フジタ技術研究報告第59号 2023年

音波の入射角度制御による遮音性能向上手法に関する基礎研究

音波の入射角度制御による遮音性能向上手法に関する基礎研究

概阿部将幸

江川隼太

原澤悠

要

遮音部材の選定にあたっては、ランダム入射条件での質量則による遮音性能の検討に加え、コインシデンス効果による性能低下を考慮する必要があり、高い遮音性能を得るためには壁の重量化、複層構造化を検討するのが一般的であるが、コストやスペースの確保を考えると採用が難しい場合もある。
筆者らは、従来手法に比べて低コスト且つ軽量で簡易に施工可能な遮音改善工法の開発を目的とし、部材表面にハニカム構造を設け、音波の入射角度を垂直方向に制御することによる遮音性能向上効果について基礎的な検討を行った。その結果、ハニカム材を取り付けることにより、コインシデンス周波数帯域を中心に遮音性能が改善するなど一定の効果が得られることを確認した。

Basic study on methods for improving sound insulation performanceby controlling the incident angle of sound waves
Abstract
When selecting sound insulation materials, in addition to considering sound insulation performance based on themass law under random incidence conditions, it is necessary to consider performance degradation due to coincidence
effects. To obtain high sound insulation performance, it is common to consider using heavier walls or multi-layeredconstruction, but this may be difﬁcult to adopt considering cost and space requirements.
To develop a sound insulation improvement method that can be easily constructed at a lower cost and lighter weight
than the conventional method, the authors conducted a basic study on the effect of improving sound insulation
performance by installing a honeycomb structure on the surface of the member and controlling the incident angle ofsound waves in the vertical direction. As a result, it was confirmed that installing honeycomb material can achievecertain positive effects, such as improving sound insulation performance mainly in the coincidence frequency band.

キーワード：ハニカム、質量則、コインシデンス効果、遮音性能― 35 ―

フジタ技術研究報告 第59号

§1．はじめに§2．ハニカム構造と音波の入放射角度の検証
2.1

合板、石膏ボード、板ガラスなどの比較的薄い板材

波動音響解析による検証

料や、RC 壁や PC 板など均質な材料でできた単層壁にハニカム構造と音波の放射角度の制御効果を確認す

音波が垂直に入射した時の透過損失は式（1）のように表るため、セルの直径 d、長さ L と、音波の波長 λ、入放され、透過損失が壁体の面密度と周波数の積に依存す

射角度 θ の関係について、波動音響解析による検証をる関係を質量則といい、単板材料の遮音性能を示す最行った。

1）

も基本的な理論 である。
2.1.1

ここで、TL0 は垂直入射透過損失（dB）、f は周波数2解析モデル

解析モデルを図 1 に示す。正六角形ハニカムの入射（Hz）、m は壁体の面密度（kg/m ）を示す。

端の中心点 i（0, 0, 0）に対し、音波の入射角度 θ1を0°

TL0 20 log10 f  m  43 …（1）（垂直方向）～90°（水平方向）に変化させ、放射端の中央点 o（0, 0, −L）における x 方向、z 方向のアクティ

一方、一般の室のように音が様々な方向から壁面に入射するランダム入射の条件における質量則は式（2）でブインテンシティから放射角度 θ2を算出した。なお x –得られ、垂直入射に比べランダム入射では 10 dB 程度

y 面（z＝0）はハニカム開口部以外を完全吸音面とし、遮音性能が低下する。ここで、TLm はランダム入射透ハニカムの内壁は厚さ 0 の完全反射面とした。

過損失（dB）を示す。
TL
TL0  10 log10  0.23TL0  …（2）m
更に、壁面に音が斜めに入射する場合、音波の波長と部材を伝わる曲げ波の波長が一致することで質量則よりも透過損失が著しく低下するコインシデンス効果が生じる。この周波数はコインシデンス周波数と呼ばれ式（3）で与えられる。θ＝0° の垂直入射条件を除き、任意の入射角 θ に対して必ず存在し、水平入射時に最も下限の周波数で遮音性能の低下現象が生じる。
fc c22 h  sin 2 

12 (1   2 )…（3）E

ここで、fc はコインシデンス周波数（Hz）、c は音速（m/s）、h は材料の板厚（m）、θ は音波の入射角（度）、

図1ρ は材料の密度（kg/m3）、γ は材料のポアソン比、E は音波の入放射角度の解析モデル

材料のヤング率（Pa）を示す。
2.1.2以上のことから、遮音部材の選定にあたってはラン解析結果

ダム入射条件での質量則による遮音性能の検討に加え、直径 20 mm、長さ 10 mm のハニカム通過後の音波コインシデンス効果による性能低下を考慮する必要がの放射角度 θ2 を入射角度 θ1 毎に比較して図 2 に示す。

あり、高い遮音性能を得るためには壁の重量化、複層波長の長い低周波数帯域は音波の入射角度によらず放構造化を検討するのが一般的であるが、コストや省ス射角度が垂直方向に制御されているのに対し、高周波ペース化を考えると採用が難しい場合もある。

数帯域では入射角度が浅くなるほど、放射角度も浅く

そこで筆者らは、従来手法に比べて低コスト且つ軽なっており、90° 入射（水平方向）の場合、0°（垂直量で簡易に施工可能な遮音改善工法の開発を目的とし、方向）入射と比較して最大で20° 程度放射角度が浅く部材表面にハニカム構造を設け、音波の入射角度を垂なっている。
次に、直径を 20 mm、入射角度を90° とし、長さを直方向に制御することによる遮音性能向上効果につい2.5～50 mm に変化させた場合の放射角度 θ2 を図 3 にて基礎的な検討を行った。

示す。直径 d が同じ場合、長さ L が長くなるほど放射角度が垂直方向に制御されていることがわかる。
― 36 ―

音波の入射角度制御による遮音性能向上手法に関する基礎研究

2.2

更に、長さを 10 mm、入射角度を90° とし、直径を斜め入射挿入損失による検証5～40 mm に変化させた場合の放射角度 θ2 を図 4 に示

ハニカム設置による音波の入射角度制御効果を実験す。長さ L が同じ場合、直径 d が小さくなるほど放射的に確認するため、入射角度ごとの遮音性能を測定し角度が垂直方向に制御されていることがわかる。

た。

放射角度 θ2 は直径 d が小さいほど、長さ L が長いほど波長 λ の短い高周波数帯域まで垂直方向に制御でき、

2.2.1

実験概要

ハニカム内壁の透過損失を無視すれば、直径 10 mm 以

無響室‐残響室間に設けられた開口部（910 mm×下、長さ 10 mm 以上であれば入射角度 θ1 に寄らず広1,820 mm）に試験体（石膏ボード t 12.5 mm）を設置帯域で制御できることを確認した。

し、無響室内の試験体中央から 4.0 m の位置に設置したスピーカからピンクノイズを再生し、入射角度 θ を500°（垂直入射）、45°、60°、75° と変化させた。遮音性

入射角度θ180°

後の残響室内平均音圧レベルとの差分から算出する挿

70°

30

放射角度θ2(deg)

能の評価には試験体なし（開口部のみ）と試験体設置

90°

4060°

入損失を用いた。実験概要を図 5 に示す。

50°
40°

2030°
20°
10°

100°

0

-1010 010 00
周波数(Hz)

図210 00 0

入射角度の比較（直径 d＝20 mm、長さ L＝10 mm）
50長さL(㎜)
長さL
402.5㎜5㎜
10㎜

放射角度θ2(deg)

3020㎜
30㎜

2040㎜

図550㎜

1002.2.2

図310 00
周波数(Hz)

実験概要図

実験結果

石膏ボード単体の斜め入射挿入損失を図 6 に示す。

-1010 0

斜め入射挿入損失

10 00 0

挿入損失は垂直入射時の 0° が最も大きく、コインシ長さの比較（直径 d＝20 mm、入射角度 θ1＝90°）

デンス周波数付近の落ち込みも僅かとなっているが、入射角度の増大に伴いコインシデンス周波数が低域に5040している。

5㎜

次に、石膏ボードの表面に直径 3 mm、厚さ 10010㎜

30放射角度(deg)シフトするとともに、全周波数帯域で遮音性能が低下

直径d20㎜mm、フィルム厚 70 μm の硬質塩化ビニル製ハニカム40㎜20を両面テープで直貼りした場合の挿入損失を図 7 に、0° 入射と 75° 入射の挿入損失をハニカムの有無で比較10したものを図 8 に示す。石膏ボード単体では 0° 入射0に比べ 75° 入射で著しく低下していた挿入損失が、ハニカム設置によりコインシデンス周波数付近の落ち込-10100

図41000周波数(Hz)10000

みの軽減や、中音域での遮音性能が改善し、一部で垂直径の比較（長さ L＝10 mm、入射角度 θ1＝90°）― 37 ―直入射に近い性能が得られている一方、400 Hz 以下でフジタ技術研究報告 第59号

はハニカムの共振による低下もみられた。また、0° 入§3．基本特性の検証

射時は 1 kHz 以上の帯域で僅かに遮音性能が向上する程度であることから、斜め入射時の遮音改善は音波のハニカム構造や設置条件が部材の遮音性能に与える角度制御による効果であると考えられる。

影響を検証した。試験体はガラス厚 t 3 mm のアルミサッシとし、JIS A 1416に準拠して音響透過損失を測定した。

50
入射角度
0°

斜め入射挿入損失(dB)

40

3.1

45°

ハニカム径、長さ、材質の影響

3.1.1

60°

実験概要

残響室間の開口部（2,000 mm×2,000 mm）に設置75°30した乾式二重壁（両面石膏ボード t 12.5 mm×3枚張り、空気層 100 mm、中空部に密度 32 kg/m3 t 100 mmのグラスウールを充填）にガラス厚 t 3 mm のアルミ20サッシ（W 713 mm、H 1,300 mm）を取り付けた。ハニカム材をガラス面に両面テープで直貼りし、ハニカ

10125250500

1k2k4k

ム材の直径や長さ、材質を変化さることで遮音性能に8k周波数(Hz)

図6与える影響を検証した。なお、試験体に対してランダ入射角度の比較（石膏ボード t 12.5 mm）

ム入射となるよう不整形残響室を音源室とし、音源室側にハニカムを設置した。図 9 に実験概要図、表 1 に50

検証に使用したハニカムサンプル一覧を示す。
入射角度0°

斜め入射挿入損失(dB)

40

45°
60°
75°

3020

10125250500

1k2k4k8k

図9周波数(Hz)図7

入射角度の比較表1（石膏ボード t 12.5 mm＋ハニカム）
材質
500°（ハニカムあり）

硬質塩化ビニル

0°（ハニカムなし）

斜め入射挿入損失(dB)

40

音響透過損失75°（ハニカムあり）
75°（ハニカムなし）

アルミ箔

303.1.220実験概要図

ハニカムサンプル一覧

直径 d厚さ L（mm） （mm）

ﾌｨﾙﾑ・箔厚密度（μm） （kg/m3）

310, 50, 100

607581070312010140253.2102554

実験結果

ハニカムの長さを 10 mm とし、直径を 3 mm、8mm、20 mm と変化させた結果を図10に示す。ガラス

10125250500

1k

2k

4k

単体で見られた 5 kHz 帯域でのコインシデンス効果に8kよる落ち込みがハニカムの設置により抑制され、直径周波数(Hz)

図8ハニカムの設置効果が小さくなるほど抑制効果が大きいことがわかる。
― 38 ―

音波の入射角度制御による遮音性能向上手法に関する基礎研究

次に、長さを 10 mm とし、ハニカム素材を硬質塩化3.2ビニル製（直径 3 mm）、アルミ製（直径 3.2 mm）で3.2.1

設置面との隙間の影響
実験概要

3.1と同試験体を用い、ガラス面とハニカムのクリア比較して図11に示すが、コインシデンス周波数帯域のランスを変化させることで、設置面との隙間が遮音性改善効果に違いは見られなかった。
更 に、ハ ニ カ ム の 直 径 を 3 mm と し、長 さ を 10能に与える影響を検証した。ハニカムは直径 3 mm、mm、50 mm、100 mm と変化させた結果を図12に示長さ 50 mm の硬質塩化ビニル製とした。図13に実験概す。長さ 10 mm ではコインシデンス周波数帯域付近に要図を示す。

限定されている改善効果が、長さを増すことで低音側にも拡大することを確認した。
50ガラス単体
d=3

音響透過損失(dB)40d=8d=2030

図13203.2.2

10125

250

500

1k2k4k8k（密着）から 80 mm まで変化させた結果を図14に示す。

直径 d の比較（長さ L＝10 mm）

密着状態の遮音性能が最も良いのに対し、クリアランスが増大するにつれて遮音性能が低下することがわか50る。一方で、クリアランス 10 mm 程度であれば遮音性

ガラス単体
アルミ製ハニカム

音響透過損失(dB)

40

実験結果

ハニカムとガラス面とのクリアランス D を 0 mm

周波数(Hz)

図10実験概要図（クリアランスの影響）

能の低下は少なく、おおよそ密着状態と同程度の性能塩ビ製ハニカムが得られていることから、実施工においてもある程度のクリアランスは許容できるものと思われる。

304020

ガラス単体
D=0㎜
D=10㎜

10250

500

1k2k4k8k

音響透過損失(dB)

125

周波数(Hz)

素材の比較（直径 d＝3 mm、長さ L＝10 mm）

D=20㎜
D=40㎜
D=80㎜

2050
ガラス単体
L=10㎜
40

音響透過損失(dB)

図113010L=50㎜

125

L=100㎜

2505001k2k4k8k

周波数(Hz)図1430

クリアランスの影響（直径 d＝3 mm、長さ L＝50 mm）
203.31252505001k2k4k8k

実験概要

入射音波の角度を垂直方向に制御するためにはハニ

周波数(Hz)図12

音波の入射面の影響

3.3.1

10

長さ L の比較（直径 d＝3 mm）

カムを入射側に設置する必要がある。ここでは、ハニ― 39 ―

フジタ技術研究報告 第59号

カムを片面に設置した状態で音波の入射面の違いが遮設置した。ハニカム材は比較的安価で加工性に優れた音性能に与える影響を検証するため、3.1と同試験体をペーパーハニカムを使用し、表面材として粘着剤付き用い、音源室を入れ替えて音響透過損失を測定した。の塩化ビニル製壁紙シートを貼り付けた。図16に実験

ハニカムは直径 3 mm、長さ 100 mm の硬質塩化ビニ

概要図を、表 2 に試験体一覧を示す。

ル製とし、ガラス面に接触しないよう 10 mm 程度のクリアランスを設けた。
3.3.2

実験結果・考察

不整形残響室を音源室としてハニカム側から音波を入射した場合と、矩形残響室を音源室としてガラス側から入射した場合の透過損失を比較して図15に示すが、音波の入射面に寄らずハニカムの設置効果は同じであった。これは、豊田ら2）が提案する区画化処理の効果であると考えられ、放射側にハニカムを設置した場
合でもガラス表面を沿う空気粒子の運動を規制することによって、空気共振が抑制された結果であると思わ

図16

実験概要図

表2

試験体一覧

れる。

壁構成
50
ガラス単体
ハニカム側から入射

音響透過損失(dB)

40

単層壁

PB12.5複層壁

PB12.5＋空気層65＋PB12.5

GW 充填壁 PB12.5＋空気層65（32 kGWt50挿入）＋PB12.5

ガラス面から入射

4.1.2

30

実験結果

石膏ボード t 12.5 mm に対する、直径 3 mm、長さ50 mm のハニカムの設置効果を表面材有無で比較し、

20

更に石膏ボード、ハニカム、壁紙単体の透過損失も併せて図17に示す。ハニカム設置による遮音改善効果は101252505001k2k4k8k

800 Hz 以上の周波数帯域で最大 7.1 dB（2 kHz）程度周波数(Hz)

図15であるのに対し、ハニカム表面に壁紙を付加すること

音波の入射面の比較で、改善効果は 250 Hz 以上の周波数帯域に拡大し、最（直径 d＝3 mm、長さ L＝50 mm）

大 14.9 dB（2.5 kHz）と改善量が大幅に向上していることがわかる。ハニカムや壁紙自体の遮音性能が低い§4．遮音改善量の向上、広帯域化の検討にもかかわらず、それらを組合せて設置することで遮ハニカム材の設置により、コインシデンス周波数帯音性能が大きく改善していることから、音波の角度制を中心に遮音性能が向上し、直径が小さいほど、長さ御による効果に加え、壁紙と石膏ボードの複層構造化が長いほど改善効果が低音域まで拡大することがわによる効果が現れていると考えられる。

かった。ここでは、更なる遮音改善量の向上、広帯域次に、直径 9 mm、長さ 50 mm ハニカムの表面に壁化にむけて、表面仕上げの影響やハニカムの積層効果紙を貼り付けたものを 1 つのハニカムユニットとし、について検証した。試験体は乾式壁とし、JIS A 1416

ユニットの積層による遮音性能の改善効果を検証した。に準拠して音響透過損失を測定した。

石膏ボード t 12.5 mm に対し、ユニットを 3 層積層させた場合と、長さ 150 mm のハニカム表面のみに壁紙

4.1
4.1.1

表面仕上げ、積層の効果を設置した場合を比較して図18に示す。壁紙を表面の実験概要

みに設置する場合に比べ、ユニットを積層する場合の残響室間の開口部（3,500 mm×3,000 mm）に設置方が遮音性能の改善量が大きく、総厚が同程度であれした乾式遮音壁（吉野石膏タイガードリーミィ・75相ば、ハニカム内部に壁紙層を複数有するユニット積層当）に 910 mm×1,820 mm の開口部を設け、試験体を型とする方が効果的であることがわかった。
― 40 ―

音波の入射角度制御による遮音性能向上手法に関する基礎研究

最後に、単層壁（石膏ボード t 12.5 mm）、複層壁70（両面石膏ボード t 12.5 mm 張り、空気層 65 mm）、複層壁
ﾊﾆｶﾑﾕﾆｯﾄ×1層603

GW 充填壁（複層壁の中空部に密度 32 kg/m t 50 mm
音響透過損失(dB)のグラスウールを挿入）に対するハニカムユニットの設置効果を図19～図21に示す。単層壁など、ベースとなる壁材の遮音性能が小さいほどユニットの設置効果が大きいものの、複層壁やある程度の遮音性能を有する GW 充填壁においても遮音性能が改善することを確

ﾊﾆｶﾑﾕﾆｯﾄ×2層ﾊﾆｶﾑﾕﾆｯﾄ×3層50403020認した。

10125250500

PB12.5

ﾍﾟｰﾊﾟｰﾊﾆｶﾑ（d3,L50）70

壁紙10

ﾍﾟｰﾊﾟｰﾊﾆｶﾑ(d3,L50)01252505001k2k4k

図17ﾊﾆｶﾑﾕﾆｯﾄ×3層5040308k周波数(Hz)20

表面仕上げの効果

10125

PB12.5

PB12.5

図21壁紙

500

1k2k4k8k

GW 充填壁への設置効果

ﾍﾟｰﾊﾟｰﾊﾆｶﾑ（d9,L150）

ﾊﾆｶﾑﾕﾆｯﾄ×3層（d9,L50+壁紙）

音響透過損失(dB)

250

周波数(Hz)6050§5．まとめ40

音波の入射角度制御による遮音性能向上手法につい30て、ハニカムの形状や表面材、取付方法が遮音性能に20与える影響を検証し、以下の知見を得た。

PB12.510125

2505001k2k4k・部材表面にハニカム材を取り付けることにより、8k周波数(Hz)図18

音響透過損失(dB)

複層壁への設置効果

ﾊﾆｶﾑﾕﾆｯﾄ×2層PB12.5

20508kﾊﾆｶﾑﾕﾆｯﾄ×1層60604k

GW充填壁

30

音響透過損失(dB)

音響透過損失(dB)

図20

PB12.5

ﾍﾟｰﾊﾟｰﾊﾆｶﾑ（d3,L50）702k

壁紙40701k周波数(Hz)50

コインシデンス周波数帯域を中心に遮音性能が改

ハニカムユニットの積層効果善し、直径が小さいほど、長さが長いほど改善効果は増大する。
・ハニカム材は部材に密着させて設置する方が効果

単層壁
ﾊﾆｶﾑﾕﾆｯﾄ×1層的であり、10 mm 以上のクリアランスが生じるとﾊﾆｶﾑﾕﾆｯﾄ×2層ﾊﾆｶﾑﾕﾆｯﾄ×3層遮音性能が低下する。
・ハニカム材は音波の入射側、放射側どちらに設置40しても効果が得られる。
・ハニカム材に表面材を取り付けることで遮音性能30の改善量が大きく向上し、壁構成によらず一定の20効果が得られる。

10125

250

500

1k2k

4k8k

参 考 文 献周波数(Hz)図19

単層壁への設置効果1） 日本騒音制御工学会編、騒音制御工学ハンドブック― 41 ―

フジタ技術研究報告 第59号［基礎編］、技報堂出版、20012） 豊田政弘、田中幹人、高橋大弐、有孔板とハニカム構造を用いた遮音構造、日本音響学会建築音響研究会資料 AA2006-17

ひとこと
ハニカムは軽量で加工性も良く、表面仕上げも可能です。適用先を拡大するために、更なる高性能化、薄型化に向けた検証を続けていきます。
阿部将幸― 42 ―