伝送距離を考慮した音声伝送の予測手法
Prediction Method of Speech Transmission Performancein Consideration of Transmission Distance
西川嘉雄*1

Yoshio Nishikawa

桂充宏*1

Mitsuhiro Katsura

要旨
本研究は、残響時間をベースにした音声伝送の物理評価指標 STI（Speech Transmission Index）の予測手法の精度を上げることである。本報告では音源と受音点間の距離に着目し、音声伝送性能指標 STI の予測について検討を行った。
距離を考慮した STI の予測式が拡散音場の予測式に比べ対応が良かったことが確認された。この式を使用することでSTI が予測できることが示されたが、より正確に予測するには、音源指向性、反射面の位置およびノイズの考慮などを更に検討する必要がある。

キーワード：残響時間 STI 聴き取り易さ 受聴位置 音源指向特性

１．はじめに考察を、音場データベースにより検討している 4)。
このような状況から、音声伝送に関する設計手法を整備

音声伝送による情報伝達は、コミュニケーションの重要することが重要である。当社では、残響時間をベースにしな手段であり、音声伝送性能を確保することは、建築空間た音声伝送の予測手法の整備を行っている。本報告では予や都市空間において重要な課題といえる。この背景から、測精度を向上させるために、音源と受音点間の距離に着目

日本建築学会では音声伝送評価基準の作成に向けた活動がし物理指標の関係と STI の予測について検討を行ったので行われている

1)

報告する。

。音声伝送品質のランクは「聴き取りにくさ」と「単語了解度」の主観評価実験に基づいて設定を行

２．検討物件および測定・分析方法っている。この評価と対応の良い物理指標を検討し、設計に生かせるよう対応している。
一方、測定方法の整備として、音源スピーカの検討を行

本報告では、実測データを基に検討を行う。この章では、っている。音声伝送性能の測定では、話者の指向性に近似検討物件と測定方法の概要を整理する。

した音源を用いて測定することが好ましく、写真 1 に示す
単一指向性音源の測定用スピーカの提案もされている 2),3)。

2.1 検討物件
竣工測定などで収集したデータから音源－受音点の距離

また、建築音響測定には 12 面体スピーカなどの無指向性音が確認できるデータを抽出し検討に用いる。

源が用いられ、既報で指向性の違いによる物理指標の差の無指向性音

単一指向性音単一指向性音AIJ 音源スピーカa)無指向性音源：12 面体 SPb)単一指向性音源：単一 SP
写真 1*1

技術研究所

測定用音源

建築技術研究部門― 57 ―c)単一指向性音源：AIJ 音源 SP

鴻池組技術研究報告

受音は無指向性マイクロホン（RION UC-30、UN-04）を用測定室の条件を表 1 に示す。記号ａは会議室・講義室で、332008

室容積は 70m の小会議室から 1,200m の大会議室まで全 14い た 。 計 測 器 は 、 Coretex 製 CTX7010,1040 （ TSP 法 ：室である。記号 b は体育館・講堂で室容積 1,800～3,500m3

time-stretched pulse）を用い、インパルス応答測定のみ3の 5 室である。記号 c はその他の空間で、7 m のピアノ練を行う。

習室、アトリウム、執務室、音楽室、簡易無響室、地下ピ

分析は、表 2 に示す物理評価指標の残響時間, D50, C80,ットなど 9 室である。これらの合計 28 室を検討物件とし、ts, MTI, STI を自作ソフトにより算出した。算出フローチ

音源スピーカ、カーテンの開閉、吸音材料付加などの条件

ャートを図 2 に示す。インパルス応答ファイルを読み込み、の違いにより、合計 78 室条件（619 測定点）のデータを用

Windows 標準形式の WAV ファイル（サンプリング周波数いて考察を行う。

48kHz、16bit）に変換する。次にオクターブバンド（6 次バタワース型 IIR フィルタ）で 125Hz～8kHz の 7 帯域に分2.2割し、物理評価指標を算出した。

測定･分析方法

測定系統図を図 1 に示す。音源スピーカは、無指向性音源（小野測器 SJ-1810）と単一指向性音源（BOSE101,AIJ音源スピーカ）を用いた（写真 1）。音源の種類については、

精密騒音計
RION UN-04

無指向性音源
小野測器SJ-1810「建築空間自体の音響特性」の把握を目的とした測定では、
写真 1 a)に示す無指向性音源（12 面体スピーカ）が用いら

無指向性マイクロホン
RION UC-30

inCoretex
CTX7010,1040

単一指向性音源
BOSE１０１
AIJ音源スピーカれる。しかし、「音声伝送特性」の把握を目的とした測定では、音声を取り扱うことから、話者の指向性を近似した単一指向性音源（写真１ b),c））を用いることが望ましい。

out
パワーアンプBOSE 1702

図1

測定系統図

また、日本建築学会音声伝送 WG では、音声伝送測定用の音源スピーカの提案を行っている 2),3)。

表1a1

表2

主要な室内音響評価指標一覧

物理指標

定義と特徴

残響時間 T

音のエネルギーが 60dB 減衰するまでの時間

測定室条件一覧

室容積

表面積

室容積

表面積3V(m )2S(m )

3270110b1V(m )

S(m )

1,800

1,200

a2110160

b2

2,200

1,400

a3170

180

b32,800

1,500

初期残響時間 EDT

0～-10dB の減衰から求めた残響時間

時間重心 ts

波形の重心を求める。

STI・RASTI

話し声 の変 調 の低減 度(MTF)により初期反射音の減衰を表す。
求められる指標（0～1）

a4190

220

b4

3,200

1,500

D 値(Deutlichkeit)

a5190

230

b5

3,500

1,600

D50と全時間の音エネルギーの比

C 値(Clarity)

0～80msec と 80 msec～∞の比のC80

レベル表示

a6

240

270

c1723

a7490

480

c280120a8650640

c3180160

a9730

650

c4420

430

a10740640c5421

428

a11750

650

c6440

460

a12770840

c7

1,000

オ リジナ ル ファイ ル
読み込み

770

a13930

840

c8

3,500

2,100

a14

1,200

1,000

c9

3,500

2,10050msec までの音エネルギー（直接音）a：会議室・講義室，b：体育館・講堂，
c：その他（アトリウム、音楽室、無響室など）

WAVファイル 変 換48KHzリサ ン プリング

物理評価指標の算出
残響時間T
D50,C80,Ts,M TI,STI

1/1オ クター ブバ ンド変 換
IIRフィル タ

デ ー タセ ー ブ
W AVファイル

図2― 58 ―物理評価指標算出フローチャート

伝送距離を考慮した音声伝送の予測手法

STI5),6) の算出方法を以下にまとめる。MTF(m(F))の原理

TI k , Fi =と STI を求めるまでの概要を図 3 に示す。

SNRk , Fi − S(4)R

MTF(m(F))とインパルス応答の関係は、式(1)により表され、125Hz～8kHz の 7 オクターブバンド、0.63～12.5Hz のS (=-15dB)：S/N 比の端点で最小寄与 0 が得られるシフト

14 変調周波数の計 98 の MTF を算出する。以下に MTF(m(F))

因子から STI を求める手順を示す

m (F ) =∫∞07),8)R (=30dB)：考慮すべき等価 S/N 比の範囲。

TIk,Fi をオクターブバンド毎に算術平均して MTIk を求め

h 2 (t ) e − i 2 πFt dt

∫

∞0る。
(1)

h 2 (t ) dt

MTI k =

h(t)：インパルス応答，F：変調周波数(Hz)0.63～12.5Hz

1 14∑ TI k ,Fi
14 i=1(5)STI は MTIk を重み付け平均して算出する。

聴覚マスキングを考慮して

m'k ,Fi = mk ,Fi ⋅ [I k / (I k + AMF ⋅ I k −1 )]7

STI = ∑Wk ⋅ MTI k(2)(6)

k =1mk,Fi：オクターブバンド分割した MTF
m’k,Fi：聴覚マスキングを考慮した MTF

W1(125)=0.129,W2(250)=0.143,W3(500)=0.114,

Ik：オクターブバンド k の信号の強さ

W4(1k)=0.114,W5(2k)=0.186,W6(4k)=0.171,W7(8k)=0.143

AMF(=0.0003)Auditory Masking Factor：聴覚ﾏｽｷﾝｸﾞ因子

３．測定データの検討
見かけの S/N 比（SNRk,Fi）を式(3)より求める。
3.1 残響時間と STI の関係

SNRk , Fi = 10 log[m'k , Fi /(1 − m'k , Fi )](3)

測定点毎の残響時間と STI の関係を図 4,5 に示す。また、
式(7) 9)の MTF(m(F))から、式(3)～(5)の計算により MTI を算出する。この MTI を拡散音場の STI として、図にプロッ式(4)により TIk,Fi （0≦TIk≦1）を算出する。

y(t)=Io(1+mkcos2πF(t-τ))
エコー
残響 出力 1/F
mk:MTFx(t)=Ii(1+cos2πFt)
1/F

入力

11.0
0.8
0.6
0.40.200.5 1248 16変調周波数 F(Hz)図3

変調周波数F (Hz)mk(F) :MTF

騒音

室内オクターブバンド周波数(Hz)125 250 500 1k 2k 4k 8k
0.630.80・・
10.012.5

mk：MTF
7oct×14F=98個

MTF(m(F))の原理と STI を求めるまでの概要― 59 ―

STI

鴻池組技術研究報告

2008

トした。本報告ではこの値を『拡散音場の STI』と呼ぶこており、残響時間が長くなっても STI の数値は 0.4 以下にととする。

はならなかった。
以上から式(7)を用いて、残響時間における STI の下限値

⎡ ⎛ 2πFT ⎞ 2 ⎤m( F ) = ⎢1 + ⎜⎟ ⎥⎢⎣ ⎝ 13.8 ⎠ ⎥⎦−1 2を推測することには可能だが、残響時間から STI を推定することは困難であることが示唆された。

(7)

また、参考までに図 6,7 に EDT（初期残響時間）と STIの関係を示す。残響時間と比較すると同じ数値の残響時

T：残響時間(s)，F：変調周波数(Hz)0.63～12.5Hz

間・EDT に対して、STI の分布幅が狭くなる。しかし、単一指向性の方が無指向性より、STI 値が良くなる傾向は残響残響時間と STI は負の相関があり、残響時間が長くなる時間と同じである。と STI の値は低下する。
実測値は拡声音場の STI を下限として同じ残響時間でも3.2 距離と物理指標の関係

STI の値は大きくなり、幅広く分布している。
単一指向性音源と無指向性音源を比較すると同じ残響時

STI と距離の関係を無指向性音源と単一指向性音源に分間で、単一指向性音源の方が STI 値が良い傾向が見られる。

けて図 8,9 に示す。500Hz の残響時間の長さにより区別しまた、簡易無響室（T=0.1, STI=0.98）は拡散音場 STI と同て表した。T=0.4sec 以下（○）は簡易無響室と吸音性の高程度であるが、地下ピット（T=5.5～6.5sec, STI=0.4～0.6）い音楽室であり、距離に関わらず簡易無響室は STI＝0.98

は拡散音場の STI（T=6sec, STI=0.23）より上部に分布し程度である。

簡易無響室

1.0

簡易無響室

1.0

無指向性音源
拡散音場

0.8

単一指向性音源
拡散音場

0.8

0.6
STISTI

0.6

地下ピット

0.4

地下ピット

0.4

0.2

0.2

0.00.00

1234T(sec):500Hz

56

図4

残響時間と STI の関係：無指向性音源

70

図5

1.0

1234T(sec):500Hz

567

残響時間と STI の関係：単一指向性音源

1.0
単一指向性音源

無指向性音源

0.8

0.8

拡散音場

STI

0.6

STI

0.6

拡散音場

0.4

0.4

0.2

0.2

0.0

0.0
0

1234
5
EDT(sec):500Hz6

図6EDT と STI の関係：無指向性音源

701

図7

EDT と STI の関係：単一指向性音源― 60 ―

2345EDT(sec):500Hz

67伝送距離を考慮した音声伝送の予測手法

全体的な傾向としては、近距離で STI は大きく、距離がるのに対して、D50 は 10～90%で幅広く分布しており、レン離れるにしたがって小さくなり次第に一定になる。また、ジが広い。逆を言えば、残響時間・距離が同程度でも D50

同じ距離でも残響時間が長いと STI は小さくなる。この傾の分布範囲は広く残響時間と音源との距離のみでは D50 は向は音源の指向性によらず同じである。無指向性音源に比推定できないことを意味している。
Ts は STI と負の相関であることから全体的な傾向は STI

べて単一指向性の STI が大きい。と逆で、距離が離れると数値は大きくなる。

無指向性音源、単一指向性音源ともに、STI が 0.4 のデータはない。

3.3 MTI(STI)の予測値と実測値の比較

図 10,11 に単一指向性の D50 および ts の 500Hz と残響時拡散音場を仮定した式(7)と距離と室容積を考慮した式間の結果を示す。
D50 は STI と正の相関であることから全体的な傾向は STI(8)9) に実測の残響時間と室容積、距離を用いて 500Hz のと同じく、距離が離れるにしたがって D50 は小さくなる。

MTF(m(F))を算出する。更に、式(3)～(5)により MTI(STI)

しかし、STI は 0.4 以下の値が無く 0.4～1.0 に分布していを算出し実測値と比較を行った。

1.01.0
無指向性
音源
STI

0.8

0.8
0.6

T(sec)～0.4～0.7～1.0～1.5～2.0
2.0～

0.4
0.2
0.005

図8101520
音源－受音間距離(m)T(sec)～0.4～0.7～1.0～1.5～2.0
2.0～STI

STI

0.6

0.4
0.2
0.0

25

0

距離と STI と残響時間の関係
無指向性音源1005

図9T(sec)～0.4～0.7～1.0～1.5～2.0
2.0～

40
20
025

距離と STI と残響時間の関係
単一指向性音源

単一指向性音源
ts

200
ｔｓ:500Hz

60101520
音源－受音間距離(m)250

単一指向性音源
D50

80
D50:500Hz

単一指向性音源
STI

150
T(sec)～0.4～0.7～1.0～1.5～2.0
2.0～

100
50
00

5

10
1520
音源－受音間距離(m)

25

図 10

距離と D50:500Hz と残響時間の関係
単一指向性音源05

図 11― 61 ―101520
音源－受音間距離(m)25

距離と ts:500Hz と残響時間の関係
単一指向性音源鴻池組技術研究報告2008

拡散音場の結果は図 12 に示すように、予測が実測値を下21 ⎡ ⎛ 2πFT ⎞ ⎤A = 2 + 2 ⎢1 + ⎜⎟ ⎥rrc ⎢⎣ ⎝ 13.8 ⎠ ⎥⎦3回る。図 13 に距離考慮（式(8)）の結果を示す。MTI が大きい範囲は図 12（点線囲み部）と比較して予測精度が改善しているが、MTI が小さい範囲は図 12（実線囲み部）と同22πFT 1 ⎡ ⎛ 2πFT ⎞ ⎤B=+1⎢⎥⎜⎟
13.8 rc 2 ⎣⎢ ⎝ 13.8 ⎠ ⎦⎥程度で改善されていない。これは、実測の STI で 0.4 以下がないことが関係していると考えられ、予測精度には改善の余地があり、他の因子を考慮し予測精度を上げる必要がある。

m( F ) =C=(A + B )2 12

2−13r2+−11
rc 2(8)C

r：距離(m)，rc2＝0.0032V/T (m)，V：室容積(m3)
T：残響時間(s)，F：変調周波数(Hz)0.63～12.5Hz

1.01.0
無指向性音源0.8

拡散音場 式(7)MTI(500Hz)：予測値

MTI(500Hz)：予測値

0.8

単一指向性音源

0.60.4

拡散音場 式(7)
0.6

0.4

0.2

0.2

0.0

0.0
0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

0.0

1.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.00.8

1.0

MTI(500Hz)：実測値

MTI(500Hz)：実測値

1)無指向性音源
2)単一指向性音源
図 12 実測値と予測値（拡散音場 式(7)）の比較
1.01.0
無指向性音源

単一指向性音源
0.8

距離考慮 式(8)MTI(500Hz)：予測値

MTI(500Hz)：予測値

0.80.60.40.2

距離考慮 式(8)0.60.40.20.00.00.00.20.40.60.81.00.0

MTI(500Hz)：実測値

0.20.40.6

MTＩ(500Hz)：実測値

1)無指向性音源
2)単一指向性音源
図 13 実測値と予測値（距離考慮 式(8)）の比較― 62 ―

伝送距離を考慮した音声伝送の予測手法

MTI500Hz の結果を図 17 に示す。STI より値は全体的に小3.4 距離と物理指標の関係：詳細検討
アトリウムと地下ピットを対象に距離と物理評価指標のさめで、距離と MTI の傾向は同じである。距離考慮の式(8)に 500Hz の残響時間平均値と室容積と距離を用いて求めた関係を更に詳細に検討する。
対象とするアトリウムの平面図と断面図を図 14,15 に示

MTI をプロットした。アトリウムは、距離が離れた部分です。概略寸法が 20m×24m×ch5m で一部吹抜けを有すアトリ対応がよいことが確認できる。地下ピットは実測値が計算ウム空間である。図に示すように単一指向性音源（AIJ 音値より大きい。前節と同じく計算上 MTI 値が小さいとき（地源スピーカ）を設置し、1m 間隔で測定を行った。測定風景

下ピットは T=4.6sec）実測値はそれほど小さくならない。

を写真 2 に示す。

予測式には改善の必要があることが示された。

地下ピットは、免震ピットの展示施設の１スパン分 9m×6m×ch3.3ｍを対象とした。
STI の結果を図 16 に示す。アトリウム（△）は、距離が5m 程度になると STI＝0.55～0.6 で値が変化しなくなる。
13m あたりで再び値が下がり STI＝0.5 になる。13m あたりは、図 14 の断面図に示す様に上部が吹抜けになった影響と推測される。
地下ピット（○）は、4m で STI＝0.5 で値が変化しない。

1m間隔

図 14

アトリウム断面図

1m間隔20,000

写真 2SPSP
断面

測定風景：アトリウム
図 1524,000
アトリウム平面図

1.0

1.0
アトリウムT500=1.6～2.3sec
地下ピットT500=3.1～5.9sec

0.8
MTI:500Hz

0.8

アトリウムT500=1.6～2.3sec
地下ピットT500=3.1～5.9sec

STI

0.6
0.4

0.6
0.4
0.2

0.2

0.0

0.0
0510
15
音源－受音間距離(m)

図 1620

距離と STI の関係― 63 ―

051015
音源－受音間距離(m)

図 17

距離と MTI500Hz の関係

20

鴻池組技術研究報告

４．まとめ
実測の STI は 0.4 以下になりにくい傾向があった。拡散音場の予測式(7)より距離を考慮した式（8）を用いることで STI の予測精度は向上する。この式を使用することで、STI を予測できることが示唆された。
より正確に予測する場合は、音源指向性・反射面の位置・ノイズの考慮などを更に検討する必要がある。
【謝辞】
測定にご協力いただいた工事関係者、および本検討に議論いただいた日本建築学会音声伝送研究 WG 委員各位に感謝いたします。

参考文献
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