建築環境工学11

20問 • 1年前

問題一覧

音とは、物体の振動が気体や固体分子に伝わり、その粗密が空間を伝播していく波動現象である。音を伝える物質を①と呼び、①が空気の場合を② 、固体の場合を③という。伝搬方向と①の振動方向が一致している波動を④ 、伝搬方向と振動方向が直角の場合を⑤と呼ぶ。空気中を伝わる波を⑥といい、空気密度の粗密が伝播する④である。 ①中で空気密度が「粗」の部分の圧力は大気圧より低く、「密」の部分では高くなり、この圧力変化を⑦と呼ぶ。 ⑦は下図のように時間変化し、1秒間に生じる⑦変化の回数を⑧または⑨と呼び、f [Hz] で表す。

媒質, 空気伝播音, 個体伝播音, 縦波, 横波, 音波, 音圧, 振動数, 周波数

音圧の空間変化に着目すると、音圧の粗密が一定距離で繰り返されており、この粗密の1サイクルの距離を①と呼んで λ [m] で表す。一方、空間の固定された点では、毎秒 f 回音圧の周期変化が観測されることから、1秒間に音圧の山または谷が進行した距離、すなわち音速 C [m/s] は以下の式で表される。空気中の音速は気温Ta が15℃のときに340m/sとなるが、Ta が高いほど早くなる。音は波動の一種であるから、光などと類似した性質を示す。右上図に示すように、音が壁に入射すると、一部は反射し、一部は空気と壁内部での音速が空気と異なるために屈折して壁内に入射（透過）する。 ※②の原理、③の法則音の影となる背後に音が回り込む現象を④という。一般的には波長と比べて隙間や障害物が小さいほど④しやすい。 ※波長の目安 340Hz → 1m

波長, ホイヘンス, スネル, 回折

2つ以上の音波が同時に伝搬する場合、音波の重なり具合によって互いに音が強められたり、弱められたりする。このように音波の重なりによって振幅が変化する現象を①という。干渉の単純な例として②がある。これは波長の等しい入射波と反射波が存在するとき、常に同じ位相となって振幅が最大となる腹と、逆位相の節とができ、交互に並んで、見かけ上音波が進行しない現象である。室内では聞き手が少し位置を変えると、音圧の変化を感知できる場合があり、このようなときには定在波の存在を耳で聞いて確認することができる。音響設計上では、 ③と呼ばれ、平行面の間で音が延々と反射を繰り返すことがあり、音響障害の一つである。日光東照宮の「鳴き龍」と呼ばれる有名な現象も、③による。

音の干渉, 定在波, フラッターエコー

＜ ① W ＞音源から発する単位時間あたりのエネルギーであり、単位はW（=J/s）である。

音源出力

＜② I ＞音の進行方向に直角な単位面積1m2を通過する、単位時間あたりの音のエネルギーをいう。単位はW/mである。

音の強さ

＜ ③ P ＞音波による大気圧からの差圧をいい、単位はPaである。一方向に進行する音波では、③ P と音の強さ I との間には、媒質の密度をρ[kg/m3]として、下式の関係がある。

音圧

＜④ E ＞単位体積あたりの音のエネルギーをいい、単位はJ/m3 である。右図に示す一方向に進行する波が1m2の面から入射する場合、音は1秒間に音速C[m]だけ進行するので、C×1×1の四角柱の空間に存在する音響エネルギーは、音の強さ I に等しく、右式の関係となる。

音響エネルギー密度

物理量である音圧を耳で聞いて音と感じる範囲は、20μPaから20（20×10^6μ）～200 （20×10^7μ） Paの範囲とされている。ただし、実際に耳で聞いて感じる音の大きさの感覚は、下図に示すように、音圧と直線的な関係にはない。例えば、音圧が2倍になっても音の感覚的な大きさは2倍にならない。聞き取れる最低の音圧付近では、わずかな音圧変化に対して感覚が大きく変化するが、ここから離れるにつれて感覚が鈍くなる。このような、物理量と感覚量の対応関係は対数で表すことができ、これを①の法則という。物理量 A と感覚量 L の関係を、最低基準値 A0 として①の法則に基づいて下式で表したものを②という。単位は③で表す。

ウェーバー・フェヒナー, レベル表示, ㏈

これらをまとめて①と呼んでいる。

デシベル尺度

音を感覚として捉えた場合の心理的属性には、右図に示すように、①、②、 ③があり、それぞれ音を物理的に捉えた場合の、④、⑤、⑥に対応している。一方、感覚器官としての耳が知覚可能な音の周波数は ⑦～⑧Hz と言われており、この可聴範囲から外れた物理量としての音は、感覚として知覚されない。したがって、感覚的な音の大きさは、音圧のみならず⑨も影響を与えている。同一周波数の音の感覚的な大きさは、音圧をレベル表示することで表される。しかし、音圧レベルが同じ音でも、周波数が異なると感覚的には同じ大きさには聞こえない。これは、可聴範囲内でも音に対する聴覚感度は一様ではなく、周波数によって変化するためである。周波数が異なる音どうしの大きさを比較するために、感覚的な音の大きさを表したものを⑩という

音の大きさ, 調子の高低, 音色, 音圧, 周波数, 波形, 20, 20000, 周波数, ラウドネス

ある音の大きさを、感覚的に同じ大きさと感じる1000Hzの音の音圧レベル値[dB] によって表したものを、その音の①といい、単位は②である。 ③を右図に示す。それぞれの曲線が感覚的に同じ大きさと感じる純音の周波数と音圧レベルを表している。例えば、1kHzで50dBの音は、定義により 50phonである。ところが、同じ50phonでも、周波数が100Hzになると、60dBまで音圧レベルを上げないと同じ大きさの音とは感じられない。このように、人間の耳は ④～⑤kHz付近の音を最も大きく感じ、この領域から低周波数側にずれても、高周波側にずれても、感度が悪くなるため、音圧を大きくしないと同じ音の大きさに聞こえなくなる。

ラウドネスレベル, phon, 等ラウドネス曲線, 2, 4

音の周波数は感覚的な調子の高低と密接な関係があり、ある音の周波数が他の音の周波数の２倍である場合、前者は後者の音の①という。この関係を用いて、周波数 f1 、f2 [Hz]の音の関係をオクターブ数 x で表すと、下式になる。音の周波数は、感覚としての音の大きさと調子の高低の両方に影響を与えるので、周波数ごとに音を分割してその成分の大きさを検討することがある。この場合、下限周波数 f1 [Hz]、上限周波数 f2 [Hz]を f2 =2f1 にとり、この範囲の周波数ごとに音を取り扱う場合を②という。

1オクターブ上の音程, 1オクターブバンド分析

非常に狭い範囲の周波数バンドごとに音のエネルギーを表示したものを①という。右図に音の時間波形と対応する①の関係を示す。単純な正弦波は、単一の周波数成分からなることからラインスペクトルで表され、②と呼ばれる。楽器などの音色は規則的に並んだ②の複合として表され、 ③と呼ばれる。エレクトーンなどでは、この原理から逆に②を合成して特定の楽器に似せた音を作っている。雑音は一般に音程が感じられず、連続スペクトルとして表される。特に、各周波数で一定のエネルギーを有する雑音のことを④と呼ぶ。人間の聴覚はこのような音のスペクトル特性の違いを聞き分ける能力がある。右図に同じ音程の単音を鳴らしたピアノとバイオリンのスペクトルの例を示す。人間はこの相違を認識して、演奏される楽器を明確に区別する。

スペクトル, 純音, 複合音, ホワイトノイズ

スペクトル特性の微妙な相違の把握のほかにも、人間は着目している音だけを騒音の中でも聞き分ける情報選択能力を備えている。右図に示すパーティー会場で、自分の噂を聞き分けられるのは、この能力によるものであり、状況になぞらえて①と呼ばれる。大きい音と小さい音が同時に存在すると、小さい音が聞こえなくなるが、この現象を②という。一般に、マスクする音を③といい、この音が大きいほど、また、周波数が近いほど、②は大きくなる。人間のもつこれらの特性は、感覚器としての聴覚だけではなく、脳の働きも含めた高度な認識能力によるものと考えられている。

カクテルパーティー効果, マスキング効果, マスキングノイズ

騒音は、さまざまな周波数の音を含んでいる上に、時間的にみたレベル変動も多様である。また、航空機騒音のように、間欠的にしか発生しないものもある。そのため、これらの騒音の物理的な測定値をもとに、人間の感覚にあった評価法を検討し、それに基づいて騒音の規制値を決めたり、騒音対策を行なうことが望ましい。騒音を評価する場合には、人間の主観的判断の属性として、従来、①、 ②、③の3種がよくとりあげられてきた。 ①に関しては、日本語として「音の大きさ」という言葉が対応し、その概念も比較的明確である。しかし、②と③に関しては、、“うるささ”、“やかましさ”、“わずらわしさ”などが混然としていて、いまだ定訳はない。

ラウドネス, ノイジネス, アノイアンス

騒音は種々の音が入り混じるので、人間の感覚でその程度を捉えるのは難しい。また、周波数による聴覚特性を考慮する必要がある。そのため騒音計では、下図に示す、人間の聴覚感度の周波数特性に似せた補正回路が組み込まれている。図の①は、40phonの等ラウドネス曲線を簡略化して天地を逆にしたものであり、これで測定したときのレベルを②という。 C特性は各周波数が物理的にほぼ等しい感度で受音され、可聴範囲の③を近似的に示す。測定結果は、dB(A)やdB(C)のように、どの特性で測定したかを明記することもある。

A特性, 騒音レベル, 音圧レベル

騒音によっては、道路騒音など、時間的に大きく変動するものがある。このような場合は①を騒音評価に用いる。

等価騒音レベル

騒音レベルの測定だけでは、周波数的にみた特性がわからない。そこで、遮音対策等のために、騒音に対してより詳細な検討を行なう際には、オクターブバンド分析を行なって、周波数別音圧レベルを求める場合がある。右図に示す①は、周波数バンドごとに音圧レベルの上限値を与えている。 1オクターブバンドレベルの音圧を補正無しで求め、その結果を①上に記入して、すべての周波数の音圧レベルが基準上またはこれを下回る場合に、最小の基準曲線を用いて②とする。測定結果が図の黒丸の場合には、NC-45となる。 NCはNoise Criteriaの略語である

NC曲線, NC値

騒音の激しい労働環境で長年働いている人々は、聴力に永久的な損傷（永久的聴力損失または職業性難聴）を引き起こす恐れがある。聴力保護を目的として、日本産業衛生学会では、図のような許容曲線を提案している。その場所の騒音を周波数分析した結果を図にプロットし、それがどの曲線以下に収まるかを判定し、その曲線に表示されている①を読み取ることができる。

許容暴露時間

20Hz以下の①は、「聞こえない騒音」として最近問題になっている。20Hz以下の空気振動は、音として耳には聞こえないが、身体のどこかの部分で圧迫感や、しびれのような感覚を起こすこともある。また、気分が悪くなるなどの生理的影響を受けることもある。①に対する個人差は大きい。実際の建築物においては、戸ががたつく等の物理的影響が顕れて、存在に気づくこともある。

超低周波音

建築環境工学3

建築環境工学3

建築環境工学4

建築環境工学4

建築環境工学5