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公益社団法人 日本騒音制御工学会

Q&A

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吸音材料として用いられる多孔質材料の吸音メカニズムと使用上の注意点について教えてください。(Vol.42No.5)
Vol.42 No.5

(エム・ワイ・アクーステク 山口道征)

多孔質材料とは,細かい気孔が無数にあいている材料で,多孔質を構成する素材は硬い物から軟らかい物まで多岐にわたり,構造も連通性から非連通性のものまで種々の材料があり,吸音・遮音材料として用いることができる。

◇多孔質材料の吸音要素
多孔質材料中の吸音要素は音波が細孔中を伝搬する際の粘性減衰,言わば,材料中の空気伝搬路における減衰,多孔質構造体の動的弾性挙動による振動減衰,言わば,固体伝搬路における減衰,空気音と固体音の相互作用,他に熱伝導,熱交換などに起因する減衰により音波は熱として消散され消滅する。
◇吸音性を表す量
通常の多孔質構造体においては,構造体自体も弾性体であるため,吸音性を表す量としては,固体振動要素を加味する必要があるが,吸音のメカニズムが複雑になるため,ここでは,構造体は剛であると仮定し,連通性の空気伝搬路における減衰のみに着目し説明を行う。
多孔質材料に音波が入射するとその表面で音波は入射方向に反射する波と材料中に浸入する波に分かれる。材料中に浸入した音波は減衰しつつ伝搬していくもので,伝搬定数γ および特性インピーダンスZcが材料中での音波の挙動を規定する基礎量となる。ここでは以下,論理的・実証的に扱いやすい条件である平面音波が材料に垂直に入射する場合を想定し話を進めることとする。
γ およびZcは下式で表すことができる。
γ=α+j・β 

γ : 伝搬定数

α : 減衰定数(nepers/m)
(1neper=8.686dB)
β : 位相定数=ω/C(radian/m)

(ω : 角周波数(radian/s),C : 位相速度(m/s))

Zc=ρe・Ce 

Zc : 材料の特性インピーダンス(N・s/m3)

ρe : 実効(等価)複素密度(kg/m3)

Ce : 実効(等価)複素位相速度(m/s)

◇伝搬定数γ および特性インピーダンスZcの計測方法
γ, Zcは多孔質材料に関わる音波の挙動を規定する複素基礎量であるため,これらの未知量を正確に計測できれば,多孔質材料のエネルギー評価値(吸収率・吸音率・透過率・透過損失など)などを容易に求めることができる。その方法は音響管を用いた伝達関数法1)と称する計測方法である。
◇計測上の注意点2)
音響管で測定すべき材料は連通性の多孔質材料が基本となるが,骨格構造が剛でないグラスウールなどの繊維系材料や軟質ポリウレタンフォームのような一般の材料においては,測定結果の中に骨格構造の振動の影響が加味された結果となるため注意が必要となる。第一に注意すべき点は,試料を管内にセットした際の拘束条件の影響により生じる曲げ振動であり,これは不要共振として取り除くべきもので,測定結果に影響を与える。
二番目も振動の問題であり,これは不要振動ではないが大いに認識すべき点である。第一の場合と同様,剛でない骨格構造をもつ試料は,不要共振とは別に,嵩高構造体としての縦振動の影響が測定値に必然的に加味される。そのため,同種の試料であっても,試料厚,平面寸法の差異により縦弾性率が違うため,測定結果に違いが生じることがある。

 

参考文献

1 )H. Utsuno, T. Tanaka, T. Fujiwara : Transfer function
method for measuring characteristics impedance and
propagation constant of porous materials, J.A.S.A., vol.
86, pp. 637-643 (1989).
2 )山口道征,豊田政弘: 小特集「音響管による垂直入射
吸音率測定」にあたって,日本音響学会誌,vol. 68,
no. 9,pp. 461-462(2012).

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機械等から発生する騒音の対策についての留意点はどのような事でしょう。(Vol.28 No.1)
                                 (コンサルタント)

(東芝 岡崎洋二)

家電製品など小型の機械関連

機械の騒音対策は、問題解決へかける時間とコストで変わる場合がありますが、今は早く、低コストで実現できることが求められています。これを実現するには騒音振動の原因にさかのぼって対策を考える必要があります。

騒音は騒音振動源を入力とし機械システムを伝達系としたときの出力とみることができます。騒音振動源は様々ですが家電ではモータ、ギヤ、ファン、コンプレッサが主なものです。騒音振動の原因である強制力のメカニズムが解明されそのスペクトルの大きさが予測できたとき、騒音発生の原理が理解され対策を考えることができます。騒音の原因となっている力は直接測ることができない場合が多く、出力である騒音振動を計測し解析技術を使って音源振動源を推定する必要があります。その現象は機械力学的なもの、電磁気学的なもの、流体力学的なものなど様々でそれぞれ学術的な現象解明のアプローチがされているので文献から音源振動源対策のヒントを得ることができます。音源振動源対策例としてモータのスロットコンビネーション最適化、はすば歯車の使用などがあります。

伝達系としてはフレームへ振動伝達など固体振動系伝達とカバー内の空間の音響伝達、隙間の透過などの音響系伝達とがあります。伝達系を調べるとはその周波数応答と空間的な特性を調べることです。音源振動源が制御可能なら回転数を変えたりすることで周波数応答を調べることができます。伝達系の周波数応答の大きいところに騒音振動源の周波数があると共振状態となるので周波数が一致しないようにずらす必要があります。このようにして騒音振動の真因、騒音振動を大きくしている真因がわかれば真因を取り除くことで低コストな騒音振動低減が実現できます。真因がわかった上で的確に吸音材や制振材を使えば、使う量も最小量で済みます。

今後はdB値を下げるだけでなく、音質改善が求められることも多くなってくるものと思われます。dB値を下げることが技術的に限界となって求められる場合もありますが、コスト的にdB値を下げることが困難な場合にも音質改善は必要なことです。

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