東急建設技術研究所報 No. 44

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 3 ハニカム材料で構成される MSI の遮音性能―
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，袋状の膜と金網やハニカム材等の剛性材などの軽量な材料によって構成される。この機構を利用した遮音壁は軽量であるにも関わらず，低音域の遮音性能が高いことに特徴がある。
本研究では，剛性材としてハニカム材，遮音材として板状材を使用し，それらの仕様の違いが MSI の遮音特性に及ぼす影響を確認した。その結果，以下に示す知見が得られた。
()

樹脂製段ボールのような軽量かつ曲げ剛性の低い遮音材とハニカム材で組み合わせた MSI は，低音域の( )面重量と曲げ剛性の大きい遮音材を使用した場合の MSI は，低音域では内圧の有無に関わらず，遮音量遮音量が高い。さらに剛性の高いハニカム材と組み合わせるほど，その遮音量は上昇する。
がほとんど変化しないが，中音域では，内圧の上昇に伴い，遮音量が低下する傾向にある。
キーワード：

薄膜，音響透過損失，空気圧，ペーパーハニカム，アルミハニカム，低周波音，合板，鋼板，樹脂製段ボール

目

1．はじめに

4．実験結果

2．実験条件5．まとめ

次：

3．実験内容これについて，西村ら 4)は，剛性材に金網またはハニカ

1．はじめに膜等の軽量な材料を用いて，低音域の遮音性能を得るこム材（ペーパーハニカムコアおよび樹脂製のストローハニとができる機構が複数考案 1)〜4)されている。その一つに西カム）を用いて袋状の膜と組合せた MSI の両面から高剛

村 3)4) の考案した薄膜と空気圧を利用した遮音量可変型軽性網で挟みこんだ試験体を対象に内圧を変化させた場合の量遮音構造（Membrane Sound Insulator，以後，MSI と記遮音特性を確認し，ハニカム材を用いる方が低音域の遮音す）がある。MSI は，図 1 に示すような材料によって構に有効であることを示している。また，袋状の膜の裏表両成され，その遮音性能は外形寸法に依存する固有振動数面をハニカム材，板状の軽量遮音材（樹脂製ダンボール）（以後，f 0M と記す）よりも低い周波数領域では剛性の影響の順で挟みこんだ試験体を製作し，それらの内圧変化が遮を受け，周波数の低下に応じて，向上する特性を持つ。ま

音特性に及ぼす影響を確認し，低音域において質量則の遮た，剛性材を構成する線材により分割された部分の固有振音量を大幅に上回る遮音効果があることを示している。

動数（以後，f 0m と記す）と f 0M の間に遮音量がピークとな

しかしながら，既報 4) では MSI を構成する板状の遮音る周波数（以後，fp と記す）が生じることに特徴がある。

材（以後，遮音材と記す）およびハニカム材が限定的な条

筆者ら

5)6)

および西村ら

3)4)

件での検討であり，他の先行研究にもハニカム材を組み合は，これまでに軽量な剛性材として金網を用いた MSI の内圧，網の線径，線材のピッチを変化させることで，遮音量の増減や fp および f 0M 等を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，単板と金網で構成される MSI を複層化した遮音機構の音響透過損失を確認し，単板の遮音特性で不利となる低周波領域の遮音性能を MSI でカバーし，広範な周波数で遮音効果を得られることを示した。これらより，剛性材の仕様は，MSI の遮音量や周波数特性を制御する上で重要なファクタとなるが，この点に関して，金網の他にも軽量で高剛性な材料としてハニカム構造を形成した材料（以後，ハニカム材と記す）が挙げられる。
＊技術研究所

振動・音響グループ

図1＊＊技術研究所

71

MSI の材料構成例

東急建設技術研究所報 No. 44

表1わせた MSI の遮音特性に関す実験条件

る報告事例はない。
そこで，本研究では，既報 4)にならい，MSI を構成するハニカム材および遮音材の仕様の違いが内圧の変化とともに遮音特性に及ぼす影響を明らかにすることを目的とした。
本稿では，遮音材の材質（面重量および剛性）が及ぼす影響を明らかにするため，既報 4) で用いられていた樹脂製段ボール（以後，プラダンと記す）とそれよりも面重量の大きい合板と鋼板の 3 種の遮音材を選定し，ハニカム材を同一種として組み合わせた MSI の音響透過損失を評価した。また，ハニカム材の剛性の違いによる影響を明らかにするため，同一の遮音材を用い，セルサイズおよび厚さがほぼ同等のアルミハニカムとペーパーハニカムで構成されるMSI それぞれの音響透過損失を比較した。
2．実験条件
実験条件を表 1 に示す。実験に用いた試験体は，図 2 に示すように袋状の膜の表面および裏面を表 1 中のハニカム材および遮音材で挟みこんで製作された。実験では，同一種の膜材を用い，剛性材，遮音材および内圧条件を変化させた。
MSI の四周端部には空気を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（幅 80 mm，厚さ24 mm）を設けた。
試験体は，縦 0.89 m，横 0.95 m の寸法であり，鉄筋コンクリート壁（厚さ 200 mm）に設けられた縦 0.94 m×横1 m の開口に設置された。コンクリート壁と試験体の隙間には油粘土を充填し，隙間の影響を排除した。
図2

試験体概念図3．実験内容本実験の測定ブロックダイアグラムを図 3 に示す。実験

プローブを用い，スキャニング法により，音圧応答と粒子では，JIS A 1441‑1：2007「音響インテンシティ法による速度応答を収録した。測定面と PU プローブの距離は 100

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

mm 程度とし，スキャン速度は 0.1 m/s 程度とした。

した方法により，音響透過損失（調整項 Kc なし）を求めた。

4．実験結果試験音源には，広帯域雑音（ホワイトノイズ）を用いた。音源室内では，図 3 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。

4.1

MSI を構成する遮音材の違いによる影響)

軽量遮音材（樹脂製ダンボール）とハニカム材で構成される MSI

受音室側の測定面の音響インテンシティ測定には，PU各内圧条件（条件 A‑1〜A‑6）の音響透過損失をそれぞ72

東急建設技術研究所報 No. 44

れ比較した結果を図 4 に示す。同図にはランダム入射時の質量則（MSI を構成する膜，ハニカム材，遮音材それぞれの面密度の合算値より算出：図中 Mass law）を合わせて示す。
また，膜を加圧した影響を確認することを目的とし，各加圧後の条件の音響透過損失から加圧前（条件 A‑1）の音響透過損失を差し引いた値を遮音性能上昇量として求めた。各内圧条件の遮音性能上昇量を図 5 に示す。
図 4 より，加圧前の条件 A‑1 の音響透過損失は，31.5〜
800 Hz 帯域でおおよそ 10 dB 以下であり，1 kHz 帯域以上では，周波数が高くなるに従い，急峻に遮音量が上昇する傾向にある。また，2 k〜4 kHz 帯域の音響透過損失は，

図325〜50 dB 程度であった。

測定ブロックダイアグラム

図 5 を見ると，加圧後の遮音性能上昇量は，内圧の上昇に伴い，80 Hz 帯域以下および 500〜2000 Hz 帯域において大きくなる傾向にある。特に 31.5 Hz および 40 Hz 帯域において顕著であり，2000 Pa 加圧時においては遮音量が20 dB 程度上昇した。一方，3150 Hz 以上の帯域では，内圧の上昇に伴いに遮音量が低下する傾向にあり，2000 Paの条件では，加圧前よりも 10〜20 dB 程度低下した。これは，ハニカムコアのそれぞれのセルにより膜が拘束され，その分割された部分の f 0m による遮音性能の低下が影響したためと推察される。
図 5 より，遮音性能上昇量の周波数特性は，ディップ周波数が 50〜125 Hz 帯域と 3150 Hz 帯域以上に生じ，内圧を倍上昇するに従い，おおよそ 1/3 オクターブバンド高域にシフトする傾向にある。低周波側のディップ周波数未満
では，オクターブバンドあたり−15〜−20 dB 程度の傾きとなり，周波数が低くなるに従い，上昇量が高まる傾向に

図4

内圧条件（条件 A‑1〜A‑6）それぞれの音響透過損失結果ある。また，上述したディップ周波数の間には，上昇量が極大となる周波数帯が 2000 Hz 帯域あたりに生じた。この特性は，既報 5)で得られた金網等の剛性材と膜で構成される MSI の遮音特性に類似している。そのため，ここで得られた内圧上昇による遮音量の向上は，ハニカム材と膜材で構成された部分による効果であると考えられる。
()

重量遮音材（合板および鋼板）とハニカム材で構成される MSI遮音材に合板を用いた条件 B‑1〜B‑6 および鋼板を用いた条件 C‑1〜C‑6 の各内圧条件の音響透過損失結果を図6，図 7 にそれぞれ示す。また，加圧前の音響透過損失を基準とした遮音性能上昇量をそれぞれ図 8，図 9 に示す。
加圧前の各遮音材で構成される MSI の遮音特性を見ると，図 6 より，合板を用いた MSI では，63 Hz，250 Hz，3150 Hz のそれぞれの帯域で音響透過損失が著しく低下しており，質量則を下回る。また，図 7 より，鋼板を用いた
MSI では，31.5 Hz，63 Hz，160 Hz 帯域で合板と同様に図5加圧前（条件 A‑1）を基準とした遮音性能上昇量音響透過損失が低下する傾向にある。ここで生じた低音域のディップ周波数は，試験体全体の外形寸法に依存する 1次および高次の固有振動数を含んだ帯域と予想される。ま波数帯と予想される。合板で構成する MSI にのみ生じた

た，中音域に生じたディップ周波数は，遮音材が二重構造

3150 Hz 帯域のディップ周波数は合板のコインシデンス限となったことによる中空共鳴透過周波数 frmd を含んだ周界周波数の影響と考えられる。

73東急建設技術研究所報 No. 44

100 Hz 以下の低音域の遮音量に着目すると，合板を用ことで，遮音材とハニカム材が一体化し，曲げ剛性が高まいた MSI は，加圧前の状態で既に 63 Hz 帯域未満では 15り，試験体全体のコインシデンス限界周波数が低周波側にdB 以上と高い遮音量が得られていた。一方，鋼板を用いシフトし，これによる性能欠損が現れたものと推察された MSI は，40 Hz 帯域および 80 Hz 帯域において，反共る。

振の影響により遮音量が極大となる特性を示した。

上述の結果より，本実験に用いた合板と鋼板の面密度のこれに対して，図 8 より，加圧後の遮音性能上昇量は，比は 1.3 倍程度とわずかにも関わらず，低音域における合板を用いた MSI では，いずれの周波数帯域を見ても内MSI の遮音効果に差異が生じた。また，それらよりも軽圧上昇に伴う性能の向上はなかった。それどころか 630

量な遮音材であるプラダンを用いた場合には，MSI の遮Hz 帯域以上では，内圧の上昇に伴い，徐々に遮音量が低音効果がより顕著に現れていた。この差異の要因として，下する傾向にあり，2000 Pa 加圧時には最大 5 dB 程度低有限長の遮音材の音響透過損失が主として面密度と剛性に下した。一方，図 9 より，鋼板を用いた MSI では，31.5依存することから，遮音板の剛性が遮音効果に影響を与えHz 帯域の遮音量が内圧の上昇に伴い，向上する傾向にあている可能性がある。ここで，本実験に使用した遮音材のり，2000 Pa 加圧時には 35 dB と大幅な上昇が見られた。

剛性の大きさを把握にするために，各遮音材の曲げ剛性をしかしながら，それ以外のすべての周波数帯では，前述し(た合板の場合と同様に，内圧上昇に伴う遮音量の向上は認だし，プラダンの曲げ剛性は，文献 8)の曲げ弾性率をヤンめられなかった。特に，250〜1000 Hz 帯域の遮音量は加グ率として代用し，算出した。

)式を用いて推定した。その推定結果を表 2 に示す。た圧により低下する傾向にあり，2000 Pa 加圧時に最大 7 dB

表 2 より，本実験に用いた遮音材の曲げ剛性はプラダ程度低下した。この遮音量の低下は，膜の内圧が上昇した

ン，鋼板，合板の順で大きく，合板は鋼板よりも 20 倍大

図6

図7合板を用いた MSI の内圧条件（条件 B‑1〜B‑6）それぞれの音響透過損失結果

図8加圧前（条件 B‑1）を基準とした遮音性能上昇量鋼板を用いた MSI の内圧条件（条件 C‑1〜C‑6）それぞれの音響透過損失結果

図974加圧前の（条件 C‑1）を基準とした遮音性能上昇量

東急建設技術研究所報 No. 44

表2

本実験用いた遮音材の曲げ剛性推定値

図 10アルミハニカムを用いた MSI の内圧条件（条件 D‑1〜D‑4）それぞれの音響透過損失結果

図 11

ペーパーハニカムとアルミハニカムで構成 されるMSI（条件 D‑4，条件 A‑6）のそれぞれの音響透過損失結果（2000 Pa 加圧時）

きい。また，最も曲げ剛性が小さいプラダンは，鋼板の1/10 と推定された。この結果は前述した図 5，図 8 および
図 9 に示す加圧前後における低音域の遮音性能上昇量の序列に定性的に一致しており，遮音材の曲げ剛性が高くなるに従い，低音域の遮音効果が得られ難い傾向にあることが示唆された。
この要因は，高剛性の遮音材を用いた MSI において，遮音材単体で既に曲げ剛性が高い状態にあり，加圧膜とハニカム材で構成された部分の曲げ剛性が付加されても，全体の剛性に寄与していないためであると推察される。
以上より，プラダンのような軽量で曲げ剛性の低い遮音が認められた。しかしながら，4 kHz 帯域以上の高音域で材を組み合わせた MSI は，内圧の上昇に伴い，全体の曲は，加圧前よりも遮音量が低下する傾向にあった。

げ剛性の変化が大きく，低音域において大幅な遮音量の増

図 11 より，2000 Pa 加圧時におけるアルミハニカムと加をもたらすことが可能であることが分かった。

ペーパーハニカムそれぞれにより構成された MSI を比較

一方，合板や鋼板のような剛性の大きい遮音材の場合ですると，前者は，後者よりも全体周波数に渡り遮音量の上は，MSI による遮音効果が低音域では得られ難く，中高昇が見られ，31.5〜63 Hz 帯域および 2 kHz 帯域以上で音域においても内圧が上昇するに従い，遮音性能が低下すは，10 dB 以上の大幅な差異が生じた。

ることが明らかとなった。
4.2

ハニカム材の違いによる影響

5．まとめ

ハニカム材をアルミハニカムとした条件 D‑1〜D‑4 の

本稿では，袋状の膜の両面にハニカム材，遮音材を組み音響透過損失結果を図 10 に示す。同図にはランダム入射合わせた MSI の遮音特性を確認した。その結果，以下に時の質量則を合わせて示す。また，2000 Pa 加圧時のペー示す知見を得た。

パーハニカムとアルミハニカムの遮音性能を比較した結果(を図 11 に示す。

)

西村ら 4)の知見と同様に軽量遮音材とハニカム材を組み合わせた MSI は，内圧の上昇により，低音域

図 10 より，加圧後のプラダンとアルミハニカムで構成の遮音量が大幅に上昇する傾向がある。ただし，4される MSI の音響透過損失は，剛性材にペーパーハニカ

kHz 帯域以上の高音域は，ハニカム材のセルで分ムを用いたものと同様の周波数特性を示し，内圧上昇に伴割された部分の固有振動数の影響により遮音性能がい，63 Hz 帯域以下の低音域において大幅な遮音量の向上著しく低下する。

75

東急建設技術研究所報 No. 44()

面重量が大きく，曲げ剛性の高い遮音材とハニカムる。

材で構成された MSI の遮音特性は，内圧を上昇さ謝()

軽量遮音材とハニカム材を組み合わせ MSI は，構せても，低音域では遮音量がほとんど得られず，中成されるハニカム材を高剛性化することで，低音域音域では遮音量が 5〜7 dB 程度低下する傾向にあと高音域において遮音量の上昇が確認された。

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

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。また，樹脂製段ボールの物性データをご提供いただいた住化プラステック株式会社の関係者各位にも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) 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
3) 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
4) 西村ら：空気圧を利用した遮音量可変型軽量遮音構造の開発（第 1 報：基礎試験），日本機械学会，第 21 回環境工学シンポジ
ウム，2011 CD‑ROM 論文集，2011 年
5) 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
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研究

東急建設技術研究所報 No 42，pp 37‑42，2017 年 2月
7) 騒音制御工学ハンドブック（資料編）日本騒音制御工学会編，p. 6，技報堂出版株式会社，2001 年 4 月発行
8) 住化プラステック株式会社

製品カタログ

THE EXPERIMENTAL STUDY ON SOUND TRANSMISSION LOSS OF LIGHT
SOUND INSULATION STRUCTURES USING MSI
PART3 SOUND INSULATION PERFORMANCE OF
MSI UTILIZED HONEYCOMB AS STIFFNESS MATERIALS
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 mesh, has high sound insulation performance at low‑frequency band in spite of its light weight. MSI is
composed of stiffness material such as steel mesh or honeycomb material.
In this study, we focus honeycomb as a stiffness materials and compared the sound transmission loss of MSI withdifferent sound insulation boards or honeycomb materials and examined the influence of on sound insulation performance.
As a result, we comfirmed the followings.
()

It is possible to greatly improve the sound insulation performance in the low frequency by MSI composed of lightsound insulation board such as plastic cardboard. And the sound insulation performance is further improved by selecting
honeycomb material having higher rigidty()

Regardless of the presence or absence of internal pressure, sound insulation performance of MSI composed of heavysound insulation board hardly changed in the low frequency. but sound insulation performance in the low frequency of MSI
tend to decrease.

76