ガラス(窓)と防音1 － 基礎知識

ガラス(窓)の防音性能を説明するにあたって、まず基本となる知識と用語をご説明致します。単板ガラス・合わせガラス・複層ガラスの特徴を知りたい場合は「ガラス(窓)と防音2」の記事を参照してください。

・ 音についての基礎知識

空気中を伝わる音とは局所的な空気の圧力変動のことで、圧力の変化量が音の大きさ(音圧)、1秒間に圧力が上昇下降する回数が音の高さ(周波数)になります。ガラスに入射した音は光と同様に反射、吸収、透過の3つに分かれます。ガラスのように硬く重い板材料の場合入射した音のエネルギーはほとんど反射音、もしくは透過音になり、吸収効果はほとんどありません。このため室内で楽器演奏を行う為に遮音性能の高いガラスを用いると屋外への音漏れ（透過音）は小さくなりますが、その分室内で聞く音(反射音)は大きく感じるようになります。

・ 質量則

上記のように空気中を伝わる音は空気の圧力変動なので、ガラスのように通気性のない遮蔽物を超えて音が直接伝わることはありません。音がガラスを超えて伝わるのは、音によって生じるガラス両面の圧力差がガラスを振動させ、ガラスが音源と反対側の空気を振動させることで音が透過します。この現象を数式で表すと遮音性能は周波数と面密度(面積当たりの質量)の対数に比例する(音が垂直に入射する場合ガラスの重さ又は周波数が2倍になると遮音性能が6dB上昇する)という関係性(質量則)が得られます。この数式から、大まかな遮音性能を求めることが出来ます。※1

実際にガラスの厚みを倍にした場合の遮音性能の向上は乱入射の質量則に近い約5dB程度であり、倍の遮音性能は得られません。また、6mmガラスについて質量則で計算した遮音性能と実際の測定結果を比較したグラフを見ると、測定値は質量則と異なり2000Hz前後で遮音性能が低下しています。これはコインシデンス効果という現象によるものです。

・ コインシデンス効果

質量則は遮蔽物が一様なピストン運動をすると仮定された式ですが、ガラスやコンクリート壁のような硬くて均一な平面構造体には屈曲振動も生じます。平面の屈曲振動の伝搬速度と平面に対して斜めに入射する音波の波長が一致することで、振動が大きくなり遮音性能が著しく低下する現象が生じます。この現象をコインシデンス効果と呼びます。ガラスでコインシデンス効果が発生する最低周波数（限界周波数）をグラフにすると以下になります。※2 各厚みのガラスはこの周波数より高い音では適当な角度で必ずコインシデンス効果が生じ、質量則の計算結果より遮音性能が低下します。コインシデンス限界周波数はガラスの厚みによって変わる（厚くなるほど低くなる）ので、遮音目的で厚いガラスに変更しても、遮蔽したい騒音が変更したガラスのコインシデンス限界周波数付近の音だった場合、薄いガラスの方が遮音性能が高かった、ということも起こりえます。

・ 遮音性能について

窓の遮音性能を示す指標としては「JIS A4746 サッシ」の規格 ※3 にT-1等級からT-4等級の4つ性能等級がありT-1で約25dB、T-4で約40dBの遮音性能が要求され、概ね5dBごとの区分になっています。しかし遮音性能がT-2と表示のある商品でも低音から高音まで全周波数域で[-30db]の遮音効果がある訳ではなく、評価されるのは125～4000Hzの範囲ですし、500Hz以下の周波数では要求性能が低下します。これは人間の聴覚や質量則に従い現実的な厚みを考慮 ※4 して作成された性能基準な為ですが、騒音状況や個人差によっては希望と異なる場合もあります。等級が優れているほど遮音性能が高いことには変わりありませんが、失敗しないためには等級だけでなく、騒音の原因や製品の音響透過損失値を確認して納得出来るものを選択する必要があります。