(57)【要約】【課題】噴霧された水を用いて吸音することにより減音する減音システム、及び、噴霧された水による減音量を推定する推定方法が提供する。【解決手段】発破音源１３からの騒音を低減する減音システム１であって、閉塞体４及び噴霧装置２を備える。閉塞体４は、騒音の伝播経路上に設けられ、仕切材２０ａ、２０ｂによって仕切られることで形成されている。噴霧装置２は、閉塞体４の内部空間Ｓへ水微粒子を噴霧する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
騒音源からの騒音を低減する減音システムであって、
騒音の伝播経路上に設けられ、仕切材によって仕切られて形成された閉塞体と、
前記閉塞体の内部空間へ水微粒子を噴霧する噴霧装置と、
を備える減音システム。
【請求項２】
前記騒音源は、トンネルの掘削時における発破音源であり、
前記閉塞体は、トンネル内部を前記仕切材によって仕切ることで形成される請求項１に記載の減音システム。
【請求項３】
前記噴霧装置の動作を制御する制御部をさらに備え、
前記制御部は、
発破前に前記噴霧装置を始動させ、前記閉塞体の内部空間を前記水微粒子で充填させる請求項１又は２に記載の減音システム。
【請求項４】
前記制御部は、発破前に前記噴霧装置を始動させ、噴霧された前記水微粒子が前記閉塞体の内部空間にて平衡状態となった後に、発破可能と判定する請求項３に記載の減音システム。
【請求項５】
前記閉塞体の内部空間に配置されたマイクをさらに備え、
前記制御部は、前記マイクにより測定された音の変化に基づいて平衡状態となったか否かを判定する請求項４に記載の減音システム。
【請求項６】
前記制御部は、前記マイクにより測定された前記噴霧装置の動作音の変化に基づいて平衡状態となったか否かを判定する請求項５に記載の減音システム。
【請求項７】
前記制御部は、前記噴霧装置の始動から少なくとも２０分後には発破可能と判定する請求項４に記載の減音システム。
【請求項８】
前記制御部によって動作し、前記閉塞体の内部空間を換気する換気装置をさらに備え、
前記制御部は、発破後に前記換気装置を始動させることにより、前記閉塞体の内部空間を換気する請求項３〜７の何れか一項に記載の減音システム。
【請求項９】
前記水微粒子の直径は、ザウター平均１２μｍ以下である請求項１〜８の何れか一項に記載の減音システム。
【請求項１０】
騒音の伝播経路上に設けられ仕切材によって仕切られて形成された閉塞体の内部空間へ水微粒子を噴霧した場合の騒音の減音量を調整する減音量調整方法であって、
前記閉塞体の内部空間に浮遊する水微粒子の数を調整することで、騒音の減音量を調整する減音量調整方法。
【請求項１１】
騒音の伝播経路上に設けられ仕切材によって仕切られて形成された閉塞体の内部空間へ水微粒子を噴霧した場合の騒音の減音量を推定する減音量推定方法であって、
前記閉塞体の内部空間に浮遊する水微粒子の数と減音量との相関関係に基づいて、騒音の減音量を推定する減音量推定方法。
【請求項１２】
騒音の伝播経路上に設けられ仕切材によって仕切られて形成された閉塞体の内部空間へ水微粒子を噴霧した場合の騒音の減音量を推定する減音量推定方法であって、
前記閉塞体の内部空間の体積及び単位時間当たりの水微粒子の噴霧量を用いて算出された噴霧勾配と減音量との相関関係に基づいて、騒音の減音量を推定する減音量推定方法。
【請求項１３】
騒音の伝播経路上に設けられ仕切材によって仕切られて形成された閉塞体の内部空間へ、単位時間当たりに所定の噴霧量で水微粒子を噴霧した場合の騒音の減音量を推定する減音量推定方法であって、
減音目標となる周波数帯域、前記閉塞体の内部空間の体積、及び、前記閉塞体への単位時間当たりの水微粒子の噴霧量を取得する入力ステップと、
前記閉塞体の内部空間の体積及び単位時間当たりの水微粒子の噴霧量を用いて噴霧勾配を算出する算出ステップと、
入力ステップにて入力された減音目標となる周波数帯域、前記算出ステップにて算出された前記噴霧勾配、及び、周波数帯域ごとに予め算出された減音量及び前記噴霧勾配の相関関係に基づいて、騒音の減音量を推定する推定ステップと、
を備える減音量推定方法。
【請求項１４】
前記水微粒子の直径は、ザウター平均１２μｍ以下である請求項１３に記載の減音量推定方法。
【請求項１５】
仕切材によって仕切られて形成された閉塞体の内部空間へ水微粒子を噴霧した場合において、噴霧された前記水微粒子が前記閉塞体の内部空間にて平衡状態となったか否かを判定する平衡状態判定方法であって、
前記閉塞体の内部空間に配置されたマイクにより測定された音の変化に基づいて平衡状態となったか否かを判定する平衡状態判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、減音システム、減音量調整方法、減音量推定方法及び平衡状態判定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ノズルによって噴霧された水を用いて減圧するシステム又は方法が知られている（特許文献１及び特許文献２参照）。特許文献１記載の方法は、爆発作業時の爆発音を低減する方法であって、爆発室と外部とを連通する作業路に噴霧装置を設けて噴霧することにより、爆風のエネルギーを熱エネルギーへ変換し、爆風圧を低減させることで、結果として騒音の減衰効果を発揮している。一方、特許文献２記載の方法は、トンネル内に水滴を噴霧するノズルを複数設置して水滴噴霧区間を設け、列車進入時の圧力波が水滴噴霧区間へ到達する前にノズルから水滴を噴霧させることにより、トンネル出口で生じる圧力波を低減する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−６２４００号公報
【特許文献２】特開平３−１８０７００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１及び２記載の方法は、何れも極めて高い風圧を低減するために水を噴霧しており、音を吸音する吸音材として水を利用していない。吸音材は、一般的に比重の大きい材料を用いた方が音波の運動エネルギーを熱エネルギーに変換する能力が高くなる傾向となることから、比重１となる水は吸音材として好適に利用することができる可能性がある。仮に噴霧された水を吸音材として利用することができた場合には、設置の容易性及び経済性に優れた新規な吸音材となる。このため、当技術分野では、噴霧された水を用いて吸音することにより減音する減音システム、噴霧された水による減音量を調整及び推定する方法、並びに噴霧後において水を吸音材として機能できる状態となった旨を判定する方法が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
すなわち本発明の一側面に係る減音システムは、騒音源からの騒音を低減する減音システムであって、閉塞体及び噴霧装置を備える。閉塞体は、騒音の伝播経路上に設けられ、仕切材によって仕切られることで形成されている。噴霧装置は、閉塞体の内部空間へ水微粒子を噴霧する。
【０００６】
この減音システムでは、噴霧装置が、仕切材によって仕切られて形成された閉塞体の内部空間へ水微粒子を噴霧する。このように、開放空間ではなく、仕切材によって仕切られて形成された閉塞体へ水微粒子を噴霧することによって、水微粒子を吸音材として機能する濃度で空中に浮遊させつつ充填することができる。よって噴霧された水を用いて減音することが可能となる。
【０００７】
一実施形態では、騒音源は、トンネルの掘削時における発破音源であり、閉塞体は、トンネル内部を仕切材によって仕切ることで形成されてもよい。このように構成することで、トンネルの掘削時の発破音を減音することができる。
【０００８】
一実施形態では、噴霧装置の動作を制御する制御部をさらに備えてもよい。制御部は、発破前に噴霧装置を始動させ、閉塞体の内部空間を水微粒子で充填させてもよい。このように構成することで、減音効果を奏するタイミングを制御することができるため、効率的にトンネルの掘削時の発破音を減音することができる。
【０００９】
一実施形態では、制御部は、発破前に噴霧装置を始動させ、噴霧された水微粒子が閉塞体の内部空間にて平衡状態となった後に、発破可能と判定してもよい。重力により落下する水微粒子と供給されて浮遊する水微粒子とのバランスにより閉塞体の内部空間で水微粒子の供給・落下が均衡した状態（平衡状態）となる。制御部は、平衡状態となった後に発破可能と判定することで、発破音を効果的かつ効率的に減音させることができる。
【００１０】
一実施形態では、減音システムが閉塞体の内部空間に配置されたマイクをさらに備えてもよい。そして、制御部は、マイクにより測定された音の変化に基づいて平衡状態となったか否かを判定してもよい。このように、閉塞体の内部空間における音の変化に基づいて平衡状態を判定することにより、平衡状態を正確に判定して、発破音を効果的かつ効率的に減音させることができる。
【００１１】
一実施形態では、制御部は、マイクにより測定された噴霧装置の動作音の変化に基づいて平衡状態となったか否かを判定してもよい。このように構成することで、平衡状態を判定するための音源を閉塞体の内部空間に配置する必要がないため、簡易な構成で平衡状態を判定することができる。
【００１２】
一実施形態では、制御部は、噴霧装置の始動から少なくとも２０分後には発破可能と判定してもよい。後述する噴霧勾配や初期の湿度に関わらず、水微粒子は、閉塞体の内部空間にて少なくとも２０分程度で平衡状態となる。このため、噴霧装置の始動から少なくとも２０分間経過後に噴霧装置を停止することで、効率的な減音を実現することができる。
【００１３】
一実施形態では、制御部によって動作し、閉塞体の内部空間を換気する換気装置をさらに備えてもよい。制御部は、発破後に換気装置を始動させることにより、閉塞体の内部空間を換気してもよい。このように構成することで、減音効果を発揮する構成から発揮しない構成への切替を迅速に行うことができる。
【００１４】
一実施形態では、水微粒子の直径は、ザウター平均１２μｍ以下であってもよい。このように、水微粒子が空中に浮遊することが可能な大きさにすることで、減音効果を一層発揮することができる。
【００１５】
また、本発明の他の側面に係る減音量調整方法は、騒音の伝播経路上に設けられ仕切材によって仕切られて形成された閉塞体の内部空間へ水微粒子を噴霧した場合の騒音の減音量を調整する減音量調整方法である。この方法では、閉塞体の内部空間に浮遊する水微粒子の数を調整することで、騒音の減音量を調整する。発明者は、閉塞体の内部空間に浮遊する水微粒子の数と減音量とが相関関係にあるとの新たな知見を得て、騒音の減音量を調整する新たな手法を見出した。これにより、減音量を容易に調整することができる。
【００１６】
また、本発明の他の側面に係る減音量推定方法は、騒音の伝播経路上に設けられ仕切材によって仕切られて形成された閉塞体の内部空間へ水微粒子を噴霧した場合の騒音の減音量を推定する減音量推定方法である。この方法では、閉塞体の内部空間に浮遊する水微粒子の数と減音量との相関関係に基づいて、騒音の減音量を推定する。これにより、減音量を容易に推定することができる。
【００１７】
また、本発明の他の側面に係る減音量推定方法は、騒音の伝播経路上に設けられ仕切材によって仕切られて形成された閉塞体の内部空間へ水微粒子を噴霧した場合の騒音の減音量を推定する減音量推定方法である。この方法では、閉塞体の内部空間の体積及び単位時間当たりの水微粒子の噴霧量を用いて算出された噴霧勾配と減音量との相関関係に基づいて、騒音の減音量を推定する。このように、噴霧勾配という新たなファクターを導入し、噴霧勾配と減音量との高い相関を利用することで、減音量を容易に推定することができる。
【００１８】
また、本発明の他の側面に係る減音量推定方法は、騒音の伝播経路上に設けられ仕切材によって仕切られて形成された閉塞体の内部空間へ、単位時間当たりに所定の噴霧量で水微粒子を噴霧した場合の騒音の減音量を推定する減音量推定方法であって、入力ステップ、算出ステップ及び推定ステップを備える。入力ステップでは、減音目標となる周波数帯域、閉塞体の内部空間の体積、及び、閉塞体への単位時間当たりの水微粒子の噴霧量を取得する。算出ステップでは、閉塞体の内部空間の体積及び単位時間当たりの水微粒子の噴霧量を用いて噴霧勾配を算出する。推定ステップでは、入力ステップにて入力された減音目標となる周波数帯域、算出ステップにて算出された噴霧勾配、及び、周波数帯域ごとに予め算出された減音量及び噴霧勾配の相関関係に基づいて、騒音の減音量を推定する。
【００１９】
この減音量推定方法では、単位体積及び単位時間当たりの水微粒子の噴霧量からなる噴霧勾配と減音量との相関関係を用いて減音量を推定する。このように、噴霧勾配という新たなファクターを用いることで、減音量を容易に推定することができる。
【００２０】
一実施形態では、水微粒子の直径は、ザウター平均１２μｍ以下であってもよい。このように、水微粒子が空中に可能な限り長時間浮遊することができる粒子の大きさにすることで、減音効果を一層発揮することができる。
【００２１】
また、本発明の他の側面に係る平衡状態判定方法は、仕切材によって仕切られて形成された閉塞体の内部空間へ水微粒子を噴霧した場合において、噴霧された水微粒子が閉塞体の内部空間にて平衡状態となったか否かを判定する平衡状態判定方法である。この方法では、閉塞体の内部空間に配置されたマイクにより測定された音の変化に基づいて平衡状態となったか否かを判定する。このように、閉塞体の内部空間における音の変化に基づいて平衡状態を判定することにより、平衡状態を正確に判定することができるため、噴霧後において水を吸音材として機能できる状態となった旨を判定することが可能となる。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように、本発明の種々の側面及び実施形態によれば、噴霧された水を用いて吸音することにより減音する減音システム、噴霧された水による減音量を調整・推定する方法、及び平衡状態判定方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１実施形態に係る減音システムの模式図である。
【図２】多孔質材の吸音モデルと水微粒子の吸音モデルとを説明する模式図である。
【図３】減衰率の周波数依存性を示すグラフである。
【図４】周波数ごとの減衰率の噴霧勾配依存性を示すグラフである。
【図５】１０ｄＢ減衰させるのに必要な距離と噴霧勾配との関係を示すグラフである。
【図６】粒子径ごとの減衰率の噴霧時間依存性を示すグラフである。
【図７】減音量推定方法及びシステム設計の手順を示すフローチャートである。
【図８】発破作業時における減音システムの手順を示すフローチャートである。
【図９】第２実施形態に係る減音システムの模式図である。
【図１０】閉塞体の内部空間の音レベルの時間依存性を粒子径ごとに示すグラフである。
【図１１】実施例に係る挿入損失の周波数依存性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２５】
（第１実施形態）
本実施形態に係る減音システムは、閉空間に水微粒子を分散させて吸音させることで減音するシステムであって、例えばトンネル発破作業の騒音の低減、防音及び減音として好適に採用されるものである。以下では、一例として、本実施形態に係る減音システムをトンネル掘削時の発破作業に用いる場合を説明する。
【００２６】
図１は、本実施形態に係る減音システム１の断面概要図である。図１に示すように、減音システム１は、例えば山１００に形成されたトンネル１０１における発破作業時に設置される。トンネル１０１は、坑口１１から切り端１２まで水平方向へ延びている。切り端１２には、爆薬を装填可能な箇所が設けられており、この部分が発破音源（騒音源）１３となる。発破の際に生じる発破音（騒音）は、トンネル１０１の坑口１１へ向けて伝搬する。
【００２７】
減音システム１は、トンネル１０１の坑口１１に設けられている。減音システム１は、その内部に空間を画成する閉塞体４と、閉塞体４の内部空間Ｓへ水微粒子を噴霧する噴霧装置２を備えている。
【００２８】
閉塞体４は、騒音の伝播経路上に設けられる。ここでは、閉塞体４は、トンネル１０１の坑口１１に設けられている。閉塞体４は、トンネル１０１の断面と略同一形状の仕切材２０ａ、２０ｂをトンネル１０１の断面を覆うように設置することで形成されている。すなわち、閉塞体４は、仕切材２０ａ、２０ｂと、トンネル１０１の天井及び床によって形成されている。仕切材２０ａ、２０ｂは、内部空間Ｓに水微粒子を充填させる機能を有している。ここで、仕切材２０ａ、２０ｂは、内部空間Ｓの水微粒子が内部空間Ｓの外部へ漏れ出さないように遮蔽する機能を有していればよい。すなわち、内部空間Ｓとしては、厳密な密閉空間とする必要はない。このような仕切材２０ａ、２０ｂとしては、塩化ビニール製の簡易なカーテンであってもよいし、吸音性能を有する吸音材からなる防音壁であってもよい。
【００２９】
噴霧装置２は、図示しない水供給路に接続されており、供給された水を微粒子化して空中に浮遊させる機能を有している。噴霧装置２として、例えばザウター平均１２μｍ以下の粒子径（直径）を有する水微粒子を噴霧する機能を有している。ザウター平均の粒子径は、例えば大気中を落下する液滴にレーザー光線を照射し、非接触で直径を測定するレーザー回折法で測定された値である。ザウター平均１２μｍ以下の水粒子であれば、空中に長時間浮遊することが可能となる。このような噴霧装置２として、例えば、株式会社いけうち製のＡＫＩＪｅｔ（ザウター平均５．９μｍ）が用いられる。
【００３０】
一実施形態では、内部空間Ｓに換気装置３が配置されてもよい。換気装置３は、例えば送風機能を有している。
【００３１】
噴霧装置２及び換気装置３は、制御部２２に接続されている。制御部２２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入力装置及び表示装置等を備えたコンピュータであって、噴霧装置２及び換気装置３の動作（始動・停止等）を制御する機能を有している。また、制御部２２は、仕切材２０ａ、２０ｂが自動で開閉可能なカーテン等である場合には、仕切材２０ａ、２０ｂの開閉動作を制御してもよい。また、制御部２２は、仕切材２０ａ、２０ｂが移動可能に構成されている場合には、仕切材２０ａ、２０ｂの設置位置を制御してもよい。また、発破作業を自動で行う場合には、制御部２２が発破タイミング等を制御してもよい。
【００３２】
また、減音システム１は、減音量を推定する推定部２３を備えている。推定部２３は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入力装置及び表示装置等を備えたコンピュータであって、数値計算によって減音量を推定する。推定部２３は、例えば、噴霧装置２の噴霧能力及び閉塞体４の内部空間の大きさに基づいて減音量を推定する。ここでは、推定部２３は、制御部２２に接続されており、制御部２２が有する噴霧装置２の噴霧能力及び閉塞体４の内部空間の大きさに関する情報（元データ）を取得する。なお、推定部２３は、推定部２３に備わる入力装置を用いて作業員等により入力された元データを用いてもよい。また、推定部２３は、無線通信又は有線通信により、制御部２２とは異なる別の装置、入力装置、記録媒体等から、元データを取得してもよい。さらに、推定部２３は、推定された減音量を制御部２２へ送信してもよい。制御部２２は、受信した減音量に基づいて噴霧装置２及び換気装置３を動作させてもよい。
【００３３】
次に、本実施形態に係る減音システムの減音の原理及び実験結果について説明する。まず、水微粒子が吸音する原理について概説する。図２の（Ａ）は、グラスウール等の一般的な吸音材の減音原理を説明する概要図、図２の（Ｂ）は、水微粒子の減音原理を説明する概要図である。一般的な吸音材の場合、図２の（Ａ）に示すように、多孔質材の隙間を音Ｓ１が通過する。音Ｓ１が吸音材の繊維４０の間を透過する際に、繊維４０の流れ抵抗を受けて減音する。すなわち、音Ｓ１の運動エネルギーが熱エネルギーＨへ変換されて消費されることで減音する。このような多孔質材における減衰率を予測する式として、流れ抵抗から減衰率（ｍ−１）を予測するＭｉｋｉの式が知られている。減衰率（ｍ−１）とは、単位距離当たりの減衰量であって、その値が大きいほど減衰量が大きくなる値である。減衰量は、流れ抵抗から求めることができる。
【００３４】
上記の多孔質材モデルを水微粒子にも適用できるか否かを検討すべく、減衰率の周波数依存性を測定した結果が図３である。図３は、減衰率の周波数依存性を示すグラフであり、横軸が周波数（Ｈｚ）、縦軸が減衰率である。減衰率は、減衰量と相関のある値である。まず、水微粒子を噴霧勾配１Ｌ／（ｍ３・ｈ）で噴霧しつつ、減衰率を測定し、その値を周波数ごとにプロットした（最初の計測）。なお、噴霧勾配とは、閉空間の単位容積（単位体積）に対する単位時間当たりの噴霧量であり、（Ｌ／（ｍ３・ｈ））で表現される値である。その後、水微粒子の供給を停止して、経過時間ごとに減衰率の周波数依存性をプロットした。具体的には、最初の計測を基準（０秒）として、３００秒経過した時点、６６０秒経過した時点、１２３０秒経過した時点、１９２０秒経過した時点の減衰率の周波数依存性をプロットした。時間経過に伴い、空中を浮遊する水微粒子の数は小さくなる。よって、図３は、空中を浮遊する水微粒子の数を小さくした場合の測定結果を示すものともいえる。そして、図３に示すように、空中を浮遊する水微粒子の数が変化した場合には、減衰率が異なる値になっていることから、空中を浮遊する水微粒子の数と減音量とは相関があることが確認された。よって、空中を浮遊する水微粒子の数を調整することで、所望の減音量に調整できることがわかる。なお、空中を浮遊する水微粒子の数は、上述したとおり噴霧勾配と噴霧装置停止後の経過時間との組み合わせをパラメータにして調整してもよいし、噴霧勾配そのものを変化させることにより調整してもよい。そして、空中を浮遊する水微粒子の数と減音量との相関関係は、減音量を調整する場合のみならず、相関関係を用いて減音量を推定する場合にも適用できる。また、図３中の直線は、流れ抵抗をパラメータとしてＭｉｋｉの式で実験結果をフィッティングしたものである。０秒での測定値のフィッティング結果がグラフＥ１、３００秒経過した時点での測定値のフィッティング結果がグラフＥ２、６６０秒経過した時点での測定値のフィッティング結果がグラフＥ３、１２３０秒経過した時点での測定値のフィッティング結果がグラフＥ４、１９２０秒経過した時点での測定値のフィッティング結果がグラフＥ５である。グラフＥ１〜Ｅ５に示すように、水微粒子を用いた音響実験により得られた減衰率が、多孔質材モデルでフィッティングすることができることが確認された。よって、水微粒子が閉空間に浮遊している場合には、水微粒子の減音についても、一般的な吸音材と同様のモデルを適応することができると推定される。すなわち、図２の（Ｂ）に示すように、音Ｓ１の運動エネルギーが熱エネルギーＨへ変換されて消費されることで減音すると推定される。
【００３５】
図４は、周波数ごとの減衰率の噴霧勾配依存性を示すグラフであり、横軸が噴霧勾配、縦軸が減衰率である。水微粒子を噴霧して減衰率を測定し、その値をプロットした。実験により得られた水微粒子を用いた減衰率は、噴霧勾配と相関があることが確認された。図４に示すように、噴霧勾配が大きいほど減衰率が大きくなることがわかる。そして、高周波数域となるほど減衰率が大きくなり、比例相関が強くなる傾向にあることが確認できる。このように、噴霧勾配という新しいパラメータを用いることで、水微粒子を採用した場合であっても減衰率を予測できることが確認されたため、水微粒子を吸音材として採用した減音システムを構築可能であることが確認された。
【００３６】
図５は、１０ｄＢ減衰させるのに必要な距離と噴霧勾配との関係を示すグラフであり、横軸が噴霧勾配、縦軸が１０ｄＢ減衰させるのに必要な距離である。図５は、図４に示すグラフから算出されたものであり、減衰率を距離に換算したものである。図５の表を用いることで、周波数帯域と噴霧勾配を設定することで、１０ｄＢ減衰させるのに必要な距離を求めることができる。例えば、３１．５Ｈｚ帯域において、１０ｄＢの減衰量を得るためには、噴霧勾配０．６（Ｌ／（ｍ３・ｈ））の場合には、４０ｍの噴霧距離が必要となり、噴霧勾配１．０（Ｌ／（ｍ３・ｈ））の場合には、２５ｍの噴霧距離が必要となる。なお、この距離は、図１に示すトンネル１０１における閉塞体４の長さＬ２となる。このように、１０ｄＢ帯域をターゲットとする場合には、図５を用いて閉塞体４の長さを算出することができる。
【００３７】
図６は、粒子径ごとの減衰率の噴霧時間依存性を示すグラフであり、横軸が噴霧時間、縦軸が減衰率である。水微粒子の粒子径が８〜１２μｍであって、噴霧勾配０．１７（Ｌ／（ｍ３・ｈ））かつ初期湿度８５％、噴霧勾配０．１７（Ｌ／（ｍ３・ｈ））かつ初期湿度５０％、噴霧勾配０．１２５（Ｌ／（ｍ３・ｈ））かつ初期湿度８５％、噴霧勾配０．０８３（Ｌ／（ｍ３・ｈ））かつ初期湿度５０％という条件で減衰率の噴霧時間依存性を計測した。さらに、水微粒子の粒子径が６０μｍであって、噴霧勾配０．０８３（Ｌ／（ｍ３・ｈ））かつ初期湿度１００％という条件で減衰率の噴霧時間依存性を計測した。なお、水微粒子の粒子径が８〜１２μｍのデータにおいて、大きなプロット点で示すデータは、湿度１００％に達したデータである。図６に示すように、噴霧勾配及び初期湿度に関わらず噴霧開始から１５〜２０分程度で湿度１００％に到達していることが確認された。このため、噴霧開始から少なくとも２０分後には水微粒子が飽和し平衡状態となるため、それ以降の噴霧は不要であることが確認された。さらに、粒子径が６０μｍでは十分な減衰率を得ることができないことが確認された。これは、粒子径が大きい場合には、重力によって空中に浮遊することができずに落下することが原因であると考えられる。このため、水微粒子の粒径は、８〜１２μｍ、少なくとも１２μｍ以下であればよいことが確認された。
【００３８】
以上説明した実験結果から得られた知見を元に、減音量の推定方法及びシステム設計方法について説明する。図７は、減音量の推定方法及びシステム設計方法を説明するフローチャートである。図７に示す制御処理は、例えば最初に図１に示す減音システムを構築する場合に実行される。なお、図７に示す制御処理は、図１に示す推定部２３によって実行される。以下では、図１に示す減音システム１を例に減音量の推定方法及びシステム設計方法について説明する。
【００３９】
図７に示すように、最初に推定部２３がデータ入力処理を実行する（Ｓ１０：データ入力ステップ）。Ｓ１０の処理では、減音量の推定に必要なデータを取得する。例えば、制御部２２に接続されたデータベースから取得してもよいし、作業員等によって入力装置を介して入力された値を取得してもよい。ここでは、減音目標となる周波数帯域、閉塞体４の内部空間Ｓの体積及び噴霧装置２の噴霧能力（単位時間当たりの噴霧量）を取得する。推定部２３は、さらに減音目標となる周波数帯域を取得してもよい。Ｓ１０の処理が終了すると、噴霧勾配算出処理へ移行する（Ｓ１２：算出ステップ）。
【００４０】
Ｓ１２の処理では、推定部２３が、Ｓ１０の処理で得られた閉塞体４の内部空間Ｓの体積及び噴霧装置２の噴霧能力に基づいて、噴霧勾配を算出する。Ｓ１２の処理が終了すると、減音量推定処理へ移行する（Ｓ１４：推定ステップ）。
【００４１】
Ｓ１４の処理では、推定部２３が、減音量を推定する。例えば、推定部２３は、図４に示すグラフと、Ｓ１０の処理で取得された減音目標となる周波数帯域とを用いて、減衰率すなわち減音量を推定する。すなわち、周波数帯域ごとに予め算出された減音量及び噴霧勾配の相関関係に基づいて、減音目標となる周波数帯域における減音量を推定する。Ｓ１４の処理が終了すると、判定処理へ移行する（Ｓ１６）。
【００４２】
Ｓ１６の処理からシステム設計方法となる。Ｓ１６の処理では、Ｓ１４の処理で算出した減音量が減音目標となる周波数帯域の必要減音量を満たしているか否かを判定する。Ｓ１６の処理において、必要減音量を満たしていないと推定部２３が判断した場合には、区間再設定処理へ移行する（Ｓ１８）。
【００４３】
Ｓ１８の処理では、噴霧装置２の噴霧能力を所定の値だけ大きくする。これにより、噴霧勾配が所定の値だけ増加される。その後、Ｓ１２の処理へ移行する。このように、必要減音量となるまで、Ｓ１２〜Ｓ１８の処理が繰り返し実行され、噴霧装置２の噴霧能力が調整される。
【００４４】
一方、Ｓ１６の処理において、必要減音量を満たしていると推定部２３が判断した場合には、図７に示す制御処理を終了する。
【００４５】
以上で図７に示す制御処理を終了する。図７に示す制御処理を実行することによって、水微粒子を用いた場合における減音量を適切に推定することができる。また、水微粒子を用いた減音システムを適切に設計することができる。
【００４６】
次に、本実施形態に係る減音システム１をトンネル発破作業に用いる場合の手順を説明する。図８は、減音システム１を用いたトンネル発破作業のフローチャートである。図８に示すように、なお、図８に示す制御処理の一部は、図１に示す制御部２２によって実行されてもよい。以下では、図１に示す減音システム１を例にトンネル発破作業について説明する。
【００４７】
図８に示すように、最初に仕切材２０ａ、２０ｂをトンネル１０１内に設置し、閉塞体４を形成する（Ｓ２０）。このとき、閉塞体４の内部空間Ｓに噴霧装置２及び換気装置３を制御部２２によって制御可能な状態で設置する。また、Ｓ２０の作業と同時に、切り端１２において爆薬を装填し始めてもよい。次に、制御部２２が噴霧装置２を始動させて内部空間Ｓへの水微粒子の噴霧を開始する（Ｓ２２）。そして、制御部２２は、噴霧開始から約２０分経過したか否かを確認する（Ｓ２４）。噴霧開始から２０分経過と同時に爆薬の装填を終了させると、作業時間のロスがなく効率が向上する。そして、発破処理を行う（Ｓ２６）。トンネル１０１の坑口１１へ向けて伝搬した発破音は、閉塞体４に到達し、内部空間Ｓ中を浮遊する水微粒子によって吸音され、減音される。発破音の確認が終了すると、換気処理へ移行する（Ｓ２８）。Ｓ２８の処理では、制御部２２が換気装置３を始動させて内部空間Ｓを換気する。閉塞体４の内部空間Ｓに減音効果を奏する程度に水微粒子を充填させた場合には、視界不良になるほど水微粒子が内部空間Ｓに浮遊することになる。このため、減音効果を発揮させるか否かの切替を、換気装置３を用いて行う。これによって、トンネル内部までの視界が良好となる。以上で、図８に示す制御処理を終了する。図８に示す制御処理を実行することで、減音設備の設置や後片づけを容易とすることができる。また、減音効果を発揮する構成から発揮しない構成への切替を迅速に行うことができる。
【００４８】
以上、本実施形態に係る減音システム１によれば、噴霧装置２が、仕切材２０ａ、２０ｂによって仕切られて形成された閉塞体４の内部空間Ｓへ水微粒子を噴霧する。このように、開放空間ではなく、仕切材２０ａ、２０ｂによって仕切られて形成された閉塞体４へ水微粒子を噴霧することによって、水微粒子を吸音材として機能する濃度で空間に充填することができる。よって噴霧された水を用いて減音することが可能となる。
【００４９】
また、本実施形態に係る減音量推定方法によれば、噴霧勾配と減音量との相関関係を用いて減音量を推定する。このように、噴霧勾配という新たなファクターを用いることで、減音量を容易に推定することができる。
【００５０】
さらに、推定部２３の推定結果を制御部２２が受信等することにより、図７及び図８に示す処理を機器によって一括処理することができる。すなわち全自動化が実現するため、工数の削減や作業員の安全管理が容易となる。
【００５１】
（第２実施形態）
第２実施形態に係る減音システム１は、第１実施形態に係る減音システムとほぼ同様に構成され、水微粒子の平衡状態を判定する機能を備えている点が相違する。以下では、説明理解の容易性を考慮し、第１実施形態に係る減音システム１と共通の構成については説明を省略し、相違点を中心に説明する。
【００５２】
図９は、本実施形態に係る減音システム１の断面概要図である。図９に示すように、減音システム１は、音を検出可能なマイク３１を有する。マイク３１は、閉塞体４の内部空間Ｓに配置されている。マイク３１は、内部空間Ｓに伝搬する音を検出する。例えば、マイク３１は、閉塞体４の内部空間Ｓに配置されたスピーカ等の音源から出力される音を検出してもよい。あるいは、マイク３１は、噴霧装置２の動作音（例えば１ｋＨｚ以上の広帯域）を検出してもよい。この場合、平衡状態の確認用の音源を別途用意する必要がないため、簡易な構成で平衡状態を判定することができる。マイク３１は、制御部２２に接続されており、検出された音を制御部２２へ出力する。
【００５３】
制御部２２は、マイク３１により検出された音の変化に基づいて、水微粒子が内部空間Ｓにて平衡状態となったか否かを判定する機能を有している。ここで、平衡状態とは、噴霧装置２により供給されて内部空間Ｓを浮遊する水微粒子と重力により落下する水微粒子とのバランスにより、閉塞体４の内部空間Ｓで水微粒子の供給・落下が均衡した状態をいう。すなわち、平衡状態とは、水微粒子が内部空間Ｓを十分に満たし、吸音材として好適に機能することを意味する。水微粒子が内部空間Ｓに満たされていくと、吸音性能が上昇していく。そして、平衡状態となったとき、吸音性能は最大となるとともに一定となる。
【００５４】
上記特性を検証するために、一例として、粒径２０μｍの水微粒子及び粒径４０μｍの水微粒子について、音レベルの時間依存性を測定した。ここでは、噴霧装置２自体が発生した音を測定した。図１０は、閉塞体内の粒径ごとの音レベルの時間依存性を示すグラフである。横軸が噴霧開始タイミングからの経過時間（噴霧時間：秒）、縦軸が音レベル（ｄＢ）である。図１０に示すように、粒径２０μｍの水微粒子を噴霧させた場合、開始から約６０秒までは音レベルの増減が激しく、６０秒後は音レベルが略一定値となった。すなわち、水微粒子が内部空間Ｓを充満していくにつれて、噴霧装置２の作動音が水微粒子により次第に吸音され、ある一定値となった。上記知見のもと、制御部２２は、内部空間Ｓの音レベルが一定値となったときに、平衡状態に達したと判定する。例えば、制御部２２は、単位時間当たりの音レベルの変化が所定値よりも小さくなったときに、平衡状態に達したと判定する。所定値としては、例えば０．３（ｄＢ／ｍｉｎ）が用いられる。
【００５５】
さらに、制御部２２は、平衡状態になった後に発破可能なタイミングであると判定する機能を有している。これにより、発破音を効果的かつ効率的に減音させることができる。
【００５６】
その他の構成は、第１実施形態で説明した構成と同一である。
【００５７】
次に、本実施形態に係る減音システム１の動作について説明する。本実施形態に係る減音システム１は、第１実施形態に係る減音システム１とほぼ同様に動作し、Ｓ２４で示す噴霧時間確認処理を行わず、替わりに平衡状態判定処理を行う点が相違する。
【００５８】
最初に、図８に示す第１実施形態に係る減音システム１の動作と同様に、閉塞体４を形成し（Ｓ２０）、内部空間Ｓへの水微粒子の噴霧を開始する（Ｓ２２）。ここで、制御部２２は、平衡状態判定処理を行う。制御部２２は、マイク３１により検出された音の変化に基づいて、水微粒子が内部空間Ｓにて平衡状態となったか否かを判定する。制御部２２は、例えば音レベルの変化が０．３（ｄＢ／ｍｉｎ）より小さい場合には、平衡状態となったと判定する。そして、制御部２２は、平衡状態となったと判定した場合には、発破可能と判定する。一方、平衡状態となったと判定しない場合には、所定時間経過後に、平衡状態の判定を再度実施する。
【００５９】
Ｓ２６に示す発破処理は、制御部２２が発破可能と判定した後に実施される。Ｓ２６の処理は、制御部２２が行ってもよいし、制御部２２から発破可能の通知を受けた作業員が実行してもよい。その後の処理は第１実施形態に係る減音システム１と同様である。
【００６０】
以上、本実施形態に係る減音システム１によれば、第１実施形態に係る減音システム１と同様の作用効果を奏するとともに、より正確に平衡状態を把握し、発破タイミングを判定することができるため、噴霧に要する時間と水量を最小限にすることが可能となる。このため、発破音を効果的かつ効率的に減音させることができる。また、本実施形態に係る平衡状態判定方法によれば、閉塞体４の内部空間Ｓにおける音の変化に基づいて平衡状態を判定することにより、平衡状態を正確に判定することができるため、噴霧後において水を吸音材として機能できる状態となった旨を判定することが可能となる。
【００６１】
なお、上述した実施形態は本発明に係る減音システム及び減音量推定方法の一例を示すものである。本発明に係る減音システム、減音量推定方法、減音量調整方法及び平衡状態判定方法は、実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。
【００６２】
例えば、上述した第１実施形態及び第２実施形態では、一例として減音システム１の閉塞体４が坑口１１に設置される場合を説明したが、トンネル１０１の何れの場所に設置してもよい。例えば、発破音源１３を含む切り端１２に設けられてもよい。この場合には、仕切材は一つであってもよい。
【００６３】
また、上述した第１実施形態及び第２実施形態では、制御部２２及び推定部２３が別個の装置である例を説明したが、制御部２２及び推定部２３が１つの装置で構成されていてもよい。また、第２実施形態では、制御部２２が平衡状態を判定する機能を有する例を説明したが、推定部２３が平衡状態を判定する機能を有していてもよい。
【００６４】
また、上述した第１実施形態及び第２実施形態では、Ｓ１８の処理において、噴霧装置２の噴霧能力を調整することで噴霧勾配を大きくする例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、Ｓ１８の処理としては、噴霧装置２の噴霧量が一定の条件下で、閉塞体４の長さ方向の距離Ｌ２をより短く設定することで、トータルの減音量が大きくなる場合には、距離Ｌ２をそのように設定してもよい。また、閉塞体４の長さ方向の距離Ｌ２及び噴霧装置２の噴霧能力の何れも調整するとしてもよい。さらに、新たな仕切り板及び噴霧装置を用いて、新たな閉塞体を設置してもよい。さらにまた、Ｓ１８の処理において、余裕のある噴霧能力を有する噴霧装置２で平衡に達するまで（２０分以上）噴霧した後で停止し、停止後の経過時間を用いて空中に浮遊する水微粒子数を調整して減音量を調整する場合には、停止後の経過時間をより短く調整することで、減音量を必要減音量まで増加させることができる。このように、噴霧装置２を停止しても経過時間の調整によって減音量を調整することができるため、噴霧装置２の噴霧時間を短縮することができる。なお、この場合、設定された経過時間内の所望のタイミングで使用（発破）すればよい。
【００６５】
また、上述した第１実施形態では、Ｓ２４の処理において、平衡に達する時間（噴霧開始から２０分程度）まで経過時間を確認する例を説明したが、発破準備完了後に大きな噴霧量で噴霧を開始し、平衡に達する前であっても所定の減音量が見込める水微粒子数となった場合には即発破することで、発破時間間隔、噴霧時間を短縮することができる。
【００６６】
また、上述した第１実施形態及び第２実施形態では、噴霧勾配とは閉空間の単位容積（単位体積）に対する単位時間当たりの噴霧量であり、（Ｌ／（ｍ３・ｈ））で表現される値であると説明したが、上述した実施形態のとおり、噴霧勾配と減量音とに相関があるため、閉空間の単位容積に対する単位時間当たりの噴霧量に追加的なパラメータを付与した場合であっても、減量音と相関があるといえる。よって、噴霧勾配とは、閉空間の単位容積に対する単位時間当たりの噴霧量のみならず、それを包含したパラメータ全てを含み得る。
【実施例】
【００６７】
以下、上記効果を説明すべく本発明者が実施した実施例について述べる。
【００６８】
図１に示す減音システム１を用いて消音した場合のシミュレーションを行った。ここで、トンネル１０１の断面（Ｌ１×Ｌ１）を８ｍ×８ｍとした。また、閉塞体４の長さＬ２を３０ｍとした。発破音源１３から坑口１１までの距離を３００ｍとし、坑口１１を受音点とした。噴霧装置２の噴霧能力と閉塞体４の体積とから算出される噴霧勾配は１（Ｌ／（ｍ３・ｈ））となった。この場合における挿入損失（音のエネルギー損失（ｄＢ））を周波数（Ｈｚ）ごとに計算し、実施例に係る挿入損失の周波数依存性を導出した。結果を図１１に示す。
【００６９】
図１１は、実施例に係る挿入損失の周波数依存性を示すグラフであり、横軸が周波数、縦軸が挿入損失である。図１１に示すように、トンネル発破音として騒音と成り得る１０〜１００Ｈｚの範囲の音が、１０〜２０ｄＢ減音されていることが確認された。このように、水微粒子を用いた減音システム１が有効に機能することが確認された。
【符号の説明】
【００７０】
１…減音システム、２…噴霧装置、３…換気装置、４…閉塞体、１３…発破音源（騒音源）、２０ａ,２０ｂ…仕切材、２２…制御部、２３…推定部、３０…水微粒子、３１…マイク。
【図１】
2014156763.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
2014156763.tif 000009
【図９】
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【図１１】
2014156763.tif 000011
【図６】
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【図１０】
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