１１．建築材料の音響特性 音の伝播速度 音速c（一般則） c Vm M s Vm M r M：分子量、 Vm：分子容積 βs：断熱圧縮率、βr：等温圧縮率 γ=βr/β 材料 音速（m/s） 空気（1気圧、20℃） 343.5 水 1,460 ゴム 35～230 E 木材 3,300 コンクリート 3,500～5,000 ガラス 4,000～5,000 大理石 3,800 鉄 5,000 固体の場合 c E：ヤング係数（弾性係数）、≒1/βs １１．建築材料の音響特性 音の反射 入射角θ1＝反射角θ 屈折率＝sinθ1/sinθ2＝c1/c2 θ2：屈折角 c1,c2：物質１，２中の音速 凹凸の反射面の場合 波長が短い場合 波長が長い場合 凹凸の個々の面から反射 凹凸がない場合と同様の反射 反射損失（物質１から物質２に垂直に入射） c1 1 c2 2 反射損失＝I（反射）/I（入射）＝ c1 1 c2 2 I：音の強さ ρ1,ρ2：物質１，２の密度 2 １１．建築材料の音響特性 音の吸収 音波の減衰（吸収） 物質中の音の伝播→熱に変換→無方向に損失 音源からx点の音の強さ I I s exp 2x Is：音源における音の強さ α：音の吸収係数 ∝f2（振動数の2乗に比例） ∝1/c3（音速の3乗に逆比例） ∝1/ρ（密度に逆比例） リラクセーションの大きい物質ほど大きい 構成物質の粒子寸法と波長との関係に依存 １１．建築材料の音響特性 音の回折 音の伝播空間に障害物がある場合に、音が背後に回り 込み到達する現象 障害物が小さいほど顕著 波長が長いほど顕著 可聴範囲の波長：2cm～10m（身近な物体の寸法） 現実的な音場を複雑にしている（直接音、反射音、回折音） １１．建築材料の音響特性 音響特性 一重壁の吸音・反射・遮音 I=R+A+S I：入射音の強さ（エネルギー） R：反射音の強さ（エネルギー） A：吸収エネルギー（熱） T：透過音の強さ（エネルギー） 吸音率 a=(I-R)/I=(A+T)I 透過率 τ=T/I 透過損失（単位：dB） TL=10log10(1/τ)=10log10(I/T) =20log10(pi/pt) pi：入射音圧、pt：透過音圧 →吸音 →吸音 →吸音 １１．建築材料の音響特性 多孔質吸音材料 軟質繊維材料 繊維間空隙を伝播→材料内部に侵入→空気粘性や摩擦で減衰 低温域から高温域の吸収能 ロックウール、グラスウールのフェルト状織物 材料が厚いほど吸音率大 カーペット 毛足が長いほど吸音率大、中高音を吸収 気孔材料 連続気孔組織 入射音が材料内部まで侵入 発泡ウレタン 材料自体も軟質で吸音性能大 独立気孔組織 発泡スチロール板、気泡コンクリート板 独立気泡で硬質のため、吸音性能低い １１．建築材料の音響特性 １１．建築材料の音響特性 吸音材料 多孔質吸音材料 表面反射率が小さい →反射しにくい 表面積が大きい 表面が柔軟である 通気性がある 空隙が材料内部まで迷路のように達している 材料中の音速が小さい →吸収係数が大きい 密度が小さい →吸収係数が大きい 無機材料の吸収係数＜有機材料の吸収係数 軟質繊維材料、気孔材料 １１．建築材料の音響特性 板状吸音材料（薄膜状吸音構造） 板材・薄膜材／空気層／剛な壁面 → 屈曲板振動 → 材料の内部摩擦 80～300Hzの低温域を選択的に吸収 硬質板状材料 合板、硬質繊維板、石こう板、石綿スレート板 硬質・緻密、通気性ない 多孔質板状材料（繊維をフェルト状） 背面を剛な壁面に密着 吸音性小 膜状材料 ビニルシート、通気性のない織物・紙 １１．建築材料の音響特性 １１．建築材料の音響特性 板状吸音材料（薄膜状吸音構造） 共振周波数（fres）で最大吸収 f res 1 1.4 105 K m La 1 2 Hz m：板の単位面積質量（kg/m2）、La：空気層の厚さ（m） K：板の剛性に関する係数 長方形板で周辺が固定支持の場合 K Et 12 1 2 4 2 2 2 p q a b 2 a,b：板の辺長、t：板厚、E：弾性係数、ν：ポアソン比、p,q：任意整数 板が薄い場合、膜構造の場合 板が厚く、背後空気層が大きい場合 K=0 f res 1 2 K m Hz １１．建築材料の音響特性 孔あき吸音材料（孔あき板吸音構造） 孔あき板 硬質板（硬質繊維板、金属板）に貫通孔 リブ構造・スリット構造の表面仕上げ 表面仕上げ材／空気層（通気性のある薄膜、繊維質吸音 材料）／剛な壁面 特定周波数の吸音 音波の入射→孔前面に音圧→孔内の空気の振動 背後の空気層はバネの役割 孔部の空気は重りの役割 共鳴周波数成分の加振力（圧力）→共鳴振動→粘性摩擦による エネルギー消費→吸音 孔部の前後に繊維類などの抵抗材を配置→運動摩擦の促進→ 広範囲の周波数の吸音 １１．建築材料の音響特性 １１．建築材料の音響特性 １１．建築材料の音響特性 １１．建築材料の音響特性 孔あき吸音材料（孔あき板吸音構造） 孔あき板の共鳴周波数 f0 c 2 O t La c：音速、O：開口率（=πd2/4D2）、D：円形孔のピッチ t’=t+0.8d、t：板厚、d：円形孔の直径、La：空気層の厚さ １１．建築材料の音響特性 孔あき吸音材料（孔あき板吸音構造） スリット板の共鳴周波数 f0 c 2 O t La a,b：スリットの長辺、短辺の長さ、B：スリット間隔 O：スリット開口率（=b/B）、δ=Kb（開口端補正値） スリット長aが有限の場合、 1 2 2a K スリット長aが無限の場合、 loge b P K loge cos ec 2 2 １１．建築材料の音響特性 反射材料（反射構造） 全ての周波数音を一様に反射するのが望ましい 表面硬質、平滑 曲げ剛性大 コンクリート壁 モルタル・石こうプラスター塗布板 厚く重い硬質板 １１．建築材料の音響特性 遮音材料（遮音構造） 単板 一重壁の質量則（透過損失∝質量） 入射音波→壁体の振動→反対側の空気を駆動→音波 角振動数ωの音圧piが面密度mの壁に入射する場合の運動方程 式（仮定：壁厚は音の波長に比較して十分小さい） pi+pr-pt=jωmv pr：反射音圧、pt：透過音圧、v：壁の振動速度、 j 1 音圧／音響インピーダンス＝壁の両側の空気の粒子速度＝壁の振 動速度（壁の振動速度はその両側面で空気の粒子速度に等しい） （pi-pr）/ρc=pt/ρc=v ρ：空気の密度、c：音速 １１．建築材料の音響特性 pi+pr pt 圧力は方向性がなく、面に対しては 垂直に作用する １１．建築材料の音響特性 遮音材料（遮音構造） 単板 入射音圧と透過音圧の比 透過損失 pi j m 1 pt 2 c 2 2 I m m 10 log TL 10 log 10 log1 2 c S 2 c 2fm 20 log 20 log fm 43 2 415 I：入射音の強さ、S：透過音の強さ、f：振動数 音の強さ（=p2/ρc） 伝搬方向に垂直な単位面積と単位時間に流れる音のエネルギー １１．建築材料の音響特性 遮音材料（遮音構造） 単板 コインシデンス効果（板状材料では1000Hz以上の周波数）あり 材料に、ある周波数の音波が斜めから入射すると、その材料の屈 曲振動（波長）と入射音波の振動（見掛けの波長）とが一致し、一種 の共振状態を起こし、透過損失が低下する現象 材料の振動波の速度 E cb 2hf 12 1 2 1/ 2 h：厚さ、E：ヤング係数、ρ：密度、σ：ポアソン比 コインシデンス周波数（コインシデンス効果の生じる周波数） f c2 2h sin2 12 1 2 E c c b sin １１．建築材料の音響特性 １１．建築材料の音響特性 遮音材料（遮音構造） 複合板 異種材料の張合せによる各種サンドイッチ構造 →粘性増加→コインシデンス効果の低減 重量に比し遮音効果高い 間仕切壁、扉 １１．建築材料の音響特性 遮音材料（遮音構造） 多重構造体 各種板状材料、コンクリートブロック、鉄筋コンクリートの組合せ 壁 各構成壁独立、間隔10cm以上 中空二重壁の共鳴透過周波数 f rmd 1 2 k 1 M 2 k M 1 M 2 1 M 1M 2 2 2 c 2 d m1 m2 mm 1 2 m1、m2：2枚の壁体の面密度 d：中空層厚さ k：中空層の空気層のバネ定数（=2ρc2/d） 共鳴透過周波数を可聴音域より低くする→遮音効果を高める 面密度を大きくする 中空層を厚くする １１．建築材料の音響特性
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