ファンの騒音の正体 — dB(A)・phon・soneから読み解く徹底解説

はじめに：仕様書には35 dB(A)とあるのに、機器に組み込むとなぜうるさくなるのか

ほとんどすべてのファン仕様書には「Noise: ≤35 dB(A)」という一行があります。しかし、いざファンを機器に組み込んでみると、耳で聞こえる音はこの数値と合わないことが少なくありません——よりうるさかったり、「耳障り」に聞こえたり、デシベルは高くないのにイライラさせられたりします。

問題はメーカーの誤魔化しではありません。「騒音」とはファン単体の属性ではなく、「ファン＋システム＋人間の耳」の三者が組み合わさった結果だからです。

本記事では、次の4ステップで解き明かします：

1. 音はどのように数値化されるか（デシベルとはどんな単位なのか）
2. 人間の耳は測定値をどう「書き換える」か（A特性加重、phon、sone）
3. ファンの騒音はどこから来るか（空力・機械・電磁の三大発生源）
4. 選定とシステム設計で、騒音を本当に下げるにはどうするか

図 1 · 音圧レベルの目盛り：対数スケールでは +10 dB ごとに主観的な大きさは約2倍になる

1. デシベル：直感に反する単位

1.1 音圧レベルが対数である理由

人間の可聴音圧の範囲は、20 µPa（最小可聴値）から約20 Pa（痛覚閾値）まで、実に100万倍の開きがあります。パスカルで直接表記するのは書きにくいうえ、聴感とも一致しないため、音響学では**音圧レベル（Sound Pressure Level, SPL）**を用います：

Lp = 20 × log10(p / p₀)    単位：dB
p₀ = 20 µPa（1000 Hz における人間の最小可聴音圧）

対数スケールがもたらす、必ず覚えておきたい2つの帰結：

• 音圧が10倍でも、音圧レベルは+20 dB しか上がらない
• エネルギーが2倍でも、音圧レベルは+3 dB しか上がらない——これが後述の「複数台の重畳」計算の基石です

1.2 デシベルは直接加算できない

40 dB のファン2台でも、80 dB にはなりません。結果はこうなります：

L_total = 10 × log10(10^(40/10) + 10^(40/10)) = 40 + 3 = 43 dB

同仕様ファンを重畳させる場合の速算式：

L_total = L_single + 10 × log10(N)

異なる仕様のファンはエネルギー重畳で計算します。たとえば55 dB、60 dB、65 dB の3台が同一システムにある場合：

L = 10 × log10(10^5.5 + 10^6.0 + 10^6.5) ≈ 66.5 dB

直感に反しますが、極めて有用な結論があります。65 dB の1台を止めても、合計騒音は約1.5 dB しか下がらないのです。複数の騒音源が重畳すると、合計レベルはほぼ最大の音源に支配されます——騒音対策では主要因を突くことが鉄則です。

図 2 · 騒音の重畳：同仕様の2倍で +3 dB。異仕様はエネルギー重畳となり、合計レベルは最大の音源に支配される

2. 人間の耳はマイクロホンではない：A特性加重、phon と sone

2.1 等ラウドネス曲線：耳の「出荷時設定」

人間の耳の周波数感度の差は非常に大きく、この特性は等ラウドネス曲線（equal-loudness contours）で記述されます：

• 人間の耳が最も敏感な帯域は1〜4 kHz（まさに悲鳴や警報音の帯域です——進化の産物です）
• 低域は極めて鈍感：30 Hz の純音は、1 kHz より約50 dB 高い音圧でないと、同じ大きさに聞こえない
• 10 kHz を超える高域も同様に鈍感です

図 3 · 等ラウドネス曲線：人間の耳は1〜4 kHzに最も敏感。30 Hz は1 kHzより約50 dB 高くないと同じ大きさに聞こえない

2.2 A特性加重：マイクロホンに「人間の耳のフィルター」を取り付ける

計測器と人間の耳では「聞き方」が異なるため、工学では周波数重み付け特性が導入されました。最も広く使われるのがA特性加重です。40 phon の等ラウドネス曲線に基づき、測定した各帯域の音圧レベルを補正したうえでエネルギー重畳します：

LA = 10 × log10( Σ 10^((Li + Ci)/10) )
Li：第 i 帯域の音圧レベル    Ci：その帯域のA特性補正値

代表的な補正値：

つまり**dB(A) の意味は「この機器の騒音が、人間の耳にはどの程度の大きさに聞こえるか」**です。高速・低コスト・再現性があり、仕様書・法規・品質検査に共通する言語となっています。

2.3 phon と sone：心理音響の言語

A特性加重は依然として「一律に切り捨てた」簡略モデルです。「人間の聴感」をより正確に数量化するには、さらに2段階のスケールがあります：

ラウドネスの換算式：N = 2^((L−40)/10)。すなわち40 phon = 1 sone、50 phon = 2 sone、60 phon = 4 sone です。

2.4 dBA は「80%の解」

熱設計の現場での実測経験から言えること：

• SPL（dBA）は回転数の上昇に対して対数関係で増え、頭打ちの値が存在します
• 一方 Loudness（sone）は回転数に対して指数関係で増えます——実測では SPL が+10 dB(A) なのに、ラウドネスが3倍になった事例もあります

工学的実践のルール：

• ファン単体の評価 → dB(A) で十分
• dBA が接近しているのに片方だけ明らかに「うるさい」 → 心理音響指標の出番：ラウドネス（sone）、シャープネス（Sharpness）、変動強度（Fluctuation Strength）
• dBA の差が大きい場合は、ラウドネスの差も通常大きくなります——だからこそ dBA は第一段階のスクリーニングであり続けるのです

図 4 · SPL(dBA) は回転数に対して対数的に緩やかに上昇し、Loudness(sone) は指数関数的に急上昇する——dBA は「80%の解」

3. ファンの騒音はどこから来るか：三大発生源

3.1 空力騒音（主役で、最大の割合）

回転する羽根が空気を周期的にかき乱し、圧力変動を生じさせること。これがファン騒音の根本的な発生源です。中でも最も識別性が高いのが**羽根通過周波数（BPF, Blade Passing Frequency）**です：

BPF = n × Z / 60    （Hz）
n：回転数（rpm）    Z：羽根枚数

たとえば羽根6枚・2800 rpm のファンでは、BPF = 2800×6/60 = 280 Hz となり、その高次高調波は人間の耳の敏感な帯域に落ちます——これが「ピー——」という唸り音の正体です。このほかにも：

• 乱流騒音：羽根表面の境界層剥離や後流渦の放出による、広帯域の「サー」という音
• 吸排気干渉騒音：羽根車とスクロール舌部／支持架の隙間が狭いほど、ピーク音は鋭くなる
• 失速騒音：設計動作点から外れて運転すると気流の迎え角が異常になり、騒音が顕著に上昇する

これが「ファンの動作点」が騒音に影響する音響学的な説明です。同じ1台のファンでも、P-Q曲線の最右端（大風量・高圧側）まで引っ張っても、最左端まで絞り込んでも、定格動作点よりうるさくなります。

3.2 機械騒音

モーターと軸受の運転音です。軸受の摩耗による異音、回転子の動つり合い不良が引き起こす低周波の振動音、外転子モーターの構造共振などが該当します。機械騒音は使用時間とともに劣化していく傾向があり、騒音の急変は、ファンの寿命が尽きかけている最初のサインであることが少なくありません。

3.3 電磁騒音

モーターの固定子と回転子の間の電磁力による励振で、典型的には電源周波数の2倍とその高調波として現れます（例：50 Hz 給電時の100 Hz の「ブーン」という音）。ECファンは電子整流（スイッチング）方式のため、この項目は通常、ACファンより優れています。ただし、ドライバーの PWM スイッチング周波数の処理が不適切だと、高域のピーク音が発生することがあります。

図 5 · 三大発生源：空力（BPFの線スペクトル＋広帯域乱流）、機械、電磁。スペクトル上で最も目立つのは BPF とその高調波

4. 仕様書の騒音値はどう測られているか（そしてなぜ鵜呑みにできないのか）

4.1 標準測定条件

ファン仕様書の騒音値は、通常定格電圧・定格回転数・無響（自由）音場環境・吸込み口軸方向1mの位置で測定されます。主な測定規格は以下の通りです：

• ISO 3744 / ISO 3745（音響パワーレベルの測定）
• ISO 7779、JIS 8346（情報技術機器の騒音）

4.2 システムに組み込むと変わる理由

仕様書の数値は参考値にすぎません。機器に組み込まれると、少なくとも次の5つの要因によって書き換えられます：

1. 系統抵抗が動作点を変える → 定格動作点から外れ、空力騒音が上昇
2. 風路構造（屈曲、グリル、ルーバー）が付加的な乱流と風道抵抗を生む
3. 構造部材の共振：ファンの振動が薄板の板金に伝わり、「ブーン」という放射音に増幅される
4. 複数台の重畳：台数が倍増するごとの+3 dB 効果
5. 取り付け方法：片持ち支持、ネジ締めトルクの不均一、防振対策の不足は、いずれも振動騒音を持ち込みます

図 6 · 自由音場で35 dB(A) のファンも、機器に組み込まれると動作点のずれ・共振・複数台の重畳によって、実測45 dB(A) 超になることもある

5. 回転数は騒音の第一のレバー

ファンの相似則は、回転数の威力を教えてくれます：

5乗則で概算すると、回転数を半分にすると、音響パワーレベルは約 50×log₁₀(2) ≈ 15 dB(A) 低下します。これが工学の世界で広く流布する「回転数を半分にすれば、騒音は15デシベル下がる」という言い回しの理論的な出所です（実測値は10〜15 dB で、動作条件と測定条件に左右されます）。

この法則から、選定の黄金律が直接導かれます：

必要な風量を満たすことを前提に、より大口径・低回転のファンを優先して選ぶ。 大きな羽根車を低回転で回しても、小さな羽根車を高回転で回しても、同じ風量は実現できます。しかし後者のほうが、音響出力ははるかに大きくなるのです。

図 7 · ファン相似則：回転数を半分にすると、風量 ×0.5、動力 ×0.125、音響パワーレベルは約 −15 dB(A)

6. 実践：機器全体の騒音対策チェックリスト（選定から構造まで）

6.1 選定側（ファンそのもの）

1. 必要十分にとどめ、マージンは50%ではなく20%に——過大スペックの代償は、長期にわたる高回転・高騒音です
2. 同じ風量なら、大口径・低回転を選ぶ
3. EC（電子整流）ファンを優先：滑らかな速度制御、無段階の減速、低い電磁騒音——これこそ、ここ数年 ECファンが ACファンを置き換えている核心的な理由のひとつです。詳細は「ECファンとは」の解説を参照してください。
4. 羽根形式を作動条件に合わせる：後向き遠心（高効率・低騒音。AHUやクリーン環境向け）、前向き（風量は大きいが騒音はやや高め）、軸流（大流量・低圧）。違いの詳細は軸流ファンと遠心ファンの違いを参照してください。

6.2 システム側（機器設計エンジニア）

図 8 · システム側の騒音対策の6つの要点：開口率、直線風路、壁面との間隔、防振、流れの案内、吹出口の滑らかさ

7. 選定に戻る：代表的なシリーズの騒音プロファイル

SUNXFANの製品ラインと組み合わせて、用途ごとに「騒音」という視点から比較してみます：

ひとことでまとめると、騒音対策とは「最も静かなファンを選ぶ」ことではなく、「あなたの動作点で最も静かなファンを選ぶ」ことです。

まとめ

• デシベルは対数スケール：エネルギーが2倍で+3 dB、ファンの台数が2倍でも+3 dB
• dB(A) は人間の耳で補正した工学の言語。phon/sone は心理音響の高精度な言語。dBA が接近しているのに片方がうるさい場合は、シャープネスと変動強度を確認する
• ファン騒音の三大発生源：空力（主役）、機械（劣化のサイン）、電磁（ECの時代にはすでに低減）
• 仕様書の騒音値は自由音場の参考値であり、システムこそが決定的な変数
• 騒音低減の第一のレバーは回転数。大口径・低回転が黄金律。第二のレバーは系統の風道抵抗と取り付け

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