音と航空機 快適なサウンドスケープを描く

騒音と呼ばれる不快な音は航空機にとどまらず、私たちの生活に溢れている。そもそも私たちには、なぜ不快に感じる音があるのだろうか。音に関する科学技術の進歩と騒音との歴史的関わりを追究する『騒音の歴史』（マイク・ゴールドスミス著／東京書籍）には、何百万年も遥か昔、不意をつく大きな音は危険を意味していた、とある。火山の爆発や地響き、あるいは飢えた動物の息づかい。音に敏感に反応することは、私たち人間の生き抜く術の一つ。その本能が今も脈々と受け継がれているのかもしれない。

「吸音ライナとは、騒音を低減するために使用される壁面のようなものです」と、この研究に関わってきた石井達哉は説明する。吸音という言葉は聞き慣れないかもしれないが、例えば冬、雪の積もる朝に広がる静かな景色を思い浮かべてほしい。あの凛とした静寂は雪による吸音で、雪の結晶のギザギザとした形によって生まれている。「JAXAが開発する吸音ライナには２種類あります。１つは雪の結晶と同じような仕組みを活用した、スポンジのような多孔質材のもの。雪の結晶のギザギザの役割を小さな無数の穴や細かい繊維が担っています。もう１つは、小さな穴が開いた表面板とハチの巣状（ハニカム構造）のような複数の空洞で構成されたもので、共鳴によって吸音します。共鳴というと音が増幅して大きくなるイメージを持ちやすいですが、ハニカム構造の内部で空気が共鳴することによって表面板の小さな穴の中で空気が往復運動して、摩擦や干渉によって音の反射や通過を妨げられます。この２種類の吸音ライナが旅客機のエンジン内部に組み込まれ、音が吸収されるんです」。

エンジンにおける吸音ライナの開発では、音と性能や強度とのバランスも重視される。「吸音ライナの表面には、エンジンに吸い込まれた、あるいはエンジンから排出される空気の流れがあります。その流れが吸音ライナの小さな穴のある表面との間で摩擦を起こすと、エンジンの燃費、さらには旅客機全体の燃費に影響するんです。また旅客機の飛行中、吸音ライナは高速の気流にさらされますから、それに耐えられる強度も必要となります。開発には騒音低減のみならず燃費やコストやメンテナンスも関わるため、複合的な観点を考慮しながら吸音ライナを開発することが求められています」。

航空機による騒音は機体による「風切音」も大きな要因の一つである。FQUROHプロジェクトではその風切音に特化し、夜の忍者とも呼ばれるフクロウの飛行にヒントを得た技術開発が進んでいる。その開発に携わるのが高石武久だ。
「フクロウの多くは夜行性で、羽音をたてずに滑空し獲物を捕らえています。本来、鳥の飛行では風を切ることで羽のまわりに空気の渦が発生し音が生まれているんですが、フクロウは羽にある細かく並んだトゲのような構造が空気の渦を抑え、風切音をなくしています。プロジェクトではこの原理をヒントに、旅客機の風切音の低減技術を開発しているんです」。

「旅客機における風切音の主な発生源は、主翼の前後にあるスラット・フラップと呼ばれる高揚力装置と前脚・主脚です。これらのまわりの空気の流れから、大小さまざまな渦が発生し風切音が生まれます。音の発生方法はそれぞれ異なるため、低減策もそれに応じてコンピュータシミュレーションなどで検討しています」。
FQUROHプロジェクトでは「ビームフォーミング」という技術を活用し、音を計測している。「ビームフォーミングは、機体のどの部分から音が発生しているのかを可視化する技術です。飛行機を実際に飛ばし、地上に並べた200本近くのマイクで音の波形を同時計測。いつどのマイクが音を計測したか。その時差と飛行機との距離を逆算して、音の発生源を特定し計測しています。高揚力装置と前脚・主脚が大きな発生源であることを特定したのにも、この技術が活用されています」。
「また、プロジェクトでは空気の渦だけではなく、人間の耳にとって聞こえる範囲、可聴域にも着目しています。人間は低い音のほうが聞き取りにくく、音圧が大きかったとしても音が低ければ気にならないんです。ですから音圧を測定した上で、さらに人間の耳にはどうか？というのを考慮（聴感補正）し、騒音対策を行っています」。こうして人間の性質にも寄り添いながら、旅客機の静音化に取り組んでいる。

旅客機で移動する人々は、約20年後には現在の２倍になるとの予想もある。私たちは旅客機を使い、ますます便利に移動をし、自由な生活を送っていけるだろう。一方でその数に比例して騒音が増えることにもなりかねない。そんななか航空技術部門が取り組む騒音低減は、私たちを不快感から解放し、心理的な自由をもたらす営みであるとも言えるのかもしれない。より快適なサウンドスケープを想像し、今日も研究が進められている。