第6回『電動ユニットの防音対策』

(アームズマガジン 2004年3月号掲載)


今回からは、電動ユニット周辺の防音対策を行います。第1回で御紹介した簡易的方法を踏まえて、更に効果を高める方法について考えて行きましょう。ここでご報告した事柄が、ゲーマーの方々の更なるチューニングにお役立て頂ければ幸いです。

■電動ユニットの防音構造

●電動ユニットの『防音』を実現する上で考慮すべき項目
@遮音効果を高める為、比重の大きい材料を厚く使用する。
A制振材でメカボックスの振動を抑制する。
B音が漏れる隙間を極力作らない。
C音の発生源(電動ユニット)をフローティング支持して、振動が出来るだけ他に伝わらないようにする。
●製作上考慮しなければない項目
@重量増加を出来るだけ防止すること。
A動作に支障が出ないこと。
Bメンテナンスが可能なこと。(比較的容易に分解可能なこと)
●実施項目
@カットオフレバー、突起物除去、メカボックス開口部を塞ぐ
Aスイッチユニット改造
B各部への防音材の貼り付け。(ブチルゴム製粘着テープ(厚さ0.8mm)積層+表面に純鉛防音テープ(厚さ0.3mm))
ブチルゴム製粘着テープ:適度な比重による遮音性と、高い粘着性、制振性能を持つ。メカボックスの制振及び遮音と、粘着性によって、継ぎ目の隙間を防止するシールの役割。
純鉛防音テープ:比重が大きい為、高い遮音力を持つ。表面処理を兼ねる。

●電動ユニット防音対策の基本概念

 前回までは、メカボックス内部の静粛化対策を行って来ました。まずは電動ユニット自体の音の発生を出来るだけ軽減しておくことが重要だからです。今回からは、発生した音を極力外部に漏らさない為の対策、『防音対策』を行っていきます。防音効果を上げる為には、防音材(遮音材、制振材、吸音材)を使用し、発音源(電動ユニット)を、隙間が生じないように厚く覆ってしまえば良いわけです。方法は2種類考えられます。
@電動ユニットの表面を防音材で覆う
重量増加を必要最小限に抑えられる。欠点として、表面が防音材で覆われるため、分解に多少手間が掛かり、メンテナンス性が悪くなる。
A本体フレーム内面を防音材で覆う
電動ユニットに手を加えないので、メンテナンス性は良い。欠点として、対策する部分の面積が広くなるため、重くなる。十分な作業をするためには、本体フレームを2分割する必要があるが、分割作業は容易ではない。(接着されている上、各所にピンが打たれているため)
 作業の容易さ、重量増加軽減、今までの改造項目は、ノーマルと比較して遜色の無い耐久性を持つことを条件に選定されており、頻繁に分解する必要は無いなどの理由から、今回は、電動ユニットのメカボックス表面を防音材で覆う対策を選択します。

●対策方法

 防音材の貼り付け作業を容易にするため、メカボックスの突起物を除去します。さらに、出来るだけ音が漏れる隙間を無くすため、カットオフレバーも廃止します。セミオート機能は無くなるので、使用後のスプリング解放や弾速測定などは、指切り動作にて対処することになります。メカボックスの開口部は、ノズル部と後端部の穴(吸気口として必要)以外全て塞ぎます。遮音性能が高い、出来るだけ比重の大きい材質で塞ぐのが好ましいので、今回は、鉛の小片をリベットのように潰して塞ぎました。

 スイッチは、ストロークエンドの端子と、保持部分を取り除きます。これに伴い、配線の取り回しも変更します。従来機種と同じ構造になるだけなので、実用上は問題無いと考えますが、P90のノーマル状態と比較すると、耐久性は低下する可能性があります。各自の判断において行ってください。
 貼り付ける防音材は、制振材及び遮音材として高性能なもの(密着性、気密性が高く、内部損失が大きく、比重の大きいもの)を選択します。作業性、入手性、価格などを考慮して、ブチルゴム製粘着テープと純鉛防音テープを併用します。初めにブチルゴムテープを重ね貼りして、表面仕上げを鉛テープで行いました。分解可能なように、メカボックスの分離箇所に合わせて防音材も分割して貼ります。比重の大きい鉛の比率を増すと、防音効果は高くなりますが、重くなります。各自の好みにより変更可能です。ただし、厚さに注意しないと防音材が本体フレーム内面と接触し、振動(音)を伝えてしまうので、防音効果が減少したり、変形により粘着部分が内部に張り付いてしまい、取り外しが出来なくなる等、支障が出てきます。防音材と本体フレームには隙間が残るように余裕を持って製作しましょう。フレーム内部の干渉(突出)部分は、除去しておきます。
 電動ユニットは、ノズル周辺の前面部と、対面の後端部、モータホルダ後端部の3ヶ所で支持されます。今回は、電動ユニット単体の防音効果を確認する目的から、吸音材処理を実施していません。
 なお、本来なら、スイッチ機構、トリガーバーも取り外し、この部分にも隙間無く防音対策を施したいところですが、新たにスイッチ機構を製作する必要がある為、今回は割愛しました。

■防音対策の基本要素

●遮音材

空気中を伝わる音を遮断するもの。何か音の出ている物に耳を近づけて、その間に板状のもの(例えば本誌)をはさむと音が小さくなる。音を反射及び遮断している為だ。更に全面を板で囲む(箱状のものを覆い被せる)と音を閉じ込めるので、更に効果が高くなる。このことから、メカボックス、本体フレームは、ギヤノイズやピストン打撃音に対して、『遮音材』としても機能している。基本的に、比重が大きく、厚い物ほど効果がある。(質量(厚さ、比重)が2倍になると、約5dB遮音効果が増す)

●制振材

振動する物(音を出す物)に密着または貼り付けて、振動(音)を抑制するもの。大抵のものは叩くと音がする。音の大きさ、周波数、時間は、素材、形状、大きさによって変わる。例えばコップなどに粘着テープを巻き付け、叩くと音が小さくなり、しかも短時間で止まる。粘着テープがコップの振動を抑制する為だ。基本的に振動を抑制したい物との密着性が良く、比重が大きく内部損失(振動を抑制する早さ)が高い物ほど効果がある。遮音材と併用することで、遮音効果をより高めることができる。

●吸音材

音(言い換えると空気の振動)を熱に変えて吸収するもの。細かい気泡や繊維の隙間を音が通過する時、素材が振動して、細かな摩擦や変形が無数に起こり、熱に変わる。布団にもぐって声を出すと、こもって聞こえる。布団の綿材が声を吸収している為だ。基本的に表面は内部に音が入り込みやすい凹凸があり、内部は音が通過する時の抵抗が大きい緻密な構造で、厚い物ほど効果がある。周囲を遮音材で囲むと、内部で反射を繰り返し、何度も吸音材を通過するので吸音効果が高くなる。

●密閉化

音は空気の振動であり、小さな隙間からでも外に漏れ出す。密閉されている空間で音が出るということは、例えるなら、ペットボトルに水を入れ、振り回しているのと同じような状況である。ここに穴が空いていたら、たとえ小さな穴でも漏れ出してくるだろう。同様にどんなに優秀な防音材を使用しても、隙間が有ったのでは効果は減少する為、出来る限り無くす必要がある。

●フローティング

発生した振動は、固定の為の接触部を伝わり、周囲を振動させて、音を発生させる。例えばモーターなど、振動しているものを机に押し当てると音が大きくなる。振動が接触部分を伝わり、机の板を振動させ、音に変える為だ。接触部分を極力減らす、接触部に内部損失の高い材料をはさむなどして、振動を遮断する。防振ゴム、スプリング、磁石の反発などの方法があるが、振動を遮断する性能(一般的に柔らかい程良い)と、取り付け精度の確保(固定の為にはある程度の硬さが必要)は相反する性質の為、これらのバランスを考慮する必要がある。
※本記事中では、『遮音材』、『吸音材』、『制振材』をまとめて、『防音材』と表現している。
@『電動ユニットの防音対策』対策に使用するもの。前回『エアダンパーシステム』を組み込んだメカボックス。ブチルゴム製粘着テープ(防音素材として以外に、人工芝貼付けテープとして販売されている)、純鉛防音テープ、鉛板(コッキングガンのウェイト等)、プラ板(板厚1mm程度)、ビニールテープ、さら小ネジM3X181個、詰物用さら小ネジM3、M6用平座金4個、カッターナイフ、クラフトナイフ、ニッパ、ペンチ、テーパリーマ、ドリルφ4.8他、金工用ノコギリ、エポキシ系接着剤、ハンマー、当て台、まな板、ハサミ、彫刻刀、ヤスリ、ノギス、スケール、半田ごて、半田、熱収縮チューブ(内径4mm程度と10mm程度、ビニールテープで代用可)、熱源(ライター等。熱収縮チューブ使用時)、その他にメカボックス分解工具、特殊(トルクス)ネジ用工具、ドライバー(+)、ドライバー(−)(ストッパーレール取り外し用)、ピンセット。
Aカットオフレバーをはずし、メカボックス左側面の突起物を削り、穴を塞ぎます。幅の狭い突起は、ペンチで折ることができます。幅の広い突起と、カットオフレバーの取り付け部は、金工用ノコギリを用いて切り取ります。軸受けは、出来れば取り外したくないので、外側面から若干引っ込むようにずらした状態にするのが良いでしょう。モーターホルダの突起も、同様に、金工用ノコギリを用いて切り取ります。
B-1:メカボックス左側面の穴を鉛板で塞ぎます。内側に落ち込むことが無いように、穴の外側を広げる等の加工をします。2箇所の丸穴は、外側からテーパリーマで削るのが確実です。
B-2:鉛板から、詰め物を切り出します。
B-3:鉛の小片をリベットのように使い、穴を塞ぎます。穴部分を脱脂した上で、メカボックスの内側にセロハンテープ等を貼り付け、当て台の上に置きます。
B-4:エポキシ系接着剤を塗布した鉛の小片を、穴に詰めて、外側から、ハンマーで潰して、変形させます。
Cメカボックス左側面の使用していないネジ穴を脱脂した上で、ネジ棒を切った物をエポキシ系接着剤で接着します。メカボックス右側面には、切り離したさら小ネジM3の頭をエポキシ系接着剤で接着します。
Dメカボックス左側面を平らに仕上げ、軸受けの穴部分を洗浄し、軸受けを定位置に戻します。軸受けがゆるくなってしまった場合は、接着し直します。メカボックス外側面軸受け部4ヶ所に、M6用平座金をエポキシ系接着剤で接着します。接着面は、脱脂しておきましょう。スパーギヤの軸受け部には、プラ板を加工してスペーサ部品を作り、エポキシ系接着剤で接着します。この時、スパーギヤの軸受け部の三日月形の穴と、カットオフレバーの取り付け部のネジ穴は、接着剤で埋めておきます。
E今回は、『エアダンパーシステム』を組み込んだメカボックスを使用するので、スプリングガイドに吸気のための穴を加工します。スプリングガイドにφ4.8のドリルを通します。
Fメカボックスを組み立てます。軸受け部には、外側面から、グリスを充填した上で、ビニールテープを貼って塞いでおきます。また、逆転防止ラッチの取り付け穴についても、グリスを充填した上で、ビニールテープを貼って塞ぎます。防音材貼り付け後は、分解が面倒になるので、貼り付け作業前に動作確認を行いましょう。
G-1:防音材を貼り付るため、スイッチユニットを追加工します。右側面は、取り付けネジ部を残して、切り取ります。
G-2:左側面は、固定ネジ部を残して、後部を切り取ります。また、コードを左側面から出すために、角部を切り取ります。
G-3:トリガーを引き切っても、スイッチが外れないように、スイッチホルダの突起を削り取ります。これにより、他の電動ガンと同じように、1つのスイッチにより、制御されることになります。スイッチに付いている樹脂部品と銅板は不要なので取り外します。
H配線は、余裕が出るので切り詰めます。プラス(赤)側は、半田ごてを使って銅板の接続端子からモータ側の配線を取り外し、各寸法分切断します(太い線:約50mm、細い線:約35mm)。端面から約5mm被覆を取り、ほつれないよう軽くよってから、半田上げしておきます。配線は銅板から接続端子だけ切断したものを再利用して接続します。配線は初めと反対向きに端子にはめ、ペンチで軽くかしめておくと仮固定されて、半田付け作業が比較的簡単にできます。半田ごては60Wクラス以上を用い、十分温度を上げておきます。半田ごてを端子に当てた状態で半田をさし、溶けて一体になったら半田ごてを離します。冷えてから、配線を引っ張って外れないことを確認して、熱収縮チューブまたはビニールテープで絶縁します。熱収縮チューブは、半田付け前に配線に通すのを忘れないようにしましょう。マイナス(黒)側の配線は、約90mm切り詰め可能です。切断後、端面両端から20mm被覆を取り、よりあわせ、半田付けをし、絶縁します。
Iヒューズ部は、保持金具のみに熱収縮チューブを被せてから、ビニールテープを一枚貼ればヒューズは外れません。以前紹介した、インシュロックによる固定より、省スペースかつ抜けにくくなります。熱収縮チューブの代わりに、ビニールテープを巻く場合は、ヒューズ端子(保持金具が開いている部分)に粘着材が付着すると接触不良の原因になるので、この部分のみにアルミホイル等の小片を被せて(保持金具全体を覆わないように)保護してから、ビニールテープを巻きます。全体の絶縁は特に必要ありません。強めに引っ張り、簡単に抜けないことを確認します。
J本体フレームの干渉部分を削ります。写真で、金色に塗られた部分は、必ず削ります。銀色に塗られた部分は、干渉している場合、削りましょう。特にナット部は、大きく削り込みます。
Kメカボックスに、ブチルゴム製粘着テープを、貼り付けます。メカボックスの端面から貼っていきましょう。端面用ブチルゴム製粘着テープの幅は、9mmが適切です。メカボックスの側面には、型紙どおりに切り抜いたブチルゴム製粘着テープを貼り付けます。シリンダーパイプ部には、分解が可能なように、はく離紙等を切ったものをはさみます。
Lメカボックスの側面には、片側厚さ最大4mmを目安に、ブチルゴム製粘着テープを、貼り付けます。純鉛防音テープ貼り付け前に、本体フレームとの干渉具合を確認しておきましょう。干渉部分修正後、純鉛防音テープを貼り付けます。
Mモーターホルダおよびモーターの周りは、上面を除き、ブチルゴム製粘着テープ1枚、純鉛防音テープ1枚を貼り付けます。モーターホルダが、分解できるように、フック部に干渉しないように気をつけて貼り付けましょう。モータの動きを阻害しないように、はく離紙等を忘れずにはさみます。
Nセパレータに、ビニールテープを貼り付けます。セパレータのメカボックスの後端部に当る部分にガタ取りのため、ビニールテープを2重に貼り付けます。モーターホルダ後端部に当る角穴部分の左右にも、ガタ取りのため、ビニールテープを2重に貼り付けます。
Oコードは、積層したブチルゴム製粘着テープに埋まるように、メカボックス左側面に配線します。配線後、ビニールテープで固定します。
Pヒューズ、配線、バッテリーが無理無く収まることを確認します。
Q動作確認を行います。エアダンパーが入っていれば、空撃ちで構いません。撃ちながら、上下左右に傾けたり、振ったりして音が大きく変化しないか確認します。音に変化がある場合は、固定が不完全だったり、干渉している部分があると考えられます。問題無ければ、弾道確認をして完成です。

●作動音が減少!

 『電動ユニットの防音対策』によって、作動音が、2.8dB小さくなるという結果になりました。(約30%の減音)対策は、エアダンパーシステム組み込み済みメカボックスに対して行いました。今回の対策により、重量が約170g増加しましたが、……いかがでしょうか?
 次回は吸音処理等も含めた、本体フレーム側の対策を行います。乞うご期待!! 

■メカノイズ測定方法

測定場所は土の地面で周囲に音を反射する有害障害物の無い場所を選定。測定対象の音を出来るだけ正確に測定する為に、反射、共振の影響が少なくなるよう、フローティングさせて測定している。使用銃はP90TR。弾丸発射状態で測定。弾受けは十分距離を取り、着弾音の影響が無い様に配慮。測定位置はユニット上面中央。騒音計で取得したA特性フィルタ(耳の周波数特性に補正するフィルタ)補正済みの作動音をパソコンに取り込み、動作音2秒間の騒音レベル算出と周波数特性分析を実施。同時にオシロスコープの状態監視機能で環境騒音レベルが測定条件を満たすこと(測定レベルと環境騒音レベルの差が20dB以上あること)を随時監視している。今回はメカノイズを測定することを主な目的としており、また環境騒音の影響を極力少なくする為と機材の設置距離の制限から測定対象と騒音計の距離は25cmとした。(使用機器:CUSTOM SL-1370 普通型騒音計、FLUKE 123 Industrial ScopeMeter、EDIROL UA-5 USB AUDIO INTERFACE、ノートパソコンpentiumV750MHz)

■動作波形比較

対策前と対策後の動作波形。3発分を切り出して重ねて表示している。ピストン打撃音は、最大15dB(約80%)の大きな軽減効果が認められる。最も打撃音の影響を受けながら、他の部分と比較し、肉厚の薄いシリンダー部分が、効果的に防音されている為と考える。他に、本体フレーム内部の突起を除去し、フローティングしたことも効果的に機能していると考える。全体的に見ると、効果の高い部分と低い部分があり、今回対策対象外の本体フレームの共振が関係していると考える。作動音中で最大のピークとなっている給弾音(その付随音)も、今回対策対象外であるが、他の部分の制振効果の影響か、2〜3dBの軽減が認められる。

■周波数特性測定結果

広い範囲で高い効果が認められる。約600Hzのピーク(@)は、約3dBの効果が認められるものの、鋭いピークが残る。これは、本体フレームの共振周波数測定結果と一致する。約1800Hzのピーク(A)は約5dBの効果が認められた。主にギヤノイズの低減効果と考える。これ以外の高域ピークも、2〜4dBの減少が見られる。鋭いピークが平坦化され、聴感でも動作音が更にソフトに、小さくなった印象を受ける。(設定:FFTサイズ:2048、窓関数:Hanning。ピーク周波数(全周波数の中で最も大きな音圧レベル)より-20dB(10分の1)以下は無視できる為、切り捨ててある。)

■切り出し用型紙(側面部、ブチルゴム製粘着テープ用)

・メカボックス両側面用の型紙。これ以外の細かい部分は現物合せで製作する。紙面スペースの都合で、右側面用を元にしている。左側は本図と軸対称で製作する。
・『**のみ』、『**以降』の指定で色分けされた箇所は、指定に従いカットして製作する。
・素材製造時の厚さ、製作時の寸法、貼り付け方等によって、寸法誤差を生じる可能性があるので、貼り付け後の仕上がり寸法(特に厚さ方向)をよく確認しながら製作すること。

『次へ』

『戻る』

『TOP』