日本騒音制御工学会は、騒音・振動およびその制御に関する学術・技術の発展と普及を図り, 生活環境の保全と向上に寄与いたします

公益社団法人 日本騒音制御工学会

Q&A

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製品音などの音のクオリティを評価したい場合,騒音レベルだけでなくひとの聴感特性をより子細に考慮した評価尺度が必要となる場合がありますが,どのような尺度があるのでしょうか。(Vol.41 No.4)
Vol.41 No.4

(広島市立大学 石光俊介)

JIS Z 8106によると、音は「音波またはそれによって引き起こされる聴覚的感覚」と定義されています。“聴覚的感覚”というように,これまで音の評価は耳で行ってきました。しかし、評価の客観化のために数値化も必要になってきており、音の物理量と聴覚を通した感覚による心理量を結びつける研究がなされてきました。それらのうち、音の大きさや鋭さ、あらさの評価を行う音質評価指標1)があります。代表的なものに次のようなものがあります。

ラウドネス(loudness)

ラウドネスは人が感じる音の大きさを評価する指標です。人は24kHzあたりがよく聞こえ、低い周波数と高い周波数は聞こえにくい特性を持っています。また、大きな音が小さな音を聞こえにくくするマスキングもあります。これらの特性を考慮し音の大きさを表現しようとしたものです。また、ISO532-1, ISO532-2として今年新たに規格化されました。

シャープネス(sharpness)

シャープネスは人が感じる音の高さを評価する指標です。ラウドネスの周波数特性の重心で評価します。よって高い周波数のラウドネスが大きいとシャープネスは大きくなり、甲高さを感じます。

変動強度(fluctuation strength)

変動強度は音から感じる変動感を評価する指標です。低い周期で変調するときに人は変動感を感じ、その変調が4Hzのときに最大値となります。

ラフネス(roughness)

ラフネスは人が感じる音のあらさを評価する指標です。変動強度において、20Hzの変調周波数を超えると、人はその変動についていけなくなり、あらさを感じるようになります。その変調が70Hzのときにラフネスが最大となります。 

音質評価指標ソフトウエア

以上の音質評価指標を手軽に試せるフリーソフトウエアとして、Psysound3 2)があります。ただしMATLAB版しか公開されていません。校正信号と解析したい騒音を読み込むことで、上に述べた評価指標の他,スペクトログラムなどの簡単な信号解析もできます。

以上の指標ですが、過渡音、エンジン加速音や楽音など非定常な信号を用いる場合、これらの指標と物理量の対応付けに疑問を呈する報告もあります3)。そこで、聴覚の多重解像度も考慮した時変ラウドネス4)という非定常騒音を評価する指標もケンブリッジ大学のWeb上に公開されています。なお、新しいラウドネスの規格では一部非定常騒音にも対応しています(ISO532-1)。

 

一方で、感覚の次元を決定する方法にOsgoodらのSD(semantic differential)5)があります.この方法により,音を聞いたときの感覚空間の次元を見いだして、それぞれの感覚因子と物理量を結びつける研究もなされています. たとえば、ゴルフショット音やボタン押し音などの過渡音では、音質評価指標だけでなく、ウェーブレット解析という時間周波数解析から抽出された特徴量による重回帰分析結果が各因子とよく一致するという報告6)もあります。

 

参 考 文 献

  • Fastl, E. Zwicker : Psychoacoustics Facts and Models, (Springer, Berlin Heidelberg, 2007)
  • http://www.densilcabrera.com/wordpress/psysound3/
  • 例えば、 Kubo, V. Mellert, R. Weber and J. Meschke: Engine sound perception: Apart from so-called engine order analysis, Proc. of CFA/DAGA’04, pp.867-868 (2004)
  • R.Glasberg, and B.C.J. Moore : A Model of Loudness Applicable to Time-Varying Sounds, J. Audio. Eng. Soc. ,50, pp. 331-342, (2002)

http://hearing.psychol.cam.ac.uk/Demos/demos.html

  • E. Osgood, J.G. Suci and P.H. Tannenbaum: The Measurement of Meaning, Illinois Press (1957)

例えば、阪本浩二,石光俊介,荒井貴行,好美敏和,藤本裕一,川崎健一:カーオーディオ・メインユニットのボタン押し音評価に関する検討- 第1 報 ウェーブレットによる特徴分析-日本感性工学会論文誌 Vol.10 No.3 pp.375-

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振動レベル計のピックアップの設置について注意すべき点などを教えてください。
(Vol.38 No.1)
Vol.38 No.1

(一般財団法人小林理学研究所 平尾善裕)

JIS C 1510 に準拠した振動レベル計のピックアップは,コンクリートやアスファルトなどの地面,フローリング床などの硬い面に設置することを前提に作られたものがほとんどである。そのような硬い面では,できるだけ凸凹の無い平らな面を選び,ピックアップにガタツキが無いか,傾いていないか,あるいはコードに引っ張られて浮きが生じていないかなど,計測対象面にしっかりと設置されていることを確認する必要がある。
一方,表面が土や砂利敷きなどの地面,畳や絨毯敷などの床面では,設置共振と呼ばれる現象が生じる。設置共振とは,柔らかい土や畳,絨毯がばねとなり,ピックアップが質量となるほぼ 1 自由度の共振系が形成されることによる共振現象(振動増幅および減衰)である。

まず初めに,土の表面にピックアップを設置した時の鉛直方向の共振現象を図−1 に示す。何もせず,直にピックアップを設置した場合(A : 直置き)では,約 55 Hz に共振のピーク(共振点 : 約 17 dB)が見られる。仮に,55 Hz の正弦振動を直置きで計測すると実際よりも 17 dB 大きな値となる。JIS Z8735「振動レベルの測定方法」では,表面を十分に踏み固めることとしているが,設置共振の影響を完全に取り除けるとは限らない(B : 踏み固め)。そこで,地中に打ち込んだ長さ 30 cm の杭で固定された金属板にピックアップを設置する方法(D : 3 本杭E : 1 本杭)が提案されている。図−1 の実験条件では,80 Hz 以下の周波数範囲において,設置共振の影響を 2 dB 以下に抑えることが出来ている。現時点では,土の地面への設置においては,最も実用的な方法であると考える。

次に,畳による鉛直方向の設置共振を図−2 に示す。畳床の厚さと材質が異なる 6 種類の畳(一寸八分わら床,一寸八分わら床(12 年使用),二寸わら床,一寸八分むぎ床,一寸八分スタイル床,一寸八分ダイケン床)では,30 Hz から 50 Hz の間に共振点が見られる。10 dB から 18 dB の設置共振による振動増幅が生じている。

最後に,図−3 に示した 3 種類の絨毯(合成ゴムベースは全て 3 mm,① : 3 mm ループパイル,② :7 mm ループパイル,③ : 12 mm カットパイル)では,パイルが長い絨毯ほど共振点が低い周波数にあり,設置共振の影響も大きくなる傾向にある。また,水平方向では,20 Hz 以上の周波数範囲で振動を減衰する現象がみられる。例えば,②の絨毯の上で 50 Hz の正弦振動を計測すると実際よりも約 9dB 小さな値となる。

このように,畳や絨毯敷きの床面では,精度よく振動を計測することは,現状において困難に近い。一時的に畳や絨毯を取り除き,座板やモルタルなどの硬い表面にピックアップを設置する必要がある。

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風車騒音を測定する時など,風が強い場所で騒音測定する際に留意すべきことにはどんなことがあるでしょうか?また風雑音の影響を避ける方法はあるのでしょうか?(Vol.38 No.4)

((株)ニューズ環境設計 太田達也)

マイクロホンに風が当たると,胴の部分を空気が迂回するときに渦ができ,渦による風雑音が発生します。そのため,マイクロホンにウインドスクリーン(以下,WS)をつけて測定します。風雑音の影響は,WS の大きさ,風速や乱れ具合によって異なりますが,マイクロホンに付属のウレタン製 WS(直径 6 cm 程度)や全天候型 WS(直径 20 cm 程度)を着けても,低周波音領域(特に超低周波音領域)を対象とした測定では,風雑音の影響を防ぐことはできません。また,より強風時には,WS 自体に風があたることにより広帯域に風雑音が発生することがあります。

一般的な環境騒音測定では,このような強風が見込まれる日を避け,風の弱い日を選びますが,質問にあるような風車騒音を対象とした測定の場合は,風車が定格回転しているような風が強い日に測定する必要があります。また,風車騒音は,低周波音成分を含む広帯域な騒音であるといわれており,広い周波数範囲にわたって風雑音を低減する手法が必要です。

よく使われる風雑音の低減方法として,マイクロホン自体を地表面付近まで下げて設置し測定を行います。筆者らが,草地において高さ別の風速を調査したところ,地表面付近では,高さ 1.2 m と比べて 7割程度まで風が弱くなることから,風雑音は低減します。風車騒音のパワーレベルの測定方法として,地表面上に設置した円板の中心に全天候型 WS を装着したマイクロホンを設置し測定する方法があります。IEC 61400-11(JIS C 1400-11)で規格化されています。また地上付近まで下げることで,風によるマイクロホンの転倒防止にも役立ちます。

地表面付近に設置しても風雑音の影響が避けられないくらい強風の場合は,マイクロホンに取り付けるウレタン製 WS を一次 WS とし,さらにそれを覆うように二次 WS を被せる方法が有用です。ただし二次 WS を作成する必要があります。

この二次 WS については,さまざまな検討が行われており,落合らは,低周波騒音測定の常時監視を目的として,ウレタン製シートや農業用ネットを二次 WS とする方法を報告1)しています。また,H23∼H25 年度に実施された環境省の風車騒音調査では,超低周波音領域から騒音領域までを一つのマイクロホンで測定するための二次 WS の開発2)を行っています。こちらは暴露側の調査であり,運用面を考慮しできるだけ小型になるように設計しています。雨天時の測定を考えて一次 WS には全天候型WS を用いています。また,二次 WS は一次 WS との間に 10 数 cm 程度の間隔を空けて取り付けることで,風をより低減する効果があります。二次 WSの素材や開口率,伸縮性により防風性能が多少変化します。測定対象とする騒音や低周波音の特性,設置場所,運用面などを考慮し,目的に応じた WS を作成する必要があります。なお,特に高周波数領域では WS による減衰が考えられるため,現地で測定する前に実験により WS の挿入損失を把握しておく必要があります。

  • 1 )
    落合他 : 低周波騒音計測用防風スクリーンの開発,騒音制御,vol. 30,no. 5,pp. 408-417(2006).
  • 2 )
    太田他 : 低周波音領域を含む環境騒音測定のための防風スクリーンの試作,音講論(春),pp. 1195-1196

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騒音計のDC出力は, どのような測定のときに利用するのでしょうか。(Vol.29 No.11)
                              (計量証明事業所所員)

(リオン株式会社 瀧浪 弘章)

多くの騒音計 (振動レベル計も同じ) には, 交流 (AC) 出力の他に直流 (DC) 出力を備えています。これは, 現行のJISや計量法 (検定検査規則) で, ディジタル表示の騒音計 (又は振動レベル計) には (原則として) 直流出力を備えることを規定しているからです。騒音レベルや振動レベルの時間重み付け特性の性能は, 通常, 立ち上がり特性と立ち下がり特性で規定されます。立ち上がり特性は, バースト信号を入力させたときの最大値を測定して試験します。立ち下がり特性は, 定常信号を入力し, それを突然停止してからの指示値が10 dB低下するまでの時間を測定して試験します。ディジタル表示の機器では, 10 dB低下する時間を測定できないので, 直流出力端子を利用して測定しています。

試験以外の用途としては, 例えば, ペンレコーダのように時間重み付け特性をもたないレコーダを利用して騒音レベルや振動レベルの記録をする場合が挙げられます。交流出力を利用してレベルレコーダに記録する場合のレベル合わせは増幅度の調整だけですが, 直流出力を利用する場合のレベル合わせは, 増幅度の調整に加えてゼロ点の調整も必要となることに注意が必要です。

他にも, 電圧計を使って簡単な騒音表示器を自作する場合などに直流出力を利用する例もありましたが, ディジタル出力を利用してコンピュータに表示できる今となっては, この目的で利用されることはめったにありません。

なお, 改正予定の騒音計のJISでは, 立ち下がり特性を1秒間に低下する指示値 (dB) で規定しているので, 試験のために直流出力を使う必要はなくなります。

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流体では流れを乱さない事が騒音を 抑えるこつの様ですが,逆に流れを乱す事で騒音を抑える事は可能でしょうか。1)一様流中に球がある場合,層流よりも乱流の方が剥離点が球の後方に移り, 渦が生じ難く抵抗も少なくなる(ゴルフボールのディンプルは流れを乱し剥離 を抑える)。2)飛行機の翼にも,境界層の発達とその末に起きる剥離を抑えるために, Vortex Generatorなる小突起を付けて流れを乱す。以上の2点を聞いた事があります。剥離に因って生ずる渦と音の関係を詳し く教えて下さい。
                                  (楽器メーカ社員)

((株)荏原総合研究所 丸田芳幸)

流体の非定常な動き(流れ)から発生する音(流力発生音または流体音と呼ぶ) を抑える方法として、流れを乱すことで発生音を低減できる場合もあります。 特に物体周りのはく離流れのように流れの構造が複雑な場合には、あえて規模 が小さい流れの乱れを作ることではく離域を縮小できたり、乱れの相関スケー ルを小さくできる場合には、この方法は有効です。

ご質問の中で示されている2つの事例は流体音の低減ではなくて、はく離流 れの制御方法として良く知られていることです。まずこの2事例について補足 説明をします。物体表面(流体中の固体境界面)上にはく離流れが発生すると流 体抵抗が増加するので、これを防ぐ手法が幾つか解明されています。一方、境 界層流れには層流境界層と乱流境界層の2種類があり、はく離流れが発生する タイミングは乱流境界層の方が遅く(下流側に)なることが解っています。そこ で、事例2)のように飛行機の翼面においてはVortex Generatorと呼ばれる小さ な突起を装着して、翼面上の境界層を乱流境界層に遷移させることではく離流 れの発生をより少なくしています。これにより翼の揚力を大きくすることがで きます。また事例1)のように球体の表面に乱流境界層が発生するようにすると 球体後面のはく離域が小さくなって、流体抵抗の低減につながります。但し、 ゴルフボールのディンプルははく離流れの低減ではなくて、回転するゴルフボー ルに伴う循環流を多くすることで揚力を増加させ、飛距離を延ばすという理解 が一般的です。

物体周りの流れにおけるはく離流れの定義はかなり広いものですので、はく 離流れに伴う流体音と称する音にも各種あります。流れの中にある物体の後流 には反対回りの渦が交互に並んだカルマン渦列がしばしば発生します。これも はく離流れであり、この渦放出流れから発生する流体音をエオルス音と呼びま す。エオルス音を低減するためには2つの方法が代表的です。一つは干渉板を 後流中に設置してカルマン渦列の発生を抑制する方法です 。もう一つは渦の 相関長さを短くする方法です。渦列のそれぞれの渦は物体の軸方向(流れの幅 方向)に同時性を伴った或る長さを有しているので、同時性が保たれる渦の長 さ(渦の相関長さ)をより短くする(渦を崩す)と発生音の強度が低下するもので す。例えば、物体を流れ方向に傾斜させるとか、物体表面の粗さを局所的に変 えるとか、表面に微小突起を設けるなどで相関スケールを小さくします。渦列 流れではない一般的なはく離流れにおいても流れの乱れを様々な短い渦の流れ によって置き換えることができ、これらの様々な渦(乱れ)の同時性を有してい る領域が広いほどはく離流れから発生する流体音も大きくなる傾向があります。 したがってはく離流れを同時性が小さい(相関スケールが小さい)乱れの集まり にすることができれば、この流体音も低減可能です。しかし、相関がなくても 流れの乱れが存在しているのですから、発生する流体音を無にすることはでき ませんし、規則正しい渦流れを崩すことによって得られる流体音の低減効果の ような顕著な低減は期待できません。事例1)のように球体周りのはく離流れの 領域を縮小できるのであれば、強制的な乱流を与えることではく離流れ音を低 減可能と推察します。

少し観点を変えると、「音源の密度」と「音源の広さ」の積が「発生音の強 さ」であると理解できます。「音源の密度」が流れの乱れの強さであり、「音 源の広さ」が流れの乱れの相関スケールに相当します。はく離流れの乱れを弱 めることが発生音低減のための主課題ですが、現実的な流れでははく離や乱流 を存在させないことは不可能ですので、流れの乱れの相関スケールを小さくす るように流体を制御する(乱れを強制的に与える)方法を考案するほうが、流体 音の低減には効果的であると考えます。但し、その制御のための装置が新たな 流体音の発生源になるのであれば、用いる意味がありませんので注意が必要で す。これらの定量的な関係は未解明ですが、詳細に関しては流体音と流れの乱 れとの関係を解説した、望月・丸田著「流体音工学入門」(朝倉書店)が参考に なると思います。

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ISO9000,14000に係わる騒音振動等を含む労働安全衛生の動向と 管理項目の資料があれば入手したい。
                                 (金属会社 社員)

((株)荏原製作所 工藤信之 認定技士)

ISO9000,14000とも騒音・ 振動などを含む労働安全衛生上の管理項目について規定したものではありません。 上記の規格は従来の製品規格又は規制の規格と異なり、 システム構築の規格となっております。

ISO9000は品質管理のための「責任権限の明確化」 「文書管理など記録の整備」「内部監査の充実による業務改善」 等によるシステムの構築が明確化されたもので、ISO14000は 「廃棄物の削減等具体的な目標を決めて公表」 「実施責任者を決めて文書でマニュアル化」 「ノウハウのある監査人が点検」等によるシステムの構築を規格化したものです。 又将来予定されている労働安全の規格(2000年頃、ISO16000の予定) も同様に騒音・振動に関する義務的な規定はありません。 騒音振動の環境影響の大きい企業は、 自主的に決めて自分で守ってその結果を公表することになります。

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発破等の瞬間的な騒音、低周波音、振動をレベル表示させる場合、 騒音計、低周波音レベル計、 振動レベル計及びレベルレコーダの動特性はどれを選定すべきですか。
                              (環境衛生研究所 所員)

(資源環境技術総合研究所 国松 直)

各測定器により表示されるレベルは入力信号に対してある周波数補正(例えば、 騒音計ではA特性など)を行った後に、動特性(指示特性)としてFAST、 SLOW、VIBRATION等の時間的な補正を加え、 それを実効値のdB値で示しています。

JIS C 1502(普通騒音計)では速い動特性(FAST) と遅い動特性(SLOW)を規定しており、 応答の相対レスポンスを表す時定数τはそれぞれ0.125sと1sです。 JIS C 1510(振動レベル計)ではVIBRATIONとしてτを 0.63sと規定しています。 定常振幅の正弦信号が騒音計に突然入力されたときの応答の相対レスポンスは 次式で示されます。(式中、tは時間(s))

JIS C 1512(騒音レベル、振動レベル記録用レベルレコーダ) においてもFAST、SLOW、VIBRATIONに同一の規定がされています。 FASTとVIBRATIONは被験者試験の結果を反映した値ですので 表示レベルとしては意味のある値と考えられます。一方、 SLOWは適当な平均を得るための特性と位置づけられます。

現行では、環境騒音・振動はJIS規格に基づき測定しますから、 衝撃的な騒音であってもFAST、 振動ではVIBRATIONで計測しておくべきだと思います。しかし、 低周波音については周波数補正及び動特性についてもまだ規定がなく、 当工学会技術レポートNo.11「低周波音及び超低周波音測定方法」 (1991)はSLOWを用いることを提案しています。

衝撃的な音・振動の評価についてはまだまだ多くの議論がなされており、 対象騒音毎に種々の評価量が用いられています (ピーク音圧レベルや等価騒音レベルなど)。IEC規格では IMPULSEとして0.035sを規定しており、 ISO規格などではこの最大レベルを評価量として推奨しているものがありますが、 使用については留意する必要があります。

また、各測定器で衝撃的な信号を測定する時は、 信号波形の実効値に対するピーク値の比で定義される波高率 (crest factor)に対する測定器の実効値の指示精度についても、 各測定器が許容できる波高率(削岩機の音で約7) を知っておく必要もあると思います。

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立体駐車場から低周波音が出ると聞きますが、 原理的に出るものですか、それとも共振のような状況で出るのでしょうか。
                                   (自治体職員)

(石川島防音工業(株) 緒方三郎)

大型機械式駐車場装置の特に垂直循環式の立体駐車場(タワーパーキング) に隣接した木造や剛性の弱い低層建築物において、低周波音で家具や建具の 「ガタツキ」が発生することがあります。また木造2階建て家屋の固有振動数 10~15Hzがタワーパーキングが出す低周波音の主要周波数に近く、共振によっ てその影響が大きくなることもあります。

タワーパーキングは、電動機(16~20Hz)の出力を遊星差動方式減速機を介 し上部駆動部と下部従動部の大型スプロケットチェーンを旋回速度16~ 20m/minで回転し、チェーンで結ばれたパレットが車を移動する装置です。筆 者の調査では駆動部機側において4~31.5Hzに90~100dBの低周波音が発生し ています。装置メーカによって低周波音のピークが10~15Hz前後と若干の差が ありますが、全く低周波音を発生しない装置はありません。低周波音は装置の 機械がある特定の条件の場合に発生しますが、特に、不具合のある構造物との 共振による増幅が高レベルの低周波音発生の主要因です。

前述のタワーパーキングの構成は、あたかも遠心送風機に似たモデルです。 大きなパレットが羽根の役目で大空間の空気を撹拌し、粗と密の圧力変化を与 え、この圧縮波とタワー構造体の鉄骨フレームや外装板の共振が重なって低周 波音を増幅することも考えられます。

低周波音の有効な実務的対策としては、(1)回転スピード制御による回転加 振エネルギーの減少(加振力の除去、伝達防止、加振力周波数の変更)。(2) ピーク性の鋭い成分だけを目的とした動吸振器を応用した装置の付加(3%程 度の重りを付加した振動系付装置が販売中)。(3)高剛性遮音構造(コンクリー ト造、重量鋼製パネル):「空気の共振域」(40~60Hz域)を除いて、上では 質量則で5dB/oct.、下では剛性則で-6dB/oct.の遮音効果が期待できます。

現在、各装置メーカは騒音振動の屋外規制値を満足できるように極力経済設 計に努めていますが、高剛性遮音構造で低周波音域から可聴音域までの広範囲 を対象として設計することは、なかなか難しいようです。将来、低周波音に対 し、測定方法、評価方法及び行政の規制が普及・確立すれば対策方法も同時に 展開すると思われます。

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