令和3年　騒音・振動概論

地域の類型と環境基準は、以下のように区分されています。

(5)の問題文は、Cの類型の地域を記述するものとなっています。

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変動する騒音の場合は、90パーセントレンジの上端の数値で規制値の判断をします。

90パーセントレンジとは、大きい方と小さい方の5%を除き、残った90%を意味します。

つまり、90パーセントレンジの上端は、測定値を大きい順に並べた5%にあたる数値になります。

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騒音や振動は、大気や水質に比べ、局所的な公害です。

なので、その法律の規制も人が住んでいない場所には適用されません。

例えば、工業専用地域は、都市計画法で人が住まない地域とされていますので、騒音や振動の法律が適用外になります。

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木材加工機械である破木機は、騒音特定施設に該当しますが、振動特定施設には該当しません。

騒音と振動の特定施設を全て覚えることは難しいですが、騒音と振動で要件が異なる施設は問われることが多い気がします。

過去に問われた施設については、余裕があれば覚えておくと良いでしょう。

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特定工場における公害防止組織の整備に関する法律で、騒音発生施設とされているのは、以下のとおりです。

液圧プレスは振動発生施設には該当し、騒音発生施設には該当しません。

よく問われるので、しっかり覚えましょう。

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問5で液圧プレスが振動発生施設に該当すると解説しましたが、「矯正プレスは除く」とされています。

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騒音苦情が最も多い発生源は、建設業です。

建設業は、重機を使うような工事が含まれますので、騒音苦情が多いことも容易に想像できます。

低周波音の発生源別の構成比を問う問題は、過去にあまり出題されてないと思います。

個人の割合が多いことが特徴ですが、これはエコキュートにより低周波音が発生しやすいためです。

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特定建設作業は、バックホウや削岩機などを使用する建設作業が定められています。

火薬類を用いた作業は含まれていません。

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労働安全衛生法では、1日8時間あたりに許容される等価騒音レベルは、85デシベル未満と定められています。

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設問にある音の大きさ（ラウドネス）は、感覚的にどれくらい大きいかの指標であり、単位はソーン（sone）です。

音の大きさレベル（phon）と音の大きさ（sone）は以下の関係式があります。

Ls=33.2logS+40

Ls：音の大きさレベル（phon）

S：音の大きさ（sone）

この問題での音の大きさレベルを求めます。

Ls=33.2log4+40=33.2×2×0.3+40=60phon

音の大きさレベルphonは、周波数が1kHzの時の音圧レベルと等しくなります。

つまり、1kHzの純音では、そのまま音の大きさレベルが音圧レベルとなります。

250Hz純音の騒音レベルは、A特性補正を行うと−9デシベルとなります。

250Hzで騒音レベルが40デシベルであれば、音圧レベルは49デシベルとなります。

以上から、4soneの純音は60デシベル、250Hzの純音は49デシベルなので、その差は11となります。

phonとsoneの関係式が分からないと解けない問題は、出題されても年に1問程度です。

余裕があれば、関係式を覚えておく程度で良いと思います。

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(ア)マスキングとは、マスクからも想像できるとおり、覆い隠すなどを意味します。音を隠すので、聞き取りにくいことになります。

(イ)マスキング量は、聞き取りにくさの量です。聞き取れる一番小さい音を意味する最小可聴値が増加することにより、聞き取りにくさが増えるので、マスキング量が増えることになります。

なお、アノイアンスは、苛立ちや騒がしい感じを意味します。

(ウ)(エ)妨害音がある場合、高い音の方が聞こえにくいことになります。

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表にある聴覚閾値は、聞き取れる一番小さい音を示します。

数字が小さくほどよく聞こえ、数字が大きいと聞こえにくいことになります。

騒音性難聴は、4000Hz(C^5dip)を中心とした難聴であることが特徴です。

(2)、(3)が、4000Hzの閾値が高いので、難聴であることがわかります。

また、加齢性難聴は、高音域の難聴が特徴です。

(3)は、4000Hzの他、8000Hzも難聴になっているので、加齢性難聴であることがわかります。

一方で、(2)は8000Hzでの難聴は示していないので、加齢性難聴には該当しません。

以上から、騒音性難聴は(2)であることがわかります。

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(1)で等価騒音レベルが上昇するとうるさいと感じる割合が増加するとなっています。

したがって、精神症状も等価騒音レベルの上昇につれて増加します。

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(1)粒子速度実効値とは、音が伝わる速度の音速ではなく、空気中の粒子が動く速度を意味します。

音圧p、特性インピーダンスρc、粒子速度vには、以下の関係式があります。

p=ρc·v

v=p/ρc=2/400=5×10^-3(m/s)

(2)周波数fと周期Tには、互いに逆数の関係があります。

T=1/f=1/250=4×10^-3(s)

(3)音速c、周波数f、波長λには、以下の関係式があります。

c=f·λ

λ=c/f=340/250=1.36(m)

(4)音圧pと音圧レベルLpには、以下の関係式があります。

Lp=20 log p/p₀

p₀：基準音圧2×10^-5(Pa)

Lp=20 log 2/2×10^-5=20×5=100(dB)

(5)音の強さI、音圧p、特性インピーダンスρcには、以下の関係式があります。

I=p²/ρc

I=2²/400=1/100=10^-2

音の強さIと音の強さのレベルL_Iには、以下の関係式があります。

L_I=10 log I/I₀

I₀：基準の音の強さ10^-12(W/m²)

L_I=10 log 10^-2/10^-12=10×10=100(dB)

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(イ)音速をc(m/s)、波長をλ(m)、周波数をf(Hz)とすると、以下の関係があります。

c=λ×f

音速cが速くなると、右辺も上昇します。

音源の音の出方が変わらないことを考えると、周波数は一定なので、波長λが増加することになります。

(ウ)消音器は、波長の大きさにあわせて設計されます。波長が大きければ、装置も大型にする必要があります。

(ア)これはあまり出題されない数字なので、(イ)と(ウ)で2択まで絞ることができれば良いと思います。

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点音源から距離r1、r2にある場合のレベル差は以下の式から求められます。

20×logr2/r1

この問題では、r2/r1 = 4となっているので、上の式に代入します。

20×logr2/r1=20×log4=20×0.3×2=12(dB)

なお、線音源の場合は、10×logr2/r1になります。

線音源、点音源の減衰は良く問われるので、確実に覚えておきましょう。

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ボイラの音源対策として流速の変更などがありまが、低周波の対策は頻出ではないと思います。

この問題で選択肢として記載されている「消音器」について考えてみます。

まず、音速c(m/s)、周波数f(Hz)、波長λ(m)とすると以下の関係になります。

c=f×λ

音速は340m/s、低周波の周波数として最低可聴の20Hzとして、波長λを求めます。

λ=340/20=17m

消音器は、対象の音の波長に比例して大きくなるので、この時点でボイラにしては消音器が大き過ぎると気付く方もいると思います。

次に、膨張形消音器の伝達損失R(dB)は、以下の式で求められます。

R=10log[1+1/4·｛m-(1/m)｝²×sin²(kl)]

ｍ：膨張比（断面積の比率）

ｋ：波長定数rad/m（2πｆ/ｃ）

ｌ：空洞の長さ

この式で伝達損失を最大にするには、sinの部分を1にする必要があるので、klを90度（π/2）である時を考えます。

kl=2πf/c×l=2•π•20/340×l=π/2

l=π/2×340/2•π•20=4.25(m)

20Hzですらこの大きさなので、さらに低周波になると空洞だけでトンネルのように巨大にしなければなりません。

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騒音や振動の苦情は、住居と発生源が近いことにより起こります。

住居が多いのは住居地域なので、苦情の発生件数も住居地域が最も多くなります。

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大体の傾向ですが、騒音苦情件数に比べて、振動の件数は1割ほどです。

これだけ知っていれば、選択肢は(3)か(4)に絞れます。

また、典型的7公害の内、土壌汚染と地盤沈下は他の苦情に比べると件数は極端に少ないです。

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振動レベルのピーク値は、大型車両の通行が支配しています。

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この問題では、鉛直方向の振動で、振動加速度レベルと振動レベルがわかっています。

振動加速度レベルと振動レベルの差が補正値になりますので、どの周波数に該当するかを確認します。

振動加速度レベルと振動レベルの差は、18デシベルです。

したがって、周波数は63Hzとわかります。

振動加速度レベルと振動レベルの補正値は、レベルの計算でもよく出題されるので、確実に覚えましょう。

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振動を増幅させる共振は、建物の固有振動数と発生源の振動数が一致することにより起こります。

したがって、振動の増幅量は、振動数によって異なります。

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問題文の振動は、sinで記述されているので、正弦波であることがわかります。

正弦波の基本的な性質は、以下の式で表されます。

y=y₀ sin 2πf•t

y：変位

y₀：最大変位

2πf：角振動数ω

f：周波数

t：時間

(1)振幅は、上の式で変位にあたります。

問題文の式と比較すると、そのまま10の部分が該当します。

(2)周期は、周波数の逆数になります。

上の式では、2πf•tに周波数の情報が含まれます。

問題文の式では、2π×5tの部分に該当します。

2πf•t=2π×5t

f=5

したがって、周期は1/5=0.2になります。

ここまではよく問われます。

以下はあまり問われていないので、余裕があれば覚えておきましょう。

y=y₀ sin 2πx/λ

y：変位

y₀：最大変位

x：振動源からの距離

λ：波長

(3)上の式と問題文の式を比較すると、100の部分が波長λにあたります。

(4)周波数は(2)から5Hz、波長は(3)から100mとなります。

したがって、速度は5×100=500となります。

(5)解説で示した二つの式を合わせると、sin[2π(x/λ＋f•t)+φ]のようになります。

この式で、φが位相角に該当します。

問題文の式はφに該当する部分がないので、0になることがわかります。

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全体的にあまり詳しく聞かれないことが多い印象の問題文かと思います。

捨て問でも仕方ないと思いますが、正解の(4)以外は過去問の演習が進んだ方であれば問題文が正しいと判断できそうです。

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減衰比が1より十分に小さい場合、振動数比が1のときに共振し、最大振幅となります。

減衰比が大きくなると次第に共振しなくなり、振動数比が大きくなるにつれて最大振幅が下がるような、右肩下がりの曲線になります。

したがって、最大振幅は振動数比が小さいときに発生しますので、減衰比が大きいほど1よりも小さい方にずれてきます。

縦軸に変位振幅、横軸に振動数比をとった座標において、減衰比を変化させたグラフを見たことがある方がいると思います。この問題では、減衰比が小さい場合のグラフが該当します。

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