福岡県保健環境研究所年報第29号，106−111，2002

原著論文
音響管を組み込んだ防音壁による低周波音の制御
松本 源生，藤原 恭司*
防音壁により低周波音を制御するには，従来10m を超える高さを要すると考えられていた．本論文
では，防音壁の側面に音響的にソフトな表面を広くとれば，高さに頼らなくとも低周波音を制御することが可能であることを示した．そして，ソフトな表面を実現する音響管を用いて，高さが2m であっても十分な遮音効果が得られることを明らかにした．また，音響管による遮音のメカニズムを検討した結果，音響管はソフトとなる周波数帯で音のエネルギーの流れを上方に転じるため，受音領域で効果的な遮音が得られること，更に，音響管の管幅が大きくなるほど遮音効果のピーク値も大きくなり，効果のある帯域も広くなることもわかった．
［キーワード : 低周波音，制御，遮音効果，音響管，数値計算］
１配列を用いてソフトな表面を実現していたため，高さ，はじめに低周波音は，ここ数年急速に苦情が増加し，環境省において2002年に測定マニュアル 1)が作成され，重大な環厚みとも非常に大きな防音壁を用いなければ低周波音の制御はできなかった．

境問題としての認識が高まっている．

本論文では低周波音の制御に，防音壁の緩やかなスロ音を制御するために広く利用される手段として防音壁ープに音響管を配置する技術，逆側の側面を活用する技がある．しかし，高さ3m 程度の防音壁に対しては，周術という，新しい技術を適用することにより低周波音の波数80Hz 以下の低周波音波は容易に回折するため，遮制御の向上を図った．

音効果は極めて小さい．また，低周波音に機能する吸音材は存在しない．そのため，低周波音の制御に既存の防２音壁を用いて充分な遮音効果を得るには，10 m を超え検討方法
境界要素法 4)による数値計算を用いて，防音壁の遮音効果を計算した．実在する音場は3次元であるが，る高さを要すると考えられていた．
道路交通騒音の制御に最も多く用いられている統一型Hothersall5 ) らにより遮音効果に着目すると，3次元音場

防音壁は，音源側(車道側)表面を吸音処理している．交と2次元音による数値がほぼ一致することが示されてい通量の増加などにより騒音レベルが上昇したときには，る．そこで，本論文の検討では防音壁の断面のみを考え高さを嵩上げすることにより対処することも有効である

ればよいため計算時間が大きく減少し，プログラミングが，構造的な強度や景観上問題がある．このため，防音が容易な2次元音場を想定することとした．

壁背後の受音領域にとっては仮想的な音源とみなせる先

ここでは，防音壁に音響的にソフトなスロープを持た端部(以後 エッジと呼ぶ)の音圧を減少させることが遮せることの効果の検討し，スロープ面をソフトとするた

音量向上には有効であるため，この統一型防音壁のエッめに音響管を配置して高さを要しない低周波音用の防音ジ部分を音響的にソフト 2)とする特殊形状を有する加工壁の作成を試みた．なお，防音壁の表面特性に関しては，製品が開発されており，嵩上げによらなくとも大きな遮完全反射のときにはインピーダンスを0，ソフトと設定

音効果を得ることが可能となっている．

するときには無限大と設定した．

そこで今回，防音壁の高さを抑えるためソフトな表面を狭いエッジに配置するのでなく，防音壁側面に広く配３置することにより遮音効果の向上を試みた．これまでに３・１

結果及び考察
ソフトな表面による遮音効果の向上

も川瀬らによりソフトな表面を持つ防音壁により低周波

まず，ソフトなスロープ面による遮音性能を数値計算

音の制御を提案した研究 3)があるが，同一長の音響管のにより検討した．音源，受音点および防音壁は図１に示

福岡県保健環境研究所（〒818‑0135 太宰府市大字向佐野39）*九州芸術工科大学（〒815‑8540 福岡市南区塩原4丁目9‑1）

芸術工学部- 106 -図1

数値計算に用いた音源，受音点と防音壁の位置
表１

図２

壁面の性状の設定

防音壁の形状す位置に置いた．防音壁に関しては図２に示すように，高さ3m の直壁，音源側または受音点側にスロープを持つ計3形状の防音壁を用い，防音壁の位置は図１の原点 Oに図２の O 点を置いた．音源側スロープと受音側スロープ形状のものは，それぞれ(0.05, 0)，( -0.05, 0)から真上3m にピークを置き，ピークからはそれぞれ3/8.6，-3 /8.6の傾斜を持たせた．このように緩やかなスロープを持たせたのは，10 Hz 程度の超低周波音の制御をも視野に入れ，10Hz に対してソフトな表面を実現する1/4波長音響管の管長8.5m に対応させているためである．
図３

防音壁の壁面の性状を表１に示すように設定し，4つ遮音効果の周波数応答のケースに対して受音点における遮音効果を算出した．
図３に5Hz から50Hz までの周波数帯での防音壁背後の３・２音響管によるソフトな表面の実現遮音効果を示す．防音壁の全面が完全反射な直壁である

ソフトな表面を実現する素材は存在しないが，形状にCaseAH においては遮音効果はわずかであり，20Hz 以下より実現が可能である．なかでも1 /4波長音響管を表面

では1dB の効果も得られていない．直壁のエッジのみをに配置し，ソフトな表面を近似的に実現させる方法が代ソフトとした CaseES においては30Hz 以下では2dB 以下表的である．図４にその原理を示している．音波の波長の効果しかなく，16Hz 〜20Hz にかけては遮音効果が特をλとおくと，音響管内部は管幅 Width に対して Widthに減少している．一方，受音側スロープ面がソフトな< 0.59λであれば音の伝搬は管の長さ方向のみに生じ平RightSlopeS で は9〜12dB，音源側スロープ面がソフトな面波伝搬となる 6)．音響管表面に入射した音波は管内をLeftSlopeS の 場合には12〜16 dB もの遮音効果が得られ往復した後，反射波となって放出される．その際，管長ている．その遮音効果は，周波数が高くなるほど増加しがλ /4である1 /4波長音響管では，往復した経路が半波ている．

長となり開口端における反射波の位相は入射波に対して道路交通騒音などの騒音の制御に関しては，受音点か逆相となり音圧が0となる．すなわちソフトな表面が実らすれば2次的な音源である防音壁エッジをソフトとす現できる．管長 Length が λ /4と等しければ，開口端にれば大きな遮音効果が得られるが，低周波音が対象であおいて音圧が0となりソフトになる．しかし，λ /4に近れば音波の回折が大きいために，エッジのみをソフトとい管長に対しては開口端における音圧は0にはならないしても効果は小さい．しかし，壁に広いスロープを持たが，0に近い値となるため，開口端表面ではソフトに近せてスロープ面をソフトとすることにより大きな遮音効い性状となる．
このように表面がソフトとなる周波数は音響管の長さ果を得ることが可能であることがわかった．

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11.9Hz，16.0Hz，25.4Hz，35.9Hz，49.6Hz であり，2本の音響管によるピーク形状よりも急になっている．更に，音響管の幅を狭くして高さ2.6 m の間に0.1 m 厚の剛板を等間隔に4枚置き，5本の音響管として同様に計算
図４したところ，11.9Hz，14.9Hz，19.7Hz，30.6Hz，45.3Hz

音響管によるソフトな表面の原理の周波数を中心として5dB 程度の遮音効果が得られた．に依存するが，その周波数を中心として，ある程度の周しかし，ピークが鋭くなり，有効な遮音効果が得られる波数幅で有効な遮音効果が得られる．ただ，その中心と周波数幅が狭まる結果となった．つまり，スロープに置なる周波数は，厳密には管長の4倍の波長を有する周波

く剛板の数を増やすことにより遮音効果がピークとなる数ではない．それは，空気には粘性があるため，音響管周波数は増すが，ピークを中心とした有効な遮音効果がは管長よりも長いものとして振る舞うためである．その得られる周波数帯域は減少する傾向がある．

長くなる数値は，開口端補正値として知られおり，管幅Width よりも小さい数値となる7)．

次に，4本の音響管で出現した多数のピークが，どの音響管の効果によるものかを調べることとした．TubeIV

図２に示したスロープ面を有する防音壁に音響管を組に関しては，音源との位置関係および形状から推測するみ込むことを試みる．ここでは，受音側にスロープを持と音響管として機能しない可能性もある．そこで，

つ防音壁に音響管を配置して，ソフトな表面を作成した

TubeIV を 除いた図７に示す形状を作成し，再度遮音効(音源側スロープに関しても後で検討を行う)．ただし，果を計算した．その結果は図６の破線に示しているが，スロープ面に配置するため，通常の1 /4波長音響管のよ

図５(b)によるものと比べると，30Hz 以上の周波数帯域うに方形とはせずに，下部になるにつれ音響管が長くなでは1dB 程度の差が見られる．しかし，図６による遮音る図５に示すような櫛形とした．(a)は高さ2.6m の中間効果のピークとなる周波数は11.9Hz，16.4Hz，25.4Hz，に0.1 m 厚の剛板を置き，( b)はその2.6 m に等間隔に335.9 Hz，49.6 Hz であり，図５( b)によるものとほとん枚の剛板を置き，それぞれは2本(Tube i, Tube ii)と4本ど同一である．従って， TubeIV は 不要なものと結論づ( TubeI, TubeII, TubeIII, TubeIV) の音響管をスロープけることができる．に配置したものとなる．なお，原点 O から上向きにある高さ3m の剛板は0.1m 厚である．

そこで，図７の防音壁形状に関して考察を行った．11.
9Hz の1/4波長は7.1m， TubeI の長さは6.5m，開口端補

図６に，音響管を用いたときの遮音効果の計算結果を正を考慮すると両者は良い対応を示しており，11.9 Hz示す．点線が2本の音響管による遮音量であり，14.9Hzにおける遮音量の向上は TubeI による効果であることがおよび46.3Hz にピークがある．また，実線で示す4本のわかる．同様な解析により，16.0Hz と25.4Hz 周辺での音響管によれば 遮音量がピークとなる周波数は，遮音量の向上は，それぞれ TubeII と TubeIII による効果であることがわかる．遮音量がピークを示した残りの周
波数35.9Hz と49.6Hz は，それぞれの3/4波長と TubeI，TubeII の 管長との対応が良く3 /4波長音響管として効果であることがわかる．
このように音響管によれば管長の4倍また4/3倍の波長

図５防音壁の形状を有する周波数を中心として有効な遮音効果が得られることがわかった．しかしながら，管長の異なる複数の音響管を用いれば遮音効果がピークとなる周波数は増えるがディップ(2つのピークの間に生じる谷間)となる周波数も増えるというデメリットも生じていた．
次に，音響管による遮音のメカニズムを調べるため，

図６

遮音効果の周波数特性

図７-受音側スロープに音響管を配置した場合-4本の音響管(図5(b))から TuveIV を除いた
防音壁形状

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平面波面が徐々に丸い波面となっているものと，防音壁上部から到達する平面波に近い波面とが交わっている領域において，音圧レベルが極小値をとっていることがわかる．実際， TubeI のみを単体で設置して分布図を描いても，(a)と同じように TubeI の開口端の右上に音圧レベルの極小値が現れ，そこでエネルギー流が右上に向かっていた．従って，分布図(a)は TubeI の効果を示しているものである．他の3つの分布図においても，やはり音響管の右上に音圧レベルの極小値が存在しエネルギー流が右上に転じている．このように，受音側スロープの音響管の効果は，音のエネルギー流が斜め上方に転ずる影響であることがわかった．
３・３広い周波数帯域での遮音効果向上 ‑音源側スロープの音響管に対する工夫‑
遮音効果を広帯域化するための手段を考察した．具体的には，図７の防音壁形状で生じた13〜15Hz にわたるディップを抑制するため，音源側に音響管を追加する．
図３で示したように音源側をソフトとすることは受音側よりも遮音効果が高いため，ソフトな性質を持つ音響管によって優れた効果が期待できる．
図９に示すように，地面上に横たえる状態で0.1m 厚の剛板を用いて音響管を設置する．O 点から垂直に立つ剛板の高さは Width( m)とした．地面による鏡像を考慮すると，Width の倍の長さの管幅を有する音響管となる．
開口は音源側に向け，O 点を図１の原点 O に合わせた．
13〜15Hz の制御のため管長は5.0m で固定し，Width を0.5 m，1.0 m，1.9 m と変化させたときの遮音効果の周波数応答を図１０に示す．大きな管幅のほうが，遮音効果がピークとなる周波数が小さくなっている．更には，管幅が大きくなるほど遮音効果のピーク値も大きくなり，効果のある帯域も大きくなることがわかる．Width=1.9のケースでは遮音効果は，13.6Hz でピーク値7.6dBをとり，12.8Hz から15.3Hz にわたって5dB 以上の効果
図８

音圧レベルとインテンシィティの分布が認められる．
ここでも，音源向きに開口を持つ音響管による遮音の音圧レベルとインテンシティの分布を描いてみた．遮音メカニズムを調べるために，音響管の開口周辺の音圧レ効果がピークとなった4つの周波数11.9Hz，16.4Hz，25.

ベルとインテンシティの分布を描いた．図１１に Width=4 Hz，35.9 Hz に対して計算を行った．音響管の開口端

1.9のケースにおける13.6Hz での分布図を示す．音圧レ付近の分布図を図８に示す．矢印の大小と向きは，それベルが極小となる領域は開口の前方で，高さ2m あたりぞれインテンシティの強さと向きを表している．に位置しており，インテンシティをみると音のエ分布図(a)を一見すれば，音圧レベルの極小値は TubeIIの開口端付近に位置し，音エネルギーの流れもその開口端を避けるように右上に転じており11.9Hz での遮音効
果はあたかも TubeII による効果のように見える．しかしながら，等音圧レベル面を見ると， TubeI の開口端の- 109 -

図９

音源側に音響管を置く防音壁形状

図１２

図１０

両側のスロープに音響管を配置

3つの管幅に対する遮音効果の周波数特性-音源側スロープに音響管を配置した場合-

図１３

遮音効果の周波数特性‑両側のスロープに音響管を配置した場合‑
しては，遮音効果が相乗的に増加することがわかった．
ここで示した形状では8dB を超える遮音効果をも生じており，組み合わせのパタンによっては更なる効果の向上
図１１

音圧レベルとインテンシティの分布 -13Hz-が期待できる．
以上の検討では，遮音効果は地面に沿った一地点に限

ネルギーは開口よりも2.5 m から5 m 前方で真上に転じっていた．ここで地面上空を含めた広い領域における遮ている．このように，受音点とかけ離れた領域で，エネ音効果を確認するため，図１４に遮音効果の分布図を描

ルギーの向きが真上に転じることにより大きな遮音効果いた．対象としたのは，遮音量がピークを示した13.6Hzが得られたと結論できる．

および16.0Hz である．広い範囲で7dB を超える遮音効

３・４果が得られている．

両側のスロープに音響管を配置

続いて，図７で示した形状，すなわち防音壁の受音側に3本の音響管を配置した形状において生じた15Hz 前後４まとめでの遮音効果のディップを，小さくすることを試みた．

低周波音の制御に防音壁を用いる場合，回折音波を抑そのためには，図７の防音壁と，遮音効果のピークが緩えるため壁にかなりの高さが必要だと考えられていた

やかな図９の Width=1.9のケースの防音壁とを組み合わが，防音壁の側面を音響的にソフトとすることにより，せることが有効だと思われる．そこで，広帯域での遮音大きな遮音効果が得られた．ソフトな表面を近似的に実が可能となる防音壁形状の一例として図１２に示す形状現できる音響管を用いた結果，防音壁の高さが2m であを考えた．遮音効果を計算したところ，図１３の実線にっても十分な遮音効果が得られた．音響管によれば開口示すように12 Hz から18 Hz という2/3オクターブバンド端がソフトとなる周波数帯で，音のエネルギーを上方に幅にわたり4.5dB 以上の遮音効果がある．その間には11.

転じるため，受音領域で効果的な遮音が得られる．また，

9Hz に5.6dB，13.6Hz に7.7dB，16.0Hz に8.2dB の大き

音響管の管幅が大きくなるほど，遮音効果のピーク値がな遮音効果を持つ3つのピークがある．図には結合前の大きくなり，効果のある帯域も大きくなることもわかっ

図７と図９の単体での遮音効果も示しているが，単体た．今回は10Hz 〜20Hz までの制御を想定したため，防時における遮音効果が重なり合う相乗効果として遮音効音壁に12 m 程度の幅を要しており，まだ実用的とは言果が向上したことが明確に現れている．

えない．しかし，20Hz 〜40Hz の制御だと半分の幅で十防音壁に音響管を並列に配置したときには遮音効果がピークとなる周波数の中間に大きなディップが生じてい分であり，対象とする周波数が高くなるほど幅は小さくて済む．

た．しかし，防音壁の反対の側面に追加した音響管に対- 110 -今後は，低周波音を発生する音源のスペクトルを考慮図１４

遮音効果の分布図 -両スロープに音響管を配置-して，効果的な音響管配列を提案していきたい．加えて，

3) 川瀬康彰：低周波域用防音壁に関する基礎研究, 平

音響管に比べて長さを必要としないヘルムホルツ共鳴器

成8年度九州芸術工科大学修士論文, 1997.

により，改良を進めていく方針である．

4) R. Seznec ： Diffraction of sound around barriers: use of
the boundary elements technique, J. Sound. Vib. 73

文献(2), 195-209, 1980.

1) 環境庁大気保全局：低周波音の測定法に関するマニ

5) D. C. Hothersall , S. A. Chandler-Wild and M. N.

ュアル, 2000.

Hajmirzae ： Efficiency of single noise barriers, J.Sound.

2) 藤原恭司，四元英治：ソフトな表面を持つ防音壁に

Vib. 146, 303-322, 1991.

ついて, 日本音響学騒音研究会資料 N-92-7, 187-196,

6) 前川純一：建築・環境音響学, 共立出版, 1992.

1992.

7) 伊藤毅：音響工学原論, コロナ社, 1955.

Control for low frequency noise by the shielding barrier built in sound tubes
Gensei Matsumoto and Kyoji Fujiwara*
Fukuoka Institute of Health and Environmental Sciences,

39 Mukaizano, Dazaifu, Fukuoka 818-0135, JapanKyushu Institute of Design, Lab. of Acoustical Environment Analysis,*4-9-1 Shiobaru, Minami-ku, Fukuoka 815-8540, Japan
It has been considered that a shielding barrier needs height over 10 m to reduce low frequency noise sufficiently.
Nevertheless, numerical calculation showed that a shielding barrier, which had wide soft surface in side, did not require suchheight.

In this paper, sound tube was used for making soft surface.

shielding effect even if its height was only 2 m.

A shielding barrier built in sound tubes had sufficient

Investigations for the mechanism of reduction by sound tube revealed that asound tube made energy flow turn to upward, and sufficient noise reduction was gained in receiving region.

Moreover, aswidth of sound tube was longer, the peak value of sound shielding effect was bigger and frequency region having sufficientshielding effect was wider.
[Key words : low frequency noise, noise control, sound shieding effect, sound tube, numerical method]- 111 -