振動の性質、測定と評価

財団法人東京都環境整備公社

東京都環境科学研究所

門屋真希子

振動とは…

・日常生活を送る上で存在しない揺れることは異常なこととして受け止められる

・媒介するものの影響を受ける固体を伝わる波波を伝えるものの影響を受ける（発生源、地面、床といすの振動の合成したもの）

・人の感覚尺度がある周波数、方向によって感じ方が異なる

・感覚尺度と不快さ必ずしも一致しない

振動の性質…固体を伝わる波

振動波の種類 媒質粒子の振動距離減衰(振幅)

エネルギーの割合(％)

伝搬速度m/s

縦波 波の進行方向 1/r2(地表面）1/r（地中）

7 Cp>2.5Cs

横波波の進行方向に鉛直又は水平な面内

1/r2(地表面）1/r（地中）

26 Cs

レイリー波波の進行方向を含

む鉛直な面内1/√r

(全体として)67 Cr≒Cs

• 地盤の種類と固有値

硬質砂礫 10Hz砂礫・ローム層 3Hz

沖積層・埋立 1Hz

• 建物の振動特性

木造２階建て 3～７Hz

RC構造 19/(建物の階数)Hz

人体と振動

振動による人体応答の評価（全身振動）・感覚閾値・健康障害に対する評価・乗り心地のよさ・乗り物酔い

人体の振動特性生理的な反応心理的な反応睡眠影響

感覚閾値（振動知覚）振動を感じる、感じないの境目の値立位、座席面の鉛直方向 0.01m／s2 （JIS C 1510の60dB）

健康障害強い全身振動に長期間暴露された場合の健康障害

乗り心地の良さ仕事やレジャーで活動中に暴露される健康状態での快適性

乗り物酔い0.1～0.5Hz乗り物酔いの発生に対する振動的な運動の影響

全身振動の受感軸座標系（環境ではxyz3軸）

人体の振動特性姿勢、方向、体の部位により反応が異なる

ヒトの部位別 振動伝達と振動数の関係(Szameitat 1976, Szameitat & Dupuis 1976)

仰臥位

X

Y

Z

イスから頭への振動伝達関数と振動数Z方向のみの振動、座位(Dupuis & Hartung 1980)

振動伝達関数と振動数Y方向に移動中、座位(Dupuis & Hartung 1980)

周波数重みづけ補正特性（JIS C 1510) JIS C 1510と ISO2631の比較

生理的な反応刺激振動数（z方向、座位）と愁訴との関係（耐えられない限界の振動を加えたときの愁訴）

Magit & Coerman(1960)

循環器系：血圧上昇、心拍数増加、心拍出量減少など呼吸器系：呼吸数増加代謝 ：酸素消費量増加、エネルギ代謝率の増加など体温 ：体温上昇

睡眠への影響加振器を用いた被験者実験（山崎1975）

測定の条件鉛直方向の振動

60、65、69、74、79dBの5種類睡眠深度 5段階（覚醒、睡眠深度1~3度、REM）

測定結果

心理的な反応振動を感じて、不快に思ったり、不安に感じたりする

心理的な反応と振動との関係・加振器上での被験者実験（音響心理学的評価）

単に振動に対する意識・日常的に振動に暴露されている住民の意識調査と振動の関係

振動発生源に対する迷惑感を含んだ評価

振動暴露量と反応（5段階評価）・ 振動の大きさ（dB、m/s2等）

どの程度まで許容されるか？・ 周波数重み付け特性（周波数補正特性）

周波数による重み付け

振動苦情の傾向…建設作業に対しては増加傾向基準超過はごくわずか

振動の現状…

平成21年度振動規制法施行状況調査結果より

苦情件数 基準超過工場・事業場 580 9建設作業 1458 2道路交通 213 3

鉄道 65 -その他 224 -

課題・現在の苦情内容を精査して現状把握をする・条例の施行状況を把握・適切な振動評価方法の確立・簡便な測定方法・効果的な振動対策

振動の測定（振動規制法準拠）

測定機器 JIS C 1510 で示された振動レベル計

• 基準加速度a0 10-5m/s2

(諸外国では 10-6m/s2を採用している)

振動加速度レベル=20＊log(a/a0) 周波数重みづけなし

• 周波数重みづけ特性（周波数補正特性）

鉛直振動特性（水平方向振動、平坦特性）

• 動特性（時定数） 0.63sec

• 振動レベル（周波数重みづけ特性、振動加速度の実効値a)

Lv=20log(a/a0) （単位：dB）

・ウェーバー-フェヒナーの法則

刺激強度R ΔR／R＝一定人の感覚量E E=alogR （等比級数が等差級数的に対応）

・実効値…電流電圧と同様互いの振動の位相によっては複合波形は異なる。

振動加速度の実効値 A＝√(1/T∫a2dt)

振動レベルの測定…どこを見ればよいか？

波形の区分 測定値の決定方法

変動が少ない場合 その指示値

周期的又は間欠的に変動する場合

変動ごとの最大値の平均値

不規則かつ大幅に変動する場合

5秒間隔100コ又はこれに準じる感覚と個数の測定

値のL10

振動の記録

・レベルレコーダー（振動レベルの記録）長時間の連続変化の様子変動幅の大きい現象の記録記録紙に測定時のイベントを記録できる。

・データレコーダー（振動レベル及び振動波形の記録）長時間の連続測定（ファイルサイズに注意）周波数及び振動強度の把握（周波数分析）欠点：測定時の詳細なメモが別途必要

レベルレコーダー

データレコーダー

１ 測定計画の作成

① 事前の現地調査

発生源だけでなく、伝搬経路まで把握する必要があるため、事前に現地調査の上、測定データの活用方法を考えて、測定計画を立てること。

苦情者やその他住民に聞き取り調査、苦情者との位置関係、施設等の稼働状況（開始、終了及び休止時間）

② 測定計画

測定位置、使用測定機器、測定時間などを決定する。天候にも注意。

２ 測定調査の実施

苦情者や事業所等の同席での調査

抜き打ちでの調査

３ 測定結果のとりまとめ

基準値との関係を整理

対策効果の効果を推計する

４ 対策効果の検証

対策後の振動レベル等の測定による比較（効果がなければ再検討へ）

苦情者への聞き取り

振動レベルの測定、評価、対策及びその検証

振動防止対策

発生源対策機械設備本体の改善（発生しないように）回転機械…バランス、回転数、軸受の構造変更往復動機械…シリンダ数の変更、機械か基礎重量増方向性を持つので、向きを変える

基礎の改善（地盤に振動を伝えないように）防振ゴム、基礎の重量増、ダイヤフラム（空気ばね）

振動伝搬距離減衰、防振溝（あまり効果はない）

受振対策基礎から振動が伝わる場合（個体音）軟弱地盤からコンクリート基礎に高調波は伝わりにくいが、伝わった場合には減衰せずに建物全体に振動が伝わる。

建物全体建物基礎が振動を受けて変形して固有振動を起こす。