JP3752721B2 - 遮音シミュレータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、リスニングルームや音楽練習室等の防音室における遮音構造を設計する際に、様々な遮音構造による遮音性能を電気音響的にシミュレートして、被験者が体感し評価できるようにした遮音シミュレータに関し、実際のリスニングルームでの体感により近づけたものである。
【０００２】
【従来の技術】
リスニングルームや音楽練習室等の防音室の設計において遮音構造の設計は重要である。防音室の特性としては勿論遮音度が高いことが望ましいが、遮音度を高くするほどコストが高くつくことになるので、周囲環境の騒音の大きさ、使用目的、使用者個人の主観（満足度）等に応じて必要でありかつ十分過ぎない遮音度が得られる遮音構造に設計することが重要である。
【０００３】
遮音シミュレータは、防音室の遮音設計をする際に、様々な遮音構造による遮音性能を電気音響的にシミュレートして、被験者（その防音室の使用者）が体感し評価できるようにして、遮音構造（壁の材質、構造、厚さ、窓の構造、大きさ等）を容易に設計できるようにしたものである。
【０００４】
従来の遮音シミュレータは、遮音対象に相当する音声信号を音源装置から発生して、適宜設定した遮音構造に相当する特性を有するフィルタに通して減衰させ、試聴室内に配置したスピーカで再生して、被験者が遮音性能を体感できるようにしていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
防音室内には、エアコン等の空調設備が設けられることが多く、空調設備から発生する音がいわゆる暗騒音となって、被験者の心証を大きく左右する。ところが従来の遮音シミュレータにおいては、このような室内で発生する暗騒音を考慮していないため、シミュレートによって体感した遮音性能と、実際にでき上がった防音室で体感する防音性能とに隔りを生じていた。
【０００６】
この発明は、前記従来の技術における問題点を解決して、実際の防音室により近い防音性能を体感できるようにして、遮音構造の設計をより高精度に行なえるようにした遮音シミュレータを提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、遮音評価対象に相当する音声信号を音源装置から発生して、適宜設定した遮音構造に相当する特性を有するフィルタに通して減衰させてスピーカまたはヘッドホンで再生し、これと同時に室内で発生する空調設備等による暗騒音に相当するノイズ信号をノイズ発生源から発生して前記フィルタを通さずにスピーカまたはヘッドホンで再生するようにしたものである。
【０００８】
これによれば、設計しようとする防音室（リスニングルーム、音楽練習室等）内で発生する空調設備等による暗騒音をシミュレートした上で外界の騒音に対する遮音性能を体感できるので、実際の防音室により近い防音性能を体感することができ、遮音構造の評価および設計をより高精度に行なうことができる。
【０００９】
なお、室外で発生する遮音評価対象の騒音に相当する音声信号をステレオ信号で再生し、室内で発生する暗騒音に相当するノイズ信号を位相シフトして多チャンネル化して再生することにより、遮音評価対象の室外からの騒音を臨場感豊かに再生し、室内で発生する暗騒音を特定の場所に定位するのを避けて（すなわち無定位化して）暗騒音らしさを持たせて再生することができ、より実際に近いシミュレートが実現される。
【００１０】
また、室内で発生する空調設備による暗騒音は、一般にＮＣ（Ｎｏｉｓｅ Ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ）曲線に近い周波数特性を有するので、ノイズ信号を概ねＮＣ曲線に沿った周波数特性とすることにより、室内で発生する暗騒音により近いノイズ信号を発生することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を以下説明する。はじめに、この実施の形態における遮音シミュレートの概要を図２に示す。この実施の形態では、図２（ａ）に示すように、壁１３で遮られた２部屋１２，１４の一方の部屋１２に遮音対象の音源１６があり、他方の部屋１４に空調設備１８がありかつ受聴音２０がいる状態で、２部屋１２，１４を遮る壁１３の遮音性能を電気音響的にシミュレートすることを想定している。
【００１２】
図２（ｂ）は図２（ａ）の状態をシミュレートする遮音シミュレータ１０の全体構成を示す図である。被験者２０がいる試聴室２２内には、左右２チャンネルのメインスピーカ２４，２６と、前方左右２チャンネル、後方左右２チャンネルの暗騒音スピーカ２８，３０，３２，３４が設置されている。
【００１３】
遮音シミュレータ本体１１からは、図２（ａ）の遮音評価対象の音源１６を壁１０で遮音した状態の音をシミュレートしたメイン信号と、空調設備１８による暗騒音をシミュレートした暗騒音信号が出力される。メイン信号はパワーアンプ３６を介してメインスピーカ２４，２６で再生される。暗騒音信号はパワーアンプ３８を介して暗騒音スピーカ２８，３０，３２，３４で再生される。
【００１４】
尚、防音室を設置する現場とか暗騒音レベルが高い場所等でシミュレートする場合は、周囲から入る音の影響を受けないように図２（ｃ）に示すように、シミュレータ本体１０からメイン信号と暗騒音信号をミキシングした信号を出力し、ヘッドホン４０で試聴を行なう。
【００１５】
遮音シミュレータ本体１１のシステム構成を図１に示す。このシステム構成全体をアタッシュケース程度のキャリングケース内に収容して可搬型に構成することにより、防音室を作ろうとする現場に持ち込んでシミュレートを行なうことができる。
【００１６】
図１において、制御用パソコン４２は、操作者によるキーボード４３の操作に基づき装置各部を制御して、シミュレートを実行する。音源録音再生装置４４はＭＤ（Ｍｉｎｉ Ｄｉｓｋ）、ＤＣＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｍｐａｃｔ Ｃａｓｅｔ）、ＤＡＴ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｕｄｉｏ Ｔａｐｅｒｃｏｒｄｅｒ）等のディジタル式録音再生装置で構成され、遮音評価対象の音声信号を２チャンネルで録音し、再生する。
【００１７】
外部入力端子４６，４８は、シミュレート実行前に遮音評価対象の音声信号を音源録音再生装置４４に録音する時は、録音信号をマイク入力あるいはライン入力で入力する。また、再生時（シミュレート実行時）には、必要に応じて外部入力信号を音源録音再生装置４４から再生する信号にミキシングするために、外部入力信号をマイク入力あるいはライン入力で入力する。
【００１８】
スイッチ５０は、音源録音再生装置４４の録音信号の入力と再生信号の出力の切換えを行う。また、再生時には、ステレオで再生するかモノラルで再生（左右チャンネルをミキシング）するかの切換えや外部入力を再生信号にミキシングするかどうかの切換えも行う。スイッチ５２は、シミュレート実行時に必要に応じて外部の有意騒音を室内空調騒音にミキシングするかどうかの切換えを行う。
【００１９】
ディジタルフィルタ５４はＤＳＰで構成され、音源録音再生装置４４から再生された（あるいはこれに外部入力がミキシングされた）遮音評価対象の音声信号に、操作者によって任意に選択された遮音構造の遮音特性に相当するＦＩＲフィルタ特性を付与する。尚、ディジタルフィルタ５４を構成するＤＳＰは音場効果付与（残響音生成）の機能も有している。パソコン４２の記憶装置（ハードディスク等）５６には、各種遮音構造の遮音特性に相当する複数種類のフィルタ特性データ（ＦＩＲフィルタの係数データ）が収容されており、操作者によって選択された遮音構造のデータが読み出されてディジタルフィルタ５４にセットされる。また、記憶装置５６には当該遮音特性に相当する遮音度数値データ、遮音性能グラフ、遮音構造図その他の関連データ（図１０参照）がデータベースとして収容されている。また、残響音生成データも記憶装置５６に記憶されている。
【００２０】
暗騒音源ＤＳＰ５８は、エアコン等の室内空調設備に相当する暗騒音信号を生成するもので、疑似ホワイトノイズに概ねＮＣ曲線相当のフィルタリングを施して出力する。位相シフタ６０は、暗騒音信号を位相シフトして、相互に位相がずれた４チャンネルの暗騒音信号生成する。
【００２１】
出力は、遮音特性が付与された遮音評価対象信号を出力する２チャンネルのメイン信号出力端子６２，６４と、暗騒音信号を出力する４チャンネルの暗騒音信号出力端子６６，６８，７０，７２と、ヘッドホン出力端子７４，７６が設けられている。ヘッドホン出力端子７４，７６からは、メイン信号と暗騒音信号をミキサ７８，８０でミキシングした信号が出力される。ヘッドホン出力端子７４，７６は４系統設けられており、４人の人が同時に試聴して合同で評価できるようにしている。
【００２２】
図１の遮音シミュレータ本体１１において、音源録音再生装置４４に遮音評価対象の音声信号を録音するときは、外部入力端子４６，４８から該当する音声信号をマイク入力あるいはライン入力で入力する。この録音信号は、アッテネータ付ヘッドアンプ８２，８３およびスイッチ５０を介してＡ／Ｄ変換器８４でディジタル信号に変換され、ディジタルフィルタ５４で必要に応じて周波数特性調整等の信号処理が施され（必要なければそのまま通過）、Ｄ／Ａ変換器８６でアナログ信号に戻されて、アッテネータ８８，９０で録音レベルが調整されて、音源録音再生装置４４に録音される。
【００２３】
シミュレート実行時には、音源録音再生装置４４で再生された音声信号は、スイッチ５０で必要に応じて外部入力信号とミキシングされて、Ａ／Ｄ変換器８４でＡ／Ｄ変換され、ディジタルフィルタ５４で操作者によって任意に選択された遮音構造に相当するフィルタ特性が付与される。ディジタルフィルタ５４から出力される音声信号は、Ｄ／Ａ変換器８６でアナログ信号に変換され、アンプ９２，９４を介してメイン信号出力端子６２，６４から出力される。
【００２４】
シミュレート実行時に暗騒音源５８から出力される暗騒音信号は、Ｄ／Ａ変換器９６でアナログ信号に変換され、ミキサ９８で必要応じて外部の有意騒音がミキシングされ、位相シフタ６０で位相シフトされて、暗騒音信号出力端子６６，６８，７０，７２から出力される。また、メイン信号ｃｈ１，ｃｈ２と暗騒音信号ＢＧＮ１，ＢＧＮ２はミキサ７８，８０でミキシングされて、ヘッドホンアンプ１００，１０２を介して４系統のヘッドホン出力端子７４，７６から出力される。
【００２５】
ここで、図１の遮音シミュレータ本体１１の各部の構成について説明する。遮音性能をシミュレートする場合、ディジタルフィルタ５４は、聴感的印象までを近似させようとすると、特に低域においては５Ｈｚ程度の分解能を実現する必要がある。そこで、ディジタルフィルタ５４は例えば図３に概念構成を示すようなマルチサンプルレート信号処理を行なう。これは、入力信号を高域、低域の２帯域に分割して、低域側のサンプルレートを下げることによってハードウェアの規模を大きくすることなくＦＩＲフィルタの分解能を上げるようにしたものである。すなわち、図３のディジタルフィルタ５４は、遮音評価対象の音声信号をローパスフィルタ１０４、およびローパスフィルタ１０４で発生する遅延の調整用ディレイ１１７を介した引算器１１０で２つの帯域に分割し、低域側の遮音特性を付与する低域遮音フィルタ１０６と、高域側の遮音特性を付与する高域遮音フィルタ１０８とでサンプリング周波数を変えてフィルタリングを行い、低域側についてはローパスフィルタ１１１を通し、高域側については、ローパスフィルタ１１１で発生する遅延に相当する分をデイレイ１１９で遅らせて出力し、ミキサ１１５で両帯域の信号をミキシングして出力する。低域遮音フィルタ１０６は高域遮音フィルタ１０８の例えば１／３２のサンプルレートでフィルタリングを行う。低域遮音フィルタ１０６、高域遮音フィルタ１０８は前記メモリ５６（図１）から読み出されたフィルタ係数がセットされ、入力される音声信号をたたみ込み演算して出力する。
【００２６】
これによれば、例えば２０ｋＨｚまでの帯域をカバーしかつ５Ｈｚ程度の周波数分解能を持たせるためには、通常のＦＩＲフィルタではタップ数が８０００以上必要であるのに対し、図３のディジタルフィルタ５４では、ローパスフィルタ１０４を６８９Ｈｚ以上を遮断するように設定して、低域側のサンプルルートを高域側の１／３２とすれば、２５６タップで低域の分解能５．３８Ｈｚが実現される。
【００２７】
暗騒音源ＤＳＰ５８および位相シフタ６０の内部構成を図４に示す。Ｍ系列信号発生器１１２は、例えば図５に示すようにｎ段（例えば２３段）のシフトレジスタ１１４と排他的オア回路１１６の組み合わせで構成される。初期状態として、シフトレジスタ１１４の少くとも１段以上を“１”にセットして、クロック発生回路１１８（図４）から発生されるクロックに従って順次シフトしていくことにより、広帯域の疑似ランダム信号（疑似ホワイトノイズ）を発生させることができる。
【００２８】
Ｍ系列信号発生器１１２から出力される疑似ホワイトノイズ信号は、フィルタバンク１２０に入力される。フィルタバンク１２０は、９バンドのＩＩＲフィルタで構成され、広帯域の疑似ホワイトノイズ信号からオクターブバンドごとの信号を取り出す。この各帯域の信号をそれぞれ対応するアッテネータ１２２（イコライジング手段）でレベル調整して所望の周波数特性を得る。データテーブル１２４（メモリ）には、アッテネータ１２２の特性データとして概ねＮＣ曲線に沿った周波数特性やその他任意の周波数特性の様々なデータが収容されており、操作者のキーボード４３の操作に基づくパソコン４２の指令により、任意の特性が読み出されてアッテネータ１２２にセットされる。これにより、アッテネータ１２２からは、概ねＮＣ曲線に沿った周波数特性あるいはその他任意の周波数特性の広帯域ノイズ信号が出力される。
【００２９】
アッテネータ１２２の出力はミキシングおよび出力レベル調整器１２６で合成して出力される。図６は、室内空調設備（エアコン）から発生する暗騒音の測定値の例を示したもので約２５０Ｈｚよりも上の帯域でＮＣ曲線にほぼ沿った特性を示し、データテーブル１２４には、例えばこのような概ねＮＣ曲線に沿った周波数特性データが収容されている。
【００３０】
尚、以上はノイズ発生源１１２から発生したノイズがホワイトノイズである場合について説明したが、他の種類の広帯域ノイズ源を用いる場合には、そのノイズ自身の周波数特性に応じてアッテネータ１２２（イコライジング手段）を調整して、概ねＮＣ曲線に沿った周波数特性や任意の周波数特性のノイズ信号を作成する。
【００３１】
図４において、位相シフタ６０は、バッファアンプ１２８とアナログ式位相シフト回路１３０，１３２，１３４で構成され、相互に位相がずれた４チャンネルの暗騒音信号を作っている。各出力の位相特性を図７に示す。４チャンネルの出力のうち、２チャンネルＢＧＮ１，ＢＧＮ２はメイン信号にミックスしてヘッドホン出力に併用している。位相が相互にずれた複数の暗騒音を別々の位置から再生することにより、暗騒音の定位感をなくして、暗騒音らしさを持たせて再生することができる。
【００３２】
以上の構成の遮音シミュレータ１０によるシミュレートの操作手順について、図８を参照して説明する。はじめに、遮音評価対象信号を録音するのに先立ち、基準再生レベルを設定する（Ｓ１）。すなわち、再生系の機器（図２のパワーアンプ３６，３８、メインスピーカ２４，２６等）や試聴室２２の条件を固定し、所定の信号レベルの基準音源（ピンクノイズ等）をこの再生系に入力した時に、この基準音源がスピーカから所定の音圧レベルで再生されるように（例えば再生音圧レベル設定表示が１００ｄＢのときにスピーカから実際に再生される音圧レベルが１００ｄＢとなるように）、再生系の出力信号レベルを調整する。
【００３３】
次いで、遮音対象音源信号の平均レベル（ＯＡ値）を測定し、それが前記基準音源の信号レベルと等しい信号レベルで音源録音再生装置４４から再生されるように、音源録音再生装置４４の入力信号レベルを調整して（Ｓ２）遮音対象音源信号を録音する（Ｓ３）。このようにして遮音対象音源信号を録音することにより、音源録音再生装置４４を再生すれば、遮音度の設定が０ｄＢのときに、遮音対象音源が前記所定の音圧レベルでスピーカから再生されることになる。また、再生時に遮音対象音源の再生レベルの設定を変更すると、遮音度０ｄＢのときには、常に再生レベル設定表示された音圧レベルで遮音対象音源がスピーカから再生されることになる。
【００３４】
録音が終了したら、シミュレートを行う。シミュレートに際してはまずシミュレーションパラメータの設定を行う（Ｓ４）。シミュレーションパラメータ設定時のパソコン４２の表示画面を図９に示す。シミュレーションパラメータには、次のものがある。
【００３５】
（ａ） 再生系
スピーカ再生かヘッドホン再生かを選択する。
（ｂ） 再生パターン
Ｍａｉｎ ＳＴＥＲＥＯ、Ｍａｉｎ ＭＯＮＯ、ＢＧＮの３つの再生パターンを選択することができる。Ｍａｉｎ ＳＴＥＲＥＯでは音源録音再生装置４４のＬチャンネルと外部入力のｃｈ１を合成した信号Ｌ＋ｃｈ１がｃｈ１のメイン出力端子６２から出力され、音源録音再生装置４４のＲチャンネルと外部入力のｃｈ２を合成した信号Ｒ＋ｃｈ２がｃｈ２のメイン出力端子６４から出力され、暗騒音信号出力端子６６，６８，７０，７２からは暗騒音源ＤＳＰ５８からの暗騒音信号が出力される。Ｍａｉｎ ＭＯＮＯでは音源録音再生装置４４のＬ＋Ｒがｃｈ１のメイン出力端子６２から出力され、外部入力信号ｃｈ１＋ｃｈ２がｃｈ２のメイン出力端子６４から出力され、暗騒音信号出力端子６６，６８，７０，７２からは暗騒音源ＤＳＰ５８からの暗騒音信号が出力される。ＢＧＮではメイン出力端子６２からは音源録音再生装置４４のＬが出力され、メイン出力端子６４からは音源録音再生装置４４のＲが出力され、暗騒音信号出力端子６６，６８，７０，７２からは暗騒音源ＤＳＰ５８からの暗騒音と外部入力信号ｃｈ１，ｃｈ２をミックスした信号（すなわちこのときスイッチ５２がオン）が出力される。ＢＧＮを使えば、隣室からの騒音に屋外の騒音が加わった状態をシミュレートすることも可能である。
【００３６】
（ｃ） 遮音度
遮音特性として遮音度をＤ等級あるいは実際の測定値等で設定する。遮音度はチャンネルごとに設定することができる。異なる遮音度の同時再生により、遮音欠損等の再現が可能となる。
（ｄ） 暗騒音
暗騒音を付加するか付加しないかおよび付加する場合の特性（ＮＣ値等）を設定する。なお、シミュレーション実行時にこの設定された特性（ＮＣ値等）で暗騒音が再生されるように、暗騒音系統全体のゲインが予め調整されている。
（ｅ） 再生レベル
メイン信号の再生レベルを設定する。
【００３７】
以上によりシミュレーションパラメータの設定を行うと、設定した遮音度に相当する各種データが記憶装置５６から読み出されてパソコン４２の表示画面に表示される。表示画像を図１０に示す。ここでは、遮音度数値データ１３４、遮音性能グラフ（Ｄ等級曲線上に重ね書き）１３６、遮音構造図１３８および関連データ１４０等が表示される。また、遮音フィルタ係数データが記憶装置５６から読み出されて、ディジタルフィルタ５４にセットされる（Ｓ６）。これにより、シミュレーションが可能な状態となり、音源録音再生装置４４を再生状態にすることによりシミュレーションが開始される（Ｓ７）。
【００３８】
シミュレーション実行中は、前記（ｅ）で設定された再生レベル（音圧レベル）に前記（ｃ）で設定された遮音度に相当する減衰をかけた音圧レベルで遮音評価対象信号が再生され、前記（ｄ）で設定された特性に相当する音圧レベルで暗騒音が再生される。そして、遮音性能を評価して（Ｓ８）、満足いくものであれば、その遮音構造に決定し（Ｓ９，Ｓ１０）、満足いかなければ遮音度を設定しなおしてシミュレートを繰り返す（Ｓ１１）。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したようにこの発明によれば、室内空調の暗騒音の影響を考慮した高精度の遮音シミュレーションを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態を示す図で、図２（ｂ），（ｃ）の遮音シミュレータ本体１１のシステム構成を示すブロック図である。
【図２】 この発明の実施の形態を示す概要図である。
【図３】 図１のディジタルフィルタ５４の概念構成を示すブロック図である。
【図４】 図１の暗騒音源ＤＳＰ５８および位相シフタ６０の構成を示すブロック図である。
【図５】 図４のＭ系列信号発生器１１２の構成例を示す図である。
【図６】 室内空調騒音の例を示す線図である。
【図７】 図１の位相シフタ６０の特性図である。
【図８】 図２の遮音シミュレータ１０によるシミュレートの手順を示すフローチャートである。
【図９】 図８の工程Ｓ４におけるパソコン表示画面上の表示を示す図である。
【図１０】 図８の工程Ｓ５におけるパソコン表示画面上の表示を示す図である。
【符号の説明】
１０ 遮音シミュレータ
１１ 遮音シミュレータ本体
１３ 壁（遮音構造）
１６ 音源（室外に存在する遮音評価対象騒音源）
１８ 空調設備（室内に存在する暗騒音源）
２４，２６，２８，３０，３２，３４ スピーカ
４０ ヘッドホン
４３ キーボード（フィルタ特性データ選択手段）
４４ 音源録音再生装置（遮音評価対象音声信号発生手段）
５４ ディジタルフィルタ
５６ メモリ（遮音特性メモリ）
５８ 暗騒音源ＤＳＰ（ノイズ信号発生手段）
６０ 位相シフタ（位相シフト手段）

Claims (3)

1. 各種遮音構造の遮音特性に相当する複数種類のフィルタ特性データを保持する遮音特性メモリと、
   この遮音特性メモリに記憶された複数種類のフィルタ特性データの中から操作者の選択操作により任意に選択指示されたフィルタ特性データを読み出すフィルタ特性データ選択手段と、
   室外に存在する遮音評価対象騒音源から発生する騒音に相当する遮音評価対象の音声信号をステレオ信号で発生する遮音評価対象音声信号発生手段と、
   前記遮音特性メモリから読み出されたフィルタ特性に設定されて、前記遮音評価対象音声信号に対し該当するフィルタ特性を付与して出力するディジタルフィルタと、
   室内に存在する暗騒音源から発生する暗騒音に相当するノイズ信号を発生するノイズ信号発生手段と、
   この発生されたノイズ信号の位相をシフトして、位相が相互にずれた複数チャンネルのノイズ信号を生成する位相シフト手段と、
   前記フィルタ特性が付与された前記遮音評価対象音声信号と当該フィルタ特性が付与されてなくかつ前記位相シフトされた前記複数チャンネルのノイズ信号を再生するスピーカまたはヘッドホンと
   を具備してなる遮音シミュレータ。
2. 前記ノイズ信号が概ねＮＣ曲線に沿った周波数特性を有してなる請求項１記載の遮音シミュレータ。
3. 前記ディジタルフィルタは、
   前記遮音評価対象音声信号入力して該信号を高域と低域に分割する手段と、
   該分割された高域の信号に対して高域側の遮音特性を付与する高域遮音フィルタと、
   該高域遮音フィルタに比べて低いサンプリングレートで、前記分割された低域の信号に対して低域側の遮音特性を付与する低域遮音フィルタと
   を具備することを特徴とする請求項１または２記載の遮音シミュレータ。

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