東急建設技術研究所報 No. 43

U.D.C 534.84.

薄膜と空気圧を利用した軽量な遮音構造の遮音特性に関する研究―その 2 ユニット形状とユニットの連結が遮音性能に及ぼす影響―
貝瀬要

約：智昭 ＊

井上諭 ＊＊

薄膜と空気圧を利用した遮音量可変型軽量遮音構造（MSI : Membrane Sound Insulator）は，軽量な材料構成で低周波領域の遮音性能を得ることができる特徴がある。筆者らは，この特徴を利用し，軽量かつ低周波領域において高い遮音量が得られる防音ユニットの開発に取り組んでいる。ユニットを設計するにあたり，ユニットの形状およびユニットの平面的な連結が MSI の遮音性能に及ぼす影響を把握することが必要となる。そこで，本研究では，外形寸法のアスペクト比が異なる MSI の音響透過損失を比較検討し，ユニット形状が遮音特性に及ぼす影響を確認した。また，単一の MSI と 2 枚のユニットを上下に平面的に連結したものの音響透過損失をそれぞれ求め，複数ユニットを連結した際の遮音特性を評価した。その結果，以下に示す知見が得られた。
()

MSI の形状をアスペクト比の大きい扁平な長方形とすることで，アスペクト比 1 の MSI よりも低中音域（50〜500 Hz 帯域）の遮音性能を向上させることができる。
()

複数のユニットを上下に平面的に連結した MSI は，ユニットの連結部の剛性低下に伴い，その部分が遮音欠損となり，低周波領域の遮音性能が低下する。
キーワード：

薄膜，音響透過損失，空気圧，溶接金網，低周波音，ユニット連結，アスペクト比，音響粒子速度

目

1．はじめに

4．実験結果

2．実験条件5．まとめ

次：

3．実験内容1．はじめに膜等の軽量な材料を用いて，低周波領域の遮音性能が得ることができる機構が複数考案 1)〜5)されている。その一つに西村 5)の考案した薄膜と空気圧を利用した遮音量可変型
軽 量 遮 音 構 造（Membrane Sound Insulator，以 後，MSIと記す）がある。MSI は，面の外形に依存する固有振動数（以後，f 0M と記す）よりも低い周波数領域では面全体の剛性に影響を受け，周波数の低下に応じて，遮音性能が向上する特性を持つ（剛性則）。また，網等を構成する線材により分割された部分の固有振動数と f 0M の間に遮音量がピークとなる周波数（以後，fp と記す）が生じる特徴がある。
筆者らは，この特徴を利用し，質量則に依存した既存防音材と組み合わせることで，広周波数帯域に渡り高い遮音量が得られる機構が見出せると考え，その機構を搭載した防音ユニットの実用化を目指している。ユニットを設計するにあたり，図 1 に示すように① MSI を構成する網等や膜材の仕様の違い，②内圧の変化，③ユニットの形状の違い，④ユニットの連結等が遮音特性に及ぼす影響を把握することが必要となる。
これまでに上述の①および②については，既報 5)6) により，MSI を構成する膜の内圧，網の線径，線材のピッチ

図1MSI を搭載した防音ユニットの設計に必要な検討事項例を変化させることで，遮音量の増減や fp および f 0M 等を＊技術研究所 振動・音響グループ＊＊技術研究所49

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表1

実験条件

制御することができ，遮音特性のチューニングが可能であることを実験的検討により明らかにしてきた。また，膜材の仕様との関係性については，西村 5)により，膜材の密度や厚さに応じて fp がシフトすることを実験的検討により示されている。
本研究では，上述したうち未解明の③ユニット形状の違いおよび④ユニットの連結が遮音特性に及ぼす影響を明らかにすることを目的とし，外形寸法のアスペクト比が異なる MSI の音響透過損失を求め，それらを比較した。また，ユニット単体の MSI と複数のユニットを上下に平面的に

図 2 条件 A，B の試験体概念図（左図：材料構成，右図：条件 B の RC 壁への設置形態）

連結した MSI の音響透過損失それぞれを評価した。
2．実験条件
実験に用いた試験体は，図 2，3 に示すように袋状の膜の表面および裏面を溶接金網で挟みこんで製作された。試験体の四周端部には空気注入で膜材の膨張による試験体の変形を防止するために強固な木枠を設けた。
実験条件を表 1 に示す。実験では，膜材，金網および内圧を同一条件とし，ユニット数および形状の異なるものを比較した。条件 A では，鉄筋コンクリート壁（厚さ 200

図 3 条件 C の試験体概念図（左図：材料構成，右図：条件 C の RC 壁への設置形態）mm）に設けられた縦 0.94 m，横 1 m の開口に図 2 に示す単一ユニット，アスペクト比 0.94 の MSI 試験体を設置した。条件 B および条件 C では，鉄筋コンクリート壁（厚さ 200 mm）に設けられた縦 2 m，横 1 m の開口に 2 枚のユニットで構成される試験体を設置した。なお，条件 Bの試験体は，図 2 に示すようにアスペクト比 0.94 の MSIユニットを平面的に上下に連結したものであり，条件 Cは，図 3 に示すようにアスペクト比 4 の MSI ユニットを左右に並べて連結したものである。条件 B および C の試
験体には，ユニット同士を連結するために図 2，3 に示すように一文字のステンレス金物を 3〜4 本ずつ用いてビスで緊結した。コンクリート壁と試験体の隙間およびユニッ
トの連結部には油粘土を充填し，隙間の影響を排除した。
3．実験内容図4

本実験の測定ブロックダイアグラムを図 4 に示す。実験

測定ブロックダイアグラム

では，JIS A 1441‑1：2007「音響インテンシティ法による50

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建築物及び建築部材の空気音遮断性能の測定方法」に準拠した方法により，音響透過損失（調整項 Kc なし）を求めた。
試験音源には，広帯域雑音（ホワイトノイズ）を用いた。音源室内では，図 4 に示す 5 点において 15 秒間の等価音圧レベルを計測した。
受音室側での測定面の音響インテンシティ測定には，PU プローブを用い，スキャニング法により，音圧応答と粒子速度応答を収録した。測定面と PU プローブの距離は100 mm 程度とし，スキャン速度は 0.1 m/s 程度とした。
4．実験結果4.1

ユニット形状の違いによる影響（条件 B と条件 C の比較）

ユニット形状の違いによる影響度を確認するため，条件

図5

条件 B と条件 C の音響透過損失結果

図6

条件 A と条件 B の音響透過損失結果

B と C の音響透過損失を比較した結果を図 5 に示す。同
図にはランダム入射時の質量則（図中 Mass law，膜と溶接金網の面密度の合算値より算出）を合わせて示す。
図 5 より，アスペクト比が 4 の扁平な形状の条件 C の音響透過損失は，アスペクト比が 1 に近い条件 B と比較
すると，800 Hz〜3150 Hz 帯域において 2〜3 dB 程度の差異が見られた。一方，50 Hz〜500 Hz 帯域の中，低音域では，条件 B よりも 5〜10 dB 程度と大幅な上昇が見られた。
以上より，MSI をアスペクト比の大きい扁平な形状とすることで，中，低周波領域の遮音量が向上し，遮音量が得られる周波数の広帯域化が図れることが明らかとなった。
4.2

ユニット連結による影響（条件 A と条件 B の比較）ユニットの連結による影響度を確認するため，条件 Aと条件 B の音響透過損失を比較した結果をそれぞれ図 6に示す。同図には図 5 と同様にランダム入射時の質量則（図中 Mass law，膜と溶接金網の面密度の合算値より算出）を合わせて示す。
図 6 より，2 ユニットで構成された条件 B の音響透過損失は，1 ユニットの条件 A と比較すると，fp（2000 Hz〜3150 Hz 帯域）の遮音量が 2 dB 程度と若干低下するが，80 Hz〜5000 Hz 帯域ではほぼ同程度であった。一方，50Hz〜63 Hz 帯域では遮音量が 8〜13 dB 程度と大幅に低下した。
ここで，この原因を特定することを目的とし，条件 Bの受音面における音響粒子速度レベル分布（50 Hz 帯域）を図 7 に示す。
図 7 を見ると，ユニットを連結した部分の付近において音響粒子速度レベルが大きく，連結部から上下方向に離れた箇所と比較すると 5〜10 dB 程度上昇していた。これは，連結部の固定度（拘束性）が低く，その部分の剛性が低下

図7

条件 B の受音面の音響粒子速度レベル分布（50 Hz 帯域）したことが要因と推察される。
以上の結果より，複数ユニットを連結する際には，ユニ計する際には，ユニット連結部の断面形状を凹凸にする等ットの連結部において遮音欠損が生じ，低周波領域の遮音の剛性が高められる工夫が必要となる。

性能が低下することが分かった。そのため，ユニットを設

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5．まとめ

()

複数のユニットを平面的に連結した場合には，その本稿では，アスペクト比の異なる MSI の音響透過損失連結部における遮音欠損により，単一ユニットの MSI よを比較した結果を示した。また，複数のユニットを平面的りも低周波領域（50，63 Hz 帯域）の遮音性能が低下するに連結した MSI の遮音特性を確認した。その結果，以下傾向にある。に示す知見を得た。
()

今後は，f 0M 等の低周波領域に生じるディップ周波数にMSI の面積が同一の場合では，MSI をアスペクトおける遮音量の改善方法等について実験的検討を実施する

比の大きい扁平な形状とすることにより，低中音域の遮音と共に，本稿で得た知見に基づき，防音ユニットの製品化性能を向上させることができる。の検討を行う予定である。

謝

辞

本研究は，鳥取大学との共同研究である。遂行するにあたり，多大なるご指導をいただきました鳥取大学

西村正治特任教授には，この場を借りて深く感謝の意を表します。
参考文献1) 橋本ら：付加質量の付いた有限膜の遮音特性，日本建築学会計画系論文集，第 410 号，pp. 1‑8, 1990 年
2) 橋本ら：付加質量の付いた膜の遮音特性―ドーム用膜材料への適用に関する遮音実験―，日本建築学会計画系論文集，第 475号，pp. 1‑7, 1995 年
3) 佐久間ら：NUMERICAL ANALYSIS OF SOUND INSULATION CHARACTERISTICS OF MEMBRANES WITH ADDITIONAL WEIGHTS, 日本建築学会計画系論文集，第 510 号，pp. 1‑8, 1998 年
4) 児玉ら：圧電高分子膜パネルの遮音制御について，日本音響学会研究発表会講演論文集，2003（2), pp. 893‑894, 2003‑09‑175) 西村：薄膜と空気圧を利用した遮音量可変型軽量遮音構造，日本音響学会誌，71 巻 10 号，pp. 546‑553, 2015 年 10 月
6) 貝瀬ら：薄膜と空気圧を利用した軽量な遮音構造の遮音特性に関する実験的検討 日本建築学会学術講演会集，pp 295‑296, 2016
年8月

THE EXPERIMENTAL STUDY ON SOUND TRANSMISSION LOSS OF LIGHT
SOUND INSULATION STRUCTURES USING MSI
PART2 INFLUENCE OF THE SHAPE OF MSI UNIT AND THE UINT CONNECTING
ON SOUND INSULATION PERFORMANCE
T. Kaise and S. Inoue
The membrane sound insulator（MSI), which uses a thin membrane bag inflated by air and sandwiched by restricting
materials such as steel mesh characteristically, has high sound insulation performance at low‑frequency band in spite of itslight weight. We are trying to develop a lightweight soundproof unit which can obtain a high sound insulation amount in low
frequency region by using this characteristic.
In designing this unit, it is necessary to grasp the effect of the shape of the MSI unit or the connection in flat between theunits on the sound insulation performance.
Therefore, in this study, we compared the sound transmission loss of MSI with different aspect ratio, and confirmed theinfluence of unit shape on sound insulation performance. In addition, it was examined sound transmission loss of a single
MSI unit and the two MSI units connected in flat.
As a result, we confirmed the followings.
()

It is possible to improve the sound insulation performance in the low and midrange frequency（50 to 500 Hz band）

by designing the rectangular MSI of big aspect ratio in comparison with MSI of aspect ratio 1.
()

MSI which connected plural units planarly has decreased sound insulation performance in low frequency for thesound insulation loss of the connection department of the unit in comparison with single MSI.

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