JP4726174B2 - 室内の音響設計方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建物の室内音響設計方法に関する。また、明瞭度が悪い室内の改修の対策立案に有効な室内の音響設計方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術では、目標とする明瞭度から室内の平均吸音率を決定するのではなく、その他の諸条件が全て決まった段階でその室の平均的な明瞭度を予測するという方法であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術では、試行錯誤で平均吸音率や残響時間を与えながら、予測される明瞭度を設計目標値（目標明瞭度）に近付けていくという手法を取らざるを得ないため、手間が掛かる。
また、予測計算は音源や受音点を固定して行わなければならないため、室内の平均的な明瞭度を求める際にも相当数の点で計算を実施する。このため、平均吸音率や残響時間の決定作業に多大な時間を要するなどの問題があった。
【０００４】
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、室内音響設計を効率的に行うことが可能な室内の音響設計方法を提供することを課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のうち請求項１に記載した発明は、予め明瞭度、（室容積／室表面積）、及び平均吸音率をパラメータとした関係式を用意し、その関係式に基づき、対象とする室の（室容積／室表面積）及び目標とする明瞭度に対応する平均吸音率を求めることを特徴とする室内の音響設計方法を提供するものである。
【０００６】
次に、請求項２に記載した発明は、予め明瞭度、（室容積／室表面積）、及び平均吸音率をパラメータとした関係式を用意し、その関係式によって、明瞭度、（室容積／室表面積）、及び平均吸音率の関係を表すマップデータをデータベース化しておき、該データベースに基づき、対象とする室の（室容積／室表面積）及び目標とする明瞭度に対応する平均吸音率を求めることを特徴とする室内の音響設計方法を提供するものである。
【０００７】
次に、請求項３に記載した発明は、請求項１又は請求項２に記載した構成に対し、上記求めた平均吸音率を満足する内装材を選定することを特徴とするものである。
次に、請求項４に記載した発明は、予め明瞭度、（室容積／室表面積）、及び平均吸音率をパラメータとした関係式を用意し、その関係式に基づき、明瞭度と平均吸音率との明瞭度−平均吸音率曲線を、室の（室容積／室表面積）を変えて複数描画してなるチャート図を求め、該チャート図に基づいて音響設計を行うことを特徴とする室内の音響設計方法を提供するものである。
【０００８】
次に、請求項５に記載した発明は、予め明瞭度、（室容積／室表面積）、及び残響時間をパラメータとした関係式を用意し、その関係式に基づき、対象とする室の（室容積／室表面積）及び目標とする明瞭度に対応する残響時間を求めることを特徴とする室内の音響設計方法を提供するものである。
次に、請求項６に記載した発明は、予め明瞭度、（室容積／室表面積）、及び残響時間をパラメータとした関係式を用意し、その関係式によって、明瞭度、（室容積／室表面積）、及び残響時間の関係を表すマップデータをデータベース化しておき、該データベースに基づき、対象とする室の（室容積／室表面積）及び目標とする明瞭度に対応する残響時間を求めることを特徴とする室内の音響設計方法を提供するものである。
【０００９】
次に、請求項７に記載した発明は、請求項５又は請求項６に記載した構成に対し、上記求めた残響時間を満足する内装材を選定することを特徴とするものである。
次に、請求項８に記載した発明は、予め明瞭度、（室容積／室表面積）、及び残響時間をパラメータとした関係式を用意し、その関係式に基づき、明瞭度と残響時間との明瞭度−残響時間曲線を、室の（室容積／室表面積）を変えて複数描画してなるチャート図を求め、該チャート図に基づいて音響設計を行うことを特徴とするものである。
【００１０】
本発明においては、明瞭度と平均吸音率若しくは残響時間との関係を簡易な関係式で理論的に関連づけ、その関連付けに基づき、目標の明瞭度とするための平均吸音率若しくは残響時間を簡易に求めることで、室内の音響設計を効率的に行うことができる。
すなわち、室内音響設計時に設計目標として設定される明瞭度（数値が高いほど明瞭に聞き取れることを表す音声の伝達性能に関する指標）から、その目標を完成時にクリアするために最適と考えられる、室内音響設計指標の一つとなる平均吸音率若しくは残響時間を、室容積および室表面積から簡易に且つ精度よく決定できる。
【００１１】
このとき、請求項３又は請求項７に記載した発明によれば、求めた平均吸音率若しくは残響時間となるように内装材を選択することで、対象とする室の音響特性を目的とする明瞭度に設定することができる。
なお、内装材の選定によって目標とする平均吸音率若しくは残響時間にできない場合には、音源（スピーカ）の特性や位置（後述のβを変更）、室の容積・表面積の関係を変更して再度上記処理を繰り返して、目的の明瞭度なるように設計する。場合によっては目標とする明瞭度を変更して、上記処理を繰り返す。このように繰り返すことも容易にできる。
【００１２】
また、請求項４や請求項８に係る発明によれば、簡単に上記各チャート図を求めることが出来、該チャート図によって、設計変数相互の影響の傾向が一目で見てとれるため、効率的な音響設計が可能になる。
ここで、上述の発明で使用する各関係式について説明する。
インパルスレスポンスを用いる既存の明瞭度評価指標の一つとして、初期反射音と残部残響音及び背景騒音を評価するものにＬｏｃｈｎｅｒとＢｕｒｇｅｒが提案したＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｒａｔｉｏ）がある。
【００１３】
このＳＮＲに計算式は、下記（１）式で表されることが知られている。
【００１４】
【数１】
【００１５】
ここで、
ｐ（ｔ）：瞬時音圧
ｐN ：定常的な背景騒音
α（ｐ，ｔ）：音圧と到達時間によって変化する係数
Ｔ ：継続時間
Δｔ ：有効な初期反射音の直接到達時刻からの最大遅れ時間
を表す。
【００１６】
この（１）式を、統計室内音響理論に基づく方法で計算可能な評価量に換算すると、下記（２）式で定義することができる。
【００１７】
【数２】
【００１８】
この（２）式において、Ｅd は直接音のエネルギー密度、Ｅe は初期反射音のエネルギー密度であり、これらの和は、（１）式の分子の積分に対応している。また、Ｅr ＥBGN はそれぞれ残部残響音と背景騒音のエネルギー密度であり、（１）式の分母に対応している。
それぞれのエネルギー密度は、下記式でそれぞれ計算される。
【００１９】
【数３】
【００２０】
ここで、Ｗは音源の音響パワーで、パワーレベルをＰＷＬとおくと、
【００２１】
【数４】
【００２２】
で与えられる。また、ｃは音速、Ｑは音源の指向係数、ｒは音源から受聴位置までの平均的な距離、Ｒは室定数（＝Ｓα／（１−α））、αは平均吸音率である。
上記指向係数Ｑは、音源そのものの指向特性Ｄ（θ、φ）と、音源が設置されている場所によって決定される放射立体角Ωによって、下記式によって与えられる。
【００２３】
【数５】
【００２４】
また、ｎは明瞭性に貢献する反射音の反射次数で、平均自由行路ｐ＝４（Ｖ／Ｓ）（Ｖ：容積、Ｓ：表面積）により、ｎ＝（ｒ＋ｃΔｔ）／ｐと表される。
そして、背景騒音を無視できるとした場合で考えると、上記ＳＮＲstatは下記式で表される。
【００２５】
【数６】
【００２６】
さらに、上記式における直接音成分を平均自由行路を用いた空間平均的なエネルギ密度と直接音増強係数βとの積で置き換え、さらに空気吸収の影響を考慮すると、下記式で表される。
【００２７】
【数７】
【００２８】
ここで、上記直接音増強係数βは、音源の指向性、受音点までの距離、複数のスピーカを用いることなどで平均的な直接音エネルギ密度がどの程度増強されるかを示す係数であり、β＝（Ｄ・ｒ／ｐ）（Ｄ：指向特性、ｒ：音源から聴取者までの平均的な距離、ｐ：平均自由行路）で表される。
また、ｍは１メートル当たりの減衰率である。
【００２９】
この式は、建物の基本的特徴である（Ｖ／Ｓ）と音源の特徴であるβとが決まれば、明瞭度を示すＳＮＲstatは平均吸音率αの関するとして表現できることを示している。
また、発明者らは、同一条件における聴感実験の結果から、図７に示すように、ＳＮＲstatとＳＴＩとは一定の相関関係を有することを確認した。
【００３０】
図・中の直線は回帰直線で、
ＳＮＲstat＝３４．０×ＳＴＩ − １４．８で与えられる。
相関係数は０．８８でＳＮＲstatとＳＴＩとは一定の相関関係を持つことが分かる。
上記式を変形すると、ＳＴＩ＝（ＳＮＲstat ＋１４．８）／３４．０となり、この式に、上記（１０）式を代入すると、下記（１１）式となる。
【００３１】
【数８】
【００３２】
この関係式は、明瞭度を表す既存の指標ＳＴＩ（Ｓｐｅｅｃｈ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｉｎｄｅｘ）、平均吸音率α、（Ｖ／Ｓ）（容積を表面積で割った値）、音速ｃ、有効反射音到来時間Δｔ、空気吸音による減衰率ｍ、直接音増強係数βの関係式であり、音速ｃ、有効反射音到来時間Δｔ、空気吸音による減衰率ｍ、直接音増強係数βを決めれば、明瞭度の指標ＳＴＩ、平均吸音率α、（Ｖ／Ｓ）をパラメータとした関係式となる。
【００３３】
すなわち、上記関係式を予め用意することで、設計目標とするＳＴＩ及び室の基本形状から求まる（Ｖ／Ｓ）を設定すれば、簡易に平均吸音率が決定される。
また、残響時間Ｔについては、（１１）式にさらにＥｙｒｉｎｇ−Ｋｎｕｄｓｅｎの下記（１２）式を適用することで、明瞭度の指標ＳＴＩ（Ｓｐｅｅｃｈ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｉｎｄｅｘ）残響時間Ｔ、（Ｖ／Ｓ）をパラメータとした関係式となる。
【００３４】
【数９】
【００３５】
ここで、Ｋは５５．２６を音速で割った値である。
なお、明瞭度の指標ＳＴＩ、残響時間Ｔ、（Ｖ／Ｓ）をパラメータとした関係式は、一つの式としないで、上記２つの関係式からなる、つまり、一旦、平均吸音率を求め、その平均吸音率を残響時間Ｔに変換することで求めるようにしても良い。
【００３６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。
本実施形態ではまず、上記（１１）式の関係式を用意する。そして、図１に示す処理フローに沿って処理を行って、平均吸音率αを求め、また、求めた平均吸音率αとなるように対象とする室内の内装材を選定する。
【００３７】
先ず、ステップＳ１０にて、有効反射音到来時間Δｔを設定・入力する。有効反射音到来時間Δｔの値は、これまでの研究によると、明瞭性に有効とされる範囲が０．０５〜０．１０（秒）の間にあることから、通常は、最も厳しい値である０．０５秒を採用する。本実施形態においても０．０５秒を設定する。
次に、ステップＳ２０にて、空気吸音による減衰率ｍを設定する。この値は、目的とする使用環境に応じてＩＳＯ９３１３−１に基づき選定すれば良い。
【００３８】
例えば、気温２０℃、湿度５０％のとき、５００Ｈｚであればｍ＝０．０００であるが、２０００Ｈｚ帯域の音が重要であるとすれば、空気吸収は無視できなくなるので、およそｍ＝０．００３程度を与える。
本実施形態ではｍ＝０．００とする。
次に、ステップＳ３０にて、直接音増強係数βを設定する。通常はβ＝１と設定すれば良いが、音源の指向性及び音源から聴取者までの平均的な距離を考慮に入れる場合は、βの値を１より大きく設定する。
【００３９】
次に、ステップＳ４０にて、（Ｖ／Ｓ）を段階的に変更しながら、平均吸音率α−ＳＴＩ曲線群からなるチャート図を抽出する。図２がその抽出したチャート図である。
図２中において、横軸の数値の下に示されている「ＩＥＣ ＳＣＡＬＥ」は国際電気標準会議で定められた評価語である。また、図３に設定変数が異なる場合のチャート図の例である。
【００４０】
次に、ステップＳ５０にて、設計目標とするＳＴＩを設定し、続いてステップＳ６０にて、対象とする室の基本形状から（Ｖ／Ｓ）を選定して入力する。
次に、ステップＳ７０にて、上記チャート図若しくは関係式から直接に、平均吸音率αを算出する。
次に、ステップＳ８０にて、算出した平均吸音率αとすることができる内装材を選定する。
【００４１】
また、ステップ９０にて、決定した平均吸音率αを満足できる内装が可能か否かを判定し、不可能であれば、β、設計目標とするＳＴＩ、（Ｖ／Ｓ）の少なくとも一つの変更を促し、いずれかの値の設定変更が行われれば再度関係式に基づき平均吸音率αを求め、該平均吸音率αを満足する内装が可能かどうか判断する。以上の処理を、平均吸音率αを満足する内装が可能となるまで、繰り返す。
【００４２】
ここで、室の「Σ（各部位の吸音率×その部位の表面積）／全表面積」が、平均吸音率αであるので、各部位（天井や壁などの部位）に使用する内装材を適宜選択することで目標の平均吸音材αとする。
また、上記チャート図を使用する場合には、描画する（Ｖ／Ｓ）の値若しくはその間隔を予め設定して、入力させた値に基づき上記チャート図をコンピュータに自動描画させるようにシステムを組めばよい。すなわち、上記関係式及び入力若しくは設定された（Ｖ／Ｓ）に基づき上記チャート図を自動描画する自動描画手段を備えると良い。
【００４３】
そして、描画したチャート図に基づき可能な内装となる平均吸音率αが求まるまで処理を繰り返せばよい。
また、関数式に直接ＳＴＩ及び（Ｖ／Ｓ）を代入して平均吸音率αを求める場合には、例えば設定値を代入するメニュー画面で各設定値を代入し、該代入した設定値からコンピュータで平均吸音率αを算出するようにシステムを組めばよい。
【００４４】
また、内装材の選定及び内装の可否についても、適用可能な内装材を予めデータベース中に登録しておいて、コンピュータによって自動的に選定及び可否判定を行うようにシステムを組んでも良い。
本実施形態では、複雑で時間を要するシミュレーション等の数値計算を行うことなしに、一つの関係式に基づき、短時間で設計目標とする明瞭度を満たすために必要となる室内の平均吸音率αを算出することができる。
【００４５】
さらに、その設計目標とする明瞭度を満たす室内の平均吸音率αとなる内装を選定することで、対象とする室を確実に設計目標とする明瞭度とすることができる。
また、算出した平均吸音率αを可能とする内装が無い場合でも、設定条件を変更して簡単に新たな平均吸音率αを求めることができる。
【００４６】
また、チャート図を使用した場合には、設計変数相互の影響の傾向が一目で見てとれるため、効率的な音響設計が可能になる。
ここで、上記実施形態では、音響設計のときに、関数式を使用して、直接に平均吸音率αを出力したり上記チャート図を出力したりする場合を例に説明しているが、これに限定されない。上記チャート図に対応するデータマップを予めデータベースに格納しておいて、設計変数を入力することでデータベース中のデータマップから平均吸音率αを求めるようにシステムを構築しても良い。このとき、データベース中に存在しない設定値については、その近似値を演算して平均吸音率αを出力するようにすればよい。
【００４７】
次に、第２実施形態について図面を参照しつつ説明する。
本実施形態の基本構成は、上記第１実施形態と同様であるが、平均吸音率αの代わりに残響時間Ｔを算出する点が異なるのみである。
すなわち、図４に処理フローを示すように、処理手順の基本構成は、上記第１実施形態と同じである（図１参照）。
【００４８】
ただし、関係式として、上記第１実施形態で使用した関係式（（１１）式）を（１２）式に基づき、平均吸音率αを残響時間Ｔに変換した式を使用する。勿論、上記関係式（（１１）式）で一旦平均吸音率αを算出し、該平均吸音率αを、（１２）式に基づき残響時間Ｔに変換するようにシステムを組んでも良い。
図５に、本実施形態によるチャート図を示す。また、図６にその設定変数を変更した場合のチャート図を示す。
【００４９】
この実施形態であっても、複雑で時間を要するシミュレーション等の数値計算を行うことなしに、一つ又は２つの関係式に基づき、短時間で設計目標とする明瞭度を満たすために必要となる室内の残響時間Ｔを算出することができる。
さらに、その設計目標とする明瞭度を満たす室内の残響時間Ｔとなる内装を選定することで、対象とする室を確実に設計目標とする明瞭度とすることができる。
【００５０】
また、算出した残響時間Ｔを可能とする内装が無い場合でも、設定条件を変更して簡単に新たな残響時間Ｔを求めることができる。
また、チャート図を使用した場合には、設計変数相互の影響の傾向が一目で見てとれるため、効率的な音響設計が可能になる。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、大型の計算機に詳細なデータを与えて試行錯誤で解析するようなことをしなくてもパーソナルコンピュータの汎用表計算のソフトウエア程度で、且つ短時間で、設計目標の明瞭度に対応する平均吸音率や残響時間を決定することが出来る結果、効率的な音響設計をすることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく第１実施形態に係る処理フローを示す図である。
【図２】本発明に基づく第１実施形態に係るα−ＳＴＩ曲線のチャート図を示す図である。
【図３】本発明に基づく第１実施形態に係るα−ＳＴＩ曲線の別のチャート図を示す図である。
【図４】本発明に基づく第２実施形態に係る処理フローを示す図である。
【図５】本発明に基づく第１実施形態に係るＴ−ＳＴＩ曲線のチャート図を示す図である。
【図６】本発明に基づく第１実施形態に係るＴ−ＳＴＩ曲線の別のチャート図を示す図である。
【図７】ＳＴＩとＳＮＲstatとの関係を示す図である。
【符号の説明】
α 平均吸音率
Ｔ 残響時間
【発明の属する技術分野】
本発明は、建物の室内音響設計方法に関する。また、明瞭度が悪い室内の改修の対策立案に有効な室内の音響設計方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術では、目標とする明瞭度から室内の平均吸音率を決定するのではなく、その他の諸条件が全て決まった段階でその室の平均的な明瞭度を予測するという方法であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術では、試行錯誤で平均吸音率や残響時間を与えながら、予測される明瞭度を設計目標値（目標明瞭度）に近付けていくという手法を取らざるを得ないため、手間が掛かる。
また、予測計算は音源や受音点を固定して行わなければならないため、室内の平均的な明瞭度を求める際にも相当数の点で計算を実施する。このため、平均吸音率や残響時間の決定作業に多大な時間を要するなどの問題があった。
【０００４】
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、室内音響設計を効率的に行うことが可能な室内の音響設計方法を提供することを課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のうち請求項１に記載した発明は、予め明瞭度、（室容積／室表面積）、及び平均吸音率をパラメータとした関係式を用意し、その関係式に基づき、対象とする室の（室容積／室表面積）及び目標とする明瞭度に対応する平均吸音率を求めることを特徴とする室内の音響設計方法を提供するものである。
【０００６】
次に、請求項２に記載した発明は、予め明瞭度、（室容積／室表面積）、及び平均吸音率をパラメータとした関係式を用意し、その関係式によって、明瞭度、（室容積／室表面積）、及び平均吸音率の関係を表すマップデータをデータベース化しておき、該データベースに基づき、対象とする室の（室容積／室表面積）及び目標とする明瞭度に対応する平均吸音率を求めることを特徴とする室内の音響設計方法を提供するものである。
【０００７】
次に、請求項３に記載した発明は、請求項１又は請求項２に記載した構成に対し、上記求めた平均吸音率を満足する内装材を選定することを特徴とするものである。
次に、請求項４に記載した発明は、予め明瞭度、（室容積／室表面積）、及び平均吸音率をパラメータとした関係式を用意し、その関係式に基づき、明瞭度と平均吸音率との明瞭度−平均吸音率曲線を、室の（室容積／室表面積）を変えて複数描画してなるチャート図を求め、該チャート図に基づいて音響設計を行うことを特徴とする室内の音響設計方法を提供するものである。
【０００８】
次に、請求項５に記載した発明は、予め明瞭度、（室容積／室表面積）、及び残響時間をパラメータとした関係式を用意し、その関係式に基づき、対象とする室の（室容積／室表面積）及び目標とする明瞭度に対応する残響時間を求めることを特徴とする室内の音響設計方法を提供するものである。
次に、請求項６に記載した発明は、予め明瞭度、（室容積／室表面積）、及び残響時間をパラメータとした関係式を用意し、その関係式によって、明瞭度、（室容積／室表面積）、及び残響時間の関係を表すマップデータをデータベース化しておき、該データベースに基づき、対象とする室の（室容積／室表面積）及び目標とする明瞭度に対応する残響時間を求めることを特徴とする室内の音響設計方法を提供するものである。
【０００９】
次に、請求項７に記載した発明は、請求項５又は請求項６に記載した構成に対し、上記求めた残響時間を満足する内装材を選定することを特徴とするものである。
次に、請求項８に記載した発明は、予め明瞭度、（室容積／室表面積）、及び残響時間をパラメータとした関係式を用意し、その関係式に基づき、明瞭度と残響時間との明瞭度−残響時間曲線を、室の（室容積／室表面積）を変えて複数描画してなるチャート図を求め、該チャート図に基づいて音響設計を行うことを特徴とするものである。
【００１０】
本発明においては、明瞭度と平均吸音率若しくは残響時間との関係を簡易な関係式で理論的に関連づけ、その関連付けに基づき、目標の明瞭度とするための平均吸音率若しくは残響時間を簡易に求めることで、室内の音響設計を効率的に行うことができる。
すなわち、室内音響設計時に設計目標として設定される明瞭度（数値が高いほど明瞭に聞き取れることを表す音声の伝達性能に関する指標）から、その目標を完成時にクリアするために最適と考えられる、室内音響設計指標の一つとなる平均吸音率若しくは残響時間を、室容積および室表面積から簡易に且つ精度よく決定できる。
【００１１】
このとき、請求項３又は請求項７に記載した発明によれば、求めた平均吸音率若しくは残響時間となるように内装材を選択することで、対象とする室の音響特性を目的とする明瞭度に設定することができる。
なお、内装材の選定によって目標とする平均吸音率若しくは残響時間にできない場合には、音源（スピーカ）の特性や位置（後述のβを変更）、室の容積・表面積の関係を変更して再度上記処理を繰り返して、目的の明瞭度なるように設計する。場合によっては目標とする明瞭度を変更して、上記処理を繰り返す。このように繰り返すことも容易にできる。
【００１２】
また、請求項４や請求項８に係る発明によれば、簡単に上記各チャート図を求めることが出来、該チャート図によって、設計変数相互の影響の傾向が一目で見てとれるため、効率的な音響設計が可能になる。
ここで、上述の発明で使用する各関係式について説明する。
インパルスレスポンスを用いる既存の明瞭度評価指標の一つとして、初期反射音と残部残響音及び背景騒音を評価するものにＬｏｃｈｎｅｒとＢｕｒｇｅｒが提案したＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｒａｔｉｏ）がある。
【００１３】
このＳＮＲに計算式は、下記（１）式で表されることが知られている。
【００１４】
【数１】
ここで、
ｐ（ｔ）：瞬時音圧
ｐN ：定常的な背景騒音
α（ｐ，ｔ）：音圧と到達時間によって変化する係数
Ｔ ：継続時間
Δｔ ：有効な初期反射音の直接到達時刻からの最大遅れ時間
を表す。
【００１６】
この（１）式を、統計室内音響理論に基づく方法で計算可能な評価量に換算すると、下記（２）式で定義することができる。
【００１７】
【数２】
この（２）式において、Ｅd は直接音のエネルギー密度、Ｅe は初期反射音のエネルギー密度であり、これらの和は、（１）式の分子の積分に対応している。また、Ｅr ＥBGN はそれぞれ残部残響音と背景騒音のエネルギー密度であり、（１）式の分母に対応している。
それぞれのエネルギー密度は、下記式でそれぞれ計算される。
【００１９】
【数３】
ここで、Ｗは音源の音響パワーで、パワーレベルをＰＷＬとおくと、
【００２１】
【数４】
で与えられる。また、ｃは音速、Ｑは音源の指向係数、ｒは音源から受聴位置までの平均的な距離、Ｒは室定数（＝Ｓα／（１−α））、αは平均吸音率である。
上記指向係数Ｑは、音源そのものの指向特性Ｄ（θ、φ）と、音源が設置されている場所によって決定される放射立体角Ωによって、下記式によって与えられる。
【００２３】
【数５】
また、ｎは明瞭性に貢献する反射音の反射次数で、平均自由行路ｐ＝４（Ｖ／Ｓ）（Ｖ：容積、Ｓ：表面積）により、ｎ＝（ｒ＋ｃΔｔ）／ｐと表される。
そして、背景騒音を無視できるとした場合で考えると、上記ＳＮＲstatは下記式で表される。
【００２５】
【数６】
さらに、上記式における直接音成分を平均自由行路を用いた空間平均的なエネルギ密度と直接音増強係数βとの積で置き換え、さらに空気吸収の影響を考慮すると、下記式で表される。
【００２７】
【数７】
ここで、上記直接音増強係数βは、音源の指向性、受音点までの距離、複数のスピーカを用いることなどで平均的な直接音エネルギ密度がどの程度増強されるかを示す係数であり、β＝（Ｄ・ｒ／ｐ）（Ｄ：指向特性、ｒ：音源から聴取者までの平均的な距離、ｐ：平均自由行路）で表される。
また、ｍは１メートル当たりの減衰率である。
【００２９】
この式は、建物の基本的特徴である（Ｖ／Ｓ）と音源の特徴であるβとが決まれば、明瞭度を示すＳＮＲstatは平均吸音率αの関するとして表現できることを示している。
また、発明者らは、同一条件における聴感実験の結果から、図７に示すように、ＳＮＲstatとＳＴＩとは一定の相関関係を有することを確認した。
【００３０】
図・中の直線は回帰直線で、
ＳＮＲstat＝３４．０×ＳＴＩ − １４．８で与えられる。
相関係数は０．８８でＳＮＲstatとＳＴＩとは一定の相関関係を持つことが分かる。
上記式を変形すると、ＳＴＩ＝（ＳＮＲstat ＋１４．８）／３４．０となり、この式に、上記（１０）式を代入すると、下記（１１）式となる。
【００３１】
【数８】
この関係式は、明瞭度を表す既存の指標ＳＴＩ（Ｓｐｅｅｃｈ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｉｎｄｅｘ）、平均吸音率α、（Ｖ／Ｓ）（容積を表面積で割った値）、音速ｃ、有効反射音到来時間Δｔ、空気吸音による減衰率ｍ、直接音増強係数βの関係式であり、音速ｃ、有効反射音到来時間Δｔ、空気吸音による減衰率ｍ、直接音増強係数βを決めれば、明瞭度の指標ＳＴＩ、平均吸音率α、（Ｖ／Ｓ）をパラメータとした関係式となる。
【００３３】
すなわち、上記関係式を予め用意することで、設計目標とするＳＴＩ及び室の基本形状から求まる（Ｖ／Ｓ）を設定すれば、簡易に平均吸音率が決定される。
また、残響時間Ｔについては、（１１）式にさらにＥｙｒｉｎｇ−Ｋｎｕｄｓｅｎの下記（１２）式を適用することで、明瞭度の指標ＳＴＩ（Ｓｐｅｅｃｈ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｉｎｄｅｘ）残響時間Ｔ、（Ｖ／Ｓ）をパラメータとした関係式となる。
【００３４】
【数９】
ここで、Ｋは５５．２６を音速で割った値である。
なお、明瞭度の指標ＳＴＩ、残響時間Ｔ、（Ｖ／Ｓ）をパラメータとした関係式は、一つの式としないで、上記２つの関係式からなる、つまり、一旦、平均吸音率を求め、その平均吸音率を残響時間Ｔに変換することで求めるようにしても良い。
【００３６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。
本実施形態ではまず、上記（１１）式の関係式を用意する。そして、図１に示す処理フローに沿って処理を行って、平均吸音率αを求め、また、求めた平均吸音率αとなるように対象とする室内の内装材を選定する。
【００３７】
先ず、ステップＳ１０にて、有効反射音到来時間Δｔを設定・入力する。有効反射音到来時間Δｔの値は、これまでの研究によると、明瞭性に有効とされる範囲が０．０５〜０．１０（秒）の間にあることから、通常は、最も厳しい値である０．０５秒を採用する。本実施形態においても０．０５秒を設定する。
次に、ステップＳ２０にて、空気吸音による減衰率ｍを設定する。この値は、目的とする使用環境に応じてＩＳＯ９３１３−１に基づき選定すれば良い。
【００３８】
例えば、気温２０℃、湿度５０％のとき、５００Ｈｚであればｍ＝０．０００であるが、２０００Ｈｚ帯域の音が重要であるとすれば、空気吸収は無視できなくなるので、およそｍ＝０．００３程度を与える。
本実施形態ではｍ＝０．００とする。
次に、ステップＳ３０にて、直接音増強係数βを設定する。通常はβ＝１と設定すれば良いが、音源の指向性及び音源から聴取者までの平均的な距離を考慮に入れる場合は、βの値を１より大きく設定する。
【００３９】
次に、ステップＳ４０にて、（Ｖ／Ｓ）を段階的に変更しながら、平均吸音率α−ＳＴＩ曲線群からなるチャート図を抽出する。図２がその抽出したチャート図である。
図２中において、横軸の数値の下に示されている「ＩＥＣ ＳＣＡＬＥ」は国際電気標準会議で定められた評価語である。また、図３に設定変数が異なる場合のチャート図の例である。
【００４０】
次に、ステップＳ５０にて、設計目標とするＳＴＩを設定し、続いてステップＳ６０にて、対象とする室の基本形状から（Ｖ／Ｓ）を選定して入力する。
次に、ステップＳ７０にて、上記チャート図若しくは関係式から直接に、平均吸音率αを算出する。
次に、ステップＳ８０にて、算出した平均吸音率αとすることができる内装材を選定する。
【００４１】
また、ステップ９０にて、決定した平均吸音率αを満足できる内装が可能か否かを判定し、不可能であれば、β、設計目標とするＳＴＩ、（Ｖ／Ｓ）の少なくとも一つの変更を促し、いずれかの値の設定変更が行われれば再度関係式に基づき平均吸音率αを求め、該平均吸音率αを満足する内装が可能かどうか判断する。以上の処理を、平均吸音率αを満足する内装が可能となるまで、繰り返す。
【００４２】
ここで、室の「Σ（各部位の吸音率×その部位の表面積）／全表面積」が、平均吸音率αであるので、各部位（天井や壁などの部位）に使用する内装材を適宜選択することで目標の平均吸音材αとする。
また、上記チャート図を使用する場合には、描画する（Ｖ／Ｓ）の値若しくはその間隔を予め設定して、入力させた値に基づき上記チャート図をコンピュータに自動描画させるようにシステムを組めばよい。すなわち、上記関係式及び入力若しくは設定された（Ｖ／Ｓ）に基づき上記チャート図を自動描画する自動描画手段を備えると良い。
【００４３】
そして、描画したチャート図に基づき可能な内装となる平均吸音率αが求まるまで処理を繰り返せばよい。
また、関数式に直接ＳＴＩ及び（Ｖ／Ｓ）を代入して平均吸音率αを求める場合には、例えば設定値を代入するメニュー画面で各設定値を代入し、該代入した設定値からコンピュータで平均吸音率αを算出するようにシステムを組めばよい。
【００４４】
また、内装材の選定及び内装の可否についても、適用可能な内装材を予めデータベース中に登録しておいて、コンピュータによって自動的に選定及び可否判定を行うようにシステムを組んでも良い。
本実施形態では、複雑で時間を要するシミュレーション等の数値計算を行うことなしに、一つの関係式に基づき、短時間で設計目標とする明瞭度を満たすために必要となる室内の平均吸音率αを算出することができる。
【００４５】
さらに、その設計目標とする明瞭度を満たす室内の平均吸音率αとなる内装を選定することで、対象とする室を確実に設計目標とする明瞭度とすることができる。
また、算出した平均吸音率αを可能とする内装が無い場合でも、設定条件を変更して簡単に新たな平均吸音率αを求めることができる。
【００４６】
また、チャート図を使用した場合には、設計変数相互の影響の傾向が一目で見てとれるため、効率的な音響設計が可能になる。
ここで、上記実施形態では、音響設計のときに、関数式を使用して、直接に平均吸音率αを出力したり上記チャート図を出力したりする場合を例に説明しているが、これに限定されない。上記チャート図に対応するデータマップを予めデータベースに格納しておいて、設計変数を入力することでデータベース中のデータマップから平均吸音率αを求めるようにシステムを構築しても良い。このとき、データベース中に存在しない設定値については、その近似値を演算して平均吸音率αを出力するようにすればよい。
【００４７】
次に、第２実施形態について図面を参照しつつ説明する。
本実施形態の基本構成は、上記第１実施形態と同様であるが、平均吸音率αの代わりに残響時間Ｔを算出する点が異なるのみである。
すなわち、図４に処理フローを示すように、処理手順の基本構成は、上記第１実施形態と同じである（図１参照）。
【００４８】
ただし、関係式として、上記第１実施形態で使用した関係式（（１１）式）を（１２）式に基づき、平均吸音率αを残響時間Ｔに変換した式を使用する。勿論、上記関係式（（１１）式）で一旦平均吸音率αを算出し、該平均吸音率αを、（１２）式に基づき残響時間Ｔに変換するようにシステムを組んでも良い。
図５に、本実施形態によるチャート図を示す。また、図６にその設定変数を変更した場合のチャート図を示す。
【００４９】
この実施形態であっても、複雑で時間を要するシミュレーション等の数値計算を行うことなしに、一つ又は２つの関係式に基づき、短時間で設計目標とする明瞭度を満たすために必要となる室内の残響時間Ｔを算出することができる。
さらに、その設計目標とする明瞭度を満たす室内の残響時間Ｔとなる内装を選定することで、対象とする室を確実に設計目標とする明瞭度とすることができる。
【００５０】
また、算出した残響時間Ｔを可能とする内装が無い場合でも、設定条件を変更して簡単に新たな残響時間Ｔを求めることができる。
また、チャート図を使用した場合には、設計変数相互の影響の傾向が一目で見てとれるため、効率的な音響設計が可能になる。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、大型の計算機に詳細なデータを与えて試行錯誤で解析するようなことをしなくてもパーソナルコンピュータの汎用表計算のソフトウエア程度で、且つ短時間で、設計目標の明瞭度に対応する平均吸音率や残響時間を決定することが出来る結果、効率的な音響設計をすることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく第１実施形態に係る処理フローを示す図である。
【図２】本発明に基づく第１実施形態に係るα−ＳＴＩ曲線のチャート図を示す図である。
【図３】本発明に基づく第１実施形態に係るα−ＳＴＩ曲線の別のチャート図を示す図である。
【図４】本発明に基づく第２実施形態に係る処理フローを示す図である。
【図５】本発明に基づく第１実施形態に係るＴ−ＳＴＩ曲線のチャート図を示す図である。
【図６】本発明に基づく第１実施形態に係るＴ−ＳＴＩ曲線の別のチャート図を示す図である。
【図７】ＳＴＩとＳＮＲstatとの関係を示す図である。
【符号の説明】
α 平均吸音率
Ｔ 残響時間
Claims (8)
- 予め明瞭度、（室容積／室表面積）、及び平均吸音率をパラメータとした関係式を用意し、その関係式に基づき、対象とする室の（室容積／室表面積）及び目標とする明瞭度に対応する平均吸音率を求めることを特徴とする室内の音響設計方法。
- 予め明瞭度、（室容積／室表面積）、及び平均吸音率をパラメータとした関係式を用意し、その関係式によって、明瞭度、（室容積／室表面積）、及び平均吸音率の関係を表すマップデータをデータベース化しておき、該データベースに基づき、対象とする室の（室容積／室表面積）及び目標とする明瞭度に対応する平均吸音率を求めることを特徴とする室内の音響設計方法。
- 上記求めた平均吸音率を満足する内装材を選定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載した室内の音響設計方法。
- 予め明瞭度、（室容積／室表面積）、及び平均吸音率をパラメータとした関係式を用意し、その関係式に基づき、明瞭度と平均吸音率との明瞭度−平均吸音率曲線を、室の（室容積／室表面積）を変えて複数描画してなるチャート図を求め、該チャート図に基づいて音響設計を行うことを特徴とする室内の音響設計方法。
- 予め明瞭度、（室容積／室表面積）、及び残響時間をパラメータとした関係式を用意し、その関係式に基づき、対象とする室の（室容積／室表面積）及び目標とする明瞭度に対応する残響時間を求めることを特徴とする室内の音響設計方法。
- 予め明瞭度、（室容積／室表面積）、及び残響時間をパラメータとした関係式を用意し、その関係式によって、明瞭度、（室容積／室表面積）、及び残響時間の関係を表すマップデータをデータベース化しておき、該データベースに基づき、対象とする室の（室容積／室表面積）及び目標とする明瞭度に対応する残響時間を求めることを特徴とする室内の音響設計方法。
- 上記求めた残響時間を満足する内装材を選定することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載した室内の音響設計方法。
- 予め明瞭度、（室容積／室表面積）、及び残響時間をパラメータとした関係式を用意し、その関係式に基づき、明瞭度と残響時間との明瞭度−残響時間曲線を、室の（室容積／室表面積）を変えて複数描画してなるチャート図を求め、該チャート図に基づいて音響設計を行うことを特徴とする室内の音響設計方法。
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