多孔質材料と吸音率の関係と金属加工現場への適用

多孔質材料と吸音率の基本原理

多孔質材料の吸音メカニズム

多孔質材料における吸音は、材料内部の無数の微細な空隙が音波のエネルギーを熱エネルギーに変換することで実現されます。音波が多孔質材料に入射すると、空隙中で骨格部分の周壁との摩擦や粘性抵抗、さらに骨格の振動によって音エネルギーの一部が熱エネルギーに変換され、音のエネルギーが吸収されます。このメカニズムは極めて単純でありながら、高い吸音効果を発揮する理由となっています。

多孔質材料の流れ抵抗と吸音性能

流れ抵抗は多孔質材料内部の空気の流れにくさを表すパラメータであり、特に低音域における粘性抵抗に関連しています。材料に一定流速を流した際に生じる材料表裏の圧力差から定義され、吸音性能を決定する重要な要素です。グラスウールなどの材料では、せん断弾性率で表される材料全体の弾性よりも、材料中の空気の粘性によって音響エネルギーが失われることが吸音性能を決定しています。

多孔質材料の周波数特性と厚さの影響

多孔質材料の吸音率は周波数によって大きく異なり、一般的に高音域での吸音率は大きく、低音域では小さくなる特性があります。材料の厚さを増すことで、特に中低音域の吸音率が顕著に増加します。背面に空気層を設ける場合、空気層を大きくすると低音域の吸音率が向上する一方、ある一定の周波数以上では逆に吸音率が低下することが知られています。

多孔質材料の測定方法と評価技術

多孔質材料の音響特性評価には、音響管による垂直入射吸音率測定と残響室法によるランダム入射吸音率測定が主に使用されます。音響管計測では、垂直入射吸音率以外に特性インピーダンスや伝搬定数も測定可能で、これらの値から任意の厚さの垂直入射吸音率を計算で求めることができます。測定装置は内径40mmの標準音響管を使用し、100-5,000Hzの主要周波数帯域での測定が可能です。

金属加工現場に適した多孔質材料の実用例

金属加工現場では、アルミ繊維吸音材「ポアル」のような金属系多孔質材料が注目されています。アルミニウム不織布をエキスパンドメタルでサンドイッチ状に密着させ圧延した製品で、比重はアルミニウムの2/3と軽量でありながら優れた吸音特性を示します。また、焼結金属による多孔質構造は気体や液体を吸収・分離する能力があり、ガスフィルターや圧縮機の吸音材料として活用されています。金属系多孔質材料は耐候性に優れ、水分の影響を受けにくく、厳しい工業環境での長期使用に適しています。