40003

日本建築学会大会学術講演梗概集（近畿） 2005年 9 月

選抜梗概

床衝撃音の衝撃源に関する一考察
正会員
１質点モデル

衝撃源
周波数応答

赤尾伸一*

正会員

低減量

正会員

衝撃時間

藤井弘義

***

dB(A)

床衝撃音

岩本毅*

○

１．はじめにゴルフボール落下(60cm)

多くの集合住宅では床仕上げ材としてフローリングを用いており、これは直貼床と二重床に大別できるが、この種の床材は構造上、衝撃源によって床衝撃音低減量が変わる可能性がある。
本稿では軽量衝撃音に対しては衝撃性の生活音の中から衝撃源としてゴルフボールや鋼球を利用した場合の直貼床と二重床の床衝撃音低減量に関する実験結果を示す。重量衝撃音については、単純な１質点系のばねマスモデルを用いて、加振源や質点系の質量などを変化させ、乾式二重床の床衝撃音低減量について検討を行った。
２．軽量衝撃源に関する検討

90

果を図 1 に示す。測定は床衝撃音実験施設や現場などで、スラブは 160〜200mm の均質スラブおよび 250〜260mmのボイドスラブである。測定対象はすべて木質系の防音タイプで直貼床 17 体、二重床 9 体の計 26 体である。軽量
床衝撃音レベルが等しい場合であっても、直貼床と二重床相互では 10dB 以上の差が見られる。また、各床タイプごとにはタッピングマシンによる床衝撃音レベルと相関が706050406390

フローリング 12mm
制振材 5mm
パーティクルボード 20mm化粧単板 2mm
合板 7mm
緩衝材 5mm80mm

防振ゴム

床衝撃音レベル (dB)

図 4 にコンクリート素面における各衝撃源の床衝撃音

454035354045505560
タッピングマシン dB(A)タッピングマシン
ゴルフボール

8070605040(b)二重床301k

不織布

807063125 250 500
周波数 (Hz)

1k5040(a)ゴルフボール

63125 250 500
周波数 (Hz)質量(g)50045.280.21076.5

落下高さ(cm)4
1,2,4,8,16,32,64,128
1,2,4,8,16,32,64
1,2,4,8,16,32

90

6030

二重床 (h=117mm)
直貼床(t=14mm)
図 3 床断面仕様

曲率半径(mm)
500
21.4
13.5
31.8

ﾀｯﾋﾟﾝｸﾞﾏｼﾝ
1cm
2cm
4cm
8cm
16cm
32cm
64cm
128cmに示す。各衝撃音の LA,Fmax をその床の床衝撃音レベルとよる LA,Fmax とした。

125 250 500
周波数 (Hz)衝撃源
ﾀｯﾋﾟﾝｸﾞﾏｼﾝ
ゴルフボール
80g 球(鋼製)
1kg 球（鋼製）

ようにベニヤ板で周囲を塞いでいる。各床の断面図を図 3
し、タッピングマシンについても同様に単発の落下衝撃に直貼床（ゴルフボール）
二重床（ゴルフボール）

図 2 直貼床と二重床の床衝撃音レベル
表１ 衝撃源の諸元

ルで床衝撃音レベルが大きい。

ベル低減量とし、二重床については床下の空気を拘束する○●90す。二重床と比較して直貼床は中音域においてゴルフボー

定はコンクリート素面の床衝撃音レベル及び床衝撃音レ

安岡正人****

50

タッピングマシン
ゴルフボール8030

等しい床を選び、周波数特性を見たものの一例を図 2 に示

ルに与える影響を調べた。衝撃源の内容を表１に示す。測正会員(a)直貼床ある。タッピングマシンの床衝撃音レベル(dBA 値)がほぼ次に、落下物の衝撃力を変化させた場合の床衝撃音レベ

安岡博人**

55

床衝撃音レベル (dB)

衝撃音レベル(等価騒音レベル，LAeq)との対応を見た。結

床衝撃音レベル (dB)(Fast ピーク値，LA,Fmax)とタッピングマシンによる軽量床

正会員

60

床衝撃音レベル (dB)

再現性が高いゴルフボール

嶋田泰*

図１ ゴルフボールとタッピングマシンの比較

衝撃源の一例として直貼床と二重床において衝撃力の1)2) を用いた床衝撃音レベル

正会員

1k807060

ﾀｯﾋﾟﾝｸﾞﾏｼﾝ1cm2cm4cm8cm
16cm
32cm

504030(b)1kg 球

63125 250 500
周波数 (Hz)1k

図 4 コンクリート素面における床衝撃音レベル

Study on Impact Source for Floor Impact Sound
IWAMOTO Takeshi, SHIMADA Yasushi, AKAO Shinichi, YASUOKA Hirohito, FUJII Hiroyoshi and YASUOKA Masahito

―9―

50

また、衝撃源相互についても衝撃力レベルと床衝撃音レベルの対応は高い（1kg 球1cm≒タッピングマシン）。
図 5，6 に各床衝撃源の床衝撃音低減量を示す。ゴルフ

403020100‑1063

ボールや 80g 球といった質しながら 1kg 球においては、衝撃力が小さければタッピングマシンによる低減量以上の低減が得られているが、落下高さが高くなるにつれ床衝撃音低減量は大幅に低0‑1063125 250 500
周波数 (Hz)

3020100‑101k5063125 250 500
周波数 (Hz)

1k40
3020100‑106350(c) 1kg 球(b) 80g 球

床衝撃音低減量 (dB)の線形性を有している。しか10(a) ゴルフボール

床衝撃音低減量 (dB)

ルと落下高さにはある程度

1k2050は落下高さの変化によってないことから床衝撃音レベ125 250 500
周波数 (Hz)3040

図 5 直貼床の床衝撃音低減量

量が小さい場合では直貼床その改善量に大きな変化が(c) 1kg 球

40125 250 500
周波数 (Hz)1k40

床衝撃音低減量 (dB)等しい関係が得られている。

50(b) 80g 球

床衝撃音低減量 (dB)

なっており、運動量の増加と床衝撃音低減量 (dB)の衝撃源に対しても倍の落下高さでほぼ 3dB の上昇と50(a) ゴルフボール

床衝撃音低減量 (dB)

レベルの一例を示す。いずれ3020100‑1063125 250 500
周波数 (Hz)

1k403020
ﾀｯﾋﾟﾝｸﾞﾏｼﾝ
1cm2cm4cm8cm
16cm32cm64cm
128cm

100‑1063125 250 500
周波数 (Hz)1k

図 6 二重床の床衝撃音低減量

下している。これは、１kg球の曲率半径が小さいために表面材が曲げ変形を起こ

表 2 直貼床の上部合板の有効質量と衝撃源との質量比し、このときに落下高さが低ければ下部の緩衝層で十分衝撃源
80g 球
1kg 球
タッピングマシン

受け止められるが、高くなるにつれて衝撃力に緩衝層が耐えられなくなり底打ちしてしまっているものと考える。また、1kg 球の 1cm 落下とタッピングマシンとはコ

有効質量(g)
10.5
24.3
10.6

質量比
7.644.447.2

ンクリート素面における衝撃力は計算上ほぼ等しいが、もこの衝撃力の範囲ではタッピングマシンと同等以上の床衝撃音レベル低減量(⊿L)が大きく異なる。このように遮断性能を有している。二重床の場合でも直貼床ほどでは直貼床では衝撃源の形状や質量が⊿L に与える影響が大ないが、衝撃源の質量が小さければタッピングマシンと比きい。ゴルフボールや 80g 球といった軽い衝撃源の⊿Lがタッピングマシンの⊿L と比較して極めて小さく、こ較して⊿L は小さい。
軽量系の床衝撃音を評価する上では、音源の質量、形状の原因については今後の検討課題としたいが一つの考察での低減量が異なり、タッピングマシンによる性能のみでとして以下のことが挙げられる。落下高さをタッピング

生活騒音、言い換えれば生活実感を評価することは困難でマシンと同じ 4cm として上部合板の密度を 600kg/m3、ある。実際の生活においても軽量系の床衝撃音はスプーン

ヤング率を 6×109 N/m2、厚さをひとまず 7mm とすれば、やペンといった 100g にも満たない衝撃音が比較的多いこ

有効質量( meff )と有効質量から見た衝撃源の質量比は表とから、ゴルフボールのような衝撃源を利用して評価して2 に示すとおりとなり、80g 球とタッピングマシンでは質いくことは必要であると考えている。

量比で 6 倍以上の差が見られる。従って、タッピングマ

３．重量床衝撃源に関する検討

シンなどの比較的重い衝撃源は緩衝材の緩衝効果のみで１質点系のばねマスモデルを用いて、加振源の衝撃周波扱える領域に近いが、80g 球の場合は衝撃源の質量が小数と力積、上部床の質量とばねひいては固有振動数を変化

さく上部合板がある程度剛性を持った板として作用し、させ、その応答から低減量に関する検討を行った。測定の結果的に緩衝材の空気層を含めた見かけのばね定数

ブロック図を図 7 に示す。上部の床板は 300mm 角のパー( keff )が大きくなっているのではないかと考える。

ティクルボード(1.35kg)と鉄板(25kg)とした。４本の支持二重床ではいずれの衝撃源についても、落下高さと床脚の間隔は 200mm、ばねは４種類で計８モデルの組み合衝撃音レベルには比較的線形性がある。1kg 球についてわせとして検討を行った。ゴム B 及び D はばね定数はほ―10―

Charge Amp.
B&K Type 2635

衝撃時間
0‑
1.5

150

0.2fn(Hz)7098340100
18259026

ばね定数2.6e5(N/m)
5.1e5
6.2e6
5.3e5
3.2e5
6.2e5
8.0e6
6.7e5

表 4 衝撃源abc

衝撃源
バングマシン
ゴムボール
インパルスハンマー

質量7.3kg
2.5kg
1.1kg

衝撃周波数
24Hz
25Hz
250Hz

Fmax
4000N
1600N
4000N

500‑50‑100‑150

床c (PB+ばね C)
バングマシン

‑
200‑
250

200
150
10050

加振源はバングマシン（衝撃力特性(Ⅰ)）、ゴムボール（衝撃力特性(Ⅱ)）およびインパルスハンマー（PCB）とした。これらをまとめて表 3、4 に示す。動的ばね定数は上部床の固有振動数から算出した。実験は 330mm 厚のボイドスラブ上で

0‑0.1

床c (PB+ばね C)
バングマシン‑
0.2

00.50‑
0.5

床f (鉄板+ばね B)
バングマシン‑50‑
10.140部材はそれぞれボルト固定し、浮き上がりのないようにした。

0.1

1

床f (鉄板+ばね B)
バングマシン

250‑
100

とんど変わらないが、ゴム D のほうが許容荷重が大きい。各

床b (PB+ばね B)
バングマシン‑
0.3

300
Acceleration (m/s2)

ゴムA
BC
DAB
C
D

Acceleration (m/s2)

100

Acceleration (m/s2)

上部床パーチ(1.35kg)〃〃〃
鉄板（25kg）〃〃〃

abcdefgh

0‑
0.5‑
500

図 7 １質点系モデル
表 3 検討した床モデル

0.5‑
1Velocity (m/s)

加速度ピックアップ
B&K Type4382

Velocity (m/s)

Charge Amp.
B&K Type 2635

1500

Velocity (m/s)

防振ゴム

1.5

床b (PB+ばね B)
バングマシン

床g (鉄板+ばね C)
バングマシン30
20

Velocity (m/s)

上部床版

1000

FFT
HP 35670A

Acceleration (m/s2)

衝撃源

100‑100.05
0‑0.05床g (鉄板+ばね C)
バングマシン‑20‑30‑0.01 00.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06
Time (s)図 8 上部床加速度‑0.1‑0.01 00.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06
Time (s)図 9 上部床速度行い、スラブ全体の固有振動数は 37Hz、ボイド部分における固有振動数は 1250Hz となっている。また、パーティクルボードの１次の動の影響もないものと考える。実験は、加速度ピックアップの出力を一旦チャージアンプで積分して取り込み、その後加速度、変位を求めた。またインパルスハンマーは同時に衝撃力を測定し、各打撃で発生する衝撃力のばらつきを補正した。
３．１

上部床の応答結果

図 8 にバングマシンにおける上部床の加速度応答の一例を示す。同図中にバングマシンの衝撃時間の範囲を示す。上部床の固有振動数が衝撃周波数よりも十分高いモデル（パーティクルボード全種、鉄板＋ゴム C）ではForce (N)点系とみなせ、また、スラブのインピーダンスが十分に大きいので連成振1.2 104
1 104 床 e(鉄板+ばね A)
8000 バングマシン
6000
4000
2000
0‑
2000
‑
4000
3000
床 e(鉄板+ばね A)
2000
ゴムボール
1000

Force (N)

曲げ周波数はおよそ 650Hz である。従って、数百 Hz までは上部床を１質タイヤやボールが接触して強制加振が生じている間にも各床の固有振動数比較的初期の段階で速度の向きが逆転している。
これに対して、上部床の固有振動数が衝撃周波数に近いもの（床 f（鉄板＋ばね B）など）では、衝撃時間内において上部床の加速度応答に衝撃方向とは逆向きの鋭いピークがあることから強い反力を受けていることがわかる。速度波形においても同様に衝撃時間以降の波形がほぼ自由振動に近い挙動であるのに対して、衝撃時間内では複雑に変形している。
衝撃源の加振力 F から見た力の釣り合いは上部床の質量 m f 、加速度 & fによる慣性力と、ばねの変位 x& 、動的ばね定数 k f による上部床に対する―11―

Force (N)の影響があわられている。このことは速度波形（図 9）にも現れており、衝撃時間0‑
1000‑
2000
10000‑
1000‑
2000‑
3000‑
4000‑
5000‑0.01

床 e(鉄板+ばね A)
インパルスハンマー
00.010.02
Time (s)0.03

図 10 上部床の加速度と変位から求めた加振力0.04反力から(1)式となる。

0.9F m f & f k f x&(1)
図 10 に(1)式から求めた床 e における力を示すが、インパルスハンマーのような衝撃シンやゴムボールなどの衝撃源では上部床の加速度に逆向きのピークを生じている影響が現れ一致しない。
３．２ccdbdab0.7
反発係数

周波数の高いものでは、剛体への一般的な衝撃力特性と比較的対応が良いが、バングマ

0.80.6hafe0.5
0.4 ○バングマシン

衝撃源の衝撃力□ゴムボール

0.30.1

各々の床モデルは衝撃源に対して十分な質量がなく、その結果上部床への衝撃力が異efh1質量比なると考えられる。
上部床に入力される力積は衝撃源の反発係数

gg10

図 11 質量比と反発係数を用いた(2)式によって推定される 3)。

0.9(2)

M v1

Fmax ≒2M v(1T)

T :衝撃時間(s)ここでM :等価質量(kg)v :衝突時の速度(m/s)(3)

反発係数は各モデルにおける実際の跳ね上がりの高さから求めた。上部床に対する衝撃源の質量比と反発係数を比較して図 11 に示す。上部の床が重くなるほど反発係数が低くなる傾向にあるが高い相関はない。そこで、反発係数を床モデルの固有振動数で比較し図 12 に示す。上部床の固有振動数が低くなるほど反発係数が小さくなる傾向を示し、相関も高い。上部床と衝撃源の質量比は 0.18〜10 である

0.6h分布し、(3)式から衝撃力の最大値を算出すれば、バングマシ

e0.4

e f

0.3
10100100101010.1ンの場合、およそ 4000〜3000N にわたると考えられる。
３．３床衝撃音低減量

10.01100

床 f,ゴムボール

図 13 に上部床の有無での実測による振動速度比と、損失各重量衝撃源とインパルスハンマーの違いとして最も大き10伝達率

伝達率

ピークディップの差も激しい。

110.10.10.01
1000.01100

床 f,インパルスハンマー

いのは衝撃時間および力積である。衝撃源が上部床から離れ

床 g,バングマシン
床 g,ゴムボール

10るが、バングマシン、ゴムボールなどは大きく乖離しており、理論値

0.10.01100

パルスハンマーの場合、伝達率の理論値に極めてよく一致す

h100
周波数 (Hz)

床 f,バングマシン

係数を 0.25 とした場合の１質点系の理論伝達率を示す。インccf0.5

伝達率

伝達率に依存している傾向が強い。これは、床側の fn が低いほど、る。今回の床モデルの範囲では反発係数は 0.8〜0.35 程度に0.7gdgbba da

図 12 固有振動数と反発係数が、この範囲の中では反発係数は質量比よりも固有振動数 fn
床が持つ損失の影響が現れ反発係数に反映されているといえ○ バングマシン□ ゴムボール0.8反発係数Fdt

1010床 g,インパルスハンマーと考えることができる。

伝達率

部床の応答の差が床衝撃音低減量の差としてあらわれている

伝達率

れば上部床は自由振動をすると仮定すれば、衝撃時間内の上
10.1

10.1４．まとめ
軽量衝撃源については二重床と直貼床の低減量を衝撃源の0.0110100
周波数 (Hz)

質量、落下高さを変えて比較した。二重床では低減量に比較的線形性があるものの、直貼床では質量によっては非線形性が見られ、生活実感に差が生じる可能性を示唆した。
重量床衝撃音については１質点系モデルを用いて、衝撃源の衝撃力と低減量に関する基礎的な検討を行った。バングマ
シンのように長い衝撃時間を持つ衝撃源については、上部床に接しているときと離れたときの２ステージの検討が必要となり、明らかに時変系として扱う必要がある。
*三井住友建設***東洋大学**ベターリビング＜参考文献＞
1)岩本ほか,「木質系防音床の軽量衝撃音と生活落下物音の対応について」,日本建築学会学術講演梗概集,1997/9,pp185-1862)岩本ほか,「木質系防音床の軽量衝撃音と生活落下物音の対応について（その２）」,日本建築学会学術講演梗概集,1998/9,pp229-230
3)安岡正人,「床衝撃音防止設計法」,音響技術,Vol.6,pp267-293
4)嶋田ほか,「二重床における上部床の応答に関する実験的検討 －その１ 力と変位の時刻歴解析」日本音響学会講演論文集,2004/9,pp1021-1022
5)岩本ほか,「二重床における上部床の応答に関する実験的検討 －その２ 周
波数応答解析」,日本音響学会講演論文集,2004/9,pp1023-1024

Mitsui Construction **Center for Better Livingof Toyo ****Science University of Tokyo***University―12―100
周波数 (Hz)図 13 振動速度比*Sumitomo****東京理科大学

0.0110