(57)【要約】【課題】吸音パネルを厚くすることなく、その低音域の音に対する吸音効果を高くすること。【解決手段】吸音パネル１は、その前側から順に有孔板１０、グラスウール１２、ガス封入容器１４および遮音板１６が互いに密着した多層構造に構成されており、有孔板吸音構造となっている。このうち、ガス封入容器１４は、例えば多層ポリエチレンフィルムやポリプロピレンフィルムなど、気密性の極めて高い高分子フィルムからなり、各面に当たった音波のほとんどを透過させてごく一部を吸収するように構成されている。さらに、ガス封入容器１４には、その音の伝達速度が小さいフロン１３４ａが封入されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板材と、該板材の背後に配された容器とを備え、
前記容器は、
その周壁のうち前記板材側の部分（以下、前側壁部と称す。）に音波が当たった際には、前記前側壁部がその音波のほとんどを通過させるか吸収し、
且つ前記周壁のうち前記前側壁部と対向する部分（以下、後側壁部と称す。）に音波が当たった際には、前記後側壁部がその音波の少なくとも一部を反射するように構成されており、
前記容器の内部には、空気に比べて音の伝達速度が遅い気体が封入されていることを特徴とする吸音パネル。
【請求項２】
板材と、該板材の背後に配された容器と、該容器の背後に配された遮音板とを備え、
前記容器は、その周壁に音波が当たった際には、前記前側壁部がその音波のほとんどを通過させるか吸収するように構成されており、
前記遮音板は、その前記容器側の面に音波が当たった際には、その音波の少なくとも一部を反射するように構成されており、
さらに、前記容器の内部には、空気に比べて音の伝達速度が遅い気体が封入されていることを特徴とする吸音パネル。
【請求項３】
請求項１または２記載の吸音パネルにおいて、
前記板材には、その両面を連通させる貫通孔が多数形成されていることを特徴とする吸音パネル。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか記載の吸音パネルにおいて、
前記板材と前記容器との間には、通気性のよい吸音材が配されていることを特徴とする吸音パネル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築物の壁や天井材などとして、外部騒音や他の部屋からの騒音を防いだり、ホールなどの室内の響き具合を用途に応じて調整したりするために用いられる吸音パネルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
その表面に多数の孔が形成された有孔層を有する吸音パネルが知られている（例えば、特許文献１参照。）。このような吸音パネルでは、中音域や高音域の音に対する吸収効果が高い反面、低音域の音に対する吸音効果が不十分であった。
【０００３】
そこで、上述の有孔層を吸音パネルの基板から離して配することにより有孔層と基板との間に空洞を形成した吸音パネルが考えられている。このような吸音パネルの構造は、一般に有孔板吸音構造と呼ばれており、その空洞が厚いほど低音域の音に対する吸音効果が高まることが知られている。すなわち、吸音パネルの共鳴周波数に一致する周波数の音が有孔板の各孔の入り口に当たると、孔内部の空気が空洞部のばね作用により激しく振動して孔の内壁と摩擦する。すると、空気の振動エネルギーが熱エネルギーに変換されて吸音される。この際、ばねとして作用する空洞部が厚いほど上述の共鳴周波数が低くなり、低音域の音に対する吸音効果が高くなるのである。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−６０８９０号公報（第２頁、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のように低音域の音に対する吸音効果を高めるために空洞を厚くした場合、吸音パネル全体も厚くなってしまい、その設置に制約が生じてしまう問題があった。
【０００６】
本発明は、このような不具合に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、吸音パネルを厚くすることなく、その低音域の音に対する吸音効果を高くすることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記課題を解決するためになされた請求項１の吸音パネル（１：この欄においては、発明への理解の容易化のため、必要に応じて実施の形態中で用いた符号を付すが、この符号によって請求の範囲を限定することを意味するものではない。）は、板材（１０）と、該板材の背後に配された容器（１４）とを備え、前記容器は、その周壁のうち前記板材側の部分である前側壁部（１４ａ）に音波が当たった際には、前記前側壁部がその音波のほとんどを通過させるか吸収し、且つ前記周壁のうち前記前側壁部と対向する部分である後側壁部（１４ｂ）に音波が当たった際には、前記後側壁部がその音波の少なくとも一部を反射するように構成されており、前記容器の内部には、空気に比べて音の伝達速度が遅い気体（フロン１３４ａ）が封入されていることを特徴とする。
【０００８】
本請求項１の吸音パネル（１）においては、空気中を伝搬してきた音波が吸音パネルの板材（１０）に当たると、その音波は、板材の表面で反射するものと、板材を透過するものと、板材の内部で熱エネルギーに変換されるものとに分かれる。なお、板材の具体例としては、建築物の内装材料として用いられる合板や石膏ボードなどが挙げられる。
【０００９】
このうち、板材を透過した音波は、板材の背後に配された容器（１４）の周壁に当たる。ここで、この容器は、例えばポリエチレンフィルムなどの気密性の高い高分子フィルムでできており、当たった音波のほとんどを透過させるか吸収するように構成されている。そして、この容器の内部には、空気に比べて音の伝達速度が遅い気体（フロン１３４ａ）が封入されている。このため、板材を透過して容器の前側壁部（１４ａ）に当たった音波は、そのほとんどが容器の前側壁部を透過して容器内部に伝搬する。すると、気体の粘性による摩擦が生じ、音波のエネルギーの一部が熱エネルギーに変換されて吸音の効果が生じる。
【００１０】
また、空気中を伝搬した音波のうち板材の共鳴周波数に一致する周波数の音波が板材に当たった際には、板材が次のようなばね作用により激しく振動して音波のエネルギーが熱エネルギーに変換される。すなわち、板材を透過した音波が伝搬して前側壁部に伝わると、前側壁部がその音波のほとんどを通過させるか吸収させ、その音波が容器内部の気体を伝搬して後側壁部に当たる。ここで音波の少なくとも一部が後側壁部によって反射され、再び容器内部の気体を伝搬して前側壁部に当たる。そして前側壁部を透過して再び板材に伝播する。以上のような行程により上述のようなばね作用が実現している。
【００１１】
ここで、この吸音パネルの共鳴周波数は、気体における音の伝達速度に比例する（実施例参照）。したがって、気体の層厚を一定に保ちながら気体における音の伝達速度を小さくすると、吸音パネルの共鳴周波数が小さくなり、低音域の音に対する吸音効果が高まる。そこで、本請求項の吸音パネルにおいては、気体における音の伝達速度を、例えば空気における音の伝達速度よりも小さく設定しており、このことにより吸音パネルを厚くすることなく、その低音域の音に対する吸音効果を高くすることができる。
【００１２】
また、請求項２のように、容器の背後に遮音板を備え、この遮音板が容器の後側壁部に代わって音波を反射するように構成してもよい。このように構成しても吸音パネルを厚くすることなく、その低音域の音に対する吸音効果を高くすることができる。
【００１３】
なお、上述の空気よりも音の伝達速度が遅い気体の具体例としては、フロン１３４ａが挙げられる。また、アルゴン、キセノン、クリプトンを用いても同様の作用効果を奏する。
ところで、上述の板材を、請求項３のように、その両面を連通させる貫通孔を多数形成するなどして有孔板とすることが考えられる。このような構成にすると、上述のように空気中を伝搬した音波が板材に当たった際には、孔内部の空気がその音波を受け止める。そして、この孔内部の空気が容器および容器内部の気体のばね作用により激しく振動して孔の内壁と摩擦する。この場合、孔内部の空気の質量が軽いため、この空気がより激しく振動することとなり、より多くの振動エネルギーが熱エネルギーに変換される。したがって、吸音パネルの吸音効果を高めることができる。なお、このような孔を大きくするなどして板材の開口率を高めるほど、吸音パネルの共鳴周波数が低くなり、低音域の音に対する吸音効果が高まることが知られている。
【００１４】
また、請求項４のように、上述の板材と容器との間に、グラスウールやロックウールなど通気性のよい吸音材を配することも考えられる。このように構成すれば、空気中を伝搬して吸音パネルの板材を透過した音波が吸音材に当たると、その振動が吸音材内部の空気にも伝わる。すると、吸音材内部で空気の粘性による摩擦が生じ、且つ吸音材自体も振動する。このことにより音波のエネルギーの一部が熱エネルギーに変換される。したがって、吸音パネルの吸音効果を高めることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明が適用された実施例について図面を用いて説明する。なお、本発明の実施の形態は、下記の実施例に何ら限定されることなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうることは言うまでもない。
【００１６】
図１（ａ）は、実施例の吸音パネル１の説明図である。なお、以降、この吸音パネル１において、吸音パネル１の有孔板１０側を「前側」とし、吸音パネル１の遮音板１６側を「後側」とする。また、図１（ｂ）は、実施例の吸音パネル１の側断面図であり、図２は、実施例の吸音パネル１の吸音特性を示すグラフである。
【００１７】
［吸音パネル１の構造］
図１に示す吸音パネル１は略方形であり、その前側から順に有孔板１０、グラスウール１２、ガス封入容器１４および遮音板１６が互いに密着した多層構造に構成されており、有孔板吸音構造となっている。具体的には、遮音板１６が略方形の主部１６ａの周りを４枚の遮音壁１６ｂで囲んだ箱形状を有しており、その内部に吸音パネル１の後側から順にガス封入容器１４およびグラスウール１２が収められており、最後に有孔板１０が被せられている。なお、図１（ａ）では、有孔板１０およびグラスウール１２の一部を切断した状態を図示している。
【００１８】
これらのうち、有孔板（板材に該当）１０は、合板や石膏ボードなどで構成されている。また、この有孔板１０には、その前側の面（以下、表面１０ａと称す。）と表面１０ａとは反対側の面とを連通させる貫通孔１０ｂが多数設けられている。また、貫通孔１０ｂが有孔板１０の表面１０ａに占める面積の割合を開口率Ｐとし、この開口率Ｐを、後述する吸音パネル１の共鳴周波数の算出時に用いる。
【００１９】
また、グラスウール（通気性のよい吸音材に該当）１２は、ガラスのきわめて細い繊維の集まりでできた綿状体であり、そのため通気性がよい。
さらに、ガス封入容器（容器に該当）１４は、直方体形状を有しており、その一面（以下、前側壁部１４ａと称す。）がグラスウール１２と密着しており、また前側壁部１４ａと対向する面（以下、後側壁部１４ｂと称す。）が遮音板１６の主部１６ａと密着している。そして、ガス封入容器１４は、例えば多層ポリエチレンフィルムやポリプロピレンフィルムなど、気密性の極めて高い高分子フィルムからなり、各面に当たった音波のほとんどを透過させてごく一部を吸収するように構成されている。また、ガス封入容器１４は、図示しない封入口を備えており、この封入口からガス封入容器１４の内部にフロン１３４ａが注入されて封入されている。なお、この封入口は、封入されたフロン１３４ａが大気に拡散するのを防ぐために、熱圧着されて閉じられている。また、このフロン１３４ａにおける音の伝達速度は、空気における音の伝達速度よりも遅い。
【００２０】
また、遮音板１６は、合板や石膏ボードなどで構成されており、音波が吸音パネル１における前側から当たった際にはその音波の多くを反射する。
［吸音パネル１の吸音作用および効果］
次に吸音パネル１の吸音作用について説明する。
【００２１】
空気中を伝搬した音波が、有孔板１０に吸音パネル１の前側から到着すると、その音波は、有孔板１０の表面１０ａに当たるものと、有孔板１０の貫通孔１０ｂの入り口に当たるものとに分けられる。なお、ここでは貫通孔１０ｂの入り口に当たる音波に対する吸音作用について以下に説明し、有孔板１０の表面１０ａに当たる音波に対する吸音作用についての説明は省略する。
【００２２】
空気中を伝搬した音波が、有孔板１０の貫通孔１０ｂの入り口に吸音パネル１の前側から到着すると、この音波は、貫通孔１０ｂ内部の空気に受け止められる。すると、貫通孔１０ｂ内部の空気に受け止められた音波は、グラスウール１２を経由してガス封入容器１４の前側壁部１４ａを透過したのちにフロン１３４ａを伝搬する。この音波がグラスウール１２を経由する際、音波がグラスウール１２内部の空気に伝わり、その空気の粘性による摩擦が生じる。またグラスウール１２自体も振動する。そして、グラスウール１２を経由した音波がフロン１３４ａに伝搬すると、フロン１３４ａの粘性による摩擦が生じ、音波のエネルギーが熱エネルギーに変換されて吸音効果が生じるのである。なお、残りの音波はフロン１３４ａ中を伝搬したのちにガス封入容器１４の後側壁部１４ｂを透過していく。
【００２３】
また、吸音パネル１の共鳴周波数ｆｒに一致する周波数の音波が、空気中を伝播したのちに貫通孔１０ｂ内部の空気に伝播した際には、貫通孔１０ｂ内部の空気が、次のようなガス封入容器１４および遮音板１６のばね作用により激しく振動する。すなわち、上述の周波数の音波は、グラスウール１２を経由してガス封入容器１４の前側壁部１４ａを透過したのちにフロン１３４ａを伝搬し、続いてガス封入容器１４の後側壁部１４ｂを透過して遮音板１６に当たる。ここで音波の一部が遮音板１６によってガス封入容器１４の方へ反射され、残りの音波が遮音板１６を透過する。すると、遮音板１６によって反射された音波は、上述とは反対に、後側壁部１４ｂを透過したのちにフロン１３４ａを伝搬し、続いてガス封入容器１４の前側壁部１４ａを透過してグラスウール１２を経由し、貫通孔１０ｂ内部の空気に当たる。以上のような行程により上述のばね作用が実現している。そして、上述のようにガス封入容器１４および遮音板１６のばね作用により貫通孔１０ｂ内部の空気が激しく振動すると、この空気が貫通孔１０ｂの内壁と摩擦して熱エネルギーに変換される。
【００２４】
ここで、吸音パネル１の共鳴周波数ｆｒは、次式にて表される。
ｆｒ＝（ｃ／２π）・（Ｐ／（（ｔ＋δ）・Ｌ））１／２
但し、
ｃ：ガス封入容器１４内の気体における音の伝達速度
Ｐ：有孔板１０の開口率
ｔ：有孔板１０の板厚
δ：開口端補正値、δ＝０．８ｄ（ｄ：円孔の直径）
Ｌ：ガス封入容器１４内の気体の層厚
この式より、ガス封入容器１４に封入する気体における音の伝達速度ｃを小さくすると、その気体の層圧Ｌを厚くすることなく吸音パネル１の共鳴周波数ｆｒが小さくなり（図２参照）、その結果低音域の音に対する吸音効果が高まるといえる。そして、本実施例の吸音パネル１においては、ガス封入容器１４には、その音の伝達速度が小さいフロン１３４ａが封入されているので、吸音パネル１を厚くすることなく、その低音域の音に対する吸音効果を高くすることができる。
【００２５】
［別実施例］
（１）上記実施例の吸音パネル１では、その前側に有孔板１０を有しているが、例えば、格子や金属メッシュなど、その両面を連通させる孔が多数設けられているものであれば他の形状でもよい。このような構成においても上記実施例と同様の作用効果を奏する。
（２）上記実施例の吸音パネル１では、ガス封入容器１４にフロン１３４ａを封入して用いているが、ウレタンフォームなどの独立気泡発泡体にフロン１３４ａを封入して用いてもよい。このような構成においても上記実施例と同様の作用効果を奏する。
（３）上記実施例のガス封入容器１４にはフロン１３４ａが封入されているが、例えばアルゴンやキセノン、クリプトンなど、その音の伝達速度が空気における音の伝達速度よりも小さいものを用いてもよい。なお、その選定の際には、万が一ガス封入容器１４から漏れて大気に拡散してしまった場合の安全性や、将来に亘って入手できる入手容易性を考慮する必要がある。
（４）上記実施例の吸音パネル１では、グラスウール１２を用いているが、例えば、ハニカム構造を有するものやロックウール、発泡材（連続気泡のものに限る）、布類など、通気性のよい吸音材であれば他のものでもよい。このような構成においても上記実施例と同様の作用効果を奏する。
（５）上記実施例の遮音板１６は、図１に示すように、略方形の主部１６ａの周りを４枚の遮音壁１６ｂで囲んだ箱形状をしているが、遮音板１６を主部１６ａのみの構成としてガス封入容器１４の背後に密着させるように構成してもよい（図３（ａ）において遮音板２０を例示）。また、この遮音板２０をガス封入容器１４から離して設置してもよい。
（６）上記実施例の吸音パネル１は、有孔板１０、グラスウール１２、ガス封入容器１４および遮音板１６をそれぞれ密着させて構成されているが、それぞれを独立した構成要素とし、設置時に適宜組み合わせるように構成してもよい。
（７）上記実施例のガス封入容器１４の後側壁部１４ｂと遮音板１６の主部１６とを一体に構成してもよい（図３（ｂ）において遮音板付きガス封入容器２２を例示）。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は実施例の吸音パネルの説明図であり、その有孔板とグラスウールの一部を切断して図示している。また、（ｂ）は実施例の吸音パネルの側断面図である。
【図２】実施例の吸音パネルの吸音特性を示すグラフである。
【図３】（ａ）および（ｂ）は吸音パネルの別実施例を示す側断面図である。
【符号の説明】
１…吸音パネル、１０…有孔板、１０ａ…表面、１０ｂ…貫通孔、
１２…グラスウール、１４…ガス封入容器、１４ａ，２２ｃ…前側壁部、
１４ｂ…後側壁部、１６，２０…遮音板、１６ａ，２２ａ…主部、
１６ｂ，２２ｂ…遮音壁、２２…遮音板付きガス封入容器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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