固体伝搬音の音源探査 -主に集合住宅の場合-

　前回は工場の機械など大型機械の騒音対策について記述した。今回は、集合住宅等の騒音調査・対策について少しご紹介したい。

【音源が不明な場合】
　集合住宅等の騒音対策の場合、音源が不明で、その探査から行うという依頼も多い。音源が目の前にある場合は対策も立てやすい（音源が複数ある場合も同様である）が、音源の位置が不明で、さらに固体伝搬音の場合には、部屋の中で聞こえる騒音は部屋全体の壁から聞こえてくるために、建物の中の何が音源であるのか見つけることが難しくなる。

　空気伝搬音であれば、音源が見えない場所にあっても、先行音効果（Cremer）の影響があるために音の方向性があり、また距離によって減衰があるが、固体伝搬音の場合には伝搬速度も固体中では早く、建物全体に伝搬して、しかも距離減衰が小さく、部屋全体から聞こえるために、音の方向感が無くなってしまう。

【騒音が定常音の場合】
　さらに固体伝搬音の場合でも、騒音が定常音の場合には、常時その騒音が存在しているため、測定をして周波数分析を行えばかなり音源が特定できる。
　例えば、電源トランスなどでは通常50Hzや100Hzが卓越するために、騒音計で計測するだけで音源の推測がつく。また給水音などはポンプの起動する音が変動するためわかりやすい。

【騒音が衝撃音の場合】
　問題は音源がわからない場合の「ドンドン」とか「コツン」「パキッ」などの衝撃音である。いつ発生するかわかりにくく、発生時間もバラバラであれば場合によって測定も長時間、数日に渡って行う。長時間待機していても鳴らない場合もあり、音源探査が難しい。

【騒音発生時間からの推測】
　衝撃音で、音源がわからない場合、まずは発生時刻とその音の様子などを、しばらくメモをとって記録する（または住民の方に記録していただく）ことを行う。
　一見バラバラの時間に発生するように思えても、たとえばサッシの熱ひずみによる衝撃音や天井の軽鉄下地から出る衝撃音などは、太陽が当たり始めた頃や、また日が沈む頃に再び発生することが多い。また、夕方から夜にかけて発生する騒音は、お風呂の排水管の熱膨張などのこともある。
　天井下地の熱ひずみで発生する音の場合には、上階の床衝撃音と間違えやすいため近隣トラブルなどの問題となりやすい。音源の予測がまず第一である。

【振動を測定する】
　騒音計で方向性がわからない場合、方向性の予測に振動を計測することもある。加速度振動ピックアップなどを室内数か所に設置、同時に計測して、加速度の振幅や到達時間などを見て音源探査をする。

【集合住宅等の固体伝搬音の対策】
　固体伝搬音の場合も、発生源を見つけられれば、簡単に対策ができる場合もある。高層階の手すりなどの風切り音は、手すりの形状を変更する必要がある場合がある。ファン類、電源トランスなど、設備から発生する固体伝搬音は前回のブログで述べた防振基礎でほとんど解決する。
　対策が困難なものもある。上階の床衝撃音（子供の走り回る音やゴルフの練習）などは人為的なため、解決には住民同士の関係性なども大きな要素となる。床衝撃音もなかなか対策が困難な固体伝搬音である。

その他異音の原因であったもの

• 高層住宅のサッシは風圧力に耐えるためにアルミと鋼材を組み合わせたフレームを使うことが多いが、熱膨張率の違いで、温度ひずみが生じて異音を出すことがある。
• 特にカーテンウオールでは、スラブに固定するファスナーの形状で、ひずみを生じて異音が発生する場合もある。
• 屋上の携帯電話のアンテナの冷却ファンの振動が、防振の不良で下階の部屋に伝搬していたことがある。

防振板ゴムによる固体伝搬音対策の設計

　弊社では、工場や音楽スタジオの騒音対策などにおいて、防振ゴムでの固体伝搬音対策を得意としています。施工の際の注意点、施工事例も含め、まとめてみました。

【大型のファンやエンジンなどの騒音対策について】

　工場などにある大型のファンやエンジンなどの騒音対策と言えば、一般的には騒音源を壁などで囲って騒音を遮断することを考えるが、それだけでは駄目な場合がある。なぜなら、騒音の伝搬には主に2つの方法があり、空気伝搬音と固体伝搬音であるが、その固体伝搬音の寄与が大きい場合には壁を作ってもほとんど効果がないためである。

【空気伝搬音と固体伝搬音】

　空気伝搬音とは、文字通り空気を振動させて伝搬する音である。空気の振動が壁などを振動させ減衰しながら通過し、さらに空気を振動させて音として聞こえるものも含める。この空気伝搬音に対する対策は、主に壁などを設置することである。高速道路の様に防音塀等もこれである。

 　固体伝搬音は、機械の振動などが床スラブなどの躯体を直接加振し、その振動が躯体を通って建物中に伝搬し、それぞれの場所で、建築部位が空気を振動させ放射するものである。固体伝搬音の特徴は、振動が建物中をグルグルと回り、地盤以外にはエネルギーが逃げて減衰するところが少ないことである。

　騒音の伝搬経路として他には、液体を伝搬する経路もある。これは海や川の生物が体感する音である。また宇宙へは音は伝搬しない。媒質が存在しないからである。

【固体伝搬音の騒音対策】

　集合住宅での飛び跳ね（床衝撃音）などの固体伝搬音対策の場合は、コンクリートスラブを厚くして振動をしにくくする方法をとることが多い。40~50年前の集合住宅はスラブ厚が薄く、120mm程度であったが、現在は床衝撃音対策のために、スラブ厚が厚くなり、ボイドスラブなど300mm近いものがある。この、「スラブを厚くする方法（インピーダンスを向上させる方法）」で、効果はスラブが倍の厚みになると約10dB小さくなる。集合住宅では、この方法が一般的になっている。ただしその上に設置する二重床はその性能を低減してしまうことが多く、まだ開発途上のテーマでもある。

　対策が難しいものと言えば、例えば工場の機械室の外壁が振動してスピーカーのように騒音が放射され、近隣住民などから騒音クレームが発生するような場合である。この場合、外壁の内側にさらに壁を設けてもほとんど効果は見られないことがある。それは機械の振動が直に建物の躯体を振動させ（固体伝搬音）、外壁から騒音が放射しているためであり、内壁の設置では伝搬経路が遮断できていないためである。

【大型機械の防振基礎】

　工場の大型機械の固体伝搬音対策として一般的に行われているのが、防振基礎を作り、上に機械を設置して、機械の振動を躯体に伝搬することを遮断する方法である。防振基礎のばね材は、防振ゴムが一般的であるが、その他に金属ばねや空気ばねなどがある。

【防振基礎の固有振動数の設定】

　防振ゴムで機械等を支持した防振基礎は、防振ゴムの動的ばね定数と、その上の機械等の荷重により決まる固有振動数を持つ。ただし、ある周波数（固有振動数の√2倍）以上では振動が低減するが、固有振動数の周波数では振動は増幅し、加振力も増幅してしまう。そのため、その固有振動数を、防振ゴムがばねとして機能する限界まで低い周波数に設定することが課題となる。
人間の音の可聴周波数は20Hz程度が最低周波数と言われており、固有振動数を、それを下回る15Hz以下に設定できれば、20Hz程度以上の騒音を低減できるため、そこを目標とする。

【振動伝達率の予測】

　防振ゴムで支持した防振基礎を単純化して考えると、ばねの上に錘のある1自由度系の振動の場合には、以下の（1式）の様に振動伝達率を表すことができる。この式に固有振動数f0＝15Hzを代入し、振動伝達率を求めるとf＝√2f0＝21Hzのとき、τ＝1となり、それ以上の周波数で振動が低減し始める。例えば50Hzではτ＝0.1となり、対数で表すと20dBの低減が予測でき、さらにそれ以上の周波数では0.1を下回っていく。インピーダンスの向上（スラブ厚を厚くすること）で得られる効果は10dB程度であるが、防振基礎ではそれ以上の20dB程度の効果が期待できる。

　ただし周波数が大きくなればなるほど、防振ゴムによる振動伝達率のグラフの様に振動伝達率の値は小さくなるが、基礎のモードの影響やロッキングなどの、また支持しているスラブなどの固有振動数のために、効果は20ｄB前後が限度と考えていた方が安全である。

注意点1：　防振基礎の固有振動数と機械の回転数が重なる場合
　機械の回転数（加振周波数）が、防振基礎の固有振動数前後にある場合などは、振動が増幅してしまい、機械にもスラブにも影響が大いという問題が起こる。この場合、周波数をずらす必要がある。できれば、機械の加振力周波数は、固有振動数の√2以上である必要がある。

注意点2：　加振力の大きな機械の場合
　防振基礎には、防振架台による方法と、さらに架台に付加質量を設定して、機械の振動を低減する方法もある。加振力の大きな機械の、防振基礎を低い固有振動数に設定しても、防振ゴムが柔らかいために機械自体が大きく振動をしてしまう場合がある。この場合には架台にコンクリートなどで質量を付加して、その分支持する防振ゴムの数を増やし、機械側の振動を抑えることも行われる。

【音楽スタジオなどへの応用】
　機械の基礎等に使われる以外に、音楽スタジオなどでも防振基礎は必要とされ、部屋全体を防振ゴムに支持して構築する。この場合には、防振構造と一般の構造では、同様の仕様でも10dBほど遮音性能が向上する。

【防振ゴムの選択】
　弊社では四角い防振ゴムをよく使っている。これはコストが安価であり施工がしやすいためであるが、ホームセンターで入手できるようなものではなく、専門のメーカーにより防振ゴムとして製造されたもので、しかも動的ばね定数がはっきりしていることが条件である。

【施工事例写真】

F楽器スタジオ

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F楽器スタジオ竣工後

映画館

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映画館竣工後

T録音スタジオ

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T録音スタジオ施工後

公共ホール

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公共ホール竣工後

太鼓スタジオ

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太鼓スタジオ竣工後

長岡散歩

5月28日、鍛造工場の騒音対策のために長岡に来て、測定を終え、その日の夜は、米どころの長岡の、味しい日本酒を頂きました。　
次の日は、8時頃から駅前のホテルを出て、駅前に宣伝されていた火焔土器の国の展示をしている歴史博物館に向かって散歩に出ました。歴史博物館は地図によれば、信濃川の長生橋を渡った先にあるようです。10ｋｍほどはありそうです。先ず、信濃川手前の長岡市立劇場に行ってみました。この建物は、昭和48年にオープンした劇場で、すっきりとしたファサードが非常にきれいで、とても印象的だったことを覚えています。そのファサードは、未だに美しく管理されていました。


突然御伺いしましたが、親切にも中を案内していただき、見学させていただきました。中に入るとロビーも大空間でした。


小ホールで催物があるのか人が入っていっています。大ホールの客席内部は、ワンスロープのなんとなくゆったりとした形状です。



壁は半分以上が岩綿吸音板で仕上がっていましたが、案外響きます。塗装が何度もされているからだと思われました。この塗装はメンテナンスもありますが、数年前の中越地震でも改修を余儀なくされ、塗装をしたようです。


ロビーで、チラシを見つけました。7月16日は、寺内タケシとブルージーンズが、8月18日は佐渡×シエナ（吹奏楽）の公演があるとのこと。
市民劇場を出ると直ぐ隣に、雄大で美しい信濃川が流れています。



川の土手にそって信濃川を長生橋に向かって歩きました。途中青い大きなサギを見つけました。


長生橋は、昭和13年に出来た造形的に美しい橋で、橋の向こうには越後富士とも呼ばれている米山が見えます。


しかし橋を渡ると、郊外型の汚い看板が多くなります。

歩き続けて11時半になり、そろそろ新潟県立歴史博物館に着くのではと思って、道路脇の工場の人に御伺いしたら、説明が難しいのでご親切にも車で案内してくれるとのこと。行ってみると確かに難しく、予想よりもさらに随分行き、山の中で、もう12時近くなっていました。


火焔土器を見たかったのですが、時間がなく、帰ろうにもタクシーも拾いにくい状態になって困っていましたら、車で一休みに来た人から、またまた親切をいただき、長岡駅まで連れて行ってくださいました。長岡リリックホールも信濃川を越えた中心街からは遠い位置にあり、この県立歴史博物館はさらに遠かったです。しかし現在、シティホールが、駅の直ぐ近く、厚生会館が解体された位置に建設中です。町の人によると、中心街がさびしくなってきたので、再び賑やかになることを目指しているとのこと。この方向のほうが良いように思います。

鍛造の音は、印象に残りました。騒音計の最大レンジで計測する必要があるほど相当大きな音ですが、鍛造の音を聞いていると、等間隔に打撃するのではなく、人間が打撃間隔を調節しているのか、鍛造の機械が独自に調節しているのか良くわかりませんが、まるでドラムをたたいているような、ロック音楽のような感じの音になって聞こえました。

工場の騒音・振動対策の例

このブログではあまり仕事の話が出てきていませんので、本日は、騒音対策の業務についてご紹介したいと思います。

昨年の12月と今年1月に、当社で防音設計を行った工場が無事完成いたしました。1件は新潟市にある平屋S造の金属加工工場、もう1件は東京にあるRC造の印刷工場です。いずれも24時間稼動の工場であり、民家やマンションが隣接した場所にあるため、騒音対策が非常に重要な場所でした。
また、室内騒音は金属加工工場が90デシベル前後、印刷工場は100デシベル近い音が発生します。騒音規制法の規制値は、金属加工工場のある新潟市は45デシベル、東京の印刷工場では50デシベルでしたが、金属加工工場周辺は、暗騒音が低いために、また東京の印刷工場は隣接してマンションがあるために、規制値より5デシベル厳しく考え、防音設計を行いました。無事に役所の環境検査も終了し、現在稼動しています。
工場の騒音対策では、外壁・屋根はもちろんのこと、窓、換気設備に対する騒音対策が必要です。窓や換気は、快適性に非常に関係がありますが、騒音には弱い部位です。

また、精密天秤ばかりの工場の振動対策、清掃工場のIDFファンの基礎の振動対策の設計も昨年行いました。IDFの基礎については、現在工事中です。
製造業にとって厳しい時期ですが、いずれも元気を感じる会社でした。