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リニア問題:騒音問題を解決できるか?

リニアモーターカーと騒音問題
学生時代にリニアの研究をしている同窓生がいた。リニアモーターカーは空中を走行するので、静かで、高速だと言っていた。そもそもの動機は善であった。しかし、速度が上がるにつれて騒音問題が大きくなることを当時は私も同窓生も多分知らなかった。

騒音レベル
そもそも日常生活をしていて静かと感じたり、うるさいと感じるのはどのような状態なのだろうか。東邦精機のHPで判りやすい図表が示されている(参考1)。人が静かだと感じるのは20dBとか、30dBの世界だという。エアコンとかが稼働していると50dB。70dBは掃除機をかけたり、騒々しい街頭のレベルだという。
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騒音規制法
昭和43年に騒音に関する法律を定めている。同3条を判りやすくいえば、騒音防止が必要な場合には知事がその指定地域内での騒音を規制するとある。

栃木県の規制例(その1:在来線)
栃木県のHPを見ていると、在来線の騒音規制についての掲載があった(参考2)。もっとも厳しいところでは、夜間は45dB以下にしなさいとある。45dBとは先の騒音レベルで言えば、「日常生活で望ましい範囲」である。

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栃木県の規制例(その2:新幹線)
栃木県のHPには、在来線に続いて、新幹線の騒音規制についての記載がある(参考2)。ここでは、2つの種類に分類していて、もっとも厳しいところで70dB以下とある。70dBと言えば、掃除機等でかなりうるさいレベルだ。良いか悪いかは別にして、新幹線に伴う騒音規制はこのレベルが基準となっている。

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新幹線の騒音対策
国土交通省のホームページを見ると、新幹線の騒音対策の実施経緯や成果についての記載があった(参考3)。これを見ると、当初は80dB程度だったが対策を加えて、75dBまで下げ、さらには走行速度を上げながらも騒音レベルを維持していることがわかる。つまり、新幹線の速度は車両の性能ではなく、騒音レベルとの戦いだったのだ。

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騒音の原因
九州大学の青木俊之教授によると、列車が騒音を発生する原因は次の3つだという(参考4)。リニア新幹線においてはパンダグラフを使わないので、3つ目の空気力学的騒音振動が特に問題である。

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トンネル微気圧波
空気力学的騒音の中でも特に懸念されるのがトンネルに入り時と出るとき(明かり区間という)の音だ。これをトンネル微気圧波(参考5)と言い、トンネルに入るときにドーンという音が発生するためトンネルドンとも言われる。このトンネル微気圧波は速度の3条に比例して増大するので、高速走行では非常にクリティカルな問題となる。その構造については、JR東海のホームページで詳しく掲載されていた(参考6)。

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トンネル微気圧波への対応策
リニア中央のトンネルは水平に掘られるが、これに加えて垂直なトンネルも掘られる。これは圧縮された空気を逃がすためだが、そこに多孔板をひきつめることでトンネルドンが軽減されるという。このトンネルドンは、トンネルの長さが20kmを超えるとこの微気圧波は弱まるという。極端な話だが、全区間を一つのトンネル(チューブ)にすればこのトンネルドンはなくなるのだろう。さらに言えば、チューブ内を真空にすれば、空気抵抗がなくなり、エネルギー利用効率も高まるのだろう。

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まとめ
騒音が速度の3条に比例して増大するというのは驚きであった。真空チューブ方式にすればこの問題は解決するかもしれないが、新たな問題が山積していて、とても2027年には間に合わない。中間解として、例えば、トンネル区間の空気圧をあらかじめ下げておくという方法はないのだろうか。もしくは、風量を吸収する仕組みをどこかに作っておき、車両の進入に合わせて空気を吸い取り、車両がトンネルを出るときには空気を吐き出すことで、エネルギー効率を高めて、かつ騒音問題を解決する。まあ、思いつきレベルで解決するほど簡単な問題ではないだろう。

以上

 

参考1:http://www.toho-seiki.com/info04_e.htm 
参考2:http://www.pref.tochigi.lg.jp/d03/eco/kankyou/hozen/souon-shindou.html#jourei
参考3:https://www.mlit.go.jp/kisha/oldmot/kisha00/21koutu/kankyou-s10_.htm 
参考4:http://yumenavi.info/lecture.aspx?GNKCD=g003811&OraSeq=80&ProId=WNA002&SerKbn=Z&SearchMod=6&Page=1&KeyWord=新幹線 
参考5:https://ja.wikipedia.org/wiki/トンネル微気圧波 
参考6:
http://company.jr-central.co.jp/chuoshinkansen/assessment/document/yamanashi/_pdf/eis1_yamanashis51-04.pdf