JP6254454B2 - 音環境シミュレーション装置 - Google Patents

Description

本発明は、音環境シミュレーション装置に関する。

以前から、住宅などの建物内の所定の音源から所定の受音位置までの音圧変化を算出し、建物の音環境をシミュレーションする技術があった。

例えば、特許文献１には、音源からの経路による音圧変化を算出することにより、住宅などの建物の音環境をシミュレーションする建物の音環境解析シミュレーションシステムが開示されている。

特開２００７−３９８９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術は、シミュレーションによって音圧レベルを算出するものの、シミュレーションの結果を基にした騒音低減の対策を考慮していないという問題があった。

本発明は、上記事実を考慮して成されたもので、シミュレーションの結果に基づいて騒音低減の対策が可能な音環境シミュレーション装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための請求項１の発明は、室内の間口、奥行き及び高さの各寸法及び受音位置を入力する入力手段と、前記入力された各寸法に基づいて該室内の定在波の周波数を算出し、該算出した定在波の周波数のうち、輻輳している２以上の周波数を各々抽出すると共に、該抽出した周波数が所定の周波数の範囲内にある場合に、前記抽出した定在波の周波数の前記室内での節の位置を算出する解析手段と、前記算出した節の位置が前記入力された受音位置と一致する場合に前記受音位置でこもり音が発生する可能性があると判定する判定手段と、前記判定手段が前記室内にこもり音が発生する可能性があると判定した場合に、床振動の周波数の変更及び室内の各寸法の変更のいずれかを対策案として提示する提示手段と、前記判定手段による判定の結果を表示する表示手段と、を備えた音環境シミュレーション装置であって、前記入力手段は、前記解析手段及び前記判定手段に処理を再度実行させるために前記室内の各寸法を再入力できる。

請求項１に記載の発明によれば、室内の各寸法に基づいて算出した定在波の周波数が輻輳している場合に、当該輻輳している周波数での室内での節が入力された受音位置と一致するか否かによって、当該受音位置でこもり音が発生する可能性があるか否かを判定できる。さらに、こもり音が発生する可能性がある場合には、床振動の周波数の変更及び室内の各寸法の変更のいずれかを対策案として提示し、対策案に応じて室内の各寸法を再入力できる。

請求項２の発明は、請求項１に記載の発明において、前記入力手段は、前記室内で人物が立ち入る領域を前記受音位置として指定できる。

請求項２に記載の発明によれば、人物が立ち入る可能性がある領域を受音位置として広範囲に指定することができる。

請求項３の発明は、請求項２に記載の発明において、前記入力手段は、前記室内で人物が立ち入る領域のうち、前記室内で人物が着座する位置又は立ち止まる位置を受音位置としてさらに指定できる。

請求項３に記載の発明によれば、室内で人物が着座又は立ち止まる位置を特定の受音位置として指定できる。

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明において、前記判定手段は、前記室内が、人物が立ち入る領域で、かつ前記室内が前記室内を含む建物の通常サイズの建物ユニットで構成される場合にこもり音が発生する可能性があるか否かの判定を行う。

請求項４に記載の発明によれば、収納スペース等として用いられる通常サイズではない建物ユニットの部分での判定処理を行わない。

以上説明したように、請求項１に記載の発明は、こもり音が発生する可能性があると判定された場合に、提示された対策案に応じて室内の各寸法を再入力することにより、シミュレーションの結果に基づいて騒音低減の対策が可能になるという効果を有する。

請求項２に記載の発明によれば、受音位置を広く指定することにより、室内でこもり音が発生する可能性がある箇所を広範囲で特定することが可能になるという効果を有する。

請求項３に記載の発明によれば、受音位置を人物の着座位置又は立ち止まる位置で指定することにより、特定箇所におけるこもり音の発生の可能性を判定できるという効果を有する。

請求項４に記載の発明によれば、音の振動が問題とならない領域での判定処理を防止することにより、音環境シミュレーション装置の演算負荷を軽減できるという効果を有する。

本発明の実施の形態に係る音環境シミュレーション装置の構成を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係る音環境シミュレーション装置における音環境シミュレーションのフローチャートの一例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る音環境シミュレーション装置における間取り及び寸法指定の画面の一例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る音環境シミュレーション装置によるダイニングでの定在波周波数の算出結果の一例を示す図である。 １次元モードである軸波の態様を示す概略図である ２次元モードである接線波の態様を示す概略図である。 ３次元モードである斜波の態様を示す概略図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る音環境シミュレーション装置の構成を示す概略図である。音環境シミュレーション装置１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１２と、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）１４と、ＲＡＭ（Random Access Memory）１６と、ネットワークＩ／Ｆ部１８と、ＲＯＭ（Read Only Memory）２０と、表示部２２と、操作入力部２４と、バス２６とを含む。

ＣＰＵ１２は、音環境シミュレーション装置１０の全体の動作を司るものであり、後述する音環境シミュレーションに係るフローチャートの処理は、ＣＰＵ１２により実行される。ＨＤＤ１４は、音環境シミュレーションのプログラム、ＯＳ（Operating System）、並びに建物の間取り及び寸法のモデルプランなどが記録される不揮発性の記憶装置である。ＲＡＭ１６は、ＯＳやプログラムやデータが展開される揮発性の記憶装置である。ネットワークＩ／Ｆ部１８は、ネットワークに接続するためのものであり、ＮＩＣ（Network Interface Card）やそのドライバで構成される。ＲＯＭ２０は、音環境シミュレーション装置１０の起動時に動作するブートプログラムなどが記憶されている不揮発性の記憶装置である。表示部２２は、音環境シミュレーション装置１０に関する情報を操作者に表示するものである。操作入力部２４は、操作者が音環境シミュレーション装置１０の操作や情報を入力する際に用いられるものであり、一例としてキーボード等の入力装置及びマウス等のポインティングデバイスが含まれる。バス２６は、情報のやりとりが行われる際に使用される。

続いて、本実施の形態に係る音環境シミュレーション装置の制御について説明する。図２は、本実施の形態に係る音環境シミュレーション装置における音環境シミュレーションのフローチャートの一例を示す図である。

まず、ステップ２００では、定在波の周波数を算出する。定在波の周波数は、建物の室内の間口、奥行き及び高さの各寸法に基づいて算出される。

図３は、本実施の形態における音環境シミュレーション装置及び音環境シミュレーションプリグラムにおける間取り及び寸法指定の画面の一例を示す図である。図３は、シミュレーションの対象となっている建物３０の平面図であるが、建物３０のＣＡＤ（Computer Aided Design）のデータを読み込んで表示部２２に表示するようにしてもよいし、表示部２２の画面上で建物３０の間取り及び寸法を任意に入力できるようなものでもよい。例えば、「８畳洋室」、「６畳和室」等の間取りの構成要素をサンプルとして表示部２２に一覧表示し、操作者がサンプルから任意に構成要素をマウス等のポインティングデバイスによって選択して並べることで建物３０の間取り及び寸法を指定する。さらには、選択して並べた構成要素の各部の寸法を任意に変更することが可能であってもよい。または、建物３０の間取り及び寸法の複数のモデルプランから１のモデルプランを選択することにより、建物３０の部屋の間取り及び寸法を指定するようにしてもよい。

上記いずれかの方法により、建物３０の部屋の間取り及び寸法を指定した後、音環境シミュレーションの対象となる部屋を選択する。選択は、図３に示された平面図の一室をマウス等のポインティングデバイスでクリックする等の操作によって可能であるとする。また、寸法を指定した部屋の受音位置を指定する。受音位置は、例えば、椅子やソファ等の人物が着座する位置とし、例えば、図３に示された平面図の一室をマウス等のポインティングデバイスでクリックする等の操作によって指定できる。また、受音位置は、床からの高さも問題となるので、成人が着座した場合の頭部の位置である床から１．０〜１．２ｍが自動的に指定されるが、指定された数値はユーザが任意に変更できる。

受音位置は、上記のように、室内で人物が着座する位置を指定するが、人物が立ち止まる位置を指定するようにしてもよい。立ち止まる位置を受音位置にする場合は、成人が立った場合の頭部の位置である床から１．５〜１．８ｍが自動的に指定されるが、指定された数値はユーザが任意に変更できる。

さらに受音位置は、点ではなく、室内で人物が立ち入る領域をマウス等で選択できてもよい。かかる場合には、成人が立った場合の頭部の位置である床から１．５〜１．８ｍが自動的に指定されるが、指定された数値はユーザが任意に変更できる。

本実施の形態では、図３のダイニング４０において音環境シミュレーションを行う。本実施の形態では、ダイニング４０の間口、奥行き、高さは、各々、３４００ｍｍ、６０００ｍｍ、２４００ｍｍとし、下記の式（１）を用いてダイニング４０における定在波周波数を算出する。

式（１）において、ｃは音速であり本実施の形態では３４０ｍ／秒とする。ｌ_ｘ、ｌ_ｙ、ｌ_ｚは、部屋の高さ、間口、奥行きであり、本実施の形態では一例として、ｌ_ｘ＝２．４ｍ、ｌ_ｙ＝３．４ｍ、ｌ_ｚ＝６．０ｍとする。ｎ_ｘ、ｎ_ｙ、ｎ_ｚは、定在波周波数ｆの算出時に用いられる次数であり、例えば、０、１、２、３、・・・の値をとり得る０を含む自然数である。これらの数値を上記の式（１）に代入して定在波周波数ｆを算出する。

図４は、本実施の形態に係る音環境シミュレーション装置によるダイニング４０での定在波周波数の算出結果の一例を示す図である。ステップ２０２では、図４に示した定在波周波数の算出結果から近似する周波数を抽出する。本実施の形態では、一例として、２Ｈｚ以内の範囲に２以上の周波数が輻輳している場合に、これら輻輳している周波数の各々を近似した周波数とする。図４の右側には抽出した周波数が枠囲みで示されている。図４の定在波周波数の算出結果では、９２Ｈｚ及び１０５Ｈｚで近似する周波数が各々抽出されている。

ステップ２０４では、近似する周波数として抽出した周波数は、所定の範囲内か否かを判定する。所定の範囲は、本実施の形態では一例として、床の歩行振動に伴って発生する音であるとし、４０〜８０Ｈｚ又は６０〜１００Ｈｚであるとする。所定の範囲は、床等に使用する建材によって異なる。図４において、近似する周波数として抽出された周波数は、９２Ｈｚ及び１０５Ｈｚであるから、所定の範囲を４０〜８０Ｈｚとした場合はステップ２０４で否定判定となる。しかしながら、所定の範囲を６０〜１００Ｈｚとした場合は、９２Ｈｚが当該所定の範囲内となりステップ２０４で肯定判定となる。

ステップ２０４で肯定判定の場合には、ステップ２０６で、受音位置が定在波の節位置になるか否かを判定する。節位置は、定在波のモードにより、以下の３つの場合が考えられる。定在波のモードとは、図４の左側の表の右側に示された１次元モードである軸波、２次元モードである接線波及び３次元モードである斜波である。

図５は、１次元モードである軸波の態様を示す概略図である。軸波は、図４の左側の表に記載の次数ｎｘ−ｎｙ−ｎｚが、１−０−０、０−１−０、０−０−１の場合である。図５（Ａ）は、次数が１−０−０の場合で、一対の平行な壁により定在波が発生する。図５（Ｂ）は、次数が０−１−０の場合で、次数が１−０−０の場合とは異なる壁から壁へ音が伝播する。図５（Ｃ）は、次数が０−０−１の場合で、音が床から天井及び天井から床へ伝播する。

図５に示した１次元モードでは、音波の振動が最小または零となる位置である節は、図５（Ａ），（Ｂ）では、互いに対向する壁と壁との間の中間の面に、図５（Ｃ）では、天井と床との間の中間の面に出現する。

図６は、２次元モードである接線波の態様を示す概略図である。接線波は、図４の左側の表に記載の次数ｎｘ−ｎｙ−ｎｚが、１−１−０、１−０−１、０−１−１の場合である。図６（Ａ）は、次数が１−１−０の場合で、二対の平行な壁により定在波が発生する。図６（Ｂ）は、次数が１−０−１の場合で、室内の互いに対抗する面の梁及び床の縁を構成する辺の各々から音が室内の中心部に伝播する。図６（Ｃ）は、次数が０−１−１の場合で、次数が１−０−１の場合とは異なる梁及び床の縁を構成する辺から音が室内の中心部に伝播する。

図６に示した２次元モードでは、音波の振動が最小または零となる位置である節は、図６（Ａ）では、互いに対向する壁と壁との間の中間に、水平方向での断面が略十字状となる空間として出現する。図６（Ｂ），（Ｃ）では、互いに対抗する天井と床との間及び互いに対抗する壁と壁との間の中間に、垂直方向の断面が略十字状の空間として出現する。

図７は、３次元モードである斜波の態様を示す概略図である。斜波は、図４の左側の表に記載の次数ｎｘ−ｎｙ−ｎｚが、例えば１−１−１の場合である。図７は、次数が１−１−１の場合で、三対の平行な壁により定在波が発生する。図７に示した３次元モードでは、音波の振動が最小または零となる位置である節は、室内を構成する空間の中央部を中心に出現する。

本実施の形態では９２Ｈｚの定在波が抽出されたが、図４に示したように、抽出された９２Ｈｚの定在波は１つが２次元モードの接線波であり、もう１つが３次元モードの斜波なので、節は、互いに対抗する天井と床との間及び互いに対抗する壁と壁との間の中間に出現する垂直方向の断面が略十字状の空間並びに室内を構成する空間の中央部である。ステップ２０６では、これらの節に受音位置があるか否かを判定する。

なお、ステップ２０６では、判定に係る室内が、人物が立ち入る領域であって、かつ当該室内が建物のメインユニット（通常サイズの建物ユニット）で構成される場合にのみ、受音位置が定在波の節に一致するか否かによるこもり音発生の可能性の判定を行ってもよい。メインユニット以外のハーフユニット（ハーフサイズの建物ユニット）は、多くの場合、収納スペース等の音の振動が問題にならない箇所なので、かかる箇所についての無駄な演算を防止する。なお、メインユニット、ハーフユニットの別は、例えば、建物３０のＣＡＤのデータから判定する。

ステップ２０６で肯定判定の場合には、ステップ２０８で、こもり音の発生の可能性があると表示部２２に表示し、さらにステップ２１０で対策案を表示部２２に提示して処理を終了する。対策案は、例えば、受音位置となり得るソファ等の人物が着座する位置を変更する。又は、床振動の周波数が変わるようにする、若しくは室内の間口、奥行き、高さを変更することにより、受音位置と節とが一致しないようにする。なお、ステップ２０４，２０６で否定判定の場合には、入力した受音位置でこもり音が発生する可能性はないので、処理を終了する。

床振動の周波数は、床の構造又は建材を変更することによって変化し得る。例えば、床を構成する小梁を小梁間とした場合には床歩行による振動で発生する周波数は４０〜８０Ｈｚにピークを持つが、小梁上の場合には５０〜９０Ｈｚとなるので、図２のステップ２０４で抽出した周波数が５０Ｈｚ未満の場合には効果的である。

また、床下地材がパーチクルボードの場合には床歩行による振動で発生する周波数は４０〜８０Ｈｚであるが、ＡＬＣ（autoclaved lightweight aerated concrete）パネルの場合には床振動の周波数は６０〜８０Ｈｚとなる。このほかに、床をフローリングから遮音フロア又はカーペット敷きに変更することによっても、発生音の周波数を変更できる。

本実施の形態では、図２のステップ２０８でこもり音の提示をしたときに、室内の間口、奥行き及び高さの各寸法及び受音位置の再入力が可能であることを表示部２２に表示してもよい。また、かかる場合には、操作入力部２４において、室内の間口、奥行き及び高さの各寸法及び受音位置の再入力を受け付ける。

室内の各寸法を変更した場合には、図２のステップ２００のように、上述の式（１）を用いて再度定在波の周波数を算出し、以下、ステップ２０２〜２１０の手順を実行して、入力した受音位置でこもり音が発生する可能性の有無を検証する。

以上説明したように、本実施の形態によれば、シミュレーションの結果に基づいて騒音低減の対策が可能となる。

１０ 音環境シミュレーション装置
１２ ＣＰＵ
１４ ＨＤＤ
１６ ＲＡＭ
１８ ネットワークＩ／Ｆ部
２０ ＲＯＭ
２２ 表示部
２４ 操作入力部
２６ バス
３０ 建物
４０ ダイニング

Claims (4)

1. 室内の間口、奥行き及び高さの各寸法及び受音位置を入力する入力手段と、
   前記入力された各寸法に基づいて該室内の定在波の周波数を算出し、該算出した定在波の周波数のうち、輻輳している２以上の周波数を各々抽出すると共に、該抽出した周波数が所定の周波数の範囲内にある場合に、前記抽出した定在波の周波数の前記室内での節の位置を算出する解析手段と、
   前記算出した節の位置が前記入力された受音位置と一致する場合に前記受音位置でこもり音が発生する可能性があると判定する判定手段と、
   前記判定手段が前記室内にこもり音が発生する可能性があると判定した場合に、床振動の周波数の変更及び室内の各寸法の変更のいずれかを対策案として提示する提示手段と、
   前記判定手段による判定の結果を表示する表示手段と、
   を備えた音環境シミュレーション装置であって、
   前記入力手段は、前記解析手段及び前記判定手段に処理を再度実行させるために前記室内の各寸法を再入力可能な音環境シミュレーション装置。
2. 前記入力手段は、前記室内で人物が立ち入る領域を前記受音位置として指定可能な請求項１に記載の音環境シミュレーション装置。
3. 前記入力手段は、前記室内で人物が立ち入る領域のうち、前記室内で人物が着座する位置又は立ち止まる位置を受音位置としてさらに指定可能な請求項２に記載の音環境シミュレーション装置。
4. 前記判定手段は、前記室内が、人物が立ち入る領域で、かつ前記室内が前記室内を含む建物の通常サイズの建物ユニットで構成される場合にこもり音が発生する可能性があるか否かの判定を行う請求項１〜３のいずれか１項に記載の音環境シミュレーション装置。