騒音予測計算の紹介 筧博行要旨騒音は 騒音規制法等の法令で 規制値の範囲内に収めるよう義務付けられている 製油所 工場などにおいては装置の新設や増設によって騒音は増加する一方であり そのため 計画 設計段階からその影響を予測し 対策を検討しておくことが不可欠となってきている 本稿では騒音予測計算の基礎とその対策について例題を用いて紹介する 1 はじめに製油所 工場などの保有する事業者は その周辺の環境保全に責があり そこから発生する騒音が周辺に与える影響は無視できない問題である 住宅地に近い事業所は特に配慮が必要であり 装置などの新設を計画している担当者は 計画段階で騒音が問題になりそうかどうか事前に把握できることが望ましい 本稿では そのような場合に利用できるように騒音予測計算の基礎とその検討例について解説する 表 1 特定工場等において発生する騒音の規制に 関する基準 ( 出典 : 文献 1) ) 2 騒音に関する法令 基準騒音の規制に関する法律として 生活環境を保全し 国民の健康の保護に資することを目的に施行された騒音規制法 ( 昭和 43 年法律第 98 号 ) がある そこでは工場 事業場の騒音の規制に関して 都道府県知事が規制する地域を指定し 環境庁長官が定める基準の範囲内において時間及び区域の区分ごとの規制基準を定める としており 具体的には 特定工場等において発生する騒音の規制に関する基準 ( 昭和 43 年 11 月 27 日厚生省 農林省 通商産業省 運輸省告示第 1 号 ) により 住宅区域 工業区域などの種類および時間帯の別に騒音の範囲が定められている ( 表 1)
2 騒音計算の基礎 2.1 騒音に関する定義 音の大きさの単位は db 騒音の単位は db(a) と記述し どちらも デシベル と読む ある音波の 強さと標準音の強さの比を用いて次式で表す I (1) L =10 log I 10( I0 ) ここで LI : 音 ( 騒音 ) の大きさ I0 : 標準音の強さ I : ある音波の強さ パワーレベルは音源の持つ音のエネルギーを示すも ので 標準音の強さと音源の出力の比を次式で表す (2) W Lw =10 log 10( I0 ) ここで Lw : パワーレベル W : 音源の出力の強さ 2.2 騒音の距離減衰 ある騒音源があったとき その騒音レベルは距離と ともに減衰するが 騒音源の形状によって減衰の仕方 は異なる 以下にそれらの関係式を示す (1) 点音源の距離減衰 騒音源と測定点が十分に離れている場合は騒音源を 点音源とみなしてよい その場合 騒音源と測定点の 距離と騒音レベルの関係は式 (3) で表される Q L =L +10 log (3) r w 10( 4πr ) 2 ここで Lr : 距離 rにおける騒音レベル r : 音源からの距離 Q : 音源の指向係数 自由空間半自由空間 1/4 自由空間 1/8 自由空間 1 2 4 8 ほとんどの騒音検討では 測定点までの距離に比べ て 騒音源は地面近くに設置されているとみなせるの で Q=2 と置くことができる ( 図 1) 図 1 点音源の半自由空間 (Q=2) の音の広がり ( イメージ ) これを式 (3) に代入し変形すると L r =Lw -8-20 log 10(r) ここで r=1 のとき L w=l 1 +8 (4) (5) 式 (5) より パワーレベル値は騒音源から 1m の 距離での騒音レベル ( 機側 1m の騒音レベル ) に 8dB を加えた値ということができる 騒音源となる機器は そのスペックに機側 1m の騒音レベルが表示されてい るので その値からパワーレベルおよび測定点までの 距離減衰を計算することができる 式 (4) より 点音源について以下のことがいえる 騒音源からの距離が 2 倍になると 騒音レベルは 6dB 低下する 騒音源から 10m 離れた距離の騒音レベルは機側 1m の騒音レベルより 20dB 低下する 騒音源から 100m 離れた距離の騒音レベルは機 側 1m の騒音レベルより 40dB 低下する (2) 線音源の距離減衰 騒音が長い線状の騒音源から発生する場合は その 距離減衰を表す式は点音源と異なる 無限長の線音源 の場合 騒音源と測定点の距離と騒音レベルの関係は 式 (6) で表される Q r 10 L =L w+10 log 4r (6) ここで Q : 音源の指向係数 線音源の場合は 1,2,4 (Q=2 のイメージは図 2) r
図 2 線音源の半自由空間 (Q=2) の音の広がり ( イメージ ) 式 (6) に Q=2 を代入し変形すると L r =Lw -3-10 log 10(r) (7) 式 (7) から線音源について以下のことがいえる 騒音源からの距離が 2 倍になると 騒音レベルは 3dB 低下する 騒音源から 10m 離れた距離の騒音レベルは機側 1m 値より 10dB 低下する 騒音源から 100m 離れた距離の騒音レベルは機 側 1m 値より 20dB 低下する 線音源は点音源より緩やかに距離減衰する (3) 点音源と線音源の距離減衰の比較 ここで 点音源と線音源の距離減衰の違いを比較し てみる 点音源 無限線音源および有限の長さを持つ 線音源が各々機側 1m で 85dB(A) であった場合の距離 減衰を計算し比較したものを図 3 に示す なお 音源 からの距離は図 1,2 における r とした r 図 3から判るように線音源長が長くなると距離減衰しにくくなっている 文献 1) では ( 音源の線長さ )/ πの距離までは無限線音源のように減衰し それ以遠では点音源のように減衰するとしており 図 3もそれに近い曲線となっている 上記のように 線音源の騒音は点音源の騒音より距離減衰しにくいので 配管などからの騒音は遠くまで届く可能性があるため注意が必要である なお 音源の種類は点音源 線音源のほかに面音源があるが 製油所 工場などの実用的な騒音検討においては 多くの場合点音源とみなせるので説明は省略する 2.3 騒音レベルの合成前記のような方法で 騒音源から任意の距離における個々の騒音レベルは計算できるが 騒音検討ではそれらを合成した場合の騒音レベルが問題となる また 最終的には測定点にすでにある騒音 ( 暗騒音 ) も加えた騒音レベルを検討しなければならない そこで以下に 個々の要素の騒音レベルから全体の騒音レベルを合成する計算式を示す L 1 L 2 10 L=10 Log 10 10 +10 10 + (8) ここで L : 合成した騒音レベル Li : 個々の音源による騒音レベル 騒音レベル (db) 100 90 80 70 50 40 図 3 点音源線音源 (10m) 線音源 (50m) 線音源 ( 無限長 ) 1 10 100 音源からの距離 (m) 点音源と線音源の距離減衰の比較 上記の式 (1)~(9) を利用すれば 簡易的な騒音検討をすることができる 以下に計算方法の例として 下記の条件で新規に装置を設置する場合における敷地境界での騒音レベルの変化を計算してみる なお 新設装置は点音源とみなす 現在の敷地境界の暗騒音 :57dB(A) 新設装置の機側 1mの騒音レベル :80dB(A) 新設装置と敷地境界までの距離 :20m 式 (5) より新設装置のパワーレベルは 88dB(A) となり そこから 20mの距離における騒音レベルを式 (4) より求めると
L20=88-8 20 log 10(20) =54 db(a) (9) 敷地境界上の騒音レベルを暗騒音から式 (7) を用いて合成すると L=10 log 10 +10 54 57 10 10 10 =59 db(a) (10) 新設装置により敷地境界の騒音レベルが 2dB(A) 増加することがわかる 複数の騒音源がある場合の簡易的な騒音計算をするときには 全ての騒音源を点音源とみなし 表計算ソフトなどを利用して 上記の式 (3)~(8) で計算すればよい 騒音源から発生する騒音の周波数毎の騒音レベルはオクターブバンドレベルと呼ばれ A 特性の補正をした値である 音の伝播において 周波数により障害物 ( 防音壁等 ) での透過や回折の状態に違いがあるため 騒音源のオクターブバンドレベルの数値は騒音シミュレーションや対策検討の際に重要となる 3 騒音の検討例多数の騒音源が 一定のエリアにおける騒音レベルに与える影響を検討したい場合 パソコン上で動作する騒音シミュレータを利用すると便利である 以下の検討では市販の騒音予測ソフト ( システム環境コンサルタント ( 株 ) の 固定発生源環境予測プログラムシリーズ~ 固定発生源騒音予測プログラム ) を使用して 騒音レベル分布を計算している 2.4 オクターブバンドレベルと騒音レベル人間の聴感は周波数毎に異なり 1,000Hz から 4,000Hz は感度が高いが 低音および高音部分では感度が低くなる そこで 騒音の周波数毎に人間の聴感に応じた補正 ( 聴感補正 ) をすることで より人間の感覚に近い騒音レベルが検討できる 人間の感覚に近い聴感補正値として A 特性による補正がある A 特性による補正は人間の聴感との相関が認められており 現在はどんなレベルの騒音に対しても A 特性を用いて測定することになっている 2) A 特性の補正値を図 4 に示す 3.1 簡単な事例での対策検討図 5のような敷地において 82dB(A) の装置を 4 台設置する場合 敷地境界の騒音レベルの規制値を表 1 の基準に準じて db(a) と仮定して この騒音レベル以下にするための対策を検討する ここでは簡単のため暗騒音は無視できるものとする 図 5の場合の騒音レベル分布図は図 6に示すが 敷地境界で騒音レベルがdB(A) を超える範囲が存在していることがわかる 敷地境界 補正値 (db) 10 0-10 -20-30 -40-50 - 10 100 1000 10000 100000 周波数 (Hz) 図 4 A 特性の補正曲線 20m 図 5 騒音源機側 1m で 82dB(A) が 4 台 検討例における騒音源配置図
敷地境界 58 db(a) を超えているエリア 64 62 66 68 70 単位 : db(a) 図 6 検討例における騒音レベル分布図 敷地境界上で規制値を超えている範囲の騒音レベル を低減させるため ケーススタディを行う 騒音を低減させる方法は図 7に示すようなものが考 えられるが 騒音源に対策を施すケースはここでは省 略し 騒音源を移動するケースと防音壁で防ぐケース について検討した ( 図 8) その結果を図 9に示す 騒音対策 騒音源の対策 ラギング 防音カバー サポートに防振ゴム サイレンサー ( 消音機 ) etc. 騒音源以外の対策 距離 ( 騒音源の移動 ) 防音壁 アクティブ消音 etc. 図 7 騒音を低減させる方法 騒音レベル [db(a)] 62 58 46 図 9 検討例における対策案の効果 騒音源を移動させるケースでは 騒音源を敷地境界 から離れる方向に約 4m 移動させると敷地境界の騒音 レベルが db(a) 以下となった また 防音壁で防ぐ 場合 敷地境界上に防音壁を設置する場合では防音壁 の長さが約 28m 必要になったが 防音壁を騒音源か ら 2m の距離に設置する場合は防音壁の長さは約 6m の長さですむことがわかった ( 図 10) 敷地境界 対策案 2b 近接防音壁 対策無し対策案 1 : 境界防音壁対策案 2a: 近接防音壁対策案 3b: 騒音源移動 44 ー 20 ー 10 0 10 20 ( 左 ) 水平方向位置関係 [m] ( 右 ) 62 66 64 68 70 58 敷地境界 単位 : db(a) 20m 図 8 対策案 2a 境界防音壁 対策案 2b 近接防音壁 対策案 1 騒音源の移動 検討例における騒音対策のイメージ 図 10 検討例における対策案 2bの騒音レベル分布防音壁を用いた騒音対策の場合 可能な限り騒音源に近いところで対策するすると大掛かりにならず 低コストですむ可能性が高い 3.2 装置への適用例上記の騒音予測プログラムを実際の装置に適用して騒音検討を実施しているが 本稿ではそのモデルを簡略化して騒音レベルを検討してみる
敷地境界の暗騒音を 58dB(A) として 図 11 のような装置を設置した場合に敷地境界の騒音レベルを計算し 敷地境界の騒音レベルが db(a) 以下かどうかを判定する 騒音源は全て点音源とし そのデータを表 2に示す 装置の特徴として 構造物 1の下に 10 基の騒音源があり また 塔 1の塔頂には高所騒音源が配置されている その他の騒音源 10 基は地面に配置されている 上記の条件で敷地境界の騒音レベルを計算した結果 図 12 に示すように 新設装置による騒音の影響は最大で 55dB(A) であった 100m 敷地境界新設装置 55 58 10 10 10 L=10 log 10 +10 =59.8 db(a) ( < db(a) ) (11) 敷地境界の合成騒音レベルは 59.8dB(A) と推測され db(a) 以下となるため 対策不要と判断できる 今回は騒音対策不要という結果であったが 騒音対策をする場合 以下の観点から騒音対策をする機器を見つけ出すのがよい 敷地境界に近い 機側 1mの騒音レベルが高い ( すなわちパワーレベルが高い ) 複数の騒音源が 1 箇所に集まっている今回のケースの場合 上記の観点からすると騒音源 5 および建造物 1 下の騒音源に対して行うことが効果が高いと予想される 1 高所の騒音源 2 3 塔 1 5 拡大 7 6 8 4 9 10 塔 2 構造物 1 騒音源 10m 構造物 2 表 2 装置への適用例における騒音源データ 騒音源名 台数 高さ 機側 1m の騒音レベル 騒音源 1 1 台 地面レベル 85dB(A) 騒音源 2 1 台 地面レベル 85dB(A) 騒音源 3 1 台 地面レベル 83dB(A) 騒音源 4 1 台 地面レベル 81dB(A) 騒音源 5 1 台 地面レベル 85dB(A) 騒音源 6 1 台 地面レベル 85dB(A) 騒音源 7 1 台 地面レベル 80dB(A) 騒音源 8 1 台 地面レベル 82dB(A) 騒音源 9 1 台 地面レベル 81dB(A) 騒音源 10 1 台 地面レベル 77dB(A) 構造物 1 下の騒音源 10 台 地面レベル 81dB(A) 高所騒音源 1 台 38m 82dB(A) 敷地境界 騒音源図 11 装置への適用例における騒音源配置上記の敷地境界の騒音レベルと暗騒音を式 (9) を用いて合成して 敷地境界の騒音レベルを算出する 45 50 55 70 65 100m 単位 :db(a) 図 12 装置への適用例における騒音レベル分布
5 おわりに今回 騒音についての基礎的な計算方法と簡単な計算例を紹介したが 実装置では運転されたときに予想外の箇所から予想を超える騒音が発生することがあり得る 騒音の予測計算をした上で敷地境界上の騒音レベルに余裕がない場合 いくつかの大雑把な騒音対応策を想定しておくべきである 最後に 本稿の読者が 将来 装置などの建設を担当する際に計画段階で騒音が問題になりそうかどうか留意してもらえるようになれば幸いである 参考文献 1) 現場実務者と設計者のための 実用 騒音 振動 制御ハンドブック エヌ ティ エス (2000) 2) 実務的騒音対策指針 ( 第二版 ) 日本建築学会 (1994)