(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴出し口を有する空気放出管を備え、この空気放出管に圧縮空気を供給して前記噴出し口から放出させ、多数の小孔をあけた球状の中空体に取付孔を設け、先端部に複数のノズル孔を設けたノズル管を、前記取付孔から挿入すると共に前記ノズル孔が前記中空体のほぼ中心位置となるようにして中空体とノズル管とを固定し、且つノズル管の下端部を前記空気放出管の噴出し口に着脱可能に取り付けることにより、前記中空体と空気放出管とがノズル管を介して連通状態に結合されてなることを特徴とする音響縮尺模型実験用音源装置。
【請求項２】
前記中空体の小孔は、同径で等間隔に配置したことを特徴とする請求項１記載の音響縮尺模型実験用音源装置。
【請求項３】
前記中空体の小孔は、直径０．３ｍｍ〜０．５ｍｍであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の音響縮尺模型実験用音源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、音響縮尺模型実験に用いられる音源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般の建築物、例えばコンサートホール、多目的ホール、スタジオ、スポーツ施設等において、音響効果や音響環境の向上、或は居心地の良さを改良するために音に関する環境整備が重要視されている。又、鉄道・道路、空港施設、工場、オフィスビル、集合住宅等においては、騒音防止の観点から音環境への対策が強く要求されている。
【０００３】
このような音環境への配慮のために、建築前に１／１０〜１／５０の縮尺模型を作り、この模型に対して音を発して作用させ、その応答から音響特性を解析するようにした音響模型実験を行って室内の音響計画又は騒音防止計画等を立案するようにしている。この音響縮尺模型実験は、通常壁・天井がグラスウール等で吸音性に仕上げられた実験室内で、例えばコンサートホール等の室内音響模型実験、高速道路や工場等の模型による騒音伝播実験等の音空間実験を行い、得られたデータをコンピュータで解析処理し、建築後の音響特性を高い精度で予測することができる。
【０００４】
音響縮尺模型実験では、単に幾何学的な相似だけでなく現象も相似であることが好ましいが、厳密に相似を追及することは難しい面もある。音源の相似に関しては、実物の音源と幾何学的に相似で、且つ相似比に対応した周波数、指向性等の物理的特性が必要である。例えば１／ｎ倍に縮小した模型では、実験に使う音の周波数をｎ倍にすることで、実際の状況に相似した結果を得ることができる。又、デジタル信号処理によって、周波数を元に戻すと共に畳み込み演算と呼ばれる手法で音楽などを掛け合わせることにより、実際の音を聴いて音響評価をすることもできる。更に、縮尺１／５０程度で地形や家屋などを再現した模型実験によれば、複雑な地形や建物が密集する市街地への騒音伝播性状を解明することができる。
【０００５】
ところで、上記音響縮尺模型実験における音源としては、例えばスピーカ、スパークパルス、ジェットノイズ、鋼球等の金属衝突音等が従来用いられている。音響縮尺模型実験での音源は、５０Ｈｚ程度の低い周波数帯域から１０ｋＨｚ程度（実物換算）の高い周波数帯域まで広い範囲で発音し、しかも大出力で無指向性のものが良いとされている。
【０００６】
近年は騒音予測と騒音対策がタイアップすることが多い。この時、音響縮尺模型実験では音源から発生する試験音を如何に大きく減衰させるかという努力がなされる。そのために、観測点に至る音は大きく減衰しているので、計測時の音圧レベルが問題となる。従って、より大きい出力を持つ音源を開発することが、実験における安定性の確保と対策検討の自由度を広げることに寄与する。又、無指向性の点音源から出た音響エネルギーは球面状に拡散・伝播し、音圧レベル分布を調べるのに適している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の音響縮尺模型実験用音源のうち、スピーカの場合は出力の点では優れているけれども、周波数範囲では多少劣り、無指向性には適していない。多数のスピーカを円形に配置（例えば１２面体スピーカ）すれば、無指向性にすることは可能であるが、模型実験に適した周波数範囲の音を平坦な特性で発生させ、且つ小口径（１０〜２０ｍｍ程度）のスピーカは今のところ見当たらない。
【０００８】
又、従来のスパークパルスの場合は、針状の細い電極を数ｍｍ程度の間隔で対向させ、高電圧を掛けてスパーク放電現象を起こし、その際に発生する音を模型実験に使うが、これによると周波数範囲及び無指向性には優れているが、電極が破損しやすく安定した大出力が得られない点で問題がある。安定した大出力を得るためには、スパーク発生装置が大型化するので好ましくない。又、スパーク放電時に電磁波を放出するため、実験装置やケーブルに適切な電磁シールド処理が必要となる。
【０００９】
更に、従来のジェットノイズの場合は、空気放出管に圧縮空気を供給して先端の噴出し口から放出する音響エネルギーを利用し、比較的安定した大きな出力を得ることができ、周波数特性も比較的広範囲に制御できるが、無指向性ではない。
【００１０】
そして、従来の金属衝突音の場合は、通常パチンコ玉のような鋼球同士を衝突させて音源とし、発生する衝突音は無指向性には適しているが、大出力は得られず、周波数範囲が狭い点でも問題がある。
【００１１】
これら従来の音響縮尺模型実験用音源の特徴点をまとめると表１のようになる。
【表１】
0003728667.tif 000002
【００１２】
そこで、本発明者は、出力及び周波数範囲の点で優れている従来のジェットノイズに着目し、このジェットノイズを改善すべく無指向性を付与することを考えて鋭意研究した結果、ジェットノイズの噴出し口に多数の小孔をあけた中空体を連通状態で取り付けると、多数の小孔から強い風切り音が発生し、しかもその音響エネルギーが球面状に拡散・伝播することを知見して本発明を成すに至った。即ち、本発明は、ジェットノイズを用いた音源装置であって、音響縮尺模型実験用音源として最適なものを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明は、噴出し口を有する空気放出管を備え、この空気放出管に圧縮空気を供給して前記噴出し口から放出させ、多数の小孔をあけた球状の中空体に取付孔を設け、先端部に複数のノズル孔を設けたノズル管を、前記取付孔から挿入すると共に前記ノズル孔が前記中空体のほぼ中心位置となるようにして中空体とノズル管とを固定し、且つノズル管の下端部を前記空気放出管の噴出し口に着脱可能に取り付けることにより、前記中空体と空気放出管とがノズル管を介して連通状態に結合されてなることを特徴とする。これにより、空気放出管の噴出し口からノズル管を介して中空体内に流入する圧縮空気が中空体の多数の小孔を通過する時に風切り音を発生させ、この風切り音が拡散・伝播し、無指向性の状態で音圧レベルが分布することになる。
【００１４】
上記請求項１の発明は、ノズル管の下端部を前記空気放出管の噴出し口に着脱可能に取り付けたので、空気放出管に対する中空体の交換が容易となる。
【００１５】
又、請求項１の発明は、前記中空体は球状であるため、中空体の多数の小孔から球面状に音響エネルギーを拡散・伝播することができる。
【００１６】
更に、請求項２の発明は、前記中空体の小孔は、同径で等間隔に配置したことを特徴とする。これにより、音場空間のあらゆる方向に対して音圧レベルのほぼ均一な音響エネルギーを放出することができる。
【００１７】
そして、請求項３の発明は、前記中空体の小孔は、直径０．３ｍｍ〜０．５ｍｍであることを特徴とする。これにより、強い風切り音状の大出力で安定した音響エネルギーを放出することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る音響縮尺模型実験用音源装置の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、ジェットノイズの先端部に多数の小孔を設けた中空体を取り付けた状態を示す一部破断面図である。この図１において、１は空気放出管であり、先端部は閉塞されると共にその近傍に噴出し口１ａが形成され、噴出し口１ａの内周面にはめねじ１ｂが設けられている。
【００１９】
２は多数の小孔２ａを設けた中空体であり、合成樹脂で直径３８ｍｍ〜４０ｍｍの球状に形成され、小孔２ａは直径０．３ｍｍ〜０．５ｍｍの大きさで３．５ｍｍ〜４．０ｍｍの範囲で等間隔に形成されている。この中空体２は例えばピンポン玉を使用し、上記小孔２ａを小ドリル等で設けることにより形成することができる。中空体２の材質は合成樹脂に限定されずに、例えばセラミック、金属等を用いることも可能である。
【００２０】
又、中空体２の一部には取付孔２ｂが形成され、この取付孔２ｂの外側に環状部材３が固定されている。この環状部材３は取付孔２ｂと同径の孔を有し、この孔の中心を取付孔２ｂの中心に合致させて中空体２に接着等により取り付ける。
【００２１】
４はノズル管であり、先端部は閉塞されその近傍に直径０．１ｍｍ程度の微小のノズル孔４ａがノズル管４の円周方向に沿って等間隔に複数個形成されている。このノズル管４は取付部材５に貫通して固定され、取付部材５から突出した下端部には前記空気放出管１のめねじ１ｂに螺合するおねじ４ｂが設けられている。
【００２２】
上記取付部材５は、上部の外周部に鍔片５ａが設けられ、上端部には円柱状の突出部５ｂが設けられている。この取付部材５と一体化されたノズル管４は、前記取付孔２ｂから中空体２内に挿入すると、取付部材５の突出部５ｂが環状部材３の孔及び中空体２の取付孔２ｂに密に嵌合する。そして、環状部材３を取付部材５の鍔片５ａに接着等により固定することで、中空体２を取付部材５に固定することができる。
【００２３】
更に、ノズル管４の下端部のおねじ４ｂを空気放出管１のめねじ１ｂにねじ込んで螺着することによりノズル管４を噴出し口１ａに着脱可能に取り付け、これにより中空体２と空気放出管１とはノズル管４を介して連通状態に結合される。ノズル管４のノズル孔４ａは、中空体２のほぼ中心位置を占めるように設定すると、複数のノズル孔４ａから中空体２内へ圧縮空気を放射するのに好ましい。
【００２４】
このように構成された本発明に係る音響縮尺模型実験用音源装置において、前記空気放出管１に図示しない空気圧縮機から圧縮空気を送り込むと、その圧縮空気は噴出し口１ａからノズル管４に流入する。ノズル管４に流入した圧縮空気は、先端部（上端部）のノズル孔４ａから中空体２内に放射され、且つ中空体２の多数の小孔２ａから外部に圧縮空気が噴出される。
【００２５】
中空体２の小孔２ａからは、強い風切り音状の音響エネルギーが発せられる。小孔２ａの直径が０．３ｍｍ未満であると圧縮空気の流通抵抗が大きすぎて大出力の音源が得られず、０．５ｍｍを超えると圧縮空気の流通に乱れが生じて安定した音源が得られない。又、空気放出管１に供給する圧縮空気の圧力は、弱すぎると大出力の音響エネルギーが得られず、強すぎると大出力は得られるが継続した安定性が得られず、５気圧〜５．５気圧程度が良好である。但し、中空体２の大きさによって小孔２ａの直径や圧縮空気の供給圧力が変化する。
【００２６】
図２は中空体２の小孔２ａから発せられる音圧（音響エネルギー）を測定した指向特性図を示す。これは図３のように中空体２の中心を切る水平面Ｈ内での音圧レベルを示しており、中空体２の中心から距離１ｍ離れた円周Ｃ１上に沿って受音マイクロフォンＭを１５度毎に移動させながら音圧レベルを測定したものである。
【００２７】
この図に示した中で、例えば音源周波数が６４ｋＨｚでは、概ね観測される音圧レベルは±１ｄＢの範囲に納まっており、良好な無指向性の特性が得られている。尚、図２では円周Ｃ１上に沿って全周観測したものではなく、半周での結果を示したものである。残りの半周についても同様の結果が得られることが十分予想される。
【００２８】
又、図３のように中空体２の中心を切る垂直面Ｖで、中空体２の中心から距離１ｍ離れた円周Ｃ２上に沿って受音マイクロフォンＭを移動させながら主要の観測地点で音圧レベルを測定したところ、上記水平面Ｈでの音圧レベル測定と同様の結果が得られた。図示は省略したが、水平面Ｈ、垂直面Ｖ以外の任意角度の傾斜面においても同様の結果が得られることが十分予想される。
【００２９】
更に、中空体２の小孔２ａからの音源周波数を変えて（３２ｋＨｚ、１６ｋＨｚ、８ｋＨｚ、４ｋＨｚ）同様の音圧測定を行うと、上記音源周波数６４ｋＨｚの場合と同様の結果が得られた。尚、図２では各音源周波数で測定点が相互にほぼ重なって見難くなるため、便宜上各音源周波数について位置を同心円状にずらせて記載してある。
【００３０】
これによると、中空体２の小孔２ａから放出される音圧は中空体２を中心としてほぼ球状に拡散・伝播することが判明した。即ち、中空体２から発せられる音響は無指向性であることが分かった。尚、空気放出管１への圧縮空気の供給圧力（空気量）を一定とした場合、中空体２に開ける小孔２ａの径を変化させることで周波数の変化を制御することができる。異なる孔径の中空体２を複数準備しておき、実験に必要とされる周波数に応じて付け替えることになる。その際、空気放出管１に対してノズル管４が着脱可能となっているので、中空体２の交換が容易にできる。
【００３１】
上記本発明に係る音響縮尺模型実験用音源装置は、例えば室内音響に関する模型実験に使用することができる。ホールや劇場等で、主に舞台から客席へどのように音が伝わるかを調べる。通常は縮尺１／１０の模型を用いるが、最近はより小さな１／２０〜１／５０程度の模型を用いた実験の研究的な取り組みが見られる。対象とする周波数は、実物で１０ｋＨｚ程度までであれば、１／１０縮尺模型では１００ｋＨｚまでとなる。尚、１／２０縮尺の模型では２００ｋＨｚまでとなる。
【００３２】
又、騒音伝播に関する模型実験にも使用することができる。工場や鉄道、高速道路、空港施設等から周辺にどのように音が伝播していくかを調べる。対象の範囲が広くなるため縮尺は１／５０程度を使うことが多い。更に、高速道路のインターチェンジからの騒音伝播実験などでは、広い範囲が対象となるため１／１００以上の縮尺で行われることもある。尚、模型実験での周波数範囲は、実験の目的と、縮尺の関係及びハードウエア（音源の発生周波数、受音マイクロフォンの周波数等）の限界によって決まる。騒音に関する模型実験では、実物で低い周波数範囲を対象とすることが多いため、大きな縮尺での実験が可能となる。
【００３３】
尚、上記実施形態では中空体は球状のもので説明したが、これに限定されずに例えば半球状のもので実施することが可能である。この場合は、音源が地上に近い地点から発せられる実験等に用いることができる。又、上記実施形態では、中空体２と空気放出管１とはノズル管４を介して結合したが、中空体２を空気放出管１の噴出し口１ａに直接結合して実施することも可能である。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、請求項１の発明によれば、前記中空体に取付孔を設け、先端部に複数のノズル孔を設けたノズル管を、前記取付孔から挿入すると共に前記ノズル孔が前記中空体のほぼ中心位置となるようにして中空体とノズル管とを固定し、且つノズル管の下端部を前記空気放出管の噴出し口に着脱可能に取り付けてなる音響縮尺模型実験用音源装置であるから、空気放出管の噴出し口からノズル管を介して中空体内に流入する圧縮空気が中空体の多数の小孔を通過する時に風切り音を発生させ、その風切り音が拡散・伝播し、無指向性の状態で音圧レベルが分布することになる。
【００３５】
請求項１の発明によれば、ノズル管の下端部を前記空気放出管の噴出し口に着脱可能に取り付けたので、空気放出管に対する中空体の交換が容易となり、模型縮尺に応じた中空体を選択して取り付けることができる。
【００３６】
又、請求項１の発明によれば、前記中空体は球状であるため、中空体の多数の小孔から球面状に音響エネルギーを拡散・伝播することができる。
【００３７】
更に、請求項２の発明によれば、前記中空体の小孔は、同径で等間隔に配置したので、音場空間のあらゆる方向に対して音圧レベルのほぼ均一な音響エネルギーを放出することができる。
【００３８】
そして、請求項３の発明によれば、前記中空体の小孔は、直径０．３ｍｍ〜０．５ｍｍであるので、強い風切り音状の大出力で安定した音響エネルギーを放出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る音響縮尺模型実験用音源装置の実施形態を示す主要部の一部破断面図である。
【図２】本発明に係る音響縮尺模型実験用音源装置における中空体の多数の小孔から発せられる音圧レベルを測定した指向特性図である。
【図３】同、中空体の多数の小孔から発せられる音圧レベルを測定する状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１…空気放出管
１ａ…噴出し口
２…中空体
２ａ…小孔
３…環状部材
４…ノズル管
５…取付部材
【図１】
0003728667.tif 000003
【図２】
0003728667.tif 000004
【図３】
0003728667.tif 000005