吸聲體及使用該吸聲體的隔音墻的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供提供一種在提高吸聲效果的同時(shí)能夠減少零件數(shù)量和小型化的吸聲體、及使用該吸聲體的隔音墻。其具備：具有剛性的板構(gòu)件(1)，其用于使邊緣附近的正面和背面產(chǎn)生聲壓差而產(chǎn)生壓力梯度；吸聲材料(2)，其配置于所述板構(gòu)件的邊緣附近，用于消耗被該壓力梯度而加速的空氣的粒子速度的能量。
【專利說明】吸聲體及使用該吸聲體的隔音墻

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種在室內(nèi)或室外使用的有效發(fā)揮吸聲效果的吸聲體、及使用該吸聲體的隔音墻。

【背景技術(shù)】
[0002]已知的所述吸聲體的構(gòu)成包括:由纖維狀物構(gòu)成的吸聲材料,分別重疊配置在吸聲材料的兩面的通氣性保護(hù)材料，以及安裝于重疊的通氣性保護(hù)材料和吸聲材料的周緣部而使這些三個(gè)構(gòu)件一體化的框體。(例如,參照專利文獻(xiàn)I)
[0003]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn):
[0004]專利文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)1:日本國實(shí)開昭60-75509號(hào)公報(bào)(參照?qǐng)D1)


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明要解決的課題
[0007]根據(jù)上述專利文獻(xiàn)I的構(gòu)成,吸聲體由吸聲材料、兩個(gè)通氣性保護(hù)材料、框體等多個(gè)部件構(gòu)成，所以不利于組裝操作及成本這兩個(gè)方面。
[0008]此外,所述吸聲體的構(gòu)成如下:當(dāng)具有規(guī)定速度能的空氣的粒子通過吸聲材料時(shí)，通過降低空氣粒子的速度將動(dòng)能轉(zhuǎn)換為熱能從而吸聲。為了提高這種吸聲體的吸聲效果，不得不將吸聲材料的厚度設(shè)置的比較厚。因此，吸聲體整體上存在大型化問題。
[0009]本發(fā)明是鑒于上述的情況，其課題在于提供一種在提高吸聲效果的同時(shí)能夠減少零件數(shù)量和小型化的吸聲體、及使用該吸聲體的隔音墻。
[0010]解決課題的方法
[0011]用于解決所述課題的本發(fā)明的吸聲體，其特征在于，其具備:具有剛性的板構(gòu)件，其用于使邊緣附近的正面和背面產(chǎn)生聲壓差而產(chǎn)生壓力梯度；吸聲材料，其配置于所述板構(gòu)件的邊緣附近，用于消耗被該壓力梯度而加速的空氣的粒子速度的能量。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，通過具有剛性的板構(gòu)件能夠在邊緣附近的正面和背面產(chǎn)生聲壓差，該聲壓差能夠使邊緣附近的正面和背面產(chǎn)生壓力梯度。通過該壓力梯度空氣粒子由于該壓力梯度進(jìn)行被加速。然后，加速的粒子將通過吸聲材料。粒子通過吸聲材料時(shí)，由于粒子的能量動(dòng)能作為熱能而被消耗，由此所以被吸聲。以這種方式，通過空氣粒子的加速，由此通過吸聲材料被消耗的熱能變大，而吸聲效果變得非常好。并且，板構(gòu)件的厚度設(shè)置的越薄，壓力梯度越大，這樣就能使吸聲效果得到飛躍性提高。而且，還由于能夠通過板構(gòu)件和配置于板構(gòu)件邊緣附近的吸聲材料進(jìn)行吸聲，所以能夠?qū)崿F(xiàn)零件少且小型化的吸聲體。此外，作為此處所說的具有剛性的板構(gòu)件，只要是能在邊緣附近的正面和背面產(chǎn)生聲壓差的材料，任何材料均可。例如，除了可以由各種金屬構(gòu)成之外，還可以是將木材或?qū)⒍鄰埣堉丿B而進(jìn)行一體化后得到的復(fù)合紙。
[0013]此外，本發(fā)明還可以是使用所述吸聲體構(gòu)成的隔音墻。
[0014]此外，優(yōu)選地，本發(fā)明的隔音墻中，所述吸聲材料從所述板構(gòu)件的邊緣沿著該板構(gòu)件的面方向且向外延伸設(shè)置，該吸聲材料的面密度及流動(dòng)阻力值中的至少一個(gè)值以如下方式設(shè)置，與該吸聲材料的面方向內(nèi)側(cè)部分相比，面方向外側(cè)部分的值更小。
[0015]根據(jù)上述構(gòu)成，將吸聲材料的面密度及流動(dòng)阻力值中的至少一個(gè)值設(shè)置成與該吸聲材料的面方向內(nèi)側(cè)部分相比面方向外側(cè)部分的值更小，這樣一來，與將從面方向內(nèi)側(cè)部分至面方向外側(cè)部分的面密度及流動(dòng)阻力值相同的吸聲材料相比，能夠提高隔音效果(吸聲效果)。
[0016]發(fā)明效果
[0017]如上所述，根據(jù)本發(fā)明，由板構(gòu)件、和配置于板構(gòu)件的邊緣附近的吸聲材料構(gòu)成吸聲體，由此能夠提供一種在提高吸聲效果的同時(shí)，減少零件和小型化的吸聲體、及使用該吸聲體的隔音墻。因此，不僅有利于組裝操作及成本，也有利于搬運(yùn)和操作。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1(a)是本發(fā)明的吸聲體的主視圖，(b)是沿(a)中的A_A線的剖面圖。
[0019]圖2是本發(fā)明的吸聲體的后視圖。
[0020]圖3 (a) - (g)是表示其他吸聲體的剖面圖。
[0021]圖4是用于板構(gòu)件周圍的聲場計(jì)算的說明圖。
[0022]圖5是表示平面波垂直入射狀態(tài)的說明圖。
[0023]圖6(a)是表示圖5的網(wǎng)狀區(qū)域的粒子速度振幅的立體圖，(b)是用等高線表示的圖5的網(wǎng)狀區(qū)域的粒子速度振幅的俯視圖。
[0024]圖7是表示板構(gòu)件邊緣附近的聲壓分布的立體圖。
[0025]圖8表示板構(gòu)件邊緣附近的聲壓振幅分布，(a)是立體圖，(b)是用等高線表示的俯視圖。
[0026]圖9是表示布或者薄的多孔質(zhì)吸聲層的阻抗的說明圖。
[0027]圖10是用于布周圍的聲場計(jì)算的說明圖。
[0028]圖11是吸聲體的主視圖。
[0029]圖12是表示根據(jù)頻率的吸聲能力的圖表。
[0030]圖13是在道路和住宅地之間設(shè)置有隔音墻的說明圖。
[0031]圖14是用于計(jì)算使用了吸聲體的隔音墻的衰減量的說明圖。
[0032]圖15表示隔音墻尖端附近的粒子速率分布的圖表。
[0033]圖16是表示隔音墻的插入損失的圖表。
[0034]圖17是表示每個(gè)吸聲體的吸聲能力的測(cè)定結(jié)果和理論計(jì)算值的圖表。
[0035]圖18是表示在板構(gòu)件設(shè)置布和在板構(gòu)件沒有設(shè)置布時(shí)的計(jì)算值和實(shí)驗(yàn)值的插入損失的圖表。
[0036]圖19是表示在板構(gòu)件設(shè)置一樣的吸聲材料的情形、和設(shè)置梯度吸聲材料的情形的計(jì)算值的插入損失的圖表。
[0037]圖20(a)_(e)是表示梯度吸聲材料的各種具體例的隔音墻的上部側(cè)的剖面圖。【具體實(shí)施方式】
[0038]圖(a)、(b)及圖2示出了本發(fā)明的吸聲體S。該吸聲體S具備:正方形的板構(gòu)件I ;帶狀的吸聲材料2，在該板構(gòu)件I的四個(gè)邊緣分別從端面分離的那一側(cè)延伸。此處，雖然由四個(gè)吸聲材料2構(gòu)成，但是也可以由一個(gè)或者兩個(gè)或者三個(gè)吸聲材料構(gòu)成。此外，板構(gòu)件I除了形成正方形之外，還可以形成長方形或者圓形或者橢圓形，甚至可以是三角形或多角形。板構(gòu)件I構(gòu)成為長0.6mX寬0.6m、厚度9毫米,此外，圖1 (a)中，由上邊為0.7m、下邊為
0.56m、高度(寬度)為0.07m的帶狀構(gòu)件構(gòu)成，其與板構(gòu)件I覆蓋部分的長度R為0.0lm0
[0039]板構(gòu)件I由具有剛性的材料構(gòu)成，以用于在邊緣附近的正面和背面產(chǎn)生聲壓差而產(chǎn)生壓力梯度。此處，作為具有剛性的材料，可以使用木材，但也可以是各種金屬或?qū)⒍鄰埣堉丿B進(jìn)行一體的復(fù)合紙等，只要是具有剛性的材料，任何材料皆可。作為金屬，除了鐵、鎳、鋁、銅、鎂、鉛等之外，也可以是由這些金屬中的兩種以上的金屬構(gòu)成的合金。從吸聲的觀點(diǎn)出發(fā)的話，采用面密度為3kg/m2以上的材料便足夠。但是用作隔音墻時(shí)，如果期待一定程度的效果，優(yōu)選采用面密度為12kg/m2的材料。
[0040]在板構(gòu)件I的四個(gè)角部配置有，從角部沿分離側(cè)延長且與板構(gòu)件I具有相同厚度的板狀的木制輔助突起3，該狀態(tài)下，連接部件4配置成以跨過板構(gòu)件I的表面和輔助突起3的表面的方式，利用圖釘或螺絲等系緊用具5將板構(gòu)件I和輔助突起3通過連接部件4進(jìn)行連接固定。
[0041]就輔助突起3而言，在長度方向一端(板構(gòu)件側(cè)端)具備嵌入于板構(gòu)件I的角部的三角形狀的切槽部3A，并在長度方向的另一端(遠(yuǎn)離板構(gòu)件的側(cè)端)具備三角形狀的突起部3B，在輔助突起3中特定的輔助突起3形成有用于通過懸掛用的帶狀體(也可以是金屬線或線)6的孔3K。此外，不僅可以在一個(gè)輔助突起3形成，也可以在多個(gè)或全部的輔助突起3形成孔3K。在圖1、2中，利用通過形成于一個(gè)輔助突起3上的孔3K的帶狀體6將吸聲體S懸掛起來，由此吸聲體S懸掛成正方形的板構(gòu)件I的一個(gè)角部朝向上部的菱形。但是懸掛吸聲體S的姿勢(shì)還可以自由變更，例如，在兩個(gè)輔助突起3、3開孔、利用通過這兩個(gè)孔的兩條帶狀體將吸聲體S懸掛成從圖1傾斜45°而成為正方形的姿勢(shì)。
[0042]四個(gè)吸聲材料2分別以繃緊的狀態(tài)安裝于兩個(gè)輔助突起3、3之間，該兩個(gè)輔助突起3、3為板構(gòu)件I具備的輔助突起3中在周方向上鄰接的兩個(gè)輔助突起3、3。具體而言，各吸聲材料2，呈左右方向延伸的帶狀，主視圖中大致呈倒梯形，其左右方向兩端部以覆蓋兩個(gè)輔助突起3、3的一部分的方式配置，并且，短邊方向的板構(gòu)件側(cè)端的一部分覆蓋板構(gòu)件I邊緣。以這種方式配置的吸聲材料2通過圖釘或螺絲等系緊用具7固定于輔助突起3、3之間。這種系緊用具7可以采用與所述的系緊用具5相同的，也可以采用不同的。
[0043]作為吸聲材料2，例如使用面密度為0.66kg/m2、流動(dòng)阻力為924Ns/m3的紡織布或編織布，也可以使用無紡布。還可以是玻璃棉或巖棉等無機(jī)纖維構(gòu)成的多孔體或各種金屬纖維構(gòu)成的多孔體。
[0044]將以上述方式構(gòu)成的吸聲體S，例如配置在發(fā)聲的空間時(shí)，通過具有剛性的板構(gòu)件1，能夠在板構(gòu)件I的邊緣附近的正面和背面產(chǎn)生聲壓差。即，聲源側(cè)的壓力發(fā)生在板構(gòu)件I的正面時(shí)，相對(duì)于正面的壓力振幅，聲源的相反側(cè)的不發(fā)聲的背面一側(cè)的壓力振幅變小，因此在板構(gòu)件I的邊緣附近的正面和背面發(fā)生聲壓差，由此能夠使得在邊緣附近的正面和背面產(chǎn)生壓力梯度。根據(jù)該壓力梯度，傳播聲音的空氣的粒子在板構(gòu)件I的邊緣附近加速，力口速的粒子在經(jīng)過設(shè)置于板構(gòu)件I的邊緣的吸聲材料2而減速，動(dòng)能被消耗為熱能從而被吸聲。這樣，通過空氣粒子的加速，從而經(jīng)過吸聲材料2而消耗的熱能變大，因此吸聲效果非常明顯。由此可知，無需將吸聲材料2的厚度設(shè)置的厚。并且，板構(gòu)件的厚度設(shè)置的越薄，壓力梯度越能使吸聲效果得到飛躍性提高。還由于能夠通過板構(gòu)件I和配置于板構(gòu)件I的邊緣附近的吸聲材料吸聲，所以能夠形成實(shí)現(xiàn)零件少和小型化的吸聲體S。
[0045]接著，分別對(duì)板構(gòu)件I周圍的聲場及吸聲材料2周圍的聲場進(jìn)行說明。首先對(duì)薄的鋼板的板構(gòu)件I周圍的聲場進(jìn)行說明，如圖4所示地，與波長相比非常薄的板構(gòu)件周圍的聲場的計(jì)算方法進(jìn)行說明。用Φ表示速度勢(shì)，板構(gòu)件I的兩面中的正面?zhèn)?朝向法線的那一側(cè))的值為O1、背面的值為Φ2，由于板構(gòu)件I的表面上的法線方向的空氣的粒子速度為0，單位法線矢量用表示時(shí)，就可以得到式(I)。
[0046]式⑴ dn m
[0047]在周期性的穩(wěn)定聲場的情形下，考慮式(1)，根據(jù)亥姆霍茲-基爾霍夫(Helmholtz-Kirchhoff)積分公式,受音點(diǎn)P的速度勢(shì)根據(jù)以下式。
[0048]Φ?尸)=0!t{P) + J......1f ?S?備(IdS 式⑵

P (Mt \ f J
[0049]但是，表示板構(gòu)件I的兩面的勢(shì)差，此外，ΦΒ(Ρ)表示P點(diǎn)的直接聲，r=PQ，k = ω/c表示波數(shù)，ω表示角頻率，c表示音速。此處，省略時(shí)間項(xiàng)exp (_i ω t)。
[0050]—方面,在空間的點(diǎn)P,將式⑵Bp方向上微分得到的式為式(3)。
[0051]=+丄 If Φ—#........式⑶
LUU3I」 ? % 4π JJ BnfBnxy r J 工、
[0052]此外，將P作為空氣密度時(shí)，速度勢(shì)Φ和聲壓P及粒子速度I)之間的關(guān)系為式⑷。
[0053]P = ρ-j- = - *■!..、p _ _黛謂抑式⑷
[0054]....方向的粒子速度為為了從式⑵、式(3)求出空間的點(diǎn)P的
ηο
/)φ(Ρ)
速度勢(shì)Φ (P)或g方向的粒子速度成分-一^^，需要知道未知函數(shù)的、板構(gòu)件I的兩面的
P?.-?ρ
勢(shì)差。因此,式(3)中，將點(diǎn)P收斂(無限靠近的極限)在構(gòu)件I的面時(shí)，得到式
(5)。
rmwi 11+ I ■ fUP) t 丄 η ? ?— ?十 α、
[0055]+Φ^1 r Γ 式(5)
[0056]此處，Ip表示點(diǎn)P的面的法線。由于板構(gòu)件I是鋼板，所以左邊為0，板構(gòu)件I的兩面上的速度勢(shì)差$為未知函數(shù)的第一種積分方程式(6)
[0057]§=+ ^ JJ式⑶
[0058]該積分方程式(6)具有如下所示的奇異性非常強(qiáng)的核(超奇異核)。
[0059]士:1= eMitr^/I Hikr-1)^akr)1 eos(r,?)《?{?% —
cn^cm \ r f r'
[0060]+《1-1'Ar)cosCnp,/f)j> 式(7)
[0061]通過邊界元法(BEM)數(shù)值性地求解積分方程式￠)，并代入到式(2)、式(3)，便能夠求出板構(gòu)件I的周圍的聲場(聲壓和粒子速度)。
[0062]如圖5所示，振幅I的平面波以速度勢(shì)垂直入射至ImX Im的剛性平板的情形中，圖6 (a)、(b)是計(jì)算網(wǎng)狀區(qū)域的粒子速度振幅I V I的分布的圖。從圖6 (a)、(b)可以看出，在鋼板(板構(gòu)件I)的邊緣(edge)極近的地方存在粒子速度振幅變得非常大的區(qū)域。將在邊緣(edge)附近發(fā)生的大的粒子速度振幅現(xiàn)象，稱為邊緣效應(yīng)。粒子速度振幅在邊緣(edge)附近變得非常大的理由如下:當(dāng)計(jì)算并表示用圖7中所示的點(diǎn)部分的聲壓分布IpI時(shí)，成為如圖8(A)、(B)所示的狀態(tài)，并且邊緣(edge)附近的聲壓梯度變得非常大。將布或者薄的多孔材料等吸聲材料置于這種粒子速度振幅非常大的區(qū)域(空氣粒子振動(dòng)非常劇烈的區(qū)域)時(shí)，通過空氣粒子、和布或多孔材料的纖維的摩擦，將聲能轉(zhuǎn)換為熱能，從而可以得到很大的吸聲性能。此外，粒子速度與聲壓梯度成正比。
[0063]此外，對(duì)于多用于隔離道路噪音或鐵路噪音的隔音墻而言，也可以考慮使用同樣的方法來提高隔音性能。通過在邊緣(edge)附近設(shè)置布或多孔材料等吸聲材料能夠降低粒子速度，可以知曉更上一層的降低聲音的效果。此外，針對(duì)半無限的平面剛性墻，隔音墻背后的衍射區(qū)域的速度勢(shì)可以表示作為從邊緣(edge)到上方的區(qū)域的粒子速率分布的積分值。
[0064]接著，觀察作為布或者薄的多孔吸聲層等吸聲材料的周圍的聲場，可以考慮如圖9所示的具有通氣性的布或者薄的多孔吸聲層(以下，后者也表示為布)。流動(dòng)阻力為rs，布兩面的聲壓分別為Pl、P2，通過布的粒子速度為Vs，其關(guān)系為式⑶，
[0065]1、= - B....產(chǎn)式⑶
[0066]此外，布自身根據(jù)兩面的聲壓差P1-P2勵(lì)振。MsS布的面密度，Vni為布的振動(dòng)速度，時(shí)間項(xiàng)為exp (_i ω?),此時(shí)得到下式。
[0067]卻、-—f- =式(9)
'Ut
[0068]因此，布中的空氣的粒子速度V用Vs和Vm的兩者的粒子速度之和來表示，并得到式(10)，
f!I \
[0069]V=、*,+V.= -^ (1?-;?)式(10)
——U
[0070]將-(P1-P2)" = Zr代入置換，得到式(11)，
f 、-1
[0071]Z=-..........~ ?—--— I 式(11)

1-1r !?A/, J
[0072]并得到的關(guān)系為式(12)。
[0073]V =畫 ΛΖΛ =式(丄2)
[0074]如圖10所示，當(dāng)考慮空間中存在布的時(shí)候的聲場，與板構(gòu)件I的情況相同，可以根據(jù)直接聲和分布于布兩面上的速度勢(shì)差，用式(2)及式(3)表示。但是，布的情形中，根據(jù)式(12)而存在式(13)所表示的關(guān)系，
[0075]U — ￥ ? O P € η 式 d 3)
2 I Cnp ^np j ￡r
[0076]所以界限積分方程式如下，
剛子她=--麵.暴_式(14)
[0078]解式(14)求出(j),并代入式(2)、式(3)，由此可以求出聲壓或粒子速度。
[0079]根據(jù)通過布(吸聲材料)的正面的能量I1及通過背面的能量I2的差，算出被布(吸聲材料)吸聲的單位面積的能量。Ip I2通過下式求出，
[0080](Ρ,ν.)式(15)
[0081]4=?4(Φ + Ρ;ν? 式(16)
4
[0082]P1^ P2分別是布(吸聲材料)正面和背面的聲壓，V是粒子速度，*意味著復(fù)共軛。對(duì)布(吸聲材料)的整個(gè)面進(jìn)行積分，根據(jù)式(17)求出。
[0083]-- irfS

；!'
[0084]= 7 -- +Irfs

4 V
[0085]=￥ JJ ΙΦ*^Φν.|虜式(17)
[0086]然而，Ia= I1-12^Pl-Pf-Ι?ρΦβ
[0087]基于對(duì)上述的板構(gòu)件I的周圍的聲場及吸聲材料2周圍的聲場的考察,對(duì)本發(fā)明的吸聲體S進(jìn)行說明。以上示出的是，在薄鋼板的板構(gòu)件I的邊緣(edge)附近的區(qū)域中，粒子振動(dòng)非常激烈的情形。如果將不怎么搗亂粒子速度分布的布或薄的多孔性吸聲材料置于這種區(qū)域，則通過空氣粒子和吸聲材料的纖維的摩擦而聲能轉(zhuǎn)化為熱能，由此可以期待較大的吸聲效果。此外，摩擦阻力與粒子速度成正比。圖11是應(yīng)用了這種原理的吸聲體S的一例。
[0088]圖12是聯(lián)立式(6)及式(14)而求出圖11所示的吸聲體S設(shè)置于空間中時(shí)的無規(guī)入射吸聲能力的結(jié)果。可知，雖然僅吸收邊緣(edge)附近的聲音，但是能得到比較大的吸聲能力。此外，流動(dòng)阻力rs,關(guān)于兩種415Ns/m3及830Ns/m進(jìn)行計(jì)算。此外,把吸聲率X面積也稱等效吸聲面積。如上所述，吸聲體S由板構(gòu)件I和布的吸聲材料2構(gòu)成。板構(gòu)件I的尺寸為0.9mX0.9m的正方形，在該板構(gòu)件的外周緣配置有0.1m寬度的環(huán)狀的布2。
[0089]圖1 (a)、(b)及圖2中所示的吸聲體S可以以圖3 (a)至(g)所示的方式構(gòu)成。即，圖1 (a)、(b)及圖2所示的吸聲體S的吸聲材料2的構(gòu)成比板構(gòu)件I更薄，然而，圖3 (a)中的板構(gòu)件I的厚度和吸聲材料2的厚度相同，圖3 (b)中，吸聲材料2的厚度大于板構(gòu)件I的厚度，且吸聲材料2從板構(gòu)件I的正面和背面內(nèi)外兩面向厚度方向兩側(cè)突出。此外，圖3(c)中，吸聲材料2的厚度比板構(gòu)件I的厚度更薄，圖3 (d)中，板構(gòu)件I形成為其端部越靠端面?zhèn)葎t越細(xì)的、具有頂尖部IT的形狀。此外，圖3(e)中，板構(gòu)件I具有向圖中左側(cè)緩慢突出的彎曲面，圖3(f)中，板構(gòu)件I的端面IA形成為向上方突起的彎曲面。此外，圖3(g)中，板構(gòu)件I的端面?zhèn)染哂衅浜穸雀恼?W。
[0090]此外，圖13表示使用本發(fā)明的吸聲體S構(gòu)成的隔音墻W。該隔音墻W通過吸收來自道路側(cè)的聲音，能夠盡可能地抑制從道路向住宅側(cè)傳遞并騷擾的車輛C的行駛聲音或發(fā)動(dòng)機(jī)的聲音。該隔音墻W具備具有剛性的板構(gòu)件10，以用于在邊緣附近產(chǎn)生聲壓差而產(chǎn)生梯度，并使該板構(gòu)件10的道路面(表面)1B的上部的正面和、相反側(cè)的背面產(chǎn)生聲壓差。在板構(gòu)件10的道路面1B的下部的表面實(shí)施了吸聲處理層1A0此外，可以在隔音墻W的住宅側(cè)的那一面(背面)實(shí)施剛面，或者也可以實(shí)施吸聲處理。并且，在板構(gòu)件10的上端面，配置向上部延伸的作為吸聲材料的多孔吸聲層11 (除了由無機(jī)纖維構(gòu)成的多孔體、或由各種金屬纖維構(gòu)成的多孔體之外，也可以由布構(gòu)成)，用金屬絲網(wǎng)或沖壓金屬等保護(hù)材料12對(duì)吸聲層11的正面及背面進(jìn)行保護(hù)，在保護(hù)材料12的上端設(shè)置有擋雨用的蓋13，從而形成隔音墻W。
[0091]因此，通過上述方式構(gòu)成隔音墻W，能有效降低道路交通噪音(也可用于鐵路噪音等)。即，對(duì)于出現(xiàn)在邊緣(edge)附近區(qū)域的被加速的大的粒子速度，用吸聲層11將聲能轉(zhuǎn)換為熱能，降低粒子速度，由此可以降低折射側(cè)區(qū)域的聲壓。如圖14所示，這可以通過在隔音墻(薄的半無限大的剛平板)的尖端部分設(shè)置布而試著計(jì)算衍射聲場的例子理解到。半無限隔音墻等，能夠通過向隔音墻的上部延長的面的粒子速度分布的積分求出衍射側(cè)區(qū)域的聲壓。因此，通過降低這些區(qū)域大的粒子速度，特別是降低邊緣(edge)附近的大的粒子速度能夠降低衍射聲。
[0092]圖15是，從圖14中所示的聲源位置產(chǎn)生球面波時(shí)，通過計(jì)算沒有布時(shí)的隔音墻上方的粒子速度振幅的分布而求出的結(jié)果。圖中，橫軸表示從隔音墻的頂端到上方的距離?？梢缘弥诟粢魤Φ纳戏胶瓦吘?edge)附近的粒子速度振幅變得非常大。此外，通過在離Im的位置的速度勢(shì)的振幅成為I的強(qiáng)度來計(jì)算生源。
[0093]圖16是，在圖14中所示的衍射側(cè)的受音位置，計(jì)算設(shè)置隔音墻而造成的級(jí)別的衰減量(又叫做插入損失)的結(jié)果。圖中(a)是僅有隔音墻時(shí)的結(jié)果，(b)是在頂端上部設(shè)置有50cm寬度的布時(shí)的結(jié)果，(c)是不設(shè)置布，隔音墻的高度與布上端一致時(shí)的結(jié)果。此夕卜，這些是頻率為125Hz時(shí)的計(jì)算結(jié)果，布的流動(dòng)阻力為830Ns/m3。從這些結(jié)果來看，設(shè)置的布的效果遠(yuǎn)比想象的大。
[0094]圖17是示出了每個(gè)吸聲體的吸聲能力的測(cè)定值和理論計(jì)算值的圖表。測(cè)定值是，在室內(nèi)空間懸掛圖1 (a)、(b)及圖2的吸聲體S而測(cè)定的值，理論計(jì)算值和測(cè)定值變成相同的值。此外，頻率越高，吸聲能力越大，特別是對(duì)高頻有效。
[0095]近幾年，提出了各種頂端改良型的隔音墻，但多數(shù)都是高成本卻沒什么效果。此夕卜，也沒有發(fā)現(xiàn)利用此處所示的邊緣效應(yīng)的隔音墻。本發(fā)明即非常簡單又小型，性能良好、制造成本低、易于施工等，由此可以應(yīng)用廣泛。此外，構(gòu)成吸聲體S的板構(gòu)件I的面積增大的越大，越能夠吸收頻率低的聲音，并根據(jù)想要吸收的頻率可以改變板構(gòu)件I的面積(大小)。
[0096]此外，圖18的圖表表示的是隔音墻的隔音(吸聲)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及計(jì)算值。具體而言，制作將圖14表述的隔音墻變小的模型，在圖18的圖表示出使用該模型來的計(jì)算從隔音墻到規(guī)定距離的地點(diǎn)的插入損失的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及計(jì)算值(使用上述的式(14)計(jì)算的值)。作為所述模型，準(zhǔn)備了厚度為9mm且長90cmX寬180cm的木制的板構(gòu)件的墻、和在所述板構(gòu)件的上端設(shè)置有吸聲材料的布(縱5cmX橫180cm)的隔音墻的兩個(gè)墻。并且，在圖18中描畫有如下的線:折線K1，其使用所述隔音墻測(cè)定插入損失并標(biāo)示該測(cè)定值，之后用直線連接這些值而形成；折線K2，將所述隔音墻的板構(gòu)件看做半無限障墻，標(biāo)示用式(14)計(jì)算插入損失的計(jì)算值，之后用直線連接這些值而形成；直線K10，將所述墻升高至所屬墻的上端與設(shè)置在隔音墻的板構(gòu)件的上端的高度相同，并將該墻看做半無限障墻，標(biāo)示用式(14)計(jì)算插入損失的計(jì)算值，之后用直線連接這些值而形成；折線K11，將墻的板構(gòu)件看做半無限大的障墻，標(biāo)示用式(14)測(cè)定插入損失的測(cè)定值，之后用直線連接這些值而形成。此外，布的面密度為0.6kg/m2，流動(dòng)阻力為789Ns/m3。另外，作為測(cè)定值的頻率，標(biāo)示的是以在模型中測(cè)定的頻率的1/10的值。
[0097]從圖18的圖表中可以看出，與直線KlO的值相比，折線K2的值要大。由此可知，與將高度設(shè)置成和隔音墻為布的上端相同的墻的插入損失(隔音效果)相比，將隔音墻為板構(gòu)件看做半無限大的障墻并用式(14)計(jì)算的插入損失(隔音效果)更大。與此相反，與直線KlO的值相比，折線Kll的值更低。由此可知，與將高度設(shè)置成和隔音墻為布的上端相同的墻的插入損失(隔音效果)相比，將墻看做半無限大的障墻并用式(14)計(jì)算的插入損失(隔音效果)降低的程度與墻的高度變低的程度相應(yīng)。此外，折線Kl的值和折線K2的值是非常接近的值。由此可以很明顯地看出，將隔音墻的板構(gòu)件看做半無限大的障墻并用式(14)計(jì)算的插入損失的計(jì)算值(折線K2的值)是可靠性高的值。此外，折線Kll的值和折線K12的值是非常接近的值。由此可以很明顯地看出，將沒有設(shè)置布的墻看做半無限大的障墻并用式(14)計(jì)算的插入損失的計(jì)算值(折線Kll的值)是可靠性非常高的值。所述隔音效果的一部分包含吸聲效果。
[0098]總之，從圖18可以很明顯地看出，只要在隔音墻的板構(gòu)件的上端設(shè)置吸聲材料(圖18中為布)，插入損失(隔音效果)就會(huì)變高。而且，通過計(jì)算求出的插入損失的值與測(cè)定值大致相等，可靠性高。
[0099]圖18示出的是，與沒有設(shè)置布的墻相比，構(gòu)成隔音墻的板構(gòu)件的上端設(shè)置面密度為0.6kg/m2且流動(dòng)阻力為789Ns/m3的布時(shí)，更具有隔音效果。一方面，圖19示出了，相對(duì)于使用了從下側(cè)部分至上側(cè)部分的面密度及流動(dòng)阻力一定的、均勻的吸聲材料的隔音墻，使用了越往上側(cè)部分面密度及流動(dòng)阻力值均越小的吸聲材料(為了與均勻吸聲材料相區(qū)別，將其成為梯度吸聲材料)的隔音墻具有更好的隔音效果。此外，圖19的圖表表示根據(jù)汽車產(chǎn)生的噪音等級(jí)(A特性聲壓等級(jí))的插入損失，是基于前述的可靠性高的插入損失的計(jì)算值而制作的。此外，所說的均勻吸聲材料是指，從下至上具有相同的面密度及流動(dòng)阻力值的材料。
[0100]圖19中描畫有如下的線:折線H，將與板構(gòu)件的上端設(shè)置有布的隔音墻相同高度的板構(gòu)件看做半無限大的障墻，計(jì)算出插入損失值，標(biāo)示這些值并用直線連接而形成；五條折線U1-U5，將在板構(gòu)件的上端設(shè)置有均勻吸聲材料的隔音墻的板構(gòu)件看做半無限大的障墻，計(jì)算出插入損失值，標(biāo)示這些值并用直線連接而形成；五條折線G1-G5，將在板構(gòu)件的上端設(shè)置有梯度吸聲材料的隔音墻的板構(gòu)件看做半無限大的障墻，計(jì)算出插入損失值，標(biāo)示這些值并用直線連接而形成。此外，下面表I記載了根據(jù)從墻的不同距離(m)的插入損失的計(jì)算值(dB)。此外，所述計(jì)算值是用上述式(14)計(jì)算出的值。
[0101] (m)I
吸,村料'5 18 15 20 25 3ft 35 40 45 SO
j H:--j|t障墻(《.5ni Jt 23.6 22.J 21,9 21.7 21.5 21J 11,4 21.3 21.3 21.3
F..........:；.........................:................；............———
I (,3:面4度 I2kg/m 27.1 25.8 25.2 MJ 24.8 24.6 24.5 24.S 24.3 24.2流動(dòng)阻力 4WNs/na3
CS:# 24kg/mI 30.2 28.7 27.9 27.? 27.4 27.2 27.1 27.1 2€S 26.8
I 流動(dòng) IM:力 SHHNs/m.3__
I G4:靣密廢 48kg/m2 34j 32j 3?Λ 306 30.3 30.0 29.9 29.7 29.5 29.4
I流動(dòng)阻力ItWWs/ni1___________
G2:面密度 96kg/m2 36.4 33.5 32.2 31.6 31.2 393 30.7 30.4 30.3 30.3
流動(dòng) f且力 32_Ns/m3I___
G1:*?A IMkgZm234 3 31.530.4 29.8 29.4 29.2 29.0 28.7 28.7 28.7
流動(dòng) FJL 力 MMiSsims__
U3:1r 密度 J2kg/m327 j 26.025.5 25.3 25.1 25.0 24.9 24.9 24.8 24.7
流動(dòng)P.力-W丨!％/nr1I
US:面密度 24kg/mJ29.3 21J27.5 27.3 27.0 26.9 26.8 26.7 UJ 26.6
I流動(dòng)陳力__
U4:面密度 48kg/m2 29.5 273 27.4 27.1 26.9 26.8 26.6 26.5 26.5 26.5j流動(dòng)阻力IWOXsZmi__
U2:?r 密度 96kg/m2 27.5 26.0 25.5 25.3 25.0 24.9 24.8 24.7 24.7 24.7
流動(dòng)阻力 32(>flNs/mJ____
Iu1:.* 密度 I92kg/?I2 2SJ 24.4 23.9 23.7 23.5 23.4 23.3 23.2 23.2 23.2I流動(dòng)阻力64削IWni3I
[0102]
[0103]折線Ul的均勻的吸聲材料是，面密度為192kg/m2、流動(dòng)阻力為6400Ns/m3的吸聲材料。折線U2的均勻的吸聲材料是，面密度為96kg/m2、流動(dòng)阻力為3200Ns/m3的吸聲材料。折線U3的均勻的吸聲材料是，面密度為12kg/m2、流動(dòng)阻力為400Ns/m3的吸聲材料。折線U4的均勻的吸聲材料，面密度為48kg/m2、流動(dòng)阻力為1600Ns/m3的吸聲材料。折線U5的均勻的吸聲材料，面密度為24kg/m2、流動(dòng)阻力為800Ns/m3的吸聲材料。
[0104]折線Gl的梯度吸聲材料以如下方式構(gòu)成:該吸聲材料的下端部分的面密度為192kg/m2、流動(dòng)阻力為6400Ns/m3，隨著靠向上端，這些值逐漸變小，在上端變成零或者接近零的值。折線G2的梯度吸聲材料以如下方式構(gòu)成:該吸聲材料的下端部分的面密度為96kg/m2、流動(dòng)阻力為3200Ns/m3，隨著靠向上端，這些值逐漸變小，在上端變成零或者接近零的值。折線G3的梯度吸聲材料以如下方式構(gòu)成:該吸聲材料的下端部分的面密度為12kg/m2、流動(dòng)阻力為400Ns/m3，隨著靠向上端，這些值逐漸變小，在上端變成零或者接近零的值。折線G4的梯度吸聲材料以如下方式構(gòu)成:該其吸聲材料的下端部分的面密度為48kg/m2，流動(dòng)阻力為1600Ns/m3，隨著靠向上端，這些值逐漸變小，在上端變成零或者接近零的值。折線G5的梯度吸聲材料以如下方式構(gòu)成:該吸聲材料的下端部分的面密度為24kg/m2、流動(dòng)阻力為800Ns/m3，隨著靠向上端，這些值逐漸變小，在上端變成零或者接近零的值。
[0105]從圖19的圖表可以看出，與折線H的值相比，折線U1-U5的值、折線G1-G5的值都比較大。由此可知，與沒有使用吸聲材料的墻相比，在板構(gòu)件的上端設(shè)置有作為吸聲材料的布的隔音墻的隔音效果優(yōu)異。此外，圖表中，折線G2的插入損失(隔音效果)大。而且，除了折線G3之外，剩余的折線G1、G2、G4、G5的插入損失(隔音效果)值比折線U1-U5中具有最高的插入損失(隔音效果)的折線U5的值還更高。而且，所述折線G3的插入損失(隔音效果)值比圖表中插入損失(吸聲效果)最低的折線Ul的插入損失(隔音效果)值還更高。
[0106]總之，從圖19的圖表明顯地看出，如果在隔音墻的板構(gòu)件的上端設(shè)置均勻的吸聲材料(圖18中為布)，則插入損失(隔音效果)就會(huì)變高。此外，從圖19的圖表明顯地看出，如果在板構(gòu)件的上端設(shè)置梯度吸聲材料，與設(shè)置均勻吸聲材料相比插入損失(隔音效果)更高。另外，圖19中示出了五種梯度吸聲材料的情形，但是可以推測(cè)到，只要是組合面密度為12kg/m2-192kg/m2的范圍內(nèi)的任意面密度、流動(dòng)阻力為400Ns/m3-6400Ns/m3的范圍內(nèi)的任意面密度而制作的梯度吸聲材料，插入損失(隔音效果)就會(huì)變高。
[0107]基于圖20 (a)-(e)對(duì)所述隔音墻的各種的具體例進(jìn)行說明。隔音墻W的構(gòu)成包括:具有剛性的板構(gòu)件10，其在邊緣附近產(chǎn)生聲壓差從而產(chǎn)生壓力梯度；梯度吸聲材料14，其配置于板構(gòu)件10上端，用于消耗被所述壓力梯度而加速的空氣粒子速度的能量。圖20(A)中，梯度吸聲材料14由越往下厚度越厚的三種吸聲材料14A、14B、14C構(gòu)成。S卩，通過上下方向配置厚度不同的三個(gè)吸聲材料14A、14B、14C，已使梯度吸聲材料14的厚度的上方變薄，從而梯度吸聲材料14形成為在上下方向上具有多個(gè)段部的多個(gè)段形狀。下側(cè)的吸聲材料14A的面密度及流動(dòng)阻力值大于其上的中間的吸聲材料14B的面密度及流動(dòng)阻力值。最上面的吸聲材料14C的面密度及流動(dòng)阻力值小于其下的吸聲材料14B的面密度及流動(dòng)阻力值。圖20(B)中，梯度吸聲材料14為越往上側(cè)厚度越薄的具有直線狀(也可以是彎曲的)傾斜面的大致三角形。該梯度吸聲材料14的面密度及流動(dòng)阻力值越往上側(cè)值越小，在上端變成零或者接近零的值。通過以這種方式構(gòu)成，梯度吸聲材料14的面密度及流動(dòng)阻力值沿上下方向變化為線性(連續(xù))，因此消除了以非線性(不連續(xù))變化時(shí)的該非線性部分的隔音效果低下的問題，從而能夠有效隔音。圖20(c)中，梯度吸聲材料14為相同厚度、相同大小，并且面密度及流動(dòng)阻力值相同的六個(gè)吸聲材料14A構(gòu)成。即，將三個(gè)吸聲材料14A以厚度方向重疊配置于板構(gòu)件10的上端，并將兩個(gè)吸聲材料14A、14A重疊配置于這三個(gè)吸聲材料14A、14A、14A的上端，并將一個(gè)吸聲材料14A配置于這兩個(gè)吸聲材料14A、14A的上端。此時(shí)，梯度吸聲材料14在上下方向上形成具有多個(gè)段部的多個(gè)段形狀。通過以這種方式配置吸聲材料，位于最下段的三個(gè)吸聲材料14A的面密度及流動(dòng)阻力值變成最大值，位于最上端的一個(gè)吸聲材料14A的面密度及流動(dòng)阻力變成最小值。圖20(d)中，梯度吸聲材料14由相同厚度、不同高度(上下方向尺寸)的五個(gè)吸聲材料14A、14B、14C構(gòu)成。S卩，在最高的第一吸聲材料14C的厚度方向的兩側(cè)配置比其低的第二吸聲材料14B，在這兩個(gè)第二吸聲材料14B、14B的外面配置比其低的第三吸聲材料14A。此時(shí)，梯度吸聲材料14在上下方向上形成具有多個(gè)段部的多個(gè)段形狀。通過以這種方式配置吸聲材料，梯度吸聲材料14的厚度依如下次序變薄:兩個(gè)第三吸聲材料14A和兩個(gè)第二吸聲材料14B和一個(gè)第一吸聲材料14C的五個(gè)厚度的部分，兩個(gè)第二吸聲材料14B和一個(gè)第一吸聲材料14C的三個(gè)厚度的部分，一個(gè)第一吸聲材料14C的一個(gè)厚度的部分。因此，梯度吸聲材料14的面密度及流動(dòng)阻力值從下側(cè)開始依次變小。圖20(e)中，梯度吸聲材料14如下:其上下方向上的厚度相同，但是上下方向上，下側(cè)部位14a的面密度及流動(dòng)阻力值最大，中間部位14b的面密度及流動(dòng)阻力值比下側(cè)部位14a的面密度及流動(dòng)阻力值小，上側(cè)部位14c的面密度及流動(dòng)阻力值最小。例如，圖20(e)的梯度吸聲材料14由海綿和發(fā)泡體等構(gòu)成，并且，對(duì)于形成的孔的形狀和大小而言，形成于下側(cè)部位14a的孔最密、下側(cè)部位14a的孔的流動(dòng)阻力最大。與此相反，形成于上側(cè)部位14c的孔最疏、孔的流動(dòng)阻力值最小。
[0108]此外，圖20(A)中，雖然由三個(gè)吸聲材料14A、14B、14C構(gòu)成梯度吸聲材料14，但也可以由一個(gè)吸聲材料構(gòu)成梯度吸聲材料14。此外，圖20(a)、(C)、(d)、(e)中，雖然示出的是吸聲材料的面密度及流動(dòng)阻力值在上下方向上的三個(gè)階段而變化的情形，但也可以是四個(gè)階段以上變化的構(gòu)成，使上下方向上的面密度及流動(dòng)阻力值以接近線狀的狀態(tài)發(fā)生變化。此外，梯度吸聲材料的面密度及流動(dòng)阻力值也可以上下方向上有兩個(gè)階段的變化的方式設(shè)置，即，與梯度吸聲材料的下側(cè)部分相比，上側(cè)部分的面密度及流動(dòng)阻力值更小。此外，雖然以與梯度吸聲材料的下側(cè)部分的面密度及流動(dòng)阻力值相比，上側(cè)部分的值更小的方式設(shè)置時(shí)的隔音效果更好，但是也可以僅將上側(cè)部分的面密度的值及流動(dòng)阻力值中的任意一個(gè)值設(shè)定成與梯度吸聲材料的下側(cè)部分相比更小。
[0109]此外，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，在不脫離本發(fā)明主旨的范圍內(nèi)可以進(jìn)行各種變更。
[0110]上述實(shí)施例的板構(gòu)件I的幾乎全部邊緣設(shè)置吸聲材料2，但可以只在一部分的區(qū)域設(shè)置。此外，吸聲材料2配置成覆蓋板構(gòu)件I的一部分，但是也可以將吸聲材料2配置成并非完全覆蓋板構(gòu)件I。
[0111]此外，在所述實(shí)施例中，除了將吸聲體S懸掛使用外，還可以固定于地板等而用于隔板(partit1n)上。
[0112]此外，所述實(shí)施例中，在板構(gòu)件的上端配置吸聲材料，但也可以在板構(gòu)件的橫測(cè)段側(cè)端配置吸聲材料?？傊?，只要吸聲材料配置成從板構(gòu)件的邊緣沿該板構(gòu)件的面方向向外延伸，就對(duì)吸聲材料的安裝位置沒有特別限制。
[0113]附圖標(biāo)記說明
[0114]I...板構(gòu)件
[0115]1A...端面
[0116]Iff...窄部
[0117]2...吸聲材料
[0118]3...輔助突起
[0119]3A...切槽部
[0120]3B...突起部
[0121]3K...孔
[0122]4...連接部件
[0123]5...螺絲
[0124]6...帶狀體
[0125]7...螺絲
[0126]10...板構(gòu)件
[0127]1A...吸聲處理層
[0128]11...吸聲層
[0129]12...保護(hù)材料
[0130]13...蓋
[0131]14...梯度吸聲材料
[0132]S...吸聲體
[0133]W...隔音墻
【權(quán)利要求】
1.一種吸聲體，其特征在于，其具備:具有剛性的板構(gòu)件，其用于使邊緣附近的正面和背面產(chǎn)生聲壓差而產(chǎn)生壓力梯度；吸聲材料，其配置于所述板構(gòu)件的邊緣附近，用于消耗被該壓力梯度而加速的空氣的粒子速度的能量。
2.一種隔音墻，其使用權(quán)利要求1所述的吸聲體而構(gòu)成。
3.權(quán)利要求2所述的隔音墻，其特征在于， 所述吸聲材料從所述板構(gòu)件的邊緣沿著該板構(gòu)件的面方向且向外延伸設(shè)置，該吸聲材料的面密度及流動(dòng)阻力值中的至少一個(gè)值以如下方式設(shè)置，與該吸聲材料的面方向內(nèi)側(cè)部分相比，面方向外側(cè)部分的值更小。
【文檔編號(hào)】G10K11/16GK104136695SQ201280004648
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2012年1月24日 優(yōu)先權(quán)日:2011年1月24日
【發(fā)明者】河井康人 申請(qǐng)人:學(xué)校法人關(guān)西大學(xué)