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航空機騒音公害とは、飛行中の航空機によって発生する騒音を指し、睡眠障害から心血管疾患まで、ストレスを介したいくつかの健康への悪影響と関連付けられています。[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]各国政府は、航空機の設計者、製造者、運航者に適用される広範な規制を制定し、その結果、手順が改善され、汚染が削減されました。
航空機騒音とは、航空機またはその構成要素によって発生する騒音公害であり、地上駐機中の補助動力装置、タキシング中、プロペラやジェット排気によるエンジン始動時、離陸時、出発・到着経路の下方および側面、飛行中の上空、着陸時など、あらゆる状況で発生します。ジェットエンジンやプロペラを含む航空機の移動は、空気の圧縮と希薄化を引き起こし、空気分子の運動を生み出します。この運動は圧力波として空気中を伝播します。これらの圧力波が十分に強く、可聴周波数帯域内にある場合、聴覚が生じます。航空機の種類によって、騒音レベルと周波数は異なります。騒音は主に次の3つの発生源から生じます。
プロペラ機の騒音の大部分は、プロペラと空力特性から発生します。ヘリコプターの騒音は、メインローターとテールローターからの空力特性による騒音と、メインギアボックスや各種トランスミッションチェーンからの機械特性による騒音です。機械的な騒音源は、回転速度と可動部品の動きに関連した狭帯域の高強度ピークを生成します。コンピュータモデリングの観点から見ると、移動中の航空機からの騒音は線音源として扱うことができます。
航空機のガスタービンエンジン（ジェットエンジン）は、離陸時や上昇時に発生する騒音の大部分の原因であり、例えばファンブレードの先端が超音速に達した際に発生するチェーンソーのような音などが挙げられます。しかし、騒音低減技術の進歩により、着陸時には機体自体がより大きな騒音を発するようになっています。
エンジンの騒音の大部分はジェット音によるものですが、バイパス比の高いターボファンエンジンではファン音もかなり大きくなります。エンジンの後部から噴出する高速ジェットは、せん断層が十分に厚くない場合、固有の不安定性を持ち、リング渦に巻き上がります。これが後に乱流に崩壊します。エンジンの騒音に関連する音圧レベル（SPL）は、ジェット速度（高出力）に比例します。したがって、排気速度をわずかに低下させるだけでも、ジェット音は大幅に減少します。[ 4 ]
エンジンは航空機の騒音の主な発生源です。[ 5 ]ギア付きプラット・アンド・ホイットニー PW1000Gは、ボンバルディア C シリーズ、三菱 MRJ、エンブラエル E-Jet E2クロスオーバーナローボディ機の騒音レベルを低減するのに役立ちました。ギアボックスにより、ファンは最適な速度で回転し、LP タービンの 3 分の 1 の速度で回転するため、ファンの先端速度が遅くなります。現在の同等品よりも騒音フットプリントが 75% 小さくなっています。[ 5 ]スホーイ スーパージェット 100のPowerJet SaM146は、 3D空力ファンブレードと長い混合ダクトフローノズルを備えたナセルを備え、騒音を低減します。[ 5 ]
空力騒音は、航空機の胴体や操縦翼面周辺の気流によって発生します。この種の騒音は、航空機の速度が上がるにつれて大きくなり、また低高度では空気密度が高いため大きくなります。ジェット機は、空力特性によって非常に大きな騒音を発生させます。特に低空を高速で飛行する軍用機は、非常に大きな空力騒音を発生させます。
航空機の機首、風防、キャノピーの形状は、発生する音に影響を与えます。プロペラ機の騒音の多くは、ブレード周辺の空気の流れによる空力的なものです。ヘリコプターのメインローターとテールローターも空力的な騒音を発生させます。この種の空力的な騒音は、主にローターの回転速度によって決まる低周波です。
一般的に、騒音は、航空機の翼や着陸装置などの物体を気流が通過する際に発生します。機体騒音には大きく分けて2つの種類があります。
大型超音速航空機によるソニックブームは特に大きく、驚愕させる可能性があり、人々を起こしたり、一部の構造物に軽微な損傷を与えたりすることがある。このため、陸上での定期的な超音速飛行は禁止された。ソニックブームを完全に防ぐことはできないが、機体の形状を注意深く設計することで、ソニックブームによる迷惑を軽減し、陸上での超音速飛行が実現可能な選択肢になる可能性があることが研究で示唆されている。[ 7 ] [ 8 ]
コックピットや客室の与圧・空調システムは、民間機と軍用機の両方において、客室内の騒音の主な原因となることが多い。しかし、民間ジェット機の客室騒音の最も大きな発生源の一つは、エンジン以外では補助動力装置（APU）である。APUは、機体に搭載された発電機で、通常は圧縮空気を用いて主エンジンを始動させ、地上にいる間は電力を供給する。その他、軍用機に搭載されている特殊な電子機器など、機内のシステムも騒音の原因となることがある。
航空機のエンジンは騒音の主な発生源であり、離陸時には140デシベル（dB）を超えることがあります。飛行中は、エンジンと機体上の高速乱気流が主な騒音源となります。[ 9 ]
騒音レベルの上昇は健康に悪影響を及ぼします。職場やその他の場所での騒音レベルが高いと、聴覚障害、高血圧、虚血性心疾患、不快感、睡眠障害、学業成績の低下を引き起こす可能性があります。 [ 10 ]ある程度の聴力低下は加齢とともに自然に起こりますが、[ 11 ]多くの先進国では、騒音の影響は生涯を通じて聴覚を損なうのに十分です。[ 12 ] [ 13 ]騒音レベルが高いと、ストレスが生じ、職場での事故率が増加し、攻撃性やその他の反社会的行動を刺激する可能性があります。[ 14 ]空港の騒音は高血圧と関連付けられています。[ 15 ]航空機の騒音は心臓発作 のリスクを高めます。[ 16 ]
2000年代後半、ベルンハルト・グライザーはドイツの中央環境庁であるUmweltbundesamtのために、航空機騒音の健康影響に関する大規模な統計分析を実施した。ケルン空港周辺の100万人以上の住民の健康データが分析され、航空機騒音と相関する健康影響が調べられた。その後、データの歪みを軽減するために、住宅地における他の騒音の影響や社会経済的要因について結果が補正された。[ 17 ]
ドイツの研究では、航空機の騒音が明らかに健康に重大な悪影響を及ぼすことが結論付けられました。[ 17 ]例えば、日中の平均音圧レベルが60デシベルの場合、冠状動脈性心疾患のリスクが男性で61%、女性で80%増加しました。別の指標として、夜間の平均音圧レベルが55デシベルの場合、心臓発作のリスクが男性で66%、女性で139%増加しました。ただし、統計的に有意な健康への影響は、平均音圧レベルが40デシベルという早い段階から始まっていました。[ 17 ]
連邦航空局 ( FAA ) は、航空機が特定の騒音認証基準を満たすことを義務付けることで、個々の民間航空機が発する最大騒音レベルを規制しています。これらの基準は、「ステージ」指定によって最大騒音レベル要件の変更を規定しています。米国の騒音基準は、連邦規則集 (CFR) タイトル 14 パート 36 – 騒音基準: 航空機タイプと耐空性認証 (14 CFR パート 36) で定義されています。FAA は、昼夜平均最大騒音レベルが 65 dB では住宅地と相容れないと述べています。[ 18 ]影響を受ける地域のコミュニティは、防音などの緩和策の対象となる場合があります。
航空機の騒音は、機内の乗務員や乗客にも影響を及ぼします。客室の騒音は、パイロットや客室乗務員の職業上の曝露や健康と安全に対処するために調査することができます。1998年には、64人の民間航空会社のパイロットが聴力損失と耳鳴りについて調査されました。[ 19 ] 1999年には、NIOSHがいくつかの騒音調査と健康被害評価を実施し、8時間TWAとして推奨曝露限度である85A加重デシベルを超える騒音レベルを発見しました。[ 20 ] 2006年には、巡航中のエアバスA321の機内騒音レベルは約78dB(A)と報告されており、航空機エンジンが最小限の推力を発生させているタキシング中は、客室内の騒音レベルは65dB(A)と記録されています。[ 21 ] 2008年にスウェーデンの航空会社の客室乗務員を対象に行われた調査では、平均騒音レベルは78～84 dB(A)で、最大A特性曝露は114 dBでしたが、大きな聴力閾値の変化は見られませんでした。[ 22 ] 2018年に6つの航空機グループを代表する200便の騒音レベルを測定した調査では、平均騒音レベルは83.5 dB(A)で、一部の便では110 dB(A)に達しましたが、NIOSHが推奨する8時間TWAの85 dB(A)を超えたのはわずか4.5%でした。 [ 23 ]
65 dB(A) の模擬航空機騒音は、 個人の記憶力や聴覚情報の想起に悪影響を与えることが示されています。[ 24 ]航空機騒音の影響とアルコールの影響を認知能力と比較したある研究では、65 dB(A) の模擬航空機騒音は、血中アルコール濃度 (BAC) が 0.10 の酩酊状態にある場合と同様に、個人の聴覚情報の想起能力に影響を与えることがわかりました。[ 25 ] BAC が 0.10 は、オーストラリアなどの多くの先進国で自動車を運転するために必要な法定限度の 2 倍です。
米国では、1960年代後半に航空機の騒音が社会問題となって以来、政府は法規制を制定してきた。航空機の設計者、製造者、運航者は、より静かな航空機とより優れた運航手順を開発してきた。例えば、現代の高バイパスターボファンエンジンは、1960年代のターボジェットや低バイパスターボファンに比べて著しく静かである。FAA航空機認証は「ステージ 3」航空機に分類される騒音低減を達成し、その後「ステージ4」騒音認証にアップグレードされ、 より静かな航空機が実現した。これにより、交通量の増加と人気にもかかわらず、騒音への曝露は減少した。[ 26 ]
1980年代、米国議会はFAAに対し、空港近くの住宅の遮音対策プログラムを策定することを承認した。これは外部騒音には対処しないが、住宅の内部には効果がある。この技術が最初に適用された空港には、カリフォルニア州のサンフランシスコ国際空港とサンノゼ国際空港がある。コンピューターモデルを使用して、航空機の騒音が建物構造に与える影響をシミュレートする。航空機の種類、飛行パターン、地域の気象条件の変動を研究することができる。そして、屋根の改修、窓ガラスの改善、暖炉の遮音、構造継ぎ目のコーキングなどの建物改修戦略の利点を評価できる。[ 27 ]
騒音レベルは、米国連邦規則集（CFR）第14編第36部で定義されています。 [ 28 ] 民間航空機の場合、米国FAAステージ1が最も騒音が大きく、ステージ4が最も静かです。[ 29 ] ステージ 3 は、2000 年以降、米国の民間空港のすべての大型ジェット機およびターボプロップ機に義務付けられ、[ 28 ] 75,000ポンド (34トン) MTOW未満のジェット機には、2015 年 12 月 31 日まで 少なくともステージ 2 が義務付けられていました。 [ 29 ] 以前は、大型飛行機のステージ 4 であり、ICAO附属書 16、第 1 巻第 4 章の基準に相当していましたが、より厳格な第 14 章は 2014 年 7 月 14 日に発効し、FAA によって 2016 年 1 月 14 日からステージ 5 として採用され、重量に応じて 2017 年 12 月 31 日または 2020 年 12 月 31 日以降の新しい型式証明書に有効になりました。 [ 28 ]
米国では、騒音の大きいステージ1と静かなステージ2のヘリコプターの両方が許可されています。[ 29 ] 最も静かなステージ3のヘリコプター騒音基準は2014年5月5日に発効し、ICAO第8章および第11章に準拠しています。[ 28 ]
イギリスのロンドンにあるヒースロー空港、ガトウィック空港、スタンステッド空港、およびドイツのフランクフルト空港では、夜間の騒音曝露を減らすために夜間飛行制限が適用されています。 [ 32 ] [ 33 ]
最新の高バイパスターボファンエンジンは、燃費効率が良いだけでなく、旧型のターボジェットエンジンや低バイパスターボファンエンジンよりもはるかに静かです。新しいエンジンでは、騒音低減シェブロンによってエンジンの騒音がさらに低減されますが、[ 34 ]古いエンジンでは、過剰な騒音を軽減するために消音キットが使用されます。
エンジンが航空機の翼の下にある場合、騒音低減能力は制限される可能性があります。NASA は 、2026 ～ 2031 年までにステージ 4 の制限値を累積で 20 ～ 30 dB 下回ることを期待していますが、航空機の騒音を空港の境界内に収めるには、少なくとも 40 ～ 50 dB の低減が必要です。[ 35 ]着陸装置、翼スラット、翼フラップも騒音を発生させるため、新しい構成で地上から遮蔽する必要があるかもしれません。[ 35 ] NASA は、翼上および胴体中央のナセルが、ハイブリッド翼胴 の場合、騒音を 30 ～ 40 dB、さらには 40 ～ 50 dB低減できることを発見しました。これは、オープン ローターにとって不可欠かもしれません。[ 35 ]
2020年までに、開発中のヘリコプター技術と新しい手順により、騒音レベルを10 dB、騒音フットプリントを50%削減できる可能性があるが、ヘリポートを維持または拡張するには、さらなる進歩が必要である。[ 35 ]パッケージ配送用UASは、騒音を特性評価し、制限を設定し、影響を軽減する必要がある。[ 35 ]
衛星航法システムの使用は騒音軽減に貢献できることが2013～14年の試験で判明したが、飛行経路が集中するため、必ずしも有益な結果が得られたわけではなかった。飛行角度と飛行経路を変更することで、一部の地元住民の騒音軽減に変化が見られた。[ 36 ] [ 37 ]
一般的な：
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