戸田建設

技術研究報告第37号

松岡
土屋明彦 *1裕造 *1

室の規模と吸音率に基づいた STIr の推定
その２小林

電気音響設備による効果の検証

正明 *1

概要

既報では、音声伝送性能の物理的評価指標として IEC60268-16:2003 において規格化されている STIr に着目し、室内音響性能測定用スピーカを用いて実測した最小値と拡散仮定で求めた値を比較した。その結果、電気音響設備を使用しない場合の STIr の最小値が室の規模および平均吸音率を用いて推定できることを示した。
本報では、空間に付随する電気音響設備を用いて実測した STIr が室の規模および平均吸音率を用いて推定可能であるかを検討した。

Estimation of STIr from absorption coefficient in consideration of room volume
Part 2 Effect of electro-acoustics systems
Masaaki KOBAYASHI*1

Akihiko MATSUOKA*1Yuzo TSUCHIYA*1

STIr is an objective measure for the evaluation of speech transmission standardized in IEC60268-16:2003. In the previous report,
speech transmission performance in a room defined as the minimum value of STIr and the interrelationships of the STIr measured
by the speakers for measuring room acoustics and calculated by the theory based on the assumption of a diffuse sound field wereconsidered. As a result, it was demonstrated that STIr is strongly related to the room volume, surface area and absorption coefficient ofthe room. This means that speech transmission performance can be designed by the parameters as usual.
In this paper, the interrelationships of the STIr measured by the electro-acoustics systems and calculated by the theory mentioned
above were considered.

*1 技術研究所*1
Technical Research Institute5

室の規模と吸音率に基づいたSTIrの推定

その２

電気音響設備による効果の検証

室の規模と吸音率に基づいた STIr の推定
その２

電気音響設備による効果の検証
小林 正明 *1
松岡 明彦 *1
土屋 裕造 *1

１．はじめに

STI とその計算過程の一部に修正を加えた STIr は、音声の周波数成分をカバーする 125 ～ 8KHz の 7 つのオクターブバンドごとに、一般的な会話のスピーチレイトに対応する 14 個の変調周波数について求められた計 98 個の MTF をもとに、AI 法に準じる手続きによって計算される物理的評価指標である 7）。

既報 1） では、同一空間における音声伝送性能の最小値に着目し、音声伝送性能の物理的評価指標として
IEC60268-16:20032）において標準化されている STIr の最小値と室の規模、および、室内平均吸音率の関係について検討した。その結果、電気音響設備を使用しない場合の STIr の最小値が室の規模および平均吸音率を用いて推定できることを示した。
本報では、拡散仮定のもとで算出された STIr を用いることで、電気音響設備使用時の STIr の最小値が推定できるかを検討した。

３．実音場における STIr の推定

3.1 拡散音場における STIr と吸音率の関係
残響が指数的に減衰する場合、すなわち、拡散仮定の音場では、MTF は式（4）であらわされる。したがって、MTF に基づいて算出される STIr も、変調周波数 F と残響時間 T によって求められる。ここで、拡散音場における残響時間 T8）は式（5）によってあらわされる。

２．MTF と STI について

STI（Speech Transmission Index）は、会話音声の特徴を信号強度の時間的変化をあらわす包絡線情報としてとらえ、音源位置で発せられた音声波形（100％強度変調した音源信号波形）の包絡線が、受音位置でどの程度保存されているかを示す MTF（Modulation
Transfer Function）の結果を用いて算出される 3,4）。
一般に、式（1）であらわされる 100％強度変調された音源入力信号に対し、伝送路内を経過した出力信号は式（2）であらわされる。ここで、m（F）は、変調周波数 F における変調指数であり、τは伝送による時間遅れをあらわす。変調深さの減少度を変調周波数の関数としてあらわした m（F）が伝送路の MTFである。

（5）

T ：残響時間（sec） V ：室容積（m3）－：室内平均吸音率α
S ：表面積（m2）
式（4）と（5）より、拡散音場における STIr は、
室容積 V（m3）を表面積 S（m2）で除した V/S と室－によって求められる。受音点での音内平均吸音率α
声レベルを男声による 60dBA とし、十分な SN 比が確保されている場合、V/S に応じた STIr と室内平均吸音率の関係は図－ 1 のようにあらわされる。図－ 1によれば、同一の V/S では、室内平均吸音率が増加するにつれて STIr も大きくなる。また、同一の室内平均吸音率であれば、V/S が大きいほど STIr は小さくなる。
3.2 STIr の測定
実音場における STIr は、各音場で実測したインパルス応答より、式（3）で求まる MTF に基づいて算出した。
インパルス応答の測定は再生系がゆがまない程度に音源を増幅し、十分な SN 比が得られる状況で実施した。音源は 12 面体スピーカ、音声伝送性能測定用ス
ピーカ（AIJSP）9） および各室に常設された電気音響設備（拡声設備）とした。なお、電気音響設備を用いたインパルス応答の測定はマイクを介さない直接入力（ライン入力）にて実施した。また、12 面体スピーカ
および AIJSP 使用時の音源位置は各室で想定される話者位置とし、インパルス応答の測定点は室内の複数（1）（2）
Schroeder5） は 伝 送 路 の イ ン パ ル ス 応 答 h（t） とMTF の関係が式（3）であらわされることを証明した。
実音場における MTF は測定結果の h（t）を式（3）に代入し算出されることが一般的である 6）。
（3）
一方、残響が指数的に減衰する場合、受音点における暗騒音と音声レベルの SN 比が十分に確保されていれば、MTF は式（4）であらわされる。
（4）

F ：変調周波数（0.63 ～ 12.5 Hz）
T ：残響時間（sec）*1 技術研究所

5-2

戸田建設

67,U ታ᷹୯㧔 㕙૕ࠬࡇ࡯ࠞ㧕㧔$㧕 㕙૕ࠬࡇ࡯ࠞ

96






67,U











－の関
室の規模に応じた STIr と室内平均吸音率α
係例







講堂

3,225

1,625

1.98

0.98

0.28

B

多目的室

4,600

2,100

2.19

1.22

0.25

C

講堂

1,960

1,140

1.72

1.05

0.23

D

体育館

4,430

1,870

2.37

1.43

0.23

E

体育館

25,000

5,600

4.46

4.36

0.15

F

講堂

5,600

2,700

2.07

1.40

0.21

G

教室

1,330

770

1.73

0.97

0.25

H

教会

2,170

1,685

1.29

1.34

0.14

I

教会

2,170

1,685

1.29

2.27

0.09












67,U ੍᷹୯㧔᜛ᢔ઒ቯ㧕

室容積 V 表面積 S
残響時間 室内平均
V/S（m3） （m2）（秒） 吸音率

A



実測した音場の諸元㧔&㧕㔚᳇㖸㗀⸳஻
67,U ታ᷹୯㧔㔚᳇㖸㗀⸳஻㧕

音場 室用途





表－ 1 



㧔%㧕$,-63
67,U ታ᷹୯㧔$,-63㧕






67,U ੍᷹୯㧔᜛ᢔ઒ቯ㧕







図－ 1




第37号

音場で実測値が予測値を明らかに下回る結果となった。
これは、電気音響設備を使用する際の STIr を拡散仮定のみで設計することは危険であることを意味する。
3.4 音源の違いが同一測定点の STIr に及ぼす影響
図－ 3 および図－ 4 は音場 H の同一測定点における STIr を音源の違いによって比較したものである。
図－ 3 は AIJSP と 12 面体スピーカによる比較を示しており、図－ 4 は AIJSP と電気音響設備の比較である。
図－ 3 より、AIJSP を用いた場合の STIr が 12 面体スピーカを用いた場合と同等以上であり、また、STIr が小さくなるほど AIJSP と 12 面体スピーカによる測定結果の差が小さくなることが示された。これは、音源である AIJSP と 12 面体スピーカが同じ位置に設置されたこと、および、音源と受音点が離れることによって、音源の指向性によらず、音声伝送に重要とされる直接音が低減する一方、反射音が増大することに起因する。

点とした。
本検討に用いた音場は室の規模・用途の異なる 9 音場である。実測した音場の諸元を表－ 1 に示す。用いた音場の室容積は約 1,300 ～ 25,000 m3 に分布しており、室容積 V（m3）を表面積 S（m2）で除した V/S の範囲は約 1.3 ～ 4.5 であった。12 面体スピーカを用い－（いて得られた各音場の残響時間と室内平均吸音率α
ずれも中心周波数 500Hz、オクターブバンド）はそれぞれ 0.97 ～ 4.36 秒、0.09 ～ 028 であった。
3.3 拡散音場の STIr と最小 STIr の関係
図－ 2 は各音場で得られた STIr の最小値と拡散仮定のもとで予測される STIr を音源ごとに比較したものである。なお、STIr の予測には全周波数における残響時間として 500 Hz（オクターブバンド）の残響時間を用いた。
図－ 2 より、音源に 12 面体スピーカおよび AIJSPを用いた場合はすべての音場で実測値が予測値と同等以上になることが示された。この傾向は既報で得られた知見、すなわち、拡散仮定のもとで算出される
STIr を用いれば、実音場における STIr の最小値が設計可能であるとの見解を支持するものである。
一方、音源に電気音響設備を使用した場合は一部の技術研究報告

※音場 H と I は同一空間であり、内装仕様が異なる。
※残響時間（秒）と室内平均吸音率は 12 面体スピーカによって測定した 500Hz（オクターブバンド）の値である。

67,U ੍᷹୯㧔᜛ᢔ઒ቯ㧕

図－ 25-3

 散仮定で得られる STIr と実音場で得られた最小拡
STIr の関係

室の規模と吸音率に基づいたSTIrの推定

その２

電気音響設備による効果の検証

これらを考慮すれば、図－ 4 において、電気音響設備を用いて測定した STIr が AIJSP を使用した場合を下回る主な原因として、両者の設置位置の違いが挙げられる。すなわち、各音場で想定される話者位置から最も近い測定点が電気音響設備から最も近いとは限らず、両音源を用いた際の STIr の分布が大きく異なると考えられる。
なお、本検討に用いたいずれの音場においても、図－ 3 および図－ 4 と同様の傾向がみられた。
3.5 音
 圧レベル分布偏差が STIr の最小値に及ぼす影響
図－ 2 から図－ 4 までの結果を考慮すれば、音源に電気音響設備を使用した場合の STIr が拡散仮定に基づいて算出した値を下回る原因として、一部の測定点が電気音響設備のカバーエリアを外れていた可能性が考えられる。そこで各音場について、電気音響設備を音源とした場合の受聴位置における定常音圧レベル分
布と STIr の最小値の関係を検討した。
図－ 5 の横軸は定常音圧レベル分布の偏差をあらわし、縦軸は実測した STIr の最小値と拡散仮定で求めた STIr の偏差をあらわす。なお、定常音圧レベル分
布は音源信号にピンクノイズを用いた場合の 4kHz（オクターブバンド）の値を用いた。また、図中には両者の関係を表す回帰直線、回帰式と相関係数を示す。
永田 10）によれば、スピーカシステムの設計が適切であれば、2000 席程度の大ホールにおいて、定常音圧レベル分布のばらつきを 6dB 程度に抑えることが可能であるとされており、一般に定常音圧レベル分布偏差の目標値は 6dB 以下とされる。検証に用いた音場数が少ないものの、図－ 5 では、音圧レベル分布の偏差がおおむね 6dB 以下であれば、STIr の最小値が拡散仮定と同等以上となることが示された。

67,U ታ᷹୯㧔$,-63㧕 





67,U ታ᷹୯㧔 㕙૕ࠬࡇ࡯ࠞ㧕

図－ 3 場 H の同一測定点における STIr の比較（AIJSP音および 12 面体スピーカ）

67,U ታ᷹୯㧔$,-63㧕












４．まとめ 



67,U ታ᷹୯㧔㔚᳇㖸㗀⸳஻㧕

本報では、同一空間における音声伝送性能が受音点によって大きく異なる点を考慮し、空間に付随する電気音響設備を用いて実測した STIr の最小値と拡散仮定のもとで予測される STIr を比較・検討した。その結果、定常音圧レベル分布の偏差が 6dB 以下であれば、STIr の最小値が拡散仮定と同等以上となることが示された。この結果はスピーカシステムの設計が適切であれば、拡散仮定のもとで算出される STIr を用いることで電気音響設備使用時における STIr の最小値が設計可能であることを示唆している。
音声による情報伝達を必要とする空間の音声伝送品質を確保するための検証を引き続き行う所存である。

67,U ታ᷹୯㧔㔚᳇㖸㗀⸳஻㧕
㧙67,U ੍᷹୯㧔᜛ᢔ઒ቯ㧕

図－ 4

参考文献

1） 小林正明、松岡明彦、土屋裕造、室の規模と吸音率に基づいた STIr の推定、戸田建設技術研究報告第 35 号、
20092） International Electrotechnical Commission, IEC 6026816, Sound system equipment-Part 16: Objective ratingof speech intelligibility by speech transmission index,
20033） T. Houtgast and H. J. M. Steeneken, The modulation

 場 H の同一測定点における STIr の比較（AIJSP
音および電気音響設備）






< ;
U 

 㖸࿶࡟ࡌ࡞ಽᏓ஍Ꮕ㧔N+] ࠝࠢ࠲࡯ࡉࡃࡦ࠼㧕㧔G%㧕

図－ 55-4

音圧レベル分布偏差が STIr の最小値に及ぼす影響戸田建設

transfer function in room acoustics as a predictor ofspeech intelligibility, Acustica, 28, 66-73, 19734） T. Houtgast, H. J. M. Steeneken and R. Plomp,Predicting speech intelligibility in rooms from themodulation transfer function, I. General room acoustics,Acustica, 46, 60-72, 1980
5） M. R. Schroeder, Modulation transfer function;
Definition and measurement, Acustica, 49, 179-182,
19816） 中島立視、音声の明瞭度指数（STI）の測定、音響学会
誌、49、103-110、1993

技術研究報告第37号

7） 小椋靖夫、浜田春夫、三浦種敏、音場における音声伝送品質のための MTF と STI について、音響学会誌、
40、181-191、1984
8） C. F. Eyring, reverberation time in“dead”rooms, J.
Acoust. Soc. Am., 1, 217, 1930
9） 小林好人、測定用のスピーカの提案とその使用方法について、日本建築学会シンポジウム 音声伝送品質の評価と設計 現状と今後－建築学会音声伝送 SWG 活動
成果報告（1999 ～ 2002）、9-11、2003
10）永田 穂、新版建築の音響設計（オーム社）、1991

5-5