ポンプ管路系固体伝搬音の特徴としては、ポンプの回転数に羽根枚数を乗じた周波数で顕著に卓越する純音成分が大きいスペクトル特性を持つため、発生音レベルが非常に小さい場合でも、暗騒音が低い場所は基より、ホワイトノイズ成分の多い空調騒音等が定常的に暗騒音として存在する場所においても良く感知され、音響上のクレームに繋がりやすいということが上げられる。

　2つの水中マイクロホンを用いて進行波音圧を検出し、管内寸の断面積を乗じて音響出力を算出する方法に関して実験的な検討を行い、音・振動源から管路内水中への有用な音響出力測定方法を提案した。

　空気、および水を充填した管路においてスピーカを音源とし、進行波と逆進行波(反射波)を分離するためにインパルス波入力による基礎実験を行なった。その結果、空気の充填管路では、2マイクロホン法により測定した進行波音圧は、各水中マイクロホン間の感度差、位相差を補正することにより、1マイクロホンによる通常の音圧測定方法により測定した進行波音圧と非常に良く一致し、また水の充填管では、管壁からの再放射音の影響を小さくして進行波と逆進行波を分離することができれば、空気充填管と同様の結果が得られることが想定された。また、空気、水の充填管共に、マイクロホンの組合せの異なった位置によらずほぼ同様の進行波音圧が得られた。これらの結果から、本測定方法の適用により、音響出力を精度良く測定できる可能性を得た。

　置換法による音・振動源から管路への伝達加振力測定方法に関して実験的な検討を行った。この結果、接続管路の違いによらずほぼ同様な伝達加振力が得られることが確認されたことから、ポンプ等管路系固体伝搬音の音・振動源特性の把握に本測定方法が適用できることを確認した。

　本研究で対象とした音・振動源から管路への音響出力、伝達加振力を用いた管路系固体伝搬音の予測体系の考え方を構築しその研究項目を示した。その考え方における音・振動源周りの音響・振動の伝搬模式図を表せば、図-1に示す通りとなる。

　音響出力、伝達加振力が予測体系の中でどのような意味を持つかを明らかにするために、音響出力、伝達加振力、および接続管路における水中音、管壁振動それぞれの相互関係に関する検討を、水加振実験管路における基礎実験、有限要素法解析、およびポンプに接続された管路における実験により行った。これにより、次に示す結果を得た。

図-1 ポンプ等振動・音の管路系における伝搬摸式図

　ポンプに接続の管路系では、ポンプ固有の音響・振動特性と管路固有の音響・振動特性が複雑に合わさった形で特性が決定されている。音響出力、伝達加振力、水中音、管壁振動それぞれの相関は非常に良く、水中音、管壁振動の大きさは、音響出力、伝達加振力に良く依存していることが確認された。適正なポンプ等の製品の選定、製品の規格化(ラベリング)を行うためには、接続管路の振動、音響特性を考慮した音響出力、加振力を測定する必要性が確認できた。

　水加振実験管路を基本モデルとした有限要素法解析では、低周波数領域において、水中音は水柱の固有振動モード、管壁振動は管路を梁と見なした場合の曲げ固有振動モードとなっており、明らかに異なる性状を、一方中周波数領域では、管壁振動は梁の曲げモードと目される周期性は見られるものの、全体的には水中音のモードに類似しており、水中音圧の影響をうけていることが推察された。また、十分に剛な管では理論に基づいた1,500m/s程度の水中音速となるが、通常使用される一般の管程度の剛性では水中音と管壁振動との相互作用により音速が低下し、水中音モードが異なることが確認された。

　接続管路のフランジ部における駆動点インピーダンス、フランジから管壁への振動増幅レベルを用いた管壁振動予測方法を、音・振動源から管路への伝達加振力を入力量とした予測体系におけるひとつの方法として提案した。しかし、現状では各入力値は実測による値を用いることが必要であり、対象管路系が存在しない設計時の予測においても適用できるように、今後は測定データの蓄積と有限要素法等の理論的な検討により汎用性のある予測方法を構築してゆく必要がある。

　本研究で検討を行った音・振動源から管路内水中への音響出力の測定方法、および管路への伝達加振力の測定方法を適用して、実際の管路固体伝搬音の発生源であるポンプ、および弁を対象に音・振動源特性を、および管路系に設置される継手の音響・振動低減効果を測定し、音響出力、伝達加振力と管内流量(ポンプ回転数、弁開度)、水中温度等との関係、継手の音響・振動低減効果の測定量の違いよる比較、効果と継手通過流量、水中温度との関係等、基本的な傾向を示した。

　本研究では、音・振動源から管路内水中への音響出力、および管路への伝達加振力の測定方法を提案することができた。これにより、接続管路の音響・振動特性の影響を考慮した音響出力、および伝達加振力を測定することが可能であり、ポンプ等管路系固体伝搬音の音・振動源特性を把握できる可能性を得た。また、ここで提案した測定方法により各種音・振動源の特性データが蓄積されることにより、それらが管路系固体伝搬音の低減設計を目的とした場合のポンプ等音・振動源機器選定の際の判断基準となりうること、および音・振動源機器の規格化に寄与できることから、本研究の成果は現状においても重要な意味を持つものと判断している。

　しかし、実際に建物の建設に携わる実務者にとっては、ここで得られた音響出力、伝達加振力と発生している管路系固体伝搬音との関係、すなわちある音・振動源の音響出力、伝達加振力が把握された場合に対象居室では絶対的にどの程度の固体伝搬音が発生するのかを予測して、確実な低減対策を実施したいということが最終目標にある。したがって、音響出力、または伝達加振力を入力条件としたポンプ等管路系固体伝搬音の予測手法を構築することが最終命題として残る。しかし、これを確立するためには多くの解明しなければならない研究項目が残されており、今後の研究に委ねるところは多いと考えている。本研究は全体のまず一歩であるが、今後の研究、強いては低騒音機器の開発、音・振動源機器の規格化、音環境の向上等に貢献できるならば、大いに幸いとするところである。