状を呈しており、断面積の小さな孔２ａが室内側に対向し、断面積の大きな孔２ｂが有孔吸音ボード１０の背面の空気層Ｇに対向するようにして有孔吸音ボード１０が配設され、吸音構造２０を形成している。なお、空気層Ｇを挟んで有孔吸音ボード１０の反対側には下地材Ｗ（遮音材、反射材）が存在しており、この下地材Ｗは音を反射させる適宜の材質から形成されている。

有孔吸音ボード１０がその途中で断面積が変化する多段状を呈した貫通孔２を有することで、その共鳴周波数を所望に変化させることが可能になる。

ここで、図２を参照し、貫通孔２のうち、断面積の小さな孔２ａの長さと断面積と直径をそれぞれL₁、a₁、φ₁とし、断面積の大きな孔２ｂの長さと断面積と容積をそれぞれL₂、a₂、V₂とし、貫通孔１つあたりの空気層の容積をV₃とした際に、有孔吸音ボードの共鳴周波数：f₀は、音速：c₀を使用した以下の式で設定することができる。

図２において、空気層の容積V₃は、各貫通孔２の分担容積（図中の点線で包囲された長方形範囲）である。

したがって、上記各種の物理的数値を設定することで、所望する共鳴周波数を有する有孔吸音ボード１０と吸音構造２０を設計することが可能になる。

このように、図示する有孔吸音ボード１０および吸音構造２０によれば、その途中で断面積が変化する多段状を呈した貫通孔２をボード１が備えていることにより、有孔吸音ボード１０の厚さや背面の空気層Ｇの厚さを変化させることなく、また、有孔吸音ボード１０を正面から見た際の貫通孔２の径やピッチを場所ごとに変化させることなく、その共鳴周波数を所望に変化させることができる。したがって、表面に現れる孔形を変化させることなく、様々な音に対して吸音性を発揮することができ、かつ、貫通孔２の径やピッチが同一であることから、意匠的に統一感があり、外観意匠性に優れた内装仕上げを形成できる。

（有孔吸音ボードおよび吸音構造の実施の形態２）
図３は本発明の有孔吸音ボードおよび吸音構造の実施の形態２を示した模式図である。

図示する吸音構造２０Ａを構成する有孔吸音ボード１０Ａは、貫通孔２の内部に通気抵抗材３が介在しているものである。この通気抵抗材３は、通気性のある吸音材から構成され、グラスウール、ウール等からなる粗毛フェルト、アセテートやナイロン等の化繊系のもの、ウレタン系のものや、連続気泡多孔質材などを適用できる。なお、貫通孔２の内部ではなくて、貫通孔２の表面に通気抵抗材３が配設された形態であってもよい。

有孔吸音ボード１０Ａの貫通孔２が通気抵抗材３を備えていることで、各貫通孔２が比較的小さな寸法の有孔吸音ボード１０であっても、貫通孔２に気体の流れ抵抗が付与され、吸音される周波数帯域を広げることが可能となる。

（吸音構造の実施の形態３）
図４は本発明の吸音構造の実施の形態３を示した模式図である。

図示する吸音構造２０Ｂは、通気抵抗材３を備えた有孔吸音ボード１０Ａの背面の空気層に通気抵抗材４が配設されたものである。ここで、通気抵抗材４も通気抵抗材３と同様にグラスウール等から形成でき、通気抵抗材３，４は同じ素材のものを適用してもよいし、異なる素材のものを適用してもよい。

有孔吸音ボード１０Ａの背面の空気層にも通気抵抗材４が配設されることで吸音性能が一層向上する。

（有孔吸音ボードの製作方法）
次に、図５（ａ）、（ｂ）を参照して、有孔吸音ボードの製作方法を概説する。

まず、図５（ａ）で示す製作方法は、それぞれの貫通孔２ａ，２ｂの断面積が異なる二枚のボード１Ａ，１Ｂを、対応する貫通孔２ａ，２ｂが連続するようにして重ね合わせ、双方のボード１Ａ，１Ｂを相互に接着することで有孔吸音ボードを製作する方法である。

この製作方法では、材質の異なるボード１Ａ，１Ｂを使用してもよい。また、断面の異なる３つの孔からなる貫通孔を形成する場合は、断面の異なる貫通孔を備えた三枚のボードを用意し、対応する貫通孔が連続するようにして重ね合わせ、相互に接着して有孔吸音ボードを製作すればよい。

一方、図５（ｂ）で示す製作方法は、ボード１の表裏面からそれぞれ、径の異なるドリルＤ１，Ｄ２で孔を開設し、多段状の貫通孔を形成する製作方法である。

いずれの製作方法であっても、その途中で断面積が変化する多段状を呈した貫通孔を等ピッチで備えた有孔吸音ボードを製作することができる。

（実施例）
本発明者等は、本発明の有孔吸音ボード（貫通孔を構成する２つの孔の長さや径を種々変化させた複数種）と断面積が一様の貫通孔を備えた従来の有孔吸音ボードを製作し、それぞれの共鳴周波数を計算した。以下、表１に、ボードや孔の仕様と共鳴周波数の測定結果を示す。

表１で示すように、本発明品は、従来品とボードの厚さ、表面孔の直径とピッチおよび空気層の仕様が全く同一であるが、断面積の小さな孔の長さを変化させたり、断面積の大きな孔を設けることにより、共鳴周波数を変化させられることが確認できた。すなわち、表面に見える孔の意匠的な形状が同一で、空気層とボード厚さが同じでも、本発明品を使用することで異なる共鳴周波数（吸音率が最大になる周波数）で吸音できることが示された。

（有孔吸音ボードの共鳴周波数に関する設計式の妥当性を検証する実験とその結果）
本発明者等は、上記する有孔吸音ボードの共鳴周波数に関する設計式の妥当性を検証する実験をおこなった。具体的には、断面積の小さな孔の長さを変化させたり、断面積の大きな孔の長さを変化させた試験体を３種製作し、各試験体の断面積の小さな孔の直径を8mm、5mm、2mmと変化させて共鳴周波数を測定するとともに、上記設計式による計算値に基づくグラフを作成し、実測値とグラフの相関を検証したものである。

以下、表２に試験体の仕様を示し、図６に測定結果と設計式に基づくグラフを示す。

図６より、実施例１〜３ともに、設計式に基づくグラフ（計算値）と実側値は非常に高い相関を有していることが分かる。

この検証結果より、上記する設計式の妥当性が証明されている。また、この実験結果より、断面積の小さな孔の直径を小さくしていくだけで、貫通孔のピッチやボードの厚さをおよび空気層の厚さを変化させなくても、共鳴周波数（吸音率が最大になる周波数）を低くできることが分かる。さらに、断面積の小さな孔と断面積の大きな孔の長さの比が小さいほど、断面積の小さな孔の直径を小さくしていった際の共鳴周波数の変化の程度が大きくなることも分かる。

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

１，１Ａ，１Ｂ…ボード、２…貫通孔、２ａ…断面積の小さな孔（貫通孔）、２ｂ…断面積の大きな孔（貫通孔）、３，４…通気抵抗材、１０，１０Ａ…有孔吸音ボード、２０，２０Ａ，２０Ｂ…吸音構造、Ｇ…空気層、Ｗ…下地材

Claims

複数の貫通孔を備えた有孔吸音ボードであって、前記貫通孔がその途中で断面積が変化する多段状を呈している有孔吸音ボードと、
前記有孔吸音ボードの背面にある空気層と、
前記空気層における前記有孔吸音ボードの反対側にある下地材と、を有し、
貫通孔のうち、断面積の大きな部分もしくは断面積の小さな部分がボードの背面の前記空気層に臨んだ状態で前記有孔吸音ボードが設置されており、
前記貫通孔のうち、断面積の小さな部分の長さと断面積と直径をそれぞれL1、a1、φ1とし、断面積の大きな部分の長さと断面積と容積をそれぞれL2、a2、V2とし、前記貫通孔１つあたりの空気層の容積をV3とした際に、吸音率が最大になる周波数である、有孔吸音ボードの共鳴周波数：f0が音速：c0を使用した以下の式で設定される、

吸音構造を構成する有孔吸音ボードの貫通孔の寸法設定方法。
前記貫通孔の内部もしくは前記貫通孔の表面に通気抵抗材が介在している請求項１に記載の吸音構造を構成する有孔吸音ボードの貫通孔の寸法設定方法。
二枚の有孔吸音ボードであってそれぞれの貫通孔の断面積が異なっており、
二枚の有孔吸音ボードをそれぞれ対応する貫通孔が連通するようにして相互に面接触された状態で双方が接続され、その途中で断面積が変化する多段状の貫通孔が形成されている請求項１又は２に記載の吸音構造を構成する有孔吸音ボードの貫通孔の寸法設定方法。
一枚の有効吸音ボードの両側面からそれぞれ断面積の異なる孔が形成され、それぞれの孔が連通して途中で断面積が変化する多段状の貫通孔が形成されている請求項１又は２に記載の吸音構造を構成する有孔吸音ボードの貫通孔の寸法設定方法。
前記空気層に通気抵抗材が配設されている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の吸音構造を構成する有孔吸音ボードの貫通孔の寸法設定方法。