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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。 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）。 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。 ……（１） 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） 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。 ……（３） ここで Ｌｒ ： 距離ｒにおける騒音レベル ｒ ： 音源からの距離 音源の指向係数 Ｑ ： 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、 ……（４） ここでｒ＝１のとき ……（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。 ……（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） L ＝１０×logＩ 10

（ ）

0 Ｉ Ｉ L ＝１０×logw 10

（ ）

0 Ｉ Ｗ L ＝Ｌ ＋１０×logｒ 10

（

_４πｒ2

）

Ｑ ｗ L ＝L －８－２０×log （ｒ）ｒ ｗ 10 L ＝L ＋８ｗ １

r

L ＝Ｌ ＋１０×logｒ 10

（ ）

_４ｒ Ｑ ｗ

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 ……（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。 図３ 点音源と線音源の距離減衰の比較 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。 …（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 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 ・ 新設装置の機側１ｍの騒音レベル ・ 新設装置と敷地境界までの距離 ：57dB(A) ：80dB(A) ：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 L ＝L －３－１０×log （ｒ）ｒ ｗ 10 Ｌ＝１０×Log10

（

１０ ＋１０ ＋ ・ ・ ・

）

1

（

１０

）

L ２

（

１０

）

L

r

40 50 60 70 80 90 100 1 10 100 音源からの距離 (m) 騒 音 レ ベ ル （ dB ) 点音源 線音源(10m） 線音源(50m） 線音源(無限長）

……（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 ……（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。 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。 図４ Ａ特性の補正曲線 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。 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60dB(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60dB(A)を超える範囲が存在していることがわかる。 図５ 検討例における騒音源配置図 L ＝88－８―20×log (20) ＝54 dB(A) 10 20 L＝10×log 10 ＋10 ＝59 dB(A) 10

(

10

)

(

54

)

10

(

57

)

-60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 10 100 1000 10000 100000 周波数 (Hz) 補 正 値 (d B ) 騒音源 機側1mで82dB(A)が４台

2

0m

敷地境界

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。 図７ 騒音を低減させる方法 図８ 検討例における騒音対策のイメージ 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60dB(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）。 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。 68 58 単位： dB(A) 60 70 60dB(A)を超えているエリア 6664 62 敷地境界 敷地境界 対策案②ａ 境界防音壁 対策案① 騒音源の移動 対策案②ｂ 近接防音壁 2 0 m 騒音対策 サイレンサー （消音機） サポートに防振ゴム 防音壁 ラギング 距離（騒音源の移動） 防音カバー アクティブ消音 騒音源の対策 騒音源以外の対策 ｅｔｃ． ｅｔｃ． 68 58 単位： dB(A) 60 70 6664 62 敷地境界 対策案②ｂ 近接防音壁 水平方向位置関係 ［ｍ］ ６０ ６２ ５８ ４４ ４６ ０ ー１０ ー２０ １０ ２０ 騒 音 レ ベ ル [d B (A )] （左） （右） 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

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60dB(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。 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。 ……(11) 敷地境界の合成騒音レベルは59.8dB(A)と推測され、 60dB(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。 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) 図12 装置への適用例における騒音レベル分布 100m 55 60 50 65 70 敷地境界 45 単位:dB(A) L＝10×log 10 ＋10 ＝59.8 dB(A) （ ＜ 60 dB(A) ） 10

(

10

)

(

55

)

10

(

58

)

100m 10m 構造物１ 構造物２ 塔１ 塔２ 高所の 騒音源 騒音源 騒音源

拡大

敷地境界 新設装置 ③ ② ④ ⑤ ⑧ ⑦ ⑥ ① ⑩ ⑨

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)