JPH1037342A - 防音壁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 道路交通騒音や鉄道騒音などの騒音防止など
に使用される防音壁に関し、特にその高さを低く抑えつ
つ、かつ高い遮音性能を示す防音壁を供給する。 【構成】 地面上に建てられた通常の防音壁の上縁部
に、騒音の主成分をなす複数の周波数の１／４波長の深
さを持つ音響管をある幅にわたって多数配列しているも
のである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】 本発明は、高速道路や高速鉄道
などの側面に設けられる防音壁に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】 高速道路や高速鉄道に沿って、交通騒
音を制御するために防音壁が設けられている。近年、走
行車両の増加や走行スピードの上昇による騒音レベルの
上昇により、この防音壁の高さは次第に高くなり、現在
８ｍもの高さのものが存在するようになっている。一
方、これらの道路や鉄道沿線の住民にとっては日照の妨
げ、電波障害が生じ、また運転者や乗客にとっては視界
が遮られ、快適な走行が疎外されている。また道路、鉄
道建設者側にとっては防音壁の高さが高くなれば、風圧
や重量の問題から建設コストの上昇という問題を抱えて
いる。

【０００３】これに対して、防音壁の高さは一定に保ち
つつ、その遮音性能を向上させる試みがなされてきた。
初期の段階では、防音壁の表面を吸音性にし、遮音性能
向上が計られた。次ぎには防音壁エッジ部分を音源側に
折曲げ、等価的に防音壁の高さを高くすることも試みら
れた。これは防音壁に厚さをもたせ、その厚さの効果を
期待したものである。更に防音壁エッジ部分に吸音性の
円筒状物体を取り付け、エッジの音圧を下げることで遮
音性能を向上させる試みもなされ、現在実用もされてい
る。また１／４波長音響管を円筒の周囲に配列したもの
を防音壁エッジに沿って取り付けたものや、断面がＴ字
型をした表面が剛な防音壁も提案さてはいる。

【０００４】防音壁の表面を吸音性にする方法では、低
周波数域に対しては表面吸音材料の厚さが厚くなり、ま
た耐候性のある材料で吸音性能の高い材料が少ないこと
から、多くの遮音性能は望めない。防音壁エッジ部分を
音源側に折曲げ、等価的に防音壁の高さを高くする方法
は現在も利用はされているが、その折曲げの効果が小さ
いため、結果的に全体としての防音壁の高さは高いもの
である。防音壁エッジ部分に吸音性の円筒状物体を取り
付け、エッジの音圧を下げることで遮音性能を向上させ
る方法では、吸音材料の厚さと適用周波数範囲が関係
し、また耐候性のある吸音材料が少ないことから、表面
保護材料によりその効果が十分には活かされていない。
１／４波長音響管を円筒の周囲に配列したものを防音壁
エッジに沿って取り付ける方法では、一種類の深さの音
響管のみを用いており、音響管の放射インピーダンスの
影響でその管の共鳴周波数よりわずか下の周波数におい
て、円筒表面の音圧が極端に高くなり、周波数帯域の広
い騒音に対しては期待したほどの遮音性能が得られてい
ない。Ｔ字型をした表面が剛な防音壁では折曲げ型防音
壁よりは遮音性能は良いものの、その効果は吸音性円筒
をもつ防音壁に比べてその効果は大きくはない。

【０００５】しかし、これから新しく建設予定の高速道
路での運転可能最高スピードが４割も上昇することが確
実であり、高速鉄道では３００ｋｍ／ｈ以上のスピード
で営業運転されるという時代を向かえ、現実には更に高
性能な防音壁の出現が待たれている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】 本発明は、この様な
問題に鑑みてなされたものであり、その主な目的は高さ
は低くても遮音性能が高く、耐候性のある材料で構成さ
れていることを基本として、さらにその高い遮音性能を
発揮する周波数範囲が広い防音壁を得ることである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】 本発明者は上記課題を
解決すべく鋭意検討の結果、表面が剛な条件においては
最も遮音性能の高いＴ字型防音壁と、防音壁表面の音響
特性として最も有望である”ソフト”な条件を結合させ
た。しかし、音響的にソフトな境界条件を満たす建設材
料は存在しないので、第一次共鳴周波数において口の部
分で音圧が極小となる音響管を用いることとした。しか
しこの音響管は共鳴周波数の少し下の周波数において、
放射インピーダンスの影響により口の部分の音圧が非常
に高くなる性質をもっている。そのため周波数帯域の広
い騒音に対しては、一種類の音響管を配列するだけでは
大きな遮音性能を得ることは出来ない。そこでＴ字型防
音壁の上部表面を１／４波長音響管配列で覆うことを基
本とし、その遮音性能の有効な周波数範囲を広げるため
に、音響管の放射インピーダンスの影響による表面音圧
が上昇する周波数に合わせて、その周波数において共鳴
する新たな１／４波長音響管を加えることにより、本発
明を完成した。

【０００８】すなわち、本発明は、防音壁の上縁に沿っ
て、騒音の主成分をなす周波数に対する１／４波長音響
管を配列した構造体を取り付けた防音壁を基本型とし、
更にその遮音性能の有効周波数範囲を拡張するために、
騒音の主成分をなす複数の周波数に対する１／４波長音
響管を配列した構造体を取り付けたことを特徴とする防
音壁を要旨とする。

【０００９】本発明の詳細な説明の前に、単純な断面形
状をした防音壁の遮音性能比較を数値計算により行い、
Ｔ字型防音壁で頂部の上面が音響的にソフトであること
により大きな遮音性能を得ることが出来ることを示す。
このソフトな条件とは表面の音圧がゼロとなる条件であ
る。１／４波長音響管を用いれば、その口では入射波と
管内を往復した反射波、それは入射波に対して１８０度
の位相差があり、その二つの波が丁度消し合って音圧が
ゼロとなる。この性質を利用してソフトな条件を満たそ
うというものである。

【００１０】そこで評価基準を一定にし、各種防音壁の
遮音性能を比較検討したのが図１である。一番左側の行
には厚さが波長に比べ非常に薄い防音壁が、その右側に
は厚さのある防音壁が、その右側には頂部に円筒上物体
が取り付けられている防音壁が、そして一番右側の行に
は頂部に板状の物体が取り付けられた防音壁（Ｔ字型防
音壁という）が示されている。防音壁表面の音響特性は
基本的には剛な反射性のものであるが、薄いものを除き
頂部の音響特性を変化させ、その遮音性能の違いを数値
計算で検討した。一番上の列は頂部を含め、全ての防音
壁表面が剛な反射性のもので、文字”ｈ”でその音響特
性を示している。２列目は文字”ａ”で示す部分のみが
全周波数にわたって完全吸音性（音波の反射はない条
件）である場合を示しており、薄い防音壁の場合は両表
面が、厚い防音壁の場合は頂部の一辺が、円筒つきの防
音壁では円筒の表面全体のみが、そしてＴ字型防音壁で
は頂部の一番上部の一辺のみが、それぞれ完全吸音性の
場合を示している。その他の部分は全て剛な反射性であ
る。また３列目は２列目で完全吸音性であるとした部分
が、音響的に”ソフト”と呼ばれ、その表面では周波数
に係わりなく音圧が零になるような条件である。この条
件を文字”ｓ”で示している。各防音壁の右方には四角
で囲んだ数値が示されているが、この値は防音壁の挿入
損失であり、単位はｄＢである。ここで検討された防音
壁は全て平坦で剛な地面上に建てられたもので、高さは
地面から３ｍの一定であり、横幅は薄い防音壁を除き１
ｍに限定されている。防音壁の挿入損失は防音壁建設以
前と建設後の受音点における音圧レベル差であり、音源
のパワーは一定に保たれた条件下での値である。これら
挿入損失を計算した音源位置、受音点位置は防音壁に対
して図２の様であり、音源は無指向性のもので防音壁か
ら８ｍ離れ、地面上に置かれている。受音点は防音壁背
後の６点であり、図２に見るように地上から１，５ｍ，
３ｍと防音壁から２０ｍ，５０ｍ，１００ｍ離れた計
６点である。音源のパワーレベル周波数特性は図３に示
す様であり、高速道路上を走行する自動車の周波数特性
を与えた。この特性を用いて周波数毎に防音壁の挿入損
失を計算し、各受音点でエネルギー合成し全周波数に対
する挿入損失を求めた。図１の各防音壁右方にある数値
はこれらの全周波数に対する防音壁の挿入損失を受音点
間で算術平均した値である。図１の左上に示される薄い
剛な防音壁では平均挿入損失は１６．１ｄＢであり、同
図右下のソフトな頂面をもつＴ字型防音壁ではそれは２
４．４ｄＢであり、その差は８．３ｄＢもある。防音壁
エッジに円筒を取り付けたものよりも、Ｔ字型の防音壁
の方が大きな遮音性能を示している。その中でもソフト
なものが一番大きな遮音性能を示した。

【００１１】以下、本発明を図面の実施例を参照して更
に詳細に説明する。図４は本発明の基本型の実施例によ
る防音壁の断面形及び防音壁長さ方向の様子を描いたも
のである。これは地面上に建てられた通常の防音壁の上
縁部に、騒音の主成分をなす周波数の１／４波長の深さ
を持つ音響管をある幅にわたって多数配列し、全体とし
ては防音壁の断面形がＴ字型をしているものである。こ
の様な頂部に平板状に音響管を配列した防音壁の遮音性
能の周波数特性は、数値計算によると図５の黒丸印で示
す値となる。この値は挿入損失で与えられており、防音
壁を設置する前後における受音点での音圧レベル差であ
る。またこの値は図２に示す様に防音壁の高さ３ｍ、音
源は無指向性点音源で、位置は防音壁中心から８ｍの地
点で、地面上にある条件で計算された。受音点は防音壁
から５０ｍ離れ、音源と同様地面上にある。これは地面
からの反射音波による干渉現象を無くし、防音壁のみの
影響を見やすくするためである。地面は完全に剛である
とした。図４に示すＴ字型の頂部に配列された音響管は
約９００Ｈｚの周波数の１／４波長に設計されており、
上部の配列幅、すなわちＴ字の上部の幅は１ｍである。
同図５に示す他の値は、黒四角印は断面形では上述の図
４の防音壁と同じサイズであるが、Ｔ字型の一番上部に
当る面が音響的に剛であり、完全反射性である場合の挿
入損失の値である。また黒三角印はＴ字型の一番上部に
当る面が音響的に全周波数にわたりソフトである場合の
挿入損失である。これら３つの値を比較すると、９００
Ｈｚに設計された１／４波長音響管が配列された防音壁
の挿入損失は、約７００Ｈｚから約１３００Ｈｚまでの
周波数範囲でＴ字型の頂部がソフトである防音壁の挿入
損失にほぼ等しい。これは音響管配列によりこの周波数
範囲でソフトな条件が満たされていることが証明され、
制御しようとする対象騒音の周波数範囲が狭い場合に
は、この一つの周波数で設計された１／４波長音響管を
配列したＴ字型防音壁も有効な遮音性能を示すことが明
らかである。

【００１２】しかし約５００Ｈｚより下で、約１８０Ｈ
ｚ付近までの周波数範囲で音響管を配列した防音壁の挿
入損失はＴ字型の頂部上面が剛である防音壁の挿入損失
を下回っている。そこで遮音性能が確保できる周波数範
囲を拡張することが望まれる。そのために一種類の音響
管では挿入損失が非常に小さくなる周波数範囲に含まれ
るある周波数で、その波長の１／４に当る深さをもつ音
響管を新たに加えることを試みた。その断面形状を図６
に示す。この場合は、浅い音響管は約８５０Ｈｚに合わ
せて約１０ｃｍの深さに設計され、Ｔ字型の上部半分に
配列されている。深い音響管はその半分の周波数、約４
２５Ｈｚに合わせて２０ｃｍの深さに設計され、残りの
半分に配列された。全体の幅は１ｍに保たれた。この場
合の挿入損失の周波数特性は図７の黒丸印で示されてい
る。他の黒三角印、黒四角印は図５におけると同様の値
を比較のために再掲している。図７によると、２種類の
音響管を配列した防音壁の挿入損失は図４に示す防音壁
のそれに比べ、５００Ｈｚ以下の周波数範囲で確かに上
昇している。４００Ｈｚ当りでは約１０ｄＢの上昇であ
る。これは深い音響管による効果である。しかし、５０
０Ｈｚより高い周波数範囲では浅い音響管の配列幅が半
減したため、図４に示す防音壁よりは幾分遮音性能は減
少している。これはＴ字型防音壁の上部の幅を１ｍに限
定しているためであって、必要に応じて長くすることに
より大きな遮音性能を得ることも出来る。

【００１３】

【作用】 以上のように音響管を防音壁上部に平板状に
配列すれば、近似的にその表面は音響的にソフトな条件
を満たすことになる。この音響管を構成する板材料は音
響的に剛な材料でよく、鋼鈑、アルミ板等の金属材料や
合成樹脂板など耐侯性の強い材料が利用できる。しか
し、音響管の口において音圧レベルを極小にすればよい
ので、それが可能な材料であれば剛な材料に限定される
ものではない。

【００１４】また音響管の配列はＴ字型防音壁の頂部に
限らない。例えば現在多用されている折れ曲がり型防音
壁の頂部にも配列可能である。図８（ａ）の様に５ｍ程
度の鉛直に建てられた防音壁から２ｍないし３ｍの折れ
曲がって延長された防音壁がしばしば見受けられる。そ
の上に同図（ｂ）の様に深さの異なる音響管を多数配列
することも可能である。その防音壁が曲線的に折れ曲げ
られていても全く同様である。その適用例を図９に示
す。

【００１５】さらに音響管の口の並びが水平である必要
もなく、図１０（ａ）の様に水平に対して斜めに配列す
ることも、また同図（ｂ）の様に局面をなすように配列
しても問題は無い。

【００１６】

【実施例】 以上の本発明による防音壁の遮音性能を実
験的に確認する意味で、図１１に示すような二次元無響
音場を用いて、防音壁の挿入損失を測定した。この二次
元無響室は縮尺模型であり、無響空間とみなせるのは２
ｋＨｚから６．３ｋＨｚ程度の範囲である。そのため防
音壁も１／１０縮尺模型を用いた。この二次元無響室内
に剛な反射性の地面を設け、その上に厚さ４ｍｍの鉄板
を防音壁の基本構造とし、１ｍｍ厚のアルミ板により１
０ｃｍ幅に構成した一種類の音響管配列を作製して防音
壁の頂部に取り付けた。その形状は図１２の中に示して
いる。全体としての地面からの高さは３０ｃｍになるよ
うに調整した。音源は地面上にあり、防音壁の中心から
５０ｃｍの所に設置した。受音点は防音壁に対し音源と
反対側で、水平距離では防音壁から１０ｃｍの地点から
６０ｃｍの地点の間、垂直距離では地面上５ｃｍから５
０ｃｍまでの範囲を移動させた。測定周波数は縮尺模型
として４ｋＨｚである。防音壁頂部に取り付ける音響管
も４ｋＨｚに設計されている。防音壁の挿入損失として
の測定結果を等高線図で図１２に示す。図中の点線は防
音壁の影の境界線である。境界線近傍では挿入損失は約
１２ｄＢである。防音壁と同じ高さの３ｍの高さでは約
２４ｄＢである。この測定条件と同じ条件で、防音壁の
挿入損失を数値計算した結果を図１３に示す。図１３の
分布を見ると実測値である図１２の挿入損失分布とほぼ
同じ分布である。

【００１７】同様に２種類の音響管を防音壁頂部に配列
した場合の、防音壁の挿入損失を測定した。音響管は浅
いものが４ｋＨｚに、また深いものが２ｋＨｚに設計さ
れている。その形状は図１４の中に示されている。測定
結果は防音壁の右側に等高線図として示されている。同
様の条件で挿入損失を数値計算したものが図１５に示さ
れている。一種類の音響管を配列した場合と同様に両者
は良く一致している。これまでに述べた結果が実験的に
も確認されされた分けである。

【００１８】またこの防音壁の挿入損失の周波数特性を
確認するため、受音点を一点に設置して測定した。受音
点は図１６の上部に示すように防音壁から６０ｃｍ、地
上１５ｃｍの所である。音源位置、防音壁の条件は図１
２の場合と同じである。図１６はその挿入損失の周波数
特性を菱型印で示している。同様の条件で数値計算した
結果を図１６の四角印で示す。両者は比較的良く一致し
ている。この図を見れば、４ｋＨｚに設計された音響管
のみをもつ防音壁の挿入損失は３．５ｋＨｚより上の周
波数範囲では大きく、それ以下の周波数では非常に小さ
い。これは前述のように音響管の放射インピーダンスの
存在により音響管の口で音圧レベルが極端に大きくなる
ことが原因している。この挿入損失の低減を解消する目
的で、二種類の音響管を防音壁頂部に配列した場合の挿
入損失周波数特性を図１７に示す。防音壁は図１４の場
合と同様で、音源位置、受音点位置は図１６と同様であ
る。実測値を菱型印で、計算値を四角印で示す。両者は
非常に良く一致している。この場合には３．５ｋＨｚよ
り高い周波数では挿入損失はあまり減少せず、それより
低い周波数では図１６の場合に比べて挿入損失の低減が
小さい。これは２ｋＨｚに設計された音響管の効果によ
るものである。

【００１９】もう一つの例を示そう。これは３種類の周
波数に設計された音響管をＴ字型頂部に配列した場合の
挿入損失を数値計算したものである。その構造例を図１
７に示す。これは実物の大きさとして数値計算している
ので、防音壁の高さは地上３ｍ、頂部の幅は１ｍ、音響
管の深さは浅いものから深いものへそれぞれ１０ｃｍ、
２０ｃｍ、３０ｃｍである。数値計算条件は図１に示し
た防音壁の挿入損失を計算した場合と同じものである。
この防音壁の挿入損失は１９．７ｄＢであり、全周波数
に対して完全吸音である場合やソフトである場合に比べ
れば少し小さい値ではあるが、実現可能な条件としては
有意味な値を示している。

【発明の効果】 以上に説明したように、本発明による
防音壁は従来型の防音壁の頂部に騒音の主成分をなす周
波数の１／４波長音響管を一種類あるいは複数種類配列
することにより、大きな挿入損失を得ることができると
いう効果をもっている。複数種類の音響管を配列した場
合には周波数帯域の広い騒音に対しても、有効な挿入損
失が得られ、道路交通騒音に対しても有用なものであ
る。また、材料的にも比較的硬質な板材料が利用できる
ので、耐候性に優れた防音壁が提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】広帯域道路騒音に対する各種防音壁の挿入損失
比較を示す図

【図２】平均挿入損失及び挿入損失周波数特性を求める
ための音源、防音壁、受音点の位置関係を示す図

【図３】平均挿入損失を求める祭に用いられた道路交通
騒音の周波数特性を示す図

【図４】１／４波長音響管をＴ字型の頂部に配列した防
音壁の断面と防音壁長さ方向の様子を示す図

【図５】上記防音壁の音響管を約９００Ｈｚに第一共鳴
が来るように設計された場合の、その防音壁の挿入損失
周波数特性を示す図

【図６】２種類の１／４波長音響管をＴ字型の頂部に配
列した防音壁の断面と防音壁長さ方向の様子を示す図

【図７】上記防音壁の二種類の音響管をそれぞれ約８５
０Ｈｚと４２５Ｈｚに第一共鳴が来るように設計された
場合の、その防音壁の挿入損失周波数特性を示す図

【図８】（ａ）一般に利用されている折れ曲がりをもつ
防音壁の断面例を示す図 （ｂ）上記（ａ）の防音壁に複数の周波数に対して設計
された音響管を配列した例を示す図

【図９】曲面をもつ形で折れ曲げられた防音壁の断面例
を示す図

【図１０】（ａ）配列された音響管の口部分の面が斜め
である場合の断面形を示す図 （ｂ）配列された音響管の口部分の面が曲面である場合
の断面形を示す図

【図１１】防音壁挿入損失を確認するために用いられた
二次元無響室を示す図

【図１２】縮尺模型としての音響管を約４ｋＨｚに第一
共鳴が来るように設計した場合の、その防音壁の挿入損
失空間分布実測値を示す図

【図１３】縮尺模型としての音響管を約４ｋＨｚに第一
共鳴が来るように設計した場合の、その防音壁の挿入損
失空間分布計算値を示す図

【図１４】縮尺模型としての２種類の音響管をそれぞれ
約４ｋＨｚと約２ｋＨｚに第一共鳴が来るように設計し
た場合の、その防音壁の挿入損失空間分布測定値を示す
図

【図１５】縮尺模型としての２種類の音響管をそれぞれ
約４ｋＨｚと約２ｋＨｚに第一共鳴が来るように設計し
た場合の、その防音壁の挿入損失空間分布計算値を示す
図

【図１６】縮尺模型としての音響管を約４ｋＨｚに第一
共鳴が来るように設計した場合の、その防音壁の挿入損
失周波数特性の実測値と計算値の比較を示す図

【図１７】縮尺模型としての２種類の音響管をそれぞれ
約４ｋＨｚと約２ｋＨｚに第一共鳴が来るように設計し
た場合の、その防音壁の挿入損失周波数特性の実測値と
計算値の比較を示す図

【図１８】３種類の音響管配列を頂部にもつ防音壁の断
面と長さ方向の様子を示す図

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ１０Ｋ 11/178 Ｇ１０Ｋ 11/16 Ｆ 11/16

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 防音壁の上縁に沿って、騒音の成分をな
   す音波に対して表面の音圧反射率がほぼマイナス１の位
   相反転構造になるよう構成された板状物体が取り付けら
   ている、防音壁。
2. 【請求項２】 前記平板状物体の表面が、騒音の成分を
   なす音波の波長の１／４波長の長さを有し、終端が閉じ
   た多数の音響管を並設した音響管の集合体により構成さ
   れている、特許請求の範囲第１項記載の防音壁。
3. 【請求項３】 防音壁の上縁に沿って、騒音の成分をな
   す複数の周波数において表面の音圧反射率がほぼマイナ
   ス１の位相反転構造になるよう構成された板状物体が取
   り付けらている、防音壁。
4. 【請求項４】 前記平板状物体の表面が、騒音の成分を
   なす複数の周波数の音波の波長の１／４波長の長さを有
   し、終端が閉じた多数の音響管を並設した音響管の集合
   体により構成されている、特許請求の範囲第３項記載の
   防音壁。
5. 【請求項５】 防音壁の上縁に沿って、騒音の成分をな
   す複数の周波数において表面の音圧反射率がほぼマイナ
   ス１の位相反転構造になるよう構成された断面が逆三角
   形状の物体が取り付けらている、防音壁。
6. 【請求項６】 前記平断面が逆三角形状物体の表面が、
   騒音の成分をなす複数の周波数の音波の波長の１／４波
   長の長さを有し、終端が閉じた多数の音響管を並設した
   音響管の集合体により構成されている、特許請求の範囲
   第５項記載の防音壁。