JPS6184526A - 材料の音響透過損失測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は）材料の遮音特性を迅速かつ簡便に測定する装
置に関するものである。

現代の生活は近隣騒音１交通騒音、工場騒音など様々な
騒音の中で営まれており一快適な居住空間の確保やプラ
イバシーの保護、あるいは騒音問それにともなって遮音
材料についても遮音性に優れ為しかもよ！７薄くへよシ
軽い材料が要求されている。このことは１これまでのよ
うに材料の質量によるばかりでなく為内部吸収によって
遮音性を高める必要があることを意味している。

従来１遮音材料の開発に際してその性能評価は１、Ｔ工
Ｓ　Ａ１４１６等に規定されているような残響室を用い
る方法によるのが一般的であった。しかし）この方法は
実際の壁構造に近い形での測定を目的としたものである
ため、材料開発の面から見ると次のような難点がある。

すなわち１ （１）試料の面積・形状・取シ付は方などの影響のため
に九測定結果が必ずしも材料特性を表わしているとは限
らない。

（２）大面積の試料が必要なためＡ簡単に試作・測定を
操り返すことができない。

（３）測定のだめの施設・設備に費用がかかる。

（４）−回の測定に時間と費用がかかる。

本発明は以上のような事情にかんがみてなされたもので
１材料自体の遮音特性を特別の残響室や無響室を必要と
せずに１小さな試料で１かつ迅速に測定できる装置を提
供することを目的としたものである。

以下、図面を参照しながら本発明の詳細な説明する。

材料の遮音特性を表わす垂直入射音響透過損失（ＴＬ）
を考える場合１理論上１次の３点の仮定を置いて取り扱
う。すなわち第１図において＼仮定１入射波・透過波と
も）材料表面に垂直に伝搬する平面波である。

仮定２材料は無限大の面積をもつ平板である。

仮定３透過波は無限遠まで反射しない。

このような仮定のもとにＡ材料内部での吸収がないとし
て導き出したＴＬの理論式が「質量前」として知られて
おり１これは材料の面積１支持方法などから独立に材料
特性としてのＴＬを与える。

すなわち、上記３点の仮定を実験上近似でき１かつ入射
音圧Ｐｉと透過音圧ｐｔを反射波から分離して６１１１
定できれば１内部吸収の有無にかかわらず材料特性とし
てＴＬを測定することができ１さらに質量前と比較する
ことによってその材料の内部吸収の程度を評価すること
ができる。従来はこれらの状態を実現することが難しい
ために）材料特性としてＴＬを測定できなかったもので
ある。

本発明の実施例を第２図から第５図に示しである。

前述の仮定のうち仮定１と仮定３についてはそれぞれ、
音響管（１）を使用すること、および透過側音響管の終
端に吸音材（３）を挿入して無反射端とすることによっ
て実現できることが知られている。

ところがこれに試料（６）を直接取り付けても１測定さ
れるＴＬはその材料本来の値よりもはるかに大きな値を
示し、特に低搗動数側になるほどその誤差は大きくなる
。そこで試料の種類や取り付は方法を変えるなど数多く
の実験に基づいて検討した結果Ａ例えば薄手のゴム製で
第３図に示した形状をもつような、バネ定数が小さく）
かつ音響管内部の音を漏出させない接続具（５）を介し
て）音響管断面と同一形状の試料を音響管に接続すれば
１仮定２を満足する状態をつくり出せることを新た板に
平面波が垂直入射した場合１試料面は均等にかかる音圧
Ｖζよって並進運動をするのに対し１試料を音響管に直
接取り付けた場合には試料周辺が拘束されるため試料内
部に油げ応力が生じ）それに対する試料の剛性によって
試料の運動が抑制される結果−ＴＬが本来の値より大き
く測定されるものと考えられる。第３図に例示した接続
具を用いて試料と音響管を接続した場合には、その低い
バネ定数のために音圧による試料の運動に対してほとん
ど反力を生じず１近似的に無限大平板の一部を切り出し
たと同様の状態をつくり出すことができるのである。

基本的には上記の方法でよいのであるが、接続具のバネ
定数を厳密にゼロにすることは不可能なため１試料の剛
性が小さく接続具のバネ定数を相対的に無視できない場
合１試料の周辺固定の固有振動モードの影響で測定した
ＴＬ曲線に乱れの生じる場合がある。この問題について
は、第４図のように音響管の試料接続面に取付は金具（
７）を固（８）を取り付けることによって解消すること
ができた。すなわち１試料は（５）および（８）で分担
して支持されることになり１（５）のみで支持される時
に比較して試料面全体により均等に支持力が分散される
だめに１低次の固有振動モードが抑制されて剛性の低い
試料でも測定可能となった。

前述したように本発明の測定方法では平面波を前提とし
て考えているが１千面波である振動数領域は音響管を使
用しても上限があって）これは音響管断面の形状とサイ
ズによって決まる。一般的にはサイズを小さくすれば高
い振動数まで平面波を保てるが１一方で試料の面積も小
さくしなければならないため）接続具（５）の為あるい
は接続具（５）および支持体（８）のバネ定数と試料（
６）の質量とで生ずる共振点が高くなる。従って測定可
能な振動数領域は共振点近傍以上から平面波領域までで
１音響管断面のサイズを大きくすれば測定可能な振動数
領域の上限が低くなシ１サイズを小さくすれば下限が高
くなる＼という矛盾があった。そこでこの矛盾を解決し
て測定領域を広げるために−例えば第５図に示したよう
に１音響管内部を厚さ０．３５ｍｍの鋼板を用いて、音
波の進行方向に平行に仕切りを設けた。この結果音響管
は１より径の小さな音響管の集合体と見なすことができ
、共振振動数を上げることなしに上限振動数のみを上げ
ることができた。

測定手順は次のとおりである。

（１）ノイズ発生器で発生させた信号をスピーカー（２
）に入力し１これを音源とする。

（２）マイクロホン＄１および＄２からの信号をそれぞ
れ同時にフーリエ変換し一伝達関数を測定する。

（３）同様にマイクロホンキ１とｆ−３、あるいは＄１
とヰ３お工び壽３と−１１−４の伝達関数をそれぞれ測
定する。

（４）測定した伝達関数から１計算機等を用いた数値計
算によってＴＬを算出する。

すでに述べたように音響管内には進行波と逆進行波が混
在しておりＮ　　ＴＬを算出するためにはそれらを分離
する必要がある。その方法は原理的に明らかになってお
り１以下に述べる方法を用いることができる。

第６図にオイテ、Ｕ、、ＶＩ、ＵＳ、Ｖｔをそれぞれ、
ある瞬間のマイクロホンキ１の位置における入射波１マ
イクロホンキ２の位置における反射波１マイクロホンキ
３の位置における透過波）マイクロホン″７Ｆ４の位置
における無反射端からの反射波としＡいずれも振動数領
域の複素音圧スペクトルであるものとする。マイクロホ
ン≠１ないし：４の出力のフーリエ変換をＭ、ないしＭ
４と表わすと、Ｍ、ないしＭ４とＵいＶいＵ、、Ｖ、と
の関係は次のように表わされる。

Ｍ１＝Ｕ、＋Ｖ＋ｅｘｐ（−ｊ（１）ｄ／ｃ：］　　　
　　（１）Ｍ、＝Ｖ、＋Ｕ、ｅｘｐ［ニーｊωｄ／ｃ〕
（２）Ｍ、＝ｌＪ２＋Ｖ２ｅｘｐ（ｊωｄ／ｃ）　　　
　　（３）Ｍ４＝％＋ＵｔｅＸｐＣＪωｄ／Ｃ’：ｌ　
　　　　（４）ここでｄはマイクロホンキ１〜４１：２
および：３〜キ４の距離、Ｃは音速、ωは角振動数、ｊ
は虚数単位である。（１）式と（２）式、および（３）
式と（４）式から次すなわちこれによって％Ｕ１とＶｌ
、ＵｔとＶ、が等制約に分離されたことになる。定義よ
り音響透過損失ＴＬは、 であるからλ（５）・（７）式を（９）式に代入して変
形すると九 となり１３種類の伝達関数、Ｍｔ／ｌｌ＋、Ｍ４／！１
１３、Ｍ３／ＭｌからＴＬが求められる。

また入熱反射端からの反射が無視できる振動数領域では
１ Ｍ、＝＝Ｍ、ｅｘｐ（−ｊωａ／ｃ）　　　　　　（１
ｔ）となるので）ＴＬは、 となり、この場合は、Ｍｓ／ＪとＭｔ／Ｍｔの２つの伝
達関数を測定するだけでＴＬを求めることができる。

なおへマイクロホン出力は全てを同時に測定してもよい
し、伝達関数を測定しようとする一組毎に測定してもよ
い。

第７図と第８図は、直径約１０ｃｍの円板試料について
の測定例で１実線で示した実測値を破線で示した質量側
と比較したものである。第７図は）内部吸収がほとんど
なく質量側によく従うとされている鋼板（４，２５ｍｍ
厚）の測定例であるが〜図から明らかなように実測値と
質量側とはほとんど一致している。まだ第８図は遮音性
がよいとされている石膏板（９ｍｍ厚）であるが、質量
側と比較すると２ないし３ｄＢ大きな値を示している。

これは石膏板が多孔質であるため内部吸収が犬きく）実
際に遮音性がよいことを示している。

以上のように１本発明は材料の遮音特性として音響透過
損失を測定できるばかりでなく、質量側と比較すること
によって内部吸収の程度を評価することも可能となる。

さらに本装置は１従来の測定法よりはるかに迅速かつ簡
単に測定できるため＼遮音材料の研究開発＼製品管理に
有効な手段となり得る。また＼本発明の装置による測定
結果は直接的に材料特性を表わしているためＡこれを基
礎データとしてｈより合理的な遮音構造設計のために利
用することも期待できる。

したがってλ本発明による材料の音響透過損失測定装置
の普及によって一、優れた遮音材料の研究開発が促進さ
れ、ひいては防音面における居住性の向上に大いに寄与
すると考えられるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は垂直入射音響透過損失の概念図第２図は測定装
置のブロック図 第３図は接続具 第４図は音響管の試料接続部分の斜視図第５図は内部を
仕切った音響管の一部 第６図はマイクロホンおよび音波の位置関係図第７図は
鋼板の測定例 第８図は石膏板の測定例

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）同一断面形状を有する音響管２本において、一方
   の音響管は一端にスピーカーを取り付け、所定の２カ所
   以上の位置にマイクロホンを挿入できるようにし、他方
   の音響管は一端に吸音材を挿入し、所定の１カ所以上の
   位置にマイクロホンを挿入できるようにしたものと、双
   方の音響管の他の一端にそれぞれ管の外周に沿って配置
   された、バネ定数が小さく、かつ音響管内の音を漏出さ
   せずに音響管を試料の両側に接続できる構造を有する接
   続具と、２本ないし４本のマイクロホンと、２本ないし
   ４本のマイクロホンからの信号を同時にフーリエ変換で
   きる装置と、フーリエ変換したデータを計算処理する装
   置と、スピーカーに入力するノイズを発生する装置とを
   備えた、材料の音響透過損失測定装置。
2. （２）音響管の試料接続面に、剛性の高い板・円筒格子
   、あるいはそれらを組合わせたものを、試料面に対する
   投影面積が最も小さくなるように固定し、その試料側に
   バネ定数の小さな支持体を１ないし数カ所に取り付ける
   ことによって、試料の振動に対する支持力を接続具とと
   もに分担する構造を有する、特許請求の範囲第１項記載
   の、材料の音響透過損失測定装置。
3. （３）音響管内部に、剛性が高く薄い、板状もしくは円
   筒状、またはそれらの全部もしくは一部を組合わせた仕
   切板で、音波の進行方向に垂直ないずれの音響管断面も
   等しくなるように仕切った構造を有する、特許請求の範
   囲第１項または第２項記載の、材料の音響透過損失測定
   装置。