理想的には、騒音制御の最も効果的な手段は、騒音源がプラント環境に侵入するのを最初から防ぐことです。つまり、効果的な「Buy Quiet」プログラムを確立して、低騒音出力用に設計された機器を職場に提供することです。 このようなプログラムを実行するには、新しいプラント機器、施設、およびプロセスの騒音特性を制限するための明確でよく書かれた仕様書を、騒音の危険性を考慮して設計する必要があります。 優れたプログラムには、監視と保守も組み込まれています。
機器が設置され、騒音レベル測定によって余分な騒音が特定されると、騒音の制御の問題はさらに複雑になります。 ただし、既存の機器に後付けできるエンジニアリング コントロールがあります。 さらに、通常、各問題に対して複数の騒音制御オプションがあります。 したがって、騒音制御プログラムを管理する個人にとって、それぞれの状況で騒音を低減するために利用できる最も実現可能で経済的な手段を決定することが重要になります。
工場および製品設計における騒音の制御
仕様書を使用して機器の要件、その設置、および受け入れを定義することは、今日の環境では標準的な方法です。 工場の設計者が騒音制御の分野で利用できる最も重要な機会の XNUMX つは、新しい機器の選択、購入、レイアウトに影響を与えることです。 適切に作成および管理された場合、購入仕様による「Buy Quiet」プログラムの実装は、ノイズを制御する効果的な手段であることが証明されます。
施設の設計および機器の調達段階で騒音を制御するための最も積極的なアプローチは、ヨーロッパに存在します。 1985 年、欧州共同体 (EC) (現在の欧州連合 (EU)) の 1994 の加盟国は、機器の種類ごとの個別の基準ではなく、幅広いクラスの機器または機械に対応するように設計された「新しいアプローチ」指令を採用しました。 XNUMX 年末までに、騒音に関する要件を含む XNUMX つの「新しいアプローチ」指令が発行されました。 これらのディレクティブは次のとおりです。
- 指令 89/392/EEC、91 つの修正 368/93/EEC および 44/XNUMX/EEC を含む
- 指令89 / 106 / EEC
- 指令 89/686/EEC、93 つの修正 95/XNUMX/EEC。
上記の最初の項目 (89/392/EEC) は、一般に機械指令と呼ばれます。 この指令は、機械の安全性に不可欠な部分として騒音制御を含めることを機器メーカーに義務付けています。 これらの措置の基本的な目的は、EU 内で販売される機械または装置について、騒音に関する必須要件を満たさなければならないということです。 その結果、1980 年代後半以降、EU 内でのマーケティングに関心のあるメーカーは、低ノイズ機器の設計に大きな重点を置いてきました。
自発的な「Buy Quiet」プログラムの実施を試みる EU 外の企業の場合、達成される成功の程度は、経営階層全体のタイミングとコミットメントに大きく依存します。 プログラムの最初のステップは、新しいプラントの建設、既存施設の拡張、および新しい機器の購入に対する許容騒音基準を確立することです。 プログラムを有効にするには、購入者とベンダーの両方が、指定された騒音制限を絶対要件と見なす必要があります。 製品が、サイズ、流量、圧力、許容温度上昇などの他の機器設計パラメータを満たしていない場合、会社の経営陣によって受け入れられないと見なされます。 これは、「Buy Quiet」プログラムを成功させるために騒音レベルに関して守らなければならないコミットメントと同じです。
上記のタイミングの側面に関しては、設計プロセスの早い段階で、プロジェクトまたは機器の購入のノイズの側面を考慮するほど、成功の可能性が高くなります。 多くの場合、工場の設計者または機器の購入者は、機器の種類を選択できます。 さまざまな選択肢の騒音特性を知ることで、より静かなものを指定できるようになります。
機器の選択に加えて、プラント内の機器レイアウトの設計に早期に関与することが不可欠です。 プロジェクトの設計段階で紙の上に機器を移動することは、後で機器を物理的に移動するよりもはるかに簡単です。 従うべき単純な規則は、機械、プロセス、および作業領域をほぼ同じ騒音レベルに保つことです。 中間の騒音レベルを有する緩衝ゾーンによって、特に騒がしいエリアと特に静かなエリアを分離する。
絶対要件としての騒音基準の検証には、エンジニアリング、法務、購買、産業衛生、環境などの部門の従業員間の協力が必要です。 たとえば、産業衛生、安全、および/または人事部門は、機器に必要な騒音レベルを決定し、機器を認定するために音響調査を実施する場合があります。 次に、会社のエンジニアが購入仕様書を作成し、静かなタイプの機器を選択します。 購入エージェントは、ほとんどの場合、契約を管理し、法務部の担当者に執行の支援を求めます。 これらすべての関係者の関与は、プロジェクトの開始から開始し、資金調達の要求、計画、設計、入札、設置、および試運転を通じて継続する必要があります。
最も完全で簡潔な仕様書であっても、コンプライアンスの責任がサプライヤまたはメーカーに課されない限り、ほとんど価値がありません。 コンプライアンスを決定する手段を定義するには、明確な契約文言を使用する必要があります。 保証を制定するために設計された会社の手順を参照し、従う必要があります。 違反に対する罰則条項を含めることが望ましい場合があります。 執行戦略において最も重要なのは、要件が満たされていることを確認するという購入者のコミットメントです。 コスト、納期、性能、またはその他の譲歩と引き換えに騒音基準を妥協することは例外であり、規則ではありません。
米国内では、ANSI は標準 ANSI S12.16 を公開しています。 新車騒音仕様ガイドライン （1992）。 この規格は、社内のノイズ仕様を作成するための便利なガイドです。 さらに、この規格は、機器メーカーから騒音レベル データを取得するための指示を提供します。 メーカーから取得したデータは、プラントの設計者が機器のレイアウトを計画する際に使用できます。 この規格が用意されているさまざまな種類の独特の機器やツールのため、騒音レベル データの測定に適した単一の調査プロトコルはありません。 その結果、この規格には、さまざまな固定機器をテストするための適切な音響測定手順に関する参照情報が含まれています。 これらの調査手順は、特定のタイプまたはクラスの機器を担当する米国内の適切な業界または専門組織によって作成されました。
既存設備の改造
何をする必要があるかを判断する前に、ノイズの根本原因を特定する必要があります。 そのためには、ノイズがどのように発生するかを理解することが役に立ちます。 騒音は、ほとんどの場合、機械的衝撃、高速の気流、高速の流体の流れ、機械の表面領域の振動、および製造中の製品によって発生します。 後者に関して言えば、金属加工、ガラス製造、食品加工、鉱業などの製造業やプロセス産業では、製品と機械の間の相互作用が騒音を生み出すエネルギーを与えることがよくあります。
ソース識別
騒音制御の最も困難な側面の XNUMX つは、実際の発生源の特定です。 典型的な産業環境では通常、複数の機械が同時に稼働しているため、騒音の根本原因を特定することは困難です。 これは、音響環境を評価するために標準的なサウンド レベル メーター (SLM) を使用する場合に特に当てはまります。 SLM は通常、特定の場所での音圧レベル (SPL) を提供します。これは、複数の騒音源の結果である可能性が最も高いです。 したがって、調査員は、個々の情報源と SPL 全体に対する相対的な寄与を分離するのに役立つ体系的なアプローチを採用する必要があります。 次の調査技術は、騒音の発生源または発生源を特定するのに役立つ場合があります。
- 周波数スペクトルを測定し、データをグラフ化します。
- 時間の関数として、dBA 単位でサウンド レベルを測定します。
- 同様の装置または生産ラインからの周波数データを比較します。
- 一時的なコントロールを使用してコンポーネントを分離するか、可能な限り個々のアイテムをオンまたはオフにしてください。
ノイズの発生源を特定する最も効果的な方法の 1 つは、その周波数スペクトルを測定することです。 データが測定されたら、ソースの特性を視覚的に観察できるように結果をグラフ化すると非常に便利です。 ほとんどのノイズ軽減の問題では、SLM で使用されるフル (1/1) または 3/1 (3/1) オクターブ帯域フィルターを使用して測定を行うことができます。 1/1 オクターブバンド測定の利点は、機器から発せられているものについてより詳細な情報が得られることです。 図 1 は、3 ピストン ポンプの近くで行われた 1/3 オクターブ バンド測定と 1/1 オクターブ バンド測定の比較を示しています。 この図に示されているように、1/1 オクターブ バンド データは、ポンピング周波数とその高調波の多くを明確に識別します。 実線で示され、図 1 の各センターバンド周波数でプロットされているように、25/10,000 またはフル オクターブ バンド データのみを使用すると、ポンプ内で何が起こっているかを診断することがより困難になります。 この図に示すように、27/1 オクターブ バンド データでは、3 ヘルツ (Hz) と 1 Hz の間に合計 3 つのデータ ポイントがあります。 ただし、1/1 オクターブ バンド測定を使用すると、この周波数範囲には合計 XNUMX のデータ ポイントがあります。 明らかに、XNUMX/XNUMX オクターブ バンド データは、ノイズの根本原因を特定するためにより有用なデータを提供します。 この情報は、目的が発生源でノイズを制御することである場合に重要です。 音波が伝達される経路を扱うことが唯一の関心事である場合、音響的に適切な製品または材料を選択するには、XNUMX/XNUMX オクターブ バンドのデータで十分です。
図 1. 1/1 と 1/3 オクターブ バンド データの比較
図 2 は、液体チラー コンプレッサーのクロスオーバー パイプから 1 フィートの距離で測定された 3/3 オクターブ バンド スペクトルと、約 25 フィート離れた場所で測定されたバックグラウンド レベルの比較を示しています (脚注に示されている近似値に注意してください)。 この位置は、従業員が通常この部屋を通り抜ける一般的な領域を表します。 ほとんどの場合、圧縮機室は日常的に作業員が占有することはありません。 唯一の例外は、保守作業員が室内の他の機器を修理またはオーバーホールしている場合です。 コンプレッサー以外にも、このエリアにはいくつかの大型機械が稼働しています。 主な騒音源の特定を支援するために、各機器の近くでいくつかの周波数スペクトルが測定されました。 各スペクトルを歩道の背景位置でのデータと比較すると、圧縮機ユニットのクロスオーバー パイプだけが同様のスペクトル形状を示しました。 したがって、これが従業員の通路で測定されたレベルを制御する主要な騒音源であると結論付けることができます。 したがって、図 2 に示すように、機器の近くで測定された周波数データを使用し、個々の発生源を従業員のワークステーションまたはその他の関心のある領域で記録されたデータとグラフで比較することにより、多くの場合、主要な騒音源を特定できます。 明らかに。
図 2. クロスオーバー パイプとバックグラウンド レベルの比較
サイクリック機器のように騒音レベルが変動する場合、時間に対する全体の A 特性騒音レベルを測定すると便利です。 この手順では、時間の経過とともにどのようなイベントが発生しているかを観察して文書化することが重要です。 図 3 は、機械の 3 サイクル全体にわたってオペレータのワークステーションで測定された騒音レベルを示しています。 図 95 に示すプロセスは、約 96.2 秒のサイクル タイムを持つ製品ラッピング マシンのプロセスを表しています。 図に示すように、33 dBA の最大騒音レベルは、マシン サイクルの XNUMX 秒後の圧縮空気の放出中に発生します。 他の重要なイベントも図にラベル付けされています。これにより、完全なラッピング サイクル中の各アクティビティのソースと相対的な寄与を特定できます。
図 3. 包装オペレーター用のワークステーション
同じ機器を使用する複数のプロセス ラインがある産業環境では、同様の機器の周波数データを相互に比較することは価値のある作業です。 図 4 は、同じ製品を製造し、同じ速度で動作する 1 つの同様のプロセス ラインの比較を示しています。 プロセスの一部には、製造の最終段階として製品に 5 インチの穴を開ける空気圧作動装置の使用が含まれます。 この図を調べると、ライン #2 の全体的なサウンド レベルがライン #1 よりも 2 dBA 高いことが明確にわかります。 さらに、ライン #2 に描かれているスペクトルには、ライン #1 のスペクトルには現れない基本周波数と多くの高調波が含まれています。 したがって、これらの違いの原因を調査する必要があります。 多くの場合、ライン XNUMX の最終パンチ メカニズムの状況のように、重大な違いはメンテナンスの必要性を示します。 ただし、この特定のノイズの問題は、ライン #XNUMX の全体的なレベルがまだ比較的高いため、追加の制御手段が必要になります。 しかし、この調査手法のポイントは、効果的なメンテナンスやその他の調整で簡単に改善できる、類似した機器とプロセスの間に存在する可能性のあるさまざまな騒音問題を特定することです。
図 4. 同一プロセス ラインの最終パンチ操作
上述のように、ＳＬＭは通常、１つまたは複数のノイズ源からの音響エネルギーを含むＳＰＬを提供する。 最適な測定条件の下では、他のすべての機器をオフにして、各機器を測定するのが最善です。 この状況は理想的ですが、プラントを停止して特定の発生源を隔離することはほとんど現実的ではありません。 この制限を回避するために、特定のノイズ源に対して一時的な制御手段を使用することが効果的であることがよくあります。これにより、別のノイズ源の測定が可能になり、短期間のノイズ低減が実現します。 一時的な削減を提供できる利用可能な材料には、合板のエンクロージャー、吸音ブランケット、サイレンサー、およびバリアが含まれます。 多くの場合、これらの材料を恒久的に使用すると、熱の蓄積、オペレーターのアクセスや製品の流れへの干渉、不適切なサイレンサーの選択に伴う費用のかかる圧力低下など、長期的な問題が発生します。 ただし、個々のコンポーネントの分離を支援するために、これらの材料は短期的なコントロールとして効果的です。
特定のマシンまたはコンポーネントを分離するために使用できる別の方法は、さまざまな機器または生産ラインのセクションをオン/オフすることです。 このタイプの診断分析を効果的に行うには、選択した項目をオフにしてもプロセスが機能する必要があります。 次に、この手順が正当であるためには、製造プロセスがいかなる形でも影響を受けないことが重要です。 プロセスが影響を受ける場合、測定値が通常の条件下での騒音レベルを表していない可能性は十分にあります。 最後に、すべての有効なデータを全体的な dBA 値の大きさでランク付けして、エンジニアリング ノイズ コントロール用の機器に優先順位を付けることができます。
適切な騒音制御オプションの選択
騒音の原因または発生源が特定され、それが従業員の作業エリアにどのように放射されるかがわかったら、次のステップは、利用可能な騒音制御オプションを決定することです。 ほとんどすべての健康被害の管理に関して使用される標準モデルは、発生源、経路、および受信者に適用されるさまざまな管理オプションを調べることです。 場合によっては、これらの要素の XNUMX つを制御するだけで十分です。 ただし、他の状況下では、許容できるノイズ環境を得るために複数の要素の処理が必要になる場合があります。
騒音制御プロセスの最初のステップは、何らかの形の音源処理を試みることです。 実際には、ソースの変更は騒音問題の根本原因に対処しますが、バリアとエンクロージャによる音響伝達経路の制御は騒音の症状のみを扱います。 機械内に複数の発生源があり、その発生源を処理することが目的である状況では、コンポーネントごとにすべてのノイズ発生メカニズムに対処する必要があります。
機械的衝撃によって発生する過度の騒音の場合、調査する制御オプションには、駆動力を減らす方法、コンポーネント間の距離を減らす方法、回転機器のバランスを取る方法、および防振金具を取り付ける方法が含まれる場合があります。 高速の気流または流体の流れから生じるノイズに関しては、主な修正は媒体の速度を下げることです。これが実行可能なオプションであると仮定します。 問題のパイプラインの断面積を増やすことで、速度を下げることができる場合があります。 合理化された流れを可能にするために、パイプライン内の障害物を排除する必要があります。これにより、輸送中の媒体の圧力変動と乱流が減少します。 最後に、適切なサイズのサイレンサーまたはマフラーを取り付けると、全体的な騒音を大幅に減らすことができます。 購入者が設定した動作パラメータと制約に基づいて、サイレンサーの製造元に相談して、適切なデバイスを選択してください。
機械の振動する表面領域が空気伝播ノイズの共鳴板として機能する場合、制御オプションには、ノイズに関連する駆動力の低減、大きな表面領域からの小さなセクションの作成、表面の穿孔、基板の剛性の増加が含まれます。または質量、および制振材または防振金具の適用。 防振材および制振材の使用に関しては、製品メーカーに相談して、適切な材料の選択および設置手順について支援を受ける必要があります。 最後に、多くの業界では、製造される実際の製品は、空気伝播音の効率的なラジエーターであることがよくあります。 このような状況では、製造中に製品をしっかりと固定またはより適切にサポートする方法を評価することが重要です。 調査すべきもう XNUMX つの騒音対策は、機械と製品の間、製品自体の部品間、または個別の製品アイテム間の衝撃力を減らすことです。
多くの場合、プロセスまたは機器の再設計およびソースの変更は実行不可能であることが判明する場合があります。 また、ノイズの根本原因を特定することが事実上不可能な場合もあります。 これらの状況のいずれかが存在する場合、音響伝達経路の処理のための制御手段の使用は、全体的な騒音レベルを低減する有効な手段となります。 パス処理の XNUMX つの主要な軽減手段は、防音エンクロージャーとバリアです。
今日の市場では、音響エンクロージャの開発が進んでいます。 いくつかのメーカーから既製の筐体とカスタムメイドの筐体の両方が提供されています。 適切なシステムを調達するには、購入者が現在の全体的な騒音レベル (および場合によっては周波数データ)、機器の寸法、騒音低減の目標、製品の流れの必要性、および従業員のアクセスに関する情報を提供する必要があります。およびその他の運用上の制約。 ベンダーは、この情報を使用して在庫品目を選択したり、購入者のニーズを満たすカスタム エンクロージャを製造したりできます。
多くの場合、商用システムを購入するよりもエンクロージャを設計して構築する方が経済的です。 エンクロージャーを設計する際、エンクロージャーが音響的および生産的な観点から満足できるものであることが証明されるためには、多くの要因を考慮に入れる必要があります。 エンクロージャ設計の具体的なガイドラインは次のとおりです。
筐体寸法。 エンクロージャのサイズまたは寸法に関する重要なガイドラインはありません。 従うべき最良のルールは 大きければ大きいほどいい. 装置が筐体に接触することなく意図したすべての動作を実行できるように、十分なクリアランスを確保することが重要です。
囲い壁。 エンクロージャーによる騒音低減は、壁の構造に使用される材料と、エンクロージャーの密閉度に依存します。 エンクロージャーの壁に適した材料の選択は、次の経験則を使用して決定する必要があります (Moreland 1979)。
- 内部吸収のないエンクロージャの場合:
TL必須=NR+20dBA
- 約 50% の内部吸収:
TL必須=NR+15dBA
- 100% 内部吸収:
TL必須=NR+10dBA。
これらの式で TL必須 はエンクロージャの壁またはパネルに必要な伝送損失であり、NR は削減目標を満たすために必要なノイズ低減です。
シール。 最大限の効率を得るには、すべてのエンクロージャーの壁の接合部をしっかりと固定する必要があります。 パイプ貫通部、電気配線などの周囲の開口部は、シリコン コーキングなどの非硬化性マスチックで密閉する必要があります。
内部吸収。 音響エネルギーを吸収および放散するには、エンクロージャの内部表面積を吸音材で裏打ちする必要があります。 ソースの周波数スペクトルを使用して、適切な素材を選択する必要があります。 メーカーが公開している吸収データは、材料をノイズ源に一致させるための基礎を提供します。 最大音圧レベルを持つソースの周波数に最大吸収係数を一致させることが重要です。 製品ベンダーまたはメーカーは、ソースの周波数スペクトルに基づいて最も効果的な素材の選択を支援することもできます。
エンクロージャの分離. 機械的振動がエンクロージャ自体に伝わらないようにするために、エンクロージャ構造を機器から分離または隔離することが重要です。 パイプの貫通部など、機械の部品が筐体と接触する場合、潜在的な伝送経路を短絡するために、接触点に防振フィッティングを含めることが重要です。 最後に、マシンが床を振動させる場合は、エンクロージャーのベースも防振材で処理する必要があります。
製品の流れを提供する. ほとんどの生産設備と同様に、エンクロージャーの内外に製品を移動する必要があります。 音響的に裏打ちされたチャネルまたはトンネルを使用すると、製品の流れを可能にし、さらに音響吸収を提供できます。 騒音の漏れを最小限に抑えるために、すべての通路は、トンネルまたは水路開口部の最大寸法の内側幅の XNUMX 倍の長さにすることをお勧めします。
ワーカー アクセスの提供。 機器への物理的および視覚的なアクセスを提供するために、ドアと窓を取り付けることができます。 すべての窓が、エンクロージャの壁と少なくとも同じ透過損失特性を持っていることが重要です。 次に、すべてのアクセス ドアは、すべての端をしっかりと密閉する必要があります。 ドアが開いた状態での装置の操作を防ぐために、ドアが完全に閉じている場合にのみ操作を許可するインターロック システムを含めることをお勧めします。
エンクロージャーの換気. 多くのエンクロージャ アプリケーションでは、過度の熱の蓄積があります。 冷却用空気を筐体に通すには、650 ～ 750 立方フィート/メートルの容量の送風機を出口または排出ダクトに取り付ける必要があります。 最後に、吸気ダクトと排気ダクトは吸収材で裏打ちする必要があります。
吸収材の保護. 吸収性素材が汚染されるのを防ぐために、吸収性裏地の上に飛沫バリアを適用する必要があります。 これは、25 ミルのプラスチック フィルムなど、非常に軽い素材である必要があります。 吸収層は、エキスパンド メタル、穴あきシート メタル、またはハードウェア クロスで保持する必要があります。 面材には、少なくとも XNUMX% の開口部が必要です。
代替の音響伝達経路の処理は、音響障壁を使用して受信者 (騒音の危険にさらされている作業員) を直接の音響経路からブロックまたはシールドすることです。 遮音壁は、騒音源と受信機の間に挿入される固体の隔壁や壁など、伝送損失の高い材料です。 バリアは、音源への直接の見通し経路を遮断することで、室内のさまざまな表面での反射とバリアの端での回折によって、音波が受信機に到達するようにします。 その結果、受信機の設置場所での全体的なノイズ レベルが低下します。
バリアの有効性は、ノイズ源または受信機に対するバリアの位置と、バリア全体の寸法の関数です。 潜在的なノイズ低減を最大化するには、バリアをソースまたはレシーバーのいずれかにできるだけ近づけて配置する必要があります。 次に、障壁はできるだけ高く、広くする必要があります。 音の経路を効果的に遮断するために、4 ～ 6 lb/ft 程度の高密度素材3、 使用すべきです。 最後に、バリアには開口部や隙間がないようにする必要があります。これにより、バリアの有効性が大幅に低下する可能性があります。 機器に視覚的にアクセスするための窓を含める必要がある場合は、窓の音響透過率がバリア素材自体と少なくとも同等であることが重要です。
労働者の騒音暴露を減らすための最後の選択肢は、労働者が働くスペースまたはエリアを処理することです。 このオプションは、製品検査や機器監視ステーションなど、従業員の移動が比較的狭い範囲に限定されるジョブ アクティビティに最も実用的です。 このような状況では、音響ブースまたはシェルターを設置して、従業員を隔離し、過度の騒音レベルから解放することができます。 作業シフトの大部分がシェルター内で費やされている限り、毎日の騒音曝露は減少します。 このようなシェルターを構築するには、囲いの設計に関する前述のガイドラインを参照する必要があります。
結論として、効果的な「Buy Quiet」プログラムの実施は、総合的な騒音管理プロセスの最初のステップであるべきです。 このアプローチは、ノイズの問題を引き起こす可能性のある機器の購入または設置を防ぐように設計されています。 ただし、過剰な騒音レベルがすでに存在する状況では、個々の騒音源ごとに最も実用的な工学的制御オプションを開発するために、騒音環境を体系的に評価する必要があります。 騒音制御対策の実施の相対的な優先度と緊急度を決定する際には、従業員の曝露、スペースの占有率、および全体的なエリアの騒音レベルを考慮する必要があります。 明らかに、望ましい結果の重要な側面は、投資した金銭的資金に対して従業員の騒音暴露を最大限に削減し、同時に最大限の従業員保護を確保することです。