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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最近の騒音計は低周波音も計測でき,また周波数分析も行えるなど便利になっていると伺っています。関連する規格等の変遷も含め騒音計の歴史について教えていただけますでしょうか。(Vol.43No.2)
Vol.43 No.2

(株式会社エーアール,瀋陽薬科大学 福原博篤)

騒音計の始まりは自分の耳で周囲の音の強さと電話器のようなスピーカーからの発生音を聞き, その出力を調整, 周囲の音とほぼ同じ強さになった時の値をデシベルで示すものであった。 この方式の騒音計は聴取式騒音計といい, 1930年以前にドイツ,シーメンス社のバルクハウゼンが発明したものである。 同時期に米国のウエスタン社はベル電話研究所で開発されたオージオメータを使用したバルクハウゼンと同等のものを開発した。 また, 英国物理研究所のデーヴィスは音叉式騒音計を米国音響学会誌に紹介している。その後,音の測定にマイクロホンを使用し指示計で音量を表示する騒音計がベル電話研究所で開発された。 これが現在の騒音計の出発点といえる。
1923年の米国音響学会誌にはNoise Meterと呼ばれる電気式の騒音計がウェスチングハウス社で開発されたことが紹介されていることから, 当時は聴取式と電気式の2通りの騒音計が使用されていたことが推察される。この当時,音量の表示はデシベル,あるいはフォン,いずれかの単位を用いており,基準値もそれぞれ異なるものであった。

1934年には日本においてシーメンスの電気式騒音計が発売されており, それ以降沖電気や東芝(当時マツダ) など国産の騒音計が開発された。 しかしこれらの騒音計は非常に大きく,重く,機種によってはバッテリー箱と別の筐体になっているものもあった。

1940年前に米国のGeneral Radio社は電気式手持型騒音計を発売しており, その数年後にはデンマークのBruel&Kjaer社がそれに続き発売したことが当時の出版物でわかる。

1949年当時東大大学院の学生であった石井聖光先生(元東大生研教授)の発案で小型騒音計を製作するため日本電子測器(JEIC)が発足し,幅300 mm奥行200mm高さ150mm重量約4kgの騒音計を2万4千円(当時)で発売した。マイクロホンには小林理研製作所(後のリオン)のクリスタル型を用いていた。

1952年には柴田化学が指示騒音計を発売した。1954年には小林理研製作所が米国GR社の騒音計を参考に簡易騒音計を完成させた。 同時期に複数の会社が騒音計を開発したものの現在まで継続しているのはリオンと日本電子測器(現ソーテック),それに日本電子工業 (ベガ→ノード→ナガノ計装) である。

1970年代B&Kと同じようにリオン, 日本電子測器, ノード, オンソクが手持型騒音計を開発し, その後騒音計後部に接続できる周波数分析ユニットを開発し,続いて,等価騒音レベルや時間率騒音レベル演算ユニットを発売した。

1989年小野測器が騒音計市場に進出し,積分型の精密騒音計と普通騒音計の販売を始めた。

2000年代初頭にはリオンを始め各社が積分型騒音計にソフトカードを挿入することで, より簡便に周波数分析や各種演算波形記録な どの多機能化を果たし,現在では騒音計とそのオプションソフトにより, ほとんど必要な情報を精度良く集めることが出来るようになっている。

2011年にはコンデンサマイクロホンを使用して低周波音から測定可能な騒音計がアコーから発売され, 翌年にはリオンが低周波音測定機能付精密騒音計が型式番号を取得している。

日本において騒音計の規格 (指示騒音計) が JIS として定められたのは1952年で, 当時騒音計の表示は「ホン」とされていた。1956年の改正で指示騒音計と簡易騒音計に分かれ, 測った値を 「騒音レベル」とし,取引証明の目的には指示騒音計を使用しなければならなくなった。また,騒音計の聴感補正特性(現在の周波数重み付け特性)A,B,Cを定め,60ホン未満はA,60ホン以上∼85ホン未満をB,85ホン以上をCで測定するとしていた。1977年に普通騒音計と精密騒音計の規定が定められ, 計量単位は「ホン」その記号は「dB」を用いることが明記されている。

その後何度か規格は改訂され,2005年に騒音計は「サウンドレベルメータ」と規定され,2014年に取引又は証明用の騒音計が JISに追加された。 2017 年には2005年の規定の見直しがなされ, 現在騒音計の規格は2種類あるものの不確かさについて製品の不確かさと検査等の不確かさに分けられた。 騒音計を使用する立場からは性能, 精度の面ではいずれの規格のものも相違はない。
2019年2月経産省は計量法施工規則別表の環境計量証明事業所において使用する計量器と しての周波数分析器, レベルレコーダ, データレコーダは騒音計内に挿入可能なソフトカードを該当可能とした。
以上のよ う に騒音計やその周辺機器の歴史は大雑把に説明しても長い歴史がある。 より詳細について興味のある読者は拙著 「騒音計と騒音測定・評価の変遷」(環境新聞社)を参照されたい。

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騒音の評価値として等価騒音レベルが一般的になってきていますが,振動についてもこの
先,等価振動レベルに変わっていくのでしょうか。また,騒音計の国際規格との整合は良く話題になりますが,振動計に係る国際整合の状況について教えてください。(Vol.43No.4)
Vol.43 No.4

(リオン株式会社 蓮見敏之)

【評価量について】
公害振動を対象とする振動規制法は昭和51 年(1976 年)施行されました。その目的は,工場及び事業場における事業活動並びに建設工事に伴って発生する相当範囲にわたる振動について必要な規制を行うとともに,道路交通振動に係る要請限度を定めること等により,生活環境を保全し,国民の健康の保護に資することです。評価量・手法は計量法に基づく振動レベル計で測定された鉛直方向の振動レベルを用い,振動レベルの時間的な変動具合から評価量が定まります。例えば,道路交通振動のような「不規則かつ大幅に変動する場合」にはL10(80% レンジの上端値),「周期的または間欠的に変動する場合」には変動毎の指示値の最大値の平均値が評価量になります。
さて,騒音評価の法体系においては,環境基準,騒音規制法,環境影響評価法があり,騒音に係る環境基準では平成5 年(1993 年)に等価騒音レベル(Leq)が採用されました。等価騒音レベルは,ある時間内で変動する騒音レベルに対し騒音レベルのエネルギーを時間平均する算出方法です。一方,振動レベルにおいては,2014 年に制定されたJIS C 1517「振動レベル計─取引又は証明用」,第3 項用語及び定義に,時間平均振動レベルLveqが規定されました。これは騒音計のJIS に規定される時間平均サウンドレベルに伴い振動レベル計において規定されましたが,振動規制法における評価量の議論は進んでいないようです。
【国際整合について】
全身振動においては,国際規格ISO 2631-1 : 1997にて健康影響や快適性,振動知覚,動揺(乗り物酔い)に関して人体暴露の評価が定められています。
人体に座標系を当てはめ,様々な姿勢や部位を対象としてそれぞれの感覚補正により,並進振動や回転振動の評価が3 方向X/Y/Z で評価されます。また,ISO 2631-2 : 2003 では建物内の振動評価について規格化されました。測定器の規格ISO 8041 : 2005も続いて定められ,一昨年の2017 年に改訂されております。国内では,これら国際規格に整合されたJIS B 7760-1(全身振動の測定装置),JIS B 7760-2(全身振動の評価方法)が2004年に発行されています。規格に準じた測定器も市販されておりますが,このJIS B 7760シリーズと,公害振動を対象とする振動レベル計JIS C 1510は,目的や計量値が異なっていますので注意が必要です。
また振動加速度の基準値は,国際的にはISO 1683により基準値10−6(m/s2)が推奨され,国内での振動レベルの基準値は10−5(m/s2)であり,20 dBの差が生じています。国際整合化には基準値についても議論が必要です。

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騒音計の検定ではどのようなことが行われているのか?(Vol.39 No.3)
Vol.39 No.3

産総研 高橋弘宣

計量法では,取引・証明行為に用いる計量器のうち,適正な計量の実施を確保するために計量器の構造(性能や材料の性質を含む)や器差を定める必要があるものを「特定計量器」として定めており,騒音計も特定計量器の一つです(法2条第4項,令第2条).特定計量器の「検定」とは,特定計量器に要求される構造と器差の試験を行い,計量法の定める基準に適合するかを検査することです.

 検定の内容は2つに大別できます.1つは構造が技術上の基準に適合するかの検定(構造検定,法第71条第1項第1号),もう1つは器差検定(同第2号)です.構造検定では,騒音計本体に記すべき事項(騒音計の種類,騒音レベルの計量範囲や使用周波数範囲など)の確認,性能(環境に対する安定性,周波数特性,指向特性,動特性,自己雑音,目盛標識誤差,レンジ切替器など)を試験します.器差検定では,騒音計の器差が検定公差以下に収まっているかを試験します.騒音計だけでなくすべての特定計量器に共通する検定の項目は特定計量器検査規則(検則)の第7条から第16条に,騒音計特有の項目は同第20章(第814条から第849条)に規定されていますので詳細は検則をご覧ください.

図1は騒音計の検定の流れを表しており,製造事業者による製造・販売の企画段階からユーザの手に渡るまでを順に示しています.本来は騒音計1台ごとに上述した検定の項目すべてを検査する必要がありますが,騒音計の構造検定では高湿度や振動にさらすなど耐久性に関する項目も検査されます.また,騒音計製造事業者の技術力が高いことをふまえると,全数を検定するのは非効率です.そこで,構造検定の大部分の項目を省略し合理化するために型式承認制度(法第76条から第89条)が導入されています.型式承認のための試験(型式試験)では,同一型式の騒音計3台を提出して構造に関する試験を行います.騒音計の型式試験は指定検定機関である一般財団法人 日本品質保証機構(以下JQAと称します)が行っています.型式試験に合格した騒音計の型式には国立研究開発法人 産業技術総合研究所が承認を与えています.

 型式承認を得た騒音計は,1台ごとに検査が必要な項目についてのみJQAが検定(毎個検定)を行います.具体的には目盛標識誤差とレンジ切替器についての構造検定,ならびに器差検定です.目盛標識誤差では,騒音計のマイクロホン端子から音の代わりに電気信号を入力し,振幅を変化させたとき,この電気信号と表示値との対応関係を試験します.すなわち,入力する電気信号を騒音レベルに換算した値と騒音計表示値が,電気信号の振幅を変化させた範囲において許容範囲内で一致しているかを試験します.レンジ切替器では,レンジを切替えても騒音計の表示値が許容範囲内で一致しているかを試験します.検定に合格した騒音計には検定証印が付されます.

 一方,騒音計の品質管理の方法が一定の基準を満たしている事業者は,申請により「指定製造事業者」の指定を受けることができます(法第90条から第101条).指定製造事業者

は一定水準の製造技術と品質管理能力を持っているので,型式承認を受けた騒音計を製造する時に検定と同様の基準で自主検査を行えば,JQAによる毎個検定に代えることができます.自主検査に合格した騒音計には検定証印と同等の効力を有する基準適合証印が付されます.

 検定証印または規準適合証印の付いた騒音計はユーザの手に渡り取引・証明行為に使用されますが,以後は騒音計の検定の有効期限である5年ごとに(法第72条第2項,令第18条別表3) JQAによって検定に付されます.

 なお,検則は計量器の技術革新に迅速かつ柔軟に対応するとともに国際規格との整合性を可能な限り図っていく観点から,検則の技術基準をJIS化して引用する形に改正が進んでいます.騒音計のJIS規格としてはIEC 61672-1, IEC 61672-2を翻訳したJIS C 1509-1, JIS C 1509-2があります.これらのJISは取引・証明行為以外に用いる一般の騒音計に対するJISであり,そのまま取引・証明に使用される騒音計へ適用するには過度な要求事項も含まれています.そこで,検則から引用できるようにJIS C 1509-1, JIS C 1509-2を修正・統合した「JIS C 1516 騒音計 取引又は証明用」が2014年に制定されました.

JIS C 1516では精密騒音計を「クラス1」,普通騒音計を「クラス2」と置き換えて規定しています.使用周波数範囲はクラス2では従来どおり20 Hzから8 kHzですが,クラス1では16 Hzから16 kHzに拡張されました.JIS化に伴い騒音計に要求される性能や試験方法は厳密になっています.環境に対する安定性の項目として,静圧や静電気放電などの規定も追加されています.また音響校正器によるレベル指示値の調整だけが認められることとなりました.

 毎個検定の項目のうち,目盛標識誤差とレンジ切替器はレベル直進性に統合されました.また器差検定を行う周波数が 125 Hz,1 kHz,4 kHz,8 kHzに変わり,かつ周波数ごとに器差を検定公差と比較する方法へ変わりました.改正検則ならびに関連法令は,平成27年4月1日に公布されており,同年11月1日に施行される予定です.

(注)「法」は計量法,「令」は計量法施行令を指します.

1: 取引・証明行為に使用する騒音計の製造販売の企画段階からユーザが使用するまでのフローチャート ()制度上は点線部のルートも存在するが,検定に合格している騒音計はすべて型式承認を取得しているため運用実績は無い.

 

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騒音計の普通級と精密級の選択方法については,どのような条件で決定すれば良いのですか。(Vol.35 No.2)
                               (空調機メーカ担当者)
Vol.35 No.2

(リオン(株)音響振動計測器営業部 河野正秀)

計量法で規定される検定公差は普通騒音計で1.5dB、機密騒音計で0.7dBです。道路交通騒音など環境騒音測定などをはじめ、一般に多く用いられているのは普通騒音計です。

両者の大きな違いは上記検定公差であり、同じ検定合格品でも検定公差の範囲で個々の騒音計による測定値にばらつきがあります。検定公差はプラスとマイナスがありますので、普通騒音計では最大3dBとなります。対策の評価などより厳密に測定結果を比較する必要がある場合、精密騒音計の使用が望ましいと考えられます。騒音規制の対象外ですが、各種機器の騒音試験や検査、音響実験等には精密騒音計が使用されています。これはその数値が製品の性能を示すことになるためと考えられます。

欧州ではいくつかの国に型式承認精度がありますが、精密騒音計相当のクラス2は対象外です。公的な測定にはクラス1の使用が義務付けられていることが一般的です。今後、機器の騒音試験については輸出国等の要求がさらに高まり、より厳密な評価が求められて精密騒音計の使用が増えると考えられます。

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校正信号の数値が騒音計の場合-6dBであり,振動レベルは0dB(もしくは-10dB)である理由は?(Vol.35 No.4)
                               (環境調査会社 社員)

(リオン(株)音響振動計測器営業部 河野正秀)

騒音計には基準音圧に相当する基準電圧(校正信号)が備えられていますが、この校正方式はマイクロホンを除く増幅器・指示機構等の感度を校正するものです。一方、マイクロホンの感度は-32dBV(例)のように表記されていますが、これは1Pa(パスカル)の音圧によりマイクロホンに生じる電圧値を1V基準にしてその対数を求めたものです。

すなわち-32dBV=20×log10(25mV/1V)であり、このマイクロホンは1Paの音圧で25mVの電圧を発生するわけです。1Paは音圧レベルで表現すると94dBであり、この音圧に相当する基準電圧を校正信号に用いることから、古スケールを100として100-94=6で、-6dBを校正信号の数値としています。

また、騒音計の国際規格IEC61672-1の翻訳規格であるJISC1509-1(サウンドレベルメータ)では、94dBを基準音圧レベルとすることを推奨しています。

振動レベル計では、振動ピックアップを含む加振試験で加振レベルを100dB(1m/s2)程度にすることが一般的であり、校正信号の数値はフルスケールやフルスケール-10といった、ぴったりの数値が使用されています。

指示計(メータ)のみが対象であった頃、校正信号の数値の前後(調整範囲)がメータの直線性範囲にあるようフルスケール-10の数値が使用されていました。その後、アナログ回路をほとんど使用せずDSPによるデジタル処理が一般的になって感度の調整は不要として、校正信号は録音機器等の後続機器のレベル調整用として備えられるようになりました。このような機器では校正信号はOUTPUTCAL(出力校正)と表記され、その数値は利便性を考慮しフルスケール(0dB)が使用されています。

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動特性の説明で、過去に対する平均化とはどういうことでしょうか。
                             (環境測定会社 技術者)

(リオン㈱ 若林友晴、音環境計測 多田雅昭)

騒音計や振動レベル計では変動する信号の実効値を表すために信号の二乗波形に対し指数的な重み付けをした平均(指数平均)値が得られるようになっています。この重み付けは動特性として規定され、その時定数によって応答が異なります。

指数平均値の時間応答を図1に示します。

信号が変動して大きくなった時、指数平均値は初期の値からその信号が連続して発生した場合の値へと上昇しながら近づいていきます(立ち上がり区間)。またこの動作は信号が小さくなった場合も同様で、指数平均値はそこまでの値を基点として徐々に減衰していきます(立ち下がり区間)。実効値の平均化動作ではこのようにして常に少し前の信号の影響を受けながら現在の信号の大きさに近づいて行きます。なおこの平均は指数平均であるため過去の重みは古いほど指数的に小さくなります。

ここで平均化の応答速度は時定数によって決定され、時定数が小さいほど実効値は俊敏な応答になります。例えば騒音計の早い動特性(F)の時定数は0.125秒であり、遅い動特性(S)の時定数は1秒ですが、実際の立ち上がりでは信号が発生してから実効値が定常信号レベルの1dB下に到達する時間はFで0.2秒であり、Sでは1.6秒になります。また立ち下がりでは10dB減衰する時間がFでは0.28秒、Sでは2.3秒になります。

なお、動特性の時定数をτとした時の時刻tにおける騒音レベルLA(t)は次式で表されます。

ここで、

τ 動特性の時定数(s)
ξ -∞の時刻から観測時刻tまでの積分変数
pA( ξ ) 時刻ξにおける瞬時A特性音圧
p0 基準音圧

これを利用して、プログラムを作る場合には、図2のアルゴリズムを利用されるとよいでしょう。

Mの初期値は0でなくてもかまいません。初期値に任意の値を与えればその値から真値に近づきます。

また、レベル値時系列データはそれほど細かく取る必要はないので、iを何回かインクリメントする

ごとにjを1つインクリメントすればよいと思います。

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騒音や振動レベルのフィールド測定中に,定格の温湿度測定可能条件から少し外れてしまった場合,どのような対策をとればよいのか,また,補正などが可能なのでしょうか。
                                      (匿名)

(リオン(株) 若林 友晴)

JISで規定されている騒音計および振動レベル計の使用温湿度範囲は-10℃~50℃、90%以下となっており、温度による器差の変化が0.5dB以上ある場合には補正値を取扱説明書に記載することになっています。しかし補正が必要な性能では測定者の利便性に問題が生じるため、現実にこの範囲で補正の必要な騒音計・振動レベル計は実在していないと思います。

騒音計・振動レベル計の製品仕様に記載される温湿度範囲は前記したJISの規定と同一になっている製品が一般的ですが、その範囲よりも広く規定されている製品もありえます。問題は御質問にあるように製品仕様で規定される温湿度範囲外でのことですが、残念ながらメーカーでは性能保証することが出来ませんし補正値も用意されていません。その理由は次によります。

一般には温湿度試験を出荷される製品の全数について実施することはその必然性が低く、コストアップにも繋がるため行われていません。温湿度試験は製品の開発段階や、計量法の型式承認試験で実施されています。そしてその後は製品の量産時に抜き取り試験で実施されます。メーカー側ではそれらの試験データや設計上の理論的な判断によって製造された全数についての性能保証ができる範囲を決めています。そこで個々の製品で捉えた場合にはある程度の余裕度が含まれる場合もあるため、規定した温湿度範囲を大きく外れない範囲では正常に動作することもありえます。しかし、その環境での試験を行っての判断がないためメーカーとしてはあくまで性能保証ができないのです。

製品仕様より広い使用環境での性能保証を必要とする場合にはメーカーに依頼することにより、ある範囲内であればその環境での性能試験を実施することで対応出来る場合もありますが、別途に費用が発生してしまいます。メーカーではなく使用者の自己責任において性能を確認する場合には、その環境で音響校正器や振動レベル校正器を利用することなどにより動作確認するのも一つの方法ですが、その場合には動作確認が測定器の持つさまざまな機能の一部に限定されている点に注意することが必要です。

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これまでの環境騒音測定(L50)ではレベルレコーダのチャートに現場でコメントをつけ,異常音を削除してデータ処理を行ってきました。今後,LAeq測定ではメモリ付き積分型騒音計で瞬時値を取り込むとしても,コメントが無ければ異常音処理ができないのでは。
                                 (コンサル 社員)

((株)小野測器 向井ひかり)

理想的には異常音の影響が無視できるほど、Leqの測定時間を長くすれば、異常音に対する処理を行わずに済みますが、それが不可能な場合は以下の方法で測定を行ってみてはいかがでしょうか。

近頃の騒音計には、Leq測定中に異常音が発生した場合、操作ボタンによって測定が一時停止状態になり、異常音の発生中とその時点からさかのぼって数秒間のデータを除いてLeqの計算を行う機能を持っているものがあります。測定者が測定中に騒音計の近くにいることができる場合、この機能を使うことで異常音の影響を取り除くことが可能です。

しかし、夜間測定など測定者が騒音計の付近にいることができない場合、この機能を使うことができません。この場合に突発的な異常音の影響を測定値から取り除くには何らかの工夫が必要です。これをどのように処理すべきか、騒音測定に係わる多くの方々が困っていらっしゃるのではないでしょうか。測定器メーカ各社でも現在いくつかの方法を検討中です。

例えば1分間というような短時間のLeqを連続して測定し、それを騒音計または測定器の記憶装置に保存していき、測定後に異常音が発生した時間のLeqを除いて実測時間全体(例えば10分間)のLeqを計算する方法が考えられます。測定時には同時にテープレコーダ等の録音機を用意して一定値以上の強さの音が発生した場合、その音を録音するように設定します。測定後、録音を聴き、それが異常音かどうかの判断をします。異常音と認められる音であればその部分の短時間のLeq測定値を除いてLeqの計算を行います。

しかし、この方法では騒音計のみで測定を行うことができず、2次的なデータ処理に時間がかかってしまいます。また大がかりな測定装置が必要となります。実際にどのような方法が簡便で有効であるのか、今後も検討が必要です。

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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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