(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
音波を散乱させる音響散乱体であって、
二等辺三角形の斜辺上に、当該斜辺とほぼ同じ長さの底辺を有する二等辺三角形の当該底辺を重ねた積層構造を複数段化することにより形成される断面形状の基部と、
前記基部の最も上層に積層された各二等辺三角形の３つの頂点を結ぶ円弧と、これらの上層の二等辺三角形の斜辺との間に形成される断面形状であり、当該円弧状の表面により音波を反射させて散乱させる表面部とを具備し、
前記各二等辺三角形の斜辺と底辺との角度が２０〜３０゜である
ことを特徴とする音響散乱体。
【請求項２】
前記二等辺三角形の複数段の積層構造が少なくとも３段以上であることを特徴とする請求項１に記載の音響散乱体。
【請求項３】
前記表面部側から平面視した場合に、前記表面部および前記基部は円形状になされており、
形成された円形状の直径線に沿った断面形状が、前記表面部と前記基部とにより構成される形状であることを特徴とする請求項１または２に記載の音響散乱体。
【請求項４】
前記基部は光を透過する光透過部材から形成され、かつ照明装置が配置可能な中空部を有しており、
前記表面部は光を透過する光透過部材から形成されている
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の音響散乱体。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の音響散乱体と、
前記音響散乱体が取り付けられる内壁面または天井面と
を備えることを特徴とする音響室。
【請求項６】
請求項４に記載の音響散乱体と、
前記音響散乱体が取り付けられる内壁面または天井面と、
前記内壁面または前記天井面に取り付けられる照明装置とを備え、
前記音響散乱体は、前記内壁面または前記天井面に着脱自在に、かつ前記中空部に前記照明装置が配置されるように取り付けられている
ことを特徴とする音響室。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、音波を散乱させる音響散乱体、およびこれを備えた音響室に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ホール等には、音を散乱させて、フラッタエコーや音の集中などを抑制するとともに、より均一な音響エネルギーの分布を実現させて音場の拡散性を向上させるために、内壁面や天井面などに音響散乱体が貼り付けられている。このような音響散乱体としては、従来、図１に示す断面形状が三角形（山型）、半円状および円弧状のものなどが用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した断面形状が山型の音響散乱体は、低コストでの製造が可能であるが、良好な散乱が可能な周波数帯域が狭く、断面形状が半円状や円弧状のものと比較して全方向的な散乱効果が少ない。また、断面形状が半円状の音響散乱体は、奥行きが大きい、つまりこの音響散乱体が取り付けられた内壁面からの突出部が大きくなり、スペース的な問題がある。また、断面形状が円弧状の音響散乱体は、半円状の音響散乱体のようにスペース的な問題はないが、音の散乱性能の点では半円状の音響散乱体よりも劣っている。
【０００４】
本発明は、上記の事情を考慮してなされたものであり、スペース効率を悪化させることなく、より広い周波数帯域においてより良好な音の散乱性能を有する音響散乱体およびこれを備えた音響室を提供することを目的とする。
【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、本発明に係る音響散乱体は、音波を散乱させる音響散乱体であって、
二等辺三角形の斜辺上に、当該斜辺とほぼ同じ長さの底辺を有する二等辺三角形の当該底辺を重ねた積層構造を複数段化することにより形成される断面形状の基部と、
前記基部の最も上層に積層された各二等辺三角形の３つの頂点を結ぶ円弧と、これらの上層の二等辺三角形の斜辺との間に形成される断面形状であり、当該円弧状の表面により音波を反射させて散乱させる表面部とを具備し、前記各二等辺三角形の斜辺と底辺との角度が２０〜３０゜であることを特徴としている。
【０００７】
また、請求項２に記載の音響散乱体は、請求項１に記載の音響散乱体において、
前記二等辺三角形の複数段の積層構造が少なくとも３段以上であることを特徴としている。
【０００８】
また、請求項３に記載の音響散乱体は、請求項１または２に記載の音響散乱体において、
前記表面部側から平面視した場合に、前記表面部および前記基部は円形状になされており、
形成された円形状の直径線に沿った断面形状が、前記表面部と前記基部とにより構成される形状であることを特徴としている。
【０００９】
また、請求項４に記載の音響散乱体は、請求項１ないし３のいずれかに記載の音響散乱体において、
前記基部は光を透過する光透過部材から形成され、かつ照明装置が配置可能な中空部を有しており、
前記表面部は光を透過する光透過部材から形成されていることを特徴としている。
【００１０】
また、請求項５に記載の音響室は、請求項１ないし４のいずれかに記載の音響散乱体と、
前記音響散乱体が取り付けられる内壁面または天井面とを備えることを特徴としている。
【００１１】
また、請求項６に記載の音響室は、請求項４に記載の音響散乱体と、
前記音響散乱体が取り付けられる内壁面または天井面と、
前記内壁面または前記天井面に取り付けられる照明装置とを備え、
前記音響散乱体は、前記内壁面または前記天井面に着脱自在に、かつ前記中空部に前記照明装置が配置されるように取り付けられていることを特徴としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
Ａ．第１実施形態
まず、図２は本発明の第１実施形態に係る音響散乱体２０を示す斜視図であり、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って視た図である。図２および図３に示すように、この音響散乱体２０の表面（図２の上方）側は、連続して円弧状の突起部が４つ配置された構成となっている。この音響散乱体２０は、このような突起部などの形状、すなわち図３に示す音響散乱体２０の断面形状に特徴を有しており、材質などは公知の音響散乱体と同様のものを使用することができるが、中でもできるだけ剛性の高い難燃性のものを用いることが好ましい。以下、図４を参照して、音響散乱体２０の断面形状について説明する。
【００１３】
図４に示すように、音響散乱体２０の断面形状は、７つの二等辺三角形によって構成される基部と、基部の上面に配置される表面部とから形成されている。基部は、この音響散乱体２０の裏面の長さと同一長の底辺を有する二等辺三角形３０ａの斜辺上に、この二等辺三角形３０ａの斜辺と同一長の底辺を有する二等辺三角形３０ｂを重ねて配置し、さらに各二等辺三角形３０ｂの斜辺上に、この斜辺と同一長の底辺を有する二等辺三角形３０ｃを重ねた構造、つまり二等辺三角形を３段積層した形状となっている。そして、音響散乱体２０における音波を散乱する部分である表面部は、上述したように積層された最上層の二等辺三角形、つまり４つの二等辺三角形３０ｃの３つの頂点を結ぶ円弧状に形成されている。ここで、二等辺三角形３０ａは、その底辺と斜辺との間の角度が２５゜となる形状であり、二等辺三角形３０ｂ，３０ｃも、二等辺三角形３０ａと相似の関係にあるため、同様に底辺と斜辺との間の角度（以下、斜度とする）が２５゜となっている。なお、説明を明確化するために、基部と表面部とを個別に説明するようにしたが、これらは個別に成形されても、一体に成形されてもどちらでもよいが、通常一体として成形されることが多い。
【００１４】
次に、音響散乱体２０の断面形状を上述したような二等辺三角形の積層構造とした理由について説明する。まず、ベースとなる二等辺三角形３０ａは、特定の周波数帯域に対して良好な散乱特性を得られるように底辺長および斜度を設定している。このように設定した二等辺三角形３０ａに二等辺三角形３０ｂを積層することにより、二等辺三角形３０ａのみ、つまり従来の山型の音響散乱体と比較して２倍の周波数帯域で良好な散乱特性を得られるようになる。さらに、二等辺三角形３０ｃを積層することにより、従来の山型の音響散乱体と比較して３倍の周波数帯域で良好な散乱特性を得ることができるようになる。つまり、上述したように二等辺三角形が積層された断面形状としたのは、良好な散乱特性が得られる周波数帯域を拡大することができるからである。ここで、実使用を考慮すると、音響散乱体としては、３オクターブ以上は必要となるので、少なくとも二等辺三角形を少なくとも３段以上積層することが好ましい。また、上述したように二等辺三角形を積層した上に円弧状の表面を形成することにより散乱効果が連続化され、より良好な散乱特性を得ることができる。また、円弧状にすることにより音響散乱体２０の成形も容易となる。
【００１５】
次に、上述した二等辺三角形３０ａ，３０ｂ，３０ｃの斜度を２５゜に設定した理由について説明する。本出願人は、良好な散乱特性が得られる斜度を決めるために、以下のような音源、受音点および反射面の位置関係（図５参照）において、波動音響シュミレーションを行い、その結果に基づいて斜度を設定した。音源、受音点の位置関係は平面波入射となる遠方に配置するようにし、入射角は図５に示すように垂直入射とした。反射面は正反射となるように二等辺三角形の底辺の長さ（Ｗ＝５λ）とした。
【００１６】
このような条件で、１ＫＨｚ帯域でのエネルギー分布を斜度θ＝０〜４０゜を５゜毎に計算し、図６〜１４に示す分布、および図１５に示す標準偏差（値が小さいほど、散乱特性が良好）が得られた。これらの図から、θ＝２０゜以上の場合に良好な散乱特性が得られることがことがわかる。また、斜度θを大きくしすぎると、音響散乱体２０の厚みが大きくなり従来の半円状の断面を有する音響散乱体と同様にスペース的な問題があるため、θ＝２０〜３０゜の範囲で設定することが好ましいと考えられ、本実施形態においては上述したようにθ＝２５゜に設定している。
【００１７】
次に、上述した理由から、その形状が設計された音響散乱体２０の散乱特性を調べるために、本出願人は、直方体状の閉空間に点音源を設置し、その１つの壁面に音響散乱体２０を配置して波動音響シュミレーション実験を行った。また、従来の音響散乱体と比較するために、平板（つまり、壁面のみ）と、断面半円状の音響散乱体と、断面円弧状の音響散乱体とについても同様の条件でシュミレーション実験を行った。そして、図１６（ａ）平板，（ｂ）半円，（ｃ）円弧，（ｄ）連続円弧（本実施形態に係る音響散乱体）に示すような結果を得た。同図において、濃淡分布のばらつきが小さい方が散乱特性が良好であることを示しており、図から（ｂ）半円、（ｄ）連続円弧、（ｃ）円弧、（ｄ）平板の順番に良好な散乱特性が得られることがわかる。つまり、断面形状が半円の場合に最も良好な散乱特性が得られることになるが、上述したようにスペース的な問題がある。本実施形態の音響散乱体２０は、図から明らかなように平板からの突出高さＬは断面円弧状の音響散乱体とほぼ同じであるにも関わらず、断面円弧状の音響散乱体よりも優れた散乱特性を有している。
【００１８】
また、図１６においては、一時点の音場内の音響エネルギー分布を示しているが、このエネルギー分布は時間的にも変化するものである。従って、本出願人は、平板、断面半円状、断面円弧状、山型および連続円弧（本実施形態に係る音響散乱体２０）について、上述したエネルギー分布の標準偏差（図１６参照）の時間的な変化を計測し、図１７〜２１に示す結果を得た。図１７に示す平板の場合、標準偏差の値が時間に関わらず大きく、また周期的に大きな変動がある。図１８に示す断面半円状の音響散乱体では、標準偏差の値が小さく安定したものとなっており、良好な散乱特性が得られているものと考えられる。図１９に示す断面円弧状の音響散乱体でも、安定した標準偏差の値が得られているが、０．０７秒付近に大きな変動がある。図２０に示す山型の音響散乱体では、標準偏差の値が時間に関わらず大きく、また変動も激しく見られる。図２１に示す連続円弧の音響散乱体２０の場合には、半円状の音響散乱体と同様に標準偏差の値が小さく安定したものとなっており、良好な散乱特性が得られている。
【００１９】
以上のようなシュミレーション結果から、本実施形態に係る音響散乱体２０は断面円弧状や山型の音響散乱体と比較して良好な散乱特性を有しているものといえる。また、断面半円状の音響散乱体のようにスペース的な問題もない。従って、本実施形態に係る音響散乱体２０では、断面半円状の音響散乱体により近い良好な散乱特性を維持しつつ、スペース的な問題を解消することができる。
【００２０】
次に、上述した音響散乱体２０を音響室に取り付ける場合について説明する。ここで、音響散乱体２０は、通常建築用パネルとしてよく用いられる幅９００ｍｍとしてある。このように幅９００ｍｍの音響散乱体を用いた場合、５００Ｈｚ程度を中心とする４オクターブ程度の散乱特性を備えるようになる。音響室に音響散乱体２０を取り付ける場合、図２２に示すように、音響室の内壁面２２０（天井面でもよい）に音響散乱体２０の側面の側部平面部を平頭ボルト２２１で固定する方法がある。このような取り付け方法で、図２３に示すように、複数の音響散乱体２０を順次取り付けることにより、内壁面２２０一面に音響散乱体２０が取り付けられた音響室が完成する。なお、各音響散乱体２０間のクリアランスとなる平板部分２０ａは、隣接する円弧状の表面部からの散乱を阻害しないという意味で、全体の散乱特性の向上に寄与する。
【００２１】
また、図２４に示すように、音響散乱体２０を２つに分割してそれぞれ分割パネル２４１を形成し、これらを音響室の寸法に合わせて組み合わせるようにしてもよい。この場合、図示のように、分割パネル２４１における他の分割パネル２４１との接合面にタボ２４０を設け、他の分割パネル２４１の接合面に凹部を設けるようにし、これらを嵌め合わせることにより分割パネル２４１を組み合わせるようにすればよい。
【００２２】
なお、図２３に示したように音響室内に音響散乱体２０を同方向に配列せずに、図２５に示すように、隣に配置される音響散乱体２０の円弧状突起部の長手方向が直交するように音響散乱体２０を配列するようにしてもよい。このように配置すれば、水平方向（図のＸＺ面）に良好な散乱特性が得られると共に、垂直方向（図のＺＹ面）に良好な散乱特性を得ることもできる。
【００２３】
また、図２６に示すように、音響室の内壁面４０に柱として音響散乱体２０を取り付けるようにしてもよい。この場合、垂直方向に長い音響散乱体２０を一体成形してもよいし、上述した音響散乱体２０の分割パネルを複数連結して柱を構成するようにしてもよい。
【００２４】
また、天井面への音響散乱体の取付例を図２７および図２８に示す。図２７に示す例では、天井面４１に適当な間隔を隔てて音響散乱体２０が取り付けられている。これは、１０〜２０畳程度の広い部屋に配置する場合に適しており、このように取り付けることにより良好な散乱特性が得ることができる。一方、１０畳以下の部屋に取り付ける場合には、図２８に示すように、天井面４１の端部に上述した分割パネル２４１を取り付けるようにすれば、十分な散乱効果が得られる。
【００２５】
Ｂ．第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態に係る音響散乱体について説明する。図２９に示すように、第２実施形態に係る音響散乱体５０は、その表面側から視た場合に、円形状に形成されている。ここで、図３０は、図２９のＸＸＸ−ＸＸＸ線、つまり円形状の音響散乱体５０の中心Ｏを通る線に沿って視た図である。同図に示すように、音響散乱体５０は、第１実施形態の音響散乱体２０と同様の断面形状（図３および図４参照）に形成されている。すなわち、音響散乱体５０の中心Ｏを通る直径線に沿って切断した断面形状が常に図３０に示す形状になるようになっている。
【００２６】
上述した音響散乱体２０は、水平方向の散乱特性を良好にすることができたが、本実施形態に係る音響散乱体５０では、どの方向から視た場合にも、その断面形状が音響散乱体２０と同様の形状となっているため、水平方向だけでなく垂直方向の散乱特性を良好にすることができる。従って、図３１に示すように、音響散乱体５０を音響室内の内壁面５５に取り付けた場合、図におけるＺＸ平面だけでなく、ＺＹ平面方向にも良好な散乱特性が得られることになる。
【００２７】
また、上述した円形状の音響散乱体５０の変形例として、図３２に示すような音響散乱体６０を音響室の天井面６２に取り付けるようにしてもよい。同図に示すように、音響散乱体６０の外観形状は音響散乱体５０と全く同じ形状であるが、その内部に中空部６１が形成されている点が異なっている。また、この音響散乱体６０は、光を透過させる半透明材から構成されている。
【００２８】
音響散乱体６０に形成された中空部６１内には、天井面６２に取り付けられた照明装置６３が配置されており、この照明装置６３が発光した光が半透明材からなる音響散乱体６０を透過して音響室内を明るく照らすことができるようになっている。従って、音響散乱体６０は散乱特性に優れた音響散乱体であるとともに、照明カバーとしての機能を有している。この場合、ネジ止めや、フックを用いて引っかけるといったように天井面６２に着脱自在に音響散乱体６０を取り付けるようにすれば、照明装置６３のメンテナンス、交換および清掃等の作業が容易となる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、スペース効率を悪化させることなく、より広い周波数帯域において、より良好な音の散乱特性を得ることができ、音響室に使用した場合には、その音場の拡散性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の音響散乱体の外観を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る音響散乱体を示す斜視図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って視た図である。
【図４】第１実施形態に係る音響散乱体の断面形状を説明するための図である。
【図５】音響散乱体の断面形状を構成する二等辺三角形の斜度と、その斜度による音の散乱特性を調べるための波動音響シュミレーションを説明する図である。
【図６】音響散乱体の断面形状を構成する前記二等辺三角形の斜度を０゜に設定した場合の、前記シュミレーションによって計算されたエネルギー分布を示す図である。
【図７】音響散乱体の断面形状を構成する前記二等辺三角形の斜度を５゜に設定した場合の、前記シュミレーションによって計算されたエネルギー分布を示す図である。
【図８】音響散乱体の断面形状を構成する前記二等辺三角形の斜度を１０゜に設定した場合の、前記シュミレーションによって計算されたエネルギー分布を示す図である。
【図９】音響散乱体の断面形状を構成する前記二等辺三角形の斜度を１５゜に設定した場合の、前記シュミレーションによって計算されたエネルギー分布を示す図である。
【図１０】音響散乱体の断面形状を構成する前記二等辺三角形の斜度を２０゜に設定した場合の、前記シュミレーションによって計算されたエネルギー分布を示す図である。
【図１１】音響散乱体の断面形状を構成する前記二等辺三角形の斜度を２５゜に設定した場合の、前記シュミレーションによって計算されたエネルギー分布を示す図である。
【図１２】音響散乱体の断面形状を構成する前記二等辺三角形の斜度を３０゜に設定した場合の、前記シュミレーションによって計算されたエネルギー分布を示す図である。
【図１３】音響散乱体の断面形状を構成する前記二等辺三角形の斜度を３５゜に設定した場合の、前記シュミレーションによって計算されたエネルギー分布を示す図である。
【図１４】音響散乱体の断面形状を構成する前記二等辺三角形の斜度を４０゜に設定した場合の、前記シュミレーションによって計算されたエネルギー分布を示す図である。
【図１５】前記シュミレーションによって計測された音の散乱特性の標準偏差を示す図である。
【図１６】シュミレーションによって計測された従来の音響散乱体の音の散乱特性と、第１実施形態に係る音響散乱体の音の散乱特性とを示す図である。
【図１７】従来の平板音響散乱体を配置した直方体内の音響エネルギー分布の標準偏差と、時間との関係を示す図である。
【図１８】従来の断面半円状音響散乱体を配置した直方体内の音響エネルギー分布の標準偏差と、時間との関係を示す図である。
【図１９】従来の断面円弧状音響散乱体を配置した直方体内の音響エネルギー分布の標準偏差と、時間との関係を示す図である。
【図２０】従来の山型音響散乱体を配置した直方体内の音響エネルギー分布の標準偏差と、時間との関係を示す図である。
【図２１】第１実施形態に係る音響散乱体を配置した直方体内の音響エネルギー分布の標準偏差と、時間との関係を示す図である。
【図２２】第１実施形態に係る音響散乱体の音響室への取り付け方法を説明するための図である。
【図２３】第１実施形態に係る音響散乱体が取り付けられた音響室を示す斜視図である。
【図２４】第１実施形態に係る音響散乱体の音響室への他の取り付け方法を説明するための図である。
【図２５】第１実施形態に係る音響散乱体の取り付けられた音響室の他の例を示す斜視図である
【図２６】第１実施形態に係る音響散乱体の取り付けられた音響室のさらに他の例を示す斜視図である。
【図２７】広い部屋に第１実施形態に係る音響散乱体の取り付ける場合に適した取り付け例を示す斜視図である
【図２８】狭い部屋に第１実施形態に係る音響散乱体の取り付る場合に適した取り付け例を示す斜視図である。
【図２９】本発明の第２実施形態に係る音響散乱体を示す正面図である。
【図３０】図２９のＸＸＸ−ＸＸＸ線に沿って視た図である。
【図３１】第２実施形態に係る音響散乱体が取り付けられた音響室を示す斜視図である。
【図３２】第２実施形態に係る音響散乱体の変形例を示す側断面図である。
【符号の説明】
２０……音響散乱体、３０ａ，３０ｂ，３０ｃ……二等辺三角形、４０……内壁面、４１……天井面、５０……音響散乱体、５５……内壁面、６０……音響散乱体、６１……中空部、６２……天井面、６３……照明装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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