11.建築材料の音響特性 音の伝播速度 音速c(一般則) 固体の場合 M:分子量、 Vm:分子容積 βs:断熱圧縮率、βr:等温圧縮率

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11.建築材料の音響特性 音の伝播速度 音速c(一般則) 固体の場合 M:分子量、 Vm:分子容積 βs:断熱圧縮率、βr:等温圧縮率 E:ヤング係数(弾性係数)、≒1/βs 材料 音速(m/s) 空気(1気圧、20℃) 343.5 水 1,460 ゴム 35~230 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

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 凹凸の反射面の場合 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 凹凸の個々の面から反射 波長が長い場合 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) I:音の強さ ρ1,ρ2:物質1,2の密度 反射損失=I(反射)/I(入射)=

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 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 吸音率 透過率 透過損失(単位:dB) I=R+A+S T:透過音の強さ(エネルギー) →吸音 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

11.建築材料の音響特性 多孔質吸音材料 軟質繊維材料 気孔材料 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 材料中の音速が小さい →吸収係数が大きい 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 → 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 長方形板で周辺が固定支持の場合 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 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 K=0 板が厚く、背後空気層が大きい場合

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 リブ構造・スリット構造の表面仕上げ 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 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 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、 スリット長aが無限の場合、

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、 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 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 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)

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 重量に比し遮音効果高い 間仕切壁、扉 →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 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