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遮音設計－遮音構造、遮音量の計算
遮音設計
◆固体伝搬音と空気伝搬音
遮音には固体伝搬音（振動を含む）と空気伝搬音があり、この遮断が必要です。
振動は地震やでこぼこ道を走行するトラックが出すもので、固体伝搬します。
固体伝搬音は地面や躯体が加振され床、天井、壁面から音として放射されます。
空気伝搬音は航空機に代表されるように空気を媒体として伝搬し、空気と異なる
物質により遮られます。（例えば壁や窓。専門的に言えばインピーダンスが異なる
ことにより反射されるが一部は透過する。）
遮音設計を行うに当たり騒音源とその伝搬経路を把握しなければなりません。
フルートやクラリネットのように空中で出る音は空気伝搬ですがピアノのように
脚が床に密着している場合は固体伝搬と空気伝搬の両方が生じます。子供の
遊び、オーディオ機器、バスやトラックの走行、工事現場、鉄道なども同様です。
地下鉄騒音は固く重い壁で空気音を遮断していますので固体伝搬となります。
固体伝搬音は実用的な距離ではほとんど減衰しないので、遮断するためには
バネやゴムなどの弾性体の上に部屋を設置した浮き構造とします。遮断される
周波数は部屋の質量とバネ常数で決まる共振周波数fnの4倍以上です。
共振周波数では制動条件によっては振動が増幅されますのでストッパを付けたり
ゴムの粘性などを利用した制動抵抗を付ける必要があります。
fn = ( 1/2π){ (k*g)^(1/2) } （Hz）
ここに
fn：共振周波数（Hz）、k：ばね常数（kg/cm）、g：重力加速度（980cm/s^2）
◆空気伝搬音の遮音性能と質量則
空気伝搬音の遮断には重い壁を使い騒音を反射させますが一部の音は壁を透過
して部屋に侵入ます。透過率は音の入射角により異なりますが、一般的な部屋では
音が拡散しているので、0～±78度の入射角とみなし、次式で壁の透過損失（TL）
が計算されます。
TL = 10 log I/T ≒ 20 log ( f * m ) - 47.5
（dB）
ここに
I：入射音響エネルギー、T：透過音響エネルギー、f：周波数（Hz）、
m：面密度（kg/平方メートル）、dB：デシベル
従って、音響エネルギーが1/10に減少したときは10dB、1/100で20dB、1/1000で
30dBの透過損失となります。音響エネルギーは音圧の２乗ですから10dBの透過
損失で音圧は約1/3.16、20dBで1/10、30dBで約1/31.6に下がります。
この式より、壁の透過損失は壁が重いほど、周波数が高いほど大きくなることが解
ります。透過損失が質量に従うことから質量則と呼ばれており、どのような材料もこの
法則から逃れられません。例えば、150mmのコンクリートは500Hzで50dBほどのTLで
300mmの厚さにしても55dBにしかなりませんが、空気層を挟み2枚の150mm厚の
コンクリート遮音構造とすれば100dB近くの透過損失が得られます。多重壁にすると
次に述べるコインシデンス効果や共振の対策にも有効です。この応用として隣室の
壁を2枚目の壁と見なすこともできます。間取りの工夫で建築費削減となります。
◆遮音性能の阻害要因（コインシデンス効果と共振）
１：コインシデンス効果
壁面に使われる板状の材料（合板、石膏ボード、コンクリートなど）は音波により
波を打つ現象があり、特定の周波数で透過損失が低下します。これは材料固有
のもので剛性が高いほど、板厚が厚いほど低い周波数で発生します。この現象
をコインシデンス効果、その周波数をコインシデンス周波数と言います。
物理的には音波が壁面に対し斜めに入射した場合、音波の波長と壁面の屈曲
振動（曲げ波）周波数が一致すると壁面が激しく振動し遮音性能が著しく低下
する現象です。斜め入射音の壁面上の波長は入射角により変わりますので、
ある周波数（限界周波数）以上でコインシデンス効果が発生します。限界周波数
（fc）は音波の入射角が垂直の時の周波数となり次式で表されます。
fc ≒ {c^2} / { 1.8*h*c_s}
ここに fc：限界周波数（Hz）、c：空気中の音速（m/s）、h：壁厚（m）
c_s：壁の音速（m/s）、^：べき乗
ゴムや鉛などの柔らかい材料はコインシデンス効果を起こしにくく、少しは振動
を吸収する（ダンピング材）ので合板などと組み合わせて使用することもあります。
２：共振
壁面は様々なモード、周波数で振動を起こしますが、支持方法、支持場所、材料
の不均一性などの要素により複雑に変化するためその予測は極めて困難です。
また、多重壁構造では空気層がバネとして働き、壁材と共振を起こし透過損失が
劣化します。共振を無くすことは出来ませんので、空気層厚と壁面の面密度を大
きく取り、共振周波数を下げて対処します。
３：コインシデンス効果や共振への対処
コインシデンス周波数、共振ともに材料の面密度や厚みによりその周波数が変化
するので部屋の内側と外側の壁の材料や厚みを変えて対処します。
◆サウンドブリッジ
多重壁が効果的な遮音構造であることは既に述べましたが、壁と壁の間に間柱など
振動を伝える物があると質量が増えただけの遮音量となり極端に遮音性能が劣化し
しますので注意します。サウンドブリッジは設計のみならず、施工上もいたる所に出来
る可能性がありますので特に注意します。
◆騒音の測定
騒音は騒音計で測定します。騒音計には周波数分析機能を持った物もありますが、
騒音を録音して騒音の発生源、発生頻度、スペクトルなどを耳とコンピュータで解析
する方が的確な判断が出来ます。
騒音計は空気の振動（つまり耳に聞こえる音波です）を測定しますので、固体伝搬
した後、空中に放射された音と空気伝搬音を分離できません。このため固体伝搬音
を分離して測定する必要があり、加速度計を使い測定ます。加速度の分析も音と同
じくコンピュータで解析します。
◆遮音設計の手順
１：データの収集
遮音には部屋の音を外に漏れないようにする、外の音が部屋に入らないように
するという二つの目的があります。楽器のパワーレベルを参考資料に示します。
外部騒音は騒音計と加速度計で測定し周波数分析を行います。空調機器につ
いても騒音量をデータシートで確かめます。給排水管の配管位置を確認します。
２：遮音量の概算見積もり
概念設計での要求仕様を基に床、天井、各壁面の概算遮音量を算出します。
外から室内への遮音量＝対象壁面の外部騒音－室内要求騒音＋8 （dB）
室内から外への遮音量＝室内騒音－要求室外騒音＋3 （dB）
３：遮音構造の検討
浮き床構造の要否、２重壁の要否を検討します。建築費、室容積への影響が
大きいので必要に応じ概念設計に戻り検討を尽くして下さい。
４：遮音量の計算
詳細な遮音量の計算をします。現実には計算値を得ることが難しいので余裕を
持たせます。総騒音エネルギーは個々の騒音エネルギーの総和として求めます。
個々の騒音がデシベルで表されている場合は（デシベルは対数なので）べき乗
してエネルギー値にしてから加算してください。参考資料にあるエクセルの計算
表では伝搬経路数を使い自動的に計算しています。
解らなくなったら「総騒音エネルギーは個々の騒音エネルギーの総和」の原理
に立ち戻って考えて下さい。
許容できる総騒音エネルギは仕様で決められています。それを窓、壁、ドアーと
いった個々の面にどう配分するかが重要となってきます。一つの面から大きな
騒音エネルギーが入ってくると他の面の透過損失をいくら高くしても騒音は低く
なりません。ある面から入ってくる騒音エネルギーはその面の面積に比例します
から、どうしても所望の透過損失が得られない場合はその面積を削減します。
５：空調騒音の低減
空調騒音の所要低減量を算出し吸音ダクト、エルボ、チャンバ、共鳴型などの
消音器で所要のノイズレベルまで低減します。大きな低減量を求めると消音器
の大きさも大きくなります。ホールでのレコーディングでも空調を止めて行うのが
一般的ですから特別な使用状態では空調を切る事も考慮します。
６：再び概念設計について
部屋の使用方法は概念設計で明らかにされ仕様に盛り込まれているべきですが、
検討不足の場合は概念設計に戻り検討を加えます。