東急建設技術研究所報 No. 43

U.D.C 534.83/.84

天井脱落対策に適用できる MPP 吸音機構の実用性について
堀尾

要約：

貞治 ＊

井上諭 ＊＊

国土交通省告示第 771 号により，大規模空間の天井（天井高さ 6 m 超かつ水平投影面積 200 m 2 超で単位面積質量 2 kg/m 2 超の吊り天井）が特定天井として規定されて以来，様々な耐震天井や特定天井に該当しない軽量な天井（単位面積質量 2 kg/m 2 以下）が開発されてきた。音環境の側面では，大規模な空間ほど喧騒音の制御として天井面での吸音処理を要求されるケースが多いが，それらに関する製品のラインナップは少ない現状であり，意匠性の側面においても設計自由度は低い。本開発の天井システムは，高い意匠性と吸音性を備える微細穿孔板（MPP : Microperforated panel）を用いることで，特定天井にならない軽量な吸音天井として大規模な空間においても利用することが可能である。
前年度までに，MPP の背後空間に多孔質吸音材と非通気性膜から成る積層体を付加することで，背後の空気層厚が与える吸音特性への影響を制御可能な新しい吸音機構として，実験室実験により検討を行ってきた。そこ
で本報では，実際の大規模空間の天井面を模擬し，本開発システムを用いて，天井高さ 6 m の天井モックアップを製作し，表面インピーダンス法による in‑situ 測定（その場測定）により吸音特性を検証し，本開発システ
ムの実用性を示した。
キーワード：

微細穿孔板（MPP），多孔質吸音材，非通気性膜，積層構造体，広帯域吸音体，軽量吸音材

目

1．はじめに

4．室内音響性能の評価

2．表面インピーダンスの in‑situ 測定

5．まとめ

次：

3．天井表面の吸音率分布
1．はじめに
MPP は，微細孔を多数あけた薄い板や膜であり，建築物の壁や天井の吸音構造を成す内装材として，高い：意匠性や重量の軽量化を目的として利用が期待されている。基本的な利用形態は，MPP の背後に空気層を介して剛壁と平行に設置し，Helmholtz 型共鳴機構を成すものであり 1)，その背後構造については，より高い吸音性能を得るために様々な形態が検討されている 2)。

図 1 表面インピーダンス測定モデル（左：モデル図，右：測定写真）

筆者らは，主に，大規模空間の天井面への利用を目的とし，MPP の背後に多孔質吸音材と非通気性膜から成る積層体を付加することで，吸音特性が MPP の背後空気層厚に影響されにくい吸音機構を提案している 3)。そこでは，

答 ( )を同時に収録し，式( )〜式( )より反射率を求その効果の検証及び有効な非通気性膜の質量などについてめた。なお，スピーカと PU センサは一定距離を保って振残響室法吸音率の測定により実験的に検討した結果を報告

動絶縁された状態で治具に固定されている（hs−h=0.25

している。

m，h=0.005 m）。ここで， ：モノポール音源の体積速本報では，この吸音機構を実音場の高さ 6 m に天井面度， ：波数（ω/ ），ρ：空気密度， ：反射率である。なとして試作し，自由音場法による表面インピーダンスのお，試験体の構成材料は以下に示す通りとした。

in‑situ 測定により，その吸音特性の実用性を検証した。

Material（A）：MPP（板厚 t：0.3 mm，孔径 d：0.33 mm，開口率 p：0.95%，面密度：0.36 kg/m 2 のガラス繊維織布

2．表面インピーダンスの in‑situ 測定
2.1を裏打ちし微細穿孔を施した塩化ビニル樹脂製の膜材）
Material（B）：多孔質吸音材（10 kg/m 3，厚さ 50 mm の手法および条件

自由音場法 4) による表面インピーダンスの in‑situ 測定グラスウール）

は，図 1 に示すように入射角 0 の垂直入射条件で，モノMaterial（C）：非通気性膜（0.29 kg/m 2，厚さ 0.1 mm のポール音源と見なした球面波を用い，鏡像モデル 5) としガラス繊維織布を裏打ちしたアルミ箔）

た。音源は，球形スピーカから Swept Sine 波を出力し，PU センサを用いて，材表面の音圧応答 ( )と粒子速度応p(r)=iρck

Q ikr+1 Q e; u(r)=e
4π r 4πr()

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Z  =

R=2.2p(h−h)p(h−h)+ p(h+h); Z =u(h−h)u(h−h)−u(h+h)Z Z ()Z −1Z h+h e(h−hh−h ik(h+h)+1+1h+h ik(h−h)+1)

壁として作用し得ることを示唆している。次に，この機構を用いて天井面を構築したときの吸音特性を in‑situ 測定により検証した。

残響室法吸音率との比較

まず，試験体を適度に吸音された室内の剛な床面に設置して，in‑situ 測定を行った。これは，図 1 のモデルで考えるとちょうど天地を入れ替えた形である。単一 MPP（Material（A）のみ）の結果を図 2 に示す。また，同じ試験体の残響室法吸音率の及び，式()〜式()より，音として，Maa の理論 1)よ，音響リアクタンス ω

響抵抗を求め，斜入射吸音率 α θ より算出しりインピーダンス

た垂直入射条件・音場入射条件の理論値と比較した。な
図 3 MPP 背後構造の影響（左：単一 MPP，右：積層機構）

お，音場入射条件は，入射角 θ=0 〜78 で平均して算出し，解析周波数は，315〜4 kHz 帯域の 1/3 オクターブバンド周波数とした。各係数は， = (ρ 0 ω/4η) 1/2，粘性係数 η：1.79×10 −5（Pa s），ω=2π ， ：MPP の 面 密 度，3.1

ρ 0：空気密度， 0：音速を示す。
Z =r‑iωm+i cos(ωDc)r =32ηpρcd ωm=ωt1+pc

1+

 (

2 dkk+8 t321


9+k2+0.85

3．天井表面の吸音率分布
対象とした天井の概要及び測定点の位置を，図 4 に示)す。対象範囲は，MPP から積層体背面までの平均距離dt手法および条件

4Re[Z ]cos θα =
{1+Re[Z ]cos θ} +{Im[Z ]cos θ}()()

D ave の大きさが異なる CEILING‑Ⅰ（天井面 1 m×1 m）及び CEILING‑Ⅱ（天井面 0.3 m×1 m）とした。測定手法は 2 節と同様とし，in‑situ 測定により吸音率を算出した。構成材料も，2 節と同じものを用いた。なお，積層体(の Material（B）と（C）は密着させ，それを図 4 のよう)に MPP に対して空気層を介して設置した。
（Y 断面でその空気層厚は場所によって異なり，それにより D は変化する。一方，X 断面ではその空気層厚および D は，ほぼ一 定 と し た。）こ こ で，D Ⅰ，D Ⅱ は，そ れ ぞ れ 129 mm，117 mm を基準距離とし，部分的に最大で 29 mm 減少するが，平均的な距離 D ave は，基準距離に近い値となっていることを想定している。MPP の共鳴周波数は，垂直入射 時 に そ れ ぞ れ 448〜534 Hz，480〜582 Hz と 算 定 さ れる。また，CEILING‑Ⅰの点［A〜C］×点［1〜2］の範囲は，積層体を設けずに単一 MPP とした。
3.2吸音率分布

天井表面の吸音率分布の結果を図 5 に示す。CEILING‑
Ⅰの吸音率分布は，各周波数帯域で一様であり，同一面内
図2

in‑situ 測定と残響室法の比較（単一 MPP, AS=50 mm）

では D が部分的に最大 29 mm 減少しても，吸音率分布に大きな偏りは生じない。しかし，CEILING‑Ⅱの吸音率分
布は，CEILING‑Ⅰと比べて偏りが見られる。これは，これを見ると，in‑situ 測定による吸音率のピーク周波

CEILING‑Ⅱの平均距離 D ave が，CEILING‑Ⅰよりも 10数は，垂直入射条件とよく一致していることがわかる。

mm 程度小さいことにより，積層体よりも天井材側にある

また，MPP 背後に Material（B），（C）を付加した積層鋼製下地材の影響が比較的大きく現れていると推察され機構について，in‑situ 測定した結果を図 3 に示す。比較る。しかしながら，吸音率は，十分高い値を維持していのため，単一 MPP の結果も示した。背後空気層厚（AS）る。一方，吸音率のピーク周波数を見ると，CEILING‑Ⅰの厚さを変化させたとき，単一 MPP は，大きく吸音特性は 400 Hz 帯域，CEILING‑Ⅱは 630 Hz 帯域であり，積層が変化する。一方，積層機構の吸音率のピーク周波数は，機構の平均距離 D ave の変化に対する影響は，顕著に現れAS が変化しても 630 Hz 帯域前後に現れ，吸音特性はほることがわかる。つまり，D は，同一面内で変化するよとんど変化しない。これは，積層体の非通気性膜部分が剛り，平均距離が変化する方が，吸音特性に与える影響は大46

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きいと考える。また，CEILING‑Ⅰの単一 MPP とした範3.3囲は，積層機構部分で吸音のピークとなる周波数で吸音率

前項で示した通り，MPP から積層体背面までの平均距

D ave の設計の値は増加していないことから，200 mm×600 mm の小離 D ave は音響設計上，重要なパラメータであるといえる。

さな面積でも周囲の積層体の影響を受けず，単一 MPP の

そこで，ここでは D ave の簡易的な設計例を紹介する。図 6

特徴を捉えることができ，測定点のサンプリング間隔 100は，単一 MPP と見なし，空気層のみを介して剛壁を配置

mm×100 mm 程度でも十分な精度で in‑situ 測定が可能でしたときの D ave と吸音のピーク周波数 0 の関係を式( )あるといえる。

より算定した結果である。ここで，便宜上，有効な吸音率を 0.7 以上とすると，今回用いた MPP の仕様においては，D ave は 50〜250 mm 程度とする必要があり，その D ave によって，吸音周波数は 300〜1000 Hz 程度から選択的に利用できることがわかる。ただし，本開発のように，D ave に多孔質吸音材等を充填した積層機構とする場合は，多孔質吸音材の流れ抵抗により，選択可能な D ave の範囲は，単一 MPP より狭まる。

図4天井面モデルおよび測定点

図 6 吸音のピーク周波数 0 と厚さ D ave の関係（t：0.3 mm，d：0.33 mm，p：0.95% の単一 MPP 理論値）

4．室内音響性能の評価
次に，大規模空間の天井面に利用したときの室内音響評
価として，残響時間の算定例を紹介する。算定対象は，長方形平面 12 m×18 m で高さ 6 m の特定天井の対象となる室形状とした。表 1 に残響時間の算定に用いた吸音率を示す。エントランスホール等を想定し，天井以外の壁及び床は反射性とした。残響時間は，天井材を MPP 積層機構とした場合，及び岩綿吸音板 6)とした場合を比較して，Eyring の残響式により算出した。天井材の吸音特性は図 7 に比較して示す。図 8 に算定結果を示す。天井材を MPP 積層機構とした場合の残響時間は，中音域で 1 秒前後であり，全周波数帯域において比較的フラットな特性となる。
一例として，室用途を会議場とすると，最適残響時間は1000 m 3 程度で 1 秒前後（500 Hz）であるため，大規模空間における音響対策としても十分な実用性を有していると
表 1 残響時間の算定に用いた平均吸音率

図5

天井面の吸音率分布47

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図7吸音率の比較（残響室法吸音率）

図8

大規模空間における残響時間の推計例（空気層 300 mm）

いえる。
方，平均距離 D ave については，吸音特性を決定する重要5．まとめなパラメータであるため，その設計例を示した。また，室MPP の背後に多孔質吸音材と非通気性膜を積層した吸内音響性能の評価の一例として，天井脱落対策が必要とな音積層機構を用いた天井面構造について，in‑situ 測定をるような大規模空間を想定した吸音天井面として適用し得行い，その吸音特性を検証した。これにより，同一平面上ることを示した。今後は，本吸音機構の特徴である軽量さであれば MPP から積層体背面までの距離 D の変動に依らを活かし，天井脱落対策が必要となる大規模空間等への適ず，ある程度一様な吸音分布が得られることを示した。一用を目指したい。

謝辞

本研究はスリーエムジャパン株式会社に多大なるご協力をいただき実施いたしました。末筆ながら，関係者各位に御礼申し上げます。
参考文献
1) D.Y. Maa, Microperforated‑panel wideband absorbers, Noise Control Eng. J., vol. 29, pp. 77‑84, 1987
2) 矢入，阪上ら，微細穿孔板吸音構造の並列配置による残響室法吸音率の広帯域化，建音研資料 AA2009‑49, 20093) 堀尾，井上，背後に多孔質吸音材と非通気性膜を有する MPP の吸音特性に関する実験的検討，日本建築学会大会学術講演梗概
集，pp 385‑386, 20174) J.F. Allard and Benita Sieben, Measurement of acoustic impedance in a free field with two microphones and a spectrum analyzer,
J. Acoust. Soc. Am. 77, 1617‑1618, 1985
5) 鈴木，音響粒子速度プローブを用いた表面インピーダンス測定について，制振工学研究会通信，2013.7
6) ロックウール工業会，ロックウール化粧吸音板

設計施工資料，1996

A STUDY ON CONFIRMING AVAILABLILITY OF THE NEW MPP SOUND ABSORBINGMECHANISM APPLICABLE TO FALL PREVENTION SYSTEM FOR SUSPENDED CEILING
S. Horio and S. Inoue
We have been developing the light‑weight sound absorbing ceiling applicable to fall prevention, using MPP（Microperforated panel). This report showed that a new absorption system enables to control influence of the back air
stratum thickness, as a result of the measurement of the sound absorption coefficients in the in‑situ sound absorption
measurement. And, showed that availability of the ceiling system, in showing an example of the design technique of thesystem and the acoustics design.
The new absorbing system consists of MPP backed by a porous sound absorbing material with a non‑permeable
membrane that is less than 1 kg/m 2. And, sound absorption coefficient in a sound absorbing peak frequency（500‑1000 Hz）
can be maintained more than 0.8 without depending on the back air stratum thickness in the ceiling.
After all, it is expected to improve comfort of sound environment in large‑scale interior space by the high design and thehigh sound absorption, if using this system.

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