空力音響学の基礎と音響計測騒音の評価と具体的な低減技術事例

空力音響学とは何か ― 製造現場で重視すべき基礎知識

空力音響学は、流体（多くは空気）が物体や構造物と相互作用することで発生する音や振動を研究する分野です。

製造現場においては、エアコンプレッサー、送風機、ポンプ、配管、車両の走行、ロボットアームの駆動など、さまざまな機械装置の動作が必然的に空力騒音を発生させます。

騒音が大きいと、製品品質の低下だけでなく、作業者の健康リスクや周辺環境への悪影響（環境基準の違反や近隣住民からの苦情）にもつながります。

昭和の時代から、現場では「多少うるさいのは当たり前」とされてきた歴史がありますが、今日では「低騒音・快適な作業環境」が国際競争力やSDGs、カーボンニュートラルへの対応にも直結する重要なテーマとなっています。

空力音響学は、最新の計測・評価技術を積極的に取り入れつつ、現場目線で実践的に活用できる知識として注目されています。

なぜ今、空力音響学が再注目されているのか？

グローバル化に伴い、海外輸出向け製品では「音」の規制や基準値が年々厳格化しています。

自動車や家電製品などはもちろん、産業用機械やFA機器にも「低騒音化」が求められます。

一方、人手不足・高齢化が進む中、作業環境の快適性や健康維持も大きな経営課題です。

こうした背景のもと、「設計から品質管理、現場改善まで包括的にノウハウが求められる」分野として空力音響学が見直されているのです。

音響計測の基礎 ― 現場で使える騒音の測定・評価法

正確な騒音評価と低減のためには、まず現場で「正しい計測」が不可欠です。

その第一歩が「音響計測」の基礎知識です。

音とは？物理的な定義と人の感じ方

音とは、空気の振動（音波）が耳まで伝わり、鼓膜を揺らすことで感じる現象です。

音の3大要素は、「大きさ（音圧/デシベル：dB）」「高さ（周波数/ヘルツ：Hz）」「音色（波形・スペクトル）」です。

工場騒音では、一般的に音の大きさをdB（デシベル）で評価しますが、人が感じる「不快感」や「うるささ」は音の種類や連続性でも大きく変わります。

現場で使う主な計測機器とは？

工場現場で主に使われる騒音計測機器は以下の通りです。

– 普通騒音計（サウンドレベルメーター）：環境騒音や法令基準の評価
– 指向性マイクロフォン・アレイ：発生源の特定や音源マッピング
– オクターブバンド分析計：周波数ごとの騒音成分分析
– 振動計（加速度センサ）：機械の異常振動や伝播経路の調査

測定プロセスとしては、騒音源（設備・工程）の近傍や作業者位置で計測し、環境騒音、設備ごとの騒音、異常音・異音の有無等を客観的かつ体系的に把握します。

騒音管理の基準と法令

日本では、「騒音規制法」や「労働安全衛生法」に基づき、作業環境・周辺環境の騒音基準値が定められています。

例えば、産業機械における作業エリアでの常時騒音が85dBを超える場合は、耳栓着用・保護具義務化や改善措置が必須となります。

また、エンドユーザー向け製品においても「JIS規格」や「ISO規格」など各業界固有の騒音値基準が制定されています。

これらの最新法令・基準を熟知し、国内外の求める品質レベルに合致することが重要です。

騒音の原因と発生メカニズム ― 空力騒音の本質に迫る

空力音響学の観点では、主に「空気流れ」と「構造物・設備」が相互作用することで騒音が発生します。

ここを深く知ることで、的確な原因分析や効率的な騒音低減策が見えてきます。

主な騒音発生源とその特徴

1. 機械設備（モーター・ファン・送風機）：回転体や羽根車の乱流が空気を振動させ“ブーン”という連続音や“ヒュン”という高周波音が出る
2. 配管、ダクト、ノズル：流体が通過する際の急激な圧力変動や流路形状変化で“ゴーッ”というノイズや共鳴音が出やすい
3. コンプレッサー、バルブ、エアブロー：ジェット音やパルス的な発生音が可聴域・超音波域で大きい
4. ロボットアーム・搬送装置：高トルク時や急加減速時の駆動部の振動が構造全体に伝搬

発生源を現場で的確に突き止めるには、前述の指向性マイクロフォン等による「音源可視化」や、熟練者の“音聴き”による初期異常の察知も有効です。

昭和アナログ文化が残る現場の課題

実は多くの現場で「騒音は音楽だ」「生産性優先だから二の次」「新設備導入までは対応不可」など、アナログな価値観が残っています。

しかし昨今は、「現場のカイゼン力」「ライン改善提案」はバイヤー評価やサプライチェーン全体のリスク管理でも大きな加点要素です。

サプライヤーの現場担当者は単に「我慢」や「感覚」だけに頼らず、最新知見や計測データに基づき発注側とも対等に議論できることが差別化ポイントとなりつつあります。

現場で実践できる騒音低減化の最新技術・事例

空力音響に関わる騒音低減策は、「設計段階」「工程変更・小改善」「現場後付け（アフターマーケット）」の3段階で検討すると効果的です。

1. 設計段階での根本低減 ― 空力設計の最適化

– 羽根車の枚数や形状、ピッチ、回転数等をCAE解析で最適化し、乱流・渦の発生を根本から抑える設計
– 配管やダクトの屈曲部を滑らかにし、急激な流路変化や異径部の段差を軽減
– ジェットノズルやバルブでの急激な開閉を緩やかに制御

例えば、送風機のインペラー形状を見直し、5db以上の騒音削減に成功した自動車部品メーカーの事例も報告されています。

製品開発の早い段階から設計部門と現場が連携し、“音”にこだわったエンジニアリングが重要です。

2. 生産現場での小改善 ― 既設設備への即効アプローチ

– 騒音源への防音カバー設置（内部吸音材：グラスウール、ウレタン等＋鋼板カバー）
– 配管・ダクトの固定を強化し“共鳴・放射音”を抑制
– 設備の根元部分にダンパー（防振ゴム、バネ等）を挿入し振動伝播経路をブロック
– 油圧配管等にスリーブや防振材を追加
– エアブローはノズル径や角度の調整で空気消費量と騒音を同時低減

中小現場では「余剰材料の活用や知恵」により、“ローコストかつ高効果”の事例が多く生まれています。

しかも、こうした改善事例が取引先への提案力や信頼感にも直結します。