高速鉄道トンネル出口から発生するインパルス騒音の消音装置開発に関する研究

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高速鉄道において列車がトンネルに突入する際、トンネル内の空気を圧縮し圧縮進行波を生ずる。その圧縮波は音速でトンネル内を伝わるにつれ、その先端が切り立ち、出口で微気圧波(正のインパルス音)となって騒音となる。音圧はピーク値で150Pa以上(幅約20ms,トンネル出口より20m地点)になり、ちょうど打ち上げ花火が頭上で炸裂したような音である。スピーカから逆位相の音を出力し能動消音する方法が考えられるが、振幅の点で非常に困難である。そこで真空容器にシャッタを取り付け、これを高速開閉することで負のインパルス音を発生することのできる消音装置を試作した。図1に示す円筒型真空容器にシャッタを取り付け、容器内部を0.1気圧程度に減圧する。そしてシャッタを短時間で開閉することにより、負のインパルス音を発生させる。容器の大きさは実際のトンネルの断面積と圧縮波の気圧より決定した。シャッタ可動部はリニアベアリングで支えられ、エアシリンダで動作する。従来のシャッタに比べ、面積を4倍にし、てこにより高速動作可能にした大型のシャッタ(開口部400mm^*400mm)を加圧し実験したところ、最大で-8Pa(幅約50ms,測定距離2m)の負の微気圧波が発生した。これは実際の1/100のオーダである。また、開口面積と発生負波の関係は、比例することが明らかとなった。負圧を用いる方法では、大気圧との差が1気圧が限界であり、また空気の粒子速度が遅くなる。そのため、より大音圧の負の微気圧波を発生させるには、開口面積を大きくしなければならないが装置が巨大化してしまう。そこで図2に示すように、圧縮進行波の先端部の切り立ちを正圧で緩和し微気圧波の発生を抑制することを今後検討したい。