JP7529618B2

JP7529618B2 - 配管流水音を予測評価するための試験方法

Info

Publication number: JP7529618B2
Application number: JP2021095099A
Authority: JP
Inventors: 裕造土屋; 崇山内; 真平佐脇; 優揮竹中
Original assignee: Toda Corp
Current assignee: Toda Corp
Priority date: 2021-06-07
Filing date: 2021-06-07
Publication date: 2024-08-06
Anticipated expiration: 2041-06-07
Also published as: JP2022187206A

Description

本発明は、配管を流れる流水によって発生する流水音を予測評価するための試験方法に関する。

屋内を通る排水管や雨水管などの配管は、そのなかを流れる流水によって発生する流水音が居室に伝搬する際、その騒音が大きいと問題になる。
特許文献１は、排水竪管の騒音要素に基づいて、効率的、合理的、低コストに遮音対策を実現するための遮音対策支援システムを開示している。
しかし、そのような遮音対策をする前提として、配管を流れる流水音の音圧レベルを事前に把握することが必要である。
非特許文献１は、実際の既存建物において、配管に防音ボックスを設置し、屋上ドレンに水を供給して、音圧レベルを測定することを開示している。
非特許文献２及び３は、実験室のなかにおいて、スピーカや鋼球などを使用して管部材のなかに振動を加え、管部材の外で音圧レベルを測定することを開示している。

特開２００５－２９２９７１号公報

佐脇真平ほか「雨水管の流水音に関する実験的検討」戸田建設技術研究所『技術研究報告』第４６号，６～１１頁、２０２０年安岡博人ほか「実験室における排水管の発生騒音・遮音性能に関する測定方法の検討」日本建築学会『学術講演梗概集』２００８，Ｄ－１分冊，２５１～２５６頁、２００８年品川肇ほか「実験室における排水管の発生騒音・遮音性能に関する測定方法の検討」日本建築学会『学術講演梗概集』２００９，Ｄ－１分冊，２５３～２５４頁、２００９年日本産業規格「Ｚ８７３４：２０２１音響―音圧法による騒音源の音響パワーレベルの測定方法―残響室における精密測定方法」土屋裕造ほか「戸田建設新音響実験施設の音響特性」日本音響材料協会『音響技術』４２巻１号，５９～６３頁、２０１３年

非特許文献１の方法は、実際の配管流水音を測定することが可能である。しかし、揚水、流量の調整、管径の変更などに制約があり、大口径配管の流水音を系列的に予測検討できるデータを取得することは難しい。実際の既存建物ではなく、排水タワーなどを使用した場合も同様である。
非特許文献２及び３の方法は、現場実験と比べて制約が少なく、系列的なデータを取得することができる。しかし、実際の配管流水音との相関が小さく、実際の配管流水音を正しく予測することができない。
本発明は、例えばこのような課題を解決するためになされたものであり、実際の配管流水音を正しく予測することができる系列的なデータを実験室のなかで取得できるようにすることを目的とする。

配管流水音を予測評価するための試験方法は、配管として使用される試験対象の直線状の管部材に水を注入し、前記管部材の両端を閉塞し、その後、前記管部材を略水平に保持して、上下に振動させ、前記振動によって発生する音を測定する。
前記管部材を振動させるのは、残響室のなかで行ってもよく、前記音を測定するのも、前記残響室のなかで行ってもよい。
前記管部材を振動させる振動数は、１秒当たり２回以上３回以下であってもよい。
前記管部材に注入する水の量は、前記配管の容量の２％以上５０％以下であってもよい。
前記管部材を振動させる幅は、２００ミリメートル以上４００ミリメートル以下であってもよい。
前記管部材の長さは、５００ミリメートル以上１０００ミリメートル以下であってもよい。

本試験方法によれば、実際の配管のなかを流れる流水によって発生する流水音の音圧レベルの周波数特性と非常によく相関した周波数特性を有する音を測定することができる。したがって、これを解析することにより、実際の流水音を正しく予測することができる。

実験方法を示す模式図。実験条件を示す図。実験結果を示す周波数特性図。管種の違いによる比較を示す。比較実験の結果を示す周波数特性図。実験結果の相関を示す図。横軸は、図３の実験結果における音響パワーレベルを示す。縦軸は、図４の実験結果における音圧レベルを示す。参考実験の結果を示す周波数特性図。実験結果の相関を示す図。横軸は、図６の実験結果における音響パワーレベルを示す。縦軸は、図４の実験結果における音圧レベルを示す。比較実験の結果を示す周波数特性図。実験結果の相関を示す図。横軸は、図８の実験結果における音響パワーレベルを示す。縦軸は、図４の実験結果における音圧レベルを示す。実験結果を示す周波数特性図。水量の違いによる比較を示す。実験結果を示す周波数特性図。振幅の違いによる比較を示す。実験結果を示す周波数特性図。振動数の違いによる比較を示す。実験結果を示す周波数特性図。管長の違いによる比較を示す。

図１に示すとおり、試験対象の直線状管部材１１の一方の端部をキャップ１２で塞ぎ、管部材１１のなかに水１４を注入したのち、もう一方の端部をキャップ１３で塞いで内部を密閉し、試験体１０を作成する。次に、非特許文献４に記載された要件を満たす残響室のなかで、管部材１１が略水平になるように試験体１０を横倒しにして持ち、上下に振る。このときに発生する音を、同じく残響室のなかに設置されたマイクで拾って、録音する。残響室は、十分な反射性・拡散性を有するので、試験体１０を振ることによって試験体１０とマイクとの間の距離が変動しても、一定の音を録音することができる。

非特許文献５に記載された音響実験室（残響室）において、図２に示す条件で実験を行った。なお、管種の「ＶＰ」は、硬質ポリ塩化ビニル管を表し、「ＳＧＰ」は、配管用炭素鋼鋼管を表す。管部材の呼び径は、すべて１００Ａである。１回の実験につき、試験体１０を１５秒間振り、振り始めてから３秒経過してから１３秒経過するまでの１０秒間の間の音を録音し、音響パワーレベル［デシベル（ｄＢ）］の周波数特性（３分の１オクターブバンド）を算出した。これは、非特許文献４に記載された方法によった。同一の条件で５回実験を行って、算出した音響パワーレベルの平均を求めた。実験結果を図３及び図１０～１３に示す。なお、「Ａ」は、Ａ特性のオーバーオール値を示す。

比較対象として、非特許文献１に記載された方法で測定した音圧レベルの周波数特性を図４に示す。管部材の管種はＶＰ及びＳＧＰの２種類、呼び径は１００Ａ、流水の流量は５００［リットル毎分（Ｌ／ｍｉｎ．）］である。なお、ＢＧＮは、背景ノイズを示す。ＶＰ及びＳＧＰとＢＧＮとの間の差が小さい周波数については、ノイズの影響が大きいので、流水による音圧レベルを正しく測定できていない可能性がある。

図３と図４とを対比すると、この試験方法によって測定した音響パワーレベルは、実際に配管に水を流して測定した音圧レベルに大変よく対応していることがわかる。また、図５に示すとおり、図４の音圧レベルは、図３の音響パワーレベルと大変よく相関している。なお、４００［ヘルツ（Ｈｚ）］未満の周波数範囲については、上述したように、図４の音圧レベルに含まれる背景ノイズが大きく、流水による音圧レベルを正しく測定できていない可能性があるので、４００［Ｈｚ］以上の周波数範囲のみを使って相関を求めている。
したがって、このような試験方法によって録音したデータを分析して音響パワーレベルを求めることにより、実際の既存建物や排水タワーなどの大規模な設備を用いることなく、実際の流水音による音圧レベルを正しく予測することができる。

図６は、非特許文献２に記載された「スピーカ管内放射－近傍音圧式（吸音・遮音箱）」に準じた方法で測定した音圧レベル差の周波数特性（３分の１オクターブバンド）を示す。図７に示すように、図６の音圧レベル差は、図４の音圧レベルとあまり相関していない。実際の流水音から乖離があり、この方法で測定した音圧レベル差から実際の流水音による音圧レベルを予測することは難しく、流水音と対応した評価ができない。

図８は、非特許文献３に記載された「管内鋼球打撃式（吸音・遮音箱）」に準じた方法で測定した最大音圧レベルの周波数特性（３分の１オクターブバンド）を示す。図９に示すように、図８の最大音圧レベルは、図４の音圧レベルとあまり相関していない。実際の流水音から乖離があり、この方法で測定した音圧レベル差から実際の流水音による音圧レベルを予測することは難しく、流水音と対応した評価ができない。

以上のように、本開示にかかる試験方法は、非特許文献２及び３に記載された方法と比べて、実際の流水音の音圧レベルとの相関が高いデータを得ることができ、これにより、実際の流水音を正しく予測することができる。

次に、最適な試験条件について検討する。

図１０によれば、管部材のなかに注入する水の量が多くなるほど、音響パワーレベルが大きくなる。実際の流水音との相関は、１［Ｌ］の場合が最も高く、０．５［Ｌ］の場合がわずかな差でそれに続き、２［Ｌ］のときが最も小さい。この実験における管部材は、呼び径が１００Ａ、長さが５００［ｍｍ］なので、管部材内の容積は、約３．９［Ｌ］である。したがって、注入する水の量は、管部材内の容積の２％以上５０％以下とするのが好ましい。

図１１によれば、管部材を振る振幅が大きくなるほど、音響パワーレベルが大きくなるが、全体的に平行移動するだけなので、実際の流水音との相関は、ほとんど変わらない。つまり、あまり大きく振っても意味がない。人が手で持って振ることを考えると、管部材を振る振幅は、１００ｍｍ以上４００ｍｍ以下とするのが好ましい。

図１２によれば、管部材を１秒間に振る回数が少なすぎると、水が管からほとんど分離せず、発生音が小さくなって、実際の流水音との相関が小さくなる。したがって、管部材を振る回数は、１秒間に２回以上であることが好ましい。１秒間に２回以上振った場合、振動数が多くなるほど、音響パワーレベルが大きくなるが、全体的に平行移動するだけなので、実際の流水音との相関は、ほとんど変わらない。つまり、あまり速く振っても意味がない。人が手で持って振ることを考えると、１秒間に３回以下であることが好ましい。

図１３によれば、管部材の長さは、音響パワーレベルにほとんど影響しない。人が手で持って振ることを考慮すると、あまり長いと扱いづらくなるので、５００ｍｍ以上１０００ｍｍ以下であることが好ましい。

なお、上述した実験では、同じ条件で５回試験を行って平均を算出したが、得られたデータのばらつきは小さかった。このため、同じ条件で何回も試験を行う必要はあまりなく、２～３回だけ試験を行えば十分である。

本開示にかかる試験方法によれば、このように、実験室で行う小規模な試験方法で、系列的かつ実際の流水音と対応のよいデータを取得することができ、これに基づいて、実際の流水音の音圧レベルの周波数特性を正しく予測することができる。配管の流水に近い発生音を測定することができ、管の系列的なデータを取得することができ、測定の準備や時間に制約の少ない実験室で測定することができ、実験規模・測定対象の管が小規模なので実験コストを抑えることができる。

例えば、非特許文献１に記載されたように、実際の既存建物で実験を行い、同じ配管について本開示にかかる試験方法で得たデータとの相関をとることによって、近似式の係数（例えば近似直線の傾きや切片）を算出する。そして、他の配管について本開示にかかる試験方法で得たデータから、そのようにして算出した係数を使って実際の流水音の音圧レベルを推定する。
なお、実際の流水音の音圧レベルは、流水量が２倍になると約３ｄＢ増加することがわかっている（非特許文献１など）。このため、既存建物での実験は、ある特定の流水量についてのみ行えばよく、その特定の流水量について算出した係数を使って推定した音圧レベルから、任意の流水量における音圧レベルを推定することができる。

あるいは、複数の配管の音圧レベルの大小関係を比較したいだけであれば、本開示にかかる試験方法で得たデータを、実際の流水音の音圧レベルに変換することなく、そのまま比較してもよい。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするための一例である。本発明は、これに限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲によって定義される範囲から逸脱することなく様々に修正し、変更し、追加し、又は除去したものを含む。これは、以上の説明から当業者に容易に理解することができる。

例えば、試験体を人が手で持って振るのではなく、加振装置に試験体をセットして、人が手で持って振ったときと同様の振動を試験体に加えてもよい。

１０試験体、１１管部材、１２，１３キャップ、１４水。

Claims

配管流水音を予測評価するための試験方法において、
配管として使用される試験対象の直線状の管部材に水を注入し、前記管部材の両端を閉塞し、
その後、前記管部材を略水平に保持して、上下に振動させ、
前記振動によって発生する音を測定する、
試験方法。
前記管部材を振動させるのは、残響室のなかで行い、
前記音を測定するのも、前記残響室のなかで行う、
請求項１の試験方法。
前記管部材を振動させる振動数は、１秒当たり２回以上３回以下である、
請求項１又は２の試験方法。
前記管部材に注入する水の量は、前記管部材の容量の２％以上５０％以下である、
請求項１乃至３いずれかの試験方法。
前記管部材を振動させる幅は、２００ミリメートル以上４００ミリメートル以下である、
請求項１乃至４いずれかの試験方法。
前記管部材の長さは、５００ミリメートル以上１０００ミリメートル以下である、
請求項１乃至５いずれかの試験方法。